用于处理金属结构的表面的装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于处理金属结构的表面的装置和方法。具体但非唯一地，本发明涉及用于处理管状金属结构的表面的装置和方法。
【背景技术】
[0002]管状金属结构广泛地应用于包括制造业和建筑业在内的行业中，用于承载负荷或者提供支撑。人们致力于改善这些管状金属结构的强度从而提高管状金属结构的安全性和稳定性。管状金属结构强度的提高同样有助于将庞大和笨重的金属管道替换成小型和较轻的管道，从而减小由此形成的产品或者结构的总体尺寸和重量。
[0003]表面处理或者表面加工是一种改善结构(特别是金属结构)强度的实用的方法。在1999年，表面机械研磨处理(SMAT)的加工方法首先由K.Lu和J.Lu提出，并且从那时起这种加工方法在该领域逐渐引起了人们更多的兴趣。SMAT是一种能有效地在金属表面产生纳米晶结构层的方法。将具有光滑球形表面的，由不锈钢、碳化钨和陶瓷等材料制成的球体与金属样品一起放置于工作腔室中进行表面处理。所述球体被振动器激励从而开始运动，所述样品在很短的时间内被快速移动的球体反复碰撞。每次碰撞产生的冲击能够在金属样品的表面形成具有高应变率的塑性变形。这些从不同方向反复施加于样品表面的高应变率的冲击导致了大量的塑性变形和晶粒细化，在整个样品表面上晶体逐步地达到纳米级别，因此被处理样品表面的强度显著提高。
[0004]SMAT在提高平板结构表面或者管状结构外表面的强度等方面的能力已成功获得验证。然而，如何对管状结构的内表面进行处理仍然没有得到解决，从而影响管状结构处理的能力和被处理结构的强度。因此，人们还在不断寻求简单有效的处理管状结构内表面的方法。
【发明内容】
[0005]根据本发明的第一个方面，提供一种用于处理表面的方法，包括步骤:将具有内表面的结构支撑于平台上，设置至少一个邻近所述内表面的球体，将反弹部件设置于邻近所述内表面的位置，其中，所述至少一个球体适于被振动装置激励而运动并且与所述内表面及所述反弹部件碰撞，由此产生对所述内表面的冲击。
[0006]在所述第一方面的实施方式中，所述反弹部件的至少一部分设置于所述结构中。
[0007]在所述第一方面的实施方式中，所述振动装置位于所述平台下方。
[0008]在所述第一方面的实施方式中，所述振动装置至少部分地位于所述结构中。
[0009]在所述第一方面的实施方式中，所述结构位于能够使该结构的中心轴线垂直于所述平台的位置。
[0010]在所述第一方面的实施方式中，所述结构的所述中心轴线设置为平行于所述反弹部件的纵向轴线。
[0011]在所述第一方面的实施方式中，所述结构与所述反弹部件同轴设置。
[0012]在所述第一方面的实施方式中，所述结构、所述反弹部件和所述振动装置同轴设置。
[0013]在所述第一方面的实施方式中，所述结构为管状结构。
[0014]在所述第一方面的实施方式中，所述反弹部件包括沿圆周地邻接所述结构的所述内表面的圆形的侧壁。
[0015]在所述第一方面的实施方式中，所述反弹部件包括至少一个向下延伸并且从所述圆形侧壁向内渐缩的倾斜的壁面，所述至少一个倾斜的壁面适于与所述球体碰撞。
[0016]在所述第一方面的实施方式中，所述反弹部件的至少一部分为锥台形。
[0017]在所述第一方面的实施方式中，所述结构由金属或者金属合金制成。
[0018]根据本发明的第二方面，提供一种用于处理表面的装置，包括用于支撑具有内表面的结构的平台，至少一个设置于邻近所述内表面的球体，以及具有至少一个反弹表面的反弹部件，其中，所述至少一个球体适于被振动装置激励而运动并且与所述内表面及所述反弹表面碰撞，由此产生对所述内表面的冲击。
[0019]在所述第二方面的实施方式中，所述反弹部件的至少一部分设置于所述结构中。
[0020]在所述第二方面的实施方式中，所述振动装置包括超声振动变幅器。
[0021]在所述第二方面的实施方式中，所述振动装置位于所述平台表面下方。
[0022]在所述第二方面的实施方式中，所述振动装置至少部分地位于所述结构中。
[0023]在所述第二方面的实施方式中，所述结构位于能够使该结构的中心轴线垂直于所述平台的位置。
[0024]在所述第二方面的实施方式中，所述结构的所述中心轴线设置为平行于所述反弹部件的纵向轴线。
[0025]在所述第二方面的实施方式中，所述结构与所述反弹部件同轴设置。
[0026]在所述第二方面的实施方式中，所述结构、所述反弹部件和所述振动装置同轴设置。
[0027]在所述第二方面的实施方式中，所述结构为管状结构。
[0028]在所述第二方面的实施方式中，所述反弹部件包括沿圆周地邻接所述结构的所述内表面的圆形的侧壁。
[0029]在所述第二方面的实施方式中，所述反弹部件包括至少一个向下延伸并且从所述圆形侧壁向内渐缩的倾斜的壁面，所述至少一个倾斜的壁面适于与所述至少一个球体碰撞。
[0030]在所述第二方面的实施方式中，所述反弹部件包括从所述至少一个倾斜的壁面向下延伸的底座部，所述底座部位于邻近所述平台的位置。
[0031]在所述第二方面的实施方式中，所述反弹部件的至少一部分为锥台形。
[0032]在所述第二方面的实施方式中，所述管状结构由金属或者金属合金制成。
[0033]在所述第二方面的实施方式中，所述平台由支撑装置支撑。
[0034]在所述第二方面的实施方式中，所述结构通过固定装置设置于所述平台上。
[0035]本发明的更多的方面将通过下述的【附图说明】来阐明，【附图说明】仅用于通过实施案例阐明本发明。
【附图说明】
[0036]图1显示的是本发明中用于表面处理的装置的【具体实施方式】的示意图；
[0037]图2显示的是本发明的反弹部件的实施方式的示意图；
[0038]图3显示的是本发明的反弹部件的基本结构剖视图；
[0039]图4显示的是本发明的反弹部件的进一步的实施方式的示意图；
[0040]图5显示的是利用本发明中具有如图2所示的反弹部件的装置进行表面处理后的管状结构样品的微观硬度分布图；
[0041]图6显示的是表面处理后的平板样品和利用本发明中具有如图2和图4所示结构的反弹部件进行表面处理后的管状结构样品的X射线衍射(XRD)图；
[0042]图7显示的是根据本发明装置的装配示意图。
【具体实施方式】
[0043]本发明涉及一种用于处理金属结构内表面的装置。所述装置包括平台，该平台用于支撑具有内表面的结构；振动机构，该振动机构具有至少一个邻近所述内表面设置的球体；以及反弹部件，该反弹部件具有至少一个反弹表面；其中，所述至少一个球体适于由振动机构激励而运动并且适于与结构内表面以及反弹表面碰撞从而产生对结构内表面的冲击。
[0044]本发明还涉及一种处理金属结构内表面的方法。所述方法包括步骤:将具有内表面的结构支撑于平台和振动机构上；将至少一个球体设置于邻近所述内表面的位置；其中，所述至少一个球体适于由振动机构激励而运动并且适于与结构内表面以及反弹部件碰撞从而产生对结构内表面的冲击。
[0045]具体而言，本发明涉及用于处理机械结构的表面(具体但非唯一地，金属管状结构的内表面)的表面机械研磨处理(SMAT)方法的使用。另外，术语“金属”可包括金属、金属合金或者金属与金属合金的混合物。然而，本领域技术人员将意识到本发明的装置和方法也适用于处理具有不同形状或者几何构造的结构，或者由其他材料制成的结构，以及只要是技术人员能够考虑到的适用结构的内表面。
[0046]图1是本发明的表面处理装置10的【具体实施方式】的示意图。如图1所示，管