[发明专利]一种激光冲击与涂层润滑复合改性的抗微动疲劳防护方法

说明书

本发明提供一种激光冲击与涂层润滑复合改性的抗微动疲劳防护方法，先采用激光冲击强化技术在金属材料表面制备规则阵列分布的微凹坑群，单个凹坑的直径为1‑10mm，凹坑深度为1‑20μm；然后采用涂层制备技术在凹坑表面涂覆润滑剂。本发明技术充分利用激光冲击的微坑造型特征和表层残余压应力引入特征，通过激光冲击表面织构化与涂层润滑的复合改性技术，将残余压应力、涂层润滑和表面微坑织构化三种强化因素引入材料表层，这些因素协同作用改善材料微动疲劳性能。该复合改性技术可以提涂层微动耐磨性能、降低表面摩擦力、减缓残余应力松弛速度，达到延长微动疲劳寿命的强化效果。

技术领域

本发明涉及表面防护技术领域，用于改善材料的微动疲劳性能，涉及到金属结构件表面改性处理方法，尤其涉及一种激光冲击与涂层润滑复合改性的抗微动疲劳防护方法。

背景技术

机械制造业中常用的铆连接、螺栓连接、榫连接等紧固配合零部件在振动环境下易发生微动疲劳，其接触表面发生极小位移(微米量级)，造成接触面的摩擦和磨损，导致疲劳强度或寿命大幅降低，如Ti-1023钛合金在微动载荷下疲劳强度下降达到80％。微动疲劳的防护策略主要是通过表面工程技术延长服役寿命，常见的表面防护技术如涂层、镀膜、离子注入、机械喷丸、激光冲击、低塑性抛光、滚压等等。目前，大部分微动防护措施采用是单一的表面改性技术。例如，2014年中国专利公布的“离子辅助沉积TiN相增强Ag固体润滑膜的制备方法”(201410730008.3)、2014年中国专利公布的“离子辅助沉积TiN相增强Ag固体润滑膜的制备方法”(201410730008.3)、2012年西班牙人发表的“Experimental resultsin fretting fatigue with shot and laser peened Al 7075-T651 specimens”(International Journal of Fatigue 40(2012)143–153)。这些公开报道的微动疲劳防护技术或方法，均采用单一防护技术。复合改性技术是将两种或三种防护技术相结合，实现多种强化因素共同作用，是当前国际学术前沿热点，也是难点问题。因为复合改性工艺过程涉及两种工艺措施的叠加，容易发生性能干扰或冲突。

发明内容

根据上述提出微动疲劳防护技术中复合改性技术容易发生性能干扰或冲突的技术问题，而提供一种激光冲击与涂层润滑复合改性的抗微动疲劳防护方法。本发明将激光冲击强化技术与涂层润滑技术组合应用，能够避免工艺叠加的干扰和冲突，进一步提高构件抗微动疲劳性能。

本发明采用的技术手段如下：

一种激光冲击与涂层润滑复合改性的抗微动疲劳防护方法，其特征在于，先采用激光冲击强化技术在金属材料表面制备规则阵列分布的微凹坑群，单个凹坑的直径为1-10mm，凹坑深度为1-20μm；然后采用涂层制备技术在凹坑表面涂覆润滑剂。

进一步地，激光冲击过程通过单光斑局部搭接方式，按照激光冲击路径实现，光斑形状为圆形或正方形，光斑间搭接率为10％-50％。

进一步地，具体包括如下步骤：

S1：待激光冲击样件表面预处理

将铝箔贴于待激光冲击样件的表面，同时在激光冲击位置喷上约1mm厚度的去离子水膜；

S2：采用激光冲击强化技术在待激光冲击样件表面制备微凹坑群落

S3：激光冲击后样件表面清理

激光冲击强化完成后，揭去样件表面铝箔，并采用有机溶剂清洗待激光冲击样件表面；

S4：样件表面润滑剂涂覆

采用涂层制备技术，在微凹坑群落(微坑织构)表面涂覆润滑剂；涂层制备过程中，样件、润滑剂和环境温度均不高于600℃。