表面织构及固-液润滑材料改善钛合金表面摩擦性能的研究
发布时间：2021-12-19 17:45
钛合金因其高强度、耐高温、耐腐蚀等优良性能,广泛应用于航空航天和生物医学等领域,但钛合金的塑性高、硬度低、耐磨性差、对微动磨损敏感等缺点限制了其在苛刻条件下的应用。表面织构技术和良好的润滑介质在提升对磨副摩擦磨损性能方面有较好的效果,为增强钛合金的摩擦学特性,本文进行了表面织构及固-液润滑材料改善钛合金表面摩擦性能的研究。首先,利用激光加工技术在TC4钛合金表面构造不同直径和排列密度的凹坑图案,探讨不同激光打标参数对织构表面形貌及深度的影响,并根据织构表面的表征结果对工艺参数进行优化,得到钛合金表面凹坑型织构的最优加工工艺。其次,对不同织构密度和凹坑直径的TC4钛合金表面进行线性往复式的干摩擦实验。结果表明,织构密度为8.7%和凹坑直径为200μm的织构形式具有最优的减摩抗磨效果,这是由于凹坑可容纳磨屑,减少第三体磨损;利用ANSYS Workbench对织构表面摩擦过程的有限元仿真表明,较大的织构密度导致接触面局部接触应力过大,磨损加剧,仿真结果与试验结果基本吻合。再次,选取典型表面织构的TC4钛合金分别进行10W40以及全氟聚醚PFPE两种润滑油条件下的摩擦性能研究。结果表明,在1...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
钛合金的典型产品
图 1-2 不同表面织构形式[19]Figure 1-2 Different surface texture forms[19]2 表面织构的研究现状在 1950 年，Salama 等[20]通过一系列实验研究了轴承表面的微粗糙度对其性能。之后有更多研究者对摩擦表面的细微结构进行研究，其中在20世纪60年代，Ham21]在材料表面加工出了微细结构，其在油润滑下的摩擦实验结果表明，表面微结压润滑性能有较为明显的改善。20 世纪末，Jiaa 等[22]在铝材表面进行微孔以及微构，研究不同织构导致的表面粗糙度的增加对润滑状态的影响，结果发现相对于糙度的表面，织构表面摩擦系数降低了约 60%~70%。Andersson 等[23]在 2007 年激光微细加工处理表面与光滑表面的摩擦实验对比，结果表明，与未织构表面相坑织构表面显著减小了摩擦副的摩擦系数和磨损率。近年来，微织构的减摩抗磨理论发展得越来越成熟，表面微织构技术也在各个
图 1-3 表面织构活塞环[27]Figure 1-3 Surface textured piston ring[27]构的加工方法对摩擦学性能改善机理的研究越来越成熟的同时，微织流的织构工艺包含机械划刻、电火花加工、表面喷丸和用机械设备对金属表面直接进行接触式加工的方法，一但这种方法可能会破坏表面结构，特别是对于高脆性的适用范围不广。电火花加工是将工具电极与工件电极置电作用击穿工作液，产生瞬间的高热能，从而材料表面部分材料被去除，达到成型出表面图案的目的。电火花加工非导电材料。表面喷丸是指把高硬度的弹丸状材料于冷加工，加工过程方便快捷但精度较差。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于有限元摩擦功计算的钢轨磨耗预测方法[J]. 张军,刘佳欢,王雪萍,马贺. 机械工程学报. 2019(14)
[2]新型生物医用钛合金的设计及应用进展[J]. 麻西群,于振涛,牛金龙,余森,刘少辉,贺新杰. 有色金属材料与工程. 2018(06)
[3]全合成机油润滑下热氧化改性TC4钛合金的摩擦学行为[J]. 曹磊,孙航,万勇,杨淑燕,徐铁伟. 摩擦学学报. 2019(01)
[4]钛及钛合金表面增强技术的研究进展[J]. 王飞,张超,周隐玉,李凯. 热加工工艺. 2017(18)
[5]激光表面织构形状参数对钛合金摩擦学性能的影响[J]. 王明政,王成彪,康嘉杰,朱丽娜,岳文,付志强. 中国表面工程. 2017(04)
[6]激光表面织构对45钢干摩擦性能的影响[J]. 常秋英,齐烨,王斌,乔姣飞. 机械工程学报. 2017(03)
[7]高平均功率固体激光器研究进展[J]. 甘啟俊,姜本学,张攀德,姜益光,陈水林,张龙. 激光与光电子学进展. 2017(01)
[8]考虑表面张力影响的表面织构最优参数分析[J]. 陈平,李俊玲,邵天敏,项欣,刘光磊. 机械工程学报. 2016(19)
[9]环境真空度对不同含氟基础油摩擦学性能的影响[J]. 黄志洋,张建荣,杨鹤,彭茜. 石油炼制与化工. 2015(12)
[10]钛合金在航空航天及武器装备领域的应用与发展[J]. 刘全明,张朝晖,刘世锋,杨海瑛. 钢铁研究学报. 2015(03)
本文编号：3544795
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
钛合金的典型产品
图 1-2 不同表面织构形式[19]Figure 1-2 Different surface texture forms[19]2 表面织构的研究现状在 1950 年，Salama 等[20]通过一系列实验研究了轴承表面的微粗糙度对其性能。之后有更多研究者对摩擦表面的细微结构进行研究，其中在20世纪60年代，Ham21]在材料表面加工出了微细结构，其在油润滑下的摩擦实验结果表明，表面微结压润滑性能有较为明显的改善。20 世纪末，Jiaa 等[22]在铝材表面进行微孔以及微构，研究不同织构导致的表面粗糙度的增加对润滑状态的影响，结果发现相对于糙度的表面，织构表面摩擦系数降低了约 60%~70%。Andersson 等[23]在 2007 年激光微细加工处理表面与光滑表面的摩擦实验对比，结果表明，与未织构表面相坑织构表面显著减小了摩擦副的摩擦系数和磨损率。近年来，微织构的减摩抗磨理论发展得越来越成熟，表面微织构技术也在各个
图 1-3 表面织构活塞环[27]Figure 1-3 Surface textured piston ring[27]构的加工方法对摩擦学性能改善机理的研究越来越成熟的同时，微织流的织构工艺包含机械划刻、电火花加工、表面喷丸和用机械设备对金属表面直接进行接触式加工的方法，一但这种方法可能会破坏表面结构，特别是对于高脆性的适用范围不广。电火花加工是将工具电极与工件电极置电作用击穿工作液，产生瞬间的高热能，从而材料表面部分材料被去除，达到成型出表面图案的目的。电火花加工非导电材料。表面喷丸是指把高硬度的弹丸状材料于冷加工，加工过程方便快捷但精度较差。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于有限元摩擦功计算的钢轨磨耗预测方法[J]. 张军,刘佳欢,王雪萍,马贺. 机械工程学报. 2019(14)
[2]新型生物医用钛合金的设计及应用进展[J]. 麻西群,于振涛,牛金龙,余森,刘少辉,贺新杰. 有色金属材料与工程. 2018(06)
[3]全合成机油润滑下热氧化改性TC4钛合金的摩擦学行为[J]. 曹磊,孙航,万勇,杨淑燕,徐铁伟. 摩擦学学报. 2019(01)
[4]钛及钛合金表面增强技术的研究进展[J]. 王飞,张超,周隐玉,李凯. 热加工工艺. 2017(18)
[5]激光表面织构形状参数对钛合金摩擦学性能的影响[J]. 王明政,王成彪,康嘉杰,朱丽娜,岳文,付志强. 中国表面工程. 2017(04)
[6]激光表面织构对45钢干摩擦性能的影响[J]. 常秋英,齐烨,王斌,乔姣飞. 机械工程学报. 2017(03)
[7]高平均功率固体激光器研究进展[J]. 甘啟俊,姜本学,张攀德,姜益光,陈水林,张龙. 激光与光电子学进展. 2017(01)
[8]考虑表面张力影响的表面织构最优参数分析[J]. 陈平,李俊玲,邵天敏,项欣,刘光磊. 机械工程学报. 2016(19)
[9]环境真空度对不同含氟基础油摩擦学性能的影响[J]. 黄志洋,张建荣,杨鹤,彭茜. 石油炼制与化工. 2015(12)
[10]钛合金在航空航天及武器装备领域的应用与发展[J]. 刘全明,张朝晖,刘世锋,杨海瑛. 钢铁研究学报. 2015(03)
本文编号：3544795
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