【摘要】：隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,現(xiàn)代工業(yè)對節(jié)能減排的要求不斷提高,機(jī)械系統(tǒng)中的摩擦磨損問題也日益得到重視。表面織構(gòu)技術(shù)因其在減摩耐磨、改善潤滑和提高零部件工作壽命等方面的優(yōu)點(diǎn),已成為摩擦學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。皮秒激光復(fù)合電化學(xué)刻蝕的加工技術(shù)是將皮秒激光加工與電化學(xué)刻蝕加工相結(jié)合的一種復(fù)合加工方法,此加工技術(shù)在有效解決激光加工表面熔融物和重鑄層等缺陷的同時(shí),對電化學(xué)刻蝕的定域性也有顯著的改善。因此,該復(fù)合加工技術(shù)在摩擦副表面織構(gòu)的制備領(lǐng)域具有明顯的優(yōu)勢和廣泛的應(yīng)用前景。針對表面織構(gòu)大多只采用單一加工工藝的問題,本文將皮秒激光與電化學(xué)復(fù)合刻蝕的加工技術(shù)應(yīng)用于鋁合金表面織構(gòu)的制備,并對復(fù)合加工制備的織構(gòu)化表面摩擦學(xué)性能進(jìn)行了檢驗(yàn)。主要的研究內(nèi)容和研究結(jié)果如下:1.研究了皮秒激光與電化學(xué)復(fù)合刻蝕的加工過程和材料去除原理。根據(jù)復(fù)合刻蝕過程中的皮秒激光熱力效應(yīng)和電化學(xué)效應(yīng),本文分析了激光與電化學(xué)的耦合作用,主要包括激光熱力效應(yīng)對電化學(xué)反應(yīng)的促進(jìn)作用和電化學(xué)反應(yīng)對激光熱力作用的影響。研究結(jié)果表明:激光熱力效應(yīng)與電化學(xué)效應(yīng)共同作用,相互影響,提高了材料的復(fù)合刻蝕效率和加工表面質(zhì)量。2.構(gòu)建了皮秒激光與電化學(xué)復(fù)合加工的試驗(yàn)系統(tǒng)并進(jìn)行了復(fù)合刻蝕試驗(yàn)。在鋁合金表面制備了微凹坑和微溝槽織構(gòu),分析了激光功率、激光重復(fù)頻率、激光掃描次數(shù)和掃描速度對加工結(jié)果的影響,并對比分析了復(fù)合加工與皮秒激光加工的表面形貌。研究結(jié)果表明:復(fù)合加工工藝能夠有效改善激光加工表面的熔融物和重鑄層,采用合理的復(fù)合加工參數(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)加工精度高、表面質(zhì)量好的表面微織構(gòu)的制備。3.基于Reynolds方程建立了凹坑織構(gòu)的流體動(dòng)壓潤滑數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行數(shù)值模擬,研究了潤滑介質(zhì)粘度、凹坑直徑和凹坑深度對潤滑油膜承載能力的影響。研究結(jié)果表明:采用較大粘度的潤滑介質(zhì)、較小深徑比的凹坑織構(gòu)能夠提高潤滑油膜的承載能力,改善其流體動(dòng)壓潤滑性能。4.進(jìn)行了摩擦磨損試驗(yàn)并研究了凹坑與溝槽織構(gòu)的表面摩擦性能。主要分析了凹坑直徑、深度、面積密度和溝槽寬度、面積密度對其表面摩擦系數(shù)的影響。研究結(jié)果表明:在試樣表面制備凹坑和溝槽織構(gòu)都能有效提高其表面潤滑減摩性能,凹坑和溝槽的幾何參數(shù)變化都會對其表面摩擦系數(shù)產(chǎn)生影響。在本試驗(yàn)參數(shù)范圍內(nèi),面積密度為15%、深度為30μm、直徑為120μm的凹坑織構(gòu)其表面摩擦系數(shù)較光滑表面最大可減小27%左右;面積密度為30%、深度為10μm、寬度為130μm的溝槽織構(gòu)其表面摩擦系數(shù)較光滑表面最大可減小38%左右。且無論是凹坑還是溝槽都存在一個(gè)最優(yōu)面積密度使試樣表面摩擦系數(shù)值最小,此最優(yōu)值隨摩擦條件的變化而變化。本文的研究結(jié)果,為將皮秒激光與電化學(xué)復(fù)合加工工藝應(yīng)用于制備表面織構(gòu)提供了試驗(yàn)驗(yàn)證和研究基礎(chǔ)。
【圖文】：

(c) (d)圖 1.1 表面織構(gòu)的仿生學(xué)實(shí)例Figure 1.1 Bionics example of surface texture上述工業(yè)要求及研究背景下，本論文將激光加工技術(shù)與電化學(xué)加工技術(shù)相結(jié)面微織構(gòu)的制備工藝，，對激光電化學(xué)復(fù)合加工技術(shù)的加工機(jī)理、加工規(guī)律、微織構(gòu)的摩擦學(xué)性能等展開了系統(tǒng)的分析與研究，對復(fù)合加工技術(shù)在表面織推廣與應(yīng)用具有重要意義。課題受國家自然科學(xué)基金“激光背向隱聚焦與電化學(xué)放電的多效應(yīng)協(xié)同機(jī)理(51675242)”，真空技術(shù)與物理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目“功能性表面微結(jié)構(gòu)的暫復(fù)合刻蝕技術(shù)研究(614220701050817)”的資助。內(nèi)外研究現(xiàn)狀過在摩擦副表面制備微納米級別的圖案來改善其表面摩擦學(xué)性能的思想源年代Hamilton等[16]

圖 1.6 微細(xì)彈簧支架Figure 1.6 Micro Spring Bracket圖 1.7 陣列微凹坑Figure 1.7Array micro-pits學(xué)性能和應(yīng)用學(xué)性能的理論研究
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TH117

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2605758