| 金属表面激光织构化设计及其摩擦学性能研究 | |
胡天昌
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| Subtype | 理学博士 |
| Thesis Advisor | 胡丽天 |
| 2012-05-26 | |
| Degree Grantor | 中国科学院研究生院 |
| Department | 先进润滑与防护材料研究发展中心 |
| Degree Discipline | 物理化学 |
| Keyword | Nd:Yag激光 表面织构化 金属 摩擦学 Nd:Yag Laser Surface Texturing Metal Tribology |
| Abstract | 本论文以表面织构在摩擦学中的应用为前提， 通过激光微加工技术在几种常用的金属材料表面形成图案化结构， 研究了具有表面微结构的金属材料在不同环境及条件下的摩擦学性能， 进而揭示表面织构的图案和尺寸对材料摩擦系数和磨损寿命的影响规律及作用机理。主要的研究内容和结果如下： 1. 采用调 Q 的脉冲固体 Nd:YAG 激光器在钢、铝合金及钛合金材料表面制备了不同形式的微织构形貌，对表面织构形貌进行了表征，考察了激光加工参数对微坑及沟槽型织构形貌的影响。结果表明，激光对所研究的几种金属材料表面均具有较强的作用，能有效制备不同尺寸及深度的织构形貌。激光功率、脉冲频率、作用次数以及扫描速度对织构参数均有重要影响。 2. 采用激光微加工方式在45#钢、6061铝合金及Ti6Al4V合金表面制备了不同大小及不同分布密度的微坑型织构，考察了其在干摩擦条件下的摩擦学性能。研究结果表明：仅在低载及低速条件下织构面较未织构面有较低的摩擦系数及磨损，同时织构面表现出更为稳定的摩擦系数。随着微坑孔径及其面积密度的增加，织构面的磨损寿命也随之增加。此外存在着较为适宜的微坑直径及密度使得表面摩擦系数最小。这主要是由于表面微坑在摩擦过程中起到捕获磨屑的作用从而减小了磨粒磨损。 3. 采用激光微加工方法在GCr15钢、2024铝合金及Ti6Al4V表面制备了不同大小及密度的微坑织构，考察了织构参数对其在油润滑条件下的摩擦性能的影响。研究表明织构面显示了低而稳定的摩擦系数，同时延长了磨损寿命。在运行过程中微坑内贮存的润滑剂通过二次润滑效应补充到对偶表面形成连续的油膜。GCr15钢适当的织构面在试验条件下均处于油膜流体润滑状态，并且较大的微坑该效应更明显。合金表面适当的织构面与高粘度油结合更有利于其由边界润滑向混合润滑区域的快速过渡。 4. 在钢、6061铝合金及Ti6Al4V合金表面制备了不同大小及分布密度的微坑型织构。将MoS2固体润滑剂与织构相结合制备了复合润滑结构，这一结构结合了固体润滑剂优异的减摩抗磨效应以及微织构对于润滑剂良好的贮存性， 使得材料表面的摩擦系数显著降低，耐磨寿命得到极大提高。研究表明较大的孔径及较高的微坑密度更有利于提高磨损寿命，而适宜的微坑间距有利于减小摩擦。这主要是由于表面微坑有效地贮存了固体润滑剂，并且其在摩擦过程中被转移至接触表面从而有效地维持了润滑薄膜。此外固体润滑剂的有效填充能进一步增强这一结构的承载及减摩抗磨性能。 |
| Funding Project | 特种油脂和密封材料组 |
| Document Type | 学位论文 |
| Identifier | http://ir.licp.cn/handle/362003/2858 |
| Collection | 中国科学院材料磨损与防护重点实验室/先进润滑与防护材料研究发展中心 |
| Recommended Citation GB/T 7714 | 胡天昌. 金属表面激光织构化设计及其摩擦学性能研究[D]. 中国科学院研究生院,2012. |
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