基于润湿性机制的陶瓷刀具激光表面改性

发布时间：2020-03-21 22:17

【摘要】：陶瓷刀具的快速磨损制约着制造业的发展,高性能的表面微织构能够提高陶瓷刀具的磨损性能。基于固体表面的润湿性机制,研究陶瓷刀具表面的润湿性能与织构表面结构的关系来减少刀具的磨损是一种可行的方法。因此,本文针对激光加工工艺参数对陶瓷刀具表面微织构的影响规律,以及表面微织构对陶瓷刀具润湿性能的影响这两大核心问题开展了研究。具体工作如下:首先研究了飞秒激光加工陶瓷刀具材料的损伤阈值,为选择激光加工参数提供依据。然后使用不同的激光参数加工陶瓷刀具材料,研究激光加工参数对表面微结构的影响规律,根据这些规律进一步的优化参数,并且加工出所需的表面微结构,进行润湿性实验。研究了无序结构,凹坑结构和槽形结构对表面润湿性的影响规律。实验结果表明:(1)激光处理后的陶瓷材料表面的接触角与润湿速度具有指数关系,可以用接触角来表征润湿速度,为衡量水基切削液对陶瓷刀具的润湿性提供了一种方法。使用较高的光斑重合度和较大的单脉冲能量制备的无序刀具表面具有较好的亲水性能。(2)经过激光加工得到的圆形凹坑结构和凹槽结构表面的润湿性规律符合Wenzel模型。经过保温处理后,会降低材料的表面应力,从而降低表面能,使接触角增加。对于圆形凹坑结构,面积占有率在15%~30%的范围内,深径比?不变时,表面织构的面积率越大,表面亲水性更强;面积率不变时,提高深径比?能减小表面接触角。凹坑的面积占有率约为15%,深度大于20μm时,Sialon陶瓷刀具表面具有良好的润湿性能。(3)对于槽形结构,并且凹槽的中心距为100μm时,此时接触角与凹槽的宽度变化不明显;凹槽的宽度为38μm,深度h为12μm,凸台从30μm~100μm变化时,接触角逐渐增大;凹槽的间距为100μm,凹槽的深度h从5μm~30μm变化时,接触角逐渐减小。综合实验结果,得出具有良好润湿性的凹槽结构宽度应小于30μm,间距约为70μm,凹槽的深度大于20μm。
【图文】：

形貌,表面织构,CBN刀具

规则微造型结构。到目前为止，，有很多研究者已经证明适当的的减摩抗磨性能。目前这项技术广泛应用于轴承[ 36]、发动机缸塞[39]等。表面织构的作用机理主要为:（1）储存润滑剂[40-42]；，提高承载能力[40]；（3）减少接触界面摩擦系数进而减小摩擦[43]等。具表面织构制备技术，表面织构制备方法主要有：电火花加工[44]、离子束蚀刻[45]、刻技术[ 47]、机械微刻[48]、激光微加工[49]和磨料喷射[50]等。评主要从以下几个方面衡量：加工是否方便、质量是否合格以及方面。合理的表面织构可以有效地减少摩擦磨损。nt 等[51]采用电火花技术在高速钢钻头表面加工了多种角度阵列塑成型工艺在微孔中填充多种固体润滑剂制备出自润滑钻头。]采用电火花在 CBN 车刀前刀面加工出微沟槽表面织构制备出形貌。

表面织构,球头铣刀

图 1.2 表面织构球头铣刀Obiawa等人[56]利用光刻技术在硬质合金车刀前刀面制备具的表面形貌。垂直于主切削刃的微沟槽、平行于主切削凸点阵列四种表面织构。然后涂覆 DLC 涂层制备出涂层图 1.3 DLC 涂层硬质合金织构刀具的表具形貌
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG711;TN249

【参考文献】