钛合金表面微结构电火花加工及其水润滑摩擦学特性研究

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本文概述了表面微结构的发展与应用以及微结构摩擦磨损研究现状;主要研究通过电火花加工方法在钛合金表面设计与制备不同深度的微结构,其中涉及到电极设计、电火花加工钛合金电参数的探索研究和密封系统的设计优化;在水润滑条件下研究微结构表面的摩擦学性能,用有限元软件对其进行摩擦接触分析。为研究钛合金表面不同微结构的摩擦学性能,进行四种微结构表面的设计(沟槽表面、网纹结构表面、菱形微结构表面、正方形微结构表面)。首先,通过试验得出电火花电参数对钛合金表面的影响,最终选择加工电参数为E273,该参数条件下的钛合金表面均匀,加工效率高。在微坑结构的加工设计中,网纹微结构与沟槽微结构表面通过电火花慢走丝线切割通过合理的线切割参数直接获取;菱形微坑结构与正方形微坑结构表面在电火花成形机床上制备。研究了钛合金试件在氮气中放电加工,优化设计了气体密封系统,使试件的表面更加合理,在钛合金试件表面生成含钛化合物的表面凸起结构,利用能谱分析方法,验证表面生成物为氮化钛。其次对钛合金试件微结构表面进行摩擦磨损试验的研究,对摩试件为氮化硅小球,在水润滑试验机上研究不同深度、不同表面微结构的摩擦因数变化规律。试验表明沟槽微结构深度为0.1mm的表面具有优良的摩擦学性能,稳定摩擦因数为0.32,而光滑表面的稳定摩擦因数为0.45。最后,建立合理的三维模型,将测得的稳态摩擦因数作为参数进行有限元模拟,分析等效应力与接触应力的分布情况。分析数据表明:微结构表面应力明显低于对比表面的应力,有利于改善润滑效果,提高耐磨性。
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