Charakterystyka rowkowanej warstwy wierzchniej mikrołożysk komputera

W niniejszej pracy został przedstawiony pomiar własności materiału warstwy wierzchniej czopa i panewki nieeksploatowanych współpracujących powierzchni mikrołożyska występujących w komputerowym wentylatorze Kama Flow SP0825FDB12H 80 mm, w komputerowym wentylatorze Xilence Case Fan 92 mm, oraz w HDD 2,5” Samsung HM 160 HI 5400 rpm, a także w HDD 3,5” Seagate Barakuda 7200.10 ST380815AS, 7200 rpm. Nacięcia punktów podczas pomiarów modułu sprężystości Younga warstwy wierzchniej materiału zostały wykonane z użyciem statycznej spektroskopii sił na mikroskopie sił atomowych. Ponadto zaprezentowane zostały badania mikrotwardości dla powierzchni czopa i panewek z wykorzystaniem mikrotwardościomierza Vickersa PMT-3M-LOMO-Russia przystosowanego do takich badań. Przeprowadzone badania koncentrują się na pomiarach wykonanych na Skaningowym Elektronowym Mikroskopie oraz na analizie Mikro-X-Promieni, wykorzystując przyrząd Mira TESCAN INCA, ilustrujący obrazy powierzchni roboczych czopa i panewki systemem mikroskopowym, a także rejestrując trójwymiarowy test chropowatości powierzchni i profili przekrojów poprzecznych. Zbadane zmiany wartości modułu sprężystości po kierunku grubości warstwy wierzchniej uwidaczniają zmiany modułu sprężystości materiału leżącego na powierzchni nanorowków i nanożeberek, którymi pokryte są powierzchnie łożyskowe. W super cienkich szczelinach mikrołożysk o wysokościach mniejszych od 1 mikrometra lepkość dynamiczna oleju warstwy przyściennej zależy od modułu sprężystości materiału łożyskowego bezpośrednio przylegającego do warstwy smarującej. Dlatego zmienia się lepkość dynamiczna oleju wokół nanorowków i nanożeberek. Takie zmiany lepkości wpływają korzystnie na pracę mikrołożysk. Według informacji autorów, zaledwie od 5 lat producenci twardych dysków komputerowych montują na szerszą skalę mikrołożyska o powierzchniach pokrytych nanorowkami i nanożeberkami. Niniejsze badania mają na celu uzyskanie wyników doświadczalnych, aby na tej podstawie dokonać numerycznego ustalenia optymalnej geometrii rowków i żeberek na powierzchniach roboczych czopów i panewek pod kątem niezawodności oraz optymalnego sterowania pracą mikrołożyska.

This paper presents the measurement of superficial layer properties for a new undamaged journal and sleeve microbearing surfaces occurring in computer ventilator Kama Flow SP0825FDB12H 80 mm, in computer ventilator Xilence Case Fan 92 mm, and in computer Hard Disc Driver 2.5" Samsung HM 160 HI, 5400 rpm, and computer Hard Disc Driver 3.5" Seagate Barakuda, 7200.10 ST 380815AS, 7200 rpm. Indentation of the points during the measurements of the modulus of elasticity of the superficial layer material was performed using the static-force spectroscopy mode of the AFM. Moreover, Vickers micro-hardness value studies for journal and sleeve surface using micro-hardness Tester PMT-3M-LOMO-Russia are presented. Developed measurements from scanning electron microscope and micro-X-ray analysis, using Mira TESCAN INCA, illustrating images of journal and sleeve work surfaces taking into account Microscopy system, Atomic Force Microscope (AFM) roughness tests with 3D images of journal and sleeve work surfaces and profiles of their cross sections are also presented. The determined changes in the modulus of elasticity in the thickness of the superficial layer indicate the changes of the elasticity modulus on the nano-groove and nano-ridge surfaces. In the super thin microbearing gaps smaller than 1 micrometer, the oil dynamic viscosity depends on the modulus of elasticity of the bearing material laying on the micro bearing surfaces. Therefore, the oil dynamic viscosity changes in the boundary layers around the grooves and ridges on the bearing surface.