钻头滑动轴承表面织构的激光加工工艺研究

基于仿生表面织构改善摩擦学性能的显著效果,如何将优选润滑减磨性能较好的凹槽型织构合理地布置于牙轮钻头滑动轴承轴颈表面是目前亟待解决的难题之一。本文通过纳秒激光微加工和非接触式三维光学表征方法,开展纳秒激光功率、扫描次数和扫描速度对钻头滑动轴承轴颈表面烧蚀凹槽织构几何尺寸和加工精度影响规律的实验研究,结果表明,纳秒激光烧蚀工况下,凹槽织构深度随激光扫描次数增加逐渐增加,而凹槽宽度基本保持不变;凹槽织构宽度随扫描速度的增加逐渐减小。宽度为478 μm,深度为30 μm凹槽织构初步优选的激光烧蚀参数为:功率35 W,扫面次数3次,扫描速度100 mm/s。该研究为优选凹槽织构布置于牙轮钻头轴承摩擦副表面提供了纳秒激光加工工艺与表征方法,其将推动仿生表面织构纳秒激光微加工技术在钻头滑动轴承减磨抗摩领域的工业化应用。     

镀铬活塞环表面椭圆微坑织构激光制备工艺研究

为优化激光制备表面微坑织构工艺参数,提高缸套-活塞环摩擦副的摩擦学性能,使用纳秒脉冲激光器在镀铬活塞环表面制备椭圆形微坑织构,探究激光功率、加工次数、扫描速度与填充线间距对微坑形貌及尺寸的影响.结果 表明:增大激光功率与重复加工次数、降低扫描速度与填充线间距可有效提高微坑深度;微坑长径长度随激光功率增大而减小,随加工次...     

GCr15轴承钢表面的激光凹/凸微织构工艺

采用光纤激光器对GCr15轴承钢试样表面进行了激光织构加工,使用共聚焦显微镜观察了微织构的形貌,分析了功率、脉宽、重复次数对织构点形貌的影响。试验结果表明,织构点直径随脉宽的增大而增大,在一定脉宽范围内,织构点深度随脉宽的增大而明显增大;在单脉冲作用下,当脉宽为1000μs时形成凸起形貌,当脉宽增大到5000μs以上时形成凹坑形貌;随着功率的增大,织构点的直径和深度增大;随着重复次数的增加,热效应尤为明显,凹坑先逐渐变深然后部分被填平,凸起高度先不变然后急剧增大。研究验证了同一台激光器同时实现凹/凸微织构的可行性,为实现表面不同形貌的加工提供了新的思路。     

铁基合金激光熔覆层的摩擦学特性

为评估激光熔覆技术修复塑料模具的磨损性能,采用铁基合金粉末在40Cr钢基体表面进行激光熔覆。激光熔覆层为上试样,GCr15钢球为下试样,利用HT-500磨损试验机进行摩擦磨损试验,研究在干摩擦、润滑条件下,激光熔覆层及其配副的摩擦学特性。利用表面形貌仪测量磨痕的深度和宽度,理论计算磨损率。研究结果表明,在干摩擦条件下,随载荷的增加,激光熔覆层及其配副的摩擦系数先降低后增加,当载荷为300 g时摩擦系数最小;随载荷的继续增加,摩擦系数逐渐增大。在相同载荷与润滑条件下,激光熔覆层及其配副的摩擦系数、磨损率、磨痕宽度均小于干摩擦条件下的值;随着磨损时间的增加,摩擦系数在磨损后期略有上升,磨损深度、磨损体积、磨损率逐渐增大。     

激光表面微造型对摩擦学性能的影响

为了研究表激光织构化对机械零件接触面的摩擦性能影响,采用Nd:YAG脉冲激光在钢盘表面形成了具有一定直径、间距和密度的微坑型织构阵列,在环/盘式摩擦试验机上进行了摩擦学性能测试。结果表明,微坑的深度和直径随脉冲次数增加而增大,调整微坑参量（直径和间距）可以获得不同密度的织构阵列,密度为8%~10%范围内的试样具有最低的摩擦因素（0.055~0.06）和磨损率（5.2×10-16m3/（N·m））;通过曲线拟合,得到摩擦磨损性能随织构密度变化的趋势。该研究获得了具有最佳摩擦学性能的参量,能提高机械的使用效率和使用寿命。     

304不锈钢表面激光凹/凸微织构的形貌演变规律

激光微织构加工在当前微织构加工中有很大优势，然而大多数研究都是关于微凹坑的形成。采用纳秒光纤激光器在304不锈钢表面制备微凹/凸织构，研究激光加工参数对所制备的凹/凸织构表面形貌的影响。结果表明，随着功率的增大，微织构的中心凸起高度先增大后减小，最后转化为凹坑。在不同的功率下，高度随脉冲宽度变化的趋势不同。在功率为25 W时，随脉冲宽度增大先升高后降低；30 W、35 W时，总体呈下降趋势，先降低后升高再降低；20 W时，随脉冲宽度增大先降低后升高再降低，变化幅度较小；40 W时凸起消失。微织构的直径随功率和脉冲宽度的增大而增大。随着脉冲数量的增加，微凸织构中心凸起部位的下凹深度也增大，突起高度降低。在脉冲数量为1、激光功率为25 W、脉冲宽度为10 000 ns时，可以得到凸起高度为35.362μm、直径为174.057μm的微凸起织构。     

激光织构化形貌对密封配副摩擦学性能的影响

为了研究表面织构化对端面密封材料摩擦性能的影响,采用Nd:YAG固体脉冲激光对GCr15钢盘表面进行了织构化处理,形成了微孔型和凹槽型两种表面形貌。在摩擦试验机上模拟端面密封形式对聚四氟乙烯环/GCr15盘进行摩擦学性能测试,并对试样表面的磨损形貌进行了分析。结果表明,在油润滑条件下,织构化试样的摩擦因数和磨损量均低于光滑试样的,且微孔型织构的耐磨性优于凹槽形的,因为凹槽型织构排列使油膜厚度不均匀,摩擦因数波动大;在干摩擦条件下,适当的织构形貌对转移膜的保持有利,同时可以捕获磨屑,减少磨粒磨损的作用。与光滑配副相比,表面织构降低了配副双方的磨损率。     

激光脉冲次数对织构化涂层的摩擦学性能影响北大核心CSCD

采用Nd…YAG固体脉冲激光器对45钢盘表面进行了织构化处理,形成了具有不同微孔深度的织构化阵列。在织构化钢盘表面制备了Ni-MoS_2复合镀层,对Al_2O_3陶瓷球/45钢盘进行了摩擦性能测试,并对试样表面的磨损形貌进行了分析。结果表明,不同脉冲次数对微孔最大直径的影响较小,但随着脉冲次数的增加,微孔深度和内部空腔体积显著增大。在干摩擦条件下,具有织构化阵列的复合镀层摩擦系数比未织构镀层的降低0.1~0.15,且随着微孔深度的增加,摩擦系数进一步降低,其中40个脉冲形成的织构化镀层具有最佳的抗磨减摩性能,且磨损寿命是20个脉冲形成的织构化镀层的3倍。     

同点间隔多次激光微织构工艺研究

探讨了单脉冲同点间隔多次(SPI)工艺对激光微织构加工效果的影响。采用纳秒倍频Nd3+∶YAG激光器在45钢表面进行激光微织构实验,研究激光能量密度、脉冲个数对微凹腔几何形貌参数的影响规律;分析烧蚀所致表面等离子体对激光吸收率的影响;并从实验和温度场模拟角度,对比分析了SPI工艺相比同点连续多次工艺的特点及技术优势。结果表明:随激光能量密度增加,微凹腔直径呈对数函数关系增加,而凹腔深度则随之先增大后趋于平稳,最后略微下降。作用脉冲个数对凹腔直径影响不明显,但凹腔深度随之呈线性增加。较之同点连续多次工艺,SPI工艺能最大限度降低激光加工产生的负面热效应,且多脉冲作用对微织构内部形貌具有"平滑"作用;同时,在保证单个脉冲材料去除率的条件下,提高了激光加工高质量微织构的总效率。     

陶瓷刀具表面微织构激光加工工艺的实验研究

较好的刀具表面微织构可以改善刀具摩擦磨损性能,提升刀具切削性能,延长刀具使用寿命。针对光纤激光在陶瓷刀具表面加工微织构的过程中,激光功率、频率、扫描速度和扫描次数对微沟槽尺寸和形貌的影响进行了实验研究。确定了使用1064 nm波长光纤激光器在陶瓷刀具表面加工微织构的合理参数。选用不同形貌微织构和无织构刀具进行摩擦磨损实验并进行对比。实验结果表明,微织构可以降低陶瓷刀具表面摩擦系数,提高其抗磨损性能。微织构沟槽深度或宽度较大时作用效果较差。     

激光微造型的非配合摩擦副表面增摩特性研究

为了研究非配合摩擦副工件不同表面形貌对表面摩擦性能的影响,根据非配合摩擦副的摩擦特性,采用连续激光加工方法,在试件表面上加工出网状分布的凹坑形貌以形成环形凸起形貌,将凹坑直径、加工区域占有率、平均深度等参量作为分析变量,对试样进行了表面形貌检测与摩擦磨损测试。结果表明,表面摩擦系数随着凹坑深度的增加而增大,达到增摩效果,微结构区域面积占有率对摩擦系数的影响不是很明显。     

脉冲绿激光划切蓝宝石基片的工艺参量研究

为了提高划切蓝宝石的成品率和划切效率,研究了脉冲绿激光（波长532nm）的偏振性、脉冲激光能量、激光焦点位置、扫描速率、扫描次数等工艺参量对蓝宝石基片划切质量的影响。结果表明,脉冲绿激光划切蓝宝石基片时,扫描方向平行于入射面线偏振方向,焦点位置为负离焦50μm,可以获得良好的微划槽;脉冲激光能量增加,划槽深度和宽度增加;扫描速率增加,切槽深度减小,划槽宽度先增加后减小;扫描次数增加,划槽深度和宽度增加。这些结果对合理选择激光划切蓝宝石基片工艺参量以获得较好质量的刻槽有一定帮助。     

激光微加工在微织构技术中的应用及研究进展

阐述了激光微加工在微织构技术中的应用及其研究进展,针对常见的微凹坑织构、微沟槽织构及特殊织构进行探讨,并分析了织构参数对润滑减磨效果的影响。重点阐述了微凹坑织构中凹坑直径、深度、面积占有率及其协同作用对织构效果的影响,具体分析了最优面积占有率的选取问题；重点阐述了微沟槽织构在截面构型、深度及沟槽方向等方面对微织构效果的影响,横向对比了多参数协同作用；重点阐述了两种特殊织构的特点及其优劣。在此基础上,进一步指出了微织构技术的研究方向以及激光器、计算机辅助技术等的发展对微织构技术的推动作用,探讨了激光冲击强化技术与微织构技术结合的可能,展望了激光技术介入特殊织构的发展方向。     

266nm纳秒固体激光在CH薄膜上打孔的工艺实验研究

为了研究266nm纳秒固体激光在CH膜上打孔的工艺规律和材料去除机理, 采用单因素控制变量的方法, 进行了单脉冲和多脉冲打孔的实验研究, 分析了266nm纳秒固体激光对CH膜材料的去除机理; 取得了激光脉冲能量、脉冲数量对孔径和孔深影响规律的数据。结果表明, 单脉冲打孔条件下, 当激光脉冲能量为0.014mJ时, 微孔直径和深度最小, 当激光脉冲能量为0.326mJ时, 微孔直径和深度最大, 孔径和孔深随着激光脉冲能量的增大而增大; 多脉冲打孔条件下, 当激光脉冲能量较低时, 激光对CH膜的单脉冲烧蚀率约为0.56μm/pulse, 当激光脉冲能量较高时, 激光对CH膜的单脉冲烧蚀率约为1μm/pulse, 孔径和孔深随着激光脉冲数量的增加而增大; 266nm纳秒固体激光在CH膜上打孔时的微孔形状规则, 大小均匀, 微孔周围无残渣、碎屑等抛出物, 边缘无热影响区, 可推断其材料去除机理主要为"光化学蚀除"。该研究对266nm纳秒固体激光加工CH膜的应用具有一定的参考意义。     

激光冲击强化对镁合金摩擦磨损性能的影响

为了研究激光冲击对镁合金摩擦磨损性能的影响,采用Nd:glass脉冲激光对AM50镁合金表面进行冲击强化处理,对强化区的表面形貌、粗糙度、微观组织、显微硬度、摩擦磨损性能进行了测试与分析.可知激光冲击强化后,试样表面粗糙度略有增加,强化层内含有大量位错与孪晶,强化层显微硬度明显提高,表面的显微硬度值(约67HV)明显高...     

激光在高速钢表面加工沟槽表面织构的实验研究

沟槽状表面织构广泛应用于机械密封、缸套活塞环等机械摩擦部件,其性能取决于加工后的几何参数,因此高效准确地加工出理想尺寸的织构显得尤为重要。运用不同的激光输出功率、重复频率和扫描速度在高速钢表面加工沟槽状表面织构,设计了三水平三因素的全面实验,系统研究了加工参数与沟槽织构几何参数的关系。结果显示:随着激光重复频率的增加,沟槽织构深度和宽度均呈现先略微增大后减小的趋势。扫描速度增大使沟槽织构深度先增加后减小,而宽度均随着扫描速度的增大而变大。方差分析表明:较之激光输出功率,激光扫描速度、重复频率及其交互作用对织构加工深度和宽度的影响更显著。输出功率在10~14 W之间、重复频率在20~30 kHz之间、扫描速度1000 mm/s左右时,加工高速钢表面沟槽织构的质量较好。同时,压痕实验证明,在织构边缘区域硬度明显增加。     

激光脉宽和功率密度对烧蚀性能影响研究

微纳卫星的飞速发展对微推力器的性能提出了更高的的要求。激光推进微推力器因其比冲高、推力控制精确、能耗低等特点,为微纳卫星提供了一种性能优异的微推力器选择方案。文中在透射式烧蚀模式下,研究了半导体激光器的激光功率密度和脉宽对激光烧蚀性能的影响。结果表明,在工质厚度为200 μm的工况下,随着激光功率密度的增加,单脉冲冲量和比冲都逐渐增大,而冲量耦合系数和烧蚀效率都存在一个最优值。随着激光脉宽的增加,单脉冲冲量逐渐增加,比冲呈现出先增大后减小的趋势,在250 μs时,比冲达到最大值,约为221.8 s;冲量耦合系数和烧蚀效率都随着脉宽的增大而减小;脉宽超过一定的临界值时,会对激光烧蚀工质的靶坑产生不良影响,使得激光能量和工质严重浪费。激光参数的优化对于激光推进微推力器的工程化应用提供了参考。