二次压入实现凹坑形微阵列结构单元表面平坦化的方法技术

本发明专利技术涉及一种二次压入实现凹坑形微阵列结构单元表面平坦化的方法，属于机械领域。针对凹坑形微阵列结构单元的机械加工过程进行模拟，即使用维氏压头压入材料表面形成特征尺寸为微米级的凹坑单元，由于材料表面受力的作用会在凹坑周边形成凸起现象并伴随残余应力的存在。为使表面平坦化和降低表面残余应力，使用立方角压针垂直压入特征尺寸为微米级的凹坑单元侧面，形成特征尺寸为纳米级的压痕，释放材料存储的残余应力，以达到使功能表面平坦化的目的。此方法为精密机械加工技术制造的微阵列结构功能表面提供了表面平坦化方法。操作简单，设备功能丰富，可用于大规模的成批机械加工。

【技术实现步骤摘要】
二次压入实现凹坑形微阵列结构单元表面平坦化的方法
本专利技术涉及机械领域，特别涉及一种二次压入实现凹坑形微阵列结构单元表面平坦化的方法。可对凹坑形微阵列机构单元在精密机械加工过程中，因受力的作用而导致的表面凸起现象进行表面平坦化处理。可为仿生工程、航空航天、通信工程等领域涉及的凹坑形微阵列结构单元的表面加工提供平坦化方法。
技术介绍
微结构功能表面是指具有规则分布的微观几何拓扑形状的一类表面，其结构尺寸一般在10−100μm。它的微观几何形状通常呈现阵列的形式，故称之为微阵列结构。典型的微阵列结构有凹坑形阵列、微透镜阵列、金字塔阵列结构等，这些表面微结构可以传递材料的物理、化学性能等，如粘附性、摩擦性、润滑性、耐磨损性或者特定的光学性能等。微阵列结构以其优异的性能在仿生工程、航空航天、通信工程等方面有着广泛的应用。微阵列结构是通过超精密机械加工技术、增材制造技术、高能束加工技术、光刻加工技术、纳米压印技术等技术加工制造的。这些加工形成的微阵列结构，其功能表面精度对使用性能的影响与传统的光滑功能表面具有明显的差异，且微阵列结构器件的加工制造工艺，导致微阵列结构表面出现二次突起，内部存在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二次压入实现凹坑形微阵列结构单元表面平坦化的方法，应用对象为特征尺寸为微米级的凹坑形微阵列结构单元，对试样在凹坑形微阵列加工过程中，由于受力的作用表面产生的凸起现象进行平坦化处理，并使得材料内部的残余应力得到释放，降低试样功能表面的能量，使试样功能表面趋于更加平稳的状态；其特征在于：包括以下步骤：第一步：建立二次压入有限元仿真模型并求解；第二步：处理仿真分析结果；第三步：一次压入微米级凹坑，模拟精密机械加工产生的凹坑形微阵列结构单元；第四步：加工带有斜面的底座；第五步：将试件固定在底座上，对其定位；第六步：二次压入纳米级压痕，实现表面平坦化。

【技术特征摘要】
1.一种二次压入实现凹坑形微阵列结构单元表面平坦化的方法，应用对象为特征尺寸为微米级的凹坑形微阵列结构单元，对试样在凹坑形微阵列加工过程中，由于受力的作用表面产生的凸起现象进行平坦化处理，并使得材料内部的残余应力得到释放，降低试样功能表面的能量，使试样功能表面趋于更加平稳的状态；其特征在于：包括以下步骤：第一步：建立二次压入有限元仿真模型并求解；第二步：处理仿真分析结果；第三步：一次压入微米级凹坑，模拟精密机械加工产生的凹坑形微阵列结构单元；第四步：加工带有斜面的底座；第五步：将试件固定在底座上，对其定位；第六步：二次压入纳米级压痕，实现表面平坦化。2.根据权利要求1所述的二次压入实现凹坑形微阵列结构单元表面平坦化的方法，其特征在于：第一步所述的建立二次压入有限元仿真模型并求解是：由于压头和试样形状以及施加载荷的对称性，为了简化计算，将三维模型简化为二维模型，利用有限元仿真分析软件ABAQUS建立二次压入的二维模型，定义模型的材料属性；设置部件的单元类型，选择分网精度，划分网格；设置二次压入过程的步骤，即创建分析步；定义接触类型，分别建立维氏压头与试样、立方角压针与试样的接触；设置边界条件，施加载荷，即根据各个分析步分别设置施加在试样、维氏压头参考点、立方角压针参考点上的边界条件及载荷；提交作业并查看模拟结果。3.根据权利要求1所述的二次压入实现凹坑形微阵列结构单元表面平坦化的方法，其特征在于：第二步所述的处理仿真分析结果是：创建被压试样表面节点路径，提取二次压入前后节点路径的等效应力值，即S,Mises，随节点序列ID变化的数据；导出数据，绘制并对比二次压入前后被压试样表面的应力曲线；二次压入过程的有限元仿真分析作为实验的前瞻性步骤，其分析结果可为实验参数的设置提供依据。4....

【专利技术属性】
技术研发人员：马志超，蒋东颖，任露泉，强振峰，马筱溪，杜希杰，严家琪，张红诏，卢坊州，张微，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22