專利名稱：：將顆粒添加劑摻入金屬工作表面的制作方法
技術領域：
：和
背景技術：
：本發(fā)明涉及具有顆粒添加劑材料(例如，固體潤滑劑)的金屬工作表面，以及涉及用于將該材料摻入金屬工作面的裝置和方法。為減小以機械方式交互作用的表面中的摩擦和磨損，將潤滑劑引導至交互作用區(qū)域。如附圖1A中示意性繪示，對置表面32和34以相對速度V移動。在理想潤滑條件下，這些表面之間的潤滑劑薄膜20形成一原封不動的層，該原封不動的層使移動的表面能夠與潤滑劑交互作用。在這些情況下，表面32與34之間根本不會發(fā)生接觸，且潤滑劑層將承受對置表面之間存在的載荷P。如果潤滑劑的供應不足，則會隨著潤滑的功效降低，使表面與表面之間發(fā)生交互作用。如圖1B中示意性顯示，在低于特定的潤滑劑供應水平時，由于載荷P，對置的、相對移動的表面32和34之間的距離會減小，以致表面粗糙度(即，自表面突出的表面材料的尖峰)可能發(fā)生交互作用。因此，例如，表面34的粗糙物36可與表面32的粗糙物38發(fā)生物理接觸和交互作用。在極端情況下，表面32和34的粗糙物承受存在于交互作用表面之間的所有載荷。這種情況通常被稱為邊界潤滑，潤滑劑是無效的，且摩擦和磨損很高。研磨(grinding)和磨光(lapping)是改良表面粗糙度以及用于針對(尤其是)摩擦學應用產(chǎn)生工作表面的傳統(tǒng)方法。圖1C(i)-(ii)示意性顯示在普通的磨光工藝中修整工作表面。在圖1C(i)中，工件31的工作表面32面向磨光工具34的接觸表面35。將含有研磨顆粒的研磨膏設置在工作表面32與接觸表面35之間，其中顯示一典型的研磨顆粒36:磨光工具34的接觸表面35由相對于工作表面32具有較低硬度的材料制作。將研磨顆粒的成份和尺寸分布選擇為可根據(jù)計劃(例如減小表面粗糙度以實現(xiàn)預定的光潔度)容易地磨平工作表面32。以與大體上垂直于表面32和35的方向施加載荷，使研磨顆粒36滲入工作表面32和接觸表面35,并導致壓力P被施加至嵌入工作表面32的研磨顆粒36的一部分上。研磨顆粒36滲入工作表面32的深度通過h^表示；研磨顆粒36滲入接觸表面35的深度通過hw表示。通常，研磨顆粒36滲入磨光工具34的程度大于滲入工件31的程度，因而hblhal。在圖1C(ii)中，使工件31和磨光工具34以相對速度V移動。壓力P以及工件31與磨光工具34之間的相對速度V的幅度使研磨顆粒36的作用類似于刀，以從工件31挖出一片表面材料。在很低的相對速度下，研磨顆粒36是大體上靜止的。然而，通常，如圖1C(ii)中所示，將相對速度V選擇為使相應的剪切力Q很大。因為與研磨顆粒36接觸的磨光工具34的材料相對于研磨膏中的顆粒大體上是不屈服的(即，彈性很低)，所以這些顆粒通常被相當迅速地磨碎，因而必須頻繁地補充研磨膏。在已知技術中，使用粘合磨料(例如，研磨盤、涂附磨料、散布磨料和研磨切削工具)對材料(例如，金屬、陶瓷、玻璃、塑料和木頭等等)實施研磨(grinding)、磨光(lapping)、拋光(polishing)、切削(cutting)。研磨顆粒-即研磨工藝的切削工具-是自然存在的材料或合成材料，所述材料的硬度通常大于其要切削的材料的硬度。粘合、涂附和散布研磨應用中最常使用的磨料是金剛砂、ot-氧化鋁、碳化硅、碳化硼、立方氮化硼和金剛石。各材料的相對硬度在表l中提供。磨料的選擇通常由經(jīng)濟性、所期望的光潔度以及被研磨的材料決定。以上提供的研磨材料清單采用硬度遞增的順序，但同時也按照成本遞增的順序，其中金剛砂是最便宜的研磨材料，而金剛石是最昂貴的研磨材料。表1材料努普硬度值；金剛砂1360ot-氧化鋁2100碳化硅2480碳化硼2750立方氮化硼4500金剛石(單晶)7000通常，考慮到各種研磨材料的成本，選擇軟磨料來研磨軟材料以及硬磨料來研磨較硬的材料類型。當然，也有例外情況，例如對于極膠質(zhì)的材料，較硬的材料實際上可更有效地對其進行切削。另外，研磨顆粒越硬，每單位體積或重量的磨料可移除的材料將越多。超硬材料包括金剛石和立方氮化硼，兩者都用于各種各樣的用途中。已知的磨光方法和系統(tǒng)具有多個明顯的不足之處，包括磨光工具的接觸表面最終被研磨材料消耗而需要更換。在一些典型的應用中，磨光工具的接觸表面在已加工大約50個工件后要更換。磨光加工通常必須在多個離散的磨光階段實施，每一階段均使用具有不同物理性能的研磨膏。7對研磨膏的性能的敏感性，包括膏成份、研磨顆粒的硬度以及研磨顆粒的粒度分布(PSD)。對磨光工藝中的各個加工參數(shù)的敏感性。因此，人們需要且相當有利的是，具有一種克服已知磨光技術的明顯不足的磨光系統(tǒng)。更為有利的是，具有一種可制作摩擦學性能得到改良的工作表面的磨光系統(tǒng)。
發(fā)明內(nèi)容根據(jù)對本發(fā)明的說明，提供一種用于磨光金屬工作表面的機械裝置，該裝置包括(a)具有所述金屬工作表面的工件；(b)接觸表面，其大致與工作表面相對設置，接觸表面用于以與工作表面相對運動的方式移動；(c)多個研磨顆粒，其設置在接觸表面與工作表面之間，以及(d)—機構，其與工作表面和接觸表面中的至少一個相關聯(lián)，用于施加相對運動，以及用于在工作表面和接觸表面上施加載荷，接觸表面用于提供與多個研磨顆粒之間至少部分彈性的交互作用，其中，在致動該機構時，在載荷下的相對運動使一部分研磨顆粒研磨工作表面，且其中在載荷下的相對運動實現(xiàn)顆粒添加劑材料的一部分摻入金屬工作表面。才艮據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種用于磨光工件的金屬工作表面的機械裝置，所述裝置包括接觸表面，其用于大致與所述金屬工作表面相對設置，接觸表面用于以與工作表面相對運動的方式移動，接觸表面包括(a)至少一種聚合物材料，以及(b)顆粒物質(zhì)，其分散在聚合物材料內(nèi)，接觸表面具有介于65-90之間的肖氏D級硬度，所述接觸表面設計和構造成在研磨工件的金屬工作表面期間，顆粒物質(zhì)以機械的方式自接觸表面輸送并摻入金屬工作表面內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的再一方面，提供一種磨光方法，其包括如下步驟(a)提供一系統(tǒng)，其包括(i)具有金屬工作表面的金屬工件；(ii)接觸表面，其大致與工作表面相對設置，接觸表面用于以與所述工作表面相對運動的方式移動；(iii)多個研磨顆粒，其設置在所述接觸表面與工作表面之間，以及(iv)多個固體顆粒，其與所述接觸表面相關聯(lián)；(b)以與所述接觸表面和金屬工作表面大體上垂直的方向施加載荷，(c)通過在所述金屬工作表面與接觸表面之間施加相對運動來磨光工件，以便(i)在所述接觸表面與研磨顆粒之間實施至少部分彈性的交互作用，從而使研磨顆粒的至少一部分接觸所述工作表面和接觸表面兩者，以及(ii)將顆粒添加劑摻入金屬工作表面內(nèi)。根據(jù)所描述的較佳實施例中的其他特征，接觸表面具有介于40-90之間的肖氏D級硬度。根據(jù)所描述的較佳實施例中更多的其他特征，肖氏D級硬度介于65-85之間。根據(jù)所描述的較佳實施例中更多的其他特征，研磨顆粒的至少一部分同時接觸工作表面和接觸表面兩者。根據(jù)所描述的較佳實施例中更多的其他特征，研磨顆粒的至少一部分滲入工作表面。根據(jù)所描述的較佳實施例中更多的其他特征，顆粒添加劑材料包括固體潤滑劑。根據(jù)所描述的較佳實施例中更多的其他特征，研磨顆粒自由地設置在接觸表面與工作表面之間。根據(jù)所描述的較佳實施例中更多的其他特征，將顆粒添加劑材料設置在接觸表面內(nèi)，以便當致動該機構時，相對運動使顆粒添加劑材料的至少一部分以機械的方式自接觸表面輸送并實現(xiàn)顆粒添加劑材料摻入金屬工作表面內(nèi)。根據(jù)所描述的較佳實施例中更多的其他特征，接觸表面包括聚合物材料，且其中顆粒添加劑材料被均勻分散在聚合物材料內(nèi)。根據(jù)所描述的較佳實施例中更多的其他特征，聚合物材料包括環(huán)氧材料。根據(jù)所描述的較佳實施例中更多的其他特征，聚合物材料包括聚氨酯。根據(jù)所描述的較佳實施例中更多的其他特征，肖氏D級硬度介于65-90之間，且抗沖擊強度介于4-12kJ/n^之間。根據(jù)所描述的較佳實施例中更多的其他特征，肖氏D級硬度介于70-80之間，且抗沖擊強度介于5-8kJ/n^之間。根據(jù)所描述的較佳實施例中更多的其他特征，將接觸表面設置在磨光工具上。根據(jù)所描述的較佳實施例中更多的其他特征，研磨顆粒包括氧化鋁顆粒。根據(jù)所描述的較佳實施例中更多的其他特征，接觸表面的成份包括環(huán)氧材料和聚氨酯兩者，且其中肖氏D級硬度介于65-90之間，且抗沖擊強度介于4-9kJ/m2之間。根據(jù)所描述的較佳實施例中更多的其他特征，接觸表面的成份包括重量比為25:75至90:10的環(huán)氧材料和聚氨酯。根據(jù)所描述的較佳實施例中更多的其他特征，接觸表面的成份包括重量比介于3%-75%之間的聚氨酯。根據(jù)所描述的較佳實施例中更多的其他特征，接觸表面的成份包括重量比介于30%-卯％之間的環(huán)氧材料。根據(jù)所描述的較佳實施例中更多的其他特征，金屬工作表面包括鋼工作表面。根據(jù)所描述的較佳實施例中更多的其他特征，將該機構適配成使接觸表面上的載荷是以相對于接觸表面和工作表面大體上垂直的方向施加。根據(jù)所描述的較佳實施例中更多的其他特征，顆粒添加劑材料具有小于5的莫氏硬度。才艮據(jù)所描述的較佳實施例中更多的其他特征，顆粒添加劑材料具有小于3的莫氏硬度。根據(jù)所描述的較佳實施例中更多的其他特征，磨光方法進一步包括如下步驟(d)向金屬工作表面施加孩t起伏(microrelief)以產(chǎn)生至少一個凹口。根據(jù)所描述的較佳實施例中更多的其他特征，顆粒添加劑包括至少一種選自由如下材料組成的群組中的材料氯化鈷、二硫化鉬、石墨、富勒烯、二硫化鴒、云母、氮化硼、疏酸銀、氯化鎘、碘化鎘、硼砂、硼酸以及硪化鉛。根據(jù)所描述的較佳實施例中更多的其他特征，顆粒物質(zhì)是聚合物材料內(nèi)的填充材料。才艮據(jù)所描述的較佳實施例中更多的其他特征，顆粒物質(zhì)的至少90%具有小于20微米的直徑。根據(jù)所描述的較佳實施例中更多的其他特征，顆粒物質(zhì)的至少90%具有小于IO微米的直徑。根據(jù)所描述的較佳實施例中更多的其他特征，顆粒物質(zhì)的至少90%具有小于2微米的直徑。本文參照附圖并僅以舉例的方式來說明本發(fā)明。現(xiàn)在詳細地參照各附圖，發(fā)明6;較佳實施例，相信其是對本發(fā)明的i:^概^方面最有用的且易于理解的說明。在這方面，并不旨在采用對本發(fā)明進行基本理解所必要的細節(jié)之外更多的細節(jié)來說明本發(fā)明的結構細節(jié)，關于在實際中如何實施本發(fā)明的多種形式，結合附圖所進行的說明對于所屬領域的技術人員而言會一目了然。在所有附圖中，引用的類似字符用于代表類似的部件。附圖中圖1A示意性說明以機械方式交互作用的表面，這些表面具有一穿插的潤滑層；圖1B示意性說明以機械方式交互作用的表面，這些表面具有交互作用的粗糙物；圖1C(i)-(ii)示意性顯示在傳統(tǒng)的磨光工藝中修整工作表面；圖2說明本發(fā)明的一個方面的普遍的概念；圖3A是根據(jù)本發(fā)明的開槽圓柱體的示意性側視圖3B是根據(jù)本發(fā)明的金屬板的示意圖，該金屬板的工作表面開槽；圖4A是根據(jù)本發(fā)明的一實施例的稠密正弦開槽的型式；圖4B是根據(jù)本發(fā)明的一實施例的正弦開槽的型式；圖4C是根據(jù)本發(fā)明的一實施例的正弦開槽型式，其包含交疊的波紋；圖4D是4艮據(jù)本發(fā)明的一實施例的開槽的凹點型式；圖4E是根據(jù)本發(fā)明的一實施例的偏菱形開槽的型式；圖4F是根據(jù)本發(fā)明的一實施例的螺旋狀開槽的型式；圖5是根據(jù)本發(fā)明磨光工藝的一個實施例的修整工作表面的工藝流程圖6A是本文中所揭示的磨光技術的交互作用表面的示意圖6B是圖6A中的交互作用表面的側視圖的示意性說明；圖7A是一機加工表面的剖面示意性說明；圖7B是微觀開槽(micro-grooving)后的表面的剖面示意性說明；圖7C是經(jīng)受本發(fā)明的磨光工藝后的開槽表面的剖面示意性說明；圖8A是微觀開槽后的工作表面的剖面示意性說明，其中微觀凹槽(micro-grooves)被凸起包圍；圖8B是圖8A中的表面在經(jīng)受本發(fā)明的磨光工藝后的剖面示意性說明；圖9A是根據(jù)本發(fā)明在研磨之前磨光工具-工作表面界接面的剖面示意性說明；圖9B是根據(jù)本發(fā)明在研磨已取得ii^后磨光工具-工作表面狀態(tài)的剖面示意性說明；圖9C(i)-(iii)是在本發(fā)明磨光工藝中被修整的工作表面的更多剖面示意性表示；圖10是根據(jù)本發(fā)明的磨光工具的一部分的示意性剖面圖，該磨光工具具有包含顆粒添加劑材料的聚合物層；圖ll是根據(jù)本發(fā)明的固體有機物層的示意性剖面表示，該有機物層涂覆在工作表面上且具有摻入的固體顆粒；圖12顯示在移除工作表面的多個納米層后圖12A的一部分表示；圖13是根據(jù)本發(fā)明的一個方面的示例性摩擦學系統(tǒng)的示意圖14是一剖面示意圖，其中顯示在具有根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)部工作表面的管道中所輸送的流體的橫截面速度分布；圖15是用于植入活體內(nèi)的人造關節(jié)的剖面示意圖；圖16是用于試驗根據(jù)本發(fā)明修整的圓盤的實驗布置的等視示意圖17是一試-瞼臺的示意圖，該試驗臺用于評估在"一滴試驗"中所處理的輥子的摩擦學性能；圖18針對每一輥子顯示在試驗的停止點處的摩擦系數(shù)；以及圖19提供摩擦系數(shù)(p)和磨損(h)與摩擦長度(L)之間的函數(shù)關系曲線圖。專交佳實施例i兌明本發(fā)明涉及一種方法和裝置，該方法和裝置用于將顆粒添加劑摻入金屬工作表面，以產(chǎn)生具有極大改良的摩擦學性能的工作表面。參照附圖和隨附說明可較佳地理解本發(fā)明的原理和運作。在詳細解釋本發(fā)明的至少一個實施例之前，應理解，本發(fā)明的應用并不限于下文中所述或附圖中所顯示的結構細節(jié)和部件布置。本發(fā)明能夠用于其他實施例或者能夠以各種方式實施或?qū)崿F(xiàn)。另外，應理解，本文中所用的措詞和術語是用于說明的目的，且不應被視為是限制性的。根據(jù)本發(fā)明，對相對滑動運動的潤滑后的表面進行處理，以在交互作用過程中產(chǎn)生較小的磨損和摩擦。概括而言，本發(fā)明的工藝對工作表面進行改變，以便產(chǎn)生兩個穿插區(qū)域，其中一個區(qū)域具有高度的潤滑劑排斥性，而另一個區(qū)域?qū)櫥瑒┚哂邢鄬Φ奈?。圖2中顯示本發(fā)明的積無念的示意性表示，下面參照圖2。圖2顯示一示意性工作表面，該工作表面由各區(qū)域的組合組成。標記A的區(qū)域?qū)櫥瑒┚哂形?，而標記R的區(qū)域相對排斥潤滑劑。在本發(fā)明的較佳實施例中，各區(qū)域在對潤滑劑的吸引力方面的差異與結構差異相關聯(lián)。參照圖3A-B示意性說明本發(fā)明的此實施例的系統(tǒng)的結構方面。在圖3A中，圓柱體50的表面被構造成將一個或多個凹槽(例如螺旋形凹槽52)刻劃在該表面上。通常，該凹槽具有最大約5-30微米的深度和約100-1000微米的寬度。原始表面的剩余部分是一個或多個隆起，在本實例中為螺旋形隆起54。于是，圓柱體50的外表包括兩個區(qū)域包括隆起的淺表區(qū)域，以及包括凹槽的凹口區(qū)域。在圖3B中，金屬板料60已根據(jù)本發(fā)明進行加工。在經(jīng)受與另一部件(未顯示)的摩擦交互作用后，工作表面包括凹槽62和交錯的隆起64,凹槽62的組合變成凹口區(qū)域，交錯的隆起64形成金屬板料60的工作表面的淺表區(qū)域。區(qū)域型式圖4A-F提供示例性、示意性的凹口型式(例如，孩O見凹槽)，該凹口型式適合用于本發(fā)明的實施例的結構方面。圖4A-B顯示密度變化的正弦型式；圖4C顯示包含重疊正弦形的正弦型式；圖4D顯示凹點型式；圖4E顯示偏菱形的型式，以及圖4F顯示螺旋型式?？蛇x型式具有極大的多樣性，且上面給出的實例僅構成少量代表性的型式。工作表面的加工在圖5中示意性描述的用于修整工作表面的較佳工藝中，工作表面通過研磨A/或磨光(步驟90)進行機加工，以獲得高度的平面度和表面光潔度。在步驟92中，形成可選的凹口區(qū)域，以及在步驟94中，在磨光步驟中修整工作表面的淺表區(qū)i或。人們已發(fā)現(xiàn)，對淺表區(qū)域進行磨光可實現(xiàn)極好的平面度等級和極好的光潔度。與使用固定磨料的研磨相比，磨光技術使用自由流動的研磨材料。磨光與拋光工藝相比也顯著不同，拋光工藝的特征是相對于磨光工藝具有很高的速度和低栽荷。對工件表面的效果顯著不同。在磨光中，載荷以及工件表面與磨光工具表面之間的相對運動會使研磨顆粒將表面上的坯料切削掉。形成鮮明對比的是，在拋光中，拋光工具與工件表面之間的相對運動幅度非常大，以致引起工件表面局部熔化。在本說明書和前面的權利要求書部分中所使用的術語"磨光"旨在將所述拋光系統(tǒng)和方法排除在外。圖6A示意性說明用于根據(jù)本發(fā)明的實施例加工的交互作用表面100、工作表面102。圖6B中顯示該表面的示意性剖面圖，以指示圖7A-C中所示的剖面的》文大#見圖的位置。在圖7A中，顯示機加工表面106。在圖7B中，顯示已形成可選微觀凹槽或凹口微觀結構108后的表面106。在圖7C中，已通過本發(fā)明的磨光工藝對工作表面進行修平和改變。已在淺表區(qū)域上形成新的塑性變形區(qū)域110，在下文中將更詳細地論述該塑性變形區(qū)域110。磨光步驟較佳地接續(xù)在微觀凹槽步驟后面，因為在表面上形成凹口的微觀結構時，表面在微觀結構周圍形成突起很普遍。即使通過激光切削來實施結構變化，也會出現(xiàn)突起。這在圖8A-B中進行了示意性顯示，現(xiàn)在參照圖8A-B。在圖8A中，已在工作表面120中形成凹口微觀結構或微觀凹槽121。在凹口微觀結構121的邊緣周圍設置有突起122,突起122在形成微觀結構121中產(chǎn)生。在進行本發(fā)明的磨光工藝后，突起被修平，且在工作表面120的表面附近產(chǎn)生塑性變形區(qū)域124(參見圖8B)。為根據(jù)本發(fā)明獲得機械部件的工作表面的特性，磨光是較佳的機械精修方法。使用磨光工具和包含研磨砂粒的膏來實施磨光，磨光工具的表面比被加工的機械部件的工作表面軟。該膏可為傳統(tǒng)磨光工藝中所用的傳統(tǒng)膏。為有效磨光，研磨砂粒的硬度必須遠大于磨光工具的表面硬度，且大于被加工的工作表面的硬度。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，根據(jù)本發(fā)明，氧化鋁是適用于多種磨光表面和工作表面的研磨材料。.圖9A-B示意性顯示本發(fā)明磨光工藝的循序漸進的步驟，在該磨光工藝中，可促進對工作表面的修整。圖9A中示意性顯示本發(fā)明磨光系統(tǒng)130的一個方面的初始狀態(tài)。工作表面132(設置在工件131上)的不規(guī)則外形面向磨光工具134，且與磨光工具134隔開不規(guī)則的距離。研磨顆粒136部分地嵌入磨光工具134的接觸表面135中，且較小程度地嵌入工作表面132中。通過機構138使工作表面132和接觸表面135以相對運動的形式發(fā)生移動。該運動具有瞬時幅度V。機構138還施加載荷或壓力Pp載荷或壓力P,大體上垂直于接觸表面135和工作表面132。在圖9B中，已發(fā)生一些磨平動作，使工作表面132的不規(guī)則程度變小。由于表面之間的相對運動，現(xiàn)在研磨顆粒(例如，研磨顆粒139)在某種程度上被磨圓，在與表面的磨擦過程中失去了一些尖銳的邊緣。盡管最初研磨顆粒136滲入工作表面132并從工作表面132中挖出材料，但當該過程持續(xù)時，研磨顆粒被磨圓，實質(zhì)上沒有更多的坯料從被加工的部件移除。相反，磨光運動使工件131的工作表面132發(fā)生塑性變形，從而增大工作表面132的微觀硬度。圖9C(i)-(iii)是在本發(fā)明的磨光工藝和系統(tǒng)中被修整的工作表面的更多示意性表示。在圖9C(i)中，工件131的工作表面132面向磨光工具134的接觸表面135。在工作表面132和接觸表面135之間設置包含研磨顆粒的研磨膏，顯示其中的典型研磨顆粒136。在普通的磨光技術中，磨光工具134的接觸表面135由相對于工作表面132具有較大耐磨性和較小硬度的材料制成。將研磨顆粒的成份和尺寸分布選擇為根據(jù)計劃容易地磨平工作表面132，例如將表面粗糙度減小至特定或預定的粗糙度。以大體上垂直于表面132和135的方向施加載荷，使研磨顆粒136滲入工作表面132和接觸表面135,并導致壓力P被施加到嵌入工作表面132內(nèi)的研磨顆粒136的一部分上。研磨顆粒136滲入工作表面132的深度由ha2表示；研磨顆粒136滲入接觸表面135的深度由&2表示。研磨顆粒136滲入磨光工具134的程度遠大于滲入工件131的程度，因而hb^〉ha2。很明顯，由于本發(fā)明接觸表面135的變形具有相當大的彈性特性，研磨顆粒136滲入接觸表面135的深度遠大于相同的研磨顆粒滲入現(xiàn)有技術的接觸表面的深度(在同一壓力P下)，即hb2》hbi，其中，hw在圖1C(i)中定義。因此，研磨顆粒136滲入工作表面132的深度hc遠小于現(xiàn)有技術的相應滲入深度ha,，即ha2<hai。在圖9C(ii)中，使工件131和磨光工具134以相對速度V移動。壓力P以及工件131與磨光工具134之間的相對速度V的幅度使研磨顆粒136的作用類似于切削工具，從工件131挖出一片表面材料。該片材料通常遠小于從通過現(xiàn)有技術的磨光技術修整的工作表面挖出的材料片。在圖9C(ii)-(iii)中，將相對速度V選擇為使相應的剪切力Q相對于壓力P足夠大，以使研磨顆粒136上的組合力矢量F的方向引起研磨顆粒136發(fā)生旋轉(zhuǎn)。在該旋轉(zhuǎn)期間，磨光工具134和接觸表面135的彈性導致研磨顆粒136的內(nèi)部應變相對于現(xiàn)有技術較小，以使典型顆粒(例如研磨顆粒136)不會破碎，而是該表面的邊緣被磨圓。在圖9C(iii)中示意性提供理想化的磨圓現(xiàn)象。本發(fā)明的工作表面具有固有的微觀結構，該微觀結構影響表面的各種宏觀特性。不希望受到理論限制，相信本發(fā)明磨光系統(tǒng)實現(xiàn)工作表面中的塑性變形，以便改良工作表面的微觀結構。修改后的微觀結構的一個表現(xiàn)形式是微觀硬度極大增加。本發(fā)明的發(fā)明人已令人驚訝地發(fā)現(xiàn)，如上文中舉例說明的聚合物磨光工具表面可填充至少一種在操作期間增強工件表面性能的材料。較佳地，表面增強材料與聚合物材料均勻地混合。填充材料相對于聚合物材料通常是惰性的。具體而言，在磨光期間，可將聚合物磨光工具表面內(nèi)的填充材料輸送并摻入工件的表面內(nèi)，以獲得具有磨擦學優(yōu)良特性的工件表面。該填充材料包括但不限于固體潤滑劑。固體潤滑劑包括無機化合物、有機化合物和呈現(xiàn)為薄膜或顆粒材料的金屬，為滑動表面提供阻擋層類型的潤滑。這些材料在室溫及以上溫度下大體上為固體，但在某些情況下在室溫以上大體上為液體。無機化合物包括諸如以下材料氯化鈷、二硫化鉬、石墨、二硫化鎢、云母、氮化硼、硫酸銀、氯化鎘、碘化鎘、硼砂、硼酸和碘化鉛。這些化合物例如為所謂的層狀晶格固體，在層狀晶格固體中，共價鍵力或離子力形成各層中原子之間的粘合力，同時范德華力形成各層之間的粘合力。由于這些化合物具有高熔點、真空中的高熱穩(wěn)定性、低蒸發(fā)率和良好的耐輻射性，它們通常在高溫應用中使用。尤其合適的材料包括按配方制作的石墨和二硫化鉬。二疏化鉬和石墨兩者都具有層狀晶格結構，該層狀晶格結構在晶格內(nèi)具有強粘合，在各層之間具有弱粘合。硫-鉬-硫晶格形成強粘合，而各層之間的弱硫-硫粘合使各層之間能夠容易地在彼此上方滑動。因此，二硫化鉬和石墨是尤其重要的固體無機潤滑劑。富勒烯作為顆粒添加劑材料摻合到本發(fā)明的聚合物磨光工具表面內(nèi)是適合的。其他不具有層狀晶格結構的合適無機材料包括堿式鉛白或碳酸鉛、氧化鋅和一氧化鉛。固體有機潤滑劑化合物包括高熔點有機粉末，例如菲、銅酞菁和具有無機化合物的混合物及/或其他潤滑劑。與二硫化鉬混合的銅酞菁已知是良好的滾柱軸承潤滑劑。上面列出的固體顆粒通常具有在室溫下低于2.5的莫氏硬度。許多材料具有約為l或小于l的莫氏硬度。金屬潤滑劑通常包括軟金屬，例如鎵、銦、鉈、鉛、錫、金、銀、銅、銠、鈀和鉑。這些材料的硬度往往隨溫度升高而大體上減小。也可采用非貴金屬的硫?qū)倩?，尤其是氧化物、硒化物或硫化物。傳統(tǒng)方法和傳統(tǒng)工件表面通常需要將固體潤滑劑與各種膠合劑粘合在一起，膠合劑將固體潤滑劑在移動的工件表面上固定到位。在使用固體或顆粒潤滑劑的干潤滑劑應用中尤其需要使用膠合劑，有時將膠合劑描述為粘合的固體潤滑劑。各種熱固性和熱塑性和可固化膠合劑系統(tǒng)包括酚醛、乙烯基、丙烯酸、醇酸樹脂、聚氨酯、硅酮和環(huán)氧樹脂。然而，在本發(fā)明中，在磨光機加工程序期間將固體潤滑劑摻合到工件的表面內(nèi)，因而膠合劑是不必要的。相對于具有膠合的固體潤滑劑的現(xiàn)有技術工件表面，本發(fā)明的工件表面呈現(xiàn)出摩擦學極優(yōu)的特性。另外，在本發(fā)明的工件表面中(并使用本發(fā)明的磨光工具表面和方法)，將固體潤滑劑以穩(wěn)定、大體上永久的方式摻入。在本文中在說明書和前面的權利要求書部分中使用的與顆粒和工作表面有關的術語"被摻入"、"摻入，，以及類似術語系指將顆粒以足夠大的強度附連到工作表面，以致即使將工作表面接受如下文中所述的清理工藝后也保持附連至工作表面。在本文中在說明書和前面的權利要求書部分中使用的與工作表面有關的術語"清理"、"被清理，，或"清理工藝"系指以下程序(步驟1)將工作表面浸入充滿異丙醇或乙醇的浴槽中，并使被浸入的工作表面接受超聲處理達至少1分鐘；(步驟2)在乙醇中浸洗且然后使用浸有乙醇的布擦拭表面；以及(步驟3)暴露到至少10-8托(較佳10"g托)的真空中達至少5分鐘，其中，根據(jù)所屬領域技術人員熟知的技術實施超聲處理、在乙醇中浸洗以及擦拭的具體參數(shù)，以便移除疏松的顆粒物質(zhì)和有機碎片。在磨光后，使本發(fā)明的工作表面承受嚴格的清洗工藝，以移除疏松的顆粒物質(zhì)和有機碎片。16或者，在實施磨光方法之前，可通過使用聚合物磨光工具表面(例如本文中所描述的磨光工具表面)并將固體顆粒(例如，固體潤滑劑)添加至磨光系統(tǒng)作為自由流動的固體顆粒來將這些固體顆粒摻入工件的表面內(nèi)。自由流動的固體顆?？商砑又聊ス饧夹g中使用的各種研磨膏中，或者相對于這些研磨膏獨立地添力口。通常，所摻合的固體顆粒的至少90%具有小于20微米的直徑。較佳地，所摻合的固體顆粒的至少90%具有小于IO微米的直徑，更佳的是，小于5微米，且最佳的是，小于2微米。本發(fā)明的示例性磨光工具表面合成如下使環(huán)氧樹脂、多元醇和二異氰酸鹽在超過室溫并低于約150。C的溫度下反應。然后，添加硬化劑和固體潤滑劑顆粒并混合。所屬領域的技術人員可顯見，必要的固化條件主要視上述成份的特定數(shù)量和比率而定。所屬領域的技術人員可進一步顯見，聚合物可生產(chǎn)為塊狀聚合物或模制聚合物。下文中提供環(huán)氧材料和聚氨酯材料的有利比率。然而，應了解，所屬領域技術人員可開發(fā)可與本發(fā)明的裝置和方法結合使用的具有必要的機械和物理特性的聚合物的組合。磨光工具的接觸表面的機械準則業(yè)已發(fā)現(xiàn)，使用具有略微彈性的有機聚合物表面的磨光工具進行磨光可促進工作表面的微觀硬度和其他摩擦學特性。本發(fā)明的聚合物表面應較佳地遵守的機械準則包括1.相對于磨光工藝中所用的研磨膏的耐磨性；2.導致各研磨顆粒突出進入聚合物表面并被聚合物表面抓握的彈性變形；當各研磨顆粒在與工作表面接觸期間旋轉(zhuǎn)時，所述彈性變形應使所述顆粒能夠根據(jù)施加于顆粒與工作表面之間的不同壓力而被吸收進入聚合物表面的不同深度。因此，研磨顆粒抵靠工作表面旋轉(zhuǎn)并隨時間磨得更圓，而不會遭到粉碎(被研磨成細粉末)；3.應將聚合物表面的硬度選擇成使彈性層不會明顯地粉碎或研磨所述研磨粉末。于是，磨光工具134的接觸表面135(參見圖9A-9B和圖9C(i)-9C(iii))是有機、聚合物表面。如果接觸表面135是以機械方式受到支撐的層(例如，其被支撐在金屬背襯上)，表面135較佳地具有至少0.5毫米的厚度T(參見圖9B)?；蛘?，有機、聚合物接觸表面135具有至少為5毫米且更佳地為至少8-10毫米的厚度T，以^f吏接觸表面135為大體上自支撐。本發(fā)明的發(fā)明人已進一步發(fā)現(xiàn)，以大約25:75至90:10的重量比制成的環(huán)氧水泥與聚氨酯的混合物適合形成所述磨光工具的接觸表面。在環(huán)氧水泥/聚氨酯混合物中，環(huán)氧水泥提供硬度，而聚氨酯提供必要的彈性和耐磨性。據(jù)信，聚氨酯還非常有助于將有機納米層(可能為聚合物納米層)沉積在工作表面的至少一部分上，這將在下文中更詳細地說明。所屬領域的技術人員將了解，可利用習知的合成和生產(chǎn)技術實現(xiàn)環(huán)氧水泥/聚氨酯混合物的生產(chǎn)。較佳地，環(huán)氧水泥與聚氨酯的重量比介于大約1:2至2:1之間，且更佳地介于大約3:5至7:5之間。就按重量計的絕對成份而論，磨光工具表面通常包含至少10%的聚氨酯，較佳地，包含介于20%-75%之間的聚氨酯，更佳地，包含介于40%-75%之間的聚氨酯，且最佳地，包含介于40%(包括40%)-65%(包括65%)之間的聚氨酯。本發(fā)明的磨光工具的接觸表面應較佳地按重量計包含至少10%的環(huán)氧材料，較佳地，包含至少35%的環(huán)氧材料，更佳地，包含至少40%的環(huán)氧材料，且最佳地，包含介于40%(包括40%)-70%(包括70%)之間的環(huán)氧材料。然而，在某些應用中，所述彈性層應較佳地按重量包含至少60%的環(huán)氧材料，且在某些情形下，包含至少80%的環(huán)氧材料。較佳地，本發(fā)明的接觸表面(磨光表面)應具有如下物理特性和機械特性的組合介于40-90之間的肖氏D級硬度，較佳地介于60-90之間，更佳地介于65-82之間，且最佳地介于70-80之間；介于3-20kJ/n^之間的抗沖擊強度(帶缺口)，根據(jù)ASTM標準D256-97，較佳地介于3-12kJ/n^之間，更佳地介于4-9kJ/ir^之間，且最佳地介于5-8kJ/m2之間；應了解，所屬領域的技術人員可開發(fā)滿足這些物理和機械特性要求的諸多材料或材料組合。圖IO是本發(fā)明的磨光工具600的一部分的示意性剖面圖，磨光工具600具有基底610和附連至基底610的聚合物層620。聚合物層620形成前文中所述磨光工具和工藝中的接觸表面(參見圖9A-C)。在聚合物層620內(nèi)散布有很多個固體顆粒630。目前用于固體顆粒630的優(yōu)選材料是軟固體潤滑劑顆粒，例如二硫化鉬、石墨和富勒烯?，F(xiàn)在參見圖11，通過使用本發(fā)明的磨光工具和方法，已發(fā)現(xiàn)可將極薄(通常為毫微米級)的固體有機層420涂覆在工作表面410上。相當多的(盡管不一定是全部的)有機層來源是本發(fā)明磨光工具的表面上的有機材料?；蛘呋蛄硗?，有機層來源可為添加至所述磨光工藝中所用的研磨膏的有機顆粒和材料(例如，聚合物材料)。在圖11中提供的圖解中，固體顆粒630牢固地摻入工作表面410中。通常，自工作表面410突出的尖峰412、414也凈皮涂層420覆蓋。圖12顯示圖11中的工作表面410的一部分，層420顯示為已磨損，尤其是在覆蓋所述尖峰的區(qū)域。最終，所述尖峰自身(例如尖峰414)也受到磨損。在該狀態(tài)下，尖峰414的暴露表面區(qū)域416大部分被暴露區(qū)域422包圍。因此，暴露表面區(qū)域416附近的任何潤滑劑往往會從暴露區(qū)域422朝尖峰414的暴露表面區(qū)域416移動，從而可維持極佳的潤滑條件。必須強調(diào)的是，圖11中的工作表面在各種基本方式下均不同于現(xiàn)有技術的帶涂層的工作表面，其中包括圖11中的層是具有平均厚度最多達200毫微米且更佳為5-200毫微米的毫微米層。通常，毫微米層具有5-100毫微米的平均厚度。針對具有平均厚度5-50毫微米的毫微米層的工作表面已獲得極佳的實驗結果。毫纟敞米層的沉積是利用本發(fā)明的的磨光方法本身來實施。毫微米層的材料來源是來自本發(fā)明的磨光工具的接觸表面，或者來自布置在研磨膏中的材料。將大量的軟固體顆粒(例如，習知的固體潤滑劑材料)摻合在所述層中。通過填充所述工作表面的毫微米層外形將毫微米層緊密粘合至工作表面。所述毫微米層很強地粘附至工作表面。因此，該層不會發(fā)生剝落、脫落、起鱗等現(xiàn)象，所述現(xiàn)象是現(xiàn)有技術涂層的特征。在沉積毫微米涂層之前實施微起伏。必須進一步強調(diào)，毫微米薄膜在一側粘合至工件的表面，且在相反一側，毫微米薄膜變?yōu)楣ぜ墓ぷ鞅砻?，暴露至潤滑劑以及工作表面與相對表面(以及其上的載荷)之間的相對運動所引起的摩擦力。圖13是根據(jù)本發(fā)明的一個方面的示例性摩擦學系統(tǒng)500的示意圖。摩擦學系統(tǒng)500包括旋轉(zhuǎn)工作部件502(旋轉(zhuǎn)機構是標準部件，未顯示)，工作部件502具有承受載荷L的工作表面(接觸區(qū)域)503，設置于靜止元件(襯套)內(nèi)的相對表面504，以及設置在工作表面503與相對表面504之間的潤滑劑(未顯示)。工作表面503是本發(fā)明的前文中所述的工作表面。凹口區(qū)域(凹槽506)作為潤滑劑的儲槽，并作為碎片的收集阱。必須強調(diào)，本發(fā)明的磨光方法和由此產(chǎn)生的本發(fā)明的工作表面在產(chǎn)生所述工作表面中的開槽型式后，可相對于組合有相同開槽型式的現(xiàn)有技術磨光表面實現(xiàn)令人驚訝的高性能，這將以實驗的方式進行證明(參見下文中的實例3和表4)。在本發(fā)明的另一實施例中，在用于輸送流體的容器或管道的表面的內(nèi)壁利用本發(fā)明的工作表面，以便減小在所述內(nèi)壁的表面處的摩擦，且相應地減小泵送流體的壓力損失和能量花費。在本說明書和前面的權利要求書部分中所使用的術語"管道"系指用于輸送至少一種流體的容器。術語"管道"具體而言旨在包括管子、管道、明管、泵的內(nèi)表面等等。圖14是一示意圖，其顯示在管道182中輸送的流體的橫截面速度分布180。不希望受到理論限制，據(jù)信由于本發(fā)明的工作表面的獨特表面結構和能量，與壁184的內(nèi)工作表面183的粘附力得以顯著減小。人們進一步相信，毗鄰內(nèi)工作表面183的邊界層的厚度也得以顯著減小，因而與普通的金屬管道相反，體相流動更靠近壁184發(fā)生。在本發(fā)明的另一實施例中，利用本發(fā)明的工作表面和本發(fā)明的磨光方法和裝置來制作人造關節(jié)，例如髖關節(jié)。普通的髖關節(jié)具有許多缺點，這些缺點往往會減小所述髖關節(jié)在使用期間的效力，且還會縮短其壽命期限。首先，由于在關節(jié)更換操作后身體產(chǎn)生的滑液在相當大程度上被稀釋，因此其粘度比最初存在的滑液小80%，人造關節(jié)的各部件彼此之間絕不會被液體薄膜完全分離。人造關節(jié)所用的材料以及滑動區(qū)的參數(shù)僅能夠?qū)崿F(xiàn)兩種類型的潤滑(i)混合潤滑；以及(ii)邊界潤滑，因而載荷由在塑料或金屬髖臼表面上滑動的金屬股骨頭表面承受。這會導致部件加速磨損，增大摩擦力，并引起關節(jié)各部件松動且最終引起關節(jié)故障。由于超高分子量聚乙烯(UHWPE)臼杯的高磨損率，金屬頭會更多地刺入臼杯，從而導致異常的生物力學，進而引起臼杯松動。而且，臼杯磨損期間生成的聚乙烯碎片會產(chǎn)生不利的組織反應，這會引起假肢部件松動以及其他并發(fā)癥。磨損增大還會產(chǎn)生金屬磨損顆粒，該金屬磨損顆粒會刺穿假肢附近的組織。另外，主要由膠原形成的纖維包膜經(jīng)常包圍金屬和塑料磨損顆粒。金屬部件磨損還產(chǎn)生金屬離子，這些金屬離子與其他顆粒一起從植入的假肢被輸送至病人的各個內(nèi)部器官。這些現(xiàn)象都將對假肢的使用產(chǎn)生不利影響。另外，在手術期間保留在臼杯內(nèi)的或者在關節(jié)連接期間進入髖部與臼杯之間的接觸區(qū)域的骨頭和骨水泥顆粒往往會嵌入臼杯表面內(nèi)。這些嵌入的骨頭顆粒會對金屬頭造成損害，而該損害又會引起臼杯的磨損大大增加。已在有關文件(參見M.列維奇和B.山姆什多夫所著的"對髖部植入中摩擦的實驗室研究"，摩擦試驗學報5-4,1999年6月，所述文件的內(nèi)容以引入的方式并入本文中，如同其在本文中完全提及一樣)中建議使用微構造技術來處理20金屬頭摩擦表面，以減小摩擦表面的磨損。微起伏技術改善潤滑和摩擦特性，并便于從關節(jié)的凸出部件和凹口部件之間的摩擦區(qū)域移除磨損碎片、骨折和骨水泥顆粒。然而，廣泛需要在減小人造關節(jié)中的摩擦和磨損方面獲得進一步改良。在圖15所示的本發(fā)明的另一實施例中，將金屬關節(jié)頭441嚙合至金屬臼杯442內(nèi)?？蛇x擇的是，金屬關節(jié)頭441具有根據(jù)所屬領域已知的微構造(microstructuring)技術得到的凹槽444(凹口、孔洞等)。金屬關節(jié)頭441已接受本發(fā)明的磨光方法處理，以產(chǎn)生本發(fā)明的工作表面。較佳地，金屬關節(jié)頭441的工作表面443至少部分地使用有機層覆蓋。另外較佳的是，將固體潤滑劑顆粒摻入工作表面443內(nèi)，如前文中參照圖11所述。實例現(xiàn)在參照如下實例，這些實例與上述說明一起以非限制的方式舉例說明本發(fā)明。實例l現(xiàn)在參照圖16中示意性說明的實驗布置。使一組可繞軸線旋轉(zhuǎn)、可互換的直徑30毫米的碳鋼圓盤(例如圓盤186)抵靠平直的對置板192旋轉(zhuǎn)以測量磨損。所述圓盤使用1045等級的碳鋼制成，具有27-30的洛氏硬度(HRC)。電動機或傳動裝置190提供用于旋轉(zhuǎn)的扭矩。對置板192由銅合金(UNSC93700(HRC-22-24))制成，并被研磨至具有0.4微米的平均粗糙度(Ra)。對置板192具有支架194，支架194的高度可調(diào)節(jié)以控制施加在圓盤186上的力。控制圓盤具有普通的研磨光潔度(Ra=0.4微米)，而試驗圓盤通過對所述圓盤的表面196進行微觀開槽且然后按照本發(fā)明進行磨光來經(jīng)受進一步處理。在實驗期間，在對置板192的方向上向所述圓盤施加100N的恒定載荷。在致動所述電動機以達到250轉(zhuǎn)/分的恒定旋轉(zhuǎn)速度之前，將一滴Amoco工業(yè)油32(等效于ASTM150透平油)涂至干摩擦表面。測量卡滯時間-即從開始旋轉(zhuǎn)直到該運動因卡滯而停止之間的累計時間。在16-18分鐘后，所有控制盤都發(fā)生卡滯。形成強烈對比的是，根據(jù)本發(fā)明進行纟效觀開槽和磨光處理的圓盤繼續(xù)旋轉(zhuǎn)而不停止達40個小時以上的時間，將所述實驗在該時刻提前結束。被處理的圓盤不發(fā)生卡滯。在另一實驗中，以180轉(zhuǎn)/分的速度旋轉(zhuǎn)所述圓盤。通過研磨對一組控制圓盤實施磨光。對第二組圓盤實施微觀開槽。對第三組圓盤實施微觀開槽并根據(jù)本發(fā)明進行磨光。表2中提供一滴試驗(one-droptest)的結果。'計算了直到卡滯之前圓盤的運動路徑、摩擦系數(shù)以及磨損強度(通過測量因與所述圓盤的摩擦而在對置板上形成的峰減弱程度)。表2:抵靠對置板轉(zhuǎn)動的圓盤的試驗結果圓<table>tableseeoriginaldocumentpage22</column></row><table>當本發(fā)明的工作表面包含在承受摩擦力的各種機械部件中時，可減小摩擦和磨損、卡滯風險，并延長所述部件的工作壽命。在沖壓應用中，工作表面的質(zhì)量得以改良，且功率減小量達到30%。在內(nèi)燃機中，將本發(fā)明的工作表面和用于生產(chǎn)本發(fā)明的工作表面的本發(fā)明系統(tǒng)應用至柴油機的120mm氣缸套并應用至180mm直徑的摩托車發(fā)動機。試驗的結果證明，對于給定的性能水平，與普通的氣缸套相比，使用具有本發(fā)明工作表面的氣缸套可減少燃料消耗。另外，具有本發(fā)明工作表面的氣缸套具有壽命期限較長、油損失較少的特征。實例2在"一滴試驗"中使用塊體摩擦試驗機上的輥子來評估根據(jù)本發(fā)明處理過的輥子的的摩擦學特性。圖17中示意性顯示試驗臺。使旋轉(zhuǎn)輥子2與靜止塊體3在給定載荷P下接觸，同時在接觸位置涂極少量(一滴)潤滑劑。使用力變送器4來測量摩擦力F,并使用接近探頭9來測量間隙的變化，從而提供輥子2和塊體3的總磨損量。持續(xù)監(jiān)視并記錄作為時間的函數(shù)的摩擦和磨損量兩者。在發(fā)生如下三個事件之一時停止所述試驗(a)摩擦系數(shù)-F/P達到值0.3;(b)所述輥子與塊體之間開始出現(xiàn)卡滯(其特征是摩擦力突然地急劇地增大，以及相應的噪聲水平增大)；或(c)摩擦力達到最大值并開始減小。將試驗持續(xù)時間定義為從試驗開始直到由于發(fā)生上述事件(a)或(b)而結束試驗所經(jīng)受的時間，或者在事件(c)的情形下對應于摩擦力最大的時間。應注意，在該特殊情形(c)下，在完全停止之前，使試驗超過所述"試驗持續(xù)時間"繼續(xù)進行約20分鐘。對于每一新試驗，使塊體3在其夾持件6中水平移動，以提供新的接觸。使用青銅塊體對6個輥子試樣中的每一者進行試驗。輥子#1和#6是基準輥子，如下文中表3所述。對輥子#2-5根據(jù)本發(fā)明進行微起伏、各種凹槽樣式和22凹槽區(qū)域的組合處理。使用室溫下的SAE40油作為潤滑劑。將一滴油涂于輥子2上，然后使輥子2輕微接觸(18N載荷)青銅塊體3并旋轉(zhuǎn)(手動)兩轉(zhuǎn)，以將油擴散至整個圓周上。用干凈的紙巾擦拭掉輸送至所述塊體的過多的油量，僅使所述輥子得以潤滑。將載荷增大至P=150N的水平，且當輥子速度為105±5轉(zhuǎn)/分時開始試驗。表2提供每一輥子的試驗持續(xù)時間(分鐘)，并指示引起試驗停止的事件類型。圖18針對每一輥子顯示在試驗的停止點時的摩擦系數(shù)?；鶞瘦佔?1在極短的時間6分鐘后當摩擦系數(shù)等于0.23時被卡滯。輥子#6呈現(xiàn)出持續(xù)增大的摩擦力，且試驗在21分鐘后停止，此時摩擦系數(shù)等于0.3且卡滯開始。按照本發(fā)明處理的所有輥子(輥子#2-5)顯示出在摩擦力增大到一特定的最大值后摩擦力會減小。所述4個輥子中的最大摩擦系數(shù)不超過0.18。輥子#5具有0.11的摩擦系數(shù)，是所述6個輥子中最低的摩擦系數(shù)。圖19中提供摩擦系數(shù)(p)和磨損(h)與摩擦長度(L)之間的函數(shù)關系曲線圖。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage23</column></row><table>實例3在"一滴試驗"中使用塊體摩擦試驗機上的輥子來評估輥子的的摩擦學特性。使用硬化鋼塊體作為對置表面對四個硬化鋼輥子試樣中的每一者進行滑動距離試驗。使用普通的磨光方法來預制輥子試樣I;使用本發(fā)明的磨光方法來預制輥子試樣II;使用開槽、然后使用預制輥子試樣I中所用的普通磨光方法來預制輥子試樣III;以及使用開槽、然后使用預制輥子試樣II中所用的本發(fā)明磨光方法來預制輥子試樣IV。表4中提供滑動試驗的結果。使用本發(fā)明的磨光方法預制的輥子試樣II達到1373米的滑動距離，接近基準輥子試樣I的滑動距離的兩倍，基準輥子試樣I使用普通的磨光方法預制。使用開槽、然后使用預制輥子試樣II中所用的磨光方法預制的輥子試樣IV達到9060米的滑動距離，該滑動距離相對于基準輥子試樣III的滑動距離增大四倍，基準輥子試樣II是使用開槽、然后使用預制輥子試樣I中所用的傳統(tǒng)磨光方法預制的。表4<table>tableseeoriginaldocumentpage24</column></row><table>實例4在"一滴試驗"中使用塊體摩擦試驗機上的輥子來評估輥子的的摩擦學特性。使用硬化鋼塊體作為對置表面對四個相同的硬化鋼輥子試樣中進行滑動距離試驗。對輥子試樣I的表面不進行磨光。對輥子試樣II的表面使用鑄鐵-一種普通的磨光材料_進行磨光。對輥子試樣III的表面使用由環(huán)氧材料/聚氨酯制成的磨光表面進行磨光。對輥子試樣IV的表面根據(jù)本發(fā)明使用由環(huán)氧材料/聚氨酯制成并包含二硫化鉬顆粒(來自美國新澤西州的AcrosOrganics)的磨光表面進行磨光。所述二硫化鉬是粒度325目的暗灰色粉末。摩擦試驗條件一滴試驗；塊體摩擦試驗機上的輥子，兩者均為鋼SAE4340，洛氏硬度C(HRC)52-54;徑向力400N;線性速度0.65米/秒；潤滑劑SN-90(基本中性油)。表5中提供滑動試驗的結果。不進行磨光和使用普通磨光預制的輥子試樣I和II分別達到遠低于1000米的滑動距離。根據(jù)FRICSO⑧技術使用由環(huán)氧材料/聚氨酯聚合物制成的磨光表面預制的輥子試樣III達到約5000米的滑動距離。表5<table>tableseeoriginaldocumentpage25</column></row><table>令人驚訝的是，輥子試樣iv達到約30,000米的滑動距離，約為試樣ni所達到的滑動距離的6倍，以及試樣I和II所達到的滑動距離的至少40倍，輥子試樣IV與試樣III使用相同的環(huán)氧材料/聚氨酯聚合物制成的磨光表面預制，但包含使用本發(fā)明的磨光方法和裝置摻入的二硫化鉬顆粒。輥子試樣IV的摩擦系數(shù)小于試樣III的摩擦系數(shù)，且顯著地小于試樣I和II的摩擦系數(shù)。在本說明書和前面的權利要求書部分中所使用的術語"抗沖擊強度"系指ASTM標準D256-97確定的帶缺口抗沖擊強度，單位為kJ/m2。塑料和硬質(zhì)橡膠的硬度試驗最常使用肖氏D級硬度試驗，較大的數(shù)字表示較大的抗沖擊強度。在本說明書和前面的權利要求書部分中所使用的術語"肖氏D級硬度"以及類似術語系指根據(jù)ASTM試驗標準(D2240-97)材料耐受壓痕的量度。在本說明書和前面的權利要求書部分中所使用的關于研磨顆粒的術語"自由布置"涉及現(xiàn)有:f支術的典型磨光方法中研磨顆粒的自由流動狀態(tài)。在本說明書和前面的權利要求書部分中所使用的關于薄膜或?qū)右约肮ぷ鞅砻娴男g語"緊密粘合"涉及毫微米粘附薄膜，所述薄膜具有與工作表面的樣"見外形互補的外形，以使所述薄膜或?qū)友毓ぷ鞅砻娴恼麄€外形牢固地附連至工作表面。盡管已結合具體實施例說明本發(fā)明，但很明顯，許多替代、修改和變化對于所屬領域的技術人員將變得一目了然。因此，旨在包含屬于隨附權利要求書的精神和廣泛范圍內(nèi)的所有上述替代、修改和變化。本^L明書中提及的所有出版文件以全文引用的方式并入本說明書中，如同每個單獨的出版文件都被專門且單獨地指示為以引用的方式并入本說明書中一樣。權利要求1、一種用于磨光金屬工作表面的機械裝置，所述裝置包括(a)工件，其具有所述金屬工作表面；(b)接觸表面，其與所述工作表面大致對置設置，所述接觸表面用于以與所述工作表面相對運動的方式移動；(c)多個研磨顆粒，所述顆粒設置在所述接觸表面與所述工作表面之間，以及(d)機構，所述機構與所述工作表面和所述接觸表面中的至少一者相關聯(lián)，用于施加所述相對運動，且用于在所述接觸表面和所述工作表面上施加載荷，所述接觸表面用于提供與所述多個研磨顆粒之間的至少部分彈性的交互作用，其中，與所述接觸表面相關聯(lián)的是顆粒添加劑材料，且其中，在致動所述機構時，所述載荷使所述研磨顆粒的一部分接觸所述工作表面，且其中在所述載荷下的所述相對運動實現(xiàn)所述顆粒添加劑材料的一部分摻入所述金屬工作表面。2、根據(jù)權利要求1所述的機械裝置，其特征在于所述接觸表面具有介于40-90之間的肖氏D級硬度。3、根據(jù)權利要求1所述的機械裝置，其特征在于所述顆粒添加劑材料包括固體潤滑劑。4、根據(jù)權利要求1所述的機械裝置，其特征在于將所述研磨顆粒自由地設置在所述接觸表面與所述工作表面之間。5、根據(jù)權利要求1所述的機械裝置，其特征在于將所述顆粒添加劑材料設置在所述接觸表面內(nèi)，以便在所述致動所述機構時，所述相對運動使所述顆粒添加劑材料的至少一部分自所述接觸表面以機械方式被輸送，并實現(xiàn)所述顆粒添加劑材料所述摻入至所述金屬工作表面內(nèi)。6、根據(jù)權利要求1所述的機械裝置，其特征在于所述接觸表面包含聚合物材料，且其中將所述顆粒添加劑材料均勻分散在所述聚合物材料內(nèi)。7、根據(jù)權利要求6所述的機械裝置，其特征在于所述聚合物材料包含環(huán)氧材料。8、根據(jù)權利要求6所述的機械裝置，其特征在于所述顆粒添加劑材料包含固體潤滑劑。9、根據(jù)權利要求5所述的機械裝置，其特征在于所述顆粒添加劑材料包含固體潤滑劑。10、根據(jù)權利要求5所述的機械裝置，其特征在于所述肖氏D級硬度介于65-85之間。11、根據(jù)權利要求5所述的機械裝置，其特征在于所述肖氏D級硬度介于65-90之間，且其中所述抗沖擊強度介于4-12kJ/n^之間。12、根據(jù)權利要求5所述的機械裝置，其特征在于所述肖氏D級硬度介于70-80之間，且其中所述抗沖擊強度介于5-8kJ/n^之間。13、根據(jù)權利要求1所述的機械裝置，其特征在于將所述接觸表面設置在磨光工具上。14、根據(jù)權利要求1所述的機械裝置，其特征在于所述研磨顆粒包括氧化鋁顆粒。15、根據(jù)權利要求1所述的機械裝置，其特征在于所述接觸表面的成份包括環(huán)氧材料和聚氨酯兩者，且其中所述肖氏D級硬度介于65-卯之間，且所述抗沖擊強度介于4-9kJ/n^之間。16、根據(jù)權利要求1所述的機械裝置，其特征在于所述接觸表面的成份包括重量比為25:75至90:10的環(huán)氧材料和聚氨酯。17、根據(jù)權利要求1所述的機械裝置，其特征在于所述接觸表面的成份包括重量比介于3%-75%之間的聚氨酯。18、根據(jù)權利要求1所述的機械裝置，包括重量比介于30°/。-90%之間的環(huán)氧材料。19、根據(jù)權利要求1所述的機械裝置，括鋼工作表面。20、根據(jù)權利要求1所述的機械裝置，其特征在于所述接觸表面的成份其特征在于所述金屬工作表面包其特征在于所述機構適合使所述向施力口。21、根據(jù)權利要求1所述的機械裝置，其特征在于所述顆粒添加劑材料具有小于5的莫氏硬度。22、根據(jù)權利要求1所述的機械裝置，其特征在于所述顆粒添加劑材料具有小于3的莫氏硬度。23、一種磨光方法，其包括如下步驟(a)提供一種系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括(i)金屬工件，其具有金屬工作表面；(ii)接觸表面，其大致相對于所述工作表面設置，所述接觸表面用于以與所述工作表面相對運動的方式移動；(iii)多個研磨顆粒，所述顆粒設置在所述接觸表面與所述工作表面之間，以及(iv)多個固體顆粒，其與所述接觸表面相關聯(lián)；(b)以大體上垂直于所述接觸表面和所述工作表面的方向施加載荷，(c)通過在所述金屬工作表面與所述接觸表面之間施加相對運動來磨光所述工件，以便(i)在所述接觸表面與所述研磨顆粒之間實現(xiàn)至少部分彈性交互作用，從而使所述研磨顆粒的至少一部分滲入所述工作表面和所述接觸表面兩者，以及(ii)將所述顆粒添加劑摻入所述金屬工作表面。24、根據(jù)權利要求23所述的磨光方法，其進一步包括如下步驟(d)向所述金屬工作表面施加《敞起伏，以產(chǎn)生至少一個凹口。25、根據(jù)權利要求24所述的磨光方法，其特征在于所述顆粒添加劑包括至少一種選自由如下材料組成的群組中的材料氯化鈷、二石?；f、石墨、富勒烯、二硫化鵠、云母、氮化硼、硫酸銀、氯化鎘、碘化鎘、硼砂、硼酸以及碘化鉛。26、一種用于磨光工件的金屬工作表面的機械裝置，所述裝置包括接觸表面，其用于與所述金屬工作表面大致對置設置，所述接觸表面用于以與所述工作表面相對運動的方式移動，所述接觸表面包括(a)至少一種聚合物材料，及(b)顆粒物質(zhì)，其分散在所述聚合物材料內(nèi)，所述接觸表面具有介于65-90之間的肖氏D級硬度，所述接觸表面設計并構造成在所述磨光所述工件的所述金屬工作表面期間，所述顆粒物質(zhì)自所述4妄觸表面以機械方式^皮輸送并4參入所述金屬工作表面。27、根據(jù)權利要求26所述的機械裝置，其特征在于所述顆粒物質(zhì)包括固體潤滑劑。28、根據(jù)權利要求26所述的機械裝置，其特征在于所述聚合物材料包括環(huán)氧材料。29、4艮據(jù)權利要求26所述的機械裝置，其特征在于所述聚合物材料包括聚氨酯。30、根據(jù)權利要求26所述的機械裝置，其特征在于所述顆粒物質(zhì)是所述聚合物材料中的填充材料。31、根據(jù)權利要求26所述的機械裝置，其特征在于所述顆粒物質(zhì)具有小于5的莫氏硬度。32、根據(jù)權利要求26所述的機械裝置，其特征在于所述顆粒物質(zhì)具有小于3的莫氏硬度。33、根據(jù)權利要求26所述的機械裝置，其特征在于所述顆粒物質(zhì)的至少90%具有小于20微米的直徑。34、根據(jù)權利要求26所述的機械裝置，其特征在于所述顆粒物質(zhì)的至少90%具有小于IO微米的直徑。35、根據(jù)權利要求26所述的機械裝置，其特征在于所述顆粒物質(zhì)的至少90%具有小于2微米的直徑。全文摘要本發(fā)明提供一種用于磨光金屬工作表面的機械裝置和方法，所述裝置包括(a)工件，其具有所述金屬工作表面；(b)接觸表面，其與所述工作表面大致對置設置，用于以與所述工作表面相對運動的方式移動；(c)多個研磨顆粒，其設置在所述接觸表面與所述工作表面之間，以及(d)機構，其與所述表面中的至少一者相關聯(lián)，用于施加所述相對運動，且用于在所述接觸表面和工作表面上施加載荷，所述接觸表面用于提供與所述研磨顆粒之間至少部分彈性的交互作用，其中，與所述接觸表面相關聯(lián)的是顆粒添加劑材料，且其中在致動所述機構時，所述載荷下的相對運動使所述研磨顆粒的一部分磨光所述工作表面，且其中在所述載荷下的所述相對運動實現(xiàn)所述顆粒添加劑材料的一部分摻入所述工作表面。文檔編號B24B37/00GK101631645SQ200680050004公開日2010年1月20日申請日期2006年11月28日優(yōu)先權日2005年11月28日發(fā)明者B·史丹尼沃斯,K·曼德爾,S·梅拉梅德申請人:福瑞克斯有限公司