《激光喷丸对材料摩擦磨损性能影响的试验研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
分类号：ＴＮ２４９单位代码：１０４２２密级；学号：２０１２１２４２４公开ＳＨＡＮＤＯＮＧＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ硕±学位论文ＴｈｅｓｉｓｆｏｒＭａｓｔｅｒＤｅｇｒｅｅ论文题目：激光喷丸对材料摩據磨损性能影响的试验硏究ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＳｔｕｄｙｏｎＴｒｉｂｏｌｏｇｉｃａｌＰｒｏｐｅｒｔｙｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＰｒｏｃｅｓｓｅｄｂＬａｓｅｒＳｈｏｃｋＰｅｅｎｉｎｙｇ作者姓名巧峰培养单位材料科学与工程学院专业名称材料加工工程指导教师季忠教授Ｉ—＂ＩＩ．．■ＩＩ合作导师這货芳Ｘ２０１５年４月巧曰巧－？？ｔ 分类号：ＴＮ２４９单位代码：１０４２２密级Ｓ公开学号：２０１２１２４２４硕：±：学位论文ＴｈｅｓｉｓｆｏｒＭａｓｔｅｒＤｅｒｅｅｇ论文题目：澈光喷丸对材料摩擦磨损性能影响的试验研究ＥｘｅｒｉｍｅｎｌａｌｓｔｕｄｏｎＴｒｉｂｏｌｏｉｃａｌＰｒｏｅｒｔｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓｐｙｇｐｙＰｒｏｃｅｓｓｅｄｂＬａｓｅｒＳｈｏｃｋＰｅｅｎｉｎｙｇ作者巧名郭峰Ｉｐ＾培养单位材料科学与工程学院专业名称材料加工工程／指导教师季忠教授合作导师２０巧年４月巧日 ＴｈｅｓｉｓｆｏｒＭａｓｔｅｒＤｅｒｅｅｇＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＳｔｕｄｙｏｎＴｒｉｂｏｌｏｇｉｃａｌＰｒｏｐｅｒｔｙｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＰｒｏｃｅｓｓｅｄｂｙＬａｓｅｒＳｈｏｃｋＰｅｅｎｉｎｇＣａｎｄｉｄａｔｅ：ＦｅｎｇＧｕｏＳｕｂｅｃｔ：ＭａｔｅｉｒｉａｌｓＰｒｏｃｅｓｓｉｎＥｎｉｎｅｅｒｉｎｊｇｇｇＳｕｅｒｖｉｓｏｒ；Ｐｒｏｆ．ＺｈｏｎＪｉｐｇＳＨＡＮＤＯＮＧＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＡｒｉｌ１５２０１５ｐ， 原创性声巧本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名山＇：郭４日期；方关于学俭论文使用授权的声明本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可Ｗ将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。保密论文在解密后应遵守此规定）（论文作者签名：导师签名；日期：如心 山东大学硕壬学位论文目录胃录ｉＣＯＮＴＥＮＴＳＶ摘要ＩＡＢＳＴＲＡＣＴＩｌｌ一第章绪论１１．１引言１１．２激光喷化技术概述２１．２．１激光喷丸基本原理２１．２２．２激光喷丸与传统喷丸的比较１．３摩擦学研究概论４．３４１．１摩擦学的研究对象１．３．２摩擦的基本特性５１．３．３摩擦磨损现状５１．３．４传统的减摩增寿技术６１．４新型减摩増寿技术７１．４．１表面织构化７１．４．．．２固体润滑１０，１．４．３纳米颗粒强化１２１．５选题意文和主要研究内容１２第二章研究方案和试验设备１５２．１引言１５２巧．２研究方案２．２．１研究背景１５２．２．２研究方案化２１．３激光喷丸设备７．３２．１激光器１７２．３．２吸收层．．．．．１８ 目录２．３．３约束层１９２．４摩擦试验设备２０２．４．１往复式摩擦试验机２０２．４．２立式万能摩擦试验机２２２．５本章小结２３第Ｈ章试验材料和处理方式巧３．１引言２５３．２铅合金巧３．巧．２１铅合金试验材料３．２．２铅合金表面改性２７３．３二硫化巧２７３．３．１二硫化钥的性质２８３．３．２二硫化巧试验材料２８．４试验材料处理２９３３．４．１微钻孔处理２９３．４．２纳米ＭｏＳ３３ｓ颗粒表面涂布３．４．３激光喷丸处理％３．５本章小结３７第四章锅合金摩擦试验．．．３９４．１引胃３９４．２摩擦试验３９４．２．１试样装夹３９４．２．２试验方案４０４．２．３试验参数４０４．３试验结果与分析４１４．义１布氏硬度４１４．３．２摩擦系数４３４．３．３磨损量和磨损率５１４．３．４磨痕形貌５４ 山东大学硕±学位论文４５７．４本章小结第五章４５＃钢摩擦磨损性能的研究５９５．１引言５９５．２研究方案５９５．３材料准备６０５６１．４激光喷丸纳米颗粒植入５．４．１激光喷丸技术方案６１５．４．２激光喷丸处理效果６２５．５摩擦试验６３５６３．６试验结果及分析５．民１摩擦系数６３５．６．２磨损量和磨损率郎５．６．３磨痕形貌６７５．７本章小结６８第六章结论与展望７１６．１结论八片２展望：７２参考文献７３致谢７９１ 山东大学硕±学位论文ＣＯＮＴＥＮＴＳＣｏｎｔｅｎｔｓＣｈｉｎｅｓｅｉ（）ｓｈｖＣｏｎｔｅｎｔＥｎｌｉｓ（ｇ）ＡｂｓｔｒａｃｔＣｈｉｎｅｓｅＩ（）ＡｂｓｔｒａｃｔＥｎｌｉｓｈＩｌｌ（ｇ）Ｃｈａｔｅｒ１：Ｐｒｅｆａｃｅ１ｐｎｄｕｃｉｏｎ１１．１Ｉｔｒｏｔ２１．２Ｌａｓｅｒｓｈｏｃｋｅｅｎｉｎｐｇ１．２．１Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｌａｓｅｒｓｈｏｃｋｅｅｎｉｎ２ｐｇ１ｅｅｎｗ２．２．２Ｃｏｍａｒｉｓｏｎｏｆｌａｓｅｒｓｈｏｃｋｅｅｎｉｎｇａｎｄｓｈｏｔｉｎ．．ｐｐｐｇ１．３Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｔｒｉｂｏｌｏｇｉｃａｌｒｅｓｅａｒｃｈ４１．３．１Ｒｅｓｅｒａｃｈｏｂｅｃｔｓｏｆｔｒｉｂｏｌｏｇｙ４ｊ１．３．２Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｒｉｂｏｌｏｇｙ５１．３．３Ｃｕｒｒｅｎｔｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆｆｒｉｃｔｉｏｎａｎｄｗｅ批５３－１．４Ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｔｅｃｈｎｏｌｏｉｅｓｏｆａｎｔｉｆｒｉｃｔｉｏｎ６．ｇｌｏｉ－ｆｉｏｎ１．７．４Ｎｅｗｔｅｃｈｎｏｇｉｅｓｏｆａｎｔｉｃｔｉ１．４．１Ｓｕｒｆａｃｅｔｅｘｔｕｒｉｎｇ７１ｌｉｄｌｕｂｒｉｉ１０．４．２Ｓｏｃａｔｏｎｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ－１．４．３Ｅｏｆｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ１２１．５Ｓｉｎｉｆｉｃａｎｃｅｏｆｔｈｅｓｕｂｅｃｔａｎｄｍａｉｎｒｅｓｅａｒｃｈｃｏｎｔｅｎｔｓ１２ｇｊＣｈａｐｔｅｒ２：Ｒｅｓｅａｒｃｈｓｃｈｅｍｅａｎｄｔｅｓｔｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ１５２ｒ５．１Ｉｎｔｏｄｕｃｔｉｏｎ１２２Ｒｅｓｅａｒｃｈｓｃｈｅｍｅ１５．２ｓｅａｒｃｃｋｒｏｕｎ１５．２．１Ｒｅｈｂａｇｄ２．２．２Ｒｅｓｅａｒｃｈｓｃｈｅｍｅ１６２．３Ｅｕｉｍｅｎｔｏｆｌａｓｅｒｓｈｏｃｋｅｅｎｉｎ１７ｑｐｐｇ２．３．１Ｌａｓｅｒｄｅｖｉｃｅ１７２．３．２Ａｂｓｏｒｂｅｎｔｃｏａｔｉｎｇ１８ ＣＯＮＴＥＮＴＳ２．３．３Ｃｏｎｆｉｎｉｎｏｖｅｒｌａ１９ｇｙ２．４Ｆｒｉｃｔｉｏｎｔｅｓｔｅｑｕｉｐｍｅｎｔ２０２．４．１Ｒｅｃｉｒｏｃａｔｉｎｆｒｉｃｔｉｏｎ１：ｅｓｔｅｒ２０ｐｇ２．４．２Ｖｅｒｔｉｃａｌｕｎｉｖｅｒｓａｌｆｒｉｃｔｉｏｎ化ｓｔｅｒ２２２．５Ｓｕｉｍｎａｒｙ２３Ｃｈａｐｔｅｒ３：Ｔｅｓｔｍａｔｅｒｉａｌｓａｎｄｐｒｏｃｅｓｓｍｅｔｈｏｄｓ２５３ｉ．１Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｏｎ２５３．２Ａｌｕｍｉｍｕｍａｌｌｏｙ２５３．２．１Ａｌｕｍｉｎｉｕｍａｌｌｏｙｍａｔｅｒｉａｌ２５３．２．２Ｓｕｒｆａｅｃｍｏ出ｆｉｃａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｏｆＡｌｕｍｉｎｉｕｍａｌｌｏｙ２７３．３Ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍｄｉｓｕｌｆｉｄｅ２７３．３．１ＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＭ０Ｓ２２８３．３．２Ｍ０Ｓ２ｍａｔｅｒｉａｌ２８３．４Ｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｅｓｔｍａｔｅｒｉａｌｓ２９３－．４．１Ｍｉｃｒｏｄｒｉｌｌｉｎｇ２９Ｓｕｒｆａｃ－３．４．２ｅｃｏａｔｉｎｇｏｆＭ０Ｓ２打ａｎｏａｒｔｉｃｌｅｓ３３ｐ３Ａ３Ｐｒｏｃｅｓｓｏｆｌａｓｅｒｓｈｏｃｋｅｅｎｉｎ３４ｐｇ３．５Ｓｕｍｍａｒｙ３７Ｃｈａｐｔｅｒ４：Ｆｒｉｃｔｉｏｎｔｅｓｔｏｆａｌｕｍｉｎｉｕｍａｌｌｏｙ３９４．１Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ３９４．２Ｆｒｉｃｔｉｏｎ化巧３９４．２．１Ｓａｍｐｌｅｃｌａｍｐｉｎｇ３９４．２．２Ｔｅｓｔｓｃｈｅｍｅ４０４．２．３Ｔｅｓｔａｒａｍｅｔｅｒｓ４０ｐ４．３Ｔｅ巧ｒｅｓｕｌｔｓａｎｄａｎａｌｙｓｉｓ４１４．３．１Ｂｒｉ打ｅｌｌｈａｒｄ打ｅｓｓ４１４．３．２Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆｆｒｉｃｔｉｏｎ４３４．３．３Ｗｅａｒｗｅｉｇｈｔｌｏｓｓａｎｄｗｅａｒｒａｔｅ５１４．３．４Ｗｅａｒｍｏｒｈｏｌｏ５４ｐｇｙ４．４Ｓｕｍｍａｒｙ５７ 山东大学硕：ｉｒ学位论文Ｃｈａｅｒ５：Ｆｒｉｃｔｉｏ打ｔｅｓｔｏｆ４５＃ｃａｒｂｏｎｓｔｅｄ５９ｐ５．１Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ？＂５９５．２Ｒｅｓｅａｒｃｈｓｃｈｅｍｅ５９ｒｅａｒａｉｏｎｏｆｔｅｓｔｍａｅｒｉａ？５．３Ｐｐｔｔｌｓ．？？？？？６０５ｎａｎｏ－．４Ｉｍｐｌａｎｔｉｎｇａｒｔｉｃｌｅｓｂｌａｓｅｒｓｈｏｃｋｅｅｎｉｎ６１ｐｙｐｇ５．４．１Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌｓｃｈｅｍｅｏｆｌａｓｅｒｓｈｏｃｋｅｅｎｉｎ６１ｐｇ５．４．２Ｔｒｅａｔｍｅｎｔｅｆｆｅｃｔｓｏｆｌａｓｅｒｓｈｏｃｋｅｅｎｉｎ６２ｐｇ．５ｒｉｃｉｏｎｅｓｔ６３５Ｆｔｔ．．．５．６Ｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓａｎｄａｎａｌｙｓｉｓ６３ｆｒｃｏｎ５．６．１Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆｉｔｉ６３５．６．２Ｗｅａｒｗｅｉｇｈｔｌｏｓｓａｎｄｗｅａｒｒａｔｅ６５ｍｏｒｏｌｏ．．５．６．３Ｗｅａｒｐｈｇｙ．．＂？６７５．７Ｓｕｍｍａｒ６８ｙＣｈａｔｅｒ６：Ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓａｎｄｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎｓｐ７１６．１Ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓ７１６．２Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎｓ７２Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ７３Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｍｅｎｔ７９Ｉ 山东大学硕±学位论文摘要利用Ｎｄ：ＹＡＧ激光器对汽车发动机活塞用铅合金试样进行激光喷丸，将平均粒径为４０ｎｍ的二硫化钥颗粒植入其中，然后利用往复式球对盘摩擦磨损试验机对试样摩擦性能进行测试。研究证明，通过激光喷丸植入纳米颗較，能够显著改善铅合金材料的摩擦磨损性能。为了比较各种处理方式的减磨效果，试验中将试样分为五组：ａ对照组，（）铅合金试样不作特别处理，直接进行摩擦试验；（ｂ钻孔组，在错合金试样表面）加工微盲孔，然后进行摩擦试验；（Ｃ）喷丸组，利用激光喷丸技术处理错合金试ｄ样，然后进行摩擦试验；（）涧滑组，在错合金试样表面加工出微盲孔，然后向微孔中填充二硫化钢颗粒，再进行摩擦试验；似复合组，在铅合金试样表面加工出微盲孔，然后向微孔中填充纳米二硫化箱颗粒，再进行激光喷丸，在激光冲击作用下完成纳米颗粒的植入后再进行摩擦试验。各组试样摩擦试验之后，综合分析了硬度、摩擦系数、磨损率、磨痕形貌等数据和特征，研究发现；（１）喷丸组硬度比对照组提高了大约２１％；（２）润滑组摩擦系数和磨损率均低于钻孔组；（３）摩擦稳定阶段，喷丸組和复合组摩擦系数最小；４一（）复合组磨损率最低，约为对照组的十分之。上述研究结果表明，纳米二硫化钢颗粒可Ｗ起到良好的固体润滑效果，通过激光喷丸植入纳米二硫化钢颗粒可Ｗ显著提高材料的摩擦磨损性能。另外，本文还简单介绍了激光喷丸纳米颗粒植入技术在４５＃钢减磨增寿方面的研究。研究结果表明，经过处理的４５＃钢试样摩擦磨损性能得到了显著的提高，这同时证明了激光喷丸纳米颗粒植入技术强化摩擦磨损性能对碳钢的适应性。关巧词：激光喷丸：纳米颗粒植入；微钻孔；二硫化钢；摩擦磨损Ｉ 山东大学硕±学位论文ＡＢＳＴＲＡＣＴＩ打ｔｈｉｓｐａｐｅｒ，Ｎｄ：ＹＡＧｌａｓｅｒｄｅｖｉｃｅｉｓｕｓｅｄｔｏｃａｒｒｙｏｕｔｌａｓｅｒｓｈｏｃｋｐｅｅｎｉｎｇｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ．Ｔｈｅｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍｄｉｓｕｌ巧ｄｅ（ＭｏＳ２）ｐａｒｔｉｃｌｅｓｗｉｔｈａｎａｖｅｒａｇｅｇｒａｉｎｓｉｚｅｏｆ４０ｎｍａｒｅｉｎｊｅｃｔｅｄｉｎｔｏｔｈｅａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙｓａｍｐｌｅｓ，ｗｈｉｃｈｉｓｃｕｔｆｒｏｍａｐｉｓｔｏｎｏｆａｎａｕｔｏｍｏｂＵｅｅｎｉｎｅ．Ｔｈｅｎｗｅ１：ｅｓｔｔｈｅｆｒｉｃｔｉｏｎａｎｄｗｅａｒｒｏｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｏｓｅｓａｍｌｅｓｇ，ｐｐｐｕｓｉｎｇａｒｅｃｉｒｏｃａｔｉｎｇｂａｌｌｏｎ出ｓｃｆｒｉｃｔｉｏｎｔｅｓｔｉｎａｃｈｉ打ｅ．Ｉｔｒｏｖｅｓｔｈａｔｔｈｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｐｇｍｐｏｆ－ａｒｓｎｓｎｃａｎｍｒｌａｓｅｒｓｈｏｃｋｅｅｎｉｎｇｉｍｌａｎｔｉｎｇｎａｎｏｔｉｃｌｅｃａｉｉＥｔｌｉｏｖｅｔｈｅｆｒｉｃｔｉｏｎｇｐｐｐｐｙａｎｄｗｅａｒｅｒｆｏｒｍ纪ｉｃｅｏｆａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏ．ｐｙＩ打ｏｒｄｅｒｉ－ｃｆｄｉｆｅ打ｈｅｔｏｃｏｍａｒｅｔｈｅａｎｔｆｉｉｃ巧ｏｎｅｆｅｔｏｒｅｔｒｏｃｅｓｓｉ打ｗａｓＩｐｐｇｙ，ｓａｍｐｌｅｓａｒｅｄｉｖｉｄｅｄｉｎｔｏｆｉｖｅｇｒｏｕｐｓ：ａＣｏｎｔｒａｓｔＧｒｏｕｎｏｓｅｃｉａｌｔｒｅａｔｍｅｎｔｉｓ（）ｐ，ｐｈｅｄｔｏｔｈ－ａｅａｈｉｍｉｎｕｍａｌｌｏｓｐｅｃｉｍｅｎ；（ｂ）ＭｉｃｒｏＤｒｉｌｌｉｎＧｒｏｕａｈｉｍｉｎｕｍａｌｌｏｐｐｙｇｐ，ｙｅｃ－ｓｉｍｅｎｏｆｔｈｉｓｒｏｕａｒｅｍｉｃｒｏｄｒｉｌｌｅｄｃＳｈｏｃｋｅｅｎｉｎＧｒｏｕａｌｕｍｉｎｘｉｍａｌｌｏｐｇｐ；（）ｐｇｐｙ，ｓｐｅｃｉｍｅｎｏｆｔｈｉｓｇｒｏｕｐａｒｅｔｒｅａｔｅｄｂｙｌａｓｅｒｓｈｏｃｋｐｅｅｎｉｎｇ；（ｄ）ＬｕｂｒｉｃａｔｉｏｎＧｒｒｏｕｐ，ａ－ｌｘｉｍｉｎｕｍａｌｌｏｙｓｐｅｃｉｍｅｎｏｆｔｈｉｓｒｏｕａｒｅｍｉｃｒｏｄｒｉｌｌｅｄｆｏｌｌｏｗｅｄｂｙｆｉｌｌｉｎｔｈｏｓｅｇｐｇｒｏｂｔ－ａｒｓｅｏｕｎｄＧｒｏｕａｎｍｉｃｌｉｎｄｈｏｌｅｓｗｉｈＭ０Ｓ２ｎａｎｏｐｔｉｃｌｅＣｏｍｉｍｌｔＭ０Ｓ２；（）ｐｐ，ｐ－ａｒｉｌｅｉｔｒｆｌｉｎｌｌｂｌｒｓｈｉｉｈｉｎａｎｏｐｔｃｓｎｏｔｈｅｓｕａｃｅｏｆａｕｍｕｍａｏｙｙａｓｅｏｃｋｐｅｅｎｎｇｗｈｃｓ，ｍ－ｆｉｌｌｅｄｉｎｔｈｅｂｌｉｎｄｈｏｌｅｓｉｃｒｏｄｒｉｌｌｅｄｉｎ化ｅｓｕｒｆａｃｅｆｉｒｓｔｌｙ．Ａｆｔｅｒｐｒｅｐａｒｉｎｇ化ｏｓｅｓａｍｐｌｅｓ，ｗｅｃａｎｙｏｕｔｆｒｉｃｔｉｏｎ化ｓｔｉｎｇ，化ｅｎａｎａｌｙｓｅｔｈｅｄａｔａａｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｈａｒｄｎｐｓｓｆｉｉｃｔｉｏｎｃｏｅｆｉｃｉｅｎｔｗｅａｒｒａｔｅａｉｗｅａｒｔｏｏｒａｈ？化，，的ｐｇｐｙｉｓｆｏｕｎｄｔｈａｔ：（ａ）ＴｈｅｈａｒｄｎｅｓｓｏｆＳｈｏｃｋＰｅｅｎｉｎＧｒｏｕｉｓ２１％ｈｉｈｅｒｔｈａｎＣｏｎｔｒａｓｔＧｒｏｕｐ；ｇｐｇｂＴｈｅＭｃｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔａｎｄｗｅａｒｒａｔｅｏｆＬｕｂｒｉｃａｔｉｏｎＧｒｏｕｐｉｓｌｏｗｅｒｔｈａｎ（）Ｍ－ｉｃｒｏＤｒｉｌｌｉｎＧｒｏｕｇｐ；ｃＳｈｏｃｋＰｅｅｉｎＧｒｏｕａｎｄＣｏｍｏｕｎｄＧｒｏｕａｖｅｔｈｅｓｍａｌｌｅｓｔｆｒｉｃｔｉｏｎ（）ｇｐｐｐｈｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｉｎｈｅｓｔｅａｄｆｒｉｃｉｏｎｓｔａｅｔｔｙｇ；ｄＣｏｍｏｈａｌ－ｘｉｎｄＧｒｏｕｓｔｈｅｓｍａｌｅｓｔｗｅａｒｒａｔｅａｎｄｉｔｉｓａｂｏｕｔｏｎｅｔｅｎｔｈｏｆｔｈｅ（）ｐｐ，ｗｅａｒｒａｔｅｏｆＣｏｎｔｒａｓｔＧｒｏｕｐ．Ｔｈｅ－ｒｅｓｅａｒｃｈｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔＭ０Ｓ２ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓｗｏｒｋｗｅｌｌａｃｔｉｎｇａｓｔｈｅｓｏｌｉｄＩＩＩ 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山东大学硕±学位论文第一章绪论１．１引言＂１９１６年著名物理学家爱因斯坦首次发现激光原理，我国最初将其称为错＂＂＂射，上世纪六十年代，根据著名科学家钱学森的建议将英文光受激箱射改＂＂Ｗ。称为激光目前，激光技术得到了广泛的应用，主要有激光加工、激光通２［】信、激光测距、激光医疗、激光武器、激光唱片等等。激光加工技术，利用高能量的激光束与材料相互作用，改善材料性能或改变零件几何形状。激光加工是对传统的机械加工、材料热处理、表面改性等技术的ｗｆｉ革新，它能解决许多常规加工工艺无法解决的难题。随着激光功率密度和作用时间变化，被照射材料将发生不同的变化，例如表面温度升高、表面烙化、Ｗ至于气化等。激光喷丸技术ＬＳＰ（ＬａｓｅｒＳｈｏｃｋＰｅｅｎｉｎｇ）２是利用功率密度达到ＧＷｃｍ、脉冲宽度为纳秒量级的高能量、短脉冲激光束照／。，升湿、烙化、气化射祀材祀材吸收激光能量，最终形成高温高压等离子体５、Ｐａ量团，该等离子体膨胀爆炸可Ｗ产生Ｇ级的冲击波，冲击压力将使材料发生＾１１动态响应。工程应用中可＾＾利用激光喷丸技术使材料产生塑性变形，获得优异的力学性能和理想的几何形状。激光喷丸纳米植入技术利用激光喷丸产生的髙冲击波压力在材料表面植入一层纳米颗粒，在冲击波压力作用下，纳米颗粒能与材料基体形成良好的结合。由于激光冲击强化的非热特性，可Ｗ防止纳米颗粒受热烙化聚集，最大程度地保持纳米颗粒的特有效另外，激光喷丸处理能在材料表面引入残余压应力，它可Ｗ抑制材料表面因拉应力而引发的裂纹的产生和扩展，进而可Ｗ提島材料的抗疲劳性能。本论文利用微钻孔技术和激光喷丸技术，在材料表面植入纳米二硫化钢颗粒一，结合纳米二硫化铅的高表面能及小Ｋ寸效应，在材料表面形成层固体润滑复合强化涂层，Ｗ达到降低摩擦力，提高耐磨性，延长零件和设备使用寿命的目的。１ 第一章绪论１．２激光喷丸技术概述１．２．１激光喷丸基本原理激光喷丸是用超短脉冲的激光束诱发的冲击波来强化材料表面性能的技术方法。激光喷丸能使基体材料表层发生屈服产生冷塑性变形，产生密集、均匀和稳定的位错结构，进而在成形区域产生残余圧应力、提高材料表面硬度，从而提髙王件的疲劳强度和耐磨、耐腐蚀等性能。－１图１是激光喷丸加工的原理圓，高功率、短脉冲的激光束经透镜汇聚，并一穿过透明的约束层材料（般为玻璃或者水），，作用在吸收层材料上吸收层材料受到激光束的照射，发生气化、电离，进而形成高温高压的等离子体，等离子体膨胀产生峰值压力达到ＧＰａ量级的冲击波，使基体材料产生塑性变形，并在其表面引入有益的残余皮应力。约束层通过约束和限制爆炸等离子体的膨胀，能够提高冲击波的峰值压力，延长作用时间，起到强化冲击的效果。ＩＩ泼光束—巧统／…－＾巧束层吸化层基体材料作台＇＇。；二；占．如：－Ｗ图１１激光喷丸原理邸１．２．２激光喷丸与传统喷丸的比较传统的喷丸处理过程就是将大量弹丸喷射到零件表面的过程，零件表面受到一弹丸冲击产生强烈的塑性变形，产生定厚度的加工硬化层，称为表面强化层。ｉｌｔｌ。喷丸处理可Ｗ在材料表面产生有益的残余压应力，提高零件的疲劳强度喷丸技术主要应用于碳钢、镜合金和铅合金等材料的表面处理，测评机械喷丸强化质量有Ｈ个基本参数；强度、覆盖率和表面粗糖度。２ 山东大学硕±学位论支机械喷丸处理是一一种被广泛采用表面强化工艺，般采用铸钢丸、铸铁丸或者陶瓷丸等实质弹丸作为强化介质，Ｗ窩压空气或者高速飞轮为弹丸提供动力，用于提島零件机械强度Ｗ及耐磨性，此外也常用于表面、抗疲劳性和耐腐蚀性等１２［］磨砂、去除氧化皮和消除铸、锻、焊件的残余应力等。机械喷丸设备简单、成＝，，但工作环境较差：本低廉操作方便。机械喷丸的个主要工艺参数如下（１）丸料（尺寸、形状、材料）（２）目标（材料、预应力情况）（３）射流（速度或者气压、喷射角度、喷射距离）激光喷丸技术是利用激光与材料相互作用产生的高压冲击波而达到喷丸处Ｉ３［］理的目的。激光喷丸技术没有采用实质弹丸，工作环境良好。激光喷丸主要影响因素如下；（１）激光器（激光功率、激光频率、激光波长、脉冲时间）（２）光斑大小（３）冲击次数和冲击路径（４）吸收层材料（黑漆、铅箱）（５）约束层情况（水层、玻璃）激光喷丸处理可［＾在材料表面产生更深的残余压应力层。传统喷丸技术压应力层深度约为２００叫ｎ，最大极限约为１ｍｍ；激光喷丸残余压应力深度可达到５－ｍｍ。图１２是利用激光喷丸技术强化燕尾槽的工作图片。－图２ＩＷ１激光喷丸强化燕尾槽与传统的机械喷丸相比，激光喷丸技术优势明显，具体表现为：（１）激光喷丸的光斑大小可调，可对狭小空间和隐藏表面进行强化处理；３ 第一章绪论（２）激光喷丸的非接触式冲击波加载方式，可Ｗ避免激化热效应和实质弹丸对基体材料表面完整性产生的不利影响；０）激光喷丸的脉冲参数和作用区域可Ｗ精确控制，通过精确控制喷丸路，可Ｗ获得期望的表面形貌和织构径；（４）激光喷丸会产生超高脉冲压力，并Ｗ冲击波的形式作用在材料表面，，激光喷丸产生的残余压应力数值更大与传统喷丸技术相比，深度更深。两种处理方式残余应力情况的对比如图１－３所示。口ｅｐｔｈｉｍｎ，０．００．２０．４０．６０．８１．０１．２２Ｉ■０？０■ＩＩＩ■ＩＩＩＩＩＩＩＩＩＩＩ？ＩＩＩＩＩＩ■二＂０—？．００ｊＢ：：：：：Ｉ－４。。－１—－－——ｒ，。．。ｔ－！巧－８０＃／１ｇ．０［１广－ｏｏＸ＂；Ｉ：呈证Ｊ＿Ｉ—－—１００．０ＷＳｈｏｔ？？ｎ？－－＊ｇＰｄＴｉ６ＡＩ４Ｖ［ＪＫｅ－－ｊｆ■ｒＰｅｅｎｅｄＴＡｌ４Ｌａｓｉ６Ｖｇ００￣■、１２０－－－－．０？ＳｈｏｔｅｅｎｅｎｒｏＰｄＴｉ６ＡＩ２Ｓ４Ｚ２Ｍ气｜－＊？畢，■－一Ｐ－－ｔ．ｋ一ｒ争］？１４０．０＾－０ｐ１００＾＿ＦＩ■ＩＩＩ■Ｉ１ＩＩＩＩＩ■Ｉ■ＩＩ１ＩＩ■■Ｉｉ１６Ｑ〇０１．４．００００．００００２００．０３００．０００．０５０ＤｅｔｈＩｎｃｈｅｓ．ｈｐ，ｓｉ－－图３ｉ！１激光喷丸与传统喷丸残余应力对比１．３摩擦学研究概论１．３．１摩擦学的研究对象摩擦学是摩擦、磨损和润滑科学的总称。摩擦将引起能量的转换，造成能量的损耗；磨损导致表层材料不断损伤，降低设备运行可靠性；涧滑则能降低摩擦和减轻磨损，。摩擦学主要研究对象是机械系统中发生相对运动的接触表面之间摩擦、磨损、润滑的现象，它的主要目的是减少或者消除表面摩擦磨损所造成的损失，，提高生产效率减少零件失效。摩擦学材料是指Ｗ承载、制动、运动密封或者传递机械动力等摩擦学功能为［Ｍｌ主要用途并Ｗ耐磨、减摩、增摩等摩擦学性能为主要性能指标的材料。金属摩擦学材料用量大，其磨损造成的损害对国民经济发展具有重要影响，是材料学和摩擦学的研究重点。摩擦学材料是在传统摩擦学材料的基础上，通过材料学、化４ 山东大学硕±学位论文学及表面工程的方法或技术，、，获得满足其应用领域要求的性能搁滑技术表面７［１心レ改性技术和涂层技术，都可ッ用来实现机械系统高效、节能、可靠和长寿命１．３．２摩擦的基本特性在摩擦学研究领域，通过大量的研究，国内外学者总结了摩擦学的四个经典间定律。（１）摩擦力与正压为成正比。它的数学表达式为Ｆ＝－ｊ．Ｎ（１１）ｆ式中／。，护为摩擦力；／为摩擦系数；ｉＶ为正压力（２）摩擦系数与接触面积无关。〇）静摩擦系数大于或等于动摩擦系数。（４）滑动摩擦系数与速度无关。随着研究的深入，摩擦学经典定律被证明并不适用于所有条件和所有材料，但对于通常条件下金属材料的摩擦行为一，它们基本都适用。摩擦学经典定律在定程度上反映了摩擦的机理，在许多实际工程问题中被广泛应用，摩擦学经典定律是我们开展本次摩擦试验的理论基础。１．３．３摩擦磨损现状根据经济合作发展组织（ＯＥＣＤ）相关机构１９６９年的定义，磨损是指由于１９］［表面的相对运动导致零件表面物质的持续损失。磨损失效是材料的Ｈ种主要失一０口］、、效形式（磨损断裂腐蚀）之，每年因磨损所造成的经济损失十分巨大。２００７年，中国工程院完成了大型调查咨询项目《摩擦学科学及工程应用现状与发展战略研究》。调查表明，２００６年、，我国在摩擦磨损及润滑方面消耗的资金约为％００亿元，其中，如果能正确运用摩擦学知识可Ｗ挽回的损失约３３００口？１，．６％。全世界范困内３０％５０％亿元约占当年国内ＧＤＰ的１，有的能源消耗。在摩擦上摩擦引起的磨损是搜备失效的首要原因，大约有８０％的报废零件是由＂【］。正磨损引起的确地使用涧滑方式，改善润滑性能，控制摩擦减少磨损，可Ｗ５ 第一章绪论提高机械效率、降低能源消耗、减小维护及停工损耗，，对经济发展具有重要影响国内外专家学者在材料的减磨增寿方面进行了大量的研究。１．３．４传统的减摩增寿技术表面粗蹈度是微纳米尺度上的表面不规则性，它反映了加工过程的固有特一，降低粗趟度性。般认为，提高表面平整度，可Ｗ减小摩擦系数，进而可Ｗ减轻摩擦损耗。但在实际情况下，，零件表面不可能绝对光滑平整因为任何零件都是由特定的方法加工得到的：铸造、模压成型、切削、研磨、腐蚀、电被、，如喷徐、瓣射等，他们都会造成各种各样的表面粗挺度，所Ｗ通过提高加工精度来一ＰＷ－降低摩擦磨损是有定极限的。图１４是机械加工手段得到的４５＃钢表面的显微形貌，从图中可见材料表面均存在加工痕迹。采用各种润滑剂，也可减少接触表面的摩擦与磨损，但润滑油和润滑脂的一Ｐ１定的局限性１使用有，如；（１）润滑油、脂都容易蒸发，不能在０．１化下的高真空中长时间稳定工作。在真空度较高的宇宙空间，绝对压力可Ｗ达到Ｏ．ＯｌＰａ，无法采用常规的润滑油脂对人造卫星进行润滑；－￣（２）润滑油、润滑脂的工作温度范围较窄，大约为６（ｒＣ３５（ＴＣ。新型运°°－２５３Ｃ的液氨和－１８３Ｃ的液氧作为推进剂载火箭采用，因而在将这两种超低温流体从燃料罐加压输送到燃烧室时，满流粟支架轴承就不能使用润滑油进行润＇＊．ｕＳ化ｉ，，睾笨．，謗識一：ｗ＊寬為（ａ）磨床磨削表面的显微形貌（ｂ）机械抛光表面的显微形貌－图１４机械加工处理的材料表面显微形貌６ 山东大学硕±学位论文（３）润滑油、海滑脂的涧滑膜，只能承受较小的载荷，在承受高负荷时，油膜将被破坏，对磨部件的表面将发生咬合，失去润滑效果；（４）润滑油、润滑脂都具有流动性，易被海水、雨水等液体污染和冲走，所Ｗ在有其他液体存在的工作环境，无法使用涧滑油脂进行润滑。、综上所述，在真空高温、低温和重载条件下，＾及其他很多工作条件很苛（。刻的场合，无法使用常规的润滑油脂进行润滑一通过对材料表面进行定的处理（如浑火、渗碳、渗氮、碳氮共渗等），可Ｗ提高材料的强度及表面硬度，在绝大多数情况下也可Ｗ提高材料抵抗磨粒磨损和粘着磨损的性能。但是随着材料硬度的提高，通常其脆性也会増大，在材料使用过程中容易产生脆性裂纹，进而导致其疲劳磨损加剧。传统的减磨增寿技术因其固有的局限性，往往不能很好地满足使用需求。这。就需要研究新的减磨方法和技术来提高材料的耐磨性能，延长设备的磨损寿命１．４新型减摩増寿技术一口交叉性很强的学科摩擦学是，它与材料、力学、机械、表面科学、生物学等研究密切相关。目前国内摩擦学的研究机构主要有清华大学摩擦学国家重点心￣＆实验室，其主要研究领域是薄膜润滑和纳米摩擦学理论与技术；中国科学院２７￣２９［］兰州化学物理研究所，主要研究领域是空间及固体润滑理论、技术及其应用；西南交通大学的牵引动力国家重点实验室，其主要研究领域是机车轮轨及电气化３〇￣３３［］工程仿生教铁路受电弓与接触网的摩擦磨损育部重点实验室，；吉林大学其３＾８］［主要研究领域是生物脱附减磨及机械设备仿生脱附理论与技术。１．４．１表面织构化表面织构化技术是在机械零件表面形成有规律的人造表面形貌，大量的研究发现一，在材料表面形成定的织构，能够在对表面粗糖度影响不大的倩况下，产生化光滑表面更加优异的耐磨性能。表面微凹坑织构化提高耐磨性的机理主要体现在Ｗ下Ｈ个方面：表面微凹巧织构可Ｗ起到捕捉磨粒而减少舉沟形成；在液体润滑时，表面微凹坑作为储油器向摩擦表面供给润滑剂，并能利用流体动压效应提高承载能力；在固体润滑方面则可通过储存并将固体润滑剂缓慢释放到摩擦７ 第一章绪论副的接触表面来延长摩擦寿命。常见的产生凹坑的表面织构化技术有微压痕、微钻孔、激光织构化和激光喷３９ｔ］丸织构化等，它们有各自不同的将点。（１）：微压痕属于机械加工方法，设备简单，采用维氏硬度计压头，压痕对角线长度２０＾１１１１，深度３＾１１１１，微压痕技术产生的凹坑点阵可＾抑制点蚀，提高抗擦伤性。其缺点表现为微压痕不能产生残余压应力，加工效率低，凹坑深度小。（２）微钻孔：属于机械加工方法，加工的孔深径比大，化径最小可达５０ｊｉｍ，最大深径比可达１４。其缺点表现在；受制于加工件的几何形状；钻头比较硬脆，在钻孔时容易断裂，生产效率低，不利于大规模生产；钻孔形成的细小碎片不容易完全清除，这竺蒋片将在摩擦过程中磨损材料；微钻孔破坏材料表面，在材料表面形成残余拉应力完整性，不利于材料的疲劳强度。（３）激光织构化（ＬＳＴ，ＬａｓｅｒＳｈｏｃｋＴｅｘｔｕｒｉｎｇ）：是利用高能激光束在材一料表面快速加热，使材料局部迅速烙化和气化，从而烧蚀出定的凹坑阵列，ＬＳＴ加工出的四坑直径最小可达到１００叫ｎ，深度可达到几十微米。缺点是：烧蚀影响材料的显微组织结构，影响材稱表面的完整性，媪度的快速变化容易在材料表面产生裂纹，会在材料表面引入残余拉应力，降低材料的疲劳寿命。ｎ一（４）激光喷丸：凹坑直径最小可Ｗ控制到约６５叫，凹坑深度般不超过十几微米；能提髙材料表面硬度，增强耐磨性：可在表面引入很深的残余压应力，延长材料的疲劳寿命。其缺点表现为；凹坑呈漏斗形，直径不均匀，接近表面直一径大靠近底部直径小，；另外激光喷丸产生的凹坑深度小，般不超过十几微米。目前，国内外对材料表面织构化方减磨增寿方面进行了大量的研究，研究结一果表明，表面织构化是种减摩増寿的有效手段；，该领域的研究现状概况如下上海交通大学的李康梅等对高导无氧铜材料表面激光喷丸织构化处理，并研。究了处理之后试样在乏油涧滑条件下的摩擦磨损性能采用调Ｑ型Ｎｄ：ＹＡＧ激光器作为激光喷丸设备，在无氧铜材料表面加工了直径是１１００＾１１１，深度为ｌ〇Ｈｍ的凹坑阵列。试验中研究了不同凹坑覆盖率对摩擦性能的影响。试验结果表明，在销对盘乏油润滑条件下，凹坑覆盖率为１３％时，材料的摩擦性能最好。－５不同凹坑密度下材料的摩擦系数情况如图１所示。８ 山东大挙硕±学位论文ＮｏｒｍａｌｌｏａｄＮ）（ｓｏ１００巧０２〇ａ２５０多００３５０４００＇■．．－…＂ＩｎＴ，？，？？＊？，ＩＩ！Ｉｉ义－？？００．８．８。－－７。７；：；；看：ＲＥ３粗ｄ．？—Ｌ：—ＨＫ＾－．０吉。方．６ｔ抑－：５．惡＼容ｘ己－－Ｏ畜。＇５＇Ｓ＇＇‘Ｏｆｌ＼ｐＩ，－０－４化４Ｃ；ｊ＂＇１＾—＇：＝：＿：：＝＝？ｉ＞＿＾＾：＝ｒｒ：ｒ＝ｒ－０．，１；ｏｉ￣￣—￣￣—￣—￣—￣￣￣．０．０］？ｒ？Ｉ谷０ＩＩ１０５０１００１５０２００２５０３００Ｔｉｍ毎ｓ）（巧ＸＥｔｆｔｏｒｍａ．ｉｔｏｆｔ的如ｃｏｅｆｋ沁化ｗｉｔｈｌｏ＾ｄｉｆｔ仿锭ｏＭ．２７Ｎｓ．ｇ＊巧紋ｏｆｉａａｌｌ《／－５Ｗ图１不同凹坑密度对摩擦性能的影响中国科学院的胡天昌等对４５＃钢表面激光织构化及其干摩擦特性的研究发４２［］４现；５＃钢表面利用激光织构化技术加工了较为规整的微坑织构，在相同试验条件下，织构化的试样摩擦系数比对照组更小，且表现得更为稳定，磨损率也有一定程度的降低，较大的凹。对织构密度和尺寸不同的试样的摩擦性能研究表明坑密度及较大凹坑孔径更有利于减摩增寿，这是由于摩擦表面的微凹坑起到了捕获磨屑，降低磨粒磨损的作用。大连海事大学的连峰等对Ｔｉ６Ａ１４Ｖ材料进行了表面激光织构化处理并研究？［］了其干摩擦性能，，，研究发现；经激光织构化处理后试样表面硬度显著提高其中凹坑型织构硬度最高，直线型织构硬度最低，凹；当选取适当织构化密度时坑型织构试样的摩擦系数小于抛光试样，而网格型织构和直线型织构试样的摩擦系数大于抛光试样。激光织构化再材料表面加工的凹坑或微槽起到了捕获磨屑的作用，，兰，织构化处理过的表面磨痕较浅磨损小于抛光表面种形式的织构都在一定程度上增加了试样的耐磨性。脚Ｔｉ６Ａ１４Ｖ美国阿拉己马大学的Ｙ卫．Ｇｕｏ研究发现；激光喷丸技术可Ｗ在表面形成微凹坑织构并在材料表面引入残余压应力，随着激光能量的提高，凹坑，在３Ｗ的能量条件下ｒｎ。在应变硬化、应变率硬化深度也加大，最大深度为ｌｉ＾Ｗ及残余压应力的综合作用下，凹坑中也的硬度大约比基体硬度提高１５％。９ 第一章绪论Ｗ色列海法的任Ｒｙｋ等对活塞环激光织构化摩擦性能的研究发现表面经过部分激光织构化处理的活塞环在模拟活塞运动的试验中与没有经过织构化处理的活塞环相比，摩擦力减小了２５％。吉林大学的任露泉、周宏课题组在设计中提取植物叶片和昆虫翅膀的止裂、抗疲劳的信息，并将该信息运用到材料的稱合仿生设计中，获得了很好的抑制热疲劳裂纹产生和増殖的性能试验利用激光烙凝技术和激光合金化技术处理卡车制动穀使用的普通灰铸铁材料。研究发现，通过激光烙凝技术对材料进行激光仿生处理之后、渗碳体和石墨转变为马氏体和残余奥氏，试样组织成分由铁素体体，其热疲劳性能明显优于未处理试样。与激光烙凝技术处理的试样相比，激光合金化技术处理的试样在进行热疲劳试验时，表面裂纹数量更少，且裂纹长度更短。１．４．２固体润滑随着现代工业和高新技术的发展，机械设备的应用范围越来越广泛，许多设备要在高温、低温、重载、高真空等恶劣的环境中工作ｒ件已经超出，其中很多条了常规润滑油脂的使用极限，这促使人们去寻找新的润滑方式和涧滑材料。固体润滑是将固体涧滑剂应用于摩擦表面来降低摩擦、减轻磨损的技术，它一些常规润滑油脂在涧淆时难＾＾Ｊｌ解决的问题。目前解决了，固体润滑技术已经应用在许多精密仪器设备和众多的常规机械，其润滑效果令人满意。本论文采用目前应用最广泛的ＭｏＳ２作为固体涧滑剂，在ＭｏＳ２固体涧滑领域的研究和应用现状概况如下：西南交通大学的徐进利用ＭｏＳ２黏结润滑涂层来降低铁路内燃机车连杆的磨ＷＳ１损，Ｗ达到延长连杆使用寿命的目的。试验中通过对连杆齿型面进行除油、脱脂，然后进行喷砂除镑，并产生适当的表面粗髓度，最后利用喷枪将约１６微米厚的ＭｏＳ２固体润滑剂和环氧树脂的混合物喷涂到齿表面，制成固体润滑剂黏结涂层。装有试验连杆的柴袖机机车在铁路线上进行运行考察，运行结果表明，固体涧滑处理方式实现了缓和齿面磨损、延长连杆使用寿命、提高铁路行车安全的目的。日本的Ｍ．Ｋｕｔｓｕｎａ等通过激光喷丸技术在活塞表面形成凹坑和沉积ＭｏＳ２１０ 山东大学硕±学位论文ｗｅｉ来降低摩擦能量损耗并提高材料的疲劳强度。研究发现；延展性好的金属濟作为能量吸收层更利于在基体金属上产生凹坑和沉积粉末颗粒；在进行的发动机摩擦试验中，激光喷丸处理的活塞能量损失下降了大约１２％；在疲劳试验中，激光喷丸技术能够引入残余压应力并提高材料的疲劳强度，经过激光喷丸处理的高碳钢巧样和对照组试样的疲劳强度都高于２４０ＭＰａ。激光喷丸处理过的铅合金活塞－６如图１所示。邏圓（ａ）使用金属洁效果图ｂ去除金属错效果图（）图１－６激光喷丸处理铅合金活塞效果图Ｗ色列的Ｌ．Ｒａｐｏｐｏｒｔ等采用抛光的方法将固体涧滑剂沉积的ＬＳＴ处理的表４７［面］，他们对激光织构化的钢表面的ＭｏＳ２薄膜的摩擦磨损性能的研究发现：最？５０％优的凹坑密度是４０％，在此密度下ＭｏＳ２膜能够更好的沉积ＬＳＴ织构化；处理时，凹坑边缘将产生微观凸起，如果将凹坑边缘的凸起完全抛光将降低固体，该条件下的磨损寿命最短，粗糖度大约润滑剂的粘附；不对凸起进行抛光的话０１．５．８阳１，凸起的高度可Ｕ达到畔１，此时尽管固体润滑薄膜粘附性最好，但是凸起的高度可Ｗ超过润滑膜的厚度，而产生型削作用，降低摩擦寿命；而对凸起进行半抛光则可Ｗ得到最长的磨损寿命。利用ＥＤＳ检测摩擦稳定阶段磨痕可Ｗ确认，摩擦表面存在ＭｏＳ２。微凹坑的深度越大，其摩擦寿命也越长，经过ＬＳＴ处理的试样与同样覆盖固体润滑薄膜的光滑试样相比，摩擦寿命大大提商。与采用润滑油脂润滑相比，固体润滑的自行修补性差。在液体润滑中，如果润滑油膜在工作过程中破裂，只要润滑油流入，润滑性能就可Ｗ得到恢复。软金一属有定的流动性，，如果涧滑膜出现破裂也能通过流动适量地恢复涧滑性能。层状的固体润滑材料则基本没有自行修补性一定的方式保证润滑剂的，需要采取持续供给一。通过表面织构化技术在摩擦表面储存定量的固体酒滑剂，在固体润１１ 第一章绪论滑膜破坏之后能迅速供给涧滑材料，是保证长时间的稳定润滑可靠手段。１．４．３纳米颗粒强化纳米颗粒有独特的尺度效应，将纳米技术应巧于传统的材料加工领域，通常能够显著地强化材料的性能，现代材料加工技术中已经越来越多的关注纳米颗粒在材料加工和表面处理中的应用。清华大学的钟敏霖、呂亮利用激光喷丸技术向铅合金表面植入纳米ＷＣ颗￣２３心１－粒盘摩擦试验机测试了试样的摩擦磨损性能。研究发现，锅，并利用球合金表面植入纳米ＷＣ颗粒之后，硬度比铅合金原始表面提高２１％，比单纯经过激光喷丸处理的试样硬度提髙９％，摩擦系数下降了１４％，磨损量降低了８０％。分析认为，材料摩擦磨损性能的提高，是在激光喷丸强化和纳米颗粒强化的复合作用下实现的。奥地利的Ｍ．ＲｏｄｒｉｇｕｅｚＲｉｐｏｌｌ利用机械键头敲击的方式向材料表面植入ＷＣ４￣８５＜３［硬质颗粒，改善了功能表面的摩擦性能。研究发现，在不铸钢表面植入粒径？？ｎ的ＷＣ硬？为２４阳ｎ和４５９０叫质颗粒之后，材料的表面硬度提高了１６％２８％，植入较大ＷＣ颗粒的材料表面粗総度高于植入细小ＷＣ颗粒的材料表面。另外，植入ＷＣ硬质颗粒之后，材料的耐磨性获得了大幅度的提高，不过摩擦时的摩擦力会有轻微的提高，并且对磨件的磨损会更加严重。１．５选题意义和主要研究内容铅合金具有比强度高，，抗腐蚀性好等优点在机械制造、航空航天、交通运。输等领域被广泛应用，是应用最广、用量最多的轻合金材料在摩擦学领域，铅一，些要求重量较轻、散热较好的场合如发动机活塞、合金虽然用量较小但是在，．碟式刹车片等，Ｗ及对摩擦和导电性能有特殊要求的场合，如电气化铁路接触网等领域得到了比较广泛的应用，所Ｗ研究铅合金的干摩擦性能具有明显的科学意义和工程应用价值。本论文通过将激光喷丸强化、微钻孔技术、表面织构化、固体润滑等技术结合起来，在汽车活塞锅合金材料表层植入纳米颗粒，用Ｗ强化铅合金的摩擦学性能。本论文各章节内容安排如下：１２ 山东大学硕±学位论文一章第，绪论。介绍激光喷丸技术、固体涧滑技术、表面织构化技术、纳米颗粒复合强化技术等相关技术和摩擦学研究领域的研究现状和发展趋势，阐明本课题的科学意义和工程价值，并针对当前研究中存在的巧题提出本文的研究内容和方法。第二章，试验设备和研究方案。介绍本论文试验中激光喷丸处理和摩擦试验送两个关键环节的试验设备，并介绍详细的研究方案。第兰章，试验材料准备。介绍本论文中各种相关材料的性能和参数，并阐明在摩擦试验之前各组巧样的制备方法。。第四章，侣合金摩擦试验详细介绍摩擦试验的试验方案和试验参数，并对摩擦试验得到了摩擦系数、磨损量、磨痕等数据进行分析，得到不同处理方式下铅合金试样的摩擦磨损性能。第五章，介绍激光喷丸纳米颗粒植入强化４５＃钢摩擦磨损性能的研究。研究表明，经过激光喷丸纳米颗粒植入的４５＃钢试样，摩擦系数和磨损率都产生了显著的降低。第六章，简要概括全文研究内容及主要研究结果，并对今后的研究方向作出展望。１３ 第一章绪论１４ 山东大学硕：ｔｒ学位论文第二章硏究方案和试验设备２．１引言本课题研究中，需要对侣合金材料进行微钻孔处理、激光喷丸处理、固体润滑处理Ｗ及利用这Ｈ种技术进行复合强化处理。激光喷丸处理时，采用何种试验设备及试验参数，如何选择合适的吸收层和约束层，进而获得有效的等离子体冲击波，并提高冲击波的峰值压力和作用时间是激光喷丸处理Ｗ及利用激光喷丸处理进行纳米颗粒植入的关键。在材料摩擦磨损性能的测试阶段，用到的关键设备是摩擦试验机。本章将针对现有研究的不足之处提出本课题的研究思路和研究方案，并对研究过程中关键环节使用的激光喷丸设备和摩擦试验机进行简单介绍。２．２研究方案２．２．１研究背景机械设备运行时，将不可避免的发生摩擦行为，因摩擦造成的零部件磨损会降低设备的运行精度，缩短设备的使用寿命，严重的磨损甚至会引发安全事故，造成不可估量的经济损失。如何有效降低摩擦，提离材料的耐磨性具有十分重要的科学意义和工程应用价值。传统金属材料冶金技术已经非常成熟一，在材料成分和制造工艺等方面进步发展的空间不大。近年来的研究主要集中在研发新材料、进行复合化和微细化处理ＩＵ获得理想的摩擦学特性，并兼顾环保和节能等问题。现有的研究表明，激光喷丸技术、微钻孔技术、表面织构化技术、固体润滑技术应用在摩擦领域均对材料的摩擦磨损性能有显著的影响。不过，上述技术单独应用在摩擦材料上一定的局限性，均有，比如激光喷丸技术产生的微凹坑深度比较浅；微钻孔技术破坏材料表面的完整性，在材料表面引入不利的残余拉应为；固体润滑材料自行修补性差等。本论文通过综合运用送几种减摩増寿技术，克服上述技术单独运用时存在的１５ 第二章研究方案和试验设备。二不足利用微钻孔技术在材料表面形成深度较大的凹坑阵列，将硫化钢固体润滑材料填充到微钻孔加工得到的凹坑中，在摩擦过程中，微凹坑可ｔｉｌ将储存的固体润滑材料逐步的释放到摩擦表面，克服固体涧滑材料自行修补性差的缺点；通过激光喷丸技术处理填充了二硫化巧的微钻孔区域，不仅可起到将二硫化钢填充压实的作用，还可Ｗ在微钻孔区域引入有利的残余压应力，Ｗ克服微钻孔技术引入的残余拉应力。２．２．２硏究方案本论文试验中所采用的材料是汽车发动机活塞铅合金，通过分析比较不同处理方式得到的铅合金试样的摩擦学特性，可Ｕｉｌ得到侣合金材料减摩增寿的有效方法。试验中，使用砂轮切割机从活塞上切割下待处理的铅合金试样并通过车削将试样表面加工平整，将试样分为５组，进行不同的方式进行处理，各组处理方法如下：（１）对照组，铅合金试样不进行特殊处理；（２）钻孔组，错合金试样进行微钻孔处理；（３）喷丸组，锅合金试样进行激光喷丸处理；（４）润滑组，首先对铅合金试样进行微钻孔处理，然后向铅合金表面的微钻孔中填充二硫化锅粉末；（５）复合组，错合金试样进行微钻孔处理，然后向微钻孔中填充二硫化钢。粉末，最后进行激光喷丸处理，将粉末压实并向铅合金基体引入残余压应力一处理好的试样将用来进行下步的摩擦学试验。为了更好的模拟活塞实际工作中的往复运动状态，摩擦试验采用的是益华摩擦试验研究所设计生产的一－０２ＭＤＷ往复式摩擦磨损试验机。为了减小偶然因素的影响，每组试验都独立进行三次，分析时取Ｈ次试验数据的平均值。摩擦试验完成之后，进行材料摩擦性能的分析。主要的分析对象是铅合金材料激光喷丸处理前后的硬度、各组试样在摩擦过程中的摩擦系数、试样在摩擦过程中的磨损量Ｗ及摩擦之后产生的磨痕的形貌特征等。通过综合比较分析上述数据，可Ｗ得到经过不同方式处理的铅合金试样的耐磨性，进而为工程应用中的减１６ 山东大学硕±学位论文－摩增寿提供参考。技术方案如图２１所示。巧纖丸巧米巧拉植入对铅合金摩巧磨损慨津咱的硏巧／铅舍！活塞／二Ｊ化铅／／掉合金搬想纖；巧化姐＇。＇－＾——：￣ｒｒｌ－对照组荣合组￣巧丸组｜Ｉ｜［ｍｉｍ￣１ｉｉ＾丄＾１／摩辰織ｉ，ＷｒＴ￣￣￣摩巧系数綱率房痕巧親ＩＩＩＩＩ综含好巧ＷＳ療磨据餓２－图１技术方案流程图２．３激光曠丸设备２．３．１激光器本试验采用的激光器是调Ｑ型Ｎｄ：ＹＡＧ激光器。该设备脉冲能量高稳定性好，脉冲宽度为１０ｎｓ，通过调节脉冲输出能量和激光光斑的大小，可Ｗ在吸收１７ 第二章研究方案和试验设备２层材料表面获得ＧＷ／ｃｍ量级的激光功率密度。激光光斑能量高斯型分布。激光喷丸处理时，通过选择脉冲工作模式，对试样进行单点多次脉冲处理。激光器主２－１要性能参数见表。２－表１激光器性能参数参数波长（ｎｍ）脉冲能量（ｍＪ）脉冲宽度（ｎｓ）能量误差（％）０６４－５０００５数值１１００１±试验中试样固定在水平放置的二维数控工作台上，激化发生器发射出水平方向的激光束，光束经过由多个反射棱镜组成的光路转换为垂直方向，保证了激光喷丸加工过程中光束始终垂直作用在试样表面。，激光喷丸处理时，利用步进电机驱动数控工作台带动试样在水平方向移动从而使激光处理试样表面的不同区域。激光束光路上的会聚透镜焦距为ｌＯＯｍｍ，，通过调节透镜与试样表面的距离安装在能够实现垂直方向升降的工作台上，调整光斑大小。２３２吸．．收层激光喷丸试验中，，吸收层直接吸收激光能量诱发等离子体冲击波，其作用主要体现在两个方面；（１）保护试样表面免受热损伤；（２）提高激光能量的吸，进而提高冲击波的峰值压力。试验中常用的吸收层材料有铅濟、黑漆等收率，－２为采用５〇ｍ图２Ｈ厚的黑漆作为吸收层前后冲击波压力的变化曲线。４…ｉｔｈａｉｎｔ＿ｐ＞ｈ－？ｗ１．式７：ｉｔｈｏｕｔａｉｎｔ０ｆｔ＾＿ｐＱｊｇ－、－ｂａｓｅｍａｔｅｒｉａｌＩＩ■．．１化Ｉ．，０．．．８１．０〇．．００２０４０６．〇０．２０．４０．６０．８１．０１．２１４１６．ｔｉｍｅｆ／ＩＳｍｍ＇Ｄｉｓｔａｎｃｅ（）ＬＷ－ｑａＩ吸收层对冲击波波形的影响（ｂ）吸收层对材料硬度的影响（）图２－２吸收层对激光冲击的影响在本论文的试验中，要利用激光喷丸技术向材料表面植入纳米ＭｏＳ２颗粒，１８ ，山东大学硕±学位论文如果采用黒漆作为吸收层，，则激光喷丸处理之后残留的黒漆会与材料表面预置一的ＭｏＳ２颗粒混合在起，无法有效观察和分析ＭｏＳ２颗粒的植入情况，而使用侣衡作为吸收层则可Ｗ有效避免上述情况。综合考虑，本论文试验中采用错泡作为吸收层。本论文试验所用的吸收层材料是信时包装材料有限公司生产的３Ｊ纯铅滔胶－，如图２３５５微带所示。胶带厚度为米（含背胶不含离型纸），去除胶带亚克力背胶后纯侣簿厚度为３０微米。■图２－３铅箱胶带２．３．３约束层激光喷丸处理时，约束层可Ｗ限制等离子体的膨胀，提高冲击波的峰值压力并延长冲击波作用时间－４，从而显著提高激光喷丸的冲击效果。图２为不使用约束层和使用Ｈ毫米厚的有机玻璃（ＰＭＭＡ）作为约束层时，冲击波压力随时间的变化曲线。从图中可Ｗ看出，使用约束层后，冲击波的峰值压力提高了大约１０倍，作用时间也大大延长。，此外约束层材料需要具备透光率高、声曲抗大的特点，还需要具有良好的加工工艺性，成本低廉，易于安装使用。目前激光喷丸处理时常用的约束层分液体和固体两类，通常采用水作为液体约束层，水约束层的巧用方式上分为流动水和静止水两种，流动水约束层是采用一ｍｍ的流定的喷淋装置在待处理表面喷水，形成厚度约为动水膜，静止水约１束层是将待处理试样放置在盛水的水槽中，试样喷丸处理时在水下被激光喷丸冲击。１９ 第二章研究方案和试验设备０．巧Ｉ３．００．Ｍｉｚ３ｔ＝＝＝：：：：－－〇５０．１０１＼乏１＾＊＾——０．０５ｏ．ｓ０—Ｊ－＝＾０—０．０５—０？５０２００４００６００８００１０００１２００日２００４００６００？００１０００１２００Ｔｉｍｅｎｓ（）Ｔｉｍｅ（怕）（ａ）无约束层（ｂ）有约束层５３图２－４约束层对激光冲击波波形的影响ｌ］固体约束层包括Ｋ９玻璃、有机玻璃、石英玻璃等。相比液体约束层，固体约束层具有更高的声阻抗和刚度，激光喷丸试验时能够得到更高的峰值皮力和更长的冲击波作用时间。在激光喷丸向锅合金表面植入纳米二硫化铅颗粒的试验中发现．１ｍｍ，在激光喷丸处理时玻璃仍能保持，采用１厚度石英玻璃作为约束层１ｍｍ，不会破裂。综合考虑．厚的石英玻完整，在激光喷丸处理铅合金时采用１璃作为约束层。２．４摩擦试验设备常见的摩擦试验机按照主轴运动方式可Ｗ分为连续式和往复式两大类。活塞在实际工作中进行高速往复运动，铅合金，为了更好的贴近活塞工作的实际情况－，如图２５所示为了更加全面地测试激摩擦性能的测试采用往复式摩擦试验机；光喷丸纳米颗粒植入之后材料表面整体的摩擦性能，在４５＃钢摩擦试验时，采用２－销对盘旋转式摩擦试验机，如图６所示。２．．４１往复式摩擦试验机锅合金摩擦试验采用的是济南益华摩擦学技术研究所研制生产的ＭＤＷ－０２往２－复式摩擦磨损试验机，如图５所示。该摩擦试验机主要用于测试材料及表面涂５０—２０００层的摩擦磨损性能，其加载方式多样，可Ｗ采用巧码可Ｗ加载ｇｇ小载２００Ｎ荷，或者采用力学传感器自动加载恒定值不超过的载荷。其主要技术参数－２见表２所巧。２０ 山东大学硕±学位论文表２－２ＭＤＷ－０２摩擦磨损试验机技术参数序号项目名称技术雛１摩擦方式主轴往复２０￣往复频率范围．１２０Ｈｚ（无级可调）３最大仔程４０ｍｍ４行程控制精度±０．０１ｍｍ５最大摩擦力１００Ｎ６最大载荷２００Ｎ７摩擦副形式球对盘８试验台升降高度２５ｍｎｉ２－５，图中，摩擦试验机左侧部分是变速电机驱动的转盘右侧部分是试验台一一和往复式摩擦头。转盘和摩擦头之间通过根水平方向的连杆连接。连巧的端偏也安装在左侧转盘上，可Ｗ将转盘的圆周运动转换为摩擦头的往复运动，通过，可Ｗ改变摩擦头往复运动的行程调整连杆在转盘上的偏也量。试验台由螺纹丝杠支撑，丝杠旋转可Ｗ实现工作台的上升和下降，在试样与。摩擦头接触之后，微调丝杠的进给量，可Ｗ调节试样承受的载荷载荷的数值由安装在摩擦头上方的力学传感器测试。ｗＫ：ｊ，翊（獨巧Ｐ類｜ｉ＾—图２－５往复式摩擦试验机试验开始前利用软件设置各项试验参数，在摩擦过程中传感器全程实时采集试验数据，显示器实时显示试验载荷、试验时间、摩擦频率、摩擦力、摩擦系数２１ 第二章研究方案和试验设备＾和试验温度等相关数据。试验结束后，可心储存数据、打印试验报告，并能绘制各参数随时间变化的曲线。２．４．２立式万能摩擦试验化４５＃ＭＭＷ－钢摩擦试验采用的是济南益华摩擦学技术研究所研制生产的１Ａ－。型立式万能摩擦磨损试验机，如图２６所示该摩擦试验机可Ｗ进行滑动、滚动和滑滚复合等形式的摩擦试验，可用来测试润滑剂、金属、涂层、塑料、陶瓷等材料的摩擦磨损性能－。其主要技术参数如表２３所示。ａ／舊圃／＼ＩＩ方柱销下试环｜｜一＾ｊｊ２－６ＭＭＷ－图１Ａ摩擦试验机２－３ＭＭＷ－表１Ａ摩擦试验机技术参数序号项目名称技术巧标１摩擦方式主轴旋转￣２主轴转速５２０００ｒ／ｍｉｎ３摩擦副形式销对盘４最大摩擦力矩２５００Ｎ＊ｍｍ５摩據力臂５０ｍｎｉ目最大载荷１０００Ｎ７试验介质空气、細、水、磨料等８试验台升降嵩度２２ 山东大学硕±学位论文如图２－６左侧的４５＃钢加工为摩擦头局部放大图所示，摩擦试验化将７ｍｍｘ７ｍｎｉｘｌ５ｍｉｎ的标准方柱销试；ｆ＾，装夹在上卡盘中。参与摩擦的下试环固定在工作台上，摩擦试验时，主轴带动方柱销在下试环表面进行连续式旋转摩擦试验。２．５本章小结（１）针对现有研究中存在的问题和不足之处，提出了本课题的利用激光喷丸植入纳米颗粒强化错合金摩擦磨损性能的研究方案，并为接下来的试验制订了研究流程。（２）介绍了激光器的主要性能参数，Ｗ及在激光喷丸处理过程时对冲击波压力峰值和作用时间具有重要影响的吸收层和约束层的选择及应用。（３）介绍了铅合金摩擦试验中使用的往复式球盘摩擦磨损试验机和４５＃钢摩擦试验用到的立式万能摩擦磨损试验机，说明了其工作方式和主要技术参数。２３ 第二章研究方案巧试验设备２４ 山东大学硕古学位论文第兰章试验材料和处理方式３．１引言在激光喷丸纳米颗粒植入强化材料摩擦磨损性能的研究中，主要涉及到的试一一—汽车发动机活塞锅合金验材料有两种，另，种是试验的基体材斜种是固—体润滑材料纳米二硫化钢颗粒。对材料的处理方式主要有Ｈ种：（１）微钻孔处理；（２）纳米二硫化铅的涂布；（３）激光喷丸处理。本章主要介绍在摩擦试验前，试验材料的准备和处理王作。３．２锅合金铅的储量丰富，具有密度小、抗腐蚀性好等优点。在纯铅中加入合金元素形成锅合金，可Ｗ显著提島强度。锅合金是应用最广泛的轻合金材料，其用量仅次【ＷＩ于钢。但是侣合金的耐磨性较差，这限制了它作为摩擦学材料的应用。现在的汽车发动机转速很富，为了减捏活塞重量，提高发动机王作寿命，节约能源，目前汽车发动机活塞大多采用的是铅合金材料。活塞在气缸中进行高速往复运动，容易发生严重的摩擦行为，，通过研究铅合金材料的摩擦性能得到增强锅合金耐磨性的技术方法具有重要意义。３．２１．锅合金试验材料３－１。本论文试验所采用的铅合金材料取自汽车发动机活塞，如图所示．．，－－－－－；：．Ｉｆ．—！３－图１发动机活塞（带连杆状态）２５ 第Ｈ章试验材料和处理方式在试验之前，利用光谱仪对铅合金试样的元素成分进行了检测，并利用金相ｉ显微镜对铅合金试样的金相组织进行了观察。光谱检测结果显示，试样中Ｓ含量约为１１．５％，低于铅娃合金１２．６％的共晶点，同时金相中没有观察到初晶桂组织明铅合金是近共晶锅娃合金－。详细的光谱成分检测结果见表３１所，金，说示－相显微照片见图３２。３－表１锅合金成分表ＳｉＣｕＭｇＭｎＦｅＺｎＴｉＮｉＡ１１１．８７１．３２．０８０．７８０．４５０．６１０．２１０．０６０余量‘齡辦雜轉边．＞、呼说如Ｖ’’化｜、：＞Ｖ＼．导，游韻物捧获ｊ私恭读节聲图３－２铅合金试样金相显微照片为了便于开展接下来的处理和进行摩擦试验，需要得到形状平整的铅合金试样，本文首先将活塞和连杆拆分成两部分，然后利用砂轮切割化沿直径方向将柱状活塞前端切割下来，这时的试，得到厚度大约为１０ｍｍ的圆盘状铅合金试样样，表面很粗髓不能直接使用，我们称之为毛巧。接下来要通过精加工的方式将毛还表面加工平整。侣合金材料没有磁性，无法采用电磁吸盘进行固定；另外，侣合金材料在磨床进行磨削加工时容易发生粘刀现象，无法有效进行磨削加工。经过多次尝试，本试验最终决定采用车床车削加工的方式对铅合金圆盘毛远进行处理，通过车削，我们得到了表面平整的铅合金试样。为了在下文的摩擦试验中计算铅合金试样的磨损率，需要了解铅合金的密一块铅合金试样，度。求算密度时，从活塞上切取了，利用精密天平称量其质量２６ 山东大学硕壬学位论丈记为ｍ，然后利用排水法测量了试样的体积２５ｍＬ的，具体方法唐利用量程为量筒量取了１５ｍＬ的水，该体积记为Ｆ／，然后将试样放入量筒，记录此时试样和＝－朽ｗ水的总体积为朽，则铅合金试样的体积吟。最后根据密度公式／７／Ｆ计３ｃｍ－２所算得到侣合金的密度为２．７０ｇ／。测量密度时各项数据见表３示。表３－２铅合金试样密度计算的相关数据ＬＪＦＬ，－３数据类型质量／ｇ体积朽／ｔｉ体积吟／ｍＬ体积／ｍ密度／ｇｃｍ６１２．７０数值．７４５１７．５．５２３．２２错．合金表面改性侣合金材料硬度低、耐磨性差，这限制了它的应用范围，降低了它的使用寿命。目前的工程应用中研究了多种技术方法来强化侣合金的表面性能，包括微弧５５［］氧化、材料热处理、等离子喷涂、激光合金化等。但是，这些表面改性方法，大多是高温处理，容易导致铅合金中低，在处理过程中伴随着烙化与凝固的过程、，烙点元素烙化产生气孔缺陷并会改变材料的微观组织结构，严重时还会产生残余应力，导致开裂。为了克服上述处理方式的不足，本文采用激光喷丸技术向锅合金表面植入纳米颗粒来提髙铅合金的摩擦性能。现有的研究表明，激光喷丸技术，结合纳米颗粒的独特性能，可Ｗ在材料表面形成复合强化层，强化层有助于提高铅合金的表面性能。激光喷丸处理具有非热特性，纳米颗粒在激光喷化的超高冲击压力作用下，。能在保持自身优异特性的前提下，与基体材料形成良好的结合目前相关的研究中所采用的细米颗粒主要有两种类型一，种是硬质颗粒，比如ＷＣ颗粒一，另种是固体润滑材料，如Ｍ０Ｓ２等。本文的研究侧重于激光喷丸技术、微钻孔技术与固体润滑技术的结合，采用的纳米颗粒材料是ＭｏＳ２。３．３二硫化语二硫化铅是目前应用最广泛的固体润滑剂。常用的固体润滑材稱如二硫化巧、二硫化鹤、石墨、立方ＢＮ、云母等大都呈片层状结构，其层间分子作用力小，在摩擦力的作用下，层与层之间容易产生滑移，所它们可Ｗ用作润滑材料２７ 第Ｈ章试验材料和处理方式来降低摩擦系数。３１二．３．硫化領的性质－ＭｏＳ２属于六方晶系的层状结构－Ｓ３个平面层组成的单元层。，晶体是由ＳＭｏ一在单元层内部，铅原子和硫原子之间Ｗ很强的其价键连接在起，单元层之间Ｗ较弱的范德华力相连接，极易在层与层之间发生滑移，所ＷＭｏＳ２具有良好的固－体涧滑性能。ＭｏＳ２的基本性能见表３３。Ｐ１３－３ＭＯＳ本性能１表２的基性能量值巧对涼子质量１朗说晶型六方晶系？ｃ４－密度／德ｍ兮．５４５擦点巧１巧５赖奢性巧合力很镇．不巧巧全揉巧面＇庙擦系数０．０３￣０－的＜大＾中视扣Ｃ》＆下比电曲Ｑ？ｃｍ？５１韦），１？－！々热率／Ｋ０－｛Ｗ放）．１３０．１９巧族胀系教／《牌）１０．７Ｘ１沪逆面》？表面齡（Ｊ班勺２４Ｘ！沪獲面）０．７嫩面）显微臟（ＨＶｙｉＰａ３．１４Ｘ１妒弹巧）８－８２Ｘ１护媒巧）ＭｏＳ２，具有良好的热稳定性和化学稳定性，在干燥的空气和潮湿的空气中’’最高使用湿度分别为３７０Ｃ和３５０Ｃ，在通常条件下，不与金属和橡胶材料发生反应。３．３．２二硫化泪试验材料二－３本试验所使用的硫化钢购买自埃普瑞纳米材料有限公司，如图３所示，其参数指标如表３－４所示。表３－４二硫化巧参数指标产品特性平均粒径纯度形态比表面积松装密度颜色２＾参数指标４０ｎｍ９９．５％类球形１２０ｍ／ｇ０．９８ｇ／ｃｍ灰黑色２８ 山东大学硕±学位论文图３－３二硫化销试验材料为了确认本次试验所使用的ＭｏＳ２颗粒的成分和颗粒形貌，在试样处理之前，利用扫描电子显微镜和能谱仪对其进行了观察和分析。ＳＥＭ图和ＥＤＳ图分析结３－４所示果如图。。。，ＥｋｍｅｒｔＷｅｉｇｈｔ。Ａｔｏｍｉｃ：。ｉ过Ｍｌ＇＊：ｆｉｍ山ＩＳｃａｔｅ２２２６ｃｔｓＣｕｒｓｏｒＯ．ＯＯＣ２ｕ＂＂ｔｏｎＩａｇｅ１＾图３－４ＭｏＳ化Ｍ和ＥＤＳ测试结果２颗粒的分析结果显示，试验所使用的二硫化钢颗粒呈球状和层片状，颗粒尺度在１微米左右。考麽到纳米颗粒具有团聚效应和二硫化钢颗粒导电性不島，影响ＳＥＭ一二进步放大图像，我们可Ｗ认为所采用的硫化钢颗粒是纳米尺度的颗粒。ＥＤＳ分析结果湿示，二，测试样品硫原子和错原子数量比例接近２：１硫化链的纯度接近１００％，综合分析可Ｗ认为该样品为合格的纳米二硫化招。３．４试验材料处理３．４．１微钻孔处理微钻孔加工的侣合金试样取自错合金活塞的端面，如本章３．２．１节所述。待２９ 第兰章试验材料和处理方式微钻孔处理的侣合金试样呈圆盘状，直径约为８５ｍｍ，厚度约为ｌＯｍｍ，已经加工平整。一ＳｏｌｉｄＷｏｋ微钻孔处理过程主要分为两步。第、设计微钻孔方案，利用ｒｓ软件根据设计方案绘制工程图；第二、将绘制好的工程图导入到微钻孔数控机床，对试样进行微钻孔处理。一５ｍｍ待钻孔处理的圆盘状铅合金试样，其边缘有道深度大约为的活塞环槽，该部位的铅合金试验材料厚度较薄，约为２ｍｍ，在接下来的钻孔处理和摩擦试验中，该区域有可能会发生弯曲变形，影响试验精度，所Ｗ在设计钻孔方案时，并没有按照圆盘直径８５ｍｍ来规划，而是规划在圆盘中也７６ｍｍ的圆形区域内，从而可Ｗ避开边缘处的活塞环槽区域。如前文所述，微钻扎处理区域为圆盘中也７６ｍｍ的圆形区域，为了提离加工效率和避免多次定位特加工试样引起定位误差一，在同块错合金试样上，设计的一一工量是同种直径的微孔，同：为了充分利用宝贵的试验材料和减少微钻孔加块试样上将设计Ｈ种不同分布密度的微孔。钻孔密度是指微孔面积与钻孔覆盖区域面积的比值一，计算钻孔密度时可取个微钻孔单元，钻孔密度计算示意图如图３－５所示。ｏｌｏｌｏｌ［Ｍ－ｋＤｌｃｍ＞ｉｔｉｃｒｏＯ０Ｏ＜■／■＇Ｈ巧ｏ面ｉＩ困３－５微钻化凹坑分布示意图－微钻孔凹坑密度计算公式为式（３１。）２巧分。１、？糾产节）式中，片／／。为微钻孔密度，ｔ为微钻孔直径，为相邻微化中也距微钻扣加工具体的设计方案为：微钻孔处理的铅合金试样共有三块，分别编３０ 山东大学硕上学位论文号为Ａ，５（ｕｎ，微钻、Ｂ、Ｃ，Ｈ块试样设计的微钻孔深度相同均为１Ｈ深的盲孔一５０１１１１２００〇１１１３００１１１１。孔直径不同，分别为１、和｜｝在同块圆形试样表面加工直｜径相同，，分布密度不同的Ｈ排的微孔阵列矩形，长度为４５ｍｍ，微孔阵列呈宽度为１５ｍｍ，两种不同密度的微孔阵列之间间距为５ｍｍ，立排微孔的钻孔密度分别是５％３－５。、１０％和１５％。微钻孔的各项参数和统计数据见表所示利用Ｓｏ－ｌｉｄＷｏｒｋｓ设计的微钻孔工程图如图３６所示。表３－５微钻孔参数和统计数据试样钻孔深度钻孔直径钻孔钻孔间距Ｘ方向钻孔Ｙ方向钻孔Ｗ化恐：ｍ〇编号（ｙｍ）（阳１）密度（／〇）（阳１）数量数量５５９４７６２５１９００Ａ１５０１０４２０１０７３６３８５２＾ｍ４４５７６４５７９３５７１９１０８３Ｂ１５０２００１０５６０８０２７２１６０ｎ３２３４＾＾＾５１１８９３８１３４９４Ｃ３００１０８４１５４１８９７２２２１４５２＾＾＾钻孔数量合计２０９ｎ＂＾＼／＼Ａ；钻孔孔径１５０ｍ，密度分别为５％１０％和１５％似试样ｐ、３１ 第兰章试验材料和处理方式ｆ￣￣，－＞￣＾＾￣：沪去＊、＞成４如＊牙安‘々＆矿々￣咕去４々＞诗护＆々＊＾古々却＜户？＾＾＞４＾护令》古＜＾蛛巧知＊＾？々告故＾牛令乂争舍和＾－去如■‘‘＇，＾每古‘年去．扣＊－＊咕Ｗｆ—＊本ｆ，中＾户和与片々，＾々４吁奇、辛＇专＊公＂古＞■■＾－＇＇？＇■玄如，苦？‘吝至套与专古々＾＊去！’＊《＇！＊占＜？名＊．夺４々卓知占＾矣？玉ｆ玄中兮申丢占！家？？言柔真去，＾占，［、知々》私＂中＇＊々中４也＾心山＊皆去＇岳写赵６＞々．＊－占备．古告去５巧々＾乂今々為和丢亏去＾＊＾去々？＾々’々＊、去吟＊子、ｆ＾＇Ｊｖ＞，、：、Ｊｎｊ４Ｓ山争＾々ＷＳ＾ｉ一占安－专４Ａ去？＊各占々？壬屯＊－告＊：＊＞，＊；％＾＊占＾￣共？兵占去去＾？＊好乐々＞，＊＇共＊＞‘一＆中＞４々‘＇’一古去。、＜＾＇＜’＊＆々＾占告々乏々？４々＾４令占与｜，专４＜争＜＾辛兵早却去？Ａ去＊‘‘－兮片，女巧‘＊＾－％六意去今某？，‘公５ｉ＇々々＊兮分＊沪＾子々号？－啥可、受屯其呈｜含１：＇＇＂—＇■＇‘＇＇■＾＾Ｓｉ－Ｓ＊）ｗａ＾？＂ｉ，＇？ｆ｝、Ｖ＊Ｊ‘ＶＴ＊＊＇、）、，＇＊＞＇？＊＋＊１側，＾＜？《￥玄５＾＾Ｖ龜爾羣１＾餐冀＾ｐ蓄！鑛幽！＼／＼Ｍｌｆｃ麵ｒｉｉｌｉｌｉｉｌ＾ｒｔ。踐／＼嶺轉繁鑛鑛；！鑛繁類藤愛繁／／＼．Ｂ〇（ｂ）试样：钻孔孔径２０〇ｎｍ，密度分另〇为５％、１０％和１５／〇．‘＞令丢如去？‘＇‘、？‘＾Ａｊ＾令击占？去Ｖ令寺？＞＊去？＾去占爭车去？？４夸？？＊？？＊＊？？？＊？■＃＊＊》古》电！■？Ｗ＊＇ｉ去＊．＊？去＊＜ｓ＊？？＃？＊电ｆ？去＾中？＇■■＇＂ｊ？＊＇？＇＊？？＞．＇６电．＊？车？？－Ｉ＊．＾＜＊？＞ｉＡ，々申？＊＞ｔ４？４专＊＊夺＊ｉ？ｇ？？？＊蛛去、中夺考中＊今？专，＊＊‘古＇＾々？＊＊？￥？令本，々々，々中＊＼和４＞考＂：占■＇■．－＊＂＞＇．Ｗ．去去去》占？＊？＊＊？电＊＊？奋４Ｖ々＊？丰》去击＜＾击＾蓋々？＊辛千、去－今々‘去‘去《各告？？■？？：？令：乂＊：？？？ｆＭ？冷＞击去Ｗ＊４：々＞丢冷？去＞＃电？＊Ａ＜＼貧令巧＊＂＊－■？？？＊电电＊＇？？》＞？＊＂＞．？？？？＊巧＇々＊￡々？々Ａ；？＊去考去去＾々？＊＾去？旁方？？＾ＡＳ－去４＊＂■？＊■＊４古申＊Ａ？由＊？＞争去＊号《中？Ｖ＊＼卢占４４今＾？中奇＾？？．去去？去，去■今＆＊＊＊去？占去与＊？若＊＊去＊占令告朵争去奇＊令＾４＊女辛＊夺＊去＾》＊？■■＇■＂？？■＊？？申＋々４來去？４－？甲＊＂々＊＊＊去＇电夺＜本＊＆？＊＊＾＾＊＊ｇ４々？＼午＊＊＊＊？中车＊？＊＊＊？４＊＊＊＊＞？＊丰？Ｓ令中ｆ去》？中＊ａ电＊方？《？？Ａ成４库＇乐＃？Ａ’＃去＜决９电？＊＇￥ｆ？今今＞寺Ａ争牛，，？今？安击？争？Ａ辛４＼／……．？＇一甲＿＿，＼＊＊■＊？＊■＊？｜＾＾！巧觀重；織紛纖？￥＾＾＾鮮賴辨巧獄教驚訪１至巧織纖＼ｆｔ？＊＞！＂＇＇？＊＊＾＇＊／＊＊＞＊今如＊，＃［＊＊＊＊巧＊＊的；｜＞＞甲＊，占＊，，吉中＾；；的甲＇，；＂是；至玄妾苦＇巧爲二＾；意支艺｜；言乏家珠式？＊：＇，＊化；＾々．＼苦；定＊＾？是占命＊＾５：＜＾中言３支＾三心＞＾令＇＾＞＇長＊＞＾＞＜；＾々董；；玄＊言和一？２餐奋；王：：＾某＊？＊！＜完复？ｆ－＇＾ｙ？＾＾■？；＊＾＜■＊＾ｌ＾一４？？＾＾＾＊？ｂ，，一＊＇．＾＾＊＾？ＶＷ＞＊々Ｖ＊々＊＾咕４ｉＷ＊？ｙｔ＾＾吟＾Ａ？々。ｉＷ＾＊々Ａ中》Ｖ＊，＆４＾＾Ｗ扛々？？ｇ？＜＾ｏ？ｆｃ－；＾ｖ？＊＞＾ｉ、《■）ｅ■！ｔ：＜＊？。＇？＼ｗ々４？＊？＇シ知ｆｒ？？４＊＾ｉ＜＾＊々一＊Ａ＊？＊々＊ｉ＊＊《争ｊ＾＊６＊＞一々麟》。＊Ｊ＾＾ｊｒＶ＊＾＊＇＊？＊心々旁々〇—＊＆ＮＡ＇４分＊＾＊＇＊＾々《々４去去＊４〇韦々＜一＊＾〇子＞＊４＊？＂＾每名＾＾＊占＞４＞＞‘＞＜＊＾、４＊＊—＾ｇ註巧．：爲技篇壬：三巧去？？：巧乐只紀这１Ｉ＾每：？；Ｓ三爲兴。定汽锭５２；：；置《３契３红重／｜似试样Ｃ：钻孔孔径３０〇ｎｍ，密度分别为５％、１０％巧１５％圍３－６利用ＳｏＨｄＷｏｒｋｓ软件绘制的铅合金表面微钻孔分布图利用ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ造型软件设计好微钻孔工程图后，将相关数据导入到微钻－７孔数控机床，进行微钻孔处理是微钻孔加工完成之后的招合金试样实物。图３图。３２ 山东大学硕±学位论文＇＾＇＾ＷＫＫＫｍｗｓ＾ｍ．一左？：＊—二．：占．７ｍＷＭ．＾图３－７微钻孔加工完成的铅合金实物图３．４．２纳米ＭｏＳ２颗粒表面涂布为了保证ＭｏＳ２在铅合金表面均匀分布，本试验利用无水乙醇作为载体，将ＭｏＳ２粉末分散到无水立醇中，然后将溜有ＭｏＳ２的无水乙醇涂布到铅合金表面，乙醇挥发之后，ＭｏＳ２就均匀徐布在铅合金表面。为了提高ＭｏＳ在徹孔中填充的２密实程度，在乙醇挥发之后，利用抛光布在铅合金表面进行抛光，将ＭｏＳｓ抛光填充到微孔中。立醇挥发之后的涂布效果和利用抛光布填充之后的效果分别口图－３８ａ３－８ｂ所示（）和（）。？化？？＊？＞—？命卑？？■＞？？＊？？？？？？？巧苗？，？？？＃＊？＊＊＊？＊＊＊＊－．■％？？？？？？？？？＊＊？＊＊？梁？玉？：：：：；：：：：？：：：：：哦？？？■？？％？？？？？？＊＊？？＊？？＊＊＇＂＊＊？？？＊？？？＊＇＊＊命换Ｋ，３龄；！＞，？？＊＊？？？？？？？？？＊？？，＊．ｉ＊？？？？＊？＊？＊？，１＾ｆ＊＊１４■—＊＇？？？？＊？？？？？＊？？＊？＊＊＊＊？＊＊＊＊＊＊．？？？？？令？？－：紫．ｉ之ｊ｜＊‘＊＊＊？？？％？？？？？？？？？？？？？心＊４＊碟＊？？？？＊＊秦＆（ａ）直接涂布效果（ｂ）抛光涂布效果图３－８ＭｏＳ徐布效果图；观察对比團３－８ａＰ３－８图１＾发现，利用无水乙醇作为分散剂，直接向（巧作）可微钻孔处理过的锅合金试样表面涂布二硫化钢，二硫化钥在试样表面涂布比较均一匀，但是无法完全将微凹坑填充密实进；步利用抛光布进行抛光填充可Ｗ有效提高二硫化巧的填充密实度。所Ｗ在接下来的二硫化巧涂布处理过程中，首先利用抛光涂布的方法将微凹坑填充密实，然后再利用直接涂布的方式在试样表面均３３ 第三：章试验材料和处理方式匀涂布厚度大约为２０徹米的二硫化钥涂层。３．４．３激光曠丸处理本论文中有两组试验用到激光喷丸化理方法，分别是利用激化喷丸处理辑合金基体和利用激光喷丸将ＭｏＳ２粉末植入铅合金微孔，其中激光喷丸植入二硫化－－钢纳米颗粒的示意图如图３９所示３６所示。。试验参数如表表３－６激光喷丸参数激光能量激光波长脉冲时间光斑直径冲击次数约束层２６０ｍＪ１０６４ｎｍ１０ｎｓ０．５ｍｍ２次玻璃－Ｙ二工作台上铅合金试样固定在由步进电机驱动的Ｘ维水平移动，激光喷一一丸处理时，试样同位置完成两次冲击后，位置冲击２次，同工作台沿水平方５一０５ｍｍ向移动０．ｍｍ的距离，进行下点的冲击，保证相邻两个激光光斑间距为．。直到激光喷丸冲击完成长度约为２５ｍｍ一重复上述步骤，之，的排后工作台沿垂１ｆ—＼Ｗ＾＾巧良Ｉ６图３－９激光喷丸纳米颗粒植入原理国口】直方向移动０５二一．ｍｍ，并进行第排第个位置的冲击，完成之后，工作台沿水平反方向重复上述步骤，完成第二排冲击。依次方法，直至完成整个激光喷丸区域的喷丸处理过程－１。。激光喷丸处理的光斑路径示意图如图３０所示３４ 山东大学硕±学位论文體：：；呵＾＂＂―—＂＇？３－图１０激光喷丸路径示意團激光喷丸处理时，喷丸组直接利用侣合金基体作为吸收层，复合组则表面徐二硫化钢作为吸收层－布的。激光喷丸试验的功率密度／〇可Ｗ根据式（３巧计算得到：＝！口－巧。吉式口中，Ｅ为激光单脉冲能量；ｒ为激光脉冲时间；《为激光光斑面积。ＥＥ—！＿０２ｆＳ万公ｒ？－４２６０ｍＪ４＿２－３１０ｎｓ死０．５Ｘｌ〇ｍ（）＾＝１３．２ＧＷｃｍ／５７３－３［］计算得到激光喷丸处理的峰值压力，可Ｗ根据式。（）２—９戶二？去１０？化柯。）料）ｉ＾〔）式料）中，＾ｍａｘ激光喷丸时冲击波峰值压力，单位为ＧＰａ一？０ａ等离子体中热能占其内能的比例，般取化１．２之间Ｚ约束层与金属板材的联合声阻抗，＾＝１＋＾（３－４）ＺＺＺ，２３５ 第三章试验材料和处理方式２１〇激光功率密度，单位为Ｗ／ｍ＝Ｘ声阻抗是指介质对声波的吸收作用，材料的声阻抗材料的密度声音在该介质中的波速。－６２－１＝１５ｋ，在本论文试验中．２ｘｌ０ｍ巧，约束层石英玻璃的声阻抗Ｚ，铅ｉｇ６－２－ｉＺ＝．ｍ．－合金板材的声阻抗１７．０ｘｌ０ｋｓ石、Ｚ入式３４ｇ，将２带（），可求２－６－２ｉＺ＝，，得联合声阻抗化．ｌｘｌ〇ｋｇｍｓ。将联合声阻抗Ｚ、激光功率密度／〇［＾及等离子体中热能占内能的比例《（取化１）３－，带入式（非中，可Ｗ求得，－９＝１〇？树志卢＞〔ｒｉ１－６９１４＝１———．Ｘ．Ｘ〇１６．１１〇１．３２１〇ＧＰａｆｆ（、，Ｕｘ〇．ｌ＋３ｊ＝８Ｐａ．１６Ｇ５８５９＞］［５５［３－５］本文所采用的铅合金静态屈服强度取４１＾０３作为参考，根据式（）来计算其动态屈服强度。＝－６．３２１．８９Ｉｇ＿５与為口）巧ｒｃ－５中式（３），各参数的具体含义为，口ａｆ材料的动态屈服强度（ＭＰ）巧！材料的静态屈服强度（ＭＰａ）ｒ二＝二ｃ４５５ＭＰａ３伊．５９０ＭＰａ将入式．５可Ｗ求得１３伊二代，ｒ：：〇通过比较可Ｗ发现（８．１６ＧＰ），激光喷丸处理的冲击波峰值压力ａ超过了铅合金基体的动态屈服强度（５９０ＭＰａ），所１＾＾激光喷丸处理可从在材料表面形成永久的塑性变形微凹坑。－－１激光喷丸处理么后试样的表面情况如图３１所示。图３ｌｌａ是激光喷丸直（）－ｎｂ接处理铅合金试样的效果，图３是在错合金试样表面进行微钻孔处理并填（）３６ 山东大学硕±学位论文充二硫化钥固体润滑剂之后，利用激光喷丸进行纳米植入之后得到的效果图。３－从图ｌｌ（ａ）可Ｗ看出，经过激光喷丸处理之后，侣合金基体表面产生了永久的微凹坑阵列，由于这些微凹坑是受冲击波冲击产生，所Ｗ凹坑内的锅合金受一到挤压，，有部分材料受挤拒堆积到微凹坑边缘所激光喷丸处理过的试样微凹坑区域粗蹈度较大。：山益ｉ謁扣；ｉ器（ａ）铅合金基体喷丸效果图（的激光喷丸微孔植入ＭｏＳ２效果图图３－１１激光喷丸效果图－图３ｌｌｂ在激光喷丸处理么前铅合金试样表面进行了微钻孔处理并填充了（）一二二硫化销固体润滑剂。在激光喷丸处理时，吸收层和基体之间存在较薄的层硫化铅粉末一定的缓冲作，在冲击波向基体传播的过程中，这层二硫化钢起到了用，到达锅合金基体的冲击波峰值压力大大降低，所在基体表面因激光喷丸产生的微凹坑比直接激光喷丸试样巧，且凹坑边缘材料堆积也较少，粗糖度也低于直接激光喷丸处理。３．５本章小结（１）介绍了本课题试验中用到的两种主要试验材料侣合金和二硫化巧。说明了本试验所采用的锅合金材料的来源和前期处理工作；介绍了二硫化巧的基本性能、应用方式ｔｉｌ及试验所用二硫化钥的成分、粒径的检测结果。２）—（阐明了用于摩擦试验的各组试样的主要处理方式微钻孔、固体润滑剂二硫化巧的涂布和激光喷丸处理，说明了微钻孔处理的加工方案；介绍了纳米二硫化铅颗粒在铅合金试样表面的涂布方法；介绍了激光喷丸处理的试验方案，通过计算和试验验证了通过激光喷丸处理向铅合金表面植入纳米颗粒的可行性。（３）本章详细介绍了激光喷丸纳米颗粒植入强化铅合金摩擦性能试验研究所涉及的试验材料及其处理方式，为接下来的摩擦试验准备好了试验材料。３７ 第兰章试验材料和处理方式３８ 山东大学硕±学位论文第四章错合金摩擦试验４．１引言本章对经过微钻孔处理、固体润滑处理、激光喷丸处理和上述技术复合处理的锅合金试样进行摩擦试验，并在摩擦试验结束之后对试样硬度、摩擦系数、磨损量、磨痕形貌等数据和特征进行了分析比较，得到了有效降低摩擦系数，提高耐磨性能的锅合金强化处理方式。４．２摩擦试验４．２．１试样装夹ｔ一套通用的试样装夹装置摩擦试验机自身有，可Ｗ较方便固定和测试小块试。，样，本试验的圆形错合金试样尺寸较大但是，如果利用设备自带的装夹装置则试样在摩擦试验机上无法移动位置，不能实现对试样不同位置进行摩擦试验，无法充分利用侣合金试验材料。为了将圆形铅合金试样稳定固定在摩擦试验机上，并充分利用铅合金材料表面经过微钻孔、激光喷丸、固体润滑及复合处理的区域，提高试验材料的利用率，根据摩擦试验机和铅合金试样的特点，在摩擦试验进行之前，针对本次摩擦一套专用卡盘－试验，设计加工了，如图４１所示。－图４１摩擦试验专用卡盘（带试样）卡盎基体材料是铅合金板材５ｍｍｘｌ２ｍｒｒＰ＜５ｍｍ。，其外形尺寸为２为了实现３９ 第四章铅合金摩擦试验将铅合金试样固定到卡盘上的目的，在卡盘上根据圆形铅合金试样的尺寸，设计加工了位置不同的３组Ｍ５螺孔，每组由四个螺孔组成，它们均匀分布在圆形铅合金边缘，从而实现，配合使用４个Ｍ５螺钉可Ｗ夹紧铅合金试样的边缘的四点将铅合金试样固定在卡盘上的目的。为了实现铅合金试样能够在试验台上连续平移，并完成卡盘与摩擦试验化工作台的连接，卡盘边缘加工了两道４ｍｍ宽的通槽，两条通槽的横向距离为１００ｍｍ。在装夹过程中，使用Ｍ３的大头螺钉通过通槽将卡盘固定到摩擦试验机的工作台上。通过调整铅合金试样在卡盘上固定的位置和卡盘在工作台上的位置，可Ｗ调擊铅合金试样在摩擦试验机工作台上位置，实现对铅合金试样不同位置摩擦性能的测试。４．２．２试验方案为了研究不同处理状态的招合金试样的摩擦磨损性能，进而为铅合金的减摩增寿提供依据，本论文设计了５组试验，试验分组情况如下；（１）对照组，铅合金试样基体直接进行摩擦试验；（２）钻孔组，铅合金试样微钻孔后进行摩擦试验。进行摩擦试验的微钻孔５０参数为，钻孔直径３００微米，钻孔密度１０％，钻孔深度１微米；（３）喷丸组，激光喷丸处理绍合金试样进行摩擦试验；（４）润滑组，错合金试样微钻孔之后（微钻孔参数与钻孔组相同），填充ＭｏＳ２固体润滑剂，然后进行摩擦试验；（５）复合组，铅合金试样进行微钻孔处理（微钻孔参数与钻孔组相同），然后填充ＭｏＳ２固体涧滑剂，最后利用激光喷丸将粉末进行压实植入，完成处理之后的试样进行摩擦试验。本论文采取多次试验取平均值的方法减少试验误差，每组试验分别重复进行Ｈ次，磨损量等数据取Ｈ次试验结果的平均值。４．２．３试验参数侣合金试样摩擦性能的测试采用往复式球对盘摩擦方法，与试样接触进行摩擦的对磨件是直径６．３５ｍｍ的钢漱钢球材料是ＧＣｒｌ５。摩擦试验中加载的试验４０ 山东大学硕壬学位论文，钢球往复行程为１０ｍｍ５，力保持１０Ｎ，频率为ｌＯＨｚ，摩擦时间为分钟摩擦试验的各项试验参数如表４－１所示。不同处理状态的试样的摩擦磨损性能通过综合分析比较摩擦系数、磨损量、磨痕等获得。各项数据的获得方法如下：、摩擦力和摩擦系数：试验中往复式摩擦试验机自动实时记录载荷摩擦为和摩擦系数的变化，试验后存档摩擦数据即可获得。磨损量；摩擦试验前将试样放在无水乙醇中利用超声清洗仪清洗五分钟，彻底清洗油污和杂质，然后用吹风机将试样表面残留的乙醇吹干，利用精密电子天平称重，该重量作为试样摩擦巧验前重量趴，摩擦试验之后，利用同样的方法获得试样磨损后的重量趴。试样在摩擦过程中的磨损量听。：摩擦试验结束之后磨痕，在铅合金试样和钢球对磨件表面会产生磨痕，通过分析磨痕形貌、大小和面积等特征可衡量材料的耐磨性能。本试验利用显微镜观察、测量和拍摄铅合金试样及钢球摩擦之后的磨痕特征。￣表４１摩擦试验参数摩擦方式主轴运动往复行程钢球直径钢球材料载荷频率摩擦时间球对盘往复式０ｍｍ６．３５ｍｍＧＣｒｌ５ＩＯＮｌＯＨｚ５分钟１４．３试验结果与分析为了分析比较对照组和经过微钻孔、激光喷丸、固体润滑Ｗ及复合处理方式处理过的错合金试样的摩擦磨损性能，本节将从与摩擦有关的材料性能和试验数、、据入手进行分析和研究。在下文的分析过程中，主要涉及到布氏硬度摩擦系数磨损量、磨损率、磨痕形貌等，具体的分析、研究过程如下：４．３．１布氏硬度一硬度是常见的表征材料机械性能的项参数，它对材料的摩擦性能具有重要一影响。般来说，提高材料的硬度，能够提高材料的耐磨性。常见的硬度测试标准有洛氏硬度（Ｈ民）、布氏硬度（ＨＢ）和维氏硬度（ＨＶ）等。布氏硬度测量时其压痕面积较大，能反映较大范围内金属各組成相综合影响的硬度值，数据稳定，重复性好，可Ｗ避免材料个别组成相及成分微小不均匀度４１ 第四章铅合金摩擦试验ＳｆＷ的影响，常适用于测定灰铸铁和具有粗大晶粒金属材料的硬度。锅合金材料经。常存在成分偏析和粗大晶粒，本试验采用布氏硬度来测试铅合金试样的硬度本论文布氏硬度（ＨＢＷ）测试过程中，使用直径５ｍｍ的硬质合金压头，加载载荷２５０ｋｇｆ，保压３０ｓ，。然后卸载，测试表面留下的圧痕直径利用载荷除Ｗ－压痕的球冠面积，即可得到试样的布氏硬度值。布氏硬度试验参数见表４２所示。表４－２布氏硬度试验参数硬度类型压头材料压头直径加载载荷保压时间布氏ＨＢＷ硬质合金５ｍｍ２５０ｋｆ３０ｓｇ现有的研究表明，激光喷丸处理可Ｗ在材料表面引入残余压应力，并能细化，材料表面的晶粒，所提高材料的硬度！＾在本论文研究中，重点关注了对照组的铅合金基体硬度和激光喷丸组试样的硬度。测试试样的布氏硬度（ＨＢＷ）时，－各项参数根据表４２设置，，每组试样独立测试Ｈ次硬度值然后取Ｈ次硬度值的－３所示平均值作为对应处理方式得到试样的硬度。布氏硬度的测试结果见表４。表４－３布氏硬度（ＨＢＷ）测试结果试样一试样二试样Ｈ平均值对照组９２．３９７．５９８．１９６．０７．０．１．喷丸绝Ｈ１１７７１３６１１６．１从测试结果可得到铅合金基体硬度为９６ＨＢＷ５／２５０，激光喷丸组铅合金试样的硬度为１１組ＢＷ５／２５０２１％，喷丸组大约比对照组硬度提高，两组试样硬度－对比情况如图４２所示。布民巧度．１巧「１００－ｍｍｉｍｍｍｉｉ＼８０－Ｉ６０－．４０－Ｉ２０－—Ｉ＂，Ｉ，，，１，１０ＩＬ２Ｊ对照组喷丸近图４－２对照组和喷丸组布氏硬度４２ 山东大学硕±学位论文４－２从图中可！＾直观体现出激光喷丸对铅合金试样硬度的影响。硬度的变化将导致铅合金试样摩擦性能的变化，硬度对材料摩擦磨损性能的影响将在本章摩擦试验结果的分析中研究。４３２．．摩擦系数摩擦系数是指两滑动面间的摩擦力和作用在滑动面上的垂直载荷的比值。摩擦系数受到滑动面的性质、表面粗飽度及润滑情况的影响，是衡量材料摩擦性一个重要指标能的。，在本次摩擦试验中利用摩擦试验机全程自动记录摩擦系数，在试验结束之后，保存相关数据，供分析研究使用。对照组、钻孔组、喷丸组、润滑组Ｗ及复一合组试样的摩擦系数－３－７所示Ｉ时间图分别如图４到图４。一－３图４是对照组的锅合金试样的摩擦系数时间图，从图上可Ｗ看出，摩擦，大约稳定在化１７左右系数在整个摩擦过程中基本保持稳定，该数据符合侣合金／钢摩擦副干摩擦时的摩擦系数特点，在接下来的讨论中，可Ｗ将化１７作为对照组的摩擦系数与巧他组进行对比。￣￣￣￣？巧系巧－时间巧巧Ｉｋ＼ＣＩＯＩ＇泌－＂—…＂＂■‘户－Ｔ－！１：！０９Ｋ－Ｓ－．；■ｉＩ；１；８．—－——…？００Ｃ—４—４Ｄ扣—．？ｉ＾４？ｉｉ１ｉ〇ｅ—————－＝－——０，５４今：ｉ；」ｔ。＾。号—ＶｊｉｊｙｉｆｏｚＨ１；ａ：１．ｓｄ９巧．８９１ＺＩＺ！｝．４．．防Ｉ８巧巧幻定ｅＨＳＺ巧》６汾備ＵＭ》图４－３对照组摩擦系数图一另外，从图上我们可Ｗ看到摩擦系数在保持段时间的相对稳定后，会出现口］短时间的较大波动，这种现象在摩擦学上被称为跃动现象，這是因为干摩擦运４３ 第ｗ章铅合金摩擦试验，这种滑动具有不稳定性动不是连续平稳的滑动，而是两个表面之间断续的滑动，当摩擦表面为弹性材料时，跃动现象将更加明显。跃动现象是干摩擦区别于良好润滑条件下摩擦的重要特征。一－４图４是经过微钻孔处理过的铅合金试样的摩擦系数时间图，该组试样的微钻孔参数是：微孔直径３０〇ｎｍ，微孔密度为１０％，微孔深度１５（Ｖｍ。从图上，摩擦系数在前Ｈ十秒较大，约为０．６Ｈ十秒之后的摩擦过程我们可Ｗ看到；在中摩擦系数略微下降，基本保持在０．５左右，该数值保持稳定直到摩擦试验结束。另外，摩擦系数也存在明显的跃动现象。？？巧巧－时间曲巧ｉｉａｏｊ；ｉＩＩ１货＊ｉｉＩｉｉＩ。…＿＿Ｊ＿＿，ｉＬｒ；ＩｉＩｃ１．．－－．．．ｉ：－，—－０ｅｏＨ＂ｊｒｉ＾ｉｉｉＪ々１泌＇一：．．４４ｉ？；ｉｆｔｒｔ１０ｊＪ—巧＾Ｖ３００ｉＩ！［［；！＂ＤＯＯＣ■？－！２９Ｓ９１４９０９６０６ＳＳＳ８４１１．２１巧．０２６．？２３８．４２Ｂ８２２所９（＊＂，图４－４钻孔组摩擦系数图－－３４可，通过比较图４和图４１＾发现，钻孔组的摩擦系数大大超过对照组这是由于微钻孔处理破坏了侣合金试样表面的完整性，増大了表面的粗趟度，增大了摩擦阻力，这说明单纯的微钻孔处理不利于降低铅合金材料的干摩擦系数。从－４可Ｗ看出图４，钻孔组试，经过约Ｈ十秒的时间样的摩擦系数在升始阶段较大，摩擦系数略微降低一，并随后直保持相对稳定，这可能是由于开始阶段微钻化边一段时间的摩擦之后缘比较粗挺，经过，微孔边缘趋于圆滑，使对磨钢球能较为顺利的通过摩擦的微钻孔区域，进而使摩擦系数发生了轻微的减小。跃动现象的存在，则说明微钻孔组的摩擦学基本特性符合干摩擦的基本特点。４４ 山东大学硕止学位论文一图４－５是经过激光喷丸处理的铅合金试样的摩擦系数时间图。从图上可Ｗ看到，，摩擦系数的变化大致可Ｗ分为Ｈ个阶段在全过程中，摩擦系数呈现逐步降低的趋势；摩擦系数在开始阶段最高．４，该阶，大约为０段持续时间约为三十一一巧百秒，为第二阶段，该阶段摩擦系数大约为０从Ｈ十砂到．１９；从百秒到；摩擦试验结束，摩擦系数基本稳定在０．１左右。摩擦系数也存在跃动现象，这符合干摩擦的特征。０满雜靡巧系巧－巧间巧巧—？ｉ——－．１５０００＾＾ｉ；Ｉ日．．．－Ｕ；．－９ＣＣ（Ｉ；ｉ．￣￣化紛听３４ｒＩｉ｝可；ｉｉ５－；０Ｏ—－Ｉｉ，—ＳＣＭＩ—中—［ｌ．幻Ｏｆｌ—？—■一—一－——？＂—一—Ｓ１，；ｉ＇■Ｉ■．Ｉ—ｆｉ．——－－－－－…二ｗ立二＇＾：。’＂．————Ｉ………；护；畔化化ｄｉＳ：０？．９．？１。．．４．？巧６６口６８２３８觀２２９３成３＊。（＊）；图４－５喷丸组摩擦系数图喷丸组摩擦系数的特点能很好地反映激光喷丸处理后锅合金试样的特征：激一光喷丸处理的铅合金试样表面出现了凹坑，有部分，凹坑边缘的材料受到挤压－侣合金在凹坑边缘出现堆积，ａ所示。在摩擦的形成大量的微凸起，如图３ｌｌ（），钢球与凹坑Ｗ及凹坑边缘的微凸起接触，滑动过程中阻力较大开始阶段，所Ｗ经过一摩擦系数也比较大段时间的摩擦，凹坑边缘的微凸起基本被磨平，钢球；在滑动过程中只需克服铅合金表面激光喷丸产生的微凹坑的阻力，所Ｗ摩擦系数在经过一减小了很多，；百巧的时间之后与钢球接触的锅合金表面的微凹坑基本一一被磨平，所Ｗ钢球摩擦阻力进步减小，摩擦系数也进步降低。通过与对照组和钻孔组进行对比，喷丸组的摩擦系数要低于，我们可Ｗ发现钻孔组的摩擦系数，这说明激光喷丸处理对铅合金材料表面完整性的破坏要小于在最后稳定阶段，喷丸组的摩擦系数要小于对照组的摩擦系数微钻孔处理，这；４５ 第四章侣合金摩擦试验说明激光喷丸处理有利于提高侣合金材料的耐磨性，这可能与激光喷丸处理能够，＾及在高的冲击压力下，铅合金基体表面的晶粒发生了细提高铅合金基体硬度［化，铅合金材料产生了细晶强化有关。一－图４６是涧滑组铅合金试样的摩擦系数时间图。从图中可看出，摩擦系数在开始阶段的Ｈ十砂内较大．４６Ｈ十秒后摩擦系数明显降低并趋于稳，约为０，定，大约保持在０．３５水平。图上显示摩擦系数也存在明显的跃动现象。々巧车巧扉巧系巧－巧间曲线ｉ１０＆ｉ：Ｉ；－Ｉ＜Ｘｉ—．．Ｘ１１０．５００■———Ｉ、—．…一—‘—－—■一—ｉ—’＇—…。．化：ｊＣ一．．．．．．－雁００９０巧８巧．６８？．４Ｕｆｉ．２Ｈ９ＩＴＳ．８Ｓ０６．６ＺＳ８２Ｓ？说图４－６涧滑组摩擦系数图一４－４和图４－６可レッ发现对比图，钻孔组和涧滑组的摩擦系数时间图趋势十分相似，但又有不同。相似之处是，前Ｈ十秒摩擦系数明显高于Ｈ十砂之后，这，巧材料表面的粗礎度增大是由于微钻孔处理破坏了铅合金试样的表面完整性，摩擦试验时钢球往复运动的阻力增大，经过大约Ｈ十秒的摩擦过程，微凹坑边缘变得光滑，，Ｈ钢球往复运动的摩擦阻力降低，所Ｗ十砂后的摩擦系数也随之降低。不同之处在于，润滑组的摩擦系数相比单纯的微钻孔处理组在摩擦各对应阶一段摩擦系数都要低，从摩擦系数时间图上看，前者的图像就像是将后者固像在高度方向上整体压缩得到。产生这种变化的原因是前者比后者填充了二硫化巧固体润滑剂，二硫化钥的润滑作用使微钻孔润滑组的摩擦系数比单纯的微钻孔处理－降低了大约化－６可Ｗ发理的试样１５。同时，对比图４３与图４现，微钻孔润滑处摩擦系数仍然高于对照组试样，送说明微钻孔处理对试样摩擦系数的増大效果要４６ 山东大学硕丄？学位论文强于二硫化巧固体润滑剂对摩擦系数降低的影喃。一－４和图４－６可Ｗ发现的摩擦系数时间图趋势十对比图４，钻孔组和涧滑组分相似，，但又有不同。相似之处是前兰十砂摩擦系数明显高于Ｈ十秒之后，这是由于微钻孔处理破坏了铅合金试样的表面完整性，使材料表面的粗趟度增大，摩擦试验时钢球往复运动的阻力増大，经过大约Ｈ十秒的摩擦过程，微凹坑边缘变得光滑，，所Ｗ钢球往复运动的摩擦阻力降低，Ｓ十秒后的摩擦系数也随之降低。不同之处在于，涧滑组比钻孔组在摩擦备对应阶段的摩擦系数都要低，从摩一时间图上看擦系数，前者的图像就像是将后者图像在高度方向上整体压缩得到。产生上述变化是因为润滑组试样在钻孔组试样的基础上进行了固体润滑处理，填充了二硫化钥固体润滑剂，二硫化铅起到了良好的润滑效果，使涧滑组摩－０－．１５。同时４３６可Ｗ发现，润滑组擦系数比钻孔组降低了大约，对比图与图４试样的摩擦系数仍然高于对照组，这说明微钻孔处理对试样摩擦系数的増大效果要强于二硫化巧固体润滑剂降低摩擦系数的效果。一图４－７为复合组侣合金试样的摩擦系数时间图，从图中可Ｗ看出，摩擦系数的变化大致可Ｗ分为两个阶段一，摩擦试验开始后的前六十秒为个阶段，该阶段摩擦系数较大，约为０．２８；六十秒至Ｈ百秒为第二阶段，该阶段，摩擦系数较小，大致稳定在０．１５水平。在整个摩擦过程中，摩擦系数也存在明显的跃动现象。Ｗ乂＆庫巧系巧－时间曲巧ＩＪｒＩ；；Ｉ—一＿一——ｔ—＇．￣？０眉—．—…―．－－．一．４＾千■。化—―丄―…―…—…―－：ｒ０Ｓ？—．．＿．一．＂－—ＪＣ１，＾，Ｉｒ＇Ｉ？ｉ。巧＇＂＂Ｉ八广１：：ｌｌ＾ｎｌｒＶ鳴ｆ０＾么■＾．００９０巧．８巧．１Ｉ．．．．６Ｍ４１１９Ｓ４９巧８２０８．６２３６４饼２２９６抑ＳＯｌｗ）图４－７复合组摩擦系数图４７ 第四章铅合金摩擦试验一４－７分析图复合组试样摩擦系数随时间的变化曲线可Ｗ发现，第阶段（摩擦过程的前六十秒）摩擦系数较大，之后第二阶段摩擦系数降低。这主要是由于开始进行摩擦试验的初期阶段，微钻孔处理和激光喷丸复合处理的区域粗趟度较大一，钢球滑动摩擦时阻力较大，经过第阶段的摩擦，微钻孔边缘变得光滑，激光喷丸处理区域的材料凹凸不平也基本磨平，所Ｗ摩擦阻力降低，摩擦系数也随之减小。一对比国４＞４－－、图４６和图４７同阶段的摩擦系数可发现，它们Ｈ组试样一趋势是符合试验预期的￣４是钻摩擦系数呈现依次降低的趋势，这。图４孔组的＊摩擦系数，图４６是涧滑组的摩擦系数，有利于降，在微钻孔中加入固体润滑剂低摩擦系数ｉｌ－，所Ｕ润滑组摩擦系数比钻孔组小；图４７是复合组的摩擦系数，其处理过程相当于在涧滑组的基础上增加了激光喷丸处理，激光喷丸处理有利于降一低材料的摩擦系数步的降低。，所复合组的摩擦系数比润滑组有了进为了便于分析比较各纽试样在不同阶段摩擦系数的变化情况，本文将各阶段的摩擦系数整理汇总在表４－４中。表４－４各阶段摩擦系数肘间０￣￣￣０￣化口３０ｓ３１ｓ６０ｓ６１ｓ１００ｓ１１ｓ３００ｓ组别Ｉ对照组０．１７钻孔组０．６０．５０．９０喷丸組．４０１．１润滑組０．４６（Ｕ５复合組０．巧０．１５通过分析表４￣４各组试样的摩擦系数，可Ｗ发现，在整个摩擦过程中，摩擦系数大都可划分为两个阶段，下文将送两个阶段称为初始阶段和稳定阶段。对照组试样两个阶段区分不明显一，摩擦系数在全过程基本保持同水平，激光喷丸一组试样在初始阶段和稳定阶段之间还有个比巧明显的中间阶段。从巧始阶段持续时间来看，钻孔组、喷丸组、涧滑组初始阶段持续时间基本相同，大约为Ｈ十砂，复合组初始阶段持续时间最长，约为六十秒：钻孔组和涧滑组最早由初始阶段进入稳定阶段，喷丸组进入稳定阶段的时间最晚，复合组进入稳定摩擦阶段的时间居中。４８ 山东大学硕±学位论文■初始阶段摩擦系数４－８是各组试样在摩擦试验的初始阶段的摩擦系数对；图比图，从图中可Ｗ看出，初始阶段的摩擦系数，钻孔组＞润滑组＞喷办组＞复合组＞对照组，钻孔组摩擦系数最大，对照组最小。在摩擦初始阶段，对照组的摩擦系一数最小，其他各组的摩擦系数均高于对照组，说明微钻孔、激光喷丸处理在定程度上增加了材料表面的粗糖度，增大了钢球在侣合金表面滑动时的摩擦阻力。巧始阶段摩紫系数０．７ｒ－０．６－．０５ｍｉ０．４６〇－ｓ．４ｎｊ产ｊ０－０－２３ｉ．３Ｈ？＾。－．２：的：ｎｔ３Ｉ－ＩＩＩＩＩ！ＩｉＩＱＩ对巧组钻孔沮續丸沮潮滑组复合组图４－８各组试样初始阶段摩擦系数在初始阶段，复合组的摩擦系数低于微钻孔组、喷丸组和润淆组，送是由于；复合组试样经过了微钻孔、固体润滑和激光喷丸Ｈ道处理工序，相比单纯的微钻孔处理，复合组多进行了固体润滑和激光喷丸强化处理，而固体润滑和激光喷九一定的减摩效果，复合组强化均有，所Ｗ其摩擦系数小于微钻孔组；相比润滑组相当于在润滑组的基础上进行了有利于降低摩擦系数的激光喷丸处理，所复合组摩擦系数也要比涧滑組低，；与单纯的激光喷丸組相比复合组试样增加了固体润滑剂，并且复合组试样在进行激光喷丸处理时，有了二硫化箱固体润滑剂对冲一击波进行定程度的缓冲，激光喷丸造成的铅合金基体材料从喷丸凹坑溢出现象减弱，对材料粗趟度的不利影响也随之减弱，所Ｗ初始阶段复合组的摩擦系数要低于喷丸组。一润滑组摩擦系数小于钻孔组，说明固体润滑处理可Ｗ在定程度上降低摩擦系数，，但润滑组的摩擦系数仍然远高于对照组说明固体淘滑的减摩效果不如微钻孔的増摩效果，这导致经过固体润滑和微钻孔处理过的润滑组试样摩擦系数高于对照组试样。－：９可Ｗ直观对比各组试样在稳定阶段的摩擦系数稳定阶段摩擦系数从图４，４９ 第四章铅合金摩擦试验钻孔组＞涧滑组＞对照组＞复合组＞喷丸组，在摩擦稳定阶段，钻孔组摩擦系。数最大，喷丸组最小Ｗ对照组的摩擦系数作为参考值的话，钻孔组和润滑组大于参考值，钻孔组和润滑组相比对照组的共同处理，喷丸组和复合组小于参考值过程是微钻孔，喷丸组和复合组相比对照组的共同处理过程是激光喷丸，所Ｗ可Ｗ认为微钻孔处理不利于降低摩擦系数，激光喷丸处理有利于降低摩擦系数。稳定阶段摩擦系致０．６「－０．５－０．４吗－Ｓ。．３Ｈｍｍｍ。．：Ｉｎ，１１，ａ．■，国，对照坦钻孔组赛九沮润滑组复舍组图４－９各组试样稳定阶段摩擦系数润滑组摩擦系数小于钻孔组一，说明固体润滑处理可Ｗ在定程度上降低摩擦系数，但涧滑组的摩擦系数仍然远高于对照组，说明固体润滑的减摩效果不如微一钻孔的增摩效果，这点从复合组的摩擦系数高于喷丸组也可Ｗ分析得到。－图４１０集中对比了各组试样在摩擦初始阶段和稳定阶段的摩擦系数。从图一致中可Ｗ看出，体现了，对照组试样在初始阶段和稳定阶段摩擦系数基本保持。铅合金材料与钢在干摩擦条件下的摩擦性能除了对照组之外，其他各组的摩擦系数在初始阶段均高于稳定阶段，说明微钻孔处理，激光喷丸处理、微钻孔涧滑，处理Ｗ及复合处理均对初始阶段材料的粗趟度有不利影响，提高了摩擦阻力增大了摩擦系数。喷丸组经过激光喷丸处理的试样在稳定阶段摩擦系数最小，但是初始阶段和稳定阶段摩擦系数差别最大，说明激光喷丸处理能有效降低稳定阶段的摩擦系数，但是同时要注意其摩擦初始阶段存在较大摩擦系数的摩擦过程，在工程应用一中可Ｗ考虑在激光喷丸处理之后对材料进行定的打磨、抛光处理，Ｗ避免初期阶段较大的摩擦系数。５０ 山东大学硕－上学位论文综合比较本论支设计的各姐试样的摩擦系数，可Ｗ认为；如果单纯从降化摩擦系数方面考虑的话，在本论文试验条件下，激光喷丸处理或者复合处理（微钻孔、固体润滑、激光喷丸）可Ｗ实现在稳定阶段的减摩要求。各阶段麾擦系数０．７ｒ０．６０－．６Ｉ１－０．５＂Ｉ，０．４６—、０．４：０晰「．巧■Ｉ、巧：－００－１７．１７Ｉｒ．２０］１５。．．．．■．．．．：Ｉ．ＥＩ—，ＬＪＪ［．．，ＬＬ．．．．１Ｉ对照组钻孔组巧丸组巧滑组复台？组画初始阶段因稳定阶段４－图１０各阶段摩擦系数对比４．３．３磨损量和磨损率磨损量是被磨试样在摩擦过程中所损失的重量，通过分析磨损量数据可Ｗ直接地得到材料的磨损情况。本试验通过记录试样在摩擔试验前的重量Ｗ和摩擦＝－试验后的重量眠，然后根据公式ＡＷＷＷｉ２计算得到锅合金试样在摩擦过程中损失的重量。摩擦试验过程中磨损量很微小，为了准确获得铅合金试样的磨损量，减少外部杂质的影响，在摩擦前和摩擦后的称重环节，将试样放在无水乙醇中用，然后用吹风机干燥超声波清洗五分钟，之后进行称重。磨损率是指被磨试样损失的体积与摩擦功的比值，即单位摩擦功试样磨损的４－体积，其单位为计算时根据式１）进行。（Ａ二．Ｆ．－而Ｌ４１ｐ（）ｌ（）－式４：！，各参数含义如下：（冲Ａ磨损率ＡＷ平均磨损重量片材料密度Ｆ摩擦载荷５１ 第四章铅合金摩擦试验Ｌ摩擦距离３２．７ｃｍ１０Ｎ，在本试验中，锅合金试样密度为ｇ／，摩擦载荷为摩擦距离根据往复式摩擦试验机的振幅（５ｍｍ）、频率（ｌＯＨｚ）和摩擦时间（５ｍｉｎ）计算得到。经过计算，摩擦距离为６０ｍ。４－５；摩擦试验各组试样的磨损数据见表，表中各字母代表的含义如下Ｗ／摩擦试验前试样的重量听摩擦试验后试样的重量ＡＷ摩擦过程中试样的磨损量之承各组试样摩擦过程中的平均磨损量＾各组试样的磨损率表４－５各组试样磨损量和磨损率Ａ试样Ｗ，ｌＷ２／ＡＷ／ｉ。芭ｇｇＷｇ盛、１８９．７１７６８９．７１０８０．００６８对照组２８９．７１０８８９．０．００３４０．７０７１０．００３７０００５５３８９．７０７１８９．７０１００，００６１４８９．７２６１８９．７２２６０．００３５钻孔组５８９．７２２６８９．７２０３０，００２３０．００２８０．００１７３．６８９．．７２０３８９７１７６０．００２７７８９５３８９．７０４２０．００１１．７０喷丸组８０．０００６０．０００３７９９０．１６１２９０．１６０５０．０００７１０８９．７１３９８９．７１１７０．００２２润滑组ＩＩ０．００１００．０００６２１２８９．７１１７８９．７１０９０．０００８１３８９．复合组．７０４４８９．７０２８０．００１６００００５０．０００３１１４＼５为了减小偶然因素的影响，本次试验采取了多次测量取平均值的方法来减小试验误差。例如，试样摩擦试验前，，对试样称重Ｈ次取其平均值作为摩擦试验＝前的重量摩擦试验后对试样再次称重次，取其平均值作为摩擦试验后试样的重量Ｗ２，逐样可化昏效地减小在称重环节产生的误差。在具体的试验操作５２ 山东大学硕止学位论文过程中我们发现，喷丸组、润滑组和复合組试样的单次磨损量很微小，称重时容（易产生相对值较大的误差，为了减小称重过程产生的误差，我们采取了两次喷丸组７、８号试样１３、１４、１５号试；润滑组１０、１１号试样）或者Ｈ次（润滑组样）摩擦试验前后合并称重，然后根据利用磨损量除对应的摩擦次数，计算其单次摩擦的磨损量。本次摩擦试验共进行了对照组，、钻孔组、喷丸组、润滑组和复合组五组试验一组试验分别对Ｈ个试样进行了摩擦性能测试每。摩擦试验结束之后分别计算出兰次试验的磨损量ＡＷ，取其平均值作为该组试验的平均磨损量，记为之承，这样可减小摩擦试验时偶然因素的影响，进而可减小试验误差。通过分析比较磨损量文矿和磨损率＾可Ｗ得到不同处理方式得到的侣合金试样的耐磨性能。为了直观地比较各组试样的磨损量和磨损率－５，根据表４的数据制作了图４－１＞＞＞１，。通过比较可Ｗ发现，磨损量由大到小的排序是对照组钻孔组润滑组喷丸组＞复合组，对照组的磨损情况最严重，喷丸组和复合组的磨损情况最轻微，一其磨损量约为对照组的十分之。，在本论文所设计的五组试验中，对照组侣合金试样的磨损情况最严重这可Ｗ作为钢球与铅合金试样滑动干摩擦的一个基本参照值。钻孔组试样的磨损量仅次于对照组，高于其他Ｈ组，这是由于微钻孔处理的试样表面形成了微钻孔阵列，这些微孔可Ｗ捕获在摩擦过程中产生的磨屑，减轻磨粒磨损，所Ｗ钻孔組磨损量低于对照组；微钻孔处理使得材料表面的粗横度大大提高，加剧了磨损情况，所Ｗ钻孔组的磨损量高于润滑组、喷丸组和复合组。涧滑组的磨损量低于微钻孔组，这是由于润滑组相对于钻孔组増加了二硫化二硫一，，铅固体润滑剂，化钥在摩擦过程中起到了定润滑作用降低了摩擦系数减小了磨损量，沒说明润滑组的二硫；润滑组的磨损量仍然高于喷丸组和复合组化钢颗粒减磨效果仍然有限，润滑组试样表面的微盲孔导致的表面粗趟度增加仍然对磨损量有很大的不利影响。喷丸组和复合组的磨损量非常接近，并且磨损相对其他姐很轻微。这两组试验的共同点是试样均经过了激光喷丸处理，在本章４．３．１节的分析中，我们已经发现，激光喷丸处理将材料的表面硬度提商了２１％，硬度的提高有利于増强材料一的耐磨性能，同时激光喷丸处理也能在材料表面引入定的微凹坑织构，可Ｗ捕５３ 第四章铅合念摩據试验获摩擦过程中产生的磨屑，减轻磨粒磨损，所Ｗ在这两方面因素的共同作用下，喷丸组和复合组的磨损量最小。通过直接对比对照组和喷丸组（喷丸组比对照组多进行了激光喷丸处理），或者对比润滑组和复合组（复合组比润滑组多进行了激光喷丸处理），可更加直接的体现出激光喷丸处理的减磨效应。磨损量６０５５「５０－石〇４０－Ｓ３０－共較ｇ２０－１０１０－６５‘￣ＰＩ．■ＩＩ■■Ｉ■圓Ｉ０ＩＩ１ＩＩＩ对照沮钻孔祖喷丸狙消滑沮夏合组（ａ）磨损量磨损率４０．０ｒ３５－．０蟲己－３。．。１Ｉ２５－ｎ．０Ｉ－２０－０７Ｉ１．３＜－１５．０ｆｎ化。＿義６．２ＩＩ．Ｎ．ａ．鬥．＾．对照组钻孔组巧丸纽消滑組复含组ｂ）磨损率（４－國１１各组试样磨损憎况４．３．４磨痕形貌一摩擦试验进行时，参与摩擦的对磨部件将发生定的磨损。摩擦试验完成后，通过研究和分析磨痕数据可Ｗ直观地比较试样的耐磨性能。在本论文的摩擦试验中一二，摩擦副材料之是经过了各组处理方式得到的锅合金试样，摩擦副材料之是在锅合金试样表面进行往复摩擦试验的钢球，。在接下的的磨痕形貌分析时将５斗 山东大学硕±学位论文二－对者表面因摩擦产生的磨痕进行分析。图４１２是摩擦试验结束之后，利用显微镜拍摄的五种处理方式的铅合金试样表面和对磨钢球表面的磨痕图像。ａ（）对照组试样磨痕化）对照组钢球磨斑圓国Ｃ沾孔组试样磨痕（ｄ）钻孔组钢球磨斑（）麵（ｅ喷丸组试样磨痕（ｆ）喷丸组钢球磨斑）圍国涧滑组试样磨痕〇１涧滑组钢球磨斑（ｇ））５５ 第四章铅合金摩擦试验圓画１复合组试样磨痕Ｑ复合组钢球磨巧（）４－图１２各组摩擦试验磨痕形貌－ａ各组试样表面的磨痕如图４１２中（、（Ｃ）、ｅ）、（）、（ｉ）所示，各图放大倍数）（ｇ相同，五张图中磨痕的实际长度都为１０ｍｍ，等于摩擦试验化钢球往复运动的行程。对照组试样表面的磨痕比其他各组要深，并且磨痕宽度波动较大，说明对照一组摩擦时材料表面磨损比较严重。钻孔组磨痕比较宽，但是相对浅些，这是由一于摩擦过程中为凹坑对磨屑起到了定的捕获作用，降低了磨屑对铅合金基体的舉削作用。喷丸组磨痕宽度比对照组和钻孔组小，这是由于激光喷丸处理提島了铅合金基体的硬度，增强了基体的耐磨性。搁滑组和复合组磨痕宽度较大且沿滑动方向磨痕边缘较为平齐，这说明二硫化巧固体涧滑剂起到了较好的润滑效果，钢球在摩擦时，往复运动较为平顺，所化磨痕边缘比较平齐；这两组的磨痕深度相对其他各组比较浅，说明送两组试样的微钻孔处理方式也起到了捕获磨屑，降低磨削舉削材料表面的作用。－１２通过观察图４中（ｂ）、（ｄ）、、（ｈ、（钢球磨斑可Ｗ发现，磨斑形状大致的）ｊ），而不是呈圆形呈矩形，这主要是由于钢球硬度与铅合金基体硬度差别较大，钢球磨损非常轻微，，钢球上的磨斑主要是摩擦过程中粘附到钢球表面的铅该磨斑可＾心较好的体现铅合金试样表面的磨痕宽度信息。摩擦试验完成之后，利用显微－镜对各组磨斑的周长和面积进行了测量和统计，各项相关数据见表４６所示。４－６ｍ表钢球磨斑数据单位：ｎ对照组钻孔组喷丸组涧滑组复合组周长６０４１５４７０巧２８３７８０面积２２６２３２１２００４２９４１８５９９０９２０７８２１１２０６Ｗ４２５６ 山东大学硕王学位论文为了更加直观地比较各组试验钢球的磨斑数据－６，根据表４的数据制作了图一４－１３。分析磨斑数据表和数据图可Ｗ发现，磨斑周长和磨斑面积具有较好的致＞＞性，根据磨斑周长和磨斑面积的大小排序结果相同，均为对照组复合润滑组＞＞组，对照组磨斑最大钻孔组喷丸组，喷丸组磨斑最小。其中，对照组、钻孔组、喷丸组的磨斑大小排序与它们三组试样在摩擦试验时的磨损量的排序相同（磨损量见本章４．３．３节），能够较好的体现出试样表面的磨损情况。而润滑组和复合组的磨斑排序则与它们的磨损量排序不一致，这可能是因为这两组试验与其他Ｈ组试验相比，都有添加二硫化钢固体润滑剂，二硫化箱可能在摩擦的过程中巧附到钢球表面，所Ｗ使磨斑的测量值偏大。不过，复合组的磨斑比润滑组磨一斑小，这可体现出复合组磨损情况比润滑组轻微，这点与它们两组的磨损量大小的排序一致。钢巧磨巧数据７０００２５０００００加００＇￣－］〇〇訓〇ｒＴＴ＾ｍｊＩｌ５。。。。。奮Ｉ可乐哩＊＊３〇加一＿ｒ．葦固麵朋整２０００■—＿一￣—．：為［［画ｗ＼暑１。。Ｌ」」ＪＵＪｉ散Ｌｉｄ：对巧组枯孔沮喷丸组润滑沮复含坦■周长■面积４－图１３各组试验钢球磨斑数据４．４本章小结（１）设计了侣合金试，样摩擦试验的方案，确定了摩擦试验的各项参数并对经过不同技术手段处理过的错合金试样进行了摩擦磨损试验，得到了真实可靠的试验数据。２（）通过测量和分析对照组试样和激光喷丸处理试样的布氏硬度，证实了一激光喷丸处理可Ｗ提商铅合金材料表面硬度的设想，这结果对分析激光喷丸处理可Ｗ强化铅合金材料耐磨性具有重要意义。（３）分析摩擦系数数据可［＾＾得到如下结论，对照组试样在摩擦试验的初始５７ ■第四章铅合金摩擦试验阶段摩擦系数最小，喷丸组和复合组试样在稳定阶段的摩擦系数最小；对侣合金材料进行微钻化处理将大大提高其干摩擦时的摩擦系数：在试样表面涂布二硫化钢固体涧滑剂可起到涧滑作用，降低摩擦系数。（４）通过对磨损量和磨损率的分析可Ｗ得知，对照组的磨损量最大，复合组的磨损量最小，，激光喷丸处理和固体润滑处理均能有效提高符料的耐磨性能减小磨损量。（５）分析摩擦试验结束之后铅合金试样表面留下的磨痕和钢球表面留下的＞，可１，对照组试样的磨痕最深且磨痕泣缘凹凸较严重，磨斑１＾得到如下结论涧滑组和复合组试样表面的磨痕深度较浅且磨痕边缘较为平齐。磨斑的周长和面积数一据与磨痕特征具有较好的致性。各组试样的磨痕形貌能够较好的体现它们各自的磨损量情况。（６）综合分析本章摩擦试验得到的各项数据，可！＾得到Ｗ下结论；激光喷丸处理和复合处理（微钻孔、激光喷丸、固体润滑Ｈ者结合）可Ｗ降低铅合金材料的干摩擦系数，提高其耐磨损性能。５８ 山东大学硕±学位论文第五章４５＃钢摩擦磨损性能的研究５．１引言钢铁材料被广泛应用在机械设备中，在使用过程中，常常因为摩擦引起的磨损导致零件报废，设备失效，所Ｗ研究增强其摩擦磨损性，造成较大的经济损失能的技术方法具有重要意义。本章选择４５＃钢作为试验材料，利用激光喷丸纳米颗粒植入技术，将固体涧滑材料二硫化绍植入到材料表面一，提高其摩擦性能。本章的研究成果可Ｗ进步证明激光喷丸纳米颗粒植入在强化碳钢摩擦磨损性能领域的有效性。５．２研究方案为了研究激光喷丸在４５＃钢表面植入纳米二硫化泪颗粒对其摩擦性能的影响，首先按照摩擦试验机的夹持标准，利用线切割将４５＃钢板切割成７ｍｍｘ７ｍｍｘｌ５ｍｍ方柱销试样，然后利用磨床将试样端面磨平，方柱销试样如５－图１所示。接下来将方柱销试样被分为两组；（１）对照组，４５＃钢不进行特别处理，直接进行干摩擦试验；一（２）喷丸组，４５＃钢表面覆盖层二硫化铅薄膜，然后进行激光喷丸处理，在其表面植入纳米颗粒，然后进行摩擦试验。爵；’麵．膽；Ｖ，．ｔ．＊；Ｉ四Ｌ—．吧５－图１方柱销５９ 第五章４５＃钢摩擦磨损性能的研究利用销对盘摩擦磨损试验机测试对照组和喷丸组两组试样的摩擦磨损性能。摩擦试验完成后，综合分析试验过程中的摩擦系数、磨损量、磨损率和磨痕形－２貌等数据和特征，得出研究结论。研究方案的流程简图如图５所示。’丸品品歡对４煽摩擦磨撮性能影贿的研巧／４５ｍｍ二硫化巧ｙ／／Ｉ摩＞戸ｙ愤錐备ｉ为艳销ＴＯＴＩ￣￣￣１￣４＇；：［摩療系敎磨损率磨痕醒Ｉ—￣圓—￣—ｒ＼Ｉ齡分析１ｒ＇ａＳＢａｆｉ？ａｅａｅＪＪＩｔ摩！ｉ綴磨攝Ｓ性ｆｔ能心图５－２研究流程简图５．３材料准备本次试验采用的钢铁材料是４５＃钢，其初始硬度值约为１４０ＨＶ（０．３ｋｇｆ，保６０ 山东大学硕±学位论丈压１０ｓ）。为了能安装到摩擦试验机的卡盘上，，Ｗ便进行摩擦试验利用线切割－将钢板切割成１５ｍｍｘ７ｍｍｘ７ｍｉｎ的方柱销图５１，参与，如所示。摩擦试验时摩擦的部位是方柱销７ｍｍｘ７ｉｎｍ的端面。切割完成之后，利用磨床将方柱销端＝面磨平，磨床处理之后的方柱销端面粗鶴度私０．８＾１１１１。在摩擦试验时，与方柱销对磨的下试环为内径３８ｍｍ，外径５４ｍｍ，厚度１０ｍｍ－，３５＃钢的空私金属环如图５所示。下巧环是经过浑火处理的４，其硬度值为＝４４￣４６ＨＲＣｍ，表面粗糖０ｉ。度Ｒａ．４｜ｃｍ／？１隱图５－３下试环固体润滑材料使用的是平均粒度４０ｎｍ的二３－２硫化钥，其具体参数见表所示。在试验之前，利用无水乙醇作为分散剂，将二硫化销制成悬浮液，然后均匀涂在磨床处理之后的方柱销端面一二。无水乙醇挥发之后，便在钢表面形成了层硫化領固体润滑薄膜，利用千分尺测量二硫化箱膜厚为３０ｉｍ。＾二硫化钥薄膜制备完成么后，利用厚度为３〇ｎｍ的铅链覆盖包裹二硫化巧薄膜一二硫化。错箱主要有两个作用：第，在激光喷丸处理之前，保护钢薄膜不受物理损伤；第二，在激光喷丸处理时作为吸收层，提高冲击效果，并保护二硫化钢免收激光热效应的影响。５．４激光喷丸纳米颗粒植入５．４．１激光喷丸技术方案激光喷丸纳米颗粒植入试验采用Ｎｄ；ＹＡＧ激光器，利用包裹方柱销端面的侣絕作为吸收层，首先将方柱销试样固定在水，利用纯净水作为约束层。试验时，然后将水槽固定到工作台上，槽中，通过移动工作台带动水槽和试样移动，实５－现激光光斑作用在试样表面的不同区域。激光喷丸技术参数如表１所示，激光６１ 第五章４５＃钢摩擦磨损性能的研究７ｍｍｘ７ｍｍ５－４所示束在方柱销端面的移动方案如图。５－表１激光喷丸参数激光能量激光波长脉冲时间光斑直径冲击次数吸收层约束层４００ｍＪ１０６４ｎｍ１０ｎｓ０．５ｍｍ１次铅滔纯净水５００ｉｍＪ７００＾ｍ．ｂ．．Ｑ－Ｑｆ０占占谷ＱＯ獅。｜卻ＬＯＯＯＯＯＯＯＯ０爭ｅｅｅｅｅｅｅｅｅｅ一互？巧巧图５－４激光喷丸路径示意图５．２．４激光曠丸处理效果－激光喷丸处理之后，利用ＳＥＭ观察得到的铅链吸收层被烧蚀的情况如图５５所不。ａｙ；；帮１Ｊ纖图５－５铅泡吸收层烧蚀情况，去除铅箱吸收层激光喷丸纳米颗粒植入完成之后，然后将处理之后的方柱销试样放在无水乙醇中，在超声波清洗仪上清洗五分钟。清洗完成之后，利用６２ 山东大学硕－±学位论文－ＳＥＭ－观察４５＃钢表面二硫化巧的沉积情况，如图５６所示。从图５６可Ｗ看出，没有被激光光斑作用到的区域，二硫化铅颗粒已经在超声波清洗过程中脱离基体表面，被激光光斑作用到的区域，二硫化箱在超声波清洗过程中没有脱离基体表一，起３ａｍ。面已经牢固地与基体结合在，沉积的二硫化钢厚度大约为｜與１图５－６激光喷丸纳义颗粒植入处理后二硫化巧在基体表面沉积情况５５．摩擦试验４５＃－钢摩擦试验的试验设备是ＭＭＷ１Ａ型立式万能摩擦磨损试验机。摩擦试验的摩擦副形式为销对盘，载荷为１００Ｎ，转速为２００转／分，试验时间为５分－钟，详细的摩擦试验参数见表５２所示。为了减少偶然因素对试验准确性的影响，每组试样都独立重复进行Ｈ次试验。表５－２摩擦试验参数摩擦方式主轴运动主轴转速摩擦载荷摩擦时问下试环材料销对盘旋转式２００ｒ／ｍｉｎ１００Ｎ５分钟禅火巧片钢５．６试验结果及分析摩擦试验结束之后，通过综合比较摩擦系数、磨损量、磨损率、磨痕形貌等数据和特征得到对照组和喷丸组试样的摩擦磨损性能。５．６．１摩擦系数摩擦系数是表征材料摩擦性能的重要参数，本次摩擦试验中，摩擦试验机６３ 第五章４５＃钢摩擦磨损巧能的研究全程实时采集和记录摩擦系数－。对照组和喷丸组的摩擦系数时间曲线图分别如－－图５７和图５８所示。ｎｍ庫《￥拓－时间曲＆ＯＬ１ｉｊ’…ｉｒｊ了ｉＩｉ＾＾ｉｉ—，，；；．二：．］。化ｆ０—＊－．：？ｆｊｅ．—■————————？？？———：—■——■—■…．■———ｔｏｅｉ１；ｃ！；；巧的ｄ；０巧．８巧．６巧．？１１９．２１巧！巧．８ｅｏｅ．ｅ２６６２２９９巧巧（＞ｗ图５－７对照组摩擦系数图分析图５－７可Ｗ发趋现，对照组试样的摩擦系数呈现先増大，然后稳定的。势在摩擦开始阶段，摩擦系数大约为０．２，在随后的约六十秒内，摩擦系数从０．２逐渐化６５左右Ｈ百秒０．６的增大到，从第六十秒到第，摩擦系数基本稳定在高位。这是因为在摩擦初始阶段，试样表面的较为光滑，粗趟度较小，所Ｗ摩擦系数较小。随着摩擦试验的进行，试样表面发生磨损，摩擦阻，导致粗糖度増大力随之上升已经被严重磨损，，所Ｗ摩擦系数也同步增大。六十巧么后，试样表面试样和下试环对磨件之间剧烈摩擦，进入严重磨损阶段，摩擦系数基本稳定在０．６的高位。－图５８是喷丸组摩擦系数图，分析可Ｗ发现，在初始阶段，摩擦系数大约为０．１２，在随后的六十秒内，摩擦系数从０．１２逐渐增大到０．３左右。第六十秒至第Ｈ百秒，摩擦系数基本稳定在０．３左右，但在二百五十巧Ｗ后，摩擦系数有缓慢增大的趋势。喷丸组摩擦系数的变化特点可Ｗ由下列分析解释：摩擦初始阶段，方销试样一二硫化表面较为光滑，并且激光喷丸在试样表面植入了层铅固体润滑颗粒，所Ｗ此时摩擦系数较小；随着摩擦的进行，材料表面的二硫化钢被逐渐消耗，摩擦６４ 山东大学硕上学位论文靡擦巧巧－時巧曲巧Ｉ１００．！＇——…１．胸ｔｒ．。觀Ｊ…———Ｔｉ！。脚一！—化视—．＂………一－￣￣…——＂ｉ一４－＾Ｈ４＾Ｔｉ．！－—１－化跑ＧＳＪＵ＾Ｔ！Ｉ厂？０．．￣￣一ｉＪ——．．．一ｋ－－．Ｓ８Ｃ！．。，巧‘。．一．孤■八＇！？ｊ０———ｄｄｏ０巧８货．＆９９４ｔ巧２ｉ巧：花．￥￡０８６２巧４２６６．２巧８啸弓（＊？，）图５－８喷丸组摩擦系数图系数随之缓慢增大；在第六十巧至第二百五十秒，二硫化钢固体润滑剂逐渐消耗，同时，表面纳米植入的二硫化钢也逐渐从表面微凹坑释放出来，修复破裂的二硫化巧润滑薄膜，此时，固体润滑剂的消耗和释放大致呈现平衡状态，所Ｗ摩二百五Ｈ百，擦系数也保持相对稳定，随；第十秒至第砂着摩擦试验的继续进行试样表面微凹坑中储存的固体涧滑剂逐渐减少，二硫化巧的消耗开始大于微凹坑所能提供和补充的数量，固体润滑薄膜的破裂和修复的平衡过程开始被打破，固一体润滑效果逐渐削弱，所Ｗ在摩擦的最后阶段，摩擦系数有进步增大的趋势。５－７和图５－８对比图，可Ｗ发现，在Ｈ百秒的摩擦试验过程中，在相同的摩，擦阶段喷丸组的摩擦系数都比对照组小，这说明，激光喷丸纳米颗粒植入有效降低了摩擦系数，强化了４５＃钢的摩擦性能。５．６．２磨损量和磨损率摩擦试验前将试样和下试环放在无水艺醇中利用超声清洗仪清洗五分钟，彻底清洗油污和杂质，然后用吹风机将试样表面残留的己醇吹干，利用精密电子天平分别称量试样和下试环的磨损前重量，记为祈。摩擦试验之后，利用同样的方法清洗试样和下试环，并称量其磨损后重量，记为听。磨损前后的重量差即为试样和下试环在摩擦过程中的磨损量，，记为ＡＷ。为了减少偶然因素的影响６５ 第五章４５＃钢摩擦磨损性能的研究每组试验分别独立进行Ｈ次，Ｈ次试验的平均磨损量作为该组的磨损量数据，记为而。３ｃｍ在本次试验中，４５＃钢密度为７．８５／１００Ｎ。ｇ，摩擦载荷为根据摩擦试验时试样的旋转半径（２３ｍｍ）、转速（２００ｒ／ｍｉｎ）和摩擦时间（５ｍｉｎ），可Ｗ计－算得到摩擦距离为１４４．５ｍ。根据公式（４１）计算得到各组试样的磨损率，记为－３？＾。方柱销和下试环的磨损量、磨损率数据见表５所示。表５－３试样磨损量和磨损率Ａ－６（ｘ］〇）试；样试样组别ｗ，／ｇＷ２／ｇＡＷ／ｇＡＷ／ｇ他。，编可ｍｍＮＴＴｉＹ（）１５５２６４９５００３１．５．．对照组２５．５４８５．５２４０．０２４０１．０２８２３．４２３５．５５２５．５２２０．０３０柱４５．５１９５．５１４０．００５心ｂ销喷丸组５５．５４６５．５４１０．００５０．００６２６．４５６５．５４７５．巧９０．００８１８４．３４３３８４．；３３８６０．００４７对照组２８２５６２８２／７５０．００４３．２０．２．７巧０００４６８下Ｉ３８４．．０４３８８４．０３％０００５２试＾４８４．５５５４８４．５５％０．００１８喷丸组５８３．３４０５８３．巧９１０．００１４０．００１８７．９３６８４．８０３２４．８０１１０２８．００１为了直观分析比较不同处理方式得到的试样的磨损量－３，根据表５的数据制－作了试样磨损量对比图，如图５９所示。磨摄量对比图３０ｒ２８２５－■。２０Ｉ？’甲！？Ｕ－田闻喔１０．登－－日ｙ－．墜互１－８！方柱巧下试环ｈ对照祖圓巧九沮｜Ｉ图５－９磨损量对比图６６ 山东大学硕±学位论文５－９可Ｗ从图看出，喷丸组试样的磨损量大大低于对照组。两组试验中方柱销的磨损量对比更加明显，喷丸组方柱销的磨损量大约仅为对照组的２１．５％送，是由于经过激光喷丸纳米颗粒植入处理之后，试样表面的硬度提商，同时表面植入了二硫化铅固体润滑颗粒，二硫化铅在摩擦过程中起到了良好的润滑作用，所喷丸组方柱销磨损量大大降低。喷丸组试样磨损量低于对照组，说明激光喷丸植入纳米颗粒可有效提高材料的耐磨性能。下试环不如方柱销的磨损量降低程度大，，送说明激光喷丸植入纳米颗粒提高材料耐磨性能是在激光喷丸和固体润滑两者共同作用下实现的。激光喷丸可Ｗ提高材料表面硬度，并在材料表面引用有益的残余压应力，可Ｗ提高＾材料的抗疲劳磨损的性能，固体润滑则可１有（＾效降低试样的摩擦阻力，并能防止相互摩擦的两个表面直接接触发生咬合，两者都对材料耐磨性能的提高有积极影响。５．．６３磨痕形编摩擦试验结束之后，利用ＳＥＭ观察试样表面的磨痕形貌，便于深入分析磨－－损类型和摩擦机理，对照组和喷丸组方柱销的磨痕形貌分别如图５１０和图５１１所示。讚Ｐ觀ｌｉ＾ｌｉｊ巧巧赏缓；沾５－图１０对照组方柱销磨痕化貌５－０从图１可Ｗ看出，，方柱销表面磨损严重表面有大量的磨粒，很深的舉沟和大量裂纹。这说明，在摩擦过程中，对照组试样的磨损类型Ｗ磨粒磨损和疲６７ 第五章４５＃側摩擦磨损性能的研究劳磨损为主。在干摩擦过程中，材料表面接触区域在垂直载荷和水平摩擦剪切力的共同作用下，，逐渐产生裂纹随着摩擦的进行，裂纹不断扩展，最后断裂，裂纹Ｗ上的材料便断裂剥落下来，形成磨粒。在接下来的摩擦过程中，这些剥落下一，划伤和舉削摩擦表面，进步损伤试样表面来的磨粒将起到磨料的作用。ｉｉｉｉｌ图５－ｎ喷丸組方柱销磨痕形貌５－从图１１可看出，喷丸组试样磨损情况比较轻微。摩擦试验之后，试样表面仍然比较光滑，只观察到少量的磨粒和较少的裂纹。这说明在激光喷丸植入纳米颗粒之后，在激光喷丸和固体润滑的双重作用下，有效地减弱了试样的磨损情况。这是由于，激光喷丸处理可Ｗ在提高材料表面硬度的同时，在材料表面引，能够有效提高材料的抗粘着磨损和抗疲劳磨损的性能入有益的残余压应力；而二硫化钢固体润滑颗粒则能提供良好的润滑效果，降低对磨部件的摩擦。５．７本章小结本章研究了利用激光喷丸纳米颗粒植入技术强化４５＃钢摩擦磨损性能，研究发现；（１）激光喷丸纳米颗粒植入可Ｗ有效降低摩擦系数。喷丸组试样初始摩擦系数和随后各相应阶段的摩擦系数均低于对照组，且喷丸组试样能较长的时间内保持相对稳定的低摩擦系数；（２）喷丸组试样的磨损量低于对照组。经过激光喷丸处理植入纳米颗粒的方柱销试样磨损量仅相当于对照组的２１．５％，喷丸组下试环的磨损量也低于对照６８ 山东大学硕±学位论文组，但降低的幅度不如方柱销明显；〇）分析摩擦之后试样表面的磨痕形貌可Ｗ发现，喷丸组试样表面磨粒和裂纹都少于对照组，且摩擦后表面较为光滑，磨损轻微；（４）综合比较摩擦系数、磨损量Ｗ及磨痕形貌等数据和特征，可Ｗ认为，激光喷丸纳米颗粒植入有效地起到了减磨增寿的效果。６９ Ｊ第五章４５＃钢摩擦磨损性能的研究７０ 山东大学硕±学位论文第六章结论与展望目．１结论本论文国绕利用激光喷丸纳米颗粒植入技术强化材料摩擦磨损性能这一目标，设计了对照组、钻孔组、润滑组、喷丸组和复合组五組试验，并利用往复式。摩擦试验么后球对盘摩擦磨损试验机对各组试样的摩擦磨损性能进行了测试，对试样硬度、摩擦系数、磨损量、磨损率、磨痕形貌等数据和持征进行了分析，得到了各组试样的摩擦磨损性能，为工程应用中强化铅合金的摩擦磨损性能提供了理论参考。本课题研究的主要结论如下：（１）利用短脉冲、高能量Ｎｄ：ＹＡＧ激光器对侣合金试样进行激光喷丸处理可Ｗ显著提高侣合金的表面硬度。在本课题试验条件下，激光脉冲能量为２６０ｍＪ，激光脉宽为１０ｎｓ，激光光斑直径为０．５ｍｍ，脉冲次数为２次，约束层为石英玻璃。经测试，铅合金表面的硬度提高了大约２１％；（２）钻孔组摩擦系数高于对照组，说明微钻孔处理増大了铅合金的表面粗，糖度增大了摩擦阻力，不利于在干摩擦状态下降低摩擦；０）润滑组摩擦系数小于钻孔组，说明二硫化钥颗粒在摩擦过程中起到了良好的固体润滑效果，有效降低了摩擦系数，但润滑组的摩擦系数高于对照组，说明微钻孔的增摩效应超过了二硫化巧固体润滑的减摩效应；（４）喷丸组和复合组在摩擦稳定阶段的摩擦系数最小，且都低于对照组。这是由于激光喷丸处理提高了材料的硬度，降低了摩擦表面发生粘着磨损的可能，，性降低了摩擦阻力所Ｗ摩擦系数较低；（５）对照组磨损率最高，钻孔组次之，喷丸组和复合组磨损率最低，经过９０％。激光喷丸植入纳米颗粒强化处理，铅合金试样的磨损率大约降低了钻孔组磨损率降低，这是由于微钻孔处理在铅合金表面引入了微凹坑织构，这些微凹坑在干摩擦过程中，起到了捕获磨屑，减轻磨粒磨损的效果。一、喷丸组和复合组磨损率湿著降低，这主娶是Ｗ下Ｈ方面作用的结果，第激光喷丸处理提高了错合金的表面硬度，并在铅合金表面引入有益的残余压应力，提高了铅合金粘着磨损和疲劳磨损的性能；第二、激光喷丸处理和复合处理７１ 第六章结论与展望一定的凹坑织构均在错合金表面引入了，这些微凹坑在摩擦过程中捕获表面剥落下磨屑，降低了磨屑舉削材料而引发的磨粒磨损；第Ｈ、复合组中利用激光喷丸向铅合金表面植入的纳米二硫化钥颗粒起到了良好的润滑作用，降低了磨损。（６）磨痕形貌能较好的反映磨损率，两者吻合关系较好。对照组的磨损率最大，其磨痕也比较深较宽，磨痕边缘凹凸不齐，说明摩擦过程中振动较大。喷丸组和复合组的磨损率较小，其磨痕也较浅较窄，磨痕边缘也比较平齐，说明摩，振动较小擦过程比较稳定；（７）本文还介绍了利用激光喷丸植入纳米颗粒强化４５＃钢摩擦磨损性能的试验情况，研究发现５＃，经过激光喷丸纳米颗粒植入处理，４钢的摩擦系数显著降低，磨损率降低了大约８０％。这部分研究证明了激光喷丸纳米颗粒植入技术对强化碳钢摩擦磨损性能的适应性。６．２展望（１）在目前的研究中＞１及，对激光喷丸处理得到的铅合金试样的表面硬度１＾摩擦磨损等性能进行了测试和研究，但对于侣合金受到激光喷化处理之后微观组织结构的变化情况研究不够深入，在今后的研究中可综合利用ＸＲＤ、ＳＥＭ、ＴＥＭ等试验设备研究其微观组织结构的变化Ｗ及表面残余应力的分布情况，Ｗ便于更好的研究其强化机理。２二（）在本课题的研究中，研究了激光喷丸植入硫化铅纳米颗粒对锅合金材料摩擦磨损性能的影响，但没有很深入的研究激光喷丸纳米植入之后，二硫化钢与铅合金基体材料的界面情况和结合方式，在今后的研究中可Ｗ更加深入的对二硫化巧和错合金的界面情况进行研究。（３）本论文研究了钻扎密度１０％，钻孔直径０．３ｍｍ，钻孔深度０．１５ｍｍ的微钻孔处理方案对材料摩擦性能的影响，为了更加全面的研究不同参数的微钻孔处理对材料摩擦磨损性能的影响，今后可Ｗ设计不同钻孔密度、钻孔直径和钻孔深度的研究方案。７２ 山东大学硕±学位论文参考文献—１２２００７．１世纪的先进制造激光技术与工程，：，．［］左铁剣［Ｍ］北京科学出版社［２］张安峰，朱刚贤，周志敏等．Ｃ〇２激光、Ｎｄ：ＹＡＧ激光巧准分子激光烙敷特性的比较［Ｊ］．２００８６－：１４１８．金属热处理，，３ＭｅＭＭｍｎ—ｉｅｒＭｅｒｌｄｅｉｎＰｉｔｚａｎｄｃｈｎｏａｎｅａａｎｄｅｗａｏｆ．Ｇ．．．Ｌａｓ巧ｆｏｒｉｌｏｉｄｔｈ［］ｇ，，ｇ化ｇｙｙｍｅｎｎｒ？１５ｉｍｌｅｔａｔｉｏＪ．ＪｏｕｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＰｒｏｃｅｓｓｉｎｅｃｈｎｏｌｏ２００４１：３１１．ｐ［，，］ｇＴｇｙＡＤｕｂｒｍａｃｈ￣￣４．Ｄ．ｅＶ．Ｙａｄａｖａ．ＬａｓｅｂｉｎｉｎＡｒｅｖｉｅｗ？Ｉ打ｔｅｍａｔｉｏ打ａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆ［］ｙ，ｅａｍｇ口］－－ＭａｃｈｉｎｅＴｏｏ４８：．ｌｓａｎｄＭａｎｕｆａｃｔｕｒｅ２００８６６０９６２８，，（）５季忠，刘初，孙胜．激光冲击成形研究进展［Ｊ］．激光与光电子学硏究进展２０１０，６：［］，８？２２．［６］郑超．激光冲击微成形工艺数值模拟及其实验研究［Ｄ］．山东大学博±学位论文，２０１１．＊７－方鸣岗？？激光与红化２００６３６１２１１３６１１３８．［］短脉冲激光及应用［Ｊ］，（）：［８］ＬｉａｎｇＬｕ，ＴｉｎｇＨｕａｎｇ，ＭｉｎｌｉｎＺｈｏｎｇ．ＷＣｎａｎｏ－ｐａｒｔｉｃｌｅｓｕｒｆａｃｅｉｎｊｅｃｔｉｏｎｖｉａｌａｓｅｒｓｈｏｃｋｐｅｅｎｉｎｇｏｎｔｏ５Ａ０６ａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙ［Ｊ］．Ｓｕｒｆａｃｅ及ＣｏａｔｉｎｇｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１２，２０６：４５２５－４５３０．９ＧａｉｙＪ．ＣｈｅｎＤｏｎｌｉｎＳｅｒｅＳｕｓｌｏｖＣｈａｎＹｅＹｉｌｉａｎｉａｏＣ？民ｉｃｈａｒｄＬｉｕ．Ｌａｓｅｒ［］ｇ，ｇ，ｇｙ，ｇ，ｇＬ，ａｓ－ｒｓｉｓｔｅｄｅｍｂｅｄｄｉｎｏｆｎａｎｏａｒｔｉｃｌｅｓｉｎｔｏｍｅｔａｌｌｉｃｍａｔｅｒｉａｌｓＪ．ＡｌｉｅｄＳｕｆａｃｅＳｃｉｅｎｃｅｇｐ［］ｐｐ，２０２５８－１２：２２８９２２９６．，［１０］Ｃ．Ｓ．Ｍｏｎｔｒｏｓｓ，Ｔ．Ｗｅｉ，Ｌ．Ｙｅ，Ｌａｓ巧ｓｈｏｃｋｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇａｎｄｉｔｓｅｆｅｃｔｓｏｎｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｍｅｔａｌａｌｌｏｙｓ：ａｒｅｖｉｅｗ［Ｊ］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＦａｔｉｇｕｅ，２００２，２４：？１０２１１０％．［Ｕ］姜翔潇．轟碳钢丝切丸的研究［Ｄ］．山东大学硕±学位论文，２０１１．１２化建钩．［］，周建忠，张兴权，倪敏雄金属板料的机械喷丸成形与激光喷丸成形技术［订２００６－电加工与模具，，１：４８．ＭＹＢ１３．Ｐ．Ｓｅａｌ．ＧｕｏＳｕｆａｃｅｉｎｔｅｉｔａｎｄｓｍｅｃｈａｉｃｓｏｆｌａｓｒｓｈｏｃｋｅｅｎｉｎｏｆ［］ｙ，．．ｒｇｒｙｐｒｏｃｅｓｎｅｐｇｅ－ｎｏｖｌｂｉｏｄｅｒａｄａｂｌｅｍａｎｅｓｉｕｍｃａｌｃｉｕｍａｌｌｏｒｎａｌｔｈｅＭｅｃｈｉｌ艮ｅｈｉｏｒｏｆｇｇｙ．ＪｏｕｏｆａｎｃａａｖＢｉｏｍｅ出ｃａｌＭａｔｅｒｉａｌｓ，２０１０，义ＲＬ￣１４Ｌ．Ｈａｃｋｅｌ．Ｃｈｅｒｔ．Ｌｅｒｅｅｎｉｎｏｃｉｎｔｏｏｌ化ｓｔｒｅｎｔｈｅｎｍｅｔａｌｓｏｒａｌｌｏｓ化［］，ａｓｐｇａｐｒｅ巧ｇｇｙ－ｉｒｏｖｅｆａｔｉｕｅｌｉｆｅｔｉｅａｎｄｒｅｔａｒｄｓｔｒｅｓｓｉｎｄｕｃｅｄｃｏｒｒｏｓｉｏ打ｃｒａｃｋｉｎＲＬａＳｃｉｅｎｃｅｍｍｇ：ｓｅｒｐｇ［］ａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏ２００３．ｇｙ，７３ 参考文献－ＴｌｉａｖｄＦｂｍａｎ．Ｌａｓｅｉｆｏｆｆａｔｉｆｉ山．１５ＲｉｃｈａｒｄＤｅｎａａＤｉ．Ｌａｒｅｅｎ打ｒｒｅｖｅｎｔｉｏｎｏｕｅａｒｅｓ口［］ｇ，ｐｇｐｇ］Ｔｈｅ－ＡＭＰＴＩＡＣｕａｒｔｅｒｌ００３，７２：３７．Ｑｙ，２（）１６机械工程手册Ｍ．［］、电机工程手册编辑委员会．机械工程手册机械设计基础卷（第二版）［］北京：机械工业出版社，１９９７．［１７］周仲荣．摩擦学发展前沿Ｍ］．北京：科学出版社２００６．［，［１巧湿诗铸，黄平．摩擦学原理（第四版）［Ｍ］．北京：清华大学出版社，２０１２．．ｔｏｒｔｒｌＰｒｏｆｅｉＬｉｍｉｔ１９ＤｏｗｓｏｎＤＨｉｓｏｆｉｂｏｏｇＭ．ＵＫ：ｓｓｉｏｎａｌＥｎｉｎｅｅｒｉｎＰｕｂｌｉ纯ｎｅｄ，［］ｙｙ［］ｇｇｇ１９９８．［２０］刘家竣．材料磨损原理及其耐磨性［Ｍ］．北京：清华大学出版社，１９９３．［２１］王海斗，徐滨±，刘家竣．固体涧滑膜层技术与应用［Ｍ］．北京：国防工业出版社，２００９．ｕ－２２ＬｉａｎＴｉｎｉｃｌｉｉｌａｓｅｒｈｏ［］ＨｕａｎＭｉｎｌｉｎＺｈｏｎ．ＷＣｎａｎｏａｒｔｅｓｕｒｆａｃｅｉｎｅｃｔｏｎｖａｓｃｋｇＬ，ｇｇ，ｇｐｊｅｅｎｉｏｎｔｏ５Ａ０６ａｌｉｎｕｍａｌｌｏｒｆｌｉｌ２０１２２０６ｐｎｇｕｍｙ口］？Ｓｕａｃｅ皮ＣｏａｎｇｓＴｅｃｈｎｏｏｇｙ，，：４５２５－４巧０．［２３］呂亮，黃婷，钟敏霖．铅合金表面激光沖击纳米ＷＣ颗粒注入强化研究［Ｊ］？中国激光，－２０１１％ｙ２．：８８９４，）２４ｅｎＹａｎＷｅｎｎＺｈｏｎ－［Ｓ，ｉｎＬｉｕ，Ｍｉｎｌｉ．ＩｎｓｉｔｕＴｉＣｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｍｏｓｉｔｅｃｏａｔｉｎｒｏｄｕｃｅｄ］ｇｊｇｐｇｐｂｙｐｏｗｄｅｒｆｅｅｄｉｎｇｌａｓｅｒｃｌａｄｄｉｎｇ阴？ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００６，４：５１９－５２５．２５－Ｈａ－［］Ｗａｎｉｄｏｕ，ＸｕＢｉ打ｓｈｉＬｉｕｅｔａｌ．Ｍｏｌｂｄｅ打ｕｒｎｄｉｓｕｌＳｄｅｃｏａｔｉｎｄｅｏｓｉｔｅｄｂｇ，ｙｇｐｙｈｂｒｉｄ－ｒｆｏｔｒｅａｔｍｅｎｔａｎｄｉｔｓｆｒｉｃｔｉｏｎｒｅｄｕｃｔｉｏｎｅｒｍａｎｃｅ口］？Ｓｕｒｆａｃｅ＆ＣｏａｔｉｎｓＴｅｃｈｎｏｌｏ，ｙｐｇｇｙ２００７２０－１１５６７１９６７２２，（）；，２６－－－Ｈａ－ＷａｎｉｄｏｕＸｕＢｉ打ｓｈｉＬｉｕ？Ｈａｉｍｅｔａｌｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎａｎｄｔｉｆｒｉｃｔｉｏｎ０打ｔｈｅｓｏｌｉｄ［］ｇ，，ｊ，．ＣａｎｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎＭ０Ｓ２ｆｉｌｍｒｅａｒｅｄｂｃｈｅｍｉｃａｌｒｅａｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｉｕｅＪ．Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｐｐｙｑ［］ｏｆ－ＡｄｖａｎｃｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓ，２００５５：３５，６５５３９．（）２７Ｌ－ｉＦｅｉＺｈｅｎｉａｎＺｈａｎＸｉｎｈｕａＹＡＮＧＪｕｎｅｔａｌ．Ｖａｃｕｕｍｔｒｉｂｏｌｏｉｃａｌｒｏｅｒｔｉｅｓｏｆ［］，Ｑ，ｇｇ＾，ｇｐｐＦＡ－ｅ３ｌ／ＷＳ２Ｃ〇ｍｏｓｉ化ｓＪ，Ｔｒｉｂｏｌｏ２０１４２：１４６１５２．ｐ［］ｇｙ，，－－－２８Ｃｈｅｎ九３１１１－ＸｕＴａｏｗｅｎ１１；１１ＬｉＨｏｎｘｕａｎＺｈｏｕＨｕｉｄｉＬｉｕＨｕｉＴｒｉｂｏｌｏｉｃａｌｂｅｈａｖｉｏｒｓ［］，ｇ，，．，ｇ－ｒｒｅｎｔ化ｒｏｆｈｄｒｏｅｎａｔｅｄｄｉａｍｏｎｄｌｉｋｅｃａｂｏｎｆｉｌｍｓｉｎ（ｄｉｆｅｓｔｉｎｅｎｖｉｏｎｍｅｎｔｓＪ．ｙｇｇ［］ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆＮｏｎｆｅｒｒｏｕｓＭｅｔａｌｓＳｏｃｉｅｔｏｆＣｈｉｎａ，２００４，２１：３４１．ｙＺＨＥＮ－ＩＹＡＮＧｎ２９ＪｉｎＬＩＦ－＊ｍｋｉ，ｅｉＺＨＵＳｈｅｎＡＯＺｈｕｈｕＪ．ＴｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆＴｉｏ［］ｇ，ｇｙｕ，Ｑ，ｕｎｎ－－ｔｈｅｍｅｃｈａ－ｉｃａｌａｎｄｔｒｉｂｏｌｏｇｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｎｉｃｋｅｌｂａｓｅｄｈｉｇｈｔｅｍｅｒａｔｕｒｅｓｅｌｆｌｕｂｒｉｃａｔｉｎｇｐ－ｃｏｍｉｔｅｓ．Ｔｒｉｂｏｌ２０１４５８６ｏｓｏ，：５５９Ｌｐ阴ｇｙ，７４ 山东大学硕女学位论文ｎ－ｈａｏＦｒｉｒ［３０ＭＯ化帖雌ＣＨＥＮＬｏＺＨＵＭｉｎ．ｃｔｉｏ打ａｎ过ｗｅａｒｏｅｒｔｉｅｓｏｆＷＣ／Ｃｓｏｌｉｄ］，ｇ，ｐｐ－ｉｌｉｌｕｂｒｃａｎｔｃｏａｔｉｎｇＪ．ＪｏｕｒｎａｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＥｎｎｅｅｒｉｎ２００８８：１３１６．［］ｇｇ，，３１ＬｉｉＸｉｕｚｈｏｕＺｈｕＭｉｎｈａｏＣｈｅｎＧｕａｎｘ．ｈ］ｊｉｏｎＺｈａｎＷｅ化ｕａＺｈｏｕＺｈｏｎｒｏｎＲｅｓｅａｒｃ［，，ｇｇ，ｇ，ｇｇｒｏｇｒｅ巧ｅｓｏ打ｆｒｉｃｔｉｏｎａｎｄｗｅａｒｏｆａｎｔｏｒａｈ／ｃｏｎｔａｃｔｗｉｒｅｓｓｔｅｍｉ打ｈｉｈｓｅｅｄｅｌｅｃｔｒｉｆｉｅｄｐｐｇｐｙｇｐｒ－ａｉｌｗ■！］．ＬｕｂｒｉｃａｔｉｏｎＥｎｉｎｅｅｒｉｎ２００７２：１８０１８４．巧ｇｇ，，［［３２］董霖，陈光雄，朱晏吴，周仲荣．地铁钢铅复合式第Ｓ轨／受电靴载流摩擦磨损特性研究阴２００７７４－２７８？摩擦学学报义２．，，［３３］林修洲，朱曼莫，陈光雄，张卫华，周仲荣．高速电气化钦路弓／网系统的摩擦磨损研２００７３２２－究进展．：１８０１８３．［Ｊ］涧滑与密封，，（）口４ＹａｎＺｈｉｆｅｎ，ＣｈａｉＸｉｎｗａｎ，ＳｈｅｎＳｈｅｎｌｏｎ，ＣｈｅｎＤｏｎｈ山，Ｗａｎｈｉｉｎ，ＭａＹｕｎｈａｉ．］ｇｇｇｇｇｇｇＺｑＴｒｉｂｏｌｏｅｃｅｎ．ｃｇｉｃａｌｒｏｐｒｔｉｅｓｏｆｃｙｌｉｎａｓｉｎｓｉｓｓｈｅｌｌｃｕｔｉｃＩｅＪＴｒａｎｓａｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅＣｈｉｎｅｓｅｐ［］Ｓｏｃ－ｉｅｔｏｆＡｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＭａｃｈｉｎｅｒ，２０１２，ＳＩ：３３９３４３．ｙｇｙ［３５］杨肖，张志辉，王金田，张宝玉，王亮，常芳，任露泉．仿生制动盘表面温度场与应力－场的计算机模拟阴．机械工程学报２０１２１７：１２１１２７．，，－ｄｕｔｒｉｍ３６ＺＨＡＮＧＹａｎＨＵＡＮＧＨｅＲＥＮＬｕｕａｎｂｉｔ［．Ｄｒａｒｅｃｉｏｎｅｘｅｅｎｔｏｆｏｎｉｃｅｘｃａｖａｏｒ］，，ｑｇｐｆ－ｂｕｃｋｅｔＪｉＴ１２１ｔｅｅ化？ＪｏｕｒｎａｌｏｉｌｉｎＵｎｉｖｅｒｓｔｙ：ＥｎａｎｄｅｃｈｎｏｌＥｄ２０ｓ１：２６１３０．阴ｇ，，－－－ａｎ３７ＳＵＮＮａＺＨＯＵＨｏ打ＳＨＡＮＨｏｎＩ巧ａｏＲＥＮＬｕｕａｎ．Ｗｅａｒｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆ［］，ｇ，ｇｙｕ，Ｌｙ，ｑｔｈ－ｃｏｍａｃｔｒａｈｉｔｅｃａｓｔｉｒｏｎｗｉｂｉｏｍｉｍｅｔｉｃｎｏｎｓｍｏｏｔｈｓｕｒｆａｃｅｓｒｏｃｅｓｓｅｄｂｌａｓｅｒ［Ｊ］．ｐｇｐｐｙＴ－ＪｏｕｒｎａｌｏｆＪｉｌｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔ：Ｅｎａｎｄｅｃｈｎｏｌ巨ｄ．２００９５：１１５７１１６１．ｙｇ，［３糾任露泉梁云虹．．親合仿生学［Ｍ］．北京：科学出版化２０１２．３９ＹＢ．Ｇｕｏ民Ｃａｓｌａｍ．Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏ打ａｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆｍｉｃｒｏｄｅｎｔａｒｒａｓｒｏｄｕｃｅｄｂ［］．．，ｙｐｙｌｅｅｎ－－ａｓｅｒｓｈｏｃｋｉｎｏｎｔｉｔａｎｉｕｍＴｉ６Ａ１４ＶｓｕｒｆａｃｅｓａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＰｒｏｃｅｓｓｉｎｐｇ口］．ＪｏｕｒｎｇＴｅｃｈｎｏ１１－ｌｏ２０１２１：７２９７３６．ｇｙ，，［４０］ＫａｎｇｍｄＬｉ，ＺｈｅｎｑｉａｎｇＹａｏ，Ｙｏ打ｇｘｉａｎｇＨｕ，Ｗｅｉｂｉ打Ｇｕ．Ｆｒｉｃｔｉｏｎａｎｄｗｅａｒｐｅｒｆｏｍｉａｎｃｅｏｆｎｌｉｌａｓｅｒｐｅｅｎｔｅｘｔｕｒｅｄｓｕｒｆａｃｅｕｎｄｅｒｓｔａｒｖｅｄｌｕｂｒｉｃａｔｉｏ［Ｊ］．ＴｒｉｂｏｏｇｙＩｎｔｅｒｎａｔｏｎａｌ，２０１４，７７：９７－１０５．４ａｎｍｅｉＬｉ，ＹｏｎｘｉａｎＨｕ，ＺｈｅｎｉａｎＹａｏ．Ｅｘｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｏｆ扣ｉｃｒｏ出ｍｌｅ［。Ｋｇｇｇｑｇｐｙｐｆａｂｒｉｃａｔｉｏ打ｂａｓｅｄｏｎｌａｓｅｒｓｈｏｃｋｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ口］．Ｏｐｔｉｃｓ＆ＬａｓｅｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１３，４８：２－２２５１６．［４２胡天昌，胡丽天下奇．４５＃钢表面激光织构化及其干摩擦特性研究的．摩擦学学报，］，２０－１０３０１：４６５２．，（）［４３］连峰，张会臣，糜连云．Ｔ记Ａ１４Ｖ表面激光织构化及其干摩擦特性研究阴．涧潛与密封，７５ 参考文献２０－１１９１５．，：４４ｋＹ．Ｇ．Ｒ．ＫｌｉｅｒｍａｎＩＥｔｓｉＡ．Ｓｈｉｎｋ．Ｅｒｉｍｅｔｌｉｎｖｅｓｔｉａｔｉｏｎｏｆａｒｔｉａｌｌａｓｅｒ［］ｙ，ｇｏｎ，ａｒｅｎｋｏｘｐｅｎａ，ｇｐｕｒｆａ－Ｊｓｃｅｔｅｘｔｕｒｉｎｇｆｏｒｐｉｓｔｏｎｒｉｎｇｆｒｉｃｔｉｏｎｒｅｄｕｃｔｉｏｎ［］，ＴｒｉｂｏｌｏｇｙＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ，２００７，４８（４）：５８３－５８８．徐进．４５．固体润滑涂层抗微动磨损研究［Ｄ］西南交通大学博±论文２００３．［］，［４６］Ｍ．Ｋｕｔｓｕｎａ，Ｈ．Ｉｎｏｕｅｌ，Ｋ．Ｓａｉｔｏ，ａｎｄＫ．Ａｍａｎｏ．ＩｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆｆａｔｉｇｕｅｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｆｒｉｃｔｉｏｎｅｎｅｒｇｌｏｓｓｏｆｍａｃｈｉｎｅｒａｒｔｓｂｉｎｄｉｒｅｃｔｌａｓｅｒｅｅｎｉｎＪ，ＷｅｌｄｉｎｉｎｔｈｅＷｏｒｌｄ２００９ｙｙｐｙｐｇ［］ｇ，，巧ＳＰＥＣ－ＩＡＬＩＳＳＵ；８９９４．（巧４７Ｌ．ＲａｏｏｒｔＡ．ＭｏｓｈｋｏｖｉｃｈＶ．ＰｅｒｆｉｌｅｖＩＬａｓｋｅｒＧ．ＨａｌｅｒｉｎＦｒｉｃｔｉｏｎａｎｄｗｅａｒｏｆ［］ｐｐ，，ｙ，，ｐ，ｐ．Ｍ０Ｓ２ｆｉｌｍｓｏｎｌａｓｅｒｔｅｘｔｕｒｅｄｓｔｅｅｌｓｕｒｆａｃｅｓ…？Ｓｕｒｆａｃｅ＆Ｃｏａｔｉｎ拱Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００８，２０２：料３２－巧４０．［４８］ＦｒｉｅｄｒｉｃｈＢｉｅｉｃｈｅｒ，ＣｈｒｉｓｔｏｐｈＬｅｃｈｎｅｒ，ＣｈｒｉｓｔｏｐｈＨａｂｅｒｓｏｈｎ，Ｅｍ巧Ｋｏｚｅｓｃｈｎ化，ＢｅａｔｒｉｘＡｄｊａｓｓｏｈｏ，ＨｅｉｎｚＫａｍｉｎｓｋｉ．Ｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｓｕｒｆａｃｅｍｏｄｉ巧ｃａｔｉｏｎｕｓｉ打ｇｍａｃｈｉ打ｅｈａｍｍｅｒ－ｎ－ｅｅｎｉ化ｃｈｎｏｌｏＪＰＡｎｎａｌｓｆａｃｔｕｒｉｅｃｈｎｏｌｏ２０１２６１ｎ］？口ＲＭａｎｕ：３Ｗ３７８．ｐｇ，，ｇｙ［ｇＴｇｙ［４９ＦｒｉｅｄｒｉｃｈＢｉｅｉｃｈｅｒ，ＣｈｒｉｓｔｏｈＬｅｃｈｎｅｒ，ｈｒｉｓｔｏｈＨａｂｅｒｓｏｈｎ，ＭａｒｔｉｎＯｂｅｒｍａｉｒ，Ｆｒａｎｚ］ｐＣｐＨｅｉｎｄｌＭａｎｅｌＲｏｄｒｉｕｅｚＲｉｏＵ．Ｉｍｒｏｖｉｎｔｈｅｔｒｉｂｏｌｏｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｏｏｌａｎｄ，ｇｐｐｇｇ－ｍｏｕｌｄｓｕｒｆａｃｅｓｂｙｍａｃｈｉｎｅｈａｍｍｅｒｅｅｎｉｎ［Ｊ．ＣＩＲＰＡｎｎａｌｓＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｅｃｈｎｏｌｏ，ｐｇ］ｇＴｇｙ２０－１３６２：２３９２４２．，口０］Ｍ．民ｏｄｒｉｇｕｅｚＲｉｐｏｌｌ，Ｆ．Ｈｅｉｎｄｌ，Ｃ．Ｌｅｃｈｎｅｒ，Ｃ．Ｈａｂｅｒｓｏｈｎ，Ｍ．Ｊｅ沈，Ｆ．Ｂｌｅｉｃｈｅｒ．Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇｗｅａｒｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｓｕｒｆａｃｅｓｕｓｉｎｇｔｈｅｍａｃｈｉｎｅｈａｍｍｅｒｐｅｅｎｉｎｇ－Ｍ－ｌ：ｅｃｈｎｉ．ＴｒｉｂｏｌｏｇｙａｔｅｒｉａｌｓＳｕｒｆａｃｅｓ＆Ｉ打ｔｅｒｆａｃ１４８２１２６．ｑｕｅ口］，ｅｓ，２０，ｙ）：［５Ｕ朱文辉，李志勇，周光泉等．约束帮面黑漆涂层对激光冲击波的影响［Ｊ］．强激光与絳？子柬１９９７，９３：４５８４６２．，（）－－．５ｂｉｏＧｏｎｚａｌｅｚ＾ＧＧ．Ｏｃａｎａ．ＭｏｌｄｅｒａＰｏＭ［巧艮ｕ．ｐｍｅｚＲｏｓａｓＪＬ．ＣｅｃｅｒｅｓＡ．ＢａｎｓＪ．ｔｔｏ，，＾ｐ，，Ｍｏｒａｌｅｓ．Ｅｆｅｃｔｏｆａｎａｂｓｏｒｂｅｎｔｏｖｅｒｌａｙ０打化ｅｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓｆｉｅｌｄｉｎｄｕｃｅｄｂｙｌａｓｅｒｓｈｏｃｋｐｒｏｃｅｓｓｉｎｏｎａｌｕｍｉｎｕｍｓａｍｌｅｓ．ＡｌｉｅｄＳｕｒｆａｃｅＳｃｉｅｎｃｅ２００６２５２：６２０＾６２０５．ｇｐｐ］ｐｐ，，５３李志勇周光泉等．［］朱文辉．实验研究有机玻璃约柬层对激光冲击波的影响阴中国，，７２４？：Ｈ８１２２．激光，１９９，（巧［５４］张永振等．材料的千摩擦学（第二版）［Ｍ］．北京：科学出版社，２０１２．ＸｕｅＷｅｎｂ－５５ＴｉａｎＨｕａｉｎＬｉＸｉｉｒｉ巧ａｌ＂Ｔｒｉｂｏｌｏｉｃａｌｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｍｉｃｒｏａｃｏｘｉｄａｔｉｏｎ［］＾，ｊｇｐｒｃｏａｔｉｎｇｓｏｎ１５巧Ｃｐ／２０２４ａｌｕｍｉｎｕｍｍａｔｒｉｘｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ化ｅＣｈｉ打ｅｓｅＣｅｒａｍｉｃＳｏ－ｃｉｅｔ２００８３６５：６３６６４１．ｙ，，（）７６ 山东大学硕±学位论文口巧ＣｈｅｎｇＤｅｎｇ，ＭｉｎｇＬｉｕ，ＰａｌＭｏｌｉａｎ．Ｎａｎｏ出ａｍｏｎｄｏｗｄｅｒｃｏｍｐａｃｔｉｏｎｖｉａｌａｓｅｒｐｓｈｏｃｋｗａｖｅｓ：Ｅ邱ｅｒｉｍｅｎｔｓａｎｄｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓ＂］．ＰｏｗｄｅｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１３，２３９：－４６％．Ｆ－［５７民．ＦａｂｂｒｏＪ．ｏｕｒｎｉｅｒＰ．Ｂａｌｌａｒｄ巧ａｌ．Ｐｈｓｉｃａｌｓｔｕｄｏｆｌａｓｅｒｒｏｄｕｃｅｄｌａｓｍａｉｎ］，，，，ｙｙｐｐｆｉｎｕ？ｃｏｎｅｄｅｏｍｅｔｒ？ＪｏｒｎａｌｏｆＡｌｉｅｄＰｈｓｉｃｓ１９９０６８：７７５７８４．ｇｙ…ｐｐｙ，，５ｉａｎＸｉａｏｍｉｎ，ＪｉａｎＹｉｎｆａｎ．Ｌａｓｅｒｅｅｎｉｎｉｎｔｅｎｓｉｔｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆ７０５０ａｌｕｍｉｎｕｍ［巧Ｑｇｇｇｐｇｙ－ａｌｌｏＪＥｎｉｎｅｅｒｉｎ２０１２４１３？化ｆｒａｒｅｄａｎｄＬａｓ巧：６６０６６４．ｙ［］ｇｇ，，（）［５９］张兴权，周建忠，王广龙，张永康．激光喷丸技术及其应用饥．制造业自动化，２００５，２７２６－２８１０．（）：［６０］裴玲玲．布巧硬度测量方法研究［巧．上海大学硕±论文，２００８．７７ 参考文献７８ 山东大学硕±学位论文致谢本文是在季忠教授的悉也指导下完成的。季若师在研究选题、方案确定、试验开展Ｗ及论文写作等方面给予了许多宝贵的意见和建议。季老师高尚的个人品德、严谨求实的科研作风、敏锐的学术涧察力、丰富的实践经验、兢兢业业的工＞１及对事业执着追求的进取精神作态度，都给作者留下了深刻的印象。感谢季老１＾师在Ｈ年的学习过程中给予的悉也指导和对生活的关必照顾。在此，谨向学识渊博！、和猜可亲的季老师致Ｗ崇商的敬意和衷也的感谢山东大学包装工程研究巧的领导和老师为作者的科硏和生活提供了良好的学术氛围和优越的学习条件，感谢张国强所长、刘初副教授、王個刚副教授、宿庆財副教授、王文娟老师、张国芳老师和崔继强工程师在学习、生活和试验中给予的有力指导和热倩帮助！感谢济南益华摩擦学测试研究所肖华总经理、李迎梅工程师，山东大学信息科学与工程学院孙渝明老师，中航工业北京航空制造工程研究所车志刚博±，山东大学材料学院高学平老师、刘相法老师在试验和检测上的支持和帮助！感谢课题组的师兄师姐郑超、傅杰、朱云虎、李鹏、李雅洁，师弟师妹生培瑶、王建峰、赵倩和同窗好友王世照在科研和生活中给我的帮助！．感谢包装工程研究所的车宪香师姐、申利发师兄、李玉金师姐、杨旭彪同学，一感谢你们让我在包装工程的大家庭度过了幸福充实的每天！５１１７５３０１５１２０５２３２、感谢国家自然科学基金（，）山东省自然科学基金（ＺＲ２０１１ＥＥＭ０１６）、教育部高等学校博±学科点专项科研基金（２０１１０１３１１１００３９）的资助。感谢羽毛球小组球友的王永刚、冯乐、刘晓傑、贾胜凯、刘洋、李沛沛，感一一工作之余陪我！谢你们在科研起打球，起锻炼感谢研究生期间的好友王萍、关祥丰、王恩兆、张振鹏、刘成林、宗然、马群双、翁飞、房冉冉、仲崇凯，是你们使我的生活充满了色彩！，祝愿你们前程似锦感谢父母多年Ｗ来对我的关爱和培养，你们为我的求学之路付出了巨大的也血一，直在精神和物质上默默地给予我鼓励和支持，你们博大无私的爱是我竖持！信念追求梦想的强大精神动力，祝愿父母身体健康最后！，感谢所有教导、关也和帮助过我的师长、同学和朋友７９ 致谢８０ 学位论义评巧及答辩巧巧表专业技术是否总体评价航立Ｓｍ务硕导Ｘ杜忠友ＡＡ东学张国强副諸＾／］蓋材桃基盖程学院阅人专业技术是否姓名二１Ｓ￡所在单位职务硕导狂忠友教授是山东建筑大学计算机学院张国强副教授是山东大学材料科学与工程学院Ｓ５刘初副教授否山东大学材料科学与工程学院委委员宿庆财副教授是山东大学材料科学与工程学院会成——员一＾＾员答辩委员会对论答辩化。ＡＩ化单牵。怖Ｌ２巧，…？。，文Ａ答＾曰期‘义的总体评价※ＩＩＩ［Ｉ备注＂＂＂＂＂＂“＂？Ｘ优秀为ＡＢ合格为Ｃ合格为Ｄ。；良好为；；不
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