規(guī)則表面微造型的激光加工和摩擦特性研究.pdf

1、隨著摩擦學理論和實驗研究的深入，規(guī)則表面微造型作為顯著改善摩擦副表面的摩擦學性能的可控技術日益成為國際研究的熱點，研究不同形狀的規(guī)則表面形貌造型及其摩擦學性能，對根據(jù)潤滑摩擦性能要求設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用前景。 激光表面微造型技術以其制造加工速度快，對環(huán)境無污染以及優(yōu)良地對形狀和尺寸的控制能力被認為是表面微造型領域頗為成功的造型方法之一。本課題主要工作是對納秒和皮秒激光微

2、造型加工質(zhì)量進行性能對比，研究適用于工業(yè)應用的激光微造型方法，然后設計了三種微造型形貌并進行激光加工，再對這三種表面微造型形貌的表面摩擦性能進行研究。 本文首先在現(xiàn)有理論研究的基礎上，建立了激光與物質(zhì)相互作用時的熱傳導和溫度場的數(shù)學模型，為課題組的后續(xù)研究二級管泵浦YAG激光器和Nd∶YVO<,4>皮秒激光加工灰鑄鐵提供理論指導。其次分別運用納秒和皮秒激光器進行凹坑和凹槽形貌加工，對納秒和皮秒激光器的表面微造型加工質(zhì)量進行了對比

3、試驗，選用WYKO輪廓儀和電子探針掃描電鏡(JXA-840A型，美國)對這兩種加工方法下的凹坑微觀組織進行表征與分析，結果表明：納秒激光器由于脈沖寬度較大，與被加工材料接觸時間較長，形成較大的熱影響區(qū)，產(chǎn)生較嚴重的損傷區(qū)域，這些損壞區(qū)域將產(chǎn)生反復的熱融化、再凝固現(xiàn)象、形成裂縫和殘渣等；而超短激光脈沖加工—皮秒激光加工則可以克服這種現(xiàn)象，可以實現(xiàn)冷加工，大大提高加工質(zhì)量。通過激光加工對比實驗得出皮秒激光加工有著優(yōu)于納秒激光加工的性能，進而

4、設計了三種微造型(凹坑、網(wǎng)紋、斷紋)，并用皮秒激光器加工。緊接著對皮秒激光加工下的三種微造型進行UMT-2摩擦磨損實驗研究，并與未造型的光滑面進行比較。實驗主要分為干摩擦實驗和潤滑摩擦實驗，通過研究不同潤滑條件，不同載荷，不同表面造型的摩擦系數(shù)的變化趨勢，分析規(guī)則表面微形貌對摩擦性能的影響。實驗結果表明：在干摩擦低載荷的同等工況條件下，造型面的摩擦性能相比未造型面有明顯提高，在三種造型中以凹坑的表面摩擦性能最優(yōu)；在潤滑低載荷條件下，造型