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基于超音速微粒轟擊和豪克能的金屬材料表面納米化方法與流程

709   編輯:中冶有色網(wǎng)   來(lái)源:中國(guó)人民解放軍火箭軍工程大學(xué)  
2023-09-20 15:28:18
本發(fā)明涉及一種金屬材料表面納米化的制備方法,用于金屬材料表面強(qiáng)化和改性。 背景技術(shù): 金屬材料在服役過(guò)程中可能在高濕度環(huán)境下與帶腐蝕性的氧化劑、還原劑長(zhǎng)期接觸,由于腐蝕一般是從材料的表面開(kāi)始,通過(guò)表面處理提高材料的耐腐蝕性能比研發(fā)全新材料更有成本和時(shí)間優(yōu)勢(shì)。表面納米化技術(shù)作為表面強(qiáng)化的一種手段,能夠在材料表層形成納米層,其優(yōu)勢(shì)主要在于不改變材料的外形尺寸、工藝簡(jiǎn)單易行、成本低廉及無(wú)目前所使用的陽(yáng)極化工藝的環(huán)境污染問(wèn)題。目前表面納米化研究最常用的方法為表面機(jī)械研磨法,其處理過(guò)程是在一個(gè)“u”形的真空容器中放置大量球形彈丸,容器的上部將樣品固定,下部與振動(dòng)發(fā)生裝置連接,如圖1(a)所示。工作時(shí),彈丸從各個(gè)方向隨機(jī)地以較大的能量與樣品碰撞,使材料的表面通過(guò)強(qiáng)烈塑性變形而實(shí)現(xiàn)納米化,材料表面形成納米結(jié)構(gòu)層,隨著距表面距離越遠(yuǎn)材料的應(yīng)變和應(yīng)變率沿梯度減小,如圖1(b)所示;但該方法需要在真空環(huán)境中,容器的大小也限制了此方法只適用于實(shí)驗(yàn)室研究,不適合對(duì)大尺寸的金屬零件進(jìn)行表面處理,此外,產(chǎn)品表面粗糙度很大,進(jìn)一步限制了其在工業(yè)上的進(jìn)一步應(yīng)用。 技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素: 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足,本發(fā)明提供一種基于超音速微粒轟擊技術(shù)和豪克能技術(shù)相結(jié)合的金屬材料表面納米化方法,能夠大幅改善表面納米化后的金屬材料表面粗糙度。 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案包括以下步驟: 對(duì)金屬材料樣品表面進(jìn)行研磨、拋光;然后進(jìn)行超音速微粒轟擊表面納米化處理,在待焊基材表面形成一層厚度不低于50μm的納米層,表面納米晶粒的平均尺寸不大于50nm,表面粗糙度大于3μm,表面顯微硬度大于250hv;采用豪克能技術(shù)對(duì)金屬材料樣品表面進(jìn)行處理,最終使材料表面粗糙度減小為0.01~0.2μm,表面顯微硬度大于300hv。 所述的超音速微粒轟擊表面納米化處理的彈丸材質(zhì)為不銹鋼s110、sio2、bn或wc,彈丸直徑為0.05~0.5mm,噴射角為60°~90°,工作氣壓為0.1~0.53mpa,氣流速率為340~1200m/s,噴射距離為10~300mm,噴射時(shí)間為0.1~300min。 所述豪克能技術(shù)的加工工具頭的振動(dòng)頻率是10~40khz,振幅是5~30μm,沿橫軸移動(dòng)速度是5~30mm/min,沿縱軸移動(dòng)速度是10~200mm/min。 本發(fā)明的有益效果是:能夠改善金屬材料表面納米化后表面粗糙度
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