一种表面带有复合型沟槽的基体及其加工方法与流程

本发明涉及激光表面处理技术领域，特别涉及一种表面带有复合型沟槽的基体及其加工方法。

背景技术：

随着科技的进步，复杂精密零件的需求量显著增加，表面织构化作为一种改善机械零件、微/纳零件摩擦学性能的有效手段，已得到广泛共识。其中，沟槽织构形貌是几种常见织构形貌之一，具有良好的导流作用和动压润滑性能。研究发现，沟槽的宽度及深度对于基体表面润滑有着很大的影响；其次在表面具有微织构的基体涂层技术领域，微织构宽度和深度对于涂层的质量也有着极大的影响。

沟槽织构宽度和深度是由一组脉冲中单个脉冲能量、宽度决定的。通过调整激光参数，如平均输出功率，脉冲频率，离焦量等，可以不同程度的增加沟槽织构宽度、深度和形貌质量，但其所增加宽度的范围有限，对加工设备的要求也很高。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种表面带有复合型沟槽的基体及其加工方法，通过将多条平行沟槽织构在宽度方向上叠加的方法，能够实现较大范围的调节沟槽宽度。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种表面带有复合型沟槽的基体，基体表面阵列分布单条复合型沟槽织构；所述单条复合型沟槽织构由多条平行的单元沟槽在宽度方向相邻或相交组成。

进一步，多条平行的所述单元沟槽之间的间距相同或逐渐变大或变小。

进一步，所述单元沟槽宽度b为5～50μm，所述单元沟槽深度h为1～15μm。

进一步，所述单条复合型沟槽织构的截面为u型槽，所述u型槽宽度b为20～300μm；所述u型槽深度为h为1～15μm。

进一步，所述u型槽的两侧壁为直线形或者曲线形。

进一步，所述单条复合型沟槽织构由3条平行的单元沟槽在宽度方向等距相交组成，所述单条复合型沟槽织构的形貌为增宽型沟槽形貌，所述增宽型沟槽形貌为平底“u”型槽，所述平底“u”型槽的深度与宽度比为1/10～3/20。

进一步，所述平底“u”型槽的宽度为10μm～100μm，深度为1μm～15μm。

一种的表面带有复合型沟槽的基体的加工方法，包括如下步骤：对基体表面激光烧蚀得到的复合型沟槽织构，所述单条复合型沟槽织构加工顺序为先加工所述单条复合型沟槽织构外侧的所述单元沟槽，然后按顺序加工所述单条复合型沟槽织构内侧的所述单元沟槽。

进一步，还包括如下步骤：

前处理：将基体待加工表面打磨、抛光处理至镜面，清洁基体表面；

激光加工参数设置：激光波长为532nm或1064nm中的一种，离焦量为0，脉冲宽度100-600μs，脉冲频率1000hz-2000hz，电流为1a-8a，辅助气体为惰性气体。

本发明的有益效果在于：

1.本发明所述的表面带有复合型沟槽的基体，较大范围地调节沟槽织构形貌的宽度和深度，使得基体适应不同工况下的加工要求。

2.本发明所述的表面带有复合型沟槽的基体，如基体在刀具加工技术领域，可大幅提高刀具表面的动压润滑性能和导流作用；在涂层领域，可提高涂层质量，增加涂层与基体的结合力。

3.本发明所述的表面带有复合型沟槽的基体，在涂层领域，可提高涂层质量，增加涂层与基体的结合力。

4.本发明所述的表面带有复合型沟槽的基体的加工方法，可以较大范围地调节沟槽织构形貌的宽度，使得基体适应不同工况下的加工要求。

附图说明

图1为本发明所述的表面带有复合型沟槽的基体三维图。

图2为本发明所述的单元沟槽横截面图。

图3为本发明所述的增宽型沟槽形貌截面图。

图4为本发明所述的增宽型沟槽形貌加工示意图。

图中：

1-第一单元沟槽；2-第二单元沟槽；3-第三单元沟槽。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1所示，本发明所述的表面带有复合型沟槽的基体，基体表面阵列分布单条复合型沟槽织构；所述单条复合型沟槽织构由多条平行的单元沟槽在宽度方向相邻或相交组成。多条平行的所述单元沟槽之间的间距相同或逐渐变大或变小。多条平行的所述单元沟槽之间的间距可以相同，这样基体安装是可以保证表面均匀的储油；多条平行的所述单元沟槽之间的间距也可以不相同，根据基体的运动轨迹和需要润滑的位置设置较大的间距，使所述单条复合型沟槽织构的宽度较大。

如图2所示，所述单元沟槽宽度b为5～50μm，所述单元沟槽深度h为1～15μm，所述单元沟槽长度a为1000～10000μm。所述单条复合型沟槽织构的截面为u型槽，所述u型槽宽度b为20～300μm；所述u型槽深度为h为1～15μm。所述u型槽的两侧壁为直线形或者曲线形，一般曲线可以为圆弧或者抛物线或者三角函数曲线。如图3所示，所述单条复合型沟槽织构由3条平行的单元沟槽在宽度方向等距相交组成，所述单条复合型沟槽织构的形貌为增宽型沟槽形貌，所述增宽型沟槽形貌为平底“u”型槽，所述平底“u”型槽的深度与宽度比为1/10～3/10。所述平底“u”型槽的宽度为10μm～100μm，深度为1μm～15μm。所述平底“u”型槽的深度与宽度比为1/10时，单元沟槽宽度为5μm，深度为1μm，复合型沟槽宽度为10μm，深度为1μm；所述平底“u”型槽的深度与宽度比为3/20时，单元沟槽宽度为50μm，深度为15μm，复合型沟槽宽度为100μm，深度为15μm

如图4所示的实施例为增宽型沟槽形貌，其中单个增宽型沟槽形貌由3个相交的单元沟槽组成，本发明所述的表面带有复合型沟槽的基体的加工方法，步骤为：

步骤1，设计基体表面增宽型沟槽参数；单元沟槽的具体几何参数为：长度a＝10000μm，宽度b＝20μm，深度h＝15μm，形貌为正弦形貌；单条增宽型沟槽形貌的具体几何参数为：单条增宽型沟槽长度a等于单元沟槽长度a＝10000μm，单条所述增宽型沟槽形貌宽度b＝40μm，单条所述增宽型沟槽形貌深度h＝15μm。

步骤2，前处理，将高速钢基体打磨、抛光处理至镜面，用干棉布清洁高速钢基体表面；

步骤3，采用多动能皮秒加工系统加工增宽型沟槽，加工顺序为先利用激光分别加工第一单元沟槽1和第三单元沟槽3，然后加工中间的第二单元沟槽2；如图4所示，第一单元沟槽1和第三单元沟槽3之间的间距为w1，第一单元沟槽1和第二单元沟槽2之间的间距为w2，w2为w1的一半。具体单脉冲激光烧蚀的加工参数为：激光波长为532nm或1064nm，离焦量为0，脉冲宽度300μs，脉冲频率1200hz，，电流为3a，辅助气体为氮气。

步骤4，后处理，将已加工表面抛光，去除表面熔渣，并将基体放入浓度为75％酒精溶液中超声清洗，室温条件下风干。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

技术特征：

技术总结
本发明提供了一种表面带有复合型沟槽的基体，基体表面阵列分布单条复合型沟槽织构；所述单条复合型沟槽织构由多条平行的单元沟槽在宽度方向相邻或相交组成。多条平行的所述单元沟槽之间的间距相同或逐渐变大或变小。所述单条复合型沟槽织构的截面为U型槽，所述U型槽宽度B为20～300μm；所述U型槽深度为H为1～15μm。所述单条复合型沟槽织构由3条平行的单元沟槽在宽度方向等距相交组成，所述单条复合型沟槽织构的形貌为增宽型沟槽形貌，所述增宽型沟槽形貌为平底“U”型槽，所述平底“U”型槽的深度与宽度比为1/10～3/20。本发明可以通过将多条平行沟槽织构在宽度方向上叠加的方法，能够实现较大范围的调节沟槽宽度。

技术研发人员：符永宏;李海波;钟行涛;康正阳;黄婷;张洋
受保护的技术使用者：江苏大学
技术研发日：2018.09.28
技术公布日：2019.01.18