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皮秒激光原位诱导球墨铸铁生成石墨烯和微织构以及对摩擦学性能的影响

我中心研究生刘炜程(第一作者)和王志文老师(通讯作者)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“Simultaneous laser in-situ generation of grapheneand micro-textures on ductile iron and their effectson tribological properties”的论文。

本文提出了一种在球墨铸铁材料上高效制备微织构阵列的方法,同时诱导产生石墨烯。本文针对球墨铸铁本身的特点,通过简单的激光扫描,即可在球墨铸铁表面制备大小密度可控的微织构阵列。

通过改变调整激光功率密度,扫描速度,在表面制备了不同密度的微织构,并研究了其对材料表面摩擦学性能的影响,找到最优的微织构密度。

研究发现,微织构阵列可有效提高工件表面硬度,改善表面摩擦学性能。其中,20%面积密度,平均直径为36μm的微织构(ST-3)可减小20%摩擦系以及70%的体积磨损率。

1. 激光微织构加工方法。a:逐点烧蚀;b: 并行连续加工

2. 不同扫描速度下的光学显微镜图(a)1m/s (ST-1) (b) 1.5m/s (ST-2) (c) 2m/s (ST-3) (d) 2.5m/s (ST-4)

  

3. 微坑内部拉曼光谱测试

4. 不同面积密度的纹理的摩擦系数和平均摩擦系数的比较: (a)摩擦系数曲线;(b)稳定曲线阶段的平均摩擦系数

5. 不同样品的磨损率对比图

  

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