微坑阵列能够有效改善材料表面摩擦磨损性能,延长医用髋关节使用寿命。激光冲击微造型技术是利用激光冲击力学效应对材料表面进行微坑加工的新方法。本文以钛合金Ti13Nb13Zr为研究对象,系统研究激光冲击工艺参数对微坑造型及表面摩擦性能的影响规律,为激光冲击微造型工艺参数优化设计提供优选策略。主要研究内容如下:(1)在流体动压润滑条件下,基于三维CFD仿真,研究微坑形状、深度、直径、间距、位错等参数对表面油膜压力分布、无量纲平均油膜压力等参数的影响。研究发现,在本文研究的参数范围内,椭圆形微坑使油膜具有最佳的动压润滑性能。随着微坑深度、直径的增大,无量纲平均油膜压力呈先逐渐增大后趋于平稳的趋势。存在最优的微坑位错使油膜具有最佳的动压润滑性能。随着微坑间距的增大,无量纲平均油膜压力呈逐渐减小的趋势。(2)基于激光冲击微造型实验,研究激光冲击工艺参数(激光能量、冲击次数、光斑直径)对微坑几何参数(深度、直径)的影响。研究发现,随着激光能量的增大,微坑直径、深度均呈逐渐变大的趋势。随着冲击次数的增大,微坑直径、深度呈先逐渐变大的趋势,在冲击次数达到3次时,分析由于材料表面硬化作用,出现冲击饱和现象,微坑深度、直径不再变大。(3)润滑条件下,基于Box-benhken实验设计探讨激光能量、微坑间距、位错对钛合金表面摩擦磨损性能的影响。研究微造型表面工艺参数:激光能量、微坑间距、微坑位错对微坑阵列的摩擦磨损性能的影响。研究发现,随着激光能量、微坑间距、微坑位错的增大,微造型表面摩擦系数、磨损量均呈先减小先增大的趋势,存在着最优参数使微造型表面摩擦磨损性能最佳。在激光能量1.5J、间距1.3mm、位错0.34mm时,摩擦系数最小为0.4393,激光能量1.5J、间距1.28mm、位错0.31mm时,磨损量取到最小值0.9988。对磨痕表面进行SEM分析得出,光滑表面磨损形式为严重的磨粒磨损、粘着磨损及基体堆积,微造型表面磨损形式为轻微磨粒磨损和粘着磨损,得出激光冲击微造型有效提高表面摩擦磨损性能。干摩擦下,微造型表面磨损行为较为严重的磨粒和粘着磨损;润滑条件,微造型表面磨损形式为轻微的磨粒和粘着磨损。综上所述,激光冲击微造型表面动压润滑效应有效提高钛合金表面摩擦性能。探索往复频率、载荷对微坑阵列表面摩擦磨损性能的影响规律,研究发现,随着往复频率的增大,激光冲击微造型表面摩擦系数、磨损量及磨痕深度均呈逐渐增大趋势。随着法向载荷的增大,激光冲击微造型表面摩擦系数逐渐减小,磨损量和磨痕深度逐渐变大。