一种非对称的复杂形状表面微织构的制备方法技术

本发明专利技术专利公开了一种复杂的非对称表面微织构的制备方法，过程包括：1)用计算机三维建模软件建立起具有复杂的非对称表面微织构的零件的三维模型；2)准备

【技术实现步骤摘要】
一种非对称的复杂形状表面微织构的制备方法


[0001]本专利技术属于表面微织构制备方法
，涉及一种非对称的复杂形状表面微织构的制备方法。

技术介绍

[0002]在机械零部件、装备和系统中，其相互接触的表面间的摩擦磨损行为直接影响整个设备或系统的服役寿命、工作效率、承载能力和安全系数。据统计，约80％零件损坏和40％能量损失是由各种形式的摩擦磨损引起的，机械零部件每年因摩擦磨损直接造成的经济损失达数千亿元。传统摩擦学认为，相互接触的两个摩擦表面越光滑，摩擦磨损越小，但随着众多学者的深入研究，发现具有非光滑形态的纹理表面反而表现出更好的摩擦学性能。表面织构技术作为改善摩擦副表面摩擦学性能的一种有效手段已经被证实，进而被广泛应用在机械密封、缸套
‑
活塞系统、轴承、刀具及模具等生产制造中。目前研究的表面织构形貌主要有方形凹坑、圆形凹坑、平行凹坑、交叉网状等，这些织构形貌都是规则的对称的表面织构，还有一些非对称的表面织构，即深度不对称的表面织构相比规则的对称的表面织构拥有更好的承载力以及减摩抗磨效果。
[0003]随着表面织构技术在机械领域得到广泛应用，表面织构的制备方法也越来越受到重视，目前主要的制备方法包括激光表面加工技术、表面激光喷丸、LIGA技术、压印压刻技术、反应离子刻蚀技术、电解质加工技术、电火花加工、电加工技术等。其中表面激光喷丸技术的控制困难，表面强化的应用较多；LIGA技术加工工程复杂；反应离子刻蚀技术在加工过程中需要辅助装置或特殊环境；压印技术工艺复杂且成本高；电火花加工技术消耗大、成本高；电子束刻蚀技术需要真空装置且成本高；机械刻蚀技术由于噪声和灰尘造成的污染大；激光表面加工技术虽然有加工速度快，应用材料范围广，精度高，对环境无污染以及优良的形状控制能力等优点，但无法表面织构的深度进行精确控制。
[0004]传统的表面织构加工技术存在许多局限，为解决目前复杂的非对称表面织构制备困难的难题，满足机械摩擦领域技术要求以及规模化的工程市场需求，基于此，本专利技术提出了一种可以制备复杂的非对称的表面织构加工方法，以满足应用之需。

技术实现思路

[0005]本专利技术是将计算机三维建模软件与3D打印机结合，通过建立复杂的三维模型，直接打印出具有复杂形貌表面织构的机械零部件。本专利技术的目的在于提供一种操作简便，成本低的表面织构制备方法，解决现有微织构复杂形状加工困难、成本高的问题，将进一步对非对称表面织构在摩擦领域提供理论支持以及实际工业中提供实践应用。
[0006]仿真结果和试验论证均发现，非对称表面织构相比对称表面织构拥有更好的润滑性能，并且与运动速度无关。非对称表面织构在润滑油膜承载力方向拥有更大油膜承载力，这无疑也将促进摩擦副间的减摩抗磨作用，提高摩擦副的使用效率和使用寿命。研究者经过仿真优化计算发现，非对称的楔形三角表面织构和非对称的楔形圆形表面织构相比对称
的表面三角形织构和表面圆形织构具有更优秀的油膜承载力。
[0007]为达到上述目的，本专利技术的技术方案为一种非对称的复杂形状表面织构的制备方法，过程包括以下步骤：
[0008]1)首先用计算机三维建模软件Solidworks(AutoCAD、CATIA、UG、Pro/E等)建立起具有复杂的非对称表面微织构的零件的三维模型，将文件保存为STL或STEP格式；
[0009]2)准备
①
具有多边形等轴晶粒、球状晶粒或均匀不规则形状合成的金属粉末，该金属粉末必须拥有良好的物理性能和化学性能；
②
非金属材料通常指工程塑料和生物塑料、树脂和尼龙类材料；
[0010]3)将三维模型导入到已经准备好材料的3D打印机中，金属材料选用SLM或EBM成形技术，非金属材料选用FDM、SLA或SLS成形技术；
[0011]4)设置3D打印机速度、层厚、温度、填充率等关键参数，调整打印平台，准备打印具有复杂的非对称表面微织构的零件；
[0012]5)将打印好的零件取出，进行表面处理，比如去毛刺、打磨、抛光、喷砂、氧化、电镀、黑色氧化物、拉丝、丝印、镭雕、喷金属油、喷粉、铬酸盐、喷橡胶油、丝印、热处理、钝化等，以满足金属或非金属零部件的使用需求；
[0013]6)对表面处理后的机械零部件进行超声波清洗，洗干净微凹坑内部的微屑及灰尘颗粒等。
[0014]进一步地，步骤1中建立起的三维模型必须是含有完整的非对称表面微织构的零件模型。
[0015]进一步地，步骤1中单个的非对称表面微织构的最小尺寸不能小于10μm，这主要受3D打印机精度和参数设置的影响，当前精度最高的3D打印机便可以打印出具有10μm的微形貌。
[0016]进一步地，步骤2中的金属粉末分为黑色金属粉末和有色金属粉末，其中黑色金属粉末通常为不锈钢粉末和高温合金粉末，而有色金属粉末通常为钛粉末、铝镁合金粉末、镓粉末、镓
‑
铟粉末和稀贵金属粉末等
[0017]进一步地，步骤2中的非金属材料中工程塑料常用ABS、PA、PC等，生物塑料常用PLA、PETG等。
[0018]进一步地，步骤2中的工程塑料和生物塑料通常是“细丝盘装”，树脂是液体，而尼龙类材料是粉末。
[0019]进一步地，步骤3中的金属3D打印精度最高可以达到10μm。
[0020]进一步地，步骤3中的非金属3D打印精度最高可以达到25μm。
[0021]进一步地，步骤6中的超声波清洗液通常选用无水乙醇，清洗时间为10min
‑
30min，超声波清洗机功率为80W，超声波频率为40KHz，去除微凹坑内部的微屑与灰尘颗粒等。
[0022]本专利技术与现有表面织构加工技术相比有以下技术优势：
[0023]1.与传统表面织构加工技术相比，本专利技术工艺使用范围广泛，控制灵活，不仅可以实现规则形状的表面织构制备，还可以实现不规则不对称的表面织构制备。
[0024]2.与传统表面织构加工技术相比，本专利技术操作简单，成本低，无污染，成型速度快。
[0025]3.与传统表面织构加工技术相比，本专利技术可以应用在多种复杂零件的机械系统中，并且其3D打印原材料的多选择性，使得在教育、医疗、服饰、广告、建筑、手办、工业制造、
原型开发、模具、文物修复等众多行业中都有应用。
附图说明
[0026]图1所示为实施例1中经计算机三维建模软件Solidworks建立的非对称楔形表面三角织构模型图。
[0027]图2所示为实施例1中铝合金(AlSi10Mg)粉末试样的球状晶粒微观组织。
[0028]图3所示为实施例1中经过选择性激光熔化(SLM)技术制备的非对称楔形表面三角织构宏观图，其试样基体为铝合金(AlSi10Mg)，在其表面涂覆了石墨。
[0029]图4所示为实施例1中经过选择性激光熔化(SLM)技术制备的非对称楔形表面三角织构宏观图，其试样基体为铝合金(AlSi10Mg)，在其表面镀了TiN。
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非对称的复杂形状表面微织构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)首先用计算机三维建模软件Solidworks(AutoCAD、CATIA、UG、Pro/E等)建立起具有复杂的非对称表面微织构的零件的三维模型，将文件保存为STL或STEP格式；(2)准备
①
具有多边形等轴晶粒、球状晶粒或均匀不规则形状合成的金属粉末，该金属粉末必须拥有良好的物理性能和化学性能；
②
非金属材料通常指工程塑料和生物塑料、树脂和尼龙类材料；(3)将三维模型导入到已经准备好材料的3D打印机中，金属材料选用SLM或EBM成形技术，非金属材料选用FDM、SLA或SLS成形技术；(4)设置3D打印机速度、层厚、温度、填充率等关键参数，调整打印平台，准备打印具有复杂的非对称表面微织构的零件；(5)将打印好的零件取出，进行表面处理，比如去毛刺、打磨、抛光、喷砂、氧化、电镀、黑色氧化物、拉丝、丝印、镭雕、喷金属油、喷粉、铬酸盐、喷橡胶油、丝印、热处理、钝化等，以满足金属或非金属零部件的使用需求；(6)对表面处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹红泽，陈文刚，吴华杰，井培尧，张禄中，陈龙，侯金成，刘云伟，王泽霄，王雨豪，张桔帮，郝星星，郭文轩，毛宇坤，戴一凡，
申请(专利权)人：西南林业大学，
类型：发明
国别省市：