一种表面机械研磨纯镁基板材机械渗入Ni的渗入方法
【专利摘要】本发明公开了一种表面机械研磨纯镁基板材机械渗入Ni的渗入方法，该方法包括：①镁基板材退火；②超声清洗合金弹丸；③清洗弹丸室；④安放合金弹丸；⑤将退火后的纯镁板材依次用砂纸打磨至表面平整；⑥安放纯镁板材；⑦弹丸室抽真空；⑧向弹丸室加入Ni粉；⑨弹丸室输入Ar气；⑩纯镁表面合金化。本发明提供的表面机械研磨纯镁基板材机械渗入Ni的渗入方法采用表面机械研磨纯镁基板材过程中加入Ni粉可以在纯镁表面制备30μm厚的MgNi2合金层；表面机械研磨纯镁基板材机械渗入Ni制备连续的MgNi2合金层的处理工艺时间为120min，在随后445℃真空保温4h可以使合金层增厚至50μm；镁-镍合金层提高了纯镁的性能，从而拓宽镁的实际应用范围。
【专利说明】一种表面机械研磨纯镁基板材机械渗入Ni的渗入方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于表面机械研磨【技术领域】，尤其涉及一种表面机械研磨纯镁基板材机械 渗入Ni的渗入方法。
【背景技术】
[0002] 表面机械研磨是一种有效的表面改性技术，研磨后的纳米表层开放结构中包含 的高密度位错和大量晶界，为元素短路扩散提供理想通道，使得扩渗可以在低温下实现。 Z. B. Wang在机械研磨纯铁时，滚丸上的铬会进入到纯铁表面，且铬在铁中的扩散速率会提 高4?5个数量级；研究中发现，表面机械研磨纯铜时，轴承合金滚丸在高速撞击纯铜表 面时，轴承合金分子可以物理性渗入纯铜基材表面一定深度；X. L. Wu在机械研磨纯钴板材 时，滚丸（Cr-1. 35wt. %，C-0. 98wt. %，else Fe)中铁和钴板材形成了 Co3Fe7的金属间化 合物；表面机械研磨纯铁时，向试样罐中添加镍粉，可在纯铁表面获得具有一定厚度的铁镍 混合层。
[0003] 在以上研究的启发下，完全可以利用材料表面纳米晶组织这种较高的活性，利用 机械合金化的思想，直接一步完成材料表面的纳米化和合金化。
【发明内容】
[0004] 本方案提出了表面机械研磨纯镁基板材机械渗入Ni的渗入方法，选用活性高的 工业纯镁作为研究对象，在表面机械研磨过程中加入Ni粉，通过高应变速率、纳米化、大量 晶界同步扩散过程，在纯镁表层制备镁-镍合金层，从而提高纯镁的性能，从而拓宽镁的实 际应用范围。
[0005] 本发明实施例是这样实现的，一种表面机械研磨纯镁基板材机械渗入Ni的渗入 方法，该方法包括：
[0006] ①纯镁基板材退火：将纯镁板材70X70 X 8mm置于真空热处理炉中，进行退火处 理，消除铸造应力，使组织均匀；退火温度：255°C ±5°C;退火时间：240min±lmin退火后随 炉冷却至室温；
[0007] ②超声清洗合金弹丸：将轴承合金弹丸置于无水乙醇中侵泡，反复清洗，去除弹丸 表面的油污，再将其置于超声清洗器中，加入丙酮溶液，超声清洗，清洗后晾干备用；
[0008] ③清洗弹丸室：分别用无水乙醇、丙酮清洗弹丸室，使弹丸室清洁；
[0009] ④安放合金弹丸：将清洗好的弹丸置于弹丸室底部；
[0010] ⑤将退火后的纯镁板材依次用：用砂纸反复打磨，去除表面的氧化层，使最终表面 的粗超度为RaO. 32?0. 64 μ m ; toon] ⑥安放纯镁板材：将砂纸打磨过的纯镁基板材置于超声仪器中，加入丙酮，超声清 洗，使表面无污染，并快速装入弹丸室的顶盖上，加上密封圈和顶盖，四周用螺丝固劳：
[0012] ⑦弹丸室抽真空：将弹丸室用真空泵抽真空，去除空气，真空度达到0. IMpa，压力 表示数长时间不再变化；
[0013] ⑧向弹丸室加入Ni粉：倒置装好Ni粉的玻璃器，打开橡皮管的夹子，在大气压的 作用下，将Ni粉加入到弹丸室，Ni粉、弹丸和弹丸室的体积比为1 : 500 : 3600;
[0014] ⑨弹丸室输入Ar气：开启Ar气瓶，向处于真空状态的的弹丸室输入Ar气，直至弹 丸室压强升至〇. IMpa，关闭氩气瓶；
[0015] ⑩纯镁表面合金化：启动仪器，使之震动，通过振荡器使弹丸室做上下，左右均匀 性振荡。
[0016] 进一步，纯镁基板材退火：将纯镁板材置于真空热处理炉中，进行退火处理，消除 铸造应力，使组织均匀；退火温度：255°C ±5°C;退火时间：240min ±lmin退火后随炉冷却 至室温。
[0017] 进一步，超声清洗合金弹丸：将轴承合金弹丸Φ8πιπι，250粒置于无水乙醇中侵泡 lh，反复清洗，去除弹丸表面的油污，再将其置于超声清洗器中，加入300ml丙酮溶液，超声 清洗l〇min，清洗后晾干备用。
[0018] 进一步，安放合金弹丸：将清洗好的Φ8_的240粒弹丸置于弹丸室底部，弹丸与 弹丸室的体积比为5 : 36。
[0019] 进一步，将退火后的纯镁板材依次用：200#?1200#号砂纸反复打磨，去除表面的 氧化层，使最终表面的粗超度为RaO. 32?0. 64 μ m。
[0020] 进一步，安放纯镁板材：将1200#砂纸打磨过的纯镁基板材置于超声仪器中，加入 400ml丙酮，超声清洗5min，使表面无污染，并快速装入弹丸室的顶盖上，加上密封圈和顶 盖，四周用螺丝固劳。
[0021] 进一步，弹丸室抽真空：将弹丸室用真空泵抽真空，去除空气，抽真空时间lOmin， 真空度达到〇. IMpa，压力表示数长时间不再变化。
[0022] 进一步，弹丸室输入Ar气：开启Ar气瓶，向处于真空状态的的弹丸室输入Ar气， 直至弹丸室压强升至〇. IMpa，关闭氩气瓶；在弹丸撞击板材过程中，由传感器显示板材温 度由20°C升至220°C ±8°C，弹丸室的压强由于温度的升高，压强增加至0. 12Mpa，温度的 升高有利于Ni原子的扩散，加快了合金化进程；实验结束后，关闭电机，弹丸室在密闭条件 下，Ar气保护情况下，冷却至室温20°C ±5°C。
[0023] 本发明提供的表面机械研磨纯镁基板材机械渗入Ni的渗入方法采用表面机械研 磨纯镁基板材过程中加入Ni粉可以在纯镁表面制备30 μ m厚的MgNi2合金层；表面机械 研磨纯镁基板材机械渗入Ni制备连续的MgNi2合金层的处理工艺时间为120min，在随后 445°C真空保温4h可以使合金层增厚至50 μ m ;镁-镍合金层提高了纯镁的性能，从而拓宽 镁的实际应用范围。
【具体实施方式】
[0024] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明 进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于 限定本发明。
[0025] 本发明实施案例提供的表面机械研磨纯镁基板材机械渗入Ni的渗入方法，该方 法包括：
[0026] 在步骤S101中，先制备出试样；
[0027] 选用铸态的工业纯镁锭，其化学成分如表1所示，切割为70X70X7mm的备用试 样，在260°C真空条件下退火2小时，试样经不同型号SiC砂纸打磨，最后经1200#砂纸打 磨，在丙酮中超声清洗l〇min备用。
[0028] 表1试验用纯镁的化学成分ω (% )
[0029]
【权利要求】
1. 一种表面机械研磨纯镁基板材机械渗入Ni的渗入方法，其特征在于，该方法包括： ① 纯镁基板材退火：将纯镁板材置于真空热处理炉中，进行退火处理，消除铸造应力， 使组织均匀；退火温度：255°C ±5°C ;退火时间：240min±lmin退火后随炉冷却至室温； ② 超声清洗合金弹丸：将轴承合金弹丸置于无水乙醇中侵泡，反复清洗，去除弹丸表面 的油污，再将其置于超声清洗器中，加入丙酮溶液，超声清洗，清洗后晾干备用； ③ 清洗弹丸室：分别用无水乙醇、丙酮清洗弹丸室，使弹丸室清洁； ④ 安放合金弹丸：将清洗好的弹丸置于弹丸室底部； ⑤ 将退火后的纯镁板材表面进行处理：用砂纸反复打磨，去除表面的氧化层，使最终表 面的粗超度为RaO. 32?0. 64 μ m ; ⑥ 安放纯镁板材：将砂纸打磨过的纯镁基板材置于超声仪器中，加入丙酮，超声清洗， 使表面无污染，并快速装入弹丸室的顶盖上，加上密封圈和顶盖，四周用螺丝固劳： ⑦ 弹丸室抽真空：将弹丸室用真空泵抽真空，去除空气； ⑧ 向弹丸室加入Ni粉：倒置装好Ni粉的玻璃器，打开橡皮管的夹子，在大气压的作用 下，将Ni粉加入到弹丸室，Ni粉、弹丸和弹丸室的体积比为1 : 500 : 3600; ⑨ 弹丸室输入Ar气：开启Ar气瓶，向处于真空状态的的弹丸室输入Ar气； ⑩ 纯镁表面合金化：启动仪器，使之震动，通过振荡器使弹丸室做上下，左右均匀性振 荡。
2. 如权利要求1所述的表面机械研磨纯镁基板材机械渗入Ni的渗入方法，其特征在 于，纯镁基板材退火：将纯镁板材70X70X8mm置于真空热处理炉中，进行退火处理，消除 铸造应力，使组织均匀；退火温度：255°C ±5°C ;退火时间：240min±lmin退火后随炉冷却 至室温。
3. 如权利要求1所述的表面机械研磨纯镁基板材机械渗入Ni的渗入方法，其特征在 于，超声清洗合金弹丸：将轴承合金弹丸〇8mm，250粒置于无水乙醇中侵泡lh，反复清洗， 去除弹丸表面的油污，再将其置于超声清洗器中，加入300ml丙酮溶液，超声清洗lOmin，清 洗后晾干备用。
4. 如权利要求1所述的表面机械研磨纯镁基板材机械渗入Ni的渗入方法，其特征在 于，安放合金弹丸：将清洗好的Φ8_的240粒弹丸置于弹丸室底部，弹丸与弹丸室的体积 比为5 : 36。
5. 如权利要求1所述的表面机械研磨纯镁基板材机械渗入Ni的渗入方法，其特征在 于，将退火后的纯镁板材依次用：200#?1200 #号砂纸反复打磨，去除表面的氧化层，使最终 表面的粗超度为RaO. 32?0. 64 μ m。
6. 如权利要求1所述的表面机械研磨纯镁基板材机械渗入Ni的渗入方法，其特征在 于，安放纯镁板材：将1200#砂纸打磨过的纯镁基板材置于超声仪器中，加入400ml丙酮，超 声清洗5min，使表面无污染，并快速装入弹丸室的顶盖上，加上密封圈和顶盖，四周用螺丝 固劳。
7. 如权利要求1所述的表面机械研磨纯镁基板材机械渗入Ni的渗入方法，其特征在 于，弹丸室抽真空：将弹丸室用真空泵抽真空，去除空气，抽真空时间lOmin，真空度达到 0. IMpa，压力表示数长时间不再变化。
8. 如权利要求1所述的表面机械研磨纯镁基板材机械渗入Ni的渗入方法，其特征在 于， 弹丸室输入Ar气：开启Ar气瓶，向处于真空状态的的弹丸室输入Ar气，直至弹丸室压 强升至0. IMpa，关闭氩气瓶； 在弹丸撞击板材过程中，由传感器显示板材温度由20°C升至220°C ±8°C，弹丸室的 压强由于温度的升高，压强增加至〇. 12Mpa，温度的升高有利于Ni原子的扩散，加快了合 金化进程；实验结束后，关闭电机，弹丸室在密闭条件下，Ar气保护情况下，冷却至室温 20°C ±5°C。
【文档编号】C22F1/02GK104233181SQ201210596368
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2012年12月18日 优先权日:2012年12月18日
【发明者】侯利锋, 卫英慧, 李宝东, 王磊, 杜华云, 郭春丽 申请人:太原理工大学