氧化锆陶瓷表面减摩抗磨微织构的飞秒激光加工OA
陶瓷材料因具备高硬度、优异耐磨性与良好的化学稳定性,在工程摩擦副中得到了广泛应用。然而,陶瓷材料本征脆性使其在干摩擦或边界润滑条件下易产生严重的应力集中,导致磨损加剧甚至早期失效。表面微织构技术是调控界面接触状态、提升摩擦学性能的有效手段。因此,本文提出了氧化锆(ZrO_(2))陶瓷表面减摩抗磨微织构的飞秒激光加工研究。基于有限元模拟、响应面法(Response Surface Methodology,RSM)参数优化与润滑摩擦磨损试验,系统探究了微槽几何参数对陶瓷摩擦界面应力分布及磨损行为的影响机制。有限元结果表明,扫描间距、沟槽深度和沟槽取向对陶瓷表面最大等效应力分布具有显著影响,其中较小的间距和较大的沟槽深度易引起应力集中,合适的沟槽取向有助于重新分配接触应力。响应面分析表明,激光能量是影响微槽深度与宽度的主导因素,扫描速度起抑制作用,扫描次数则通过累积烧蚀促进沟槽扩展。摩擦磨损试验显示,在最优参数下,ZrO_(2)陶瓷平均摩擦系数从0.57降至0.3584,降幅为37.12%,磨损体积为0.267×10^(6)μm^(3)。飞秒激光制备的微槽结构可有效实现陶瓷材料的减摩与耐磨强化,为提升陶瓷摩擦副服役性能提供了可行方案。
杨方雨;褚东凯;姚鹏;唐志亮;吕欣鑫;屈硕硕
山东大学机械工程学院先进射流工程技术研究中心,山东济南250061 高效洁净机械制造教育部重点实验室,山东济南250061山东大学机械工程学院先进射流工程技术研究中心,山东济南250061 高效洁净机械制造教育部重点实验室,山东济南250061山东大学机械工程学院先进射流工程技术研究中心,山东济南250061 高效洁净机械制造教育部重点实验室,山东济南250061山东大学机械工程学院先进射流工程技术研究中心,山东济南250061 高效洁净机械制造教育部重点实验室,山东济南250061 齐鲁工业大学(山东省科学院)机械工程学院,山东济南250353山东大学机械工程学院先进射流工程技术研究中心,山东济南250061 高效洁净机械制造教育部重点实验室,山东济南250061山东大学机械工程学院先进射流工程技术研究中心,山东济南250061 高效洁净机械制造教育部重点实验室,山东济南250061
机械制造
陶瓷材料飞秒激光微槽织构摩擦磨损有限元模拟
《光学精密工程》 2026 (11)
P.1743-1761,19
国家重点研发计划资助项目(No.2023YFC2413301)山东省重大科技创新工程项目(No.2023CXGC010207)国家自然科学基金资助项目(No.U23A20632)山东省自然科学基金重大基础研究项目(No.ZR2023ZD34)。
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