飞秒激光表面织构化对CFRP/2060铝锂合金高速激光连接接头剪切性能的影响

激光表面织构化作为提高异质结构接头剪切性能的有效手段,已广泛应用于碳纤维增强复合材料(CFRP)与金属材料激光连接领域中。采用波长515 nm的飞秒激光在2060铝锂合金表面制备微结构,采用能量密度分布均匀的矩形光斑实现CFRP和2060铝锂合金异质接头的高速光纤激光连接,探讨飞秒激光刻蚀深度、扫描线间距对异质结构接头剪切强度的影响规律。结果表明,通过飞秒激光织构化处理,异质接头剪切强度得到了大幅提升,接头破坏形式均为界面断裂和基体断裂的混合断裂模式。在激光功率5 kW、焊接速度高达3.6 m/min条件下,接头平均剪切强度可达35.7 MPa,是未经飞秒激光织构化接头的2.3倍。

织构化刀具表面摩擦磨损特性与减摩降磨机制研究

在刀具表面设计并加工出一定结构的微织构,可大幅改善刀具-切屑表面的摩擦状态。为了探究不同形态的织构刀具在干摩擦状态下的摩擦磨损特征,通过有限元仿真分析软件ABAQUS对不同织构类型的刀具进行分析,结合刀具的应力状态分布情况分析各类织构对减摩抗磨作用的影响。同时,利用飞秒激光器在刀具表面加工不同类型的织构并与钛合金磨球进行摩擦磨损实验,测定其摩擦因数,分析不同类型织构刀具表面的磨损情况和形貌。仿真及试验结果表明:刀具T1应力集中区分布广泛,应力集中严重;相对于T1,刀具T2、T3、T4、T5的等效应力值出现大幅降低,且应力分布较为均匀,其中刀具T4的表面等效应力值最低,且降温效果最优。上述结果表明:带有不同类型织构的刀具较无织构刀具的摩擦因数均有不同程度降低,一定程度上缓解了刀具表面的黏结磨损,其中T4摩擦因数降低最为显著,减摩效果最为突出。

氧化铝基网状织构化涂层的润湿性能研究

为解决聚晶金刚石复合片钻头(Polycrystalline Diamond Compact,PDC)表面泥包问题,设计一种氧化铝基织构化涂层。通过接触角试验,了解激光工艺参数对氧化铝基网状织构化涂层表面润湿性能的影响,结合接触角理论分析液滴在织构涂层表面的浸润状态,并借助室内动态防黏附性能评价试验检验泥浆液环境下织构化涂层表面防泥浆黏附效果。结果表明:织构化表面液滴处于复合润湿状态,处于Cassie-Baxter接触状态的液滴呈现出向Wenzel接触状态过渡的趋势;织构化AT13涂层的表面黏附量相较于基材减少9.7%。

水槽涂层表面陶瓷织构化对泥浆润湿性的影响研究

以聚晶金刚石复合片(Polycrystalline Diamond Compact,PDC)钻头水槽泥包问题为研究对象,对水槽涂层表面进行氧化铝基织构化制备处理。结合接触角理论分析泥浆液滴在织构化涂层表面的浸润状态,并通过泥浆动态润湿性实验,考察泥浆液环境下织构化涂层表面防泥浆黏附作用效果。结果表明,织构化表面液滴处于复合润湿状态,处于Cassie-Baxter接触状态的液滴呈现出向Wenzel接触状态过渡的趋势,通过在钻头水槽涂层表面进行陶瓷织构化处理,能够显著提高水槽抗泥浆附着的性能,从而降低泥包概率。

高度向心织构化SiAlON陶瓷的制备和力学性能研究

通过在1750℃煅烧环形SiAlON陶瓷坯体,制备了向心织构SiAlON陶瓷。研究了Ni/Co(0 wt.%~2.25 wt.%)添加剂对织构化SiAlON陶瓷的物相组成、织构化程度、显微结构和力学性能的影响。研究结果表明:在平行于晶粒定向的截面(径截面RS)上,引入2.25 wt.%Ni/Co添加剂时SiAlON陶瓷定向指数从0.38提高到0.74;煅烧样品形成了向心织构化的显微形貌特征,在垂直于晶粒定向方向的截面(弦截面TS)上晶粒为等轴状形貌,而在RS面上为排列方向一致的棒状晶粒形貌;织构化SiAlON陶瓷的RS面硬度均高于TS面,随着黏结相含量增加,硬度降低;在RS面垂直于晶粒定向的方向,随着Ni/Co添加剂含量从0wt.%增加到2.25wt.%,断裂韧性从(6.93±0.31)MPa·m^(1/2)增加到(7.52±0.28) MPa·m^(1/2)。

激光表面织构化对电子标签粘接性能的影响

采用激光对ABS塑料板待粘接表面进行激光表面织构化,以研究其对电子标签粘接性能的影响。采用纳秒脉冲激光处理待粘接表面,在激光共聚焦显微镜下观察激光表面织构化前后基板的表面形貌,并分析激光表面织构化前后基板表面粗糙度变化,利用微机控制电子万能试验机检测激光表面织构化后其粘接表面的结合力,研究激光表面织构化对其表面形貌、表面粗糙度及结合力的影响规律,从而确定最佳激光表面织构化工艺参数。激光表面织构化可有效的提高待粘接表面粗糙度,激光表面织构化后基板的表面粗糙度较未处理前的0.077μm提高到1.222μm;激光表面织构化后的粘接力可到达35.5 N,较未处理表面的11.2 N提升了217%。最终确定最佳的激光表面织构化工艺为激光功率200 W,扫描速度6900 mm/s,重复频率50 kHz,脉冲宽度270 ns,填充线间距0.15 mm。最佳激光表面织构化工艺大幅度提高了材料的表面粗糙度,这使材料的粘接性能显著提升。

不同流态下织构化动压滑动轴承润滑特性研究

为了探究不同流态下动压滑动轴承润滑及承载特性,以织构化动压滑动轴承为研究对象,基于Ng-Pan湍流润滑理论,建立不同流态下织构化动压滑动轴承润滑模型,分析润滑油流态、微织构以及轴承结构参数对动压滑动轴承油膜压力以及承载力的影响。研究表明:湍流流态能够有效地提高织构化动压滑动轴承的油膜压力,临界雷诺数随间隙比的增加而减小,随偏心率的增加而增大;不同流态下织构化轴承承载力随坑径与膜厚的增加而逐渐减小,随间距的增加呈现波动变化,随转速、偏心率与长径比的增加而增加,且湍流流态的承载远高于层流流态。

织构化提高表面摩擦学性能的研究进展

表面织构化作为1种可以显著提高表面摩擦学性能的方法已得到国内外科学技术工作者的广泛关注.从表面织构化的应用领域和研究背景着手,评述了织构化在改善表面宏观、微观和仿生摩擦学等方面的研究进展和发展现状,阐明了表面织构化对于改善表面宏/微观摩擦学行为的重大意义,并指出当前表面织构化存在的问题和下一步的发展方向.

45#钢表面激光织构化及其干摩擦特性研究

采用声光调的固体Nd:YAG激光器在45#钢表面进行了织构化处理;采用栓盘摩擦试验机考察了织构化对其摩擦性能的影响;用三维轮廓仪及扫描电镜对摩擦试验前后试样的表面形貌进行了分析.研究结果表明:经过激光织构化的45#钢表面形成了较为规整的微坑型结构.在相同试验条件下与未织构面对比,织构面的摩擦系数均有不同程度减小且表现得更为稳定,并且磨损率也得到一定的降低,这是由于所制备的表面微坑起到了捕获磨屑的作用.对不同织构密度及织构尺寸样品摩擦性能的考察结果表明较大的织构密度及较大孔径更有利于减摩抗磨.

激光表面织构化对GCr15钢摩擦磨损性能的影响

本文利用Nd:YAG固体脉冲激光对GCr15钢样品表面进行了微坑织构化处理,考察了激光表面织构参数对其摩擦性能的影响,同时通过扫描电镜等对磨斑表面进行了分析.结果表明:与光滑面试样相比,经织构化处理的样品表面在干摩擦条件下虽然摩擦系数较高,但表现出了较好的抗磨性能;在贫油润滑条件下,织构面的摩擦系数与磨损均明显小于光滑面;在低载低速下较小孔径织构面摩擦系数较小,随着速度及载荷的增大,较大孔径织构面表现出更好的摩擦学性能.采用Stribeck曲线探讨了织构化表面与光滑面在贫油润滑下的润滑机理,结果表明织构面在试验条件下均保持油膜流体润滑状态.

激光表面织构化对材料摩擦学性能影响的研究进展

总结了激光表面织构化技术的特点,并介绍了其在摩擦学中应用的现状,分别讨论了激光表面织构的不同几何形状、尺寸和织构密度等因素,以及织构引起的金属材料表面硬度的升高对摩擦学性能的影响,展望了激光表面织构化技术未来的研究和发展方向及应用领域,指出应加强理论模拟和计算研究,以期与实验研究相辅相成;实验研究应注重规律的摸索和总结;机理方面应深入研究织构引起的组织和力学性能变化的规律,及其对材料摩擦学性能、力学性能和化学性能的影响。

织构化表面改性及其在生物材料上的应用

表面织构化(Surface texturing)改性是指根据材料属性选择合适的加工手段,在相对运动的摩擦副表面引入具备特定形状、尺寸、分布和排列的微观结构阵列,从而实现摩擦副摩擦学性能的调控。随着生物材料的迅速发展,生物界面的摩擦学问题是制约其服役安全与寿命的关键因素。表面改性(如合理的表面织构化设计)因强大的润滑优化功能,由此受到科研工作者的广泛关注。在生物材料服役寿命需求日益增加的背景下,首先分析和总结了典型生物材料产品——人工关节在人体服役过程中的失效原因,并将其分为了摩擦学和生物学问题,由此提出了通过表面织构化技术改进人工关节材料的耐磨性和增强其生物相容性,最终达到实现长寿命人工关节服役的目的。详细地论述了近年来表面织构在生物材料上的研究进展,分析了表面织构化参数,如形状、尺寸及排布等对摩擦学性能的影响,考察了不同织构对摩擦副在不同运动工况下承载力及耐磨性的影响,阐述了表面织构的减摩耐磨机理。最后讨论了表面织构对细胞接触引导生长的调控,如对细胞的粘附状态、形态、增殖和分化能力的影响,尽管利于细胞生长的尺寸小于润滑优化的尺寸,但通过多层次或复合设计可望实现生物相容性与摩擦学性能改善相兼具的目标。最后在现有人工关节材料表面改性的研究基础上,对延长人工关节服役寿命的研究方向、发展趋势和应用领域进行了展望。

规则织构化硅片表面的制备及其润湿行为

采用感应耦合等离子体刻蚀技术实现了不同形状和几何参数的规则织构化硅片表面的构筑与制备。主要以三种典型的规则织构包括圆柱状、圆坑状和沟槽状表面为研究对象,系统考察了织构形状和几何参数对表面润湿行为的影响规律。研究结果表明:随着织构高度、深度和表面覆盖率的增加,规则织构化硅片表面疏水性能增强,规则织构化表面疏水性能随着表面粗糙度的增加而增强。不同的几何形貌对硅片表面接触角的影响强度是不同的,相对于柱状与沟槽状织构,坑状织构在较小的表面粗糙度时可得到较大的接触角。当表面的接触角均为101°时,坑状、柱状、沟槽状织构的表面粗糙度分别为16.2 nm,29.2 nm和70.2 nm。

激光表面织构化改善摩擦学性能的研究进展

介绍了激光表面织构化的过程及其摩擦学研究现状,讨论了激光表面织构的形状、直径、深度、取向和密度等结构参数对润滑状态及其磨损机理的影响,指出今后可将先进涂层技术和激光表面织构化结合起来,在混合/边界润滑状态下获得较低的摩擦系数,并应加强以润滑理论为基础的研究,预先模拟、计算出表面微结构的最佳参数以达到实际摩擦工况的润滑要求.

离子液体/织构化类金刚石碳复合润滑薄膜的构筑及其摩擦学性能的研究

分别采用激光织构、磁控溅射和浸渍-提拉技术在单晶硅片表面成功构筑了具有离子液体纳米薄膜的织构化类金刚石碳复合润滑薄膜,采用三维轮廓仪和SEM观察了织构化类金刚石碳表面,通过X射线光电子能谱证实了织构化类金刚石碳膜表面离子液体纳米薄膜的存在,并利用微摩擦试验机重点考察和理论分析了这种复合润滑薄膜在较大和微载荷下的摩擦学性能.研究结果表明:这种离子液体/织构化类金刚石碳复合润滑薄膜在微载荷下能够有效地缩短磨合时间、降低摩擦系数,然而其在小载荷下摩擦学性能欠佳.

织构化K0.5Na0.5NbO3无铅压电陶瓷的性能研究

以分析纯Na2CO3、Bi2O3和Nb2O5为原料,以NaCl为熔盐,采用二次熔盐法和拓扑化学反应法合成各向异性片状NaNbO3粉体。以该片状NaNbO3粉体为模板晶粒,以固相法合成的NaNbO3和KNbO3粉体为基料,采用流延工艺制备出较高取向度的织构化K0.5Na0.5NbO3(KNN)无铅压电陶瓷,系统研究了模板含量、烧结温度和保温时间等工艺参数对织构化KNN陶瓷显微结构和压电性能的影响规律。研究结果表明:随着模板含量的增加,陶瓷的取向度逐渐增加,当模板含量为15 wt%时,陶瓷的取向度可达0.69,当模板含量为10 wt%,1100℃下保温5 h烧结,可以获得具有一定织构度(f=0.58)的KNN陶瓷,并表现出优异的压电性能,d33=128 pC/N。

模板晶粒生长技术制备织构化SrBi_2Nb_2O_9陶瓷

以熔盐法合成各向异性的片状单相SrBi2Nb2O9(SBN)陶瓷粉体作为模板,采用模板晶粒生长(templated grain growth,TGG)技术制得织构化SBN陶瓷。研究结果表明:随着烧结温度的升高和模板数量的增加,其晶粒取向率升高。当模板数量(质量分数)为20%时,在1300℃烧结3h可获得晶粒取向率为0.86的织构化SBN陶瓷。同时,TGG技术制得的织构化SBN陶瓷的相对体积密度在烧结温度低于1300℃时,随烧结温度的升高而升高;在1300℃时为91.22%;在高于1300℃时开始下降。

活塞环表面织构化镀层的摩擦性能研究

目的以缸套/活塞环为试验对象,研究激光织构化与固体润滑镀层的协同减摩作用。方法采用脉冲激光在活塞环表面进行微孔化处理,利用电脉冲沉积法在微孔内制备具有不同MoS_2微粒浓度的Ni-MoS_2复合镀层,通过往复式摩擦试验研究织构化表面沉积固体润滑剂对活塞环-缸套的影响机制。结果镀液中MoS_2微粒浓度对镀层的硬度和摩擦学性能影响较大,相同电流密度下,电镀液中MoS_2微粒的质量浓度为5g/L时的镀层硬度最高,该浓度下Ni-MoS_2复合镀层在干摩擦下具有最佳的摩擦系数和最低的磨损率。织构化复合镀层可以显著改善接触面间的摩擦性能,相比未织构化摩擦配副,摩擦系数降低约0.2,磨损率下降50%。结论干摩擦条件下,表面织构可以有效地储存摩擦副之间的固体润滑剂和磨粒,在接触表面形成连续润滑膜,减少磨粒磨损。

织构化工艺在无铅压电陶瓷中的应用

近年来,织构化工艺作为一种提高无铅陶瓷压电性能的有效方法,在国内外得到了广泛地研究和关注.本文综述了几种常用的织构化工艺,包括热处理技术、非等轴粒子取向固化技术、模板晶粒生长技术、反应模板晶粒生长技术和多层晶粒生长法的发展与应用,并详细讨论了每一种工艺对陶瓷微结构和织构化生长机制的影响.

线接触摩擦副织构化表面动压润滑性能

为研究线接触摩擦副织构化表面动压润滑性能,建立其理论模型,并运用多重网格法进行数值分析,探讨工况参数(载荷、转速)和微织构参数(面积占有率、深径比)对表面油膜压力的影响;在MMW-1A摩擦磨损试验机上研究微织构面积占有率与摩擦因数的关系。结果表明,线接触条件下微织构化表面的油膜平均压力随着载荷和转速的增大而增大,随着微织构面积占有率的增大而先增大后减小,随着深径比的增大而减小;而摩擦因数随着微织构面积占有率的增大而先减小后增大再减小;存在最优的微织构面积占有率,使得油膜平均压力最大和摩擦因数最小。试验结果较好地验证了数值模拟结果,表明线接触摩擦副织构化表面具有较好的减摩特性。