磨損、斷裂是金屬零部件的主要失效方式,這些失效的源頭往往來自于零部件的表面,因此強(qiáng)化零部件表面對(duì)提高零部件的使用壽命具有重要的意義。蜣螂、貝殼、犰狳等生物因長(zhǎng)期生活在砂粒或土壤中使得該類生物逐漸進(jìn)化出具有良好耐磨性的體表。因此本文以45鋼為試驗(yàn)材料,以上述生物體表作為仿生模本,設(shè)計(jì)并制備出點(diǎn)狀、條狀和網(wǎng)格狀的非光滑仿生表面,研究非光滑仿生表面試樣的耐磨損性能和力學(xué)性能。試驗(yàn)采用正交試驗(yàn)和單因素試驗(yàn)方法研究了電流、脈寬、頻率以及掃描速度對(duì)仿生單元體熔深的影響。結(jié)果表明,激光熔凝參數(shù)對(duì)熔深大小的影響依次為電流、脈寬、頻率和掃描速度;其中,激光電流對(duì)仿生單元體熔深有較大影響,激光脈寬對(duì)仿生單元體輪廓有較大影響。優(yōu)化的工藝參數(shù)為:電流180A、脈寬8ms、頻率6Hz、掃描速度120mm/min。45鋼經(jīng)優(yōu)化的激光熔凝工藝處理后,由表及里分為熔凝區(qū)、相變區(qū)和熱影響區(qū)。熔凝區(qū)為細(xì)小的針狀和板條狀馬氏體組成,硬度750HV_0.2。相變區(qū)為大量馬氏體組成,其晶粒尺寸是熔凝區(qū)的3-5倍,平均顯微硬度約為520HV_0.2,激光熔凝處理顯著增加試樣表面的硬度。磨損... 

【文章來源】：重慶理工大學(xué)重慶市

【文章頁數(shù)】：73 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

激光表面改性技術(shù)示意圖

重慶理工大學(xué)碩士學(xué)位論文料達(dá)到奧氏體化溫度以上并迅速冷卻，促使材料發(fā)生固態(tài)相變進(jìn)而形成極細(xì)小的馬氏體組織，后者要使材料表面快速熔化并快速冷卻，以獲得細(xì)密的非平衡凝固組織[41-42]。兩種表面改性技術(shù)都具有細(xì)化晶粒組織、工件變形小、加工柔性好等特點(diǎn)。激光合金化與激光熔覆均需要在基材表面添加一定的合金元素，以達(dá)到提高基材表面的性能。激光表面合金化是指利用激光熱源將一種或多種合金元素熔入基體，經(jīng)快速加熱、冷卻、凝固、形成與基體呈冶金結(jié)合的合金層[43]。激光熔覆是指在基材表面添加特定功能的合金粉末使熔覆材料與基體表層一起熔凝，最終在基材表面制備出與基體呈冶金結(jié)合且具有優(yōu)異性能的新型表層[40]。兩者不同之處在于，激光合金化使基材熔化較多并具有較大的稀釋率。

針對(duì)鯊魚、鯨等大型水生動(dòng)物體表的形態(tài)具有減阻的特性，美國(guó)、中國(guó)和澳亞分別對(duì)該類生物體表形態(tài)進(jìn)行了研究。對(duì)鯊魚體表形態(tài)的研究表明，其皮膚表現(xiàn)出許多規(guī)則的盾鱗，這種盾鱗嵌在皮膚內(nèi)的骨質(zhì)基板上并部分露出皮膚表面。鱗片相互獨(dú)立存在且具有順流向排列的 V 形溝槽，如圖 1.3（a）所示。Walsh 等研究發(fā)現(xiàn)，盾鱗片上的 V 型微溝槽具有降低鯊魚皮膚表面與水的摩擦阻力，起高游動(dòng)速度的效果。根據(jù) Walsh 等人的研究成果，1978 年美國(guó)航空航天局專門魚皮膚非光滑表面進(jìn)行了深入研究并設(shè)計(jì)出了與鯊魚體表形態(tài)相類似的凹狀形滑表面，首次把這種非光滑表運(yùn)用到飛機(jī)機(jī)身表面，起到降低阻力效果[70-71]。隨歐洲空中客車公司對(duì)空客 A320 機(jī)身表面的 70%進(jìn)行相類似非光滑表面處理，達(dá)節(jié)油 1%-2%的效果[72]。西北工業(yè)大學(xué)在國(guó)產(chǎn)飛機(jī)的機(jī)身表面進(jìn)行了類似試驗(yàn)，結(jié)果表明，機(jī)身的阻力減少 5%-8%[73]。隨著先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，這種非光滑的制備逐漸趨于高效化和產(chǎn)業(yè)化。北京航空航天大學(xué)采用生物復(fù)制成形技術(shù)有效備出了仿鯊魚皮膚形態(tài)的表面。該技術(shù)極大地提高了非光滑表面的生產(chǎn)效率，且驗(yàn)測(cè)試該表面具有良好的減阻效果，最大減阻率可達(dá) 8.3%[74]。(a) (b)

【參考文獻(xiàn)】：
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