一种在板状金属表面制备层片状梯度结构的装置的制作方法

本实用新型属于金属材料表面处理技术领域，尤其涉及一种在板状金属表面制备层片状梯度结构的装置。

背景技术：

在金属表面制备层片状梯度纳米结构是一种金属材料改性方法，是经过对金属表面进行处理在金属材料表面分布一层微观组织特征为层片状晶粒形貌的梯度纳米结构，这种改性方法能够显著提高金属材料的强度，并能同时保持金属材料原有的塑性不产生显著降低，实现金属材料强度与塑性的完美匹配。

目前在金属表面制备梯度纳米结构的方法主要包括基于剧烈塑性变形导致晶粒细化的方法和基于机械研磨或高速喷丸冲击的方法。其中，剧烈塑性变形导致晶粒细化的方法一般包括高压扭转法、等通道挤压和累积叠轧工艺，这类方法虽然可以显著细化晶粒，提高金属材料的强度，但也存在明显的局限性：首先，这类方法由于受到剧烈塑性变形过程中位错累积与湮灭的动态平衡，晶粒的细化存在临界值，一般金属晶粒细化的临界尺寸大约在200nm，强度大约在1000MPa，无法实现强度的进一步提高；其次，该类方法获得的亚微米晶材料由于可动位错密度较低，样品的均匀塑性很低低。基于机械研磨或高速喷丸冲击的方法是通过表面塑性应变的不断累积，从而在金属材料表面制备出梯度纳米结构，综合了梯度纳米结构的强度和心部粗晶材料的塑性，实现了强度与塑性的完美匹配，但该类方法制备的纳米材料晶粒为等轴状，在热稳定性硬度等方面均不如层片状梯度纳米结构。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种在板状金属表面制备层片状梯度结构的装置，包括卡具和滚动碾压装置，所述卡具包括底板，所述底板的一侧设有固定装置，所述底板的另一侧设有夹紧柱；所述滚动碾压装置包括安装座、与所述安装座连接的球托和位于球托内的钨钴合金球，所述球托包括与所述安装座连接的承托座以及与所述承托座连接的夹紧环，所述承托座内壁从连接夹紧环的一侧起逐渐收拢，所述夹紧环的内壁从连接承托座的一侧起逐渐收拢，所述夹紧环远离承托座一端的内壁直径小于所述钨钴合金球的直径，所述夹紧环远离承托座一端至所述承托座远离所述夹紧环一端内壁之间的距离小于所述钨钴合金球的直径。

进一步的，所述固定装置为真空吸盘。

进一步的，所述卡具上还设有与所述真空吸盘连接的真空泵，提高真空吸盘的吸附能力。

进一步的，所述夹紧柱上设有防滑纹，改善夹紧效果。

进一步的，所述滚动碾压装置上还设有喷雾装置，可以在滚动碾压过程中在金属件与钨钴合金球接触面喷洒油性降温剂，起到降温和改善滚动碾压过程的效果。

进一步的，所述安装座与所述球托间通过螺纹连接，可以轻松调换不同规格的钨钴合金球以满足加工不同材质的金属件表面。

本实用新型提供的装置结构简单、操作便捷、工艺稳定，可以在板状金属材料表面制备出微观形貌为层片状纳米晶粒的结构，使金属材料表层向材料内部方向依次呈现出纳米晶粒、亚微米晶粒、微米晶粒、原始粗晶粒片层状梯度分布的特征，在保持金属材料的塑性和韧性的同时有效提高了金属材料的强度和硬度。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的卡具的结构示意图；

图2为本实用新型实施例1的滚动碾压装置的结构示意图；

图3为本实用新型实施例1的滚动碾压装置的剖视图；

图4为本实用新型实施例2的卡具的结构示意图；

图5为本实用新型实施例3的滚动碾压装置的结构示意图；

其中：1卡具，2滚动碾压装置，3底板，4固定装置，5夹紧柱，6安装座，7球托，8钨钴合金球，701承托座，702夹紧环，9真空吸盘，10防滑纹，11喷雾装置。

具体实施方式

实施例1

一种在板状金属表面制备层片状梯度结构的方法，如图1-3所示，包括卡具1和滚动碾压装置2，所述卡具1包括底板3，所述底板3的一侧设有固定装置4，所述底板3的另一侧设有夹紧柱5；所述滚动碾压装置2包括安装座6、与所述安装座6连接的球托7和位于球托7内的钨钴合金球8，所述球托7包括与所述安装座6连接的承托座701以及与所述承托座701连接的夹紧环702，所述承托座701内壁从连接夹紧环702的一侧起逐渐收拢，所述夹紧环702的内壁从连接承托座701的一侧起逐渐收拢，所述夹紧环702远离承托座701一端的内壁直径小于所述钨钴合金球8的直径，所述夹紧环702远离承托座701一端至所述承托座701远离所述夹紧环702一端内壁之间的距离小于所述钨钴合金球8的直径。

在板状金属件表面制备层片状梯度结构时，先将板状金属件放置在卡具1的底板3上，采用固定装置4固定，然后将卡具1安装到数控车床的三抓卡盘上，同时将带有钨钴合金球8的滚动碾压装置2固定安装在数控车床的刀架座上；使钨钴合金球8对准板状金属件一侧表面的中心，调整钨钴合金球8与板状金属件表面间距离,使钨钴合金球8与板状金属件表面相切；启动数控车床，使卡具1带动板状金属件旋转，将钨钴合金球8压入板状金属件中一定深度，然后沿所述板状金属件表面中心至边缘的直线方向滚动碾压，可以根据金属材质的区别调整钨钴合金球8的压入深度和滚动碾压次数；重复上述滚动碾压过程直至板状金属件的一侧表面全部被加工；如需加工板状金属件的另一侧，则将卡具1上的板状金属件调换方向以后按上述工序进行加工即可。

实施例2

一种在板状金属表面制备层片状梯度结构的方法，如图4所示，所述固定装置4为真空吸盘9，所述卡具1上还设有与所述真空吸盘9连接的真空泵，所述夹紧柱5上设有防滑纹10。

实施例3

一种在板状金属表面制备层片状梯度结构的方法，如图5所示，与实施例13不同的是：所述滚动碾压装置2上还设有喷雾装置11，所述安装座6与所述球托7间通过螺纹连接。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。