一种织构化巴氏合金涂层减摩表面及其制备方法

1.本发明属于机械运动摩擦副表面技术领域，特别涉及一种织构化巴氏合金涂层减摩表面及其制备方法。


背景技术：

2.摩擦磨损使机械零部件失效的主要原因，大约80%的机械零部件失效是由于各种形式的磨损引起的，由于机械部件失效导致的经济损失高达几十亿元。
3.目前，提高表面摩擦学性能的方法有表面织构化处理和表面涂层技术，其中激光表面加工技术因其高效、可控性强、精度高是表面加工微织构的重要方式。然而激光表面加工技术在表面加工微织构的同时因高温而导致材料熔融飞溅堆积而生成毛刺，十分不利于表面摩擦学性能的提高。
4.研究表明，在水下或者掩膜保护下进行激光表面加工可以较好的抑制毛刺的产生，因此本文提出一种用于降低激光表面加工热影响的涂层-织构复合改性减摩表面，在降低激光表面加工造成的不利影响的同时，形成多层织构更有利于表面摩擦学性能的提升。


技术实现要素：

5.本发明针对现有技术的不足，提出了一种织构化巴氏合金涂层减摩表面，该表面通同时具有巴氏合金涂层以及表面织构，巴氏合金涂层作为激光表面加工时的固体掩膜能够降低加工过程中产生的硬质金属及其氧化物堆积而成的毛刺等不利影响，同时巴氏合金表面微间隙和激光加工产生的圆形微凹坑阵列构成多层织构更有利于流体动压润滑的形成，减少摩擦副表面的三体摩擦磨损，来达到提高表面整体摩擦性能的目的。
6.本发明是这样实现的，本发明公开的一种织构化巴氏合金涂层减摩表面，该表面包括圆形微凹坑阵列、巴氏合金涂层掩膜、多层织构，所述的圆形微凹坑阵列为激光表面加工而成的规则分布的表面微纹理；所述的巴氏合金涂层为火焰喷涂到基体表面减少激光表面加工热影响的掩膜；所述的多层织构由激光表面加工生成的凹坑阵列和巴氏合金表面软质基体与硬质颗粒相嵌的特性形成的表面间隙构成。
7.进一步的，所述的圆形微凹坑阵列为在巴氏合金涂层作为固体掩膜下由皮秒激光器加工形成的微织构，具体几何参数为：直径∈[130,160]μm，深度∈[50,80]μm，面积密度为20%。
[0008]
进一步的，巴氏合金涂层掩膜厚度∈[20,40]μm，巴氏合金表面软质基体与硬质颗粒相嵌的特性形成的表面间隙构成次级织构。
[0009]
进一步的，巴氏合金表面间隙与激光表面加工生成的圆形微凹坑阵列形成多层织构，其中巴氏合金涂层表面间隙随机分布，圆形微凹坑阵列微凹坑织构均匀、规则分布。
[0010]
本发明的另一目的是通过以下技术方案来实现的：一种用于降低激光表面加工热影响的复合改性减摩表面的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：选择巴氏合金作为涂层，通过热喷涂方式喷涂到基体材料上，在喷涂前进行打磨和抛光以及乙醇、丙酮浴超声波
清洗处理；以巴氏合金涂层作为固体掩膜，在激光表面加工时减小不利的热影响，采用如下激光加工参数在巴氏合金固体掩膜下的材料表面制造圆形微凹坑阵列：平均功率为20 w，重复频率2 mhz，脉冲宽度300 ps，扫描速度为2000 mm/s，扫描次数30-50次；在激光表面加工后，用自动抛光机在加工表面轻轻抛光以减少部分残留粘附碎屑对表面加工质量的影响。
[0011]
本发明于现有技术的有益效果在于：本发明通过在摩擦副表面加工一种织构化巴氏合金涂层减摩表面，该复合表面将有利于提高摩擦副表面的摩擦磨损性能，相比于传统激光表面加工产生的毛刺，巴氏合金涂层对硬质毛刺的产生起到了明显的抑制作用，并且多层织构能够更好的储存油液、磨粒，更有利于形成流体动压润滑。
附图说明
[0012]
图1为本发明复合改性减摩表面结构示意图的俯视图。
[0013]
图2为本发明复合改性减摩表面结构示意图的轴视图。
[0014]
图3为本发明复合改性减摩表面多层织构的结构图。
[0015]
图中：1-基体材料，2-圆形微凹坑阵列，3-构成微凹坑阵列的单个微凹坑，4-巴氏合金涂层，5-多层织构。
具体实施方式
[0016]
本发明提供一种织构化巴氏合金涂层减摩表面及其制备方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，参照附图并列举实例对本发明进一步详细说明。此处所描述的具体实施仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0017]
本发明巴氏合金涂层加工方法为热喷涂但不限于热喷涂，本发明圆形凹坑阵列的加工参数可以根据实际加工中的需求和设备要求再进行确定。
[0018]
下面以gcr15轴承钢基体，激光加工方法选用皮秒光纤激光器，结合说明书附图1、附图2和附图3对本发明的一种用于降低激光表面加工热影响的复合改性减摩表面及其制备方法作以下进一步的说明：附图1所示为喷涂有巴氏合金涂层的gcr15轴承钢材料激光表面加工后的示意图，包括基体材料gcr15轴承钢1，圆形微凹坑阵列2，构成微凹坑阵列的单个微凹坑3，巴氏合金涂层4构成。
[0019]
附图1中圆形微凹坑阵列2为在巴氏合金涂层作为固体掩膜下由皮秒激光器加工形成的微织构，具体几何参数为：直径∈[130,160]μm，深度∈[50,80]μm，面积密度为20%。
[0020]
附图2中巴氏合金涂层4掩膜厚度∈[20,40]μm，巴氏合金表面软质基体与硬质颗粒相嵌的特性形成的表面间隙构成次级织构。
[0021]
附图1中巴氏合金表面间隙与激光表面加工生成的圆形微凹坑阵列形成多层织构，其中巴氏合金涂层4表面间隙随机分布，圆形微凹坑阵列微凹坑3织构均匀、规则分布。
[0022]
附图2中巴氏合金涂层4为火焰喷涂到基体表面减少激光表面加工热影响的掩膜；附图3中的多层织构5由激光表面加工生成的凹坑阵列和巴氏合金表面软质基体与硬质颗粒相嵌的特性形成的表面间隙构成。
[0023]
一种用于降低激光表面加工热影响的复合改性减摩表面的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，选择巴氏合金作为涂层，通过热喷涂方式喷涂到gcr15轴承钢基体材料1上，喷涂厚度∈[20,40]μm，表面粗糙度ra约0.4 μm，在喷涂前进行打磨和抛光以及乙醇、丙酮浴超声波清洗处理。
[0024]
步骤二，以巴氏合金涂层4作为固体掩膜，在激光表面加工时减小不利的热影响，采用如下激光加工参数在巴氏合金固体掩膜下的材料表面制造圆形微凹坑阵列平均功率为20 w，重复频率2 mhz，脉冲宽度300 ps，扫描速度为2000 mm/s，扫描次数30-50次；得到直径∈[130,160]μm，深度∈[50,80]μm，面积密度为20%的圆形微凹坑阵列。
[0025]
步骤三，在激光表面加工后，用自动抛光机在加工表面轻轻抛光表面以减少部分残留粘附碎屑对表面加工质量的影响。


技术特征：
1.一种织构化巴氏合金涂层减摩表面及其制备方法，所述的表面包括圆形微凹坑阵列、巴氏合金涂层掩膜、多层织构。2.所述的圆形微凹坑阵列为激光表面加工而成的规则分布的表面微纹理；所述的巴氏合金涂层为热喷涂到基体表面减少激光表面加工热影响的掩膜；所述的多层织构由激光表面加工生成的凹坑阵列和巴氏合金表面软质基体与硬质颗粒相嵌的特性形成的表面间隙构成。3.根据权利要求1所述的一种织构化巴氏合金涂层减摩表面，其特征在于，所述的圆形微凹坑阵列为在巴氏合金涂层作为固体掩膜下由皮秒激光器加工形成的微织构，具体几何参数为：直径∈[130,160]μm，深度∈[50,80]μm，面积密度为20%。4.根据权利要求2所述的一种织构化巴氏合金涂层减摩表面，其特征在于，巴氏合金涂层掩膜厚度∈[20,40]μm，巴氏合金表面软质基体与硬质颗粒相嵌的特性形成的表面微间隙构成次级织构。5.根据权利要求1所述的一种织构化巴氏合金涂层减摩表面，其特征在于，巴氏合金表面间隙与激光表面加工生成的圆形微凹坑阵列形成多层织构，其中巴氏合金涂层表面间隙随机分布，圆形微凹坑阵列微凹坑织构均匀、规则分布。6.一种用于降低激光表面加工热影响的复合改性减摩表面的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1）选择巴氏合金作为涂层，通过热喷涂方式喷涂到基体材料上，在喷涂前进行打磨和抛光以及乙醇、丙酮浴超声波清洗处理；2）以巴氏合金涂层作为固体掩膜，在激光表面加工时减小不利的热影响，采用如下激光加工参数在巴氏合金固体掩膜下的材料表面制造圆形微凹坑阵列：平均功率为20 w，重复频率2 mhz，脉冲宽度300 ps，扫描速度为2000 mm/s，扫描次数30-50次；3）在激光表面加工后，用自动抛光机在加工表面轻轻抛光以减少部分残留粘附碎屑对表面加工质量的影响。

技术总结
本专利公开了一种织构化巴氏合金涂层减摩表面及其制备方法，属于机械运动摩擦副表面技术领域，复合改性表面包括圆形微凹坑阵列、巴氏合金涂层、多层织构。圆形微凹坑阵列为激光加工而成的规则分布的表面凹坑织构；巴氏合金涂层为热喷涂到基体表面减少激光加工热影响的掩膜；多层织构由激光加工生成的凹坑阵列和巴氏合金的表面间隙构成。本发明通过设置巴氏合金涂层和激光表面织构化处理形成的复合改性表面，能够显著降低激光加工对表面性能的不利影响，减少加工过程中产生的硬质熔融金属及其氧化物堆积形成的毛刺，并且形成的多层织构有利于磨粒的储存和流体动压润滑的形成，从而减少微切削磨损的发生，改善摩擦副的摩擦磨损性能。损性能。损性能。


技术研发人员：郭前建 王文华 袁伟 丛建臣 张磊安 于洁 池宝涛
受保护的技术使用者：山东理工大学
技术研发日：2022.04.26
技术公布日：2022/7/22