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铝合金在机械工业领域中具有广泛的应用和研究,然而表面硬度低、摩擦系数高、耐磨性和耐蚀性差等特性严重地限制了铝合金的有效应用及其性能的发挥。因此,对铝合金进行表面改性,减小摩擦,并提高耐磨性能,具有重要的学术和工程价值。本文结合仿真和实验,提出采用激光微织构和石墨涂层对铝合金表面进行修饰和改性的方法,进而研究二者对摩擦学性能的影响规律,主要开展了以下研究工作:基于Reynolds方程建立了摩擦副表面间凹坑形微织构的润滑模型,采用FLUENT软件对润滑模型进行了数值分析,研究了微织构形貌特征和几何参数对摩擦副表面间润滑油膜的压力及其分布的影响规律。结果表明,在微凹坑深度不变的条件下,微凹坑随着直径的增大,动压润滑效果增强,但当直径超过100μm后,增长速度变缓,考虑到实际实验中对偶钢球表面与基体表面的接触区域范围,本文选用直径/边长为50μm、60μm、80μm和100μm的圆形/正方形微凹坑作为后续实验的研究对象。采用脉冲Nd:YAG激光器加工系统在铝合金试件表面制备了规则排列的凹坑型微织构,运用TMHV-1000型显微硬度仪考察了微织构边缘附近显微硬度的变化规律,通过HSR-2M型高速往复摩擦磨损试验机研究了表面微织构形貌特征和几何参数对铝合金表面减摩、抗磨性能的影响规律,同时考察了滑动速度对摩擦学性能的影响效应。结果表明:微织构化表面较无织构表面的平均摩擦系数均有不同程度减小,同时微织构化表面的磨损程度较低;在微织构化表面,较高的滑动速度有利于降低摩擦系数;在所研究的微织构形貌参数范围内,圆形凹坑微织构直径为60μm,面密度为4.72%时的减摩、抗磨效果最好;正方形凹坑微织构边长为80μm,面密度为7.94%时的减摩、抗磨效果最好。通过热喷涂工艺分别在光滑铝合金基体表面和微织构化基体表面喷覆固体石墨涂层,采用JSM-6490LV能谱仪对铝合金基体和石墨涂层的成分进行了分析,利用JB-1C粗糙度仪对试样表面的粗糙度进行了测试,通过摩擦磨损实验分别考察了单因素的微织构和石墨涂层对试件表面的摩擦磨损性能影响,以及二者协同作用下的减摩抗磨机理。结果表明,微织构和石墨涂层的协同作用对铝合金表面的减摩抗磨效果显著,该表面具有最小的摩擦系数,且对铝合金基体表面起到了良好的防护。通过以上研究,改善了铝合金表面的摩擦学性能,为铝合金性能的发挥提供了相关的理论依据和实验指导。