一种金属材料表面处理方法与流程

本发明涉及金属材料表面，具体涉及一种金属材料表面处理方法。
背景技术：
：众所周知，金属的破坏往往起源于材料表面，为了提高金属材料的性能，往往对金属材料表面进行强化处理，而在金属表面布置耐磨、耐腐蚀的金属颗粒，可以大大提高金属材料的性能，增加其使用寿命。例如，铬(cr)是一种银白色金属，质地硬而脆。铬是硬度最高的金属，仅次于钻石，具有很高的耐腐蚀性。铬在金属表面的分布，对金属材料的性能有着非常重要的影响。cucr合金中表面，如果cr颗粒分布均匀，会极大提升导电及触头材料的高压闭合性能。7系铝合金作为新型的轻量化材料，广泛应用于结构件中，采用7系铝合金制备高速列车的牵引拉杆，如在表面加入cr元素能有效提升其耐磨性。如何在金属材料表面分布耐磨、耐腐蚀的金属颗粒是材料领域有待解决的问题。技术实现要素：为解决金属材料表面植入耐磨、耐腐蚀金属颗粒的技术问题，本发明提供一种金属材料表面处理方法。本发明的技术方案：一种金属材料表面处理方法，包括：步骤s1，在基体金属表面布置待植入金属颗粒；步骤s2，通过激光冲击将步骤s1的待植入金属颗粒压入基体金属。进一步的，所述基体金属为合金材料。进一步的，所述合金材料为cucr合金或7系铝合金。进一步的，所述待植入金属颗粒为cr粒子。进一步的，所述激光冲击采用波长532nm的激光，功率密度23.5mw/cm2～94.4mw/cm2。进一步的，所述待植入金属颗粒均匀布置于基体金属表面。进一步的，步骤s1中，所述待植入金属颗粒布置为网格状。进一步的，所述网格状金属颗粒通过金属3d打印机打印定型。进一步的，所述基体金属表面设有吸收保护层和约束层。进一步的，所述基体金属表面经过清洗和烘干处理。本发明与现有技术相比的有益效果：(1)被植入的金属颗粒可以根据需要设计为微米至毫米量级，可以布置为各种形状；根据最终使用性能，设计金属粒子的最优形态和分布，通过激光冲击压入基体金属表面，获得最优使用性能。(2)本发明中，金属表面的植入金属粒子形态分布可控，便于调整控制。附图说明图1为制备过程示意图，其中a为激光冲击前示意图，b为激光冲击后效果示意图；图2为被植入金属颗粒不同形态图，其中a为网格状，b为不规则分布；图3为激光冲击后金属颗粒的表面形貌微观图，其中a为现有技术制备的技术表面形貌；b为本发明方法制备后的表面形貌；图4为7系铝合金表面cr粒子分布图。具体实施方式下面结合发明人的具体研究实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种修改或改动，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。传统合金的制备方法如下：cucr合金制备：cucr合金的发明是真空开关触头材料的重大突破，真空开关采用cucr合金制成触头后，其开断能力、耐压性能、抗熔焊性能和截流特性都得到很大的提高，从而把真空开关向高电压、大容量方向推进了一大步。因其综合性能的优异，已经取代传统的触头材料，成为中高压大功率真空开关触头材料的首选。然而，影响cucr的触头材料性能的因素主要有原料性能、合金组成和制取工艺三个方面。就cucr合金而言，烧结温度为接近或高于cu的熔点，因此cu相的粒度对最终产品的影响性能较小。cr相的粒度选择应适应制备工艺的要求，一般来说，熔渗工艺要求采用较粗的粉，以利于熔渗骨架及连通孔隙的形成，保证渗透顺利进行。混粉烧结工艺则需要较细的cr粉，以保证材料的致密化。cr粉的粒度及分布对触头材料的性能影响较大。cr颗粒尺寸的减小，会使cucr触头的总腐蚀速率有所增加；cr颗粒的减小，将使截流值得最大值有所降低，耐压性能有明显提高。一般认为，cr相的粒度应大于30μm而小于250μm，同时应具有较好的粒度分布。7系铝合金的制备：以7075铝合金为例，7075铝合金是一种冷处理锻压合金，强度高，具有良好机械性能和普通抗腐蚀性能。7075材料一般都加入铜、铬等合金提高其耐磨和抗腐蚀性能。铬元素在7075铝合金表面的分布，极大影响7075的使用性能。cucr合金材料及7系铝合金性能的优劣，cr粒子的尺寸和形态分布起着至关重要的作用。本发明的方法，激光作用于基体合金上较薄的石墨层，石墨层气化产生等离子体冲击波而形成力效应，形成的冲击波由于外层玻璃的约束作用，在高压条件下，将被植入金属压入基体合金法。制备过程如图1所示。该方法可以依据cucr触头合金材料及7系铝合金最终使用性能，设计cr粒子的最优形态和分布，将cr粒子的最优状态通过激光冲击方法植入基体金属中，最终获得合金材料的最优使用性能。该制备方法相比于传统cucr材料及7系的制备工艺，具有制备工艺简单、cr粒子相形态可控、可根据需要任意改变cr粒子在合金表面分布形貌。本发明的方法适用于hb＜200的金属材料。实施例1采用本发明方法，改变铬元素在cucr合金表面的分布，具体步骤包括：步骤1：制备铜合金基材采用混合熔铸法，合金成分zn为2wt％、mg为0.4wt％、co为0.04wt％、余量为cu；zn用于调控合金电导率，co的加入能够改善硬度、抗拉强度、机加性能等，mg可以改善延展性。制备成铜合金，浇筑成铸锭，冷却至室温，待用。步骤2：铜合金表面预处理将待用铜合金采用机加手段，制备所需试样，对制取的试样表面进行清洗、烘干，保证铜合金基材的表面清洁。步骤3：3d打印所需纯cr金属构架使用金属3d打印机打印80μm纯cr金属网格；步骤4：cu合金表面激光冲击雕刻调节激光冲击强化设备参数，激光冲击采用波长532nm的激光，功率密度23.5mw/cm2～94.4mw/cm2；将3d打印后的cr金属网格放置于cu合金表面，随后在cr金属网格上放置bk7玻璃片；使用激光冲击强化方法将cr金属构架压入cu合金表面，则可制备出cr分布及形态满足要求的cucr合金表面。图3为原cucr合金表面与本技术制备本发明方法处理后的表面对比。图中灰色部分为cu合金基体，白色部分为cr元素形态分布。可以看出，原cucr合金表面cr元素颗粒粗大、且分布杂乱；而通过本发明方法处理可以将3d打印好的所需形态的cr金属网格雕刻于cu合金基体上，cr元素形态的改变可以有效改善cucr合金表面的电接触性能，使用性能优于原表面性能。采用该技术制备后的电触头材料电学性能如表1所示。表1cucr合金电触头不同制备工艺的电学性能制备工艺传统工艺本发明耐压(kv)1025.4截流值(μs)4525表面状态烧蚀集中烧蚀分散实施例2采用本发明方法改变铬元素在7系铝合金表面分布，具体步骤主要包括：步骤1：制备7系铝合金基材采用铸造法，合金成分zn为6.1wt％、mg为2.9wt％、cu为2.0wt％、余量为al；zn和mg为主要合金元素，可形成强化效果显著的mgzn2；随后采用热锻方式对铸造件进行处理后待用。步骤2：7系铝合金表面预处理将待用7系铝合金采用机加手段，制备所需试样，对制取的试样表面进行清洗、烘干，保证铜合金基材的表面清洁。步骤3：3d打印所需纯cr金属构架使用金属3d打印机打印120μm、网状的纯cr金属构架；步骤4：7系铝合金表面激光冲击调节激光冲击强化设备参数，采用波长532nm波长的激光，激光冲击采用波长532nm的激光，功率密度23.5mw/cm2～94.4mw/cm2；将3d打印后的cr金属构架放置于7系铝合金表面，随后在cr金属构架上放置bk7玻璃片；使用激光冲击强化方法将cr金属构架压入7系铝合金表面，则可制备出cr分布及形态满足要求7系铝合金表面。如图4所示，为在7系铝合金表面制备分布的cr合金构架，网状cr合金表面可以提升7系铝合金的耐磨性和耐腐蚀性能，同时cr合金的网孔可以做储油槽，增加润滑功能。经本方法制备的7系铝合金，性能如表2所示。表27系铝合金不同制备工艺性能制备工艺传统工艺本发明磨损率(g/cm2)148.3耐腐蚀性局部点蚀表面生成油膜、未腐蚀当前第1页1 2 3