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近年来,随着摩擦学理论和实验研究的深入,材料表面微型构造作为显著改善摩擦副表面的摩擦学性能的可控技术日益成为国际研究的热点,研究不同形状的规则表面形貌造型及其摩擦学性能,对根据润滑摩擦性能要求设计并制造出与之匹配的摩擦副表面微观几何形貌,具有重要的理论研究价值与广阔的应用前景。 激光表面微型构造技术以其制造加工速度快,对环境无污染以及优良地对形状和尺寸的控制能力被认为是表面微型构造领域颇为成功的方法之一。本文采用波长为1030nm的飞秒激光在0Cr18Ni9不锈钢表面上制备出规则的微型构造,采用HT-500高温摩擦磨损机对其进行干摩擦实验研究。 在本课题中首先简单介绍了0Cr18Ni9不锈钢的性能以及广泛的用途,总结飞秒激光与物质之间作用的机理,从理论上分析飞秒激光在微型构造领域方面的优势,讨论激光微型构造表面干摩擦磨损机理,其次选用飞秒激光在0Cr18Ni9不锈钢表面上制备出不同尺寸的规则微型构造,采用不同滑动速度和不同的载荷对微型构造表面和未处理表面进行摩擦实验,分析了不同情况下摩擦系数的变化,观察摩擦表面的磨痕形貌,探讨摩擦副之间的磨损机制,测量磨痕和微孔摩擦前后深度的变化,理论计算磨损率的变化,测定正常基体与摩擦出微孔的元素成分变化,分析表明上发生的物理化学反应。 研究结果表面:飞秒激光能够制备出质量较好的微孔形貌,微孔周围的毛刺凸起很少,一定程度上减小了材料表面粗糙度对摩擦带来的影响。在同等条件下的干摩擦磨损实验中,微型构造的材料表面比未加工的材料摩擦系数要小,磨损不严重,微型构造能够保持基本形貌。在载荷为5N,滑动速度为0.075m/s,0.0187m/s条件下,面积比率约为10%的微型构造表面摩擦系数比未处理表面摩擦系数减小15.8%、40.4%在载荷为9N,滑动速度为0.075m/s,0.0187m/s条件下,面积比率约为10%的微型构造表面摩擦系数比未处理表面摩擦系数减小19.3%与24.7%。不同尺寸微型构造表面摩擦磨损研究发现微孔直径为60μ m的表面摩擦系数要比直径为28μm的表面要低,当载荷分别为5N和9N时,面积比率约为10%和20%的微型构造表面摩擦系数最低。磨损机制主要为粘着磨损和磨粒磨损。