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激光原位诱导球墨铸铁复合微织构阵列及其在摩擦磨损性能的研究

我中心王志文老师(第一作者)与郑宏宇教授(通讯作者)在Journal of Materials Research and Technology期刊上发表了题为“The effect of laser in-situ induced graphene-like micro-texture on the friction and wear properties of ductile cast iron”的论文。

微织构阵列在减摩抗磨方面有广泛应用,加工方法包括激光加工(1a)、电化学加工、喷丸加工、反应离子刻蚀等。但这些加工方法加工效率低、或对环境有污染、或要求真空环境,无法在工业现场实现大面积、高效率的制备。

文章针对球墨铸铁本身的特点,通过简单的激光扫描(图1b),即可在球墨铸铁表面制备微织构阵列(图2)。微织构大小、密度可通过调整激光功率、扫描速度进行调控。

1 激光微织构加工方法。a: 串行顺序加工;b: 并行连续加工

2 激光扫描制备球墨铸铁微织构阵列。a:低功率;b: 高激光功率

经测试,微织构内部为多层具有损伤的石墨烯结构(图3),加工后的工件表面硬度大为提高。摩擦系数呈下降趋势(图4),体积磨损率大幅下降(图5)。

3 微织构内部形貌


4 有无微织构的球墨铸铁工件的摩擦系数曲线               5 有无微织构的球墨铸铁工件摩擦实验后的表面形貌

该加工方法效率高(>2m/s),无需真空环境,无污染,可在工业现场加工,可望在应用球墨铸铁材料的齿轮、曲轴等领域中得到应用。



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