环文蛤贝壳微观形貌及摩擦学行为特性-论文.pdf

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1、第29卷第18期农业工程学报Vo1．29No．182982013年9月TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringSep．2013环文蛤贝壳微观形貌及摩擦学行为特性马云海r，林福东，闫志峰，一，庄健，一，王智芹，一，邓志华，一，佟金，2(1．吉林大学生物与农业工程学院，长春130022；2．吉林大学工程仿生教育部重点实验室，长春130022)摘要：环文蛤贝壳具有优异的力学性能，对其进行仿生设计并开发新材料已经成为研究热点。该文以辽宁营口的环文蛤贝壳为研究对象，应用JSM-6700F冷场发射扫描电子显微镜

2、对环文蛤贝壳各层微观形貌结构进行了观察，发现角质层表面比较光滑，背面布满大量无规则的球形颗粒，而棱柱层表面存在大量孔洞，颗粒与孔洞提高了二者的有效接触面积，增强了结合强度，环文蛤的分泌黏液通过这些孔洞到达角质层表面，当粒径与孔洞处于嵌合状态时，在黏液的作用下使角质层与棱柱层紧密结合在一起，能够进一步地提高环文蛤贝壳的机械强度；采用微观摩擦磨损试验机UMT对环文蛤贝壳的摩擦性能进行测量，试验表明，试验因素对摩擦因数的影响大小依次为砂纸规格、法向载荷、时间、滑动速度；对磨损量的影响大小依次砂纸规格、时间、滑动速度、法向载荷。采用JSM~360LV扫描电子显微镜对环文蛤贝壳磨

3、损表面微观形貌进行观察，环文蛤贝壳的主要磨损机理为较低试验载荷条件下的磨料磨损和轻微剥层磨损，以及在较高试验载荷条件下的磨料磨损和严重剥层磨损。关键词：摩擦，材料，力学分析，环文蛤，角质层，摩擦因数，磨损机理doi：10．3969~．issn．1002—6819．2013．18．036中图分类号：TB17文献标志码：A文章编号：1o02—6819(2013)一18-0298-07马云海，林福东，闰志峰，等．环文蛤贝壳微观形貌及摩擦学行为特性[J]．农业工程学报，2013，29(18)：298——304．MaYunhai，LinFudong，YahZhifeng，eta1

4、．MicromorphologyandpropertiesoftribologicalactionforshellinCyclinasinensis[J]．TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE)，2013，29(18)：298-304．(inChinesewithEnglishabs~acO的主要成分是碳酸钙晶体，但其力学性能及摩擦学0引言性能却远远高于纯碳酸钙晶体，其硬度是纯碳酸钙自然界在长期的进化演变过程中，形成了大量晶体的2倍，韧性也远高于纯碳酸

5、钙晶体，这与其具有精密微观结构组织和优异性能的生物材料，生微观结构形状、尺寸、分布及组合关系有着不可分物材料均为天然复合材料，其形态和结构具有多样割的联系川。以往的研究中，人们主要对珍珠层成性，如动物的牙齿、骨骼等所具有的优异性能是传分、显微结构、晶体学取向及形成机理进行研究J，统人工合成材料无法比拟的【JJ，软体动物贝壳作为为了明确环文蛤贝壳微观组织结构与其摩擦学性最简单的生物矿化材料利用坚硬的外壳保护了柔能间的联系，本试验考察了环文蛤贝壳的微观结弱的软体组织【6J。目前，生物材料微结构和仿生设构，并测量了在不同载荷、滑动速度、配副条件下计研究被多数发达国家的研究者高

6、度重视，环文蛤的摩擦因数与磨损量，并对其摩擦磨损行为进行了贝壳等贝类动物的贝壳是由钙盐、有机物及结晶水分析，为得到高强韧性新型陶瓷复合材料设计提供所组成的复合材料【7]，内部的微结构、组装方式使有益启示，减小现有陶瓷材料的脆性及发展新型高贝壳体材料具有最佳的强韧性[9-10]，其成分看似很性能仿生陶瓷复合材料[28-29]，为层状仿生材料的研简单，但结构复杂，多年来学术界对其微观结构和究与开发提供参考。宏观性能进行了大量的测试分析和研究[11-14]。贝壳1试验材料与方法试验以辽宁营口地区的环文蛤贝壳为研究对收稿日期：2013。05．29修订日期：2013—08—26象

7、(如图la)，于2012年9月15日在水产市场购基金项目：中国国家自然科学基金(51075177)；新世纪优秀人才支持计划；国家产学研用合作创新项目课题(0SR-04—06)．买，将鲜活的环文蛤贝壳除去壳内的有机质等杂作者简介：马云海(197O一)，男，吉林省，教授，博士，研究方向：质，使用蒸馏水与无水乙醇反复清洗贝壳，再将清主要从事仿生材料及其摩擦学方面的研究。吉林省长春市人民大街5988洗干净的环文蛤贝壳放在蒸馏水里浸泡24h时。使号，吉林大学工程仿生教育部重点实验室，130022。Email：myh@jlu．edu．cn用美国标乐有