关键词：
硬质合金
微织构
流体动压润滑
飞秒激光
石墨烯
协同减摩
摘要：
为改善切削刀具的摩擦磨损状态、提升切削性能、减少黏结现象及抑制刀具的快速磨损,本文以YG6硬质合金为研究对象,结合了表面织构化技术与固体润滑方法,对硬质合金表面减摩抗磨性能进行了深入研究。
首先,本文构建了正方形织构和工字形、X字形、H字形三种具有不同沟槽角度的复合型微织构,基于流体动压润滑原理,利用仿真软件对所设计织构的形貌、深度及排布方式进行模拟,通过分析织构的流体动压润滑压力分布状态,获取了最佳的织构形貌及几何参数,为微织构制备与摩擦试验提供依据。仿真结果表明:与无织构光滑面相比,微织构的存在可以产生流体动压润滑效应,提高表面承载力;当织构形貌为X字形、面织构深度为7.5μm、排布方式为平行排列时,具有最佳的流体动压润滑效应。
然后,使用了飞秒激光加工贴有聚酰亚胺膜的硬质合金表面,通过改变激光功率、扫描速度、重复频率,研究了不同激光加工参数对线性沟槽微织构形貌质量的影响,得到了最佳的激光加工参数。当激光功率为600m W、扫描速度为5mm/s和重复频率为10k Hz时,不仅能有效提高加工效率,而且获得较好的加工沟槽深度、底面与侧面平整度。
其次,在油润滑条件下,剖析了织构形貌、几何参数及排布方式对材料表面摩擦性能的影响,结果表明:平行排布且织构深度为7.5μm的X字形微织构具有最小摩擦系数与磨损量,其减摩效果最佳,摩擦系数为0.148,相比于无织构表面,最大降低了26%,该结果验证了仿真模拟的准确可靠性。
最后,探究了0.5wt.%、1wt.%、1.5wt.%和2wt.%这四种不同石墨烯浓度协同微织构的减摩效应。研究表明:在石墨烯混合油润滑下,其摩擦系数与磨损量相比于油润滑条件下明显减小,且随着石墨烯浓度的增加,摩擦系数与磨损量持续降低。当石墨烯浓度为0.5wt.%时,其结论趋势与油润滑相同,即X字形摩擦系数与磨损量最小,摩擦系数为0.133,此时石墨烯作用较小,织构形貌减摩润滑占主导作用;而石墨烯浓度大于0.5wt.%时,此时摩擦系数持续降低,磨损量也相应减少,织构不再起主要作用,石墨烯的润滑效果起主导效应。当石墨烯浓度到达2wt.%时,摩擦系数最低最小可达0.08。
图[49]表[10]参[106]
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