一種提高鎳鉻合金表面耐磨性的激光織構化方法技術

本發明專利技術涉及一種提高鎳鉻合金表面耐磨性的激光織構化方法：第一步：取樣切塊為20mm×20mm×5mm，利用砂紙對樣品進行打磨至表面粗糙度小于0.5μm，并用超聲波在酒精中清洗10min；第二步：利用納秒激光器對金屬表面進行表面織構化結構加工，激光的波長193nm?1070nm，重復頻率1?100KHz，輸出功率5?45W，加工次數20?40次；第三步：在酒精中用超聲波清洗10min，并做必要的測量表征。經過織構化處理的鎳鉻合金表面耐磨性可以提高1?2倍，摩擦系數降低30％?65％。本發明專利技術相對于傳統織構化方法的突破在于大大提高了加工效率和精度，加工區域和尺寸范圍可根據實際需要靈活調整。這對鎳鉻合金表面織構化結構的制備和摩擦學特性研究具有重要的意義。

Laser texturing method for improving surface abrasion resistance of nickel chromium alloy

The invention relates to a method of improving laser textured surface wear resistance of Ni Cr alloy: the first step: sampling for 20mm * 20MM * 5mm cut, the samples were polished to a surface roughness of less than 0.5 m using sandpaper, and ultrasonic cleaning of 10min in alcohol; the second step: using nanosecond laser surface texturing structure machining on metal surface, laser wavelength of 193nm 1070nm, repetition frequency of 1 100KHz, an output power of 5 45W, the number of processing 20 40 times; the third step: in alcohol using ultrasonic cleaning 10min, and do the necessary characterization. After the wear surface of the Ni Cr alloy texture treatment can improve 1 2 times, the friction coefficient decreased by 30% 65%. Compared with the traditional texturing method, the invention greatly improves the processing efficiency and accuracy, and the processing area and the size range can be flexibly adjusted according to actual needs. It is important for the preparation of surface texture structure and Tribological Properties of Ni Cr alloy.

【技術實現步驟摘要】
一種提高鎳鉻合金表面耐磨性的激光織構化方法
本專利技術涉及一種提高鎳鉻合金表面耐磨性的激光織構化方法，尤其是一種利用納秒激光器在鎳鉻合金表面加工織構化結構以提高其抗磨損性能的方法，屬于金屬材料激光微加工領域。
技術介紹
材料的磨損是機械工作過程中不可避免的問題，這不僅增加了生產成本，降低了工作效率甚至嚴重影響產品質量。如調速器的主襯套和轉動套的磨損影響調速器的靈敏度；刀具的磨損影響刀具的加工質量和使用壽命；球磨機鋼球的磨損影響球磨機性能；齒輪的磨損影響傳動的精度和可靠性等。為了避免或者減輕摩擦磨損造成的惡劣影響，已經研究出多種方法對工件材料進行處理，提高其表面的耐磨性能。常見的方法有在材料表面添加鍍層材料、進行熱處理、改善零部件間的潤滑、進行表面沖擊強化處理等。隨著激光加工技術的不斷發展，其在微結構加工方面的應用也越來越廣泛。利用激光直寫系統在金屬表面加工織構化結構，提高材料的摩擦特性成為一種快捷高效的表面處理方法。該技術已應用到機床涂層刀具的表面織構化提高其使用壽命；金剛石表面織構化然后鍍摻鈦的類金剛石薄膜提高減摩抗磨性能；金屬塑性成形模具表面織構化自潤滑處理提高表面潤滑性能的優化分布等很多實際工程問題中。針對鎳鉻合金的磨損失效問題，本專利技術提出利用納秒激光在鎳鉻合金表面加工織構化結構以提高其耐磨性，進而延長其使用壽命，提高工業生產的效率并降低生產成本的方法。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種提高鎳鉻合金表面耐磨性的激光織構化方法，主要是針對鎳鉻合金耐磨性不足的問題，利用納秒激光器在鎳鉻合金表面加工織構化結構以提高其抗磨損性能。本專利技術的實驗流程如圖1。為了達到以上的目的，本專利技術一種提高鎳鉻合金表面耐磨性的激光織構化方法，采用如下的技術解決方案：第一步：取樣切塊為20mm×20mm×5mm，利用砂紙對樣品進行打磨至表面粗糙度小于0.5μm，并用超聲波在酒精中清洗10min。第二步：利用納秒激光器(型號HR-Eagle60LMS)對金屬表面進行表面織構化結構加工，激光的波長193nm-1070nm，重復頻率1-100KHz，輸出功率5-45W，加工次數20-40次。第三步：在酒精中用超聲波清洗10min，并做必要的測量表征。其中，所述第二步中進行表面織構化結構加工，加工出的溝槽結構的寬度50-120μm，溝槽的間距是100-400μm，溝槽深度10-30μm。其中，所述第二步中進行表面織構化結構加工，加工出的網格結構的寬度80-150μm，間距是80-400μm，結構深度10-30μm。本專利技術的積極效果為：(1)該方法加工速度更快，有望在實際生產中提高生產效率，節約生產成本，提高經濟效益。(2)該方法在鎳鉻合金材料表面加工微米尺度的織構化結構，可以使其表面耐磨性可以提高1-2倍，摩擦系數降低30％-65％，摩擦磨損性能有了很大的提高。(3)該方法利用激光直寫系統，可以通過改變激光參數如功率、頻率、加工次數、微結構寬度、微結構間距等進行精確控制，能得到不同的結構和參數的織構化結構，相對傳統的織構化方法加工更加方便安全，范圍也更廣。附圖說明圖1加工實驗流程圖。圖2織構化溝槽結構及摩擦實驗磨痕三維形貌。圖3織構化網格結構及摩擦實驗磨痕三維形貌。具體實施方式下面結合附圖及具體實例對本專利技術的實施過程進行詳細的闡述。實施例1：步驟1.取樣品切塊20mm×20mm×5mm，然后利用砂紙對樣品進行打磨至表面粗糙度小于0.5μm，并用超聲波在酒精中清洗10min。步驟2.啟動納秒激光器及配套的軟件系統，設定掃描區域10mm×20mm，激光波長193nm，重復頻率1KHz，功率5W，加工次數20次；溝槽結構寬度50μm，間距100μm，深度10μm；利用紅光進行被加工樣品的定位，開始標刻直至完成設定的加工次數。步驟3.實驗樣品放于酒精中超聲波清洗10min。實施例2：步驟1同實施例1。步驟2.啟動納秒激光器及配套的軟件系統，設定掃描區域10mm×20mm，激光波長532nm，重復頻率10KHz，功率15W，加工次數30次；溝槽結構寬度80μm，間距200μm，深度15μm；利用紅光進行被加工樣品的定位，開始標刻直至完成設定的加工次數。步驟3同實施例1。實施例3：步驟1同實施例1。步驟2.啟動納秒激光器及配套的軟件系統，設定掃描區域10mm×20mm，激光波長1064nm，重復頻率50KHz，功率25W，加工次數35次；溝槽結構寬度100μm，間距300μm，深度20μm；利用紅光進行被加工樣品的定位，開始標刻直至完成設定的加工次數?？棙嫽瘻喜劢Y構及摩擦實驗磨痕三維形貌見附圖2。步驟3同實施例1。實施例4：步驟1同實施例1。步驟2.啟動納秒激光器及配套的軟件系統，設定掃描區域10mm×20mm，激光波長1064nm，重復頻率100KHz，功率45W，加工次數40次；溝槽結構寬度120μm，間距400μm，深度30μm；利用紅光進行被加工樣品的定位，開始標刻直至完成設定的加工次數。步驟3同實施例1。實施例5：步驟1.取樣品切塊20mm×20mm×5mm，然后利用砂紙對樣品進行打磨至表面粗糙度小于0.5μm，并用超聲波在酒精中清洗10min。步驟2.啟動納秒激光器及配套的軟件系統，設定掃描區域10mm×20mm，激光波長193nm，重復頻率1KHz，功率5W，加工次數20次；網格結構寬度80μm，間距80μm，深度10μm；利用紅光進行被加工樣品的定位，開始標刻直至完成設定的加工次數。步驟3.實驗樣品放于酒精中超聲波清洗10min。實施例6：步驟1.取樣品切塊20mm×20mm×5mm，然后利用砂紙對樣品進行打磨至表面粗糙度小于0.5μm，并用超聲波在酒精中清洗10min。步驟2.啟動納秒激光器及配套的軟件系統，設定掃描區域10mm×20mm，激光波長532nm，重復頻率10KHz，功率15W，加工次數30次；網格結構寬度100μm，間距150μm，深度15μm；利用紅光進行被加工樣品的定位，開始標刻直至完成設定的加工次數。步驟3.實驗樣品放于酒精中超聲波清洗10min。實施例7：步驟1.取樣品切塊20mm×20mm×5mm，然后利用砂紙對樣品進行打磨至表面粗糙度小于0.5μm，并用超聲波在酒精中清洗10min。步驟2.啟動納秒激光器及配套的軟件系統，設定掃描區域10mm×20mm，激光波長1064nm，重復頻率50KHz，功率25W，加工次數35次；網格結構寬度120μm，間距250μm，深度25μm；利用紅光進行被加工樣品的定位，開始標刻直至完成設定的加工次數。步驟3.實驗樣品放于酒精中超聲波清洗10min。實施例8：步驟1.取樣品切塊20mm×20mm×5mm，然后利用砂紙對樣品進行打磨至表面粗糙度小于0.5μm，并用超聲波在酒精中清洗10min。步驟2.啟動納秒激光器及配套的軟件系統，設定掃描區域10mm×20mm，激光波長1064nm，重復頻率100KHz，功率45W，加工次數40次；網格結構寬度150μm，間距400μm，深度30μm；利用紅光進行被加工樣品的定位，開始標刻直至完成設定的加工次數?？棙嫽W格結構及摩擦實驗磨痕三維形貌見附圖3.步驟3.實驗樣品放于酒精中超聲波清洗10min。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種提高鎳鉻合金表面耐磨性的激光織構化方法，特征在于：該方法包括以下步驟：第一步：取樣切塊為20mm×20mm×5mm，利用砂紙對樣品進行打磨至表面粗糙度小于0.5μm，并用超聲波在酒精中清洗10min；第二步：利用納秒激光器對金屬表面進行表面織構化結構加工，激光的波長193nm?1070nm，重復頻率1?100KHz，輸出功率5?45W，加工次數20?40次；第三步：在酒精中用超聲波清洗10min，并做必要的測量表征。

【技術特征摘要】
1.一種提高鎳鉻合金表面耐磨性的激光織構化方法，特征在于：該方法包括以下步驟：第一步：取樣切塊為20mm×20mm×5mm，利用砂紙對樣品進行打磨至表面粗糙度小于0.5μm，并用超聲波在酒精中清洗10min；第二步：利用納秒激光器對金屬表面進行表面織構化結構加工，激光的波長193nm-1070nm，重復頻率1-100KHz，輸出功率5-45W，加工次數20-40次；第三步：在酒精中用超聲波清洗10min，并做必要的測量...

【專利技術屬性】
技術研發人員：管迎春，方志浩，
申請(專利權)人：北京航空航天大學，
類型：發明
國別省市：北京,11