Применение фемтосекундных лазеров в подшипниках: микротекстурирование поверхности, смазка и износостойкость 

Применение фемтосекундных лазеров в подшипниках: микротекстурирование поверхности, смазка и износостойкость

В промышленном производстве металлические детали трутся друг о друга при контакте, особенно при высокоскоростном или высокочастотном скольжении и вращательном движении. Это трение может легко привести к износу, что в конечном итоге приведет к выходу изделия из строя.

Например, при эксплуатации подшипников трение и износ могут влиять на стабильность и надежность всей системы, сокращая срок службы изделия. Поэтому улучшение характеристик поверхностного трения таких изделий и повышение их надежности является ключевым направлением исследований.

Исследования и данные реальных производственных испытаний показывают, что модификация поверхности для создания микротекстуры может значительно повысить износостойкость поверхностей трения, тем самым повышая устойчивость самого изделия.

I. Что такое микротекстура поверхности?

Микротекстура поверхности — это образование микроскопических структур с определённой формой, размером и характером распределения на поверхности материала, таких как глухие отверстия, глухие канавки и микровыступы.

Современные разработки и области применения микротекстуры в основном ориентированы на круглые микроуглубления и V-образные канавки, включая квадратные, треугольные и ромбовидные углубления. Размер этих углублений обычно варьируется от нескольких микрометров до нескольких сотен микрометров.

II. Применение поверхностного микротекстурирования
В настоящее время поверхностное микротекстурирование применяется во многих областях. Например:
1. При применении технологии поверхностного микротекстурирования к уплотнительным кольцам на кольцах формируются круглые микроуглубления, что улучшает как уплотняющий эффект, так и несущую способность уплотнений.
2. Нанесение кольцевых микротекстур соответствующей плотности на внутреннюю стенку поршневого цилиндра двигателя снижает потери на трение более чем на 40%.
3. Нанесение микротекстур различной формы на упорные подшипники значительно повышает несущую способность упорных подшипников.

III. Каковы методы поверхностного микротекстурирования?

В настоящее время основными методами обработки микротекстуры поверхности являются лазерная обработка, электроэрозионная обработка, электрохимическая обработка, холодная штамповка, обработка сфокусированным ионным пучком, плазменное травление и сверхточная токарная обработка. По сравнению с другими технологиями фемтосекундные лазеры обладают такими преимуществами, как высокая точность обработки, минимальное тепловое воздействие, малые габариты обрабатываемых деталей, высокая повторяемость, превосходная управляемость, высокая гибкость, отсутствие напряжений в работе и экологичность. В настоящее время они являются передовой технологией, идеально подходящей для микротекстурирования поверхности в микро- и нанометровом масштабе.

Это обусловлено их чрезвычайно короткой длительностью импульса и высокой пиковой мощностью, что обеспечивает наивысшее качество обработки и эффективность среди промышленно применимых импульсных лазеров.

Фемтосекунда означает длительность одного лазерного импульса в одну квадриллионную секунды, или 10-15 секунд. Поскольку фемтосекундные лазеры обеспечивают высокий уровень энергии за столь короткий промежуток времени, их пиковая мощность чрезвычайно высока. Таким образом, фемтосекундные лазеры теоретически могут обрабатывать любой материал, создавая при этом минимальную зону термического влияния.