[發(fā)明專利]一種復(fù)合尺度織構(gòu)的加工方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811375434.4
• 申請日: 2018-11-19
• 公開（公告）號: CN109576484B
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李康妹;蔡宇;胡俊;吳重軍
• 申請（專利權(quán)）人: 東華大學(xué)
• 主分類號: C21D10/00
• 分類號: C21D10/00
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 翁若瑩;柏子雵

本發(fā)明涉及一種復(fù)合尺度織構(gòu)的加工方法，其特征在于，將加工對象固定在工業(yè)機(jī)器人的夾具上。固定在精密光學(xué)隔震平臺上的激光器采用高功率調(diào)Q型Nd:YAG激光器且光斑形狀為矩形。激光器發(fā)射的激光束通過光導(dǎo)裝置照射至加工對象表面進(jìn)行微米尺度的織構(gòu)加工。納米顆粒均勻覆蓋在加工對象表面，在激光沖擊壓力作用下嵌入材料表面，再通過兆聲波清洗的方法將納米顆粒去除，以形成納米尺度的表面織構(gòu)。本發(fā)明提供的復(fù)合尺度織構(gòu)的加工方法解決了現(xiàn)有減磨技術(shù)中織構(gòu)尺度單一、減磨效果有限的不足。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種通過激光沖擊微造型技術(shù)以及納米顆粒加工復(fù)合尺度織構(gòu)的方法，屬于表面潤滑技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

機(jī)械系統(tǒng)普遍存在著各種形式的摩擦副，這些摩擦副不僅影響著機(jī)械系統(tǒng)的工作性能和運(yùn)行效率，而且還決定其使用壽命。據(jù)統(tǒng)計，摩擦導(dǎo)致的磨損是機(jī)械失效的最主要原因，大約有80％的零件損壞是由于磨損引起的。因此，控制摩擦、改善潤滑與減少磨損已成為節(jié)約能源和原材料、綜合提高機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)效率和服役壽命的迫切需求。

傳統(tǒng)的摩擦學(xué)理論認(rèn)為，相互接觸的兩個表面越光滑磨損量越小。但近年來的摩擦學(xué)研究和工程實(shí)際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，光滑表面由于缺少儲油區(qū)域而容易引起粘著磨損。相反，具有表面織構(gòu)的摩擦副反而表現(xiàn)出更優(yōu)越的潤滑減摩性能，這是因為表面織構(gòu)具有充當(dāng)微小動壓潤滑軸承、儲存潤滑油和磨屑的作用，能夠有效改善表面的摩擦學(xué)性能。

目前，表面織構(gòu)的加工方法多種多樣，但在同一摩擦面上加工的表面織構(gòu)大多局限于單一尺度規(guī)則織構(gòu)。相對于單一尺度織構(gòu)，復(fù)合尺度織構(gòu)可以進(jìn)一步提高油膜厚度，降低摩擦損耗，通過協(xié)同疊加形成局部高壓油膜，從而縮小混合潤滑范圍。同時，通過復(fù)合尺度織構(gòu)的協(xié)同互補(bǔ)，能夠有效彌補(bǔ)空化區(qū)域油膜壓力的衰減，增大有效承載面積。因此，為了進(jìn)一步提高摩擦副表面的摩擦學(xué)性能，發(fā)明一種復(fù)合尺度織構(gòu)的加工方法顯得尤為必要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于激光沖擊微造型技術(shù)并利用納米顆粒來加工復(fù)合尺度表面織構(gòu)的方法。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供了一種復(fù)合尺度織構(gòu)的加工方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、對加工對象的待加工表面進(jìn)行拋光、研磨處理，并進(jìn)行清洗烘干，以獲取平整光滑的表面，將該平整光滑的表面定義為待沖擊表面，隨后將加工對象固定在工業(yè)機(jī)器人的夾具上；

步驟2、在吸收層的一面上均勻覆蓋一層高硬度納米顆粒，并將吸收層貼覆于加工對象的待沖擊表面。貼覆時，吸收層覆蓋有納米顆粒的一面面對加工對象的待沖擊表面，通過吸收層隔絕激光輻照導(dǎo)致的熱效應(yīng)；

步驟3、在吸收層的另一面施加約束層，通過約束層限制激光沖擊產(chǎn)生的等離子體，使其僅能向加工對象內(nèi)部傳播，從而提高沖擊壓力的幅值和作用時間；

步驟4、激光器發(fā)射的激光束通過光導(dǎo)裝置照射至加工對象的待沖擊表面進(jìn)行織構(gòu)加工，激光器采用高功率調(diào)Q型Nd:YAG激光器且光斑形狀為矩形。

優(yōu)選地，步驟2中，所述吸收層為黑色絕緣膠帶，所述納米顆粒均勻覆蓋于絕緣膠帶的膠面。

優(yōu)選地，步驟3中，使用流動水形成所述約束層。

優(yōu)選地，步驟4中，所述激光器固定在精密光學(xué)隔震平臺上。

優(yōu)選地，步驟4中，所述織構(gòu)加工包括以下步驟：

步驟401、激光器發(fā)射的激光束在較小的激光能量密度下對加工對象的整個待沖擊表面進(jìn)行沖擊，使納米顆粒在瞬時高幅值沖擊壓力作用下嵌入待沖擊表面；

步驟402、激光器發(fā)射的激光束在較大的激光能量密度下，按照預(yù)先設(shè)計的織構(gòu)排布方式，對待沖擊表面的特定位置進(jìn)行二次沖擊，以形成微米級尺度的織構(gòu)陣列；