表面規(guī)則微觀形貌的激光造型及摩擦學(xué)性能研究.pdf

1、摩擦副的摩擦磨損性能與其表面形貌密切相關(guān),利用激光手段加工規(guī)則微觀幾何形貌作為顯著改善摩擦副表面的摩擦學(xué)性能的可控技術(shù)日益成為國際研究的熱點。研究不同形狀的微觀幾何形貌的摩擦學(xué)性能,對根據(jù)潤滑摩擦性能要求設(shè)計并制造出與之匹配的摩擦副表面微觀幾何形貌,具有重要的理論研究價值與廣闊的應(yīng)用前景。
　　 本課題組近幾年對激光毛化技術(shù)和激光微造型技術(shù)進行了一系列的深入探討和研究,并首先提出了利用激光毛化技術(shù)和激光微造型技術(shù)在模具關(guān)鍵摩擦部

2、位進行增摩和減摩造型來改善模具表面的摩擦狀況。為了明晰激光毛化形貌和激光微造型形貌對摩擦副摩擦性能的影響情況,本文分別進行了具有微凸體特征的球冠狀毛化表面和具有凹坑形貌表面的激光加工研究和摩擦磨損性能的實驗研究。
　　 微觀幾何形貌的激光加工過程是一個復(fù)雜的改形改性過程,本文首先初步分析激光與材料一般作用規(guī)律,激光對材料的加熱、熔化和汽化的機制,以及激光毛化的熔化過程和部分汽化對形貌的影響。另外探討了金屬表面球冠狀毛化形貌和微造

3、型形貌形成機理,以及毛化表面和微造型表面相關(guān)的摩擦學(xué)理論,并采用球形微凸體為計算模型,進行了混合摩擦狀態(tài)下摩擦力和摩擦系數(shù)的推導(dǎo)過程。
　　 其次利用激光毛化技術(shù)和激光微造型技術(shù)分別進行了規(guī)則分布的球冠狀毛化形貌和凹坑形貌的激光加工。采用單因素輪換法研究了泵浦電壓,脈沖寬度、離焦量與毛化點直徑、微凸體高度之間的關(guān)系,得到了激光工藝參數(shù)對毛化形貌尺寸的影響規(guī)律。同時進行了激光毛化形貌的金相組織和顯微硬度檢測,經(jīng)測量分析得到,基材金

4、相組織為淬火馬氏體和托氏體的混合物,毛化微凸體處的金相組織為細小組織馬氏體,毛化點區(qū)域的硬度與基體材料硬度相比有很大提高。另外采用“單脈沖同點間隔多次”激光加工工藝,進行了激光微造型工藝實驗,得到了脈沖重復(fù)次數(shù)與凹坑深度的變化規(guī)律。
　　 最后,分別進行了具有球冠狀毛化形貌和凹坑微形貌表面的摩擦學(xué)實驗研究。在UMT-Ⅱ型多功能摩擦磨損試驗機上,進行了具有不同尺寸和分布的激光毛化試樣與光滑試樣的摩擦學(xué)對比實驗研究。研究結(jié)果表明,在

5、三種工況下,激光毛化試樣的摩擦系數(shù)明顯大于光滑試樣,其中在高速輕載工況下,微凸體間距為1300μm的試樣比光滑試樣的摩擦系數(shù)大2.25倍；摩擦系數(shù)隨著激光毛化形貌微凸體間距的減小而增大；摩擦系數(shù)與激光毛化微凸體直徑成反比關(guān)系,而與微凸體的高度成正比關(guān)系:隨著速度的不斷增大,激光毛化表面動壓效應(yīng)增強,摩擦系數(shù)隨之減小。在WKYO-NT1100表面輪廓儀上觀察磨損后微凸體變化,在摩擦系數(shù)穩(wěn)定后,微凸體能保持一定高度,這顯示微凸體具有良好的耐