[发明专利]一种基于超声冲击的不锈钢表面微织构加工方法和制备装置

说明书

本发明公开了一种基于超声冲击的不锈钢表面微织构加工方法和制备装置，所述装置包括超声冲击枪、超声冲击枪控制柜、超声冲击枪专用夹具、不锈钢工件专用夹具、大理石龙门架、XY轴整体运动平台、Z轴运动平台、三轴运动控制器、压力显示器，其中：超声冲击枪安装在位于Z轴运动平台上的超声冲击枪专用夹具上；不锈钢工件安装在位于XY轴运动平台上的不锈钢专用夹具上；Z轴运动台固定在大理石龙门架上；超声冲击枪控制柜与超声冲击枪相连；三轴运动控制器分别与XY轴整体运动平台和Z轴运动平台连接；不锈钢工件专用夹具带有压力传感器，压力显示器与压力传感器相连。该装置结构简单，加工精度高，加工可控性好，成本低，对环境无污染。

技术领域

本发明属于材料加工技术领域，涉及一种基于超声冲击的不锈钢表面微织构加工方法和制备装置。

背景技术

功能表面微结构是指具有特定功能的微小表面拓扑形状，如凹槽、微透镜阵列等，其具有超疏水、陷光、减阻减摩、降噪等功能特性，因此，具有重要的实际应用价值。当前，通过制备功能表面微结构来提高不锈钢的摩擦磨损性能的研究工作得到了国内外学者和工业界的广泛关注。

不锈钢由于具有良好的耐蚀性能在工程领域得到了广泛的应用。但由于不锈钢耐磨性较差，极大地制约着其应用性能。为了提高不锈钢的耐磨性能，许多学者在不锈钢表面进行了各种处理和强化研究。但是传统表面改性工艺会影响不锈钢的耐蚀性，而先进工艺成本较高，且硬的耐磨层缺乏足够的韧性，在冲击条件下容易与基体剥离，限制了其作为整体材料的应用。

近年来采用表面仿生织构来增加功能表面耐磨性是一项重要的技术应用。高性能的表面织构可以实现良好的减摩、抗粘附并提高耐磨性，因此，在不锈钢表面制备仿生织构可有效提高不锈钢工作表面的耐磨性，拓宽其实际工业应用领域。

然而，如何在不锈钢表面制备耐磨性高的高性能表面织构是一项关键之处。目前，制备表面织构的方式主要有机械加工、能量束法、化学刻蚀等，其中激光微加工法以其应用材料范围广、高精度、高效、对环境无影响等优势而被广泛应用。然而，在制备具有微纳米尺度的表面仿生织构时，激光加工仍存在如下不足之处：激光加工中存在的翻边和毛刺导致其精密加工精度不高，难以精确控制织构的几何形态；高能激光辐照引起金属表面损伤和金相组织变化，影响织构的物理和机械性能；用于制备微纳尺度仿生织构的激光器成本较高。相比于激光加工，超精密机械加工方法如金刚石切削加工技术具有加工结构复杂、加工精度高、亚表面损伤低、加工成本低等优势，已被证实为制备仿生表面织构的一种高效、高精度加工手段。特别地，为了降低由于铁-碳之间热扩散导致的金刚石刀具磨损，目前国内外学者普遍采用高频椭圆振动金刚石切削方法来制备不锈钢表面织构。然而，这种基于椭圆振动的金刚石切削方法需要在超精密加工机床上结合特定的椭圆振动设备来开展，对加工设备和加工工艺提出了极高要求。因此，需要寻找一种低成本地实现不锈钢表面高精度微结构加工的高效制备技术。

发明内容

本发明为了克服现有技术的不足，提供了一种基于超声冲击的不锈钢表面微织构加工方法和制备装置。该装置结构简单，加工精度高、成本低，使用该方法加工可控性好，工件表面质量高，对环境无污染，可在材料微结构加工技术等领域广泛推广。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于超声冲击的不锈钢表面微织构制备装置，包括超声冲击枪、超声冲击枪控制柜、超声冲击枪专用夹具、不锈钢工件专用夹具、大理石龙门架、XY轴整体运动平台、Z轴运动平台、三轴运动控制器、压力显示器，其中：

所述超声冲击枪安装在超声冲击枪专用夹具上；

所述超声冲击枪专用夹具安装在Z轴运动平台上；

所述不锈钢专用夹具安装在位于XY轴整体运动平台上；

所述超声冲击枪的冲击头轴线与不锈钢专用夹具上安装的不锈钢工件平面垂直；

所述Z轴运动台固定在大理石龙门架上；