飞秒激光加工织构及织构对磨损的影响研究

采用自主搭建的飞秒激光平台,选用不同激光参数在铍青铜材质表面加工微凹坑织构,研究激光功率、激光脉冲数对织构直径和深度的影响规律;并采用摩擦磨损试验机销、盘摩擦副开展牙轮钻头滑动轴承模拟工况下的单元摩擦学实验,分析表面织构对滑动轴承润滑及摩擦学性能的影响。研究结果表明,随激光功率增加,织构直径逐渐增大,而织构深度则有相反的变化规律;激光脉冲数对织构直径无明显影响,织构深度则随脉冲数增加逐渐增大。此外,合理直径织构能有效减少牙轮钻头滑动轴承表面摩擦磨损,且随织构直径增加,摩擦副表面摩擦系数和磨损量呈现出先减小后增大的变化规律。     

激光冲击20CrNiMo钢表面微造型摩擦学性能研究

为了探索激光冲击20CrNiMo钢表面微造型摩擦学性能,从表层微观结构和表面宏观形貌两个角度,研究了激光冲击强化的方法对20CrNiMo钢表面摩擦磨损性能的影响。采用激光以不同搭接率搭接冲击20CrNiMo钢,用透射电子显微镜观察激光搭接冲击20CrNiMo钢试样表层微观组织结构,取得了试样表层晶粒状态的照片;采用CETR UMT摩擦磨损试验机对其进行摩擦磨损试验,取得了试样表面摩擦系数和磨损量的数据。结果表明,激光冲击强化作用可以导致20CrNiMo钢试样表层晶粒细化,在磨损过程中,晶粒细化层明显抑制表面疲劳磨损的产生,从而提高其耐磨性能;激光冲击搭接率越高,金属材料表面的摩擦磨损性能越好。     

选区激光熔化钛合金表面织构摩擦学性能研究

针对微结构钛合金(TC4)零部件加工困难及减摩性能差的问题，利用Solidworks三维建模软件，设计无织构(FC-TC4)、凸起半球形(CB-TC4)、方形微孔(ST-TC4)以及圆柱形微孔(CT-TC4)表面微织构试样，通过激光选区熔化技术(selective laser melting, SLM)加工了钛合金表面微织构试样。采用三维轮廓仪和摩擦磨损试验机，研究了SLM成形TC4试样表面形貌特征以及表面微织构对TC4表面摩擦学行为的影响。研究结果表明：SLM成形过程中高能激光束会导致熔池液滴飞溅，造成飞边毛刺的现象；TC4微织构试样的摩擦学性能均优于无织构试样，其中，圆柱形微孔织构试样表现出更低的摩擦因数(0.328 01)以及更小的磨损率为5.37×10^-5 mm³/(N·m),磨粒磨损减弱，改善了犁沟磨损现象。     

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。     

烧结方法对MoS2填充激光凹坑织构表面摩擦磨损性能的影响

在45钢试件表面激光加工出凹坑织构,并且采用常压、保压烧结方法制备出MoS2填充凹坑织构试件.通过销盘式摩擦磨损实验对比了两种试件表面的摩擦磨损性能,观察了填充表面、磨损表面、对摩球表面,测量了 MoS2的脱落面积、磨痕截面面积及对摩球磨损体积.实验结果表明,与常压烧结方法相比,保压烧结方法使试件表面的未填充率降低了 ...     

激光织构40Cr钢油润滑摩擦磨损性能试验

采用纳秒激光在40Cr材料表面上制备不同面积密度的正弦织构表面,然后在常温和油润滑条件下,在CFT-I型摩擦机上对织构表面进行摩擦磨损性能测试,同时结合有限元分析,研究正弦织构面积密度对摩擦磨损性能的影响。结果表明,油润滑条件下存在最优的织构面积密度能有效地产生局部动压效应,增加试样耐磨性,从而显著改善摩擦磨损性能,其中面积密度为25%的正弦织构(宽深比为2.322)具有最优的摩擦性能,与无织构试样相比,其摩擦系数降低了20.4%。     

铁基合金激光熔覆层磨损性能研究

为了研究模具钢熔覆层在不同润滑情况下的磨损性能,采用铁基粉在40Cr钢表面进行激光熔覆。以激光熔覆层为上试样,GCr15钢珠为下试样,在HT-500磨损试验机进行摩擦磨损试验,对比熔覆层在不同润滑条件下的磨损性能,利用表面形貌仪测量磨痕深度和宽度,并计算磨损率。得到了在载荷为300g和500g时,添加润滑油后与干摩擦相比,摩擦系数分别下降了61%和97.9%,磨损率分别下降了98.7%和99.8%的结果。结果表明,在干摩擦条件下,300g载荷下的磨损性能优于500g载荷时的磨损性能,且500g载荷时发生严重磨损;在相同载荷下,润滑条件下的摩擦系数、磨损率、磨痕宽度都远小于干摩擦条件下的值;润滑条件下,磨损过程比较平稳,没有磨合期。     

激光熔覆层摩擦学特性的研究

为研究激光熔覆层的磨损性能，采用激光熔覆技术，在球墨铸铁材料表面制备原位析出颗粒增强金属基复合材料表层。以激光强化的球墨铸铁为上试样、灰铸铁为下试样，进行标准的SRV快速磨损试验。利用表面形貌仪测量配副双方的磨损深度，扫描电子显微镜（SEM）观察磨痕形貌。结果表明；激光熔覆强化层与灰铸铁配副，磨损深度分别为1．78μm、0．87μm，摩擦系数在0．067～0．085内变化，摩擦系数随摩擦时间的增加呈逐渐降低的趋势；磨损机制为微切削。     

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。     

激光微造型表面摩擦学性能的试验研究

激光表面造型在改变材料摩擦、磨损性能方面具有独特的优点,本文设计了三种不同的微造型图案(圆、菱形和网格),在相同激光参数条件下对球墨铸铁材料表面进行微观造型,分别在万能摩擦磨损试验机上进行有油润滑摩擦磨损试验,并用数字天平称量摩擦前后质量变化,进行磨损量和摩擦系数的比较.研究结果表明激光造型表面有利于摩擦副减磨降摩;网格造型优于常见的圆形和菱形造型,这在一定程度上证明了网格具有良好的储屑能力和多路润滑油传送能力,更可达到减磨降摩的作用.     

激光冲击强化AZ31镁合金摩擦磨损性能的研究

采用高能脉冲激光束对AZ31镁合金进行激光冲击强化(LSP)处理,利用UMT-2摩擦磨损试验机对试样进行磨损实验,通过分析磨痕表面和磨屑形貌及磨屑能谱,得出LSP技术可提高AZ31镁合金的耐磨性能。在相同条件下,LSP AZ31镁合金摩擦系数和磨损量均比未冲击试样小,且磨屑更为细小,表明LSP对AZ31镁合金摩擦磨损性能有一定的改善效果。另外,AZ31镁合金经过LSP后,磨损机理由以剥落磨损为主转变为以磨粒磨损为主。     

激光微造型球墨铸铁表面的摩擦学特性

采用激光喷丸在球墨铸铁QT600表面加工出具有不同凹坑中心距的微凹坑造型阵列,研究了激光微造型对其表面摩擦磨损性能的影响。仪器测试结果表明,相比于未造型试样,激光喷丸在球墨铸铁表面引入有益的残余压应力,磨损量明显降低,干摩擦条件下降幅达7.9%。微造型试样在干摩擦条件下的表面摩擦系数明显提高,增幅最大可达12.9%,而湿摩擦条件下则明显降低,降幅最高可达11.8%;同时微造型试样表面磨损程度明显轻于未造型试样表面,氧化物也明显减少。     

AISI 8620合金钢激光冲击强化层摩擦学特性

采用高能量激光束对AISI 8620合金钢表面进行冲击强化,利用CETR UMT-2摩擦磨损试验机对激光冲击试样表面进行磨损试验,并用扫描电子显微镜观察磨痕表面的形貌,研究激光冲击强化技术对AISI 8620合金钢耐磨损性能的影响。结果表明,激光冲击在AISI 8620合金钢表层形成残余压应力层,虽然残余压应力会降低氧化磨损和粘着磨损的抗性,但是会增加疲劳磨损的抗性,使AISI 8620合金钢试样的耐磨性提高1倍,多次冲击耐磨性能会更好。随着载荷的增加,激光冲击的AISI 8620合金钢试样的平均摩擦系数呈现先缓慢减小后缓慢增加的趋势。     

42CrMo激光淬火与火焰淬火摩擦学性能对比研究

针对电力金具在服役过程中,因为服役环境复杂而导致电力金具过早失效的问题。为进一步提高电力金具的使用寿命,采用激光淬火与火焰淬火的方式对试样表面进行强化,研究不同处理方式下表面硬化层的组织与硬度,利用摩擦磨损试验机对耐磨性能进行测试,并对表面磨损形貌及磨损机理进行分析。结果表明,经激光淬火与火焰淬火处理后,原始试样的耐磨性能得到了不同程度的提高,激光淬火后磨损失重量减少了80.60%,磨损程度较轻,表现为轻微磨损;火焰淬火后磨损量减少了66.24%,表现为磨粒磨损;未处理原始试样表现为粘着磨损。     

激光熔覆层中非晶组织对摩擦学的影响

使用 5k W CO2 激光器对铝合金表面的 Ni- Cr- Al涂层进行熔覆处理 .分析发现 ,熔覆层中存在大量的非晶组织 .利用差热分析 DTA 方法半定量地确定非晶组织的含量 ,并对不同非晶含量的试样与灰铸铁进行摩擦磨损试验 .结果表明 ,激光熔覆试样的磨损量非常小 ,非晶含量越高 ,磨损量越小 .激光熔覆试样的摩擦系数在油润滑条件下相差不大 ,灰铸铁的摩擦系数在磨程 2 km后趋于稳定 ,且均小于 0 .1     

活塞环离子镀膜的摩擦学性能研究及磨损表面的扫描电镜观察

为了改善发动机活塞环的摩擦学性能和提高其使用寿命 ,采用离子镀技术在活塞环表面制备了CrN硬质膜 ,并利用SRV高温摩擦磨损试验机考察了硬质膜的摩擦学特性 ,用扫描电子显微镜观察了摩擦副的磨损表面形貌 ,分析了磨损机理。研究结果表明离子镀硬质膜的摩擦系数与镀铬层基本一致 ,但磨损量远低于镀铬层的磨损量 ;与两种涂层活塞环配副的缸套试样的磨损量基本相当     

活塞环离子镀膜的磨擦学性能研究及磨损表面的扫描电镜观察

为了改善发动机活塞环的摩擦学性能和提高其使用寿命，采用离子镀技术在活塞环表制备了CrN硬质膜，并利用SRV高温摩擦磨损试验机考察了硬质膜的摩擦学特性，用扫描电子显微镜观察了摩擦的磨损表面形貌，分析了磨损机理。研究结果表明离子镀硬质膜的摩擦系数与镀铭层基本一致，但磨损量远低于镀铬层的磨损量；与两种涂层活塞环配制副的缸套试样的磨损量基本相当。     

钛合金表面激光熔覆涂层的耐磨性能

为了提高钛合金的表面耐磨性能,采用MXP-2000型销盘式摩擦磨损实验机,以镍包石墨粉末为原材料,利用CO2激光器在TC4合金表面上熔覆耐磨涂层,进行钛合金及激光熔覆涂层的干摩擦磨损实验,并用扫描电镜对磨损表面进行观察和分析。实验结果表明,激光熔覆涂层的摩擦系数为0.56,与钛合金的摩擦系数基本相同,但激光熔覆涂层的磨损失重量比钛合金低接近一个数量级,说明激光熔覆涂层可以大大提高钛合金的表面耐磨性能。TC4合金的磨损机制以粘着磨损为主,激光熔覆涂层的磨损机制以磨粒磨损为主,涂层的高硬度加上涂层里的TiC增强相是其耐磨性高的主要原因。     

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。     

不同吸光涂层对激光微织构加工性能影响研究

为了提高激光微织构加工效率和改善微织构加工质量,采用W-71s型喷枪在GCr15轴承钢表面分别喷涂用黑漆、水玻璃、黄料、磷酸锌和石墨制备的涂层。利用Nd:YAG激光加工机对其进行激光微织构加工,使用3维形貌分析仪对微凹坑的形貌进行了检测。结果表明,与无涂层试样相比,采用水玻璃和黄料涂层试样表面蚀除凹坑体积均增加,凹坑边缘熔渣体积均减少,其中黄料涂层表面蚀除凹坑体积增加了29.4%,水玻璃涂层凹坑边缘熔渣体积减少了64.9%;在一定条件下,复合涂层相比单一涂层具有更好的激光加工性能,其中黄料与水玻璃复合涂层的性能最为显著,与未经涂层的相比,凹坑蚀除体积增加了47.1%,凹坑边缘熔渣体积减少了43.2%。这一结果对提高激光微织构加工效率、改善微织构加工质量具有一定的指导意义。