[发明专利]一种复合尺度织构的加工方法

说明书

本发明涉及一种复合尺度织构的加工方法，其特征在于，将加工对象固定在工业机器人的夹具上。固定在精密光学隔震平台上的激光器采用高功率调Q型Nd:YAG激光器且光斑形状为矩形。激光器发射的激光束通过光导装置照射至加工对象表面进行微米尺度的织构加工。纳米颗粒均匀覆盖在加工对象表面，在激光冲击压力作用下嵌入材料表面，再通过兆声波清洗的方法将纳米颗粒去除，以形成纳米尺度的表面织构。本发明提供的复合尺度织构的加工方法解决了现有减磨技术中织构尺度单一、减磨效果有限的不足。

技术领域

本发明涉及一种通过激光冲击微造型技术以及纳米颗粒加工复合尺度织构的方法，属于表面润滑技术领域。

背景技术

机械系统普遍存在着各种形式的摩擦副，这些摩擦副不仅影响着机械系统的工作性能和运行效率，而且还决定其使用寿命。据统计，摩擦导致的磨损是机械失效的最主要原因，大约有80％的零件损坏是由于磨损引起的。因此，控制摩擦、改善润滑与减少磨损已成为节约能源和原材料、综合提高机械系统运转效率和服役寿命的迫切需求。

传统的摩擦学理论认为，相互接触的两个表面越光滑磨损量越小。但近年来的摩擦学研究和工程实际应用发现，光滑表面由于缺少储油区域而容易引起粘着磨损。相反，具有表面织构的摩擦副反而表现出更优越的润滑减摩性能，这是因为表面织构具有充当微小动压润滑轴承、储存润滑油和磨屑的作用，能够有效改善表面的摩擦学性能。

目前，表面织构的加工方法多种多样，但在同一摩擦面上加工的表面织构大多局限于单一尺度规则织构。相对于单一尺度织构，复合尺度织构可以进一步提高油膜厚度，降低摩擦损耗，通过协同叠加形成局部高压油膜，从而缩小混合润滑范围。同时，通过复合尺度织构的协同互补，能够有效弥补空化区域油膜压力的衰减，增大有效承载面积。因此，为了进一步提高摩擦副表面的摩擦学性能，发明一种复合尺度织构的加工方法显得尤为必要。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于激光冲击微造型技术并利用纳米颗粒来加工复合尺度表面织构的方法。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种复合尺度织构的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、对加工对象的待加工表面进行抛光、研磨处理，并进行清洗烘干，以获取平整光滑的表面，将该平整光滑的表面定义为待冲击表面，随后将加工对象固定在工业机器人的夹具上；

步骤2、在吸收层的一面上均匀覆盖一层高硬度纳米颗粒，并将吸收层贴覆于加工对象的待冲击表面。贴覆时，吸收层覆盖有纳米颗粒的一面面对加工对象的待冲击表面，通过吸收层隔绝激光辐照导致的热效应；

步骤3、在吸收层的另一面施加约束层，通过约束层限制激光冲击产生的等离子体，使其仅能向加工对象内部传播，从而提高冲击压力的幅值和作用时间；

步骤4、激光器发射的激光束通过光导装置照射至加工对象的待冲击表面进行织构加工，激光器采用高功率调Q型Nd:YAG激光器且光斑形状为矩形。

优选地，步骤2中，所述吸收层为黑色绝缘胶带，所述纳米颗粒均匀覆盖于绝缘胶带的胶面。

优选地，步骤3中，使用流动水形成所述约束层。

优选地，步骤4中，所述激光器固定在精密光学隔震平台上。

优选地，步骤4中，所述织构加工包括以下步骤：

步骤401、激光器发射的激光束在较小的激光能量密度下对加工对象的整个待冲击表面进行冲击，使纳米颗粒在瞬时高幅值冲击压力作用下嵌入待冲击表面；

步骤402、激光器发射的激光束在较大的激光能量密度下，按照预先设计的织构排布方式，对待冲击表面的特定位置进行二次冲击，以形成微米级尺度的织构阵列；