聚焦离子束刻蚀多晶TiNi薄膜的表面形貌

报道了TiNi薄膜的聚焦离子束刻蚀特征及刻蚀后的表面形貌．测量结果表明薄膜的表面粗糙度随刻蚀深度呈非线性变化,当刻蚀深度等于0．1μm时,表面粗糙度为最小（5．26nm,刻蚀前为14．88nm）;刻蚀深度小于0．1μm时,表面粗糙度随刻蚀深度的增大而减小;当刻蚀深度大于0．1μm时表面粗糙度随刻蚀深度增大而增大,其原因是刻蚀深度大于0．1μm后表面出现了清晰的周期性条纹结构．此外,表面粗糙度随聚焦离子束流的增大而减小,当离子束流为2．5nA时,表面粗糙度从刻蚀前的14．88nm减小到4．67nm．     

氧化锆陶瓷微尺度磨削表面质量试验研究

为提高氧化锆陶瓷零件微细加工过程中的加工表面质量,改善氧化锆陶瓷零件的使用寿命,采用0.9mm磨头直径、500#磨粒的微磨棒对氧化锆陶瓷进行微尺度磨削三因素五水平正交试验.首先通过极差和方差分析,研究了磨削参数影响氧化锆陶瓷表面质量主次因素;其次优化出获得较低表面粗糙度值的工艺参数组合;最后通过单因素试验研究氧化锆陶瓷磨削表面粗糙度随磨削参数的变化规律.结果表明,磨削参数对表面粗糙度影响顺序依次为:磨削深度、进给速度、主轴转速;当主轴转速v_○s=40000r/min,进给速度v_○w=20μm/s,磨削深度a_○p=3μm时,表面粗糙度最小;表面粗糙度随主轴转速增大呈先下降后上升的趋势,随进给速度和磨削深度的增大而增大.     

织构化的铝合金表面摩擦学特性研究

本文利用精密加工方法在铝合金表面加工出不同的织构,通过摩擦磨损试验研究了表面织构形态对试样动压润滑、摩擦磨损特性的影响。结果表明,铝合金表面织构化可以有效地改善其摩擦学特性。条纹状织构深度越深,动压润滑效果越好,摩擦系数越小,磨损深度越浅;当网状织构夹角由小变大时,试件表面摩擦系数呈现抛物线变化,磨损深度随之增大。     

三维超声振动辅助车削减摩特性与表面质量的实验研究

为进一步提高304不锈钢的加工效果，将摩擦学动载荷分析与三维超声振动辅助车削相结合，建立减摩特性理论模型.将微织构刀具融入该模型后，减摩效果进一步提高.通过主轴转速、进给量与切削深度的切削合力实验证明了该模型的减摩效果.根据机床的相对振动建立了表面形貌的理论模型，通过单因素实验研究了切削参数对表面粗糙度的影响，随切削深度、主轴转速和进给量的增加，表面粗糙度逐渐增大.     

单晶硅微尺度侧磨表面质量影响因素试验研究

为了获得具有较好表面质量的典型硬脆材料单晶硅微结构,采用微尺度磨削技术,利用直径为0.9 mm的微磨棒沿单晶硅(100)晶面进行磨削.首先通过三因素五水平的正交试验分析出影响单晶硅微尺度磨削表面粗糙度的主次因素;其次优化出获得较小表面粗糙度的单晶硅微尺度磨削工艺;最后通过单因素试验研究单晶硅微磨削表面粗糙度(Ra)随工艺参数的变化规律.结果表明:在沿单晶硅(100)晶面的微磨削过程(20 000 r/min≤v_s≤60 000 r/min,20μm/s≤v_w≤170μm/s和3μm≤a_p≤15μm)中,主轴转速对R_a影响最大;当主轴转速(v_s)为50 000 r/min、进给速度(v_w)为20μm/s、磨削深度(a_p)为3μm时,R_a最小;R_a随vs的增大基本呈减小趋势,但v_s过大时机床主轴出现振动,R_a出现增大趋势.R_a随v_w和a_p的增大而增大.     

端铣速度对钛合金TB6表面完整性的影响

钛合金TB6铣削表面完整性对其使用性能具有重要影响,试验研究了端铣速度对表面完整性的影响规律。研究表明:在20~60m/min范围内的低速铣削时,表面粗糙度随铣削速度增大先减小而后增大,表面显微硬度值随铣削速度增大而增大,残余应力数值随速度增大而减小;在100~300m/min范围内的高速铣削时,表面粗糙度随铣削速度增大而减小,表面显微硬度随着铣削速度增大而变小,表面残余应力数值随速度增大而减小,残余应力沿深度方向分布大致呈"勺"型,高速铣削表面观察到了熔滴缺陷。     

椭圆形截面织构的最优参数设计模型

为建立流体润滑状态下表面织构的最优参数设计模型,采用求解表面织构润滑计算模型的方法研究织构参数和工况参数对摩擦因数的影响规律.研究结果表明:最优织构直径越大,其对应的最优织构深度也越大;深径比参数不能作为织构尺寸参数对摩擦因数影响的唯一表征,即织构直径和深度2个参数应分别进行研究,但当深径比在0.005～0.01之间时,不论织构直径和深度如何,其对应的摩擦因数均较小;最优织构面积比与织构尺寸参数及工况参数无关;载荷越大,速度越小,对应的最优织构深度越小,而最优织构直径越大.在仿真结果的基础上,建立椭圆形截面织构的最优参数设计模型,并对模型进行试验验证和应用分析.     

不同粗糙度条件下硅橡胶表面织构润滑特性的研究

为了研究表面织构在不同粗糙度条件下的润滑特性,使用球-盘式摩擦实验机,以具有不同粗糙度和表面织构的硅橡胶(PDMS)试样盘为下试样、GCr15轴承钢球为上试样进行摩擦实验,润滑液采用体积分数为60%的甘油-水溶液.实验结果表明,在较低的滑行速度下,表面织构会增大光滑PDMS试样的摩擦因数,但却降低粗糙PDMS试样的摩擦因数.当摩擦副处于混合润滑状态时,试样表面粗糙度有一个最优值范围,在该范围内织构化的试样具有最优的摩擦性能,如在滑行速度为1mm/s、织构面积率为10.4%的情况下,粗糙度为230nm的试样比粗糙度为20、280和360nm的试样具有更低的摩擦因数.     

干气密封端面型槽可控激光制备的参数模型及实验验证

针对干气密封微米级开槽深度和粗糙度控制难的问题，提出相应评价方法，建立加工深度和粗糙度模型，并通过数值模拟系统地研究了激光填充间距S、光斑直径ds与开槽深度ha、粗糙度Ras之间的关系.结果表明：开槽深度和粗糙度均随填充间距的增大而减小，当填充间距S<7 μm时填充间距对槽深和粗糙度的影响十分显著；光斑直径对开槽深度的影响基本可以忽略，粗糙度随光斑直径的增大呈先缓慢增大后迅速升高的趋势，临界值也位于ds=7 μm 左右.实验结果对数值计算中槽深的分析结果支持度较好，与粗糙度的分析结果略有出入.进一步采用TOPSIS综合评价方法优选出最佳工艺参数范围：考虑加工效率时，最佳参数区间为 8 μm ≤ S ≤ 15 μm，9 μm ≤ ds ≤15 μm；不考虑加工效率时，最佳参数区间为5 μm ≤ S ≤ 10 μm，5 μm ≤ ds ≤ 15 μm.研究结果对进一步提高干气密封微米级槽深的加工效率、精密度有一定指导意义.     

弹性流体动力润滑状态下滚动轴承摩擦的分析

基于非牛顿弹性流体动力润滑(弹流润滑)点接触问题的数值求解方法,对深沟球轴承滚动体与滚道椭圆接触的稳态与瞬态润滑问题进行了分析.依据油膜压力与油膜厚度的数值计算结果,讨论了接触表面粗糙度、表面几何形态(粗糙表面峰谷高度)、滑滚比、接触力以及滚动速度等参数的改变对润滑深沟球轴承摩擦系数的影响.结果表明:表面粗糙度的改变对摩擦系数的影响较小;粗糙度一定时,表面几何形态的差别对摩擦系数影响较小;摩擦系数随着滑滚比的提高而增大;接触力与滚动速度的提高导致摩擦系数增大.     

轧辊与钢板表面形貌的功能特征参数

目前普遍使用的表面形貌评定参数不能够准确反映轧辊和钢板表面的承载性能和储油性能.本文提出了二维轮廓和三维表面的功能特征参数,并给出了计算方法.通过与表面粗糙度的比较以及对电火花毛化轧辊表面形貌的分析,结果说明了表面形貌功能特征参数使表面的承载性能和储油性能分析更为具体和准确.     

Profile characterization and temperature dependence of droplet control on textured surfaces

Droplet control on textured surfaces has attracted much attention in the fields of drag reduction and high-efficiency microreactors. We investigated the profile characterization and temperature dependence of droplet control between wetting and non-wetting on a series of textured silicon surfaces. Surfaces were fabricated using photolithography, and the temperature-dependent wettability of the single phase regime droplets was characterized using dynamic contact angle measurements. The experiments demonstrated that the profile of textured surfaces characterizes the droplets Leidenfrost point. The Leidenfrost point is proportional to the micro-pillar size and rectangular wave-length of the textured surface and is inversely proportional to ambient temperature. The Leidenfrost droplets moved freely on the textured surface, almost without hysteresis. Droplets could be directed on the surface of microreactors with a low driving force.     

纳秒激光制备钛表面纹理结构及其润湿性研究

激光加工技术可在材料表面形成多种纹理结构,为了研究激光加工所得不同纹理结构对材料润湿性的影响,通过纳秒激光加工技术在金属钛表面分别加工直线、网格和点阵的表面纹理结构。采用扫描电子显微镜、接触角测量仪、粗糙度分析仪和X射线光电子能谱分别对激光加工后的钛表面进行表面形貌、接触角、粗糙度与化学成分的表征与分析。结果表明:初经激光纹理加工后试样表面的粗糙度较激光加工前均显著提高,但此时3种纹理结构试样表面接触角均小于90°;随着时间的推移,被加工材料表面化学成分的改变带来了材料表面自由能的变化,进而使被加工表面接触角总体呈现上升趋势;待试样表面化学成分稳定后接触角也基本保持不变,并且对于每种纹理结构而言,其接触角随粗糙度的增加而升高。直线、网格和点阵纹理结构试样表面接触角最终可达157.2°,153.1°和134.6°,从而实现了钛表面润湿性由亲水性向疏水性的转变。     

Interaction of aerodynamic roughness length and windflow conditions and its parameterization over vegetation surface

Surface aerodynamic roughness length is usually taken as a constant. In fact, it displays a remarkable dynamic change over underlying vegetation surfaces, because of the coupling of land surface roughness elements and windflow conditions. Current international research on this dynamic change and associated mechanisms is very limited. Using observations from different underlying surfaces (including forest, farmland and grassland) provided by a northern China coordinated observation test, the variation of aerodynamic roughness length, along with wind speed and friction velocity, is analyzed. We introduce two relationship fits, between aerodynamic roughness length and wind speed u, and dynamic variable u2/u*. Results show that aerodynamic roughness length has a clear dynamic change, and has complicated interactions with near-surface windflow. Further, the relationship fits between aerodynamic roughness length, u and u2/u*, are not only related to the roughness properties of the underlying vegetation surface (e.g. plant height), but also to plant dynamic response characteristics (e.g. flexibility). Aerodynamic roughness length decreases with increasing wind speed, because near-surface windflow conditions can change both plant roughness properties and airflow. However, the change of aerodynamic roughness length with friction velocity is complicated, and its sensitivities and transition points significantly depend on vegetation type. For underlying surfaces of forest and corn, with relatively substantial vegetative cover, roughness length correlates well with wind speed. For a surface with short vegetative cover, like natural lawn, the correlation is low. However, for all of the three vegetative surfaces, there is a close relation between roughness length and u2/u*, and their coefficients of fit from testing essentially represent the plant height and flexibility of different vegetation types. The test results also indicate that the parameterized relationships of roughness length over the underlying vegetation surface hold prospects for application.     

典型机械加工表面形貌统计参数分析

为得到粗糙接触表面接触模型的计算参数,开展了典型机械加工表面的统计参数分析与研究.采用表面轮廓仪测量了典型加工方法下得到的不同粗糙值的表面形貌数据,根据ISO 11562标准,使用零相移高斯滤波对表面轮廓进行处理得到表面粗糙度数据;基于三次样条曲线拟合的方法和凸峰独立的原则,提出一种新的凸峰定义方法,分析拟合后的数据得到表面凸点的高度分布函数、凸点平均半径和密度等接触模型计算参数.分析结果表明:粗糙度参数对高度分布函数、凸点平均半径和密度均有显著的影响,而加工方法对平均曲率半径影响较小,对高度分布函数和密度影响较大.     

表面粗糙度视觉检测中环境光补偿新方法

利用机器视觉方法对表面粗糙度的检测进行了研究,提出一种新的环境光补偿法来提高在不同外界环境光情况下的检测精度.利用照度计测量外界环境光的强度变化,并选取工件采样区域特征均值及灰度共生矩阵能量值拟合得到工件表面粗糙度检测值的计算多项式.与算术平均偏差法及灰度共生矩阵法进行了实验对比,对φ38 mm磨削轴在不同环境光下检测结果表明,当测量误差选定为±0.05μm时,环境光补偿法检测结果的正确率比其他2种方法的正确率提高约20%.     

基于离散元法的表面形貌相互作用研究

针对摩擦过程中的表面形貌相互作用问题,文章基于离散元原理,并利用该原理的一种应用程序——颗粒流程序(PFC程序),直观地对表面形貌相互作用进行模拟;模拟结果表明在刚性光滑平面与理想粗糙表面相互作用之后,粗糙度变小,表面结构也发生较大变化;并且随着2个接触表面法向接近量的增大,粗糙表面的脱落颗粒数增加,磨损程度加剧。     

纺丝溶液的挤出对聚丙烯腈初生纤维表面形态的影响

采用旋转流变仪并结合Tanner黏弹性流体挤出胀大方程研究了剪切对聚丙烯腈/二甲基亚砜(PAN/DMSO)溶液挤出胀大的影响,用原子力显微镜(AFM)研究了挤出速度对PAN初生纤维表面粗糙度的影响规律。结果表明：随着挤出速度的增大,体系的挤出胀大比逐渐增大,当挤出速度大于90m/h时,挤出胀大比的变化出现拐点,增大的趋势变缓;聚合物大分子链的回复是初生纤维表面形貌形成的主要原因,湿法纺丝过程中,挤出速度低于90m/h时初生纤维表面粗糙度随着挤出速度增加而减少,在较高挤出速度时,随着挤出速度增加而增加;干湿法纺丝初生纤维的表面粗糙度明显低于湿法纺丝,并且随挤出速度的增加而增大。     

Laser Texturing of Rolled Surfaces

To reduce friction and improve clarity of steel surfaces, laser texturing was used to produce known surface roughness profile on rolled surfaces using a Nd:YAG laser. Laser texturing process was analyzed to select the laser parameters. The surface roughness hardness and abrasion resistance were then measured and analyzed. The results show that the surface roughness is harder than the matrix, which fits for the requirements of laser texturing. The surface roughness also has good abrasion resistance. The intensity and distribution of the single pulse are the key points affecting the surface roughness profile.     

基于多重分形谱的碳纤维复合材料表面评定方法

碳纤维复合材料（CFRP）表面的多重分形谱能表征其表面形貌特征.用TalyScan 150表面测量仪测量了CFRP的表面形貌,使用小波变换算法计算了其多重分形谱.结果表明,CFRP 3D表面的形貌与其多重分形谱密切相关,Lipschitz指数的范围可以表征表面的粗糙度,多重分形谱的数值可以表征表面的波峰和波谷的分布.同传统表面粗糙度分形维数表征方法相比,多重分形谱能表征加工表面形貌的局部特征.