飞秒激光加工的轴承钢表面微织构润滑减摩特性研究

摘要

在机械应用中，摩擦磨损会减小系统的稳定性和可靠性等重要性能，造成机械系统寿命的降低，同时摩擦也是导致能源浪费损失的重要原因，因此减少摩擦副表面摩擦磨损现象具有重要意义。通过构造表面微织构来改善摩擦副表面摩擦性能的方法，已被国内外众多学者关注，成为当前摩擦学研究热点。本文从微织构减摩理论与仿真、微织构飞秒激光加工工艺和微织构表面摩擦性能三个方面做了系统的研究。
　　首先结合液体润滑理论和N-S方程，建立了微织构的动压润滑物理模型。根据仿真结果发现微织构的深宽比、形状、截面形状等参数对表面动压润滑具有重要影响，仿真得到了微织构区域产生流体动压与深宽比的关系曲线；对比了不同微织构形状和截面形状对动压润滑的影响，为后续的试验提供了相应的理论支持。
　　随后对飞秒激光加工轴承钢GCr15的工艺进行了试验研究。根据试验结果，计算得到轴承钢 GC15材料的飞秒激光烧蚀阈值；在此基础上分析了不同脉冲能量和脉冲个数对凹坑形貌的影响，拟合得到了凹坑深度与脉冲能量和脉冲个数的关系曲线；分析了激光重复频率、激光扫描速度及扫描次数对微沟槽加工的影响，研究表明只有合适的扫描速度和激光频率才能实现高质量的微沟槽加工；最后对阵列微织构的加工进行了探究，提出扫描方式和单点加工相结合的方式，来提高加工效率。
　　最后采用往复摩擦试验和旋转摩擦试验两种方法，对不同微织构表面的摩擦性能进行了试验分析。试验表明，圆形微织构表面在不同速度和载荷下均具有较好的减摩性能，三角形微织构表面在不同滑动方向下摩擦系数不同；不同深宽比凹坑试验结果验证了仿真的结果；微织构表面具有最合适的面密度为0.07,此时表面摩擦系数最小；微织构表面具有更好的耐磨性能。

目录

第1章 绪 论

1.1课题来源及研究的目的和意义

1.2国内外研究现状及分析

1.3主要研究内容

第2章 微织构减摩润滑理论与仿真分析

2.1前言

2.2流动润滑理论及物理模型建立

2.3仿真模型与计算设置

2.4 仿真结果与分析

2.5本章小结

第3章 表面微织构的飞秒激光加工工艺

3.1引言

3.2试验装置与试验条件

3.3单点作用下微凹坑工艺研究

3.4扫描方式加工微沟槽工艺研究

3.5不同微织构及其阵列的加工工艺探索

3.6本章小结

第4章 微织构表面的摩擦性能研究

4.1引言

4.2摩擦试验装置及样品介绍

4.3往复摩擦试验设计

4.4往复运动摩擦试验结果与讨论

4.5单向旋转摩擦试验设计

4.6单向旋转摩擦试验结果与讨论

4.7本章小结

结论

参考文献

声明

致谢