機(jī)械產(chǎn)品材料表面力學(xué)性能直接關(guān)乎其服役工況下使役性能和壽命。應(yīng)力誘導(dǎo)的表面磨損和疲勞失效等表面力學(xué)性能衰退現(xiàn)象成因復(fù)雜,且難以有效預(yù)測,改善并提升機(jī)械產(chǎn)品表面力學(xué)性能是現(xiàn)代機(jī)械工業(yè)不斷發(fā)展進(jìn)步的客觀需求。與此同時(shí),傳統(tǒng)機(jī)械加工和表面壓印加工（如納米壓印加工、仿生功能表面制備等）或引發(fā)材料表面堆積現(xiàn)象和殘余應(yīng)力積聚效應(yīng),從而進(jìn)一步加劇表面力學(xué)性能的退化。因此,提升材料表面力學(xué)性能是改善機(jī)械接觸工作表面的直接途徑。自然界生物基于其特有的形態(tài)、微觀結(jié)構(gòu)和非均質(zhì)材料特性呈現(xiàn)出極其優(yōu)異的表面力學(xué)性能,如耐磨、減阻、止裂、抗疲勞等,為通過機(jī)械產(chǎn)品表面仿生設(shè)計(jì)與制備改善接觸工作表面的力學(xué)性能提供了直接模本參考。本文通過優(yōu)選貝殼、啄木鳥喙為生物模本,基于結(jié)構(gòu)、材料、形態(tài)三元耦合仿生設(shè)計(jì)原理,構(gòu)建多孔結(jié)構(gòu)、表面涂層材料、二級(jí)壓痕形態(tài)耦元,選取了多孔結(jié)構(gòu)、異質(zhì)材料、凹坑形非光滑形態(tài)開展鎂合金基鋁涂層仿生材料設(shè)計(jì)與制備。通過納米壓痕、劃痕測試研究材料的力學(xué)性能,與此同時(shí),提出了基于二次壓入的表面堆積平坦化和殘余應(yīng)力釋放方法,并通過仿真分析和試驗(yàn)表征驗(yàn)證了該方法的可行性。本文圍繞以下三個(gè)方面闡述研究工作:（1... 

【文章來源】：吉林大學(xué)吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：82 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

典型的失效破壞現(xiàn)象

吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文4圖1.2陶瓷板-殼聚糖層狀復(fù)合材料組裝示意圖[11]又如新疆巖蜥、沙漠蜥蜴、蝎子等沙漠動(dòng)物，具有優(yōu)異的抗沖蝕性能。通過圖1.3（a）可以觀察到，新疆巖蜥的體表緊密嵌合著菱形硬質(zhì)鱗片，以覆瓦狀方式排列，中間突起的鱗片可以有效減少鱗片與地表的接觸。此外，硬質(zhì)鱗片之間經(jīng)由柔軟的結(jié)締組織聯(lián)結(jié)。這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使新疆巖蜥的體表同時(shí)具有剛性強(qiáng)化和柔性吸收的特質(zhì)。吉林大學(xué)高峰等人[12]選取新疆巖蜥為生物模本，在LY12硬鋁合金與45#鋼表面上利用雕刻機(jī)加工凹坑形非光滑結(jié)構(gòu)，然后通過等離子噴涂方法在試樣的表面制備Al2O3-TiO2復(fù)合材料，構(gòu)建了具有梯度復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的非光滑仿生耦合試樣，并且通過噴砂實(shí)驗(yàn)證明了耦合試樣耐沖蝕磨損性能較對照試樣提高了18.7%。圖1.3新疆巖蜥(a)背部鱗片(b)皮膚HE染色切片[12]1.2.3仿生功能增強(qiáng)設(shè)計(jì)策略一般的仿生功能增強(qiáng)設(shè)計(jì)策略[13]可簡述為：首先通過掃描探針成像技術(shù)、電子顯微成像技術(shù)或者太赫茲成像技術(shù)等，獲取生物模本特征微結(jié)構(gòu)中單一耦元的形態(tài)、結(jié)

吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文4圖1.2陶瓷板-殼聚糖層狀復(fù)合材料組裝示意圖[11]又如新疆巖蜥、沙漠蜥蜴、蝎子等沙漠動(dòng)物，具有優(yōu)異的抗沖蝕性能。通過圖1.3（a）可以觀察到，新疆巖蜥的體表緊密嵌合著菱形硬質(zhì)鱗片，以覆瓦狀方式排列，中間突起的鱗片可以有效減少鱗片與地表的接觸。此外，硬質(zhì)鱗片之間經(jīng)由柔軟的結(jié)締組織聯(lián)結(jié)。這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使新疆巖蜥的體表同時(shí)具有剛性強(qiáng)化和柔性吸收的特質(zhì)。吉林大學(xué)高峰等人[12]選取新疆巖蜥為生物模本，在LY12硬鋁合金與45#鋼表面上利用雕刻機(jī)加工凹坑形非光滑結(jié)構(gòu)，然后通過等離子噴涂方法在試樣的表面制備Al2O3-TiO2復(fù)合材料，構(gòu)建了具有梯度復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的非光滑仿生耦合試樣，并且通過噴砂實(shí)驗(yàn)證明了耦合試樣耐沖蝕磨損性能較對照試樣提高了18.7%。圖1.3新疆巖蜥(a)背部鱗片(b)皮膚HE染色切片[12]1.2.3仿生功能增強(qiáng)設(shè)計(jì)策略一般的仿生功能增強(qiáng)設(shè)計(jì)策略[13]可簡述為：首先通過掃描探針成像技術(shù)、電子顯微成像技術(shù)或者太赫茲成像技術(shù)等，獲取生物模本特征微結(jié)構(gòu)中單一耦元的形態(tài)、結(jié)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]噴丸技術(shù)的發(fā)展與研究[J]. 鮮鵬,李軍.  金屬世界. 2020(01)
[2]噴丸強(qiáng)化對2024-T351板材疲勞性能的影響[J]. 李耀,孫漢斌.  工程與試驗(yàn). 2019(01)
[3]噴丸對2024鋁合金厚板DFR疲勞性能的影響[J]. 姬浩,段小維,鄭皓.  熱加工工藝. 2018(24)
[4]FDM技術(shù)在啄木鳥仿生結(jié)構(gòu)成型中的應(yīng)用研究[J]. 王健全,付文文,馬紅磊,劉炳坤,肖艷華,祝郁.  航天醫(yī)學(xué)與醫(yī)學(xué)工程. 2017(02)
[5]復(fù)材表面電弧離子鍍鍍鋁膜性能研究[J]. 趙棟才,肖更竭,馬占吉,武生虎,任妮.  真空科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào). 2010(05)
[6]磨損與磨損可靠性[J]. 劉洪志.  中國制造業(yè)信息化. 2009(17)
[7]鋁表面磁控濺射沉積不銹鋼薄膜及其性能[J]. 黃曉輝,左秀榮,王齊偉,李勇.  特種鑄造及有色合金. 2009(08)
[8]氬氣與氮?dú)饬髁勘葘Υ趴貫R射法制備TiN薄膜的影響[J]. 劉倩,劉瑩,朱秀榕,胡敏.  機(jī)械工程材料. 2009(03)
[9]鎂合金表面磁控濺射沉積鋁膜的力學(xué)性能[J]. 張津,楊棟華,王東亞,歐信兵,王振林.  北京科技大學(xué)學(xué)報(bào). 2008(12)
[10]新疆巖蜥三元耦合耐沖蝕磨損特性及其仿生試驗(yàn)[J]. 高峰,黃河,任露泉.  吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版). 2008(03)

博士論文
[1]壓痕/劃痕測試若干理論與基于自制儀器的試驗(yàn)研究[D]. 黃虎.吉林大學(xué) 2014

碩士論文
[1]硅氫薄膜RF磁控濺射法制備工藝及結(jié)構(gòu)研究[D]. 王亮.武漢科技大學(xué) 2009



本文編號(hào)：2922752