液体辅助激光加工织构及表面摩擦特性研究

为了缓解切削加工钛合金等难加工材料过程中存在的刀具磨损等问题,采用激光器分别在空气介质和液体辅助条件下在YG6硬质合金刀具表面加工直线沟槽织构,在UMT直线往复摩擦磨损试验机上测试了不同工艺加工所得织构刀具的摩擦及磨损性能,通过体视显微镜对磨损形貌进行表征分析,采用计算流体力学方法对试验进行模拟仿真,并结合流体动力学分析,探究织构刀具在润滑条件下的减摩机制。结果表明:激光加工工艺显著影响硬质合金刀具表面在切削液润滑条件下的摩擦磨损行为,液体辅助激光加工所得织构表面表现出较好的抗摩擦磨损性能,摩擦因数相对于无织构刀具表面降低了78.2%,主要是由于在摩擦过程中刀具-工件接触区的油膜产生了较好的楔形效应,改善了摩擦过程中的润滑状态,提高了摩擦学性能。

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.

织构化表面固体润滑性能试验

采用激光表面织构技术，在45°钢试样表面加工微凹坑形貌，将固体润滑剂MoS，压填至微凹坑内，利用UMT-2型多功能摩擦磨损试验机，考察其在不同载荷条件下，不同间距微凹坑试样的摩擦磨损特性，并通过扫描电镜与能量色散谱仪对磨损表面进行测试分析．结果表明：集成运用激光微织构技术与固体润滑技术，能有效提高表面润滑性能；与未织构光滑试样相比，激光表面织构试样摩擦系数显著降低；一定范围内，随着织构密度增加，表面摩擦系数减小，耐磨、抗擦伤性能明显提高，较佳的织构面积占有率为19．6％-30．0％；微凹坑中预埋的固体润滑剂在摩擦过程中能有效涂覆到试样接触表面，形成稳定可靠的固体润滑膜．

45#钢表面复合润滑结构的制备及其摩擦性能研究

采用激光微加工技术在45#钢表面制备了微坑型织构,将激光表面织构化与MoS2固体润滑剂相结合在45#钢表面制备了复合润滑结构.研究了其在干摩擦条件下的摩擦磨损性能,考察了织构面密度及织构化微坑大小对其摩擦性能的影响.通过扫描电镜与能量色散谱仪对磨斑表面进行了分析.结果表明:与未织构面相比,织构面具有低而稳定的摩擦系数和高的耐磨寿命;对同一孔径织构面,随着织构密度的增加其表面摩擦系数随之减小,较适宜的织构密度为20%～35%;对同一织构面密度,当织构面密度小于20%时,较小孔径织构面的摩擦系数更低;织构面密度增至35%后,织构面摩擦系数则随孔径增大而减小;由于织构面复合润滑结构中的微坑有效地储存了润滑剂从而在摩擦过程中维持表面润滑薄膜的形成.

润滑条件下激光加工纹理的摩擦磨损

采用YAG纳秒激光器在45#钢平板试样表面制备纹理,考察了不同润滑状态下表面纹理对摩擦学性能的影响.45#钢表面纹理采用了不同间距的点、槽和网格形貌,并在UMT-Ⅱ试验机上与SiC钢球配副,分别在石蜡和机油润滑条件下进行往复摩擦试验,得出了试验条件下的Stribeck曲线.结果表明,在Hersey数较小时,纹理的引入不利于材料摩擦系数的降低,Hersey数的增加有助于摩擦学性能的提高.网格状纹理间距越小摩擦系数越大.网格状形貌试样相对于点和凹槽形貌试样,表现出更好的摩擦学性能.

激光微造型表面摩擦磨损性能研究

采用声光调Q二级管泵浦固体光源(DPSS)NdYAG激光器对缸套试件表面进行了微造型网纹加工。在往复式活塞环-缸套摩擦磨损模拟试验机上进行了激光造型缸套试件与未造型光滑缸套试件的摩擦磨损性能对比试验研究。试验结果表明,在重载高速条件下,激光网纹试件与未造型试件相比,摩擦因数降低23%,磨损量降低66%。说明激光网纹沟槽具有贮油、积屑和动压润滑作用,同时激光加工的网纹淬火效应也有利于提高支承表面的耐磨抗擦伤性能。

表面微织构对关节轴承耐摩性能的影响

针对关节轴承在大载荷、贫润滑等极端工况下发生的磨损失效问题,采用Fluent仿真研究不同形状、直径和间距的微织构对流体力学的影响,借助激光加工法进行织构化处理以获得试验所需表面,采用UMT TriboLab摩擦磨损试验机对304不锈钢表面摩擦磨损性能进行分析.结果表明:圆形、三角形和矩形微织构最大压力值依次为89600、82100和78900 MPa;圆形微织构动压润滑性能效果最好,三角形微织构次之,矩形微织构最差;微织构直径大于160μm时,摩擦系数减小趋势变缓,微织构间距为200μm时摩擦系数最小.

激光微造型连杆衬套表面的摩擦磨损性能研究

采用二极管泵浦的Nd:YAG固体激光器对连杆衬套内表面进行微造型凹坑加工。在摩擦磨损试验机上进行了摩擦磨损性能试验。结果表明,与未造型试件在重载高速工况条件下相比,激光微造型试件的摩擦因数降低20%,磨损量降低53%。这说明激光微造型试件内表面凹坑具有贮油、积屑和动压润滑作用。

激光织构GCr15钢油润滑摩擦磨损性能试验

采用DP-75F型半导体泵浦激光打标机,在高碳铬轴承钢GCr15表面进行了激光微织构加工,然后在MFT-5000型多功能在线测量材料摩擦磨损试验机上对织构试件进行油润滑条件下的摩擦磨损性能试验。研究了方孔、圆孔和三角孔微造型的面积率、孔深等几何参数以及载荷、摩擦副往复运动频率等工况条件对油润滑条件下的GCr15表面摩擦磨损特性的影响。结果表明:油润滑条件下存在最优的微造型面积率和孔深,使GCr15造型表面的摩擦系数最小、磨损量最少,载荷越大,摩擦系数和磨损量越大,摩擦副往复运动频率越大,摩擦系数减小,磨损量增大;圆孔织构表面的摩擦磨损性能明显优于方孔和三角孔织构表面。

激光表面织构对铸铁摩擦磨损性能的影响

目的找出最佳的表面织构方案,将其应用在摩擦副的表面处理上,从而达到降摩减阻、节能减排的目的。方法设计了两种不同的加工面积占有率(10%和20%),三种不同形状的表面织构(圆坑、椭圆坑、沟槽),对铸铁试件进行激光表面加工,并利用环-块磨损试验机进行油润滑摩擦磨损实验。结果表面织构对铸铁材料的摩擦磨损性能有明显改善,尤其在磨损量方面。三种不同形状的表面织构相比,圆形表面织构试件的磨损量最小。两种不同面积占有率相比,面积占有率为20%的圆形微织构试件的磨损量最小,并在一定程度上减小了摩擦系数。结论在本实验研究条件下,面积占有率为20%的圆形表面织构对改善铸铁材料的摩擦磨损性能最显著。

摩擦副接触方式变化对织构表面动压润滑性能的影响

表面织构已被证实在能够有效改善相对运动摩擦表面的摩擦学性能,但开展表面织构对摩擦学性能影响规律的深入研究是促进表面织构实际应用不可或缺的过程。基于雷诺方程建立单一织构化摩擦副润滑理论模型,通过对比表面承载力和油膜压力分布研究了摩擦副接触方式变化(线接触-面接触)对织构表面动压润滑性能的影响规律。仿真分析结果表明,相同条件下,磨痕宽度越宽、织构化表面动压润滑性能越好,而摩擦副曲率半径越小、织构化表面动压润滑性能越差;此外,织构分布的影响不受摩擦副曲率和磨痕宽度的影响,而织构面积比越大则动压润滑性能越差。

激光表面织构化生物陶瓷涂层及其摩擦磨损性能

基于Reynolds方程和P-C(Patir and Cheng)模型,分别建立了织构表面在流体动压润滑及混合润滑状态下的理论模型。采用有限差分法并结合数值迭代,利用Matlab编程对模型进行计算,获得计算域内的压力分布和织构表面的理论摩擦系数,以此作为织构表面摩擦学性能的判断标准。采用飞秒激光加工工艺,在氧化锆(ZrO_2)增强HA(Hydroxyapatite,羟基磷灰石)生物陶瓷涂层表面,加工出具有不同排布方式的椭圆形织构阵列和不同面覆率的圆形织构阵列。在往复实验平台进行摩擦磨损实验,利用三维轮廓仪表征涂层的磨损深度,并验证了数值模型。

激光复合织构对GCr15/Si_3N_4摩擦副摩擦学性能的影响

为了改善干摩擦条件下GCr15/Si3N4摩擦副的摩擦磨损,在GCr15表面加工激光复合织构,研究摩擦副的摩擦磨损行为。采用Nd:YAG激光器在GCr15表面加工不同间距织构,并在织构凹槽中填充树脂基复合材料;采用销-盘摩擦磨损试验机测试摩擦副的摩擦磨损性能,并对摩擦副表面形貌和磨屑特征进行观测分析。试验发现,在试验范围内,织构间距为1.0mm,填充润滑剂为PTFE,填充比例为20%时,试件表面有大面积润滑剂黏着,可形成润滑膜,摩擦系数较低,耐磨性较好。干摩擦条件下,复合织构试件摩擦系数为0.131,接近金属与自润滑材料的摩擦系数,对摩球磨斑为Ф421.7μm,试件表面磨痕宽425.7μm。相比无织构试件,激光复合织构在干摩擦条件下可有效改善摩擦配副摩擦磨损性能。