[发明专利]一种合金表面微织构的制备方法

说明书

本发明公开了一种合金表面微织构的制备方法，过程包括：1)准备具有多边形等轴晶粒、球状晶粒或均匀不规则形状的组织的合金材料试件；2)去除试件表面锈蚀，抛光；3)配取相应的化学腐蚀试剂；4)将需要制备表面织构的试件表面浸入到化学腐蚀试剂中腐蚀；5)将试件表面用清水冲洗；6)将试件进行超声波清洗。本发明与LIGA、UV光刻和飞秒激光表面织构加工技术相比，也可以实现平均等效直径从数十到百微米，其深度从数微米到十微米的微织构加工，且所需设备简单，成本低；与表面喷丸处理相比，可以较为精确的控制加工表面织构的形貌，工艺稳定，可重复性高；工艺使用范围广，控制灵活，可对形状复杂的试件进行表面织构加工。

技术领域

本发明属于表面微织构制备方法技术领域，涉及一种合金表面微织构的制备方法。

背景技术

机械零部件、装备和系统中，其相互接触的表面界面间的摩擦磨损行为直接影响整个设备或系统的服役寿命、工作效率、承载能力和安全系数。据统计，约80％零件损坏和40％能量损失由各种形式的摩擦磨损引起。表面织构是指通过一定的加工技术在摩擦副表面上加工出具有一定尺寸和排列的凹坑、凹痕或凸起等的几何形貌。研究表明表面微织构可以改善接触区域的润滑性能，对摩擦副的摩擦学性能起到了积极的作用，被广泛应用在机械密封、缸套-活塞环、轴承、刀具及模具等生产制造中。

表面织构的加工方法主要有激光表面织构技术、表面喷丸处理、激光毛化技术、LIGA技术、反应离子刻蚀、UV光刻技术、电化学掩膜加工技术等。LIGA技术和UV光刻技术可以加工出圆形、三角形、正方形、棱形等多种截面形状的微细造型，反应离子刻蚀用来进行超精细加工，可加工出圆柱形，其平均宽度从数十到百微米，其深度从数微米到十微米，但需要辅助装置或特殊气氛。激光毛化技术则采用高能激光束使表面材料快速熔凝，形成一定方式排列的微坑，但无法控制其表面形貌。表面喷丸处理是由气体携带磨料微粒形成高速气流冲击工件表面而去除材料，从而在加工表面形成微凹坑或微沟槽，其凹坑平均等效直径可达60μm，深度为6-10μm，缺点是不能控制加工表面织构的形貌。电子束和光刻技术虽然可以加工多种表面形状且精度高，但加工成本高、加工过程复杂。电化学掩膜加工技术是首先利用光刻将所设计的表面织构图案复制到金属表面已涂覆的光刻胶上，然后将被加工工件接通电源正极放入电解液中，并与电源负极所接电极相对，接通电源后工件表面发生溶解，形成凹坑图案，该技术的缺点是无法加工尺寸很小的微细结构。激光表面织构技术是利用光学透镜将光束聚焦后利用其热效应来加工各种材料表面凹坑和沟槽结构，加工速度快，激光参数易于控制，凹织构平均宽度达几微米到数百微米，深度为2-12μm，其加工尺寸很微细的结构需要使用飞秒激光，设备成本高。

综上，现有表面微织构加工技术的微织构的平均宽度尺寸多为几十微米到百微米，深度为十几微米；只有少数几种加工技术可以实现平均宽度为几微米到几十微米、且具有一定排列规律的微细结构的表面织构的加工，但其加工成本高。因此，十分有必要发明一种操作简单、低成本的微细结构表面织构加工方法。

发明内容

本发明利用金属材料固有的微观组织及其相组成，与化学试剂进行化学反应，形成不同形貌的凹坑和沟槽。本发明的目的在于提供一种操作简单，成本低的材料表面微细织构加工方法，解决现有微细织构加工困难、成本高的问题，将进一步促进材料表面微织构在工业中的应用。