基于耦合仿生和二次压入的表面力学性能改善研究
发布时间：2020-12-17 21:33
机械产品材料表面力学性能直接关乎其服役工况下使役性能和寿命。应力诱导的表面磨损和疲劳失效等表面力学性能衰退现象成因复杂,且难以有效预测,改善并提升机械产品表面力学性能是现代机械工业不断发展进步的客观需求。与此同时,传统机械加工和表面压印加工（如纳米压印加工、仿生功能表面制备等）或引发材料表面堆积现象和残余应力积聚效应,从而进一步加剧表面力学性能的退化。因此,提升材料表面力学性能是改善机械接触工作表面的直接途径。自然界生物基于其特有的形态、微观结构和非均质材料特性呈现出极其优异的表面力学性能,如耐磨、减阻、止裂、抗疲劳等,为通过机械产品表面仿生设计与制备改善接触工作表面的力学性能提供了直接模本参考。本文通过优选贝壳、啄木鸟喙为生物模本,基于结构、材料、形态三元耦合仿生设计原理,构建多孔结构、表面涂层材料、二级压痕形态耦元,选取了多孔结构、异质材料、凹坑形非光滑形态开展镁合金基铝涂层仿生材料设计与制备。通过纳米压痕、划痕测试研究材料的力学性能,与此同时,提出了基于二次压入的表面堆积平坦化和残余应力释放方法,并通过仿真分析和试验表征验证了该方法的可行性。本文围绕以下三个方面阐述研究工作:（1...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
典型的失效破坏现象
吉林大学硕士学位论文4图1.2陶瓷板-壳聚糖层状复合材料组装示意图[11]又如新疆岩蜥、沙漠蜥蜴、蝎子等沙漠动物，具有优异的抗冲蚀性能。通过图1.3（a）可以观察到，新疆岩蜥的体表紧密嵌合着菱形硬质鳞片，以覆瓦状方式排列，中间突起的鳞片可以有效减少鳞片与地表的接触。此外，硬质鳞片之间经由柔软的结缔组织联结。这种结构特点，使新疆岩蜥的体表同时具有刚性强化和柔性吸收的特质。吉林大学高峰等人[12]选取新疆岩蜥为生物模本，在LY12硬铝合金与45#钢表面上利用雕刻机加工凹坑形非光滑结构，然后通过等离子喷涂方法在试样的表面制备Al2O3-TiO2复合材料，构建了具有梯度复合材料结构的非光滑仿生耦合试样，并且通过喷砂实验证明了耦合试样耐冲蚀磨损性能较对照试样提高了18.7%。图1.3新疆岩蜥(a)背部鳞片(b)皮肤HE染色切片[12]1.2.3仿生功能增强设计策略一般的仿生功能增强设计策略[13]可简述为：首先通过扫描探针成像技术、电子显微成像技术或者太赫兹成像技术等，获取生物模本特征微结构中单一耦元的形态、结
吉林大学硕士学位论文4图1.2陶瓷板-壳聚糖层状复合材料组装示意图[11]又如新疆岩蜥、沙漠蜥蜴、蝎子等沙漠动物，具有优异的抗冲蚀性能。通过图1.3（a）可以观察到，新疆岩蜥的体表紧密嵌合着菱形硬质鳞片，以覆瓦状方式排列，中间突起的鳞片可以有效减少鳞片与地表的接触。此外，硬质鳞片之间经由柔软的结缔组织联结。这种结构特点，使新疆岩蜥的体表同时具有刚性强化和柔性吸收的特质。吉林大学高峰等人[12]选取新疆岩蜥为生物模本，在LY12硬铝合金与45#钢表面上利用雕刻机加工凹坑形非光滑结构，然后通过等离子喷涂方法在试样的表面制备Al2O3-TiO2复合材料，构建了具有梯度复合材料结构的非光滑仿生耦合试样，并且通过喷砂实验证明了耦合试样耐冲蚀磨损性能较对照试样提高了18.7%。图1.3新疆岩蜥(a)背部鳞片(b)皮肤HE染色切片[12]1.2.3仿生功能增强设计策略一般的仿生功能增强设计策略[13]可简述为：首先通过扫描探针成像技术、电子显微成像技术或者太赫兹成像技术等，获取生物模本特征微结构中单一耦元的形态、结
【参考文献】：
期刊论文
[1]喷丸技术的发展与研究[J]. 鲜鹏,李军. 金属世界. 2020(01)
[2]喷丸强化对2024-T351板材疲劳性能的影响[J]. 李耀,孙汉斌. 工程与试验. 2019(01)
[3]喷丸对2024铝合金厚板DFR疲劳性能的影响[J]. 姬浩,段小维,郑皓. 热加工工艺. 2018(24)
[4]FDM技术在啄木鸟仿生结构成型中的应用研究[J]. 王健全,付文文,马红磊,刘炳坤,肖艳华,祝郁. 航天医学与医学工程. 2017(02)
[5]复材表面电弧离子镀镀铝膜性能研究[J]. 赵栋才,肖更竭,马占吉,武生虎,任妮. 真空科学与技术学报. 2010(05)
[6]磨损与磨损可靠性[J]. 刘洪志. 中国制造业信息化. 2009(17)
[7]铝表面磁控溅射沉积不锈钢薄膜及其性能[J]. 黄晓辉,左秀荣,王齐伟,李勇. 特种铸造及有色合金. 2009(08)
[8]氩气与氮气流量比对磁控溅射法制备TiN薄膜的影响[J]. 刘倩,刘莹,朱秀榕,胡敏. 机械工程材料. 2009(03)
[9]镁合金表面磁控溅射沉积铝膜的力学性能[J]. 张津,杨栋华,王东亚,欧信兵,王振林. 北京科技大学学报. 2008(12)
[10]新疆岩蜥三元耦合耐冲蚀磨损特性及其仿生试验[J]. 高峰,黄河,任露泉. 吉林大学学报(工学版). 2008(03)
博士论文
[1]压痕/划痕测试若干理论与基于自制仪器的试验研究[D]. 黄虎.吉林大学 2014
硕士论文
[1]硅氢薄膜RF磁控溅射法制备工艺及结构研究[D]. 王亮.武汉科技大学 2009
本文编号：2922752
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
典型的失效破坏现象
吉林大学硕士学位论文4图1.2陶瓷板-壳聚糖层状复合材料组装示意图[11]又如新疆岩蜥、沙漠蜥蜴、蝎子等沙漠动物，具有优异的抗冲蚀性能。通过图1.3（a）可以观察到，新疆岩蜥的体表紧密嵌合着菱形硬质鳞片，以覆瓦状方式排列，中间突起的鳞片可以有效减少鳞片与地表的接触。此外，硬质鳞片之间经由柔软的结缔组织联结。这种结构特点，使新疆岩蜥的体表同时具有刚性强化和柔性吸收的特质。吉林大学高峰等人[12]选取新疆岩蜥为生物模本，在LY12硬铝合金与45#钢表面上利用雕刻机加工凹坑形非光滑结构，然后通过等离子喷涂方法在试样的表面制备Al2O3-TiO2复合材料，构建了具有梯度复合材料结构的非光滑仿生耦合试样，并且通过喷砂实验证明了耦合试样耐冲蚀磨损性能较对照试样提高了18.7%。图1.3新疆岩蜥(a)背部鳞片(b)皮肤HE染色切片[12]1.2.3仿生功能增强设计策略一般的仿生功能增强设计策略[13]可简述为：首先通过扫描探针成像技术、电子显微成像技术或者太赫兹成像技术等，获取生物模本特征微结构中单一耦元的形态、结
吉林大学硕士学位论文4图1.2陶瓷板-壳聚糖层状复合材料组装示意图[11]又如新疆岩蜥、沙漠蜥蜴、蝎子等沙漠动物，具有优异的抗冲蚀性能。通过图1.3（a）可以观察到，新疆岩蜥的体表紧密嵌合着菱形硬质鳞片，以覆瓦状方式排列，中间突起的鳞片可以有效减少鳞片与地表的接触。此外，硬质鳞片之间经由柔软的结缔组织联结。这种结构特点，使新疆岩蜥的体表同时具有刚性强化和柔性吸收的特质。吉林大学高峰等人[12]选取新疆岩蜥为生物模本，在LY12硬铝合金与45#钢表面上利用雕刻机加工凹坑形非光滑结构，然后通过等离子喷涂方法在试样的表面制备Al2O3-TiO2复合材料，构建了具有梯度复合材料结构的非光滑仿生耦合试样，并且通过喷砂实验证明了耦合试样耐冲蚀磨损性能较对照试样提高了18.7%。图1.3新疆岩蜥(a)背部鳞片(b)皮肤HE染色切片[12]1.2.3仿生功能增强设计策略一般的仿生功能增强设计策略[13]可简述为：首先通过扫描探针成像技术、电子显微成像技术或者太赫兹成像技术等，获取生物模本特征微结构中单一耦元的形态、结
【参考文献】：
期刊论文
[1]喷丸技术的发展与研究[J]. 鲜鹏,李军. 金属世界. 2020(01)
[2]喷丸强化对2024-T351板材疲劳性能的影响[J]. 李耀,孙汉斌. 工程与试验. 2019(01)
[3]喷丸对2024铝合金厚板DFR疲劳性能的影响[J]. 姬浩,段小维,郑皓. 热加工工艺. 2018(24)
[4]FDM技术在啄木鸟仿生结构成型中的应用研究[J]. 王健全,付文文,马红磊,刘炳坤,肖艳华,祝郁. 航天医学与医学工程. 2017(02)
[5]复材表面电弧离子镀镀铝膜性能研究[J]. 赵栋才,肖更竭,马占吉,武生虎,任妮. 真空科学与技术学报. 2010(05)
[6]磨损与磨损可靠性[J]. 刘洪志. 中国制造业信息化. 2009(17)
[7]铝表面磁控溅射沉积不锈钢薄膜及其性能[J]. 黄晓辉,左秀荣,王齐伟,李勇. 特种铸造及有色合金. 2009(08)
[8]氩气与氮气流量比对磁控溅射法制备TiN薄膜的影响[J]. 刘倩,刘莹,朱秀榕,胡敏. 机械工程材料. 2009(03)
[9]镁合金表面磁控溅射沉积铝膜的力学性能[J]. 张津,杨栋华,王东亚,欧信兵,王振林. 北京科技大学学报. 2008(12)
[10]新疆岩蜥三元耦合耐冲蚀磨损特性及其仿生试验[J]. 高峰,黄河,任露泉. 吉林大学学报(工学版). 2008(03)
博士论文
[1]压痕/划痕测试若干理论与基于自制仪器的试验研究[D]. 黄虎.吉林大学 2014
硕士论文
[1]硅氢薄膜RF磁控溅射法制备工艺及结构研究[D]. 王亮.武汉科技大学 2009
本文编号：2922752
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