[发明专利]一种耦合仿生六边形织构耐磨减阻表面的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于仿生金属表面工程技术领域，特别是涉及到一种有关耦合仿生耐磨减阻表面制备的技术方案。

背景技术

世界上大约有30％～50％的能源以各种形式消耗在摩擦上，由于摩擦产生的磨损是机械设备失效的主要原因，大约有80％的零件失效是由于各种形式的磨损而引起的。因此，耐磨减阻已经成为节约能源和原材料、缩短维修时间的重要措施。种类繁多的生物经过长期的生存进化过程，使它们能够根据环境的改变而适应环境的变化，从而得到生存和发展。随着生产的需要和科学技术的发展，人们已经认识到生物系统是开辟新技术的主要途径之一，自觉的把生物界作为各种技术思想，设计原理和创造发明的源泉。近年来，利用生物的减阻脱附特性形成的仿生非光滑表面技术是仿生工程领域研究的热点之一。相关研究人员通过观察发现生物体表具有耐磨、减阻、韧性高等与生俱来的特性，并且这些特性与其体表的非光滑表面形貌有密切的联系，后来Marie-Christin G等人发表的Material properties of the skin of the Kenyan sand boa Gongylophis colubrinus(Squamata,Boidae)一文当中对蛇体表机理的深入研究发现，该功能不但与其表面形貌有关，还与其体表材质性能及结构有关。

江苏大学鲁金忠等人设计出一种激光复合制备表层仿生结构的方法和装置(授权公告号：CN101590569B)。该发明是一种基于激光雕刻和激光冲击的力学效应复合制备表层仿生结构的方法和装置，首先采用激光雕刻技术在工件表面制备所需的微观几何形貌，然后利用激光冲击强化处理微观几何形貌区域，最终在工件表面加工出所需要形状。

江苏大学姜银方等人设计出一种仿生表面的制备方法(申请公布号：CN102513697A)。该方法提供一种激光冲击的方法来制备仿生表面。使用调节好的装置对金属表面进行激光冲击就可以形成各种特殊形态的表面形貌。

江苏大学江苏大学鲁金忠等人设计出一种生物非光滑表面的制备方法和装置(专利公布号：CN102581109A)。该发明将制备的特定形状的模具放置在金属工件表面和激光冲击所需的吸收层之间，在真空加热箱中并将金属工件加热到动态应变时效温度；激光束辐照在吸收层上，产生强大冲击力，在冲击力和基体加热的共同作用下，导致部分金属工件表面产生塑性变形，形成与模具相反的图案。

但是这些现有技术中还存在很多问题，包括激光加工受到机器自身功率、脉冲等参数限制，导致非光滑表面形貌单元体的间距、深度等尺寸不能根据设计者的要求进行加工；而且根据设计图案的尺寸参数要求，需要调试输出功率、波长、光斑直径等相关激光加工参数，即不同形状或尺寸的图案将会产生不同的激光加工参数，从而增加操作者的工作量；同时，激光加工整体成本高，而且有的方法利用特定模具或进行熔覆改性处理，增加加工工序，所以不适合低成本批量生产。因此，现有技术当中亟需要一种新型的技术方案来解决这一问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种耦合仿生六边形织构耐磨减阻表面的制备方法，利用机械加工和激光加工结合的优势，在实现耐磨减阻等提高金属表面机械性能的同时，还具有储屑减磨、储油、储气、润滑等多功能特性，在保证加工精度的条件下，还可以降低加工成本、提高加工效率，实现批量生产。

一种耦合仿生六边形织构耐磨减阻表面的制备方法，包括以下四个步骤：

步骤一、取材，进行预处理

选择钢作为待加工原材料，利用磨床对待加工的钢进行表面预处理，待钢表面粗糙度达到Ra＝3.2μm，预处理结束；

步骤二、机械加工

对进行机械加工的数控铣床的刀具行走路线进行编程，进而对预处理后的钢进行机械加工，得到钢的表面形貌为正六边形织构；

步骤三、激光热处理

在经过机械加工后的钢表面涂上吸收层，吸收层由50％二硫化钼和50％碳粉用酒精混合制成，设置激光器加工参数，进而对钢的表面进行激光热处理加工；

步骤四、表面抛光处理

把经过激光热处理后得到的钢利用水磨砂纸，从400目到2000目对金属钢材表面依次打磨抛光至Ra＝0.2μm，得到耦合仿生非光滑六边形织构表面。

所述步骤一、取材，进行预处理

选择45号钢，利用磨床对45号钢进行表面预处理，待45号钢表面粗糙度达到Ra＝3.2μm，预处理结束；

所述步骤二、机械加工