[發(fā)明專利]一種耦合仿生六邊形織構(gòu)耐磨減阻表面的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410480056.1
• 申請日: 2014-09-19
• 公開（公告）號: CN104259780A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄭龍;張思;劉鎮(zhèn)宇;張志輝;王志杰;任露泉;牟維海;張錄豐;孫士帥
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號: B23P15/00
• 分類號: B23P15/00;C21D1/09
• 代理公司: 長春市吉利專利事務(wù)所 22206
• 代理人: 李曉莉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于仿生金屬表面工程技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及到一種有關(guān)耦合仿生耐磨減阻表面制備的技術(shù)方案。

背景技術(shù)

世界上大約有30％～50％的能源以各種形式消耗在摩擦上，由于摩擦產(chǎn)生的磨損是機械設(shè)備失效的主要原因，大約有80％的零件失效是由于各種形式的磨損而引起的。因此，耐磨減阻已經(jīng)成為節(jié)約能源和原材料、縮短維修時間的重要措施。種類繁多的生物經(jīng)過長期的生存進化過程，使它們能夠根據(jù)環(huán)境的改變而適應(yīng)環(huán)境的變化，從而得到生存和發(fā)展。隨著生產(chǎn)的需要和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們已經(jīng)認識到生物系統(tǒng)是開辟新技術(shù)的主要途徑之一，自覺的把生物界作為各種技術(shù)思想，設(shè)計原理和創(chuàng)造發(fā)明的源泉。近年來，利用生物的減阻脫附特性形成的仿生非光滑表面技術(shù)是仿生工程領(lǐng)域研究的熱點之一。相關(guān)研究人員通過觀察發(fā)現(xiàn)生物體表具有耐磨、減阻、韌性高等與生俱來的特性，并且這些特性與其體表的非光滑表面形貌有密切的聯(lián)系，后來Marie-Christin?G等人發(fā)表的Material?properties?of?the?skin?of?the?Kenyan?sand?boa?Gongylophis?colubrinus(Squamata,Boidae)一文當中對蛇體表機理的深入研究發(fā)現(xiàn)，該功能不但與其表面形貌有關(guān)，還與其體表材質(zhì)性能及結(jié)構(gòu)有關(guān)。

江蘇大學(xué)魯金忠等人設(shè)計出一種激光復(fù)合制備表層仿生結(jié)構(gòu)的方法和裝置(授權(quán)公告號：CN101590569B)。該發(fā)明是一種基于激光雕刻和激光沖擊的力學(xué)效應(yīng)復(fù)合制備表層仿生結(jié)構(gòu)的方法和裝置，首先采用激光雕刻技術(shù)在工件表面制備所需的微觀幾何形貌，然后利用激光沖擊強化處理微觀幾何形貌區(qū)域，最終在工件表面加工出所需要形狀。

江蘇大學(xué)姜銀方等人設(shè)計出一種仿生表面的制備方法(申請公布號：CN102513697A)。該方法提供一種激光沖擊的方法來制備仿生表面。使用調(diào)節(jié)好的裝置對金屬表面進行激光沖擊就可以形成各種特殊形態(tài)的表面形貌。

江蘇大學(xué)江蘇大學(xué)魯金忠等人設(shè)計出一種生物非光滑表面的制備方法和裝置(專利公布號：CN102581109A)。該發(fā)明將制備的特定形狀的模具放置在金屬工件表面和激光沖擊所需的吸收層之間，在真空加熱箱中并將金屬工件加熱到動態(tài)應(yīng)變時效溫度；激光束輻照在吸收層上，產(chǎn)生強大沖擊力，在沖擊力和基體加熱的共同作用下，導(dǎo)致部分金屬工件表面產(chǎn)生塑性變形，形成與模具相反的圖案。

但是這些現(xiàn)有技術(shù)中還存在很多問題，包括激光加工受到機器自身功率、脈沖等參數(shù)限制，導(dǎo)致非光滑表面形貌單元體的間距、深度等尺寸不能根據(jù)設(shè)計者的要求進行加工；而且根據(jù)設(shè)計圖案的尺寸參數(shù)要求，需要調(diào)試輸出功率、波長、光斑直徑等相關(guān)激光加工參數(shù)，即不同形狀或尺寸的圖案將會產(chǎn)生不同的激光加工參數(shù)，從而增加操作者的工作量；同時，激光加工整體成本高，而且有的方法利用特定模具或進行熔覆改性處理，增加加工工序，所以不適合低成本批量生產(chǎn)。因此，現(xiàn)有技術(shù)當中亟需要一種新型的技術(shù)方案來解決這一問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種耦合仿生六邊形織構(gòu)耐磨減阻表面的制備方法，利用機械加工和激光加工結(jié)合的優(yōu)勢，在實現(xiàn)耐磨減阻等提高金屬表面機械性能的同時，還具有儲屑減磨、儲油、儲氣、潤滑等多功能特性，在保證加工精度的條件下，還可以降低加工成本、提高加工效率，實現(xiàn)批量生產(chǎn)。

一種耦合仿生六邊形織構(gòu)耐磨減阻表面的制備方法，包括以下四個步驟：

步驟一、取材，進行預(yù)處理

選擇鋼作為待加工原材料，利用磨床對待加工的鋼進行表面預(yù)處理，待鋼表面粗糙度達到Ra＝3.2μm，預(yù)處理結(jié)束；

步驟二、機械加工

對進行機械加工的數(shù)控銑床的刀具行走路線進行編程，進而對預(yù)處理后的鋼進行機械加工，得到鋼的表面形貌為正六邊形織構(gòu)；

步驟三、激光熱處理

在經(jīng)過機械加工后的鋼表面涂上吸收層，吸收層由50％二硫化鉬和50％碳粉用酒精混合制成，設(shè)置激光器加工參數(shù)，進而對鋼的表面進行激光熱處理加工；

步驟四、表面拋光處理

把經(jīng)過激光熱處理后得到的鋼利用水磨砂紙，從400目到2000目對金屬鋼材表面依次打磨拋光至Ra＝0.2μm，得到耦合仿生非光滑六邊形織構(gòu)表面。

所述步驟一、取材，進行預(yù)處理

選擇45號鋼，利用磨床對45號鋼進行表面預(yù)處理，待45號鋼表面粗糙度達到Ra＝3.2μm，預(yù)處理結(jié)束；

所述步驟二、機械加工