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仿生非光滑耐磨表面与激光毛化轧辊技术

杨卓娟;任露泉;韩志武

  土壤动物的非光滑体表不仅具有减粘、降阻的作用,同时具有良好的耐磨性能。现代工程仿生学的发展,为解决一些工程问题找到了新的解决途径。在轧钢工业中,现代钢铁企业的发展对轧辊的耐磨性提出了更高的要求,而目前我国绝大多数轧钢厂使用的轧辊均不能满足使用要求。因此,提高轧辊表面耐磨性,进而提高轧辊寿命是当务之急。对土壤动物的研究发现,仿生几何非光滑表面可设计成凸包形、凹坑形、波纹形、鳞片形等。经过大量实验研究,已将仿生非光滑表面试用于仿生推土板、仿生犁,取得了较好的减粘、降阻效果。激光毛化冷轧辊技术是20世纪80年代末由比利时冶金研究中心发明的,我国是第四个掌握此项技术的国家。这一技术是采用高能量、高重复频率的脉冲激光对冷轧辊表面按预定形貌和几何分布进行熔凝造型。据报道可实现的表面形貌有凸包、凹坑、矩形、菱形。经激光毛化处理后的轧辊已在我国一些工厂使用,可明显提高轧辊的寿命。但激光毛化作为一项新兴技术,在提高轧辊耐磨性方面的应用无论从理论上还是实践上还不成熟,尚未系统研究出表面形貌、尺寸大小、分布规律对不同工况条件下耐磨性的影响,且尚未在热轧辊上应用。土壤动物体表与土壤的作用和轧辊与轧件的作用,都属于两种物体相互接触的界面摩擦问题,具有相似性,且用激光器加工出的轧辊表面形貌与土壤动物的非光滑体表非常相似。因此如用仿生非光滑表面耐磨理论指导轧辊表面形貌设计,可望进一步解决轧制时摩擦阻力大易磨损的问题,取得更加可观的经济效益。……