[发明专利]一种激光织构化铝合金表面硬度预测方法

说明书

本发明一种激光织构化铝合金表面硬度预测方法属于高性能表面特种加工技术领域，涉及一种激光织构化铝合金表面硬度预测方法。该方法基于中心复合试验设计方法进行激光表面织构加工实验，根据铝合金激光织构表面硬度测量值，利用响应曲面法建立硬度预测模型，预测铝合金激光织构表面硬度值，并获得关键工艺参数对激光织构化材料硬度的影响规律，以及确定工艺参数之间交互作用。该方法能准确可靠实现激光织构化铝合金表面硬度预测，可有效应用于选择合适的激光加工工艺参数制造高性能的激光表面织构，对提高该类激光织构化铝合金表面服役性能具有重要的实际应用意义。

技术领域

本发明属于高性能表面特种加工技术领域，涉及一种激光织构化铝合金表面硬度预测方法。

背景技术

铝合金具有低密度、高比强度、抗疲劳、耐腐蚀等优良性能，是制造汽车、船舶及航空航天等工程领域关重结构部件的理想材料。但耐磨性差，材料表面的摩擦磨损极易造成部件使用可靠性降低甚至失效，严重限制了铝合金在摩擦工况下的实际应用。在材料表面制备表面织构可实现减摩抗磨的效果，从而达到改善材料摩擦学性能的目的。其中，激光表面织构由于具有加工精度高、效率高、热影响区小、应用范围广泛等优势，备受研究者青睐。然而，在激光表面织构加工过程中，短时间、小面积内的激光-靶材直接作用引起材料快速熔化、固化，导致加工硬化现象，影响激光织构化材料表面的摩擦学性能和疲劳强度。鉴于激光加工工艺参数直接影响织构化表面硬度，并且硬度对激光织构表面的摩擦学性能起着至关重要的作用。由此，需要一种激光织构化铝合金表面硬度预测方法，对激光表面织构过程中直接激光烧蚀引起的表面硬化进行预测和分析，以提高激光织构化铝合金表面的摩擦学性能。现有的激光表面织构研究工作主要集中于针对特定应用领域寻求最优的激光织构设计(尺寸、几何及分布等)。

例如，Lu等人的文献“Comparison of the Effect of Typical Patterns onFriction and Wear Properties of Chromium Alloy Prepared by Laser SurfaceTexturing”，OpticsLaser Technology，2018，272-279，该文献在室温干燥条件下，对具有微凹坑、微沟槽和微网格等典型织构图案的铬合金试样进行了一系列摩擦磨损实验，结果证明与原始表面相比，激光织构表面摩擦系数显著降低。然而，该方法仅考虑了激光织构表面微观形貌特征对摩擦性能的影响，未考虑激光-靶材直接作用导致的基底表面硬化对材料摩擦性能的影响，且没有建立激光加工工艺参数与织构表面硬度之间的映射关系，具有较大局限性。

发明内容

本发明针对现有技术的局限性和缺陷，发明了一种激光织构化铝合金表面硬度预测方法。该方法首先基于中心复合试验设计方法进行激光表面织构加工实验，获得不同工艺参数下激光织构化铝合金表面的硬度值，根据硬度测量值，建立激光织构化铝合金表面硬度与激光加工工艺参数的多元二次响应面回归模型。根据模型及各工艺参数显著性分析结果，确定激光织构化铝合金表面硬度预测模型，并进行验证实验检验预测模型的正确性，获得关键工艺参数对激光织构化材料硬度的影响规律，以及确定工艺参数之间交互作用关系。该方法能准确可靠实现激光织构化铝合金表面硬度预测，有效应用于选择合适的激光加工工艺参数制造高性能的激光表面织构，对提高该类激光织构化铝合金表面服役性能具有重要实际应用意义。

本发明的技术方案是一种激光织构化铝合金表面硬度预测方法，其特征在于，该方法首先基于中心复合试验设计方法进行铝合金激光表面织构加工实验，测量获取不同激光工艺参数下激光织构化铝合金表面的硬度值；其次，建立激光织构化铝合金表面硬度与激光加工工艺参数的多元二次响应面回归模型，根据模型及各工艺参数显著性分析结果，确定激光织构化铝合金表面预测硬度模型，并进行验证实验检验预测模型的正确性；最后，结合铝合金激光表面织构加工实验结果及硬度预测模型，获得关键工艺参数对激光织构化材料表面硬度的影响规律，以及确定工艺参数之间交互作用关系；方法的具体步骤如下：

步骤1：基于中心复合试验设计方法的铝合金激光表面织构实验；