激光-超声辅助磨削氮化铝表面改性机理

目的利用激光-超声辅助磨削技术(LUAG),研究氮化铝表面创成改性机理。方法通过分子动力学,从磨削力、原子相变和亚表面损伤深度方面,分析氮化铝表面材料去除的微观特性演变过程,对激光-超声双物理源条件下的单粒辅助磨削进行分子动力学(MD)模拟,对氮化铝分别进行传统磨削、激光辅助磨削、超声辅助磨削、激光-超声辅助磨削分子动力学分析,探讨不同工况下AlN的去除行为及损伤演化机制。结合LUAG过程中生成的氧化铝增强相,探明氮化铝表面力学性能提升原因。结果与传统磨削(TG)相比,LUAG过程的磨削力降低了50%,表面粗糙度Ra降低28.4%。AlN的表面硬度可达1298.6HV,相较于TG提高了25%。AlN表面摩擦磨损因数和亚表面损伤深度分别降低了50%和33%。结论LUAG生成的少量氧化铝被用作扩散强化的增强相,氧化铝相的生成实现了材料的弥散强化,填补了氮化铝原子间的空位以实现基体的材料硬化并提高耐磨性。该研究成果加深了人们对激光、超声波和磨粒加工耦合作用下材料去除和损伤的理解,同时促进和实现了氮化铝基底表面的高性能制造。