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《湖北工业大学》 2018年
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基于润湿性机制的陶瓷刀具激光表面改性

肖晨光  
【摘要】:陶瓷刀具的快速磨损制约着制造业的发展,高性能的表面微织构能够提高陶瓷刀具的磨损性能。基于固体表面的润湿性机制,研究陶瓷刀具表面的润湿性能与织构表面结构的关系来减少刀具的磨损是一种可行的方法。因此,本文针对激光加工工艺参数对陶瓷刀具表面微织构的影响规律,以及表面微织构对陶瓷刀具润湿性能的影响这两大核心问题开展了研究。具体工作如下:首先研究了飞秒激光加工陶瓷刀具材料的损伤阈值,为选择激光加工参数提供依据。然后使用不同的激光参数加工陶瓷刀具材料,研究激光加工参数对表面微结构的影响规律,根据这些规律进一步的优化参数,并且加工出所需的表面微结构,进行润湿性实验。研究了无序结构,凹坑结构和槽形结构对表面润湿性的影响规律。实验结果表明:(1)激光处理后的陶瓷材料表面的接触角与润湿速度具有指数关系,可以用接触角来表征润湿速度,为衡量水基切削液对陶瓷刀具的润湿性提供了一种方法。使用较高的光斑重合度和较大的单脉冲能量制备的无序刀具表面具有较好的亲水性能。(2)经过激光加工得到的圆形凹坑结构和凹槽结构表面的润湿性规律符合Wenzel模型。经过保温处理后,会降低材料的表面应力,从而降低表面能,使接触角增加。对于圆形凹坑结构,面积占有率在15%~30%的范围内,深径比?不变时,表面织构的面积率越大,表面亲水性更强;面积率不变时,提高深径比?能减小表面接触角。凹坑的面积占有率约为15%,深度大于20μm时,Sialon陶瓷刀具表面具有良好的润湿性能。(3)对于槽形结构,并且凹槽的中心距为100μm时,此时接触角与凹槽的宽度变化不明显;凹槽的宽度为38μm,深度h为12μm,凸台从30μm~100μm变化时,接触角逐渐增大;凹槽的间距为100μm,凹槽的深度h从5μm~30μm变化时,接触角逐渐减小。综合实验结果,得出具有良好润湿性的凹槽结构宽度应小于30μm,间距约为70μm,凹槽的深度大于20μm。
【学位授予单位】:湖北工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TG711;TN249

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【参考文献】
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