复合工艺制备的表面微凹坑织构的摩擦性能研究

在构建的激光电化学复合微加工系统上,采用皮秒脉冲激光辐照与电解刻蚀复合加工方法在7075铝合金表面制备出不同尺寸的阵列凹坑微织构。采用共聚焦显微镜观测复合加工织构试样表面形貌,采用MFT-5000型RTEC摩擦磨损试验机研究润滑条件下凹坑织构的摩擦学性能,并探讨直径、深度、面积密度对减摩性能的影响。结果表明:复合加工工艺制备的表面微织构具有良好的表面形貌;润滑条件下材料表面的凹坑型织构能显著改善其摩擦学性能,相比光滑表面最高可降低摩擦因数30%;在实验参数范围内,凹坑的直径与面积密度对材料表面摩擦性能影响较大,凹坑深度对摩擦性能影响较小。     

Ti6Al4V表面激光织构化及其干摩擦特性研究

利用激光加工在Ti6Al4V表面分别构筑直线织构、网格织构和凹坑织构,并对试样的表面粗糙度和横截面硬度进行表征和测试,采用多功能微摩擦磨损试验机评价试样表面织构化对其干摩擦性能的影响,使用三维显微镜和扫描电镜对摩擦实验前后试样的形貌进行分析。研究结果表明:经激光织构化处理后,试样表面硬度显著提高,其中凹坑织构试样的表面硬度最高,直线织构试样的表面硬度最低;当选取适当间距时,凹坑织构试样的摩擦因数小于抛光试样的摩擦因数,而网格织构和直线织构试样的摩擦因数大于抛光试样的摩擦因数。SEM照片显示,织构表面的凹坑起到了捕获磨屑的作用。     

凹坑微织构对4 Cr13不锈钢/皮质骨摩擦副摩擦性能的影响

采用YLP-F20激光打标器制备了不同参数的凹坑微织构,并用MMW-1型立式万能摩擦磨损试验仪分析了凹坑微织构尺寸、润滑条件和微织构面积占比及微织构分布形式等试验参数对4Cr13不锈钢/皮质骨摩擦副的摩擦性能影响。结果表明:合理的凹坑微织构在有无润滑条件下都具有减摩效果,在润滑条件下减摩效果更好,同时能有效降低摩擦区温度;在有无润滑条件下,凹坑微织构的面积占比都与摩擦副的摩擦性能有很大关系,凹坑面积占比越大,摩擦副的摩擦系数越低,摩擦性能越好。     

模具钢表面激光毛化织构摩擦磨损性能试验研究

为提高模具的使用寿命,以模具钢5CrNiMo为研究对象,在试样表面加工不同面积占有率及高度的毛化织构,采用单因素轮换法,开展织构化试样的摩擦磨损性能试验研究。结果表明:毛化织构面积占有率对跑和后试样摩擦因数影响不大,但织构面积占有率越大,其跑和阶段的摩擦因数波动越小,跑和性能越优;毛化织构高度对平均摩擦因数影响较大,织构高度越低,跑和稳定后平均摩擦因数越小;织构试样磨损量均小于未织构试样,织构面积占有率越大,织构高度越低,磨损量越小。与未织构试样相比,面积占有率45%、毛化高度3. 5μm的织构试样可使摩擦因数减小85%,磨损量减小99%,表明激光毛化织构技术可优化塑性成形模具的摩擦学性能。     

表面激光织构对碳化硅陶瓷磨削性能影响研究

目前工程陶瓷材料的加工方式主要依靠金刚石砂轮磨削,传统磨削加工中,碳化硅陶瓷本身的硬脆性导致加工过程易引入表面/亚表面损伤,且存在切削力大、砂轮磨损严重、材料去除率低等问题。针对上述难题,本文通过表面织构技术辅助碳化硅陶瓷磨削,采用毫秒脉冲激光在碳化硅陶瓷表面烧蚀特定且均匀分布的表面织构,深入研究激光表面织构参数对碳化硅陶瓷磨削性能的影响规律。结果表明：保持磨削加工参数及状态不变,当织构深度和宽度一定时,织构横向间距(织构面积)对磨削力的影响最大,横向间距越大,粗糙度值越大;与传统磨削加工相比,两种激光织构辅助磨削性能均有所提升,其中网格状织构表现更为优异。     

超声振动切削表面织构摩擦性能研究

利用超声振动辅助切削在零件表面制备织构,通过流体润滑摩擦实验对表面织构的摩擦性能进行测试,分析了织构参数对摩擦性能的影响,并对光滑表面与织构表面进行摩擦系数对比。结果显示,织构单元的长度、长宽比以及面积越大,摩擦系数越小,并且长度对摩擦系数的贡献率为63.74%。相同实验条件下,织构表面的摩擦性能较光滑表面可以提升34.3%。     

摩擦副表面气膜屏蔽微细电解加工微织构及摩擦性能分析

采用气膜屏蔽微细电解加工方法在金属平面副、圆柱副表面加工不同阵列形貌微织构。通过试验将该方法与微细电解加工的微织构尺寸精度、表面质量、摩擦性能进行对比,研究结果表明,气膜屏蔽微细电解加工的微织构相比微细电解加工方法加工的微织构平面副及圆柱副凹槽深径比分别提高了约45.6%和25.8%,改善了加工的定域性,提高了加工精度。进一步的摩擦磨损试验结果表明,相较于微细电解加工方法,气膜屏蔽微细电解加工出的平面副及圆柱副微凹槽的表面摩擦因数分别减小了13.6%与16.2%,表面摩擦性能得到了提高。     

CVD金刚石涂层工具的水膜辅助脉冲激光加工技术研究

为了揭示水膜层在CVD金刚石涂层磨削工具脉冲激光加工过程中的重铸层抑制作用,基于皮秒脉冲激光加工实验,研究水膜辅助对激光加工重铸层的影响。并在此基础上,采用激光烧蚀实验与理论建模相结合的方法,研究水膜辅助激光功率和扫描速度等加工参数对烧蚀沟槽几何尺寸和形貌特征的影响规律,并验证激光加工理论模型的准确性。结果表明,材料表面形成的水膜层能有效抑制脉冲激光加工重铸层的形成,加工后的材料表面与内部均未发现重铸物质。水膜辅助激光加工实验结果与单纯激光加工理论计算模型吻合度较高,说明水膜层能够有效消除由重铸层引起的激光烧蚀阻碍作用,从而提高激光加工效率。因此,水膜辅助脉冲激光加工技术为新型CVD金刚石涂层磨削工具提供了精密高效的加工方法。     

微光栅和微方柱织构对316L不锈钢减摩性能的影响

采用纳秒激光器在316 L不锈钢表面织构不同密度的光栅结构和方柱结构;采用UMT-2摩擦磨损试验机考察织构表面的摩擦特性;采用TOYOTA显微镜观察摩擦磨损前后织构的表面形貌;分析2种织构摩擦特性变化的机制.结果表明:光栅和方柱2种结构织构能起到降低和稳定摩擦阻力及稳定摩擦因数的作用;织构越密集,摩擦阻力越小.2种织构表面均能捕获硬质微粒、储存润滑油,在贫油的条件下能产生二次润滑效应;织构越密集,越有利于产生流体动压效应,从而提高承载能力.光栅结构减摩效果优于方柱结构.     

激光熔凝与表面织构技术对摩擦性能的影响

讨论了饥饿润滑条件下,激光表面织构技术和激光熔凝技术在增强表面润滑性和耐磨性的作用。目的是增强激光表面织构的耐磨性,探讨表面织构增强润滑的作用。观察了基体材料Cr12MoV激光熔凝后熔化区、过渡区和基体的微观组织,检测分析了金相成分,测试了显微硬度。对比研究了不同摩擦磨损环境下激光表面织构技术、激光熔凝技术对摩擦系数的影响。激光熔化区由晶粒细小的马氏体和大量的残余奥氏体组成。激光熔凝后,硬度达到了基体硬度的1.4倍。激光表面织构在低转数时增加润滑作用明显。全熔凝处理在各种不同摩擦磨损环境下都能起到耐磨作用。     

基于黏结-滑移摩擦模型的304不锈钢切削力仿真研究

通过预测加工304不锈钢时产生的切削力,从而对切削参数和刀具几何参数进行优化,是提高304不锈钢的加工精度、切屑控制及保障刀具寿命的基础。建立304不锈钢切削仿真模型,为提高模型的精确性,选择Johnson-Cook本构方程和黏结-滑移摩擦模型。结果表明：采用黏结-滑移摩擦模型的切削力预测结果更为准确,表明相对于纯剪切摩擦与库仑摩擦模型,黏结-滑移摩擦模型能更准确地描述刀-屑摩擦特性。展开不同参数下的切削力研究,研究发现：切削力随着刀具前角、后角和切削速度的增大而减小,随切削刃钝圆半径和切削厚度、宽度的增大而增大,其中切削宽度、厚度及前角对切削力大小影响较大。研究结果为304不锈钢切削效率的提高和切削机制的研究提供了理论依据。     

AISI 304不锈钢的车削加工

针对AISI 304奥氏体不锈钢的特点,分析了AISI 304不锈钢材料的物理性能和切削加工性能,从刀具材料、切削用量和冷却液的选择等方面研究了AISI 304不锈钢车削加工的影响因素,通过合理选择和优化相关参数等方法有效解决了AISI 304不锈钢的加工难题,获得了较好的车削加工效果,提高了生产效率。     

奥氏体不锈钢表面激光冲击晶粒超细化的研究

采用高能短脉冲激光冲击(LSP)技术获得具有亚微米晶体结构的奥氏体不锈钢表面层。利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和X射线衍射(XRD)等技术分析研究了表面层的微观结构特征。结果表明:单次激光冲击即可实现样品表层晶粒超细化,晶粒大小0.1~0.5μm,接近纳米级;晶格常数增加1.12%,处理区显微硬度显著提高,形变层深0.25mm。分析认为,在激光诱导、应变率达106s-1和高于靶材动态屈服强度的应力加载条件下,试样表面发生了热塑失稳和动态再结晶,致使晶粒超细化。     

铁素体不锈钢激光熔覆层组织和性能研究

采用无碳合金粉末和低碳合金粉末对铁素体不锈钢进行激光表面熔覆处理,借助光学显微镜(Optical microscope,OM)、扫描电子显微镜(Scanning electron microscopy,SEM)、能谱分析仪(Energy dispersive spectrometry,EDS)、X射线衍射仪(X-ray diffractometry,XRD)、显微硬度仪、摩擦磨损试验仪、电化学工作站对熔覆层显微组织、化学成分、硬度、耐磨性和耐蚀性进行评价。结果表明,两种激光熔覆层均无裂纹、气孔等宏观缺陷,显微组织主要由等轴晶、包状晶、树枝晶和枝间共晶组成。无碳熔覆层与低碳熔覆层均含有α-Fe、Fe-Cr合金相、Cr单质相以及Cr_(9.1)Si_(0.9)、Fe_(9.7)Mo_(0.3)、Fe_(10.8)Ni、Fe_(19)Mn等金属间化合物。此外,低碳熔覆层还产生了间隙化合物Cr_7C_3以及马氏体相C_(0.055)Fe_(1.945)。低碳熔覆层硬度为750 HV0.5,显著高于母材硬度250 HV0.5;无碳熔覆层硬度为650 HV0.5,其热影响区发生软化。激光熔覆层相对于母材具有更为稳定的摩擦特性以及优异的耐磨性和耐蚀性,其中低碳熔覆层耐磨性和耐蚀性均优于无碳熔覆层。     

SUS304亚稳奥氏体不锈钢在耦合摩擦和变形条件下的磨损行为研究

在自制的耦合摩擦和变形的试验机上初步研究了SUS304亚稳奥氏体不锈钢带的磨损变形行为,分析了在耦合摩擦和变形条件下的形变量、磨痕表面的马氏体转变以及磨痕形貌与试验条件的关系。结果表明:研制的试验机实现了SUS304亚稳奥氏体不锈钢带的摩擦和塑性变形的耦合行为;不仅带试样摩擦表面的形貌随正压力增加变化明显,而且其形变量和诱发转变的马氏体量均增大,但马氏体量增加对SUS304奥氏体不锈钢的磨损无明显影响。     

铝基复合材料─不锈钢摩擦焊焊接接头显微组织的电镜研究

利用电子显微镜技术系统地观察了铝基复合材料（ＭＭＣ）与奥氏体不锈钢之间摩擦焊焊接接头中的显微组织变化规律。发现强度较高的奥氏体不锈钢在焊接过程中发生了明显的塑性变形，焊接界面附近不同部位变形机制和特征不同，变形方式主要是形成形变孪晶、滑移带和位错亚结构。首次在透射电镜（ＴＥＭ）下观察到了一个由微晶氧化物组成的过渡层组织。     

不锈钢板激光光束摆动叠焊工艺研究

采用光纤激光器和D50摆动激光头进行不锈钢板激光叠焊工艺研究,分析了5种激光光束摆动方式对焊缝成形和气孔率的影响规律,并对直线形光束摆动方式下的焊接工艺参数进行了优化。研究结果表明：相对于常规激光焊接,5种激光光束摆动方式焊接均能有效增大叠焊板结合面熔宽,并可抑制焊缝气孔的产生。在直线形光束摆动方式下,随着激光功率增大或焊接速度减小,焊缝熔深和结合面宽度均增大;随着摆动频率增大,熔深则相应减小;随着摆动振幅增大,焊缝截面形状由丁字形向椭圆形、梯形转变。当激光功率、焊接速度、离焦量、摆动振幅和摆动频率分别为3 kW、2.4 m/min、5 mm、1.5 mm和300 Hz时可获得成形好、气孔较少、剪切强度较高的叠焊接头。     

不锈钢薄板光纤激光焊接的组织与性能

采用GSI的JK-200FL型连续光纤激光器实现了 0.2mm厚304不锈钢片的对接焊.在氩气保护下,优化后工艺参数为激光功率90W,光斑直径0.2mm.焊接速度1200mm/min,获得成形良好,无缺陷的焊缝.采用金相显微镜可见焊缝组织由边缘细小的柱状晶和中心部位细小的等轴晶组成.经硬度测试和弯折测试,表明焊缝处的硬...     

润滑条件对黄豆/不锈钢摩擦副摩擦学行为的影响

食品机械加工中的摩擦磨损直接影响着食品安全问题。选用黄豆与316L不锈钢进行配副,采用滑动摩擦磨损试验机,研究干摩擦和水润滑条件对其摩擦学性能的影响。利用光学显微镜、光学三维形貌仪和红外光谱仪对试样的表面形貌、粗糙度和磨损表面成分进行了分析。结果表明：干摩擦条件下,黄豆/316L不锈钢摩擦副的平均摩擦因数波动较小,约为0.24,水润滑条件下其平均摩擦因数达到干摩擦条件下的4.4倍左右,且在摩擦过程中存在反复波动;与干摩擦相比,水润滑条件下不锈钢试样表面的磨痕宽度提高约10%,而黄豆试样表面的磨痕宽度的增加幅度约高达160%;水润滑摩擦过程中不锈钢磨痕表面产生更多黄豆分解的有机物,其磨痕表面的犁沟数量和深度均显著减少,黄豆试样磨痕表面基本没有犁沟;干摩擦条件下黄豆/不锈钢的磨损机制以磨粒磨损为主,而水润滑条件下,黏着磨损显著增加。     

NAK80模具钢表面激光熔覆钴基合金涂层的组织和摩擦磨损性能

采用激光熔覆方法在NAK80模具钢表面制备钴基合金熔覆层,用扫描电镜、X射线衍射仪分析了熔覆层的显微组织,通过干滑动摩擦试验研究了熔覆层的摩擦磨损性能,分析了其磨损机制,并用三维表面形貌仪观察磨损试样的表面形貌。结果表明:熔覆层的主要组成相为Cr23C6、Co3Mo2Si、MoC、FeCr和γ-Co;熔覆层由涂层与基体界面处的平面晶区、涂层中部的胞状树枝晶区和表层的网状等轴晶粒区组成;经激光熔覆处理后的NAK80模具钢表面硬度和耐磨性得到了显著改善,与NAK80模具钢相比,熔覆层表面的平均摩擦因数降低了约34%,比磨损率下降了约91.3%;熔覆层的磨损机制为粘着磨损和轻微的显微切削。