[发明专利]一种润湿松木在硬质材料上加工环形微结构表面的方法

说明书

本发明公开了一种润湿松木在硬质材料上加工环形微结构表面的方法。现有微结构制备技术要么价格昂贵，要么易引起环境污染。本发明将润湿松木作为刀具安装在数控铣床上，并采用自制夹具装夹硬质工件，且自制夹具内可盛放绿色乳化液，使得润湿松木在湿润环境中对硬质材料进行表面微结构加工；达到设定的对磨时间后形成工件的环形微结构表面。本发明将松木在绿色乳化液中浸泡，可有效提高松木的抗压强度，增强其耐磨性，采用润湿松木对装夹在自制夹具上且置于湿润环境中的硬质材料进行表面微结构加工，不仅极大程度地降低了刀具成本，简化了加工工艺流程，还极大提升了效率。

技术领域

本发明属于材料表面的加工与制造技术领域，特别涉及一种润湿松木在硬质材料上加工环形微结构表面的方法。

背景技术

在工件表面制备微结构，可实现润滑油的存储，改善润滑条件，同时可产生流体动压效应，增加承载能力，从而达到改善零件之间构成的运动副中的摩擦性能。目前，越来越多的摩擦学工作者开始致力于研究不同类型微结构对摩擦性能的影响。就目前而言，微结构类型主要分为离散型微结构(如几何多边形、曲线形、水滴形、雪花形等)和连续型微结构(如沟槽形、网格形等)。王洪涛在其公开的一种圆环形微凹坑织构表面的摩擦性能研究(王洪涛等.圆环形微凹坑织构表面的摩擦性能.润滑与密封，2015，40(01)：49-53)中总结到：对比研究发现，就减小摩擦因数和增加表面的承载能力而言，离散凹坑型织构优于沟槽和网格织构，在凹坑型织构中，织构单元的尺寸、深度以及排布方式等对摩擦学性能的影响是主要的，而沟槽型织构的优点在于加工方便，同时在吸纳细小磨屑方面也要优于凹坑型织构；因此，在沟槽型微结构和凹坑型微结构相结合的基础上，他还提出了圆环状织构，即是由圆柱形凹坑和中心的圆柱形等高凸起嵌套而成的复杂织构，与圆柱状织构表面相比，相同面积比条件下的圆环状织构的摩擦因素更小，并且圆环状织构在吸纳细小磨屑方面也优于圆柱状织构。但作者只从理论模型的角度分析了圆环状微结构不仅具有沟槽型和凹坑型织构的特点，还具有优异的摩擦性能，却没有提出圆环状微结构的制备方法。

目前，微结构功能表面的加工方法主要有机械加工方法(如精密车削(申请号201610035246.1)、精密磨削(申请号201510653803.1)等)、放电加工方法(如电射流加工(申请号201711159861.4)、电子束刻蚀加工(申请号201810706465.7)、离子束刻蚀加工(申请号201610579008.7)、电火花加工(申请号201910220577.6)等)、激光加工方法(申请号201811525964.2)、超声振动加工(申请号201820268182.4)、化学腐蚀加工(申请号201910194178.7)等。但是，机械加工通常采用切削加工的方式进行，对刀具的硬度和性能等要求较高，而且大多采用价格昂贵的金刚石刀具和超硬磨料成形砂轮，在加工过程中若刀具磨损将影响微结构的形状；放电加工中电射流、电子束和离子束加工设备昂贵，且制作工艺复杂，对环境要求极高；电火花加工则为微细电火花加工，不仅设备昂贵，且微细电极制作复杂，工艺难度大；激光加工大多属于热加工，烧蚀现象明显且严重，而飞/皮秒激光器虽然在一定程度上可以解决烧蚀问题，但设备价格昂贵；超声加工中系统输出功率不足，能耗大，但在陶瓷、半导体硅等非金属脆硬材料加工方面有着得天独厚的优势；化学腐蚀加工尽管操作简单、成本低廉，但操作不当极易引起环境污染。

综上，以现有微结构的制备技术来看，机械加工的方法多采用“硬接触”方式，在沟槽型微结构方面有较大的优势，但对刀具要求较高，加工成本大；放电加工、激光加工和超声加工都属于特种加工，对于微结构的形状可以很好地控制，但往往需要专用设备且价格昂贵，工艺也相当复杂，不易掌握；化学加工不易控制微结构形状，且存在较大的化学污染。针对环形微结构，中国专利申请专利号为201710235478.6(授权公告号为CN 107032298B，授权公告日为2019年1月29日)的专利公开了一种基于超高阶导模制备圆环状纳米颗粒微结构的方法，该方法正是基于激光加工的原理，仅一台激光器的配制就使得成本大幅增加，且光路调整复杂，曲线图最佳点寻找困难，难以被普通科研工作者掌握。因此，发明一种成本低廉、操作简便的微结构加工方法至关重要。

发明内容