利用搅拌摩擦加工制备Cf/TiC‑TiB2表面改性层的方法与流程

本发明涉及一种工具钢刀片表面强化技术，尤其是一种利用搅拌摩擦加工（简称FSP）强化工具钢表面的技术，具体地说是一种利用搅拌摩擦加工制备C_f/TiC-TiB₂表面改性层的方法，它利用搅拌摩擦加工过程中产生的高温促进Ti和B₄C以及C_f发生化学反应，从而形成一层C_f/TiC-TiB₂表面改性层。

背景技术：

目前，我国的数控技术加工设备的研制越来越趋向成熟阶段，然而相对数控机床设备的发展，我国的数控机床刀具的发展相对落后，许多重要工件的加工刀具都是从国外进口，其价格相当昂贵，通常一个工件的加工费用一半用于刀具购买上，这不利于我国制造业的快速发展，特别是数控技术的发展。

我国目前制造的刀具，如金刚石刀具虽然在一定程度上保证了加工的要求，但是成本高，不利于生产应用，而且对于刀具以下的大面积的制备，其受到设备和成本的约束，很难生产，这就造成造船业、汽车制造业、飞机飞船制造业、铁路运输业等领域使用这样的高质量耐磨性材料很困难。

本发明基于上述原因，开发一款利用FSP技术制备C_f/TiC-TiB₂表面改性层，其不仅可以提高刀具的使用寿命，还可以大面积的用于船舶用板、汽车用板、飞机用板的耐磨性、耐腐蚀性，其制备方法简单、可靠、效率高，大大节约成本，提高质量。

技术实现要素：

本发明的目的针对现有的金属表面改性技术成本高，适用范围小的问题，发明一种利用搅拌摩擦加工（简称FSP）制备C_f/TiC-TiB₂表面改性层的方法，以便利用搅拌摩擦加工过程中产生的高温促进Ti和B₄C以及C_f发生化学反应，从而在金属表面形成一层C_f/TiC-TiB₂表面改性层的方法。

本发明的技术方案是：

一种利用搅拌摩擦加工制备C_f/TiC-TiB₂表面改性层的方法，其特征是它包括以下步骤：

首先，将需要表面改性的基材1上表面铣有“S”型槽2，在“S”槽2的周边开有多个小孔3；

其次，找与基材1相同的材料做成盖板4，其厚度为0.5~1mm，盖板4的长宽尺寸要与基材1相同，要保证其能够吻合在一起，同时盖板4上与基板上小孔3对应位置处也钻有小孔相同直径的小孔；

第三，在“S”型槽2内先均匀铺一层Ti和B₄C混合粉末6，然后按照编织状结构7再均匀铺设一层碳纤维层（C_f），再在碳纤维层（C_f）上铺放一层Ti和B₄C混合粉末6，以此类推直至将“S”型槽2填满；

最后，在基材1的表面铺设一层碳纤维层和一层表层Ti和B₄C混合粉末8，再将盖板4盖在基材1上，保证压紧，并固定好，然后用搅拌头从“S”型槽2的一端进行搅拌，搅拌头深度为“S”型槽2槽深+1mm，搅拌头转速在10000~50000rpm，搅拌头前进速度为20~50mm/min；搅拌过程Ti和B₄C以及C_f发生化学反应产生气体从小孔放出，保证加工改性的安全性，同时也提高表面加工改性质量。

搅拌摩擦加工后其表面需要用加工中心去除0.5~1mm厚度。

所述“S”型槽2的槽深2~5mm。

所述小孔3的孔径为1mm，相邻小孔3之间的距离为15mm。

所述B₄C粉和Ti粉的重量比为2-4：1，最佳为3：1。

本发明的有益效果：

本发明在很大程度上提高了刀具用材料以及船舶用、汽车用、飞机用大面积材料的耐磨性和耐腐蚀性，大大提高了材料的抗疲劳性能，制备工艺简单、方便，其工艺适宜大批量生产，这大大降低了制备材料的生产成本。

附图说明

图1是本发明基体结构示意图。

图2是本发明盖板结构示意图。

图3是Ti和B₄C以及C_f铺设示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1、图2和图3所示，一种利用搅拌摩擦加工（简称FSP）制备C_f/TiC-TiB₂表面改性层的方法，它包括以下步骤：

首先，将需要表面改性的基材1上表面铣有“S”型槽2（槽深2~5mm），在“S”槽2的周边开有约1mm的小孔3（小孔3的数量视“S”槽2的周边长度而定，一般应在每15mm左右开一个）；

其次，找与基材1相同的材料做成盖板4，其厚度为0.5~1mm，盖板4尺寸要与基材1相同，要保证其能够吻合在一起，同时盖板4上钻有小孔5，其直径为1mm，小孔5的位置与“S”型槽2上方中心一致，同时小孔5每15mm钻一个；

再次，在“S”型槽2内，均匀先铺一层Ti和B₄C混合粉末6（B₄C粉和Ti粉的重量比为2-4：1，最佳为3：1，可直接采用市售普通级别的粉末提前混合配制后供使用，具体实施时本领域技术人员还可采用表面强化常用的材料配方代替本发明的钛、硼配方），然后按照编织状结构7在均匀铺设的一层Ti和B₄C混合粉末6上铺放一层C_f（碳纤维），再在铺设的C_f层均匀铺设一层Ti和B₄C混合粉末8；如此循环直至填满“S”型槽2；一般以铺放3-5层为最佳。

最后，在基材1表面铺设一层碳纤维层和一层表层Ti和B₄C混合粉末8，然后将盖板4盖在基材1的“S”型槽2上，保证压紧，并固定好，然后用搅拌头从“S”型槽2的一端进行搅拌，搅拌头深度为“S”型槽2槽深+1mm，搅拌头转速在10000~50000rpm，搅拌头前进速度为20~50mm/min。搅拌过程Ti和B₄C以及C_f发生化学反应产生气体从小孔3和5放出，保证加工改性的安全性，同时也提高表面加工改性质量。、

此外还可根据需要，在搅拌摩擦加工后用加工中心去除0.5~1mm厚度的表层，相当于将盖板通过铣刨的方法加以去除，因此具体的去除厚度视盖板4的厚度而定。

本发明未涉及部分与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。