1.3.1 几种表面织构加工技术
表1.1 几种表面织构加工技术特性的比较
喷丸 电火花 电子束 机械加工 激光
结构 随机 随机 确定 确定 确定
粗糙度范围 小 小 大 小 大
可重复性 差 好 好 好 好
对材料的限制 硬度 导电性 无 硬度 无
环境污染 粉尘、噪音 腐蚀 无 粉尘、噪音 无
目前,各种表面技术,比传统的光滑化效果要好得多[9]。如表1.1列出几种不同技术的特点进行对比,如:喷丸[10],电火花,电子束,机械加工,激光等,使得很多表面微造型都能够实现。与其他处理技术相比[11],如:喷丸对环境的污染比较大,电子束刻蚀成本较高,激光织构形貌主要是球状,可以在大气中进行而对环境无污染。
电解加工所使用的设备简单,易于操作,能加工出各种形状的工件,使用中无需太考虑形状因素。根据所需要的微孔直径、微孔间距及排列,先使用脉冲激光器在电镀PVC胶带(环保,耐高温,不易变形)上打孔,作为微孔模板,再把它粘到圆盘上,然后用电解加工技术来得到所预期的微孔。电解加工技术,使用的能量没有很高,对微孔周边的材料几乎没有什么大的影响,而激光刻蚀加工由于激光能量很高,微孔周边形成“热影响区”,材料发生熔融氧化,重熔时残余应力大,材料易变形。
1.3.2 活塞环-缸套表面微孔化处理研究现状
为改善活塞环-缸套的摩擦学特性,可以对活塞环或者缸套表面微观几何形貌进行优化,提高储油能力[12],改善润滑条件。胡勇等[13]在缸套内表面构造珩磨网纹、无网纹、微坑-槽纹3种织构,结果表明,相同载荷下,表面织构确能降低磨损率,低载荷下,微坑-槽纹的表面处理更好,网纹次之,高载荷下,微坑-槽纹和网纹表面处理都有一定的效果,其降低摩擦效果与无织构趋近。
钱双庆等[14]研究表明摩擦副表面的织构可以有效改善表面摩擦磨损性能,在活塞环表面电解加工微孔,研究曲面微坑尺寸的影响因素(绝缘层厚度和加工电压),优化之后,得到微孔的平均直径为 250 μm,深度为 10 μm;试验结果显示,与光滑曲面相比,设计合理的面积率和深度,可以有效降低摩擦系数,降低磨损率。
1.3.3 激光表面织构技术
激光表面织构,根据摩擦学理论和活塞环-缸套的摩擦学性能要求,将一定能量密度的激光束,作用于整个工作表面,形成一种规律的表面微观几何形貌分布,能够达到润滑减磨要求,改善摩擦磨损性能。激光表面织构技术的发展改善了摩擦学表面形貌,可以在硬质陶瓷表面构造微孔,并准确控制其分布、尺寸和深度等。硬质涂层表面的激光微孔化处理能够实现自适应涂层设计,实现自润滑要求。脉冲激光微加工,将脉冲激光直接作用使金属熔化,其附近为“热影响区”,“热影响区”周围的材料产生宏观或微观裂纹,强度、抗疲劳、抗磨损等性能下降;而紫外波段的准分子激光,能量高,能够直接切断表面分子或原子的结合键,实现钻孔、光刻刻蚀及表面处理等多种微细加工,热影响区较小;随着激光脉冲时域宽度从10-9s (纳秒)量级到10-15s (飞秒)量级,阈值小,加工精度可达微米量级甚至更小,几乎无热扩散影响区[15]。 活塞环织构化表面电沉积Ag-MoS2复合涂层及其摩擦学性能(4):http://www.youerw.com/cailiao/lunwen_15754.html