CN104228150B - 铟镁内凹微晶复合层表面织构 - Google Patents
铟镁内凹微晶复合层表面织构 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种铟镁内凹微晶复合层表面织构,所述的铟镁内凹微晶复合层表面织构其特征在于：本发明的铟镁内凹微晶复合层表面织构是在零件设一表面材料层，表面材料层的金相组织具有含铟超过50%(Wt%)且铟和镁的总含量超过55%(Wt%)的内凹槽状或内凹通孔状微晶，内凹槽状或内凹通孔状微晶数量为表面材料层的组成晶体总数的15%以上；基体材料可为其它成份和其它形状金相组织，零件表面材料层和基体材料成为一体，形成铟镁内凹微晶复合层；在具有铟镁内凹微晶复合层的零件表面加工表面织构，表面织构由许多表面织构单元组成，形成铟镁内凹微晶复合层表面织构。
Description
技术领域
本发明涉及铟镁内凹微晶复合层表面织构。
背景技术
摩擦磨损是机械和汽车等产品失效的主要原因之一，大约80%的机械零部件失效是由于各种形式的磨损引起的，由于机械零部件失效带来经济损失达到几十亿元。
表面织构,是指在相互连接接触机械零件的摩擦副表面通过一定的加工技术加工出具有一定尺寸和排列的凹坑、凹痕等微织构图案点阵。国内广大科技工作者和工程师经过多年艰辛的努力，表面织构技术已经取得明显进步，然而，还没能取得实际广泛应用。因此，研究铟镁内凹微晶复合层表面织构具有重要的应用价值和实用意义。
发明内容
本发明的任务是提供一种铟镁内凹微晶复合层表面织构，本发明的任务是通过如下技术方案来实现的:本发明的铟镁内凹微晶复合层表面织构是在零件设一表面材料层，表面材料层的金相组织具有含铟超过50%(Wt%)且铟和镁的总含量超过55%(Wt%)的内凹槽状或内凹通孔状微晶，内凹槽状或内凹通孔状微晶数量为表面材料层的组成晶体总数的15%以上；基体材料可为其它成份和其它形状金相组织，零件表面材料层和基体材料成为一体，形成铟镁内凹微晶复合层；在具有铟镁内凹微晶复合层的零件表面加工表面织构，表面织构由许多表面织构单元组成，形成铟镁内凹微晶复合层表面织构。
所述的铟镁内凹微晶复合层表面织构的铟镁内凹微晶单元可以是圆形或椭圆形或其它形状的、内凹槽状或内凹通孔状微晶。
所述的铟镁内凹微晶复合层表面织构的铟镁内凹微晶尺寸：小于1μm，大于0.2nm。
所述的铟镁内凹微晶复合层表面织构的表面织构单元是圆形或椭圆形或其它形状表面织构单元；表面织构单元的间距大小和分布密度根据机械零件受到作用力大小及运动速度快慢进行设计；各表面织构单元尺寸：最大长度≤400μm,最大宽度≤400μm，最大深度≤50μm。
本发明者经过多年来的深入研究，发现机械零件表面发生相对运动过程中，尤其在存在微动磨损的机械零件接触表面，由铟镁内凹微晶复合层表面织构的表面材料层与圆形凹坑等形状的表面织构单元组成的铟镁内凹微晶复合层表面织构，能减少微动疲劳、微动腐蚀，所起的储油、物理化学吸附性能与能够及时使摩擦副表面形成润滑油膜、形成动压润滑的作用机理、对改善其接触表面的表面摩擦因数和摩擦力作用机理，与大都数国内外学者已见报导表面织构的性能有很大不同。铟镁内凹微晶复合层表面织构的铟镁内凹微晶的零件表面材料层能有效减少微动疲劳、微动腐蚀，提高零件接触表面抗“径向微动+扭转微动”等复合微动磨损的性能，具有保持零件表面的接触状态而明显改善其近似原位接触的复合微动磨损，能克服现有相关技术或工艺等引起接触表面引起的弛豫等微观缺陷，且同时改善接触表面的微动疲劳、微动腐蚀等性能。文献检索和专利检索结果CN101804551A的《微纳复合织构化刀具的飞秒激光制备方法》和CN2692409的《轴瓦》授权专利，本发明的内容与之明显不同。申请者本人已授权的《铟复合表面织构》(201210163776.6)、《铟复合材料表面织构》(201210163778.5)、《复合铟层表面织构》(201220236540.6)、《铟复合层表面织构》(201220236569.4)、《铟润滑表面织构》(201220236576.4)，与本发明相比较，上述专利文件都没有涉及零件的表面材料层的微观组织结构；众所周知，零件的表面材料层的性能会因微观组织结构不同而产生明显的不同，同样成份含铟材料的微观组织结构有球状、八面体状及其它形状而引起综合性能不一样，再加工表面织构，所产生的综合性能不一样；本发明通过处理，零件的表面材料层的组成晶粒具有较多的含铟超过50%(Wt%)且铟和镁的总含量超过55%(Wt%)的内凹槽状或内凹通孔状微晶晶粒，形成铟镁内凹微晶复合层，然后,在具有铟镁内凹微晶复合层的零件表面的表面加工表面织构，表面织构由许多表面织构单元组成，形成铟镁内凹微晶复合层表面织构，提升零件接触表面抗“径向微动+扭转微动”等复合微动磨损的性能，本发明与上述的对比专利文献有明显的不同，具有先进性。
与现有技术比较，本发明的铟镁内凹微晶复合层表面织构的的相关技术有重大改进：①有效减少微动疲劳、微动腐蚀：铟镁内凹微晶的零件表面材料层能有效减少微动疲劳、微动腐蚀，铟镁内凹微晶复合层表面织构的贮油结构和材质两方面都已发生重大改进；②提高零件接触表面抗“径向微动+扭转微动”等复合微动磨损的性能，具有保持零件表面的接触状态而明显改善其近似原位接触的复合微动磨损，能克服现有相关技术或工艺等引起接触表面引起的弛豫等微观缺陷，且同时改善接触表面的微动疲劳、微动腐蚀等性能；③形成油膜润滑原理重大改进：铟镁内凹微晶复合层表面织构的铟镁内凹微晶单元具有储油的性能，当铟镁内凹微晶复合层表面织构的铟镁内凹微晶单元充满润滑油，每个铟镁内凹微晶复合层表面织构的内凹微晶单元与零件的表面织构的凹坑贮油、浸润速度等浸润性能不同、形成润滑油吸附膜的性能不同，因而在机械零件相对运动时，互相配合作用，并互相激荡，润滑作用增强，促进及时形成润滑油膜，增强润滑作用；当铟镁内凹微晶复合层表面织构的铟镁内凹微晶单元部分充满润滑油，表面织构的凹坑贮油对润滑油的表面张力不同、物理吸附和化学吸附性能不同，配合作用，促进及时形成润滑油膜，明显提升了润滑性能，与普通零件表面润滑的工作原理有实质性不同；机械零件表面发生相对运动和摩擦发热时，铟镁内凹微晶复合层表面织构的晶粒由于贮油浸润性能的特殊性，与表面织构的凹坑贮油共同及时提供润滑与及时补充储油过程的热机耦合、热流耦合润滑、促进形成润滑油膜，减少摩擦磨损原理与普通表面润滑的工作原理有实质性不同；④复合的润滑形式：在机械零件的相对运动过程中，铟材料具有良好的自润滑性能、铟镁内凹微晶复合层表面织构的铟镁内凹微晶具有贮油自润滑性能、表面织构的凹坑贮油，与润滑油润滑一起形成复合的润滑形式，提升了润滑性能；结合零件表面的形状、大小、铟镁内凹微晶复合层表面织构的表面织构单元的间距和分布密度尺寸进行优化设计，具有明显改善机械零件接触表面的摩擦副的摩擦学性能，从而有效减少摩擦副的摩擦磨损；⑤吸振减摩：铟镁内凹微晶复合层表面织构的内凹形状晶粒能吸收部分振动，对存在微动磨损的机械零件具有的吸收部分振动、减少因存在润滑不充分的摩擦磨损有重要应用价值，铟镁内凹微晶复合层表面织构对存在微动磨损的机械零件接触表面具有独特的减少摩擦磨损效果功效持久，因此，本发明的铟镁内凹微晶复合层表面织构具有重要的应用价值和实用意义。
本发明的有益效果是，能长期有效减少机械零件接触表面的摩擦磨损，能有效减少微动疲劳、微动腐蚀，尤其提高零件接触表面抗“径向微动+扭转微动”等复合微动磨损的性能，使用方便，结构简单，适用性强，且应用成本适宜，适合批量生产的特点。
附图说明
图1为本发明实施例1的铟镁内凹微晶复合层表面织构的结构示意图。
图2为本发明实施例1的铟镁内凹微晶复合层表面织构的零件表面材料层铟镁内凹微晶的20万倍扫描电镜图像。
图3为本发明实施例1的图2中的铟镁内凹微晶复合层表面织构的1个铟镁内凹微晶的能谱图。
图4为本发明实施例2的铟镁内凹微晶复合层表面织构的结构示意图。
附图中，1--零件表面材料层，2—基体材料，3--圆形的表面织构单元。
具体实施方式
本发明的铟镁内凹微晶复合层表面织构是在零件设一表面材料层，表面材料层的金相组织具有含铟超过50%(Wt%)且铟和镁的总含量超过55%(Wt%)的内凹槽状或内凹通孔状微晶，内凹槽状或内凹通孔状微晶数量为表面材料层的组成晶体总数的15%以上；基体材料可为其它成份和其它形状金相组织，零件表面材料层和基体材料成为一体，形成铟镁内凹微晶复合层；在具有铟镁内凹微晶复合层的零件表面加工表面织构，表面织构由许多表面织构单元组成，形成铟镁内凹微晶复合层表面织构。
所述的铟镁内凹微晶复合层表面织构的铟镁内凹微晶单元可以是圆形或椭圆形或其它形状的、内凹槽状或内凹通孔状微晶。
所述的铟镁内凹微晶复合层表面织构的铟镁内凹微晶尺寸：小于1μm，大于0.2nm。
所述的铟镁内凹微晶复合层表面织构的表面织构单元是圆形或椭圆形或其它形状表面织构单元；表面织构单元的间距大小和分布密度根据机械零件受到作用力大小及运动速度快慢进行设计；各表面织构单元尺寸：最大长度≤400μm,最大宽度≤400μm，最大深度≤50μm。
下面结合附图实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
图1为本发明实施例1的铟镁内凹微晶复合层表面织构的结构示意图，图2为本发明实施例1的铟镁内凹微晶复合层表面织构的零件表面材料层铟镁内凹微晶的20万倍扫描电镜图像，图3为本发明实施例1的图2中的铟镁内凹微晶复合层表面织构的1个铟镁内凹微晶的能谱图。附图中，1为零件表面材料层，2为基体材料，3为圆形的表面织构单元。
本发明的铟镁内凹微晶复合层表面织构,是用AZ91D镁合金材料通过机械加工方法制成机械零件，在零件的相互接触表面进行磨削、抛光研磨、清洁、除油、除锈、清洗、干燥并立即用氩气保护，覆盖一层平整洁净的厚0.5mm、尺寸大小与零件表面相适的纯铟材料，纯铟材料与零件贴合良好、无皱折。调整好大功率脉冲激光功率和合适照射面积，用大功率脉冲激光照射零件表面0.5秒，停1秒，再用1.9倍功率的脉冲激光照射零件表面0.15秒，形成铟镁内凹微晶复合层，AZ91D镁合金材料为基体材料2。
接着,在具有铟镁内凹微晶复合层的零件表面加工表面织构，表面织构由众多圆形的表面织构3单元组成，圆形的表面织构单元3的最大直径≤350μm，最大深度≤40μm,如图1所示；圆形的表面织构单元3均匀分布，表面织构的分布密度为0.15；然后进行清洗、干燥，形成铟镁内凹微晶复合层表面织构。
铟镁内凹微晶复合层表面织构的每个铟镁内凹微晶复合层表面织构单元由具有贮油的铟镁内凹槽状或内凹通孔状晶粒组成，改进了金相组织单元的结构；铟镁内凹微晶的零件表面材料层能有效减少微动疲劳、微动腐蚀；提高零件接触表面抗“径向微动+扭转微动”等复合微动磨损的性能，具有保持零件表面的接触状态而明显改善其近似原位接触的复合微动磨损，能克服现有相关技术或工艺等引起接触表面引起的弛豫等微观缺陷，且同时改善接触表面的微动疲劳、微动腐蚀等性能，极大提升了本零件应用于微动摩擦磨损领域形成良好润滑；铟镁内凹微晶复合层表面织构改善其接触表面的表面摩擦因数，实现良好的减少摩擦磨损效果，尤其是减少微动磨损效果且功效持久。
实施例2
图1为本发明实施例1的铟镁内凹微晶复合层表面织构的结构示意图，图2为本发明实施例1的铟镁内凹微晶复合层表面织构的零件表面材料层铟镁内凹微晶的20万倍扫描电镜图像，图3为本发明实施例1的图2中的铟镁内凹微晶复合层表面织构的1个铟镁内凹微晶的能谱图，图4为本发明实施例2的铟镁内凹微晶复合层表面织构的结构示意图。
本实施例是在实施例1的基础上，只改变表面织构单元3的深度，其它的内容与实施例1相同，如图4所示，每个表面织构单元3的深度小于3μm；然后进行清洗、干燥，形成铟镁内凹微晶复合层表面织构。即:用AZ91D镁合金材料通过机械加工方法制成机械零件，在零件的相互接触表面进行磨削、抛光研磨、清洁、除油、除锈、清洗、干燥并立即用氩气保护，覆盖一层平整洁净的厚0.5mm、尺寸大小与零件表面相适的纯铟材料，纯铟材料与零件贴合良好、无皱折。调整好大功率脉冲激光功率和合适照射面积，用大功率脉冲激光照射零件表面0.5秒，停1秒，再用1.9倍功率的脉冲激光照射零件表面0.15秒，形成铟镁内凹微晶复合层；在具有铟镁内凹微晶复合层的零件表面加工表面织构，表面织构由众多圆形的表面织构单元组成，圆形的表面织构单元的最大直径≤350μm，每个表面织构单元的深度≤3μm；然后进行清洗、干燥，形成铟镁内凹微晶复合层表面织构。
本实施例改变了表面织构单元深度,提升了零件抗“径向微动+扭转微动”等复合微动磨损性能，对存在“径向微动+扭转微动”等复合微动磨损的机械零件接触表面具有独特的减少摩擦磨损效果功效持久。
Claims (6)
1.铟镁内凹微晶复合层表面织构,其特征在于:所述的铟镁内凹微晶复合层表面织构是在零件设一表面材料层，表面材料层的金相组织具有含铟超过50%(Wt%)且铟和镁的总含量超过55%(Wt%)的内凹槽状或内凹通孔状微晶，内凹槽状或内凹通孔状微晶数量为表面材料层的组成晶体总数的15%以上；基体材料或为其它成份和其它形状金相组织，零件表面材料层和基体材料成为一体，形成铟镁内凹微晶复合层；在具有铟镁内凹微晶复合层的零件表面加工表面织构，表面织构由许多表面织构单元组成，形成铟镁内凹微晶复合层表面织构。
2.根据权利要求1所述铟镁内凹微晶复合层表面织构，其特征在于：所述的铟镁内凹微晶复合层表面织构的铟镁内凹微晶单元是圆形或椭圆形的、内凹槽状或内凹通孔状微晶。
3.根据权利要求1所述铟镁内凹微晶复合层表面织构，其特征在于：所述的铟镁内凹微晶复合层表面织构的铟镁内凹微晶尺寸：小于1μm，大于0.2nm。
4.根据权利要求1所述铟镁内凹微晶复合层表面织构，其特征在于：所述的铟镁内凹微晶复合层表面织构的表面织构单元是圆形或椭圆形表面织构单元；表面织构单元的间距大小和分布密度根据机械零件受到作用力大小及运动速度快慢进行设计；各表面织构单元尺寸：最大长度≤400μm,最大宽度≤400μm，最大深度≤50μm。
5.根据权利要求1或2或3或4所述铟镁内凹微晶复合层表面织构，其特征在于,所述的铟镁内凹微晶复合层表面织构是用AZ91D镁合金材料通过机械加工方法制成机械零件，在零件的相互接触表面进行磨削、抛光研磨、清洁、除油、除锈、清洗、干燥并立即用氩气保护，覆盖一层平整洁净的厚0.5mm、尺寸大小与零件表面相适的纯铟材料，纯铟材料与零件贴合良好、无皱折;调整好大功率脉冲激光功率和合适照射面积，用大功率脉冲激光照射零件表面0.5秒，停1秒，再用1.9倍功率的脉冲激光照射零件表面0.15秒，形成铟镁内凹微晶复合层，AZ91D镁合金材料为基体材料;接着,在具有铟镁内凹微晶复合层的零件表面加工表面织构，表面织构由众多圆形的表面织构单元组成，圆形的表面织构单元的最大直径≤350μm，最大深度≤40μm,圆形的表面织构单元均匀分布，表面织构的分布密度为0.15；然后进行清洗、干燥，形成铟镁内凹微晶复合层表面织构。
6.根据权利要求1或2或3或4所述铟镁内凹微晶复合层表面织构，其特征在于,用AZ91D镁合金材料通过机械加工方法制成机械零件，在零件的相互接触表面进行磨削、抛光研磨、清洁、除油、除锈、清洗、干燥并立即用氩气保护，覆盖一层平整洁净的厚0.5mm、尺寸大小与零件表面相适的纯铟材料，纯铟材料与零件贴合良好、无皱折;调整好大功率脉冲激光功率和合适照射面积，用大功率脉冲激光照射零件表面0.5秒，停1秒，再用1.9倍功率的脉冲激光照射零件表面0.15秒，形成铟镁内凹微晶复合层；在具有铟镁内凹微晶复合层的零件表面加工表面织构，表面织构由众多圆形的表面织构单元组成，圆形的表面织构单元的最大直径≤350μm，每个表面织构单元的深度≤3μm；然后进行清洗、干燥，形成铟镁内凹微晶复合层表面织构。
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