發(fā)布時間：2020-10-25 19:09

　　 鈦合金Ti13Nb13Zr具有良好的耐腐蝕性、生物相容性、彈性模量低等優(yōu)點(diǎn),是人體骨骼替代的首選材料,然而耐磨性差,嚴(yán)重制約著鈦合金應(yīng)用。本文通過激光沖擊技術(shù)帶來的變形效應(yīng)和強(qiáng)化效應(yīng)改善材料表面的摩擦磨損性能。主要工作包括:(1)基于激光單點(diǎn)沖擊實驗,探索激光沖擊后鈦合金力學(xué)性能的提高與耐磨性能的關(guān)系。鈦合金激光沖擊強(qiáng)化后表層的納米硬度得到顯著的提升,與基體硬度相比,最大增幅為48.2%;激光沖擊后鈦合金在深度方向上出現(xiàn)一定深度的晶粒細(xì)化層,在影響層內(nèi)出現(xiàn)大量網(wǎng)籃狀組織和明顯的晶粒細(xì)化,最大影響層深度為88.36μm。激光沖擊數(shù)值模擬結(jié)果顯示鈦合金經(jīng)過激光沖擊強(qiáng)化后表層會產(chǎn)生較大的殘余壓應(yīng)力。(2)基于激光多點(diǎn)沖擊實驗和干摩擦磨損實驗,探討分析了鈦合金微造型表面摩擦磨損機(jī)理。結(jié)果顯示:與未造型表面相比,微造型表面具有更小的摩擦系數(shù)和磨損量,分別減小0.015和0.8 mg;磨痕深度和寬度分別降低了19.7%和8.6%。對磨痕表面SEM分析得出微造型表面的磨損機(jī)制主要為黏著磨損、磨粒磨損以及疲勞剝落磨損;激光沖擊微造型表面的磨損機(jī)制主要為黏著磨損和磨粒磨損,磨損程度較輕。(3)基于Box-benhken實驗設(shè)計進(jìn)行激光多點(diǎn)沖擊微造型表面摩擦系數(shù)、磨損量擬合分析。研究結(jié)果顯示:合適的微造型能夠改善鈦合金表面干摩擦性能。激光沖擊微造型表面的摩擦系數(shù)和磨損量隨著激光能量的增大呈現(xiàn)出先增大后減小的變化規(guī)律;摩擦系數(shù)和磨損量隨著凹坑位錯的增大逐漸增大;隨著凹坑間距的增大,摩擦系數(shù)和磨損量先增大后減小,在間距為1.2 mm左右時取得最小值;對響應(yīng)值優(yōu)化分析得出摩擦系數(shù)和磨損量最小時所對應(yīng)的工藝參數(shù)為(1.2 J,1.6 mm,0.4 mm)。(4)通過改變轉(zhuǎn)速、載荷、磨損時間,探究工作條件對微造型表面摩擦性能的影響。研究結(jié)果顯示:激光沖擊微造型表面摩擦系數(shù)和磨損量隨著轉(zhuǎn)速增大先減小后增大,當(dāng)轉(zhuǎn)速為100 r/min取得最小值;隨著載荷和時間的增大而增大。激光沖擊微造型表面的磨痕深度和寬度隨著轉(zhuǎn)速、載荷及時間的增大而增大。(5)基于干摩擦磨損實驗和潤滑摩擦磨損實驗,探究潤滑效應(yīng)對激光沖擊微造型表面摩擦性能的影響。研究結(jié)果顯示:在潤滑條件下激光沖擊微造型表面具有更小的摩擦系數(shù)和磨損量,分別降低0.122和0.7 mg;微造型表面的磨痕深度降低幅度最明顯,降低了3.3倍左右。潤滑條件下的微造型試樣的磨損機(jī)制主要為磨粒磨損。
【學(xué)位單位】：江蘇科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG146.23;TG665
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 引言
    1.2 表面微造型技術(shù)改善摩擦性能研究現(xiàn)狀
    1.3 激光沖擊技術(shù)改善摩擦性能研究現(xiàn)狀
        1.3.1 激光沖擊強(qiáng)化提高耐磨性能
        1.3.2 激光沖擊微造型改善表面摩擦性能
    1.4 研究內(nèi)容與研究方法
        1.4.1 研究內(nèi)容
        1.4.2 研究思路與方法
        1.4.3 技術(shù)路線
第2章 激光沖擊Ti13Nb13Zr響應(yīng)與耐磨性能
    2.1 單點(diǎn)激光沖擊實驗
        2.1.1 試樣準(zhǔn)備
        2.1.2 激光沖擊微造型試驗
    2.2 工藝參數(shù)對Ti13Nb13Zr鈦合金表面變形影響
        2.2.1 凹坑直徑
        2.2.2 凹坑深度
    2.3 激光沖擊提高耐磨性能
        2.3.1 激光沖擊對納米硬度的影響
        2.3.2 激光沖擊對微觀組織的影響
        2.3.3 激光沖擊對表層殘余應(yīng)力的影響
            2.3.3.1 殘余應(yīng)力形成機(jī)制
            2.3.3.2 殘余應(yīng)力模擬結(jié)果分析
            2.3.3.3 殘余壓應(yīng)力對耐磨性能的影響
    2.4 本章小結(jié)
第3章 干摩擦條件下激光沖擊微造型改善醫(yī)用鈦合金摩擦性能與機(jī)理
    3.1 多點(diǎn)激光沖擊微造型實驗
    3.2 激光沖擊鈦合金微造型表面摩擦磨損機(jī)理
        3.2.1 摩擦系數(shù)、磨損量分析
        3.2.2 磨痕寬度、深度分析
        3.2.3 摩擦磨損機(jī)理
    3.3 激光沖擊微造型表面摩擦性能分析
        3.3.1 工藝參數(shù)對表面摩擦性能影響
            3.3.1.1 激光沖擊微造型表面干摩擦實驗
            3.3.1.2 工藝參數(shù)對摩擦系數(shù)的影響
            3.3.1.3 工藝參數(shù)對磨損量的影響
            3.3.1.4 工藝參數(shù)對表面干摩擦性能影響機(jī)制
        3.3.2 工件條件對微造型表面干摩擦性能的影響
            3.3.2.1 摩擦系數(shù)
            3.3.2.2 磨損量
            3.3.2.3 磨痕寬度、深度
    3.4 本章小結(jié)
第4章 潤滑條件下激光沖擊微造型表面摩擦磨損性能與機(jī)理
    4.1 激光沖擊微造型表面潤滑摩擦實驗
    4.2 微造型表面流體動壓形成機(jī)理
    4.3 潤滑對微造型表面摩擦性能的影響
        4.3.1 潤滑對微造型表面摩擦系數(shù)的影響
        4.3.2 潤滑對微造型表面磨損量的影響
    4.4 微造型表面磨痕寬度、深度分析
    4.5 潤滑條件下激光沖擊微造型表面摩擦磨損機(jī)理
    4.6 本章小結(jié)
第5章 結(jié)論與展望
    5.1 結(jié)論
    5.2 展望
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間所取得的研究成果
致謝
詳細(xì)摘要

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2855840