第十三届全国表面工程大会暨第十二届全国青年表面工程论坛

131 / 2020-09-18 14:36:54

激光原位诱导球墨铸铁材料石墨烯微织构阵列

球墨铸铁；石墨烯；微织构；激光

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    利用球墨铸铁加工发动机曲轴易在轴颈处、斜油孔处产生并扩展微裂纹，严重影响曲轴的疲劳寿命。本文通过激光重融工艺将球墨铸铁表面融化并重新凝固，消除了初始裂纹，表面硬度由HV310提高到HV430，极大提高了表面硬度。由于球墨均匀分布在整个工件，在激光重融过程中激光同时也对球墨区域处理，获得了不同直径分布的微坑结构。拉曼光谱测试结果表明微坑中为有缺陷的多层石墨烯结构。由于石墨烯热扩散性能优于石墨，因此激光原位诱导的石墨烯微坑阵列可以提高工件的散热性能，尤其可以减小工件表面与内部的热应力，进而避免或减少摩擦热应力带来的微裂纹。

    利用球销对激光处理前后工件的摩擦磨损性能进行了测试，测试结果表明，未激光处理的工件在进行摩擦磨损试验后，工件温升较高、有明显磨损坑道、润滑油已氧化发黑、摩擦系数也有升高的趋势；激光处理后的工件进行摩擦磨损实验后工件温升较少、无明显磨损坑道、润滑油还可以保持清澈的状态、摩擦系数有降低的趋势，且摩擦实验两小时后摩擦系数小于未激光处理的工件。

    实验表明激光在球墨铸铁工件表面原位诱导石墨烯微织构阵列后，摩擦磨损性能均得到了较大改善。本文提出的加工方法为并行、高速加工，与传统的单个串行加工方式有根本性不同，效率得到极大提高，可应用于发动机曲轴、缸套、连杆等多种部件加工中。