CN104228190B - 铟铁复合球微晶复合层表面织构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了铟铁复合球微晶复合层表面织构,本发明的铟铁复合球微晶复合层表面织构是在零件设一表面材料层，表面材料层主要为含铟超过50%(？Wt%)且铟和铁的总含量超过55%(？Wt%)、由4个或更多的球状晶粒或近似球状晶粒紧密联系组成体积更大的铟铁复合球微晶单元，铟铁复合球微晶单元呈以行为单位或以列为单位近似规则密排阵列；表面材料层和基体材料成为一体，形成铟铁复合球微晶复合层；在具有铟铁复合球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，形成铟铁复合球微晶复合层表面织构。
Description
技术领域
本发明涉及铟铁复合球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，研究铟铁复合球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铁复合球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:本发明的铟铁复合球微晶复合层表面织构是在零件设一表面材料层，表面材料层具有含铟超过50%(Wt%)且铟和铁的总含量超过55%(Wt%)、由4个或更多的球状晶粒或近似球状晶粒紧密联系组成体积更大的铟铁复合球微晶单元，铟铁复合球微晶单元呈以行为单位或以列为单位近似规则密排阵列；表面材料层和基体材料成为一体，形成铟铁复合球微晶复合层；在具有铟铁复合球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，形成铟铁复合球微晶复合层表面织构。
所述的铟铁复合球微晶复合层表面织构的铟铁复合球微晶复合层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%)且铟和铁的总含量超过55%(Wt%)的铟铁复合球微晶单元，铟铁复合球微晶单元呈以行为单位或以列为单位近似规则密排阵列，基体材料可为其它成份和其它形状金相组织，表面材料层和基体材料成为一体，形成铟铁复合球微晶复合层。
所述的铟铁复合球微晶复合层表面织构的铟铁复合球微晶，由4个或更多的球状晶粒或近似球状晶粒紧密联系组成体积更大的铟铁复合球微晶单元，铟铁球状晶粒或近似球状晶粒含铟超过50%(Wt%)且铟和铁的总含量超过55%(Wt%)、球状晶粒或近似球状晶粒尺寸小于500nm，铟铁复合球微晶单元呈以行为单位或以列为单位近似规则密排阵列。
所述的铟铁复合球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，由铟铁复合球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铁复合球微晶复合层表面织构，能减少微动疲劳、微动腐蚀，尤其提高零件接触表面抗“切向微动+转动微动”等复合微动磨损的性能，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。铟铁复合球微晶复合层表面织构能有效减少微动疲劳、微动腐蚀，尤其提高零件接触表面抗“切向微动+转动微动”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复合层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；本发明是在零件设一表面材料层，表面材料层主要为含铟超过50%(Wt%)且铟和铁的总含量超过55%(Wt%)、由4个或更多的球状晶粒或近似球状晶粒紧密联系组成体积更大的球状或近似球状的复合球微晶单元，复合球微晶单元呈以行为单位或以列为单位近似规则密排阵列，形成铟铁复合球微晶复合层；然后,在具有铟铁复合球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，形成铟铁复合球微晶复合层表面织构，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，本发明的铟铁复合球微晶复合层表面织构的的相关技术有重大改进：①能有效减少微动疲劳、微动腐蚀的结构和材质两个方面重大改进：零件的表面材料层主要为含铟超过50%(Wt%)且铟和铁的总含量超过55%(Wt%)、由4个或更多的球状晶粒或近似球状晶粒紧密联系组成体积更大的球状或近似球状的复合球微晶单元，复合球微晶单元呈以行为单位或以列为单位近似规则密排阵列，和圆形表面织构凹槽组成新的结构，能有效减少微动疲劳、微动腐蚀，铟铁复合球微晶复合层表面织构的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“切向微动+转动微动”等复合微动磨损的性能，铟铁复合球微晶单元呈以行为单位或以列为单位近似规则密排阵列的受力和形变方式与普通零件表面的晶粒的受力和形变方式有实质性不同，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，铟铁复合球微晶复合层表面织构的热机耦合、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；③复合的润滑形式：在机械零件的相对运动过程中，含铟超过50%(Wt%)且铟和铁的总含量超过55%(Wt%)的铟铁合金材料具有良好的自润滑性能、铟铁复合球微晶复合层表面织构的晶粒具有自润滑性能、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、铟铁复合球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；④吸振减摩：铟铁合金材料层能吸收部分振动且耐磨；铟铁复合球微晶的2次或2次以上晶粒复合结构能吸收部分振动，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，铟铁复合球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，本发明的铟铁复合球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“切向微动+转动微动”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的铟铁复合球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的铟铁复合球微晶复合层表面织构的零件表面材料层的2万倍扫描电镜图像。
图3为本发明实施例1的铟铁复合球微晶复合层表面织构的零件表面材料层的1万倍扫描电镜图像。
图4(图4-1及图4-2)为本发明实施例1的图3中的1个铟铁复合球微晶单元的能谱图。
图5为本发明实施例2的铟铁复合球微晶复合层表面织构的结构示意图。
附图中，1--圆形的表面织构单元，2--零件表面材料层，3—基体材料。
具体实施方式
下面结合附图实施例对本发明作进一步说明。
本发明的铟铁复合球微晶复合层表面织构是在零件设一表面材料层，表面材料层具有含铟超过50%(Wt%)且铟和铁的总含量超过55%(Wt%)、由4个或更多的球状晶粒或近似球状晶粒紧密联系组成体积更大的铟铁复合球微晶单元，铟铁复合球微晶单元呈以行为单位或以列为单位近似规则密排阵列；表面材料层和基体材料成为一体，形成铟铁复合球微晶复合层；在具有铟铁复合球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，形成铟铁复合球微晶复合层表面织构。
所述的铟铁复合球微晶复合层表面织构的铟铁复合球微晶复合层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%)且铟和铁的总含量超过55%(Wt%)的铟铁复合球微晶单元，铟铁复合球微晶单元呈以行为单位或以列为单位近似规则密排阵列，基体材料可为其它成份和其它形状金相组织，表面材料层和基体材料成为一体，形成铟铁复合球微晶复合层。
所述的铟铁复合球微晶复合层表面织构的铟铁复合球微晶，由4个或更多的球状晶粒或近似球状晶粒紧密联系组成体积更大的铟铁复合球微晶单元，铟铁球状晶粒或近似球状晶粒含铟超过50%(Wt%)且铟和铁的总含量超过55%(Wt%)、球状晶粒或近似球状晶粒尺寸小于500nm，铟铁复合球微晶单元呈以行为单位或以列为单位近似规则密排阵列。
所述的铟铁复合球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。
实施例1
图1为本发明实施例1的铟铁复合球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的铟铁复合球微晶复合层表面织构的零件表面材料层的2万倍扫描电镜图像，图3为本发明实施例1的铟铁复合球微晶复合层表面织构的零件表面材料层的1万倍扫描电镜图像，图4(图4-1及图4-2)为本发明实施例1的图3中的1个铟铁复合球微晶单元的能谱图。附图中，1为圆形的表面织构单元，2为零件表面材料层，3为基体材料。
本发明的铟铁复合球微晶复合层表面织构特征在于：采用40钢材料进行低温回火，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；将一超声波发射器按一定角度和位置对准零件表面，接通电源，超声波发射器正常工作；调整好大功率脉冲激光功率束和合适照射面积，用大功率脉冲激光束照射零件表面0.2秒，隔1秒，再用同样功率的脉冲激光束照射对应零件表面0.1秒，隔1秒，再用同样功率的脉冲激光束照射对应零件表面0.1秒，形成图1、图2和图3所示的铟铁复合球微晶复合层；零件表面材料层2主要为含铟超过50%(Wt%)且铟和铁的总含量超过55%(Wt%)、由4个或更多的球状晶粒或近似球状晶粒紧密联系组成体积更大的球状或近似球状的复合球微晶单元呈以行为单位近似规则密排阵列;在具有铟铁复合球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,各圆形的表面织构单元的底部呈圆弧形或近似圆弧形，圆形的表面织构单元均匀分布，表面织构的分布密度为0.1；然后进行清洗、干燥，形成铟铁复合球微晶复合层表面织构。
铟铁复合球微晶复合层表面织构表面材料层主要由铟铁复合球微晶，改进了金相组织单元的结构，能有效减少微动疲劳、微动腐蚀；提高零件接触表面抗“切向微动+转动微动”等复合微动磨损的性能，铟铁复合球微晶单元呈以行为单位或以列为单位近似规则密排阵列的受力和形变方式与普通零件表面的晶粒的受力和形变方式有实质性不同，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；含铟超过50%(Wt%)且铟和铁的总含量超过55%(Wt%)的铟铁合金材料具有良好的自润滑性能、铟铁复合球微晶复合层表面织构的晶粒具有自润滑性能、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，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；铟铁复合球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的铟铁复合球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的铟铁复合球微晶复合层表面织构的零件表面材料层的2万倍扫描电镜图像，图3为本发明实施例1的铟铁复合球微晶复合层表面织构的零件表面材料层的1万倍扫描电镜图像，图4(图4-1及图4-2)为本发明实施例1的图3中的1个铟铁复合球微晶单元的能谱图，图5为本发明实施例2的铟铁复合球微晶复合层表面织构的结构示意图。附图中，1为圆形的表面织构单元，2为零件表面材料层，3为基体材料。
本实施例是在实施例1的基础上，只改变圆形的表面织构单元1的深度，每个圆形的表面织构单元1的深度≤3μm，其它的内容与实施例1相同，如图5所示；然后进行清洗、干燥，形成铟铁复合球微晶复合层表面织构。即:采用40钢材料进行低温回火，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；将一超声波发射器按一定角度和位置对准零件表面，接通电源，超声波发射器正常工作；调整好大功率脉冲激光功率束和合适照射面积，用大功率脉冲激光束照射零件表面0.2秒，隔1秒，再用同样功率的脉冲激光束照射对应零件表面0.1秒，隔1秒，再用同样功率的脉冲激光束照射对应零件表面0.1秒，形成铟铁复合球微晶复合层；零件表面材料层2主要为含铟超过50%(Wt%)且铟和铁的总含量超过55%(Wt%)、由4个或更多的球状晶粒或近似球状晶粒紧密联系组成体积更大的球状或近似球状的复合球微晶单元呈以行为单位近似规则密排阵列;在具有铟铁复合球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≤3μm,各圆形的表面织构单元的底部呈圆弧形或近似圆弧形，圆形的表面织构单元均匀分布，机械零件表面的表面织构的分布密度：0.1；然后进行清洗、干燥，形成铟铁复合球微晶复合层表面织构。
本实施例改进了表面织构单元深度,提升了零件接触表面抗“切向微动+转动微动”等复合微动磨损的性能，对存在微动磨损的机械零件具有的吸收部分振动、减少摩擦磨损重要应用价值，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。
Claims (4)
1.铟铁复合球微晶复合层表面织构,其特征在于:所述的铟铁复合球微晶复合层表面织构是在零件设一表面材料层，表面材料层具有含铟超过50%(Wt%)且铟和铁的总含量超过55%(Wt%)、由4个或更多的球状晶粒或近似球状晶粒紧密联系组成体积更大的铟铁复合球微晶单元，铟铁复合球微晶单元呈以行为单位或以列为单位近似规则密排阵列；表面材料层和基体材料成为一体，形成铟铁复合球微晶复合层；在具有铟铁复合球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，形成铟铁复合球微晶复合层表面织构。
2.根据权利要求1所述的铟铁复合球微晶复合层表面织构的铟铁复合球微晶，其特征在于：所述的铟铁复合球微晶复合层表面织构的铟铁复合球微晶，由4个或更多的球状晶粒或近似球状晶粒紧密联系组成体积更大的铟铁复合球微晶单元，铟铁球状晶粒或近似球状晶粒含铟超过50%(Wt%)且铟和铁的总含量超过55%(Wt%)、球状晶粒或近似球状晶粒尺寸小于500nm，铟铁复合球微晶单元呈以行为单位或以列为单位近似规则密排阵列。
3.根据权利要求1所述铟铁复合球微晶复合层表面织构，其特征在于：采用40钢材料进行低温回火，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；将一超声波发射器按一定角度和位置对准零件表面，接通电源，超声波发射器正常工作；调整好大功率脉冲激光功率束和合适照射面积，用大功率脉冲激光束照射零件表面0.2秒，隔1秒，再用同样功率的脉冲激光束照射对应零件表面0.1秒，隔1秒，再用同样功率的脉冲激光束照射对应零件表面0.1秒，形成铟铁复合球微晶复合层；零件表面材料层主要为含铟超过50%(Wt%)且铟和铁的总含量超过55%(Wt%)、由4个或更多的球状晶粒或近似球状晶粒紧密联系组成体积更大的球状或近似球状的复合球微晶单元呈以行为单位近似规则密排阵列;在具有铟铁复合球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,各圆形的表面织构单元的底部呈圆弧形或近似圆弧形，圆形的表面织构单元均匀分布，表面织构的分布密度为0.1；然后进行清洗、干燥，形成铟铁复合球微晶复合层表面织构。
4.根据权利要求1所述铟铁复合球微晶复合层表面织构，其特征在于：采用40钢材料进行低温回火，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；将一超声波发射器按一定角度和位置对准零件表面，接通电源，超声波发射器正常工作；调整好大功率脉冲激光功率束和合适照射面积，用大功率脉冲激光束照射零件表面0.2秒，隔1秒，再用同样功率的脉冲激光束照射对应零件表面0.1秒，隔1秒，再用同样功率的脉冲激光束照射对应零件表面0.1秒，形成铟铁复合球微晶复合层；零件表面材料层2主要为含铟超过50%(Wt%)且铟和铁的总含量超过55%(Wt%)、由4个或更多的球状晶粒或近似球状晶粒紧密联系组成体积更大的球状或近似球状的复合球微晶单元呈以行为单位近似规则密排阵列;在具有铟铁复合球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≤3μm,各圆形的表面织构单元的底部呈圆弧形或近似圆弧形，圆形的表面织构单元均匀分布，机械零件表面的表面织构的分布密度：0.1；然后进行清洗、干燥，形成铟铁复合球微晶复合层表面织构。
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| PB01 | Publication | ||
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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Granted publication date: 20160413 Termination date: 20160920 |