一种金属表面机械辅助化学热处理方法

文档序号:10680484阅读:908来源:国知局
一种金属表面机械辅助化学热处理方法
【专利摘要】本发明涉及一种金属表面机械辅助化学热处理方法,步骤如下:步骤一、待化学热处理金属工件基体预处理;步骤二、化学热处理电极制备;步骤三、化学热处理设备组装;步骤四、化学热处理制备;步骤五、化学热处理金属工件基体的磨削及抛光;本发明具有设备简单,投入小,维护及加工成本低廉;强化层主要为固溶体结构,致密、均匀、质量高;强化层与基体之间为冶金结合、无明显界面,结合力高;化学热处理与磨削过程同时进行,能够获得低表面粗糙度、高光亮度的表面抛光效果,无需抛光、去毛刺等二次加工;对工件的形状、精度无特殊要求,且可实现对复合材料、薄壁零部件的处理,适用性强;操作简单、易行,效率高,能够用于工件的大面积处理。
【专利说明】
-种金属表面机械辅助化学热处理方法
技术领域
[0001] 本发明设及表面处理技术领域,尤其设及一种金属表面机械辅助化学热处理方 法。
【背景技术】
[0002] 现代热处理技术中,化学热处理所占比重越来越大;W汽车零件为例,约70%的热 处理采用化学热处理工艺;无论何种化学热处理技术,若按渗剂的物理状态来分,则可分 为:气体渗、等离子渗、固体渗、液体渗、糊膏体渗等。
[0003] 其中,固体渗、液体渗、糊膏体渗成本高、工艺复杂、性能差,可渗元素有限,仅适合 有特定需求的部分零部件使用。
[0004] 气体渗和等离子渗是应用最广的两种化学热处理工艺,但也存在不足;气体渗存 在的缺点有:(1)处理周期长、效率低;(2)深层脆性大、质量可控性差;(3)设备复杂、能源及 气体消耗大;(4)不能实现局部强化处理;(5)溫度高,特别是铁合金等难处理材料要求更高 的处理溫度,对零部件的组织、力学性能产生极大的负面影响。
[0005] 等离子渗存在的不足有:(1)设备、处理过程技术要求高;(2)存在原子体积应力, 不适合处理薄壁零部件、复合材料等;(2)存在边角效应,导致处理不均;(3)同样,针对于铁 合金等有色金属,存在处理溫度高,导致零件组织及力学性能下降。
[0006] 在新工艺开发方面文献《铁合金电火花表面渗碳研究》公布了一种利用电容的脉 冲放电将石墨电极材料沉积在金属基体表面并与基体发生反应,形成强化层的方法;然而, 微弧火花沉积速度慢、效率低,导致该技术仅适合处理精密零件表面失重型缺陷的微量修 复,不适于修复涂层厚度较大(涂层厚度> 0.25mm),更不适于较大面积的处理;而且处理工 艺复杂、繁琐,需要经过机械加工、堆焊加厚修复、磨削平整等流程;因此,微弧火花沉积技 术的应用领域十分有限。
[0007] 文献《柔性铁电极电火花合成TiN涂层》、《柔性电极铁合金表面电火花强化试验研 究》公布了一种柔性电火花沉积方法;相对于传统电火花沉积技术,该工艺仅在烙体沉积速 率和质量控制上有所改进,但该工艺的缺陷更加明显:(1)该工艺没有解决电火花沉积速度 慢、效率低的不足;(2)电极尺寸变大,导致现场或手工操作难度增加;(3)为了获得更充分 的火花放电效果和稳定性,必须保证圆形丝盘中单根电极丝与基体之间的间隙控制在合理 的范围内,且强化层完全依靠电极的沉积获得,导致加工过程中单丝的消耗大、丝盘尺寸变 化大,因此,很难进行长时间、大面积处理;其中,文献《柔性铁电极电火花合成TiN涂层》中 所述与填充氮气气体反应的丝状电极材料选择有限,形成的TiN为陶瓷材料,脆性大,适用 范围更小;文献《柔性电极铁合金表面电火花强化试验研究》中,利用电火花的高能放电作 用烙化金属表面与空气发生剧烈反应形成氧化物且存在大量颗粒状电极材料杂质,涂层均 匀性差、致密度低、脆性大,表面粗糖度难W控制。
[000引中国专利公告号CN 101817159A,公开了 "一种柔性电极零件表面电火花磨削抛光 方法,其特征是:调速电机带动导电柔性电极旋转,在柔性电极与作为另一极的零件表面通 入脉冲电源/直流电,绝缘工作台在步进电机的带动下,柔性电极向零件表面靠近,达到放 电间隙时,产生火花放电,向放电区域喷入抛光介质或者把放电区域侵入抛光介质,利用火 花放电能量,蚀除零件表面凸出部分的表面材料,同时旋转的柔性电极对零件表面有机械 磨削作用,旋转的柔性电极带动抛光介质对零件表面有抛光作用";该工艺与传统的电火花 磨削抛光加工原理相同,即均通过电容脉冲放电去除工件表面的突起,达到抛光的目的,且 降低了对工件精度的要求;同样,该工艺技工过程中必须保证电刷与工件之间具有合适的 放电间隙,因此电刷的机械磨削作用可W忽略不计;反而由于柔性电极对液体的强烈揽拌 及其引起的巨大阻力,对设备的防护和加工过程提出来了更高的要求;另一方面,该工艺虽 然通过抛光介质保护避免了上述文献中烙体与介质之间的剧烈反应,但也失去了电火花的 强化作用;因此,该工艺仅适合一些小型、精细零件的去毛刺处理,很难获得推广应用,特别 是在处理大件部件、大面积处理或需要有较好强化效果时,该工艺的缺陷变得非常明显。

【发明内容】

[0009] 本发明所要解决的技术问题是提供一种金属表面机械辅助化学热处理方法,其具 有设备简单,投入小,维护及加工成本低廉;强化层主要为固溶体结构,致密、均匀、质量高; 强化层与基体之间为冶金结合、无明显界面,结合力高;化学热处理与磨削过程同时进行, 能够获得低表面粗糖度、高光亮度的表面抛光效果,无需抛光、去毛刺等二次加工;对工件 的形状、精度无特殊要求,且可实现对复合材料、薄壁零部件的处理,适用性强;操作简单、 易行,效率高,能够用于工件的大面积处理。
[0010] 为解决上述技术问题,本发明采用下述技术方案:一种金属表面机械辅助化学热 处理方法,步骤如下:
[0011] 步骤一、待化学热处理金属工件基体预处理:去除待化学热处理金属工件基体表 面的油污、氧化皮、加工硬化层,获得清洁、平整的表面状态,W便后续的电热合金化更均 匀,工艺更稳定,待用;
[0012] 步骤二、化学热处理电极制备:选用导热系数好、烙点高于待处理金属工件基体的 导电材料制备成导电纤维/丝束或导电轮布材束作为电极材料,将该高烙点的导电纤维/丝 束固定在导电刷体上或将导电轮布材束固定在导电千叶轮上,待用;该结构在化学热处理 加工过程中,高烙点的化学热处理导电丝束与金属工件基体表面的点接触形成高电阻值, 进而产生大量的电阻热;在电阻热和摩擦热共同作用下,使工件基体表面迅速升溫至渗氮、 渗碳或渗氧的溫度点W上,甚至最表层发生烙化,实现表层渗碳、氧、氮,或多种元素的共 渗,并且通过基体的快速自冷却效应获得无脆性氧化或氮化物的固溶体结构,实现化学热 处理;如此反复化学渗、扩散、泽火作用,达到深层强化的目的;
[0013] 步骤=、化学热处理设备组装:将步骤二准备的导电刷子或导电千叶轮固定在高 速运动电机上,并在垂直待处理金属工件基体表面方向持续施加一定的压力,W确保刷子 的超细纤维/丝束合金材料或千叶轮导电轮布材束与步骤一准备的金属工件基体表面始终 保持紧密接触,保证强化层致密、均匀,无脆性氮化物、氧化物及电极材料等物质形成,避免 超细纤维/丝束合金材料或导电轮布材束与金属工件基体分离,产生间隙,形成电弧放电, 使待处理基体表面发生剧烈的氧化、氮化形成脆性陶瓷相,或烧蚀电极材料污染待处理表 面等现象;将导电刷子或导电千叶轮与电源正极连接,电源负极与金属工件基体连接,电极 材料的作用是与工件基体形成高阻值的电接触,产生电阻加热和产生摩擦加热作用,使待 处理部件表层达到气体化学热处理溫度点W上;同时,由于电极材料烙点高、导热好,且高 速运动产生的冷气体流的冷却作用W及电极材料接电源正极,均使电极材料保持了很好的 稳定性,不会发生烙化、污染基体等现象,保证了电极材料的低消耗,完成化学热处理制备 前的设备组装,本发明对工件的形状、精度无特殊要求,适用性强;且操作简单、易行,加工 效率高,能够用于大面积、复杂工件的表面强化处理;
[0014] 步骤四、化学热处理制备:启动高速运动电机,导电纤维/丝束刷子或导电轮布在 待化学热处理金属工件基体上特定的轨迹持续性运动并覆盖整个待化学热处理金属工件 的表面,完成一个处理周期,如导电轮布千叶轮在待化学热处理金属工件基体上按S形轨迹 持续性运动并覆盖整个待化学热处理金属工件的表面,完成一个处理周期,所述的连续性 是指选择电极材料在工件表面的合适位移路线,达到不间断、连续处理的目的;在一个处理 周期内,导电纤维/丝束刷子或者导电轮布千叶轮与金属工件基体表面产生加压的高速的 摩擦运动;高速运动电机开始工作的同时,接通强流直/交流电,开始化学热处理,反复周期 性处理5次-50次,单位面积累计通电处理60S-180S,所述周期性是指处理表面溫度降低后, 再次进行处理,获得深层或更理想的化学热处理强化效果;在加工过程中,电极材料与工件 表面形成无数个高阻值的点接触,进而产生大量的电阻热;在电阻热和摩擦热共同作用下, 使工件表面迅速升溫至渗氮、渗碳或渗氧的溫度点W上,甚至最表层发生烙化,此时,空气 中的氮元素、碳元素 W及氧元素渗入金属工件基体,实现表层渗碳、氧、氮,或多种元素的共 渗;同时,在电极和工件之间高速移动产生的冷气体流W及工件基体深层的冷却作用下,表 面强化层发生高速泽火现象,形成强化固溶体结构;如此反复化学渗、扩散、泽火作用,达到 深层强化的目的;
[0015] 步骤五、化学热处理金属工件基体的磨削及抛光:在获得步骤四理想的化学热处 理强化层后,切断供给强流直/交流电,继续让高速旋转电机带动导电纤维/丝束刷子或导 电轮布千叶轮与步骤四的金属工件基体相对运动一段时间,化学热处理与磨削过程同时进 行,能够获得低表面粗糖度、高光亮度的表面抛光效果,无需后续抛光、去毛刺等二次加工, 节省了现有技术中还需要另外磨削和抛光的工序,完成金属工件基体的磨削及抛光。
[0016] 本发明的进一步技术方案为:
[0017] 优选的,为了进一步提高化学热处理效果,所述步骤一中可采用喷砂、机械研磨工 艺除去待化学热处理金属工件基体表面的油污、氧化皮和加工硬化层。
[0018] 优选的,为了进一步提高化学热处理效果,所述步骤二中所述的导电纤维/丝束的 直径0.2mm-0.8mm,超细纤维/丝束在金属刷子上的密度100根/cm2-500根/cm2。
[0019] 优选的,为了进一步提高化学热处理效果,所述步骤=中垂向向高速旋转电机施 加的压力值 0.0 lMpa-0.0 SMpa。
[0020] 优选的,为了进一步提高化学热处理效果,所述步骤四中高速的摩擦运动包括电 极材料上质点与工件之间、电极材料与工件之间两种运动,其中,电极材料上质点的相对速 度0.5m/s-20m/s,电极材料相对于工件基体的位移速度0.0 lm/s-0.05m/s;强流的电流密度 5A/cm2-50A/cm2,,高速运动电机其转速为 1800r/min-3000r/min。
[0021] 优选的,为了进一步提高化学热处理效果,所述步骤五中切断供给强流直/交流电 进行高速旋转的时间是5s-20s。
[0022] 优选的,所述待化学热处理金属工件基体的材质是304不诱钢板材、纯铁板(TAl) 板材、45号钢板或45号钢棒。
[0023] 优选的,为了进一步提高化学热处理效果,导热系数好、烙点高的导电材料制备成 的导电纤维/丝束的材质是鹤丝、儀丝或纯铁丝。
[0024] 本发明的有益效果:
[0025] 本发明具有设备简单,投入小,维护及加工成本低廉;强化层主要为固溶体结构, 致密、均匀、质量高;强化层与基体之间为冶金结合、无明显界面,结合力高;化学热处理与 磨削过程同时进行,能够获得低表面粗糖度、高光亮度的表面抛光效果,无需抛光、去毛刺 等二次加工;对工件的形状、精度无特殊要求,且可实现对复合材料、薄壁零部件的处理,适 用性强;操作简单、易行,效率高,能够用于工件的大面积处理。
【附图说明】
[0026] 图1是本发明实施例1表面邸姻谱。
[0027] 图視本发明实施例2表面邸D图谱。
[002引图3是本发明实施例3表面邸D图谱。
[0029] 图4是本发明实施例4处理后截面硬度曲线图。
[0030] 图5是本发明实施例5处理后截面硬度曲线图。
【具体实施方式】
[0031] 实施例1
[0032] 参见图1所示,一种金属表面机械辅助化学热处理方法,其操作步骤如下:
[0033] 步骤一、待氧、氮共渗处理金属工件基体预处理:
[0034] W 〇 100 X 2mm的304不诱钢板材作为氧、氮共渗处理金属工件基体,经喷砂、打磨 除去304不诱钢板材表面的油污、氧化皮、加工硬化层,待用;
[0035] 步骤二、氧、氮共渗处理电极制备:
[0036] 选用高烙点的0.2mm直径的鹤丝作为电极材料,将该鹤丝固定在导电棒上,制成密 度500根/cm2、〇30mm的碗形刷子,待用;
[0037] 步骤=、氧、氮共渗处理设备组装:
[0038] 将步骤二准备的锥形刷子接在高速运动电机上,并在垂直304不诱钢板材表面方 向持续施加0.0 lMpa压力,W确保锥形刷子的鹤丝与步骤一准备的304不诱钢板材表面始终 保持紧密接触,将锥形刷子与电源正极连接,电源负极与304不诱钢板材连接,完成氧、氮共 渗处理制备前的设备组装;
[0039] 步骤四、氧、氮共渗处理制备:
[0040] 启动高速运动电机,其转速为1800r/min,其质点相对速度在Im/s,碗形刷子W O.Olm/s的速度在304不诱钢板材上W不诱钢板材中屯、为起点,按螺旋形轨迹持续性运动并 覆盖整个304不诱钢板材的表面,完成一个处理周期;在一个处理周期内,锥形刷子与304不 诱钢板材表面产生高速的摩擦运动;高速运动电机开始工作的同时,接通50A/cm2的直流 电,开始氧、氮共渗处理,反复周期性处理50次,单位面积累计通电处理180s,获得理想的 氧、氮共生的表面强化层;
[0041] 步骤五、氧、氮共渗处理金属工件基体的磨削及抛光:
[0042] 在获得步骤四理想的氧、氮共生的表面强化层后,切断供给的直流电,继续让高速 运动电机带动锥形刷子在步骤四的304不诱钢板材上按螺旋形轨迹持续性运动5s,完成304 不诱钢板材的磨削及抛光。
[0043] 实施例2
[0044] 参见图2所示,一种金属表面机械辅助化学热处理方法,其操作步骤如下:
[0045] 步骤一、待碳、氧、氮共渗处理金属工件基体预处理:
[0046] WO 100 X2mm的纯铁板(TA1)板材作为碳、氧、氮共渗处理金属工件基体,经喷砂、 打磨除去纯铁板(TA1)板材表面的油污、氧化皮、加工硬化层,待用;
[0047] 步骤二、碳、氧、氮共渗处理电极制备:
[0048] 选用高烙点的0.3mm直径的鹤丝作为电极材料,将该鹤丝固定在导电棒上,制成密 度100根/cm2、〇30mm的锥形刷子,待用;
[0049] 步骤=、碳、氧、氮共渗处理设备组装:
[0050] 将步骤二准备的锥形刷子接在高速运动电机上,并在垂直纯铁板(TA1)板材表面 方向持续施加〇.〇5Mpa压力,W确保锥形刷子的鹤丝与步骤一准备的纯铁板(TA1)板材表面 始终保持紧密接触,将锥形刷子与电源正极连接,电源负极与纯铁板(TA1)板材连接,完成 碳、氧、氮共渗处理制备前的设备组装;
[0051] 步骤四、碳、氧、氮共渗处理制备:
[0052] 启动高速运动电机,其转速为1800r/min,其质点相对速度最高可达2.8m/s,锥形 刷子W0.05m/s的速度在纯铁板(TA1)板材上W不诱钢板材中屯、为起点,按螺旋形轨迹持续 性运动并覆盖整个纯铁板(TA1)板材的表面,完成一个处理周期;在一个处理周期内,锥形 刷子与纯铁板(TA1)板材表面产生加压的高速的摩擦运动;高速运动电机开始工作的同时, 接通lOA/cm2的直流电,开始碳、氧、氮共渗处理,反复周期性处理5次,单位面积累计处理 60s,获得理想的碳、氧、氮共生的表面强化层;
[0053] 步骤五、碳、氧、氮共渗处理金属工件基体的磨削及抛光:
[0054] 在获得步骤四理想的氧、氮共生的表面强化层后,切断供给的直流电,继续让高速 运动电机带动锥形刷子在步骤四的纯铁板(TA1)板材上按螺旋形轨迹持续性运动15s,完成 纯铁板(TA1)板材的磨削及抛光。
[0055] 文献《柔性电极铁合金表面电火花强化试验研究》、《柔性铁电极电火花合成TiN涂 层》均采用的脉冲电源,并利用铜丝与基体之间的间隙,形成大光斑火花放电现象,放电产 生的高能使铁基体与空气中的氧或填充氮气优先发生剧烈反应形成主要成分黑色亚氧化 铁、氮化铁(TiN)脆性陶瓷涂层,而且将电极材料接电源负极加速了电极材料的消耗,剧烈 的火花放电对电极造成烧蚀少量黄铜夹杂的涂层结构。
[0056] 本实施例中,采用高烙点的鹤丝刷作为电极材料,且通过施压正压力获得无间隙 的紧密接触,且电极接电源正极,避免了火花放电对电极材料的消耗及对基体的污染,依靠 电阻加热和摩擦热将基体表面的加热至溫度,并W空气为气体源,实现溫度、扩散可控的化 学渗,获得无脆性相的固溶强化层。
[0化7]实施例3
[005引参见图3所示,一种金属表面机械辅助化学热处理方法,其操作步骤如下:
[0059] 步骤一、待单面氧氮共渗处理金属工件基体预处理:
[0060] W100 X 20 X 2mm的45号钢板作为单面氧氮共渗处理金属工件基体,经喷砂、打磨 除去45号钢板表面的油污、氧化皮、加工硬化层,待用;
[0061] 步骤二、单面氧氮共渗处理电极制备:
[0062] 选用高烙点的(60.4mm直径的儀丝作为电极材料,将该儀丝固定在导电棒上,制成 密度300根/cm2、〇 100 X 30mm的盘形刷子,待用;
[0063] 步骤=、单面氧氮共渗处理设备组装:
[0064] 将步骤二准备的盘形刷子接在高速运动电机上,刷盘垂直于45号钢板,并在垂直 45号钢板表面方向持续施加0.03Mpa压力,W确保盘形刷子圆周方向上的儀丝与步骤一准 备的45号钢板表面始终保持紧密接触,将盘形刷子与电源正极连接,电源负极与45号钢板 连接,完成100X20单面氧氮共渗处理制备前的设备组装;
[0065] 步骤四、单面氧氮共渗处理制备:
[0066] 启动高速运动电机,其转速为2500r/min,其表接触质点的相对速度最高可达4m/ S,盘形刷子W0.0 3m/s的速度从45号钢板的一端至另一端按S形轨迹持续性运动并覆盖整 个45号钢板的表面,完成一个处理周期;在一个处理周期内,盘形刷子与45号钢板表面产生 高速的摩擦运动;高速运动电机开始工作的同时,接通5A/cm2的直流电,开始100 X 20单面 氧氮共渗处理,反复周期性处理8次,单位面积累计处理120s,获得理想的单面氧氮共渗的 表面强化层;
[0067] 步骤五、单面氧氮共渗处理金属工件基体的磨削及抛光:
[0068] 在获得步骤四理想的单面氧氮共渗的表面强化层后,切断供给的直流电,继续让 高速运动电机带动盘形刷子在步骤四的45号钢板上按S形轨迹持续性运动20秒,完成45号 钢板的磨削及抛光。
[0069] 实施例4
[0070] 参见图4所示,一种金属表面机械辅助化学热处理方法,其操作步骤如下:
[0071] 步骤一、待氧氮共渗处理金属工件基体预处理:
[0072] 60 X 100mm的45号钢棒作为氧氮共渗处理金属工件基体,经喷砂、打磨除去45 号钢棒表面的油污、氧化皮、加工硬化层,待用;
[0073] 步骤二、氧氮共渗处理电极制备:
[0074] 选用高烙点的n-300碳纤维布作为电极材料,不加任何磨料,加工成外径100mm、 内经20mm、厚25mm的千叶轮,待用;
[0075] 步骤=、氧氮共渗处理设备组装:
[0076] 将步骤二准备的千叶轮和步骤一准备的45号钢棒分别接在两台高速旋转电机上, 保持同方向自转运动(相对速度可达25m/s),并在两者之间持续施加0.02Mpa压力,W确保 千叶轮与45号钢棒的表面始终保持紧密接触,将千叶轮与电源正极连接,电源负极与45号 钢棒连接,完成氧氮共渗处理制备前的设备组装;
[0077] 步骤四、氧氮共渗处理制备:
[0078] 同时启动两台高速旋转电机,其转速均为3000r/min;高速旋转电机开始工作的同 时,接通8A/cm2的直流电,开始氧氮共渗处理,通电时间120s,获得理想的氧氮共渗的表面 强化层;
[0079] 步骤五、氧氮共渗处理金属工件基体的磨削及抛光:
[0080] 在获得步骤四理想的氧氮共渗的表面强化层后,切断供给的直流电,继续让两台 高速旋转电机持续性转动10秒,完成45号钢棒的磨削及抛光。
[0081 ] 实施例5
[0082] 参见图5所示,一种金属表面机械辅助化学热处理方法,其操作步骤如下:
[0083] 步骤一、待碳、氧、氮共渗处理金属工件基体预处理:
[0084] 100 X2mm的纯铁(TA1)板材作为碳、氧、氮共渗处理金属工件基体,经喷砂、打 磨除去纯铁(TA1)板材表面的油污、氧化皮、加工硬化层,待用;
[0085] 步骤二、碳、氧、氮共渗处理电极制备:
[0086] 选用高烙点的0.8mm直径的纯铁丝作为电极材料,将该纯铁丝固定在导电棒上,审U 成密度200根/cm2、〇30mm的锥形刷子,待用;
[0087] 步骤=、碳、氧、氮共渗处理设备组装:
[0088] 将步骤二准备的锥形刷子接在高速运动电机上,并在垂直纯铁(TA1)板材表面方 向持续施加〇.〇4Mpa压力,W确保锥形刷子的纯铁丝与步骤一准备的纯铁(TA1)板材表面始 终保持紧密接触,将锥形刷子与电源正极连接,电源负极与纯铁(TA1)板材连接,完成碳、 氧、氮共渗处理制备前的设备组装;
[0089] 步骤四、碳、氧、氮共渗处理制备:
[0090] 启动高速运动电机,其转速为1800r/min,其质点相对速度最高可达2.8m/s,锥形 刷子W0.0Im/s的速度在纯铁(TA1)板材上W纯铁(TA1)板材中屯、为起点,按螺旋形轨迹持 续性运动并覆盖整个纯铁(TA1)板材的表面,完成一个处理周期;在一个处理周期内,锥形 刷子与纯铁(TA1)板材表面产生高速的摩擦运动;高速运动电机开始工作的同时,接通15A/ cm2的直流电,开始碳、氧、氮共渗处理,反复周期性处理10次,单位面积累计处理90s,获得 理想的碳、氧、氮共渗的表面强化层;
[0091] 步骤五、碳、氧、氮共渗处理金属工件基体的磨削及抛光:
[0092] 在获得步骤四理想的碳、氧、氮共渗的表面强化层后,切断供给的直流电,继续让 高速运动电机带动锥形刷子在步骤四的纯铁(TA1)板材上按螺旋形轨迹持续性运动10秒, 完成纯铁(TA1)板材的磨削及抛光。
[0093] 本发明与现有技术的参数值对比表
[0094]
[0095] 注:①、②、③主要参考《柔性电极铁合金表面电火花强化试验研究》、《柔性铁电极 电火花合成TiN涂层》、《铁合金电火花表面渗碳研究》
[0096] 如上所述,本发明一种金属表面机械辅助化学热处理方法,所述的实施例及图,只 是本发明较好的实施效果,并不是只局限于本发明,凡是与本发明的结构、特征等近似、雷 同者,均应属于本发明保护的范围。
【主权项】
1. 一种金属表面机械辅助化学热处理方法,其特征在于,步骤如下: 步骤一、待化学热处理金属工件基体预处理: 去除待化学热处理金属工件基体表面的油污、氧化皮、加工硬化层,待用; 步骤二、化学热处理电极制备: 选用导热系数好、熔点高于待处理金属工件基体的导电材料制备成导电纤维/丝束或 导电轮布材束作为电极材料,将该高熔点的导电纤维/丝束固定在导电刷体上或将导电轮 布材束固定在导电千叶轮上,待用; 步骤三、化学热处理设备组装: 将步骤二准备的导电刷子或导电千叶轮固定在高速运动电机上,并在垂直待处理金属 工件基体表面方向持续施加一定的压力,以确保刷子的超细纤维/丝束合金材料或千叶轮 导电轮布材束与步骤一准备的金属工件基体表面始终保持紧密接触,将导电刷子或导电千 叶轮与电源正极连接,电源负极与金属工件基体连接,完成化学热处理制备前的设备组装; 步骤四、化学热处理制备: 启动高速运动电机,导电纤维/丝束刷子在待化学热处理金属工件基体上按螺旋形轨 迹持续性运动并覆盖整个待化学热处理金属工件的表面,完成一个处理周期,或者,导电轮 布千叶轮在待化学热处理金属工件基体上按S形轨迹持续性运动并覆盖整个待化学热处理 金属工件的表面,完成一个处理周期;在一个处理周期内,导电纤维/丝束刷子或者导电轮 布千叶轮与金属工件基体表面产生加压的高速的摩擦运动;高速运动电机开始工作的同 时,接通强流直/交流电,开始化学热处理,反复周期性处理5次-50次,单位面积累计通电处 理60s-180s,获得理想的化学热处理强化层; 步骤五、化学热处理金属工件基体的磨削及抛光: 在获得步骤四理想的化学热处理强化层后,切断供给强流直/交流电,继续让高速旋转 电机带动导电纤维/丝束刷子或导电轮布千叶轮与步骤四的金属工件基体相对运动一段时 间,完成金属工件基体的磨削及抛光。2. 根据权利要求1所述的一种金属表面机械辅助化学热处理方法,其特征在于:步骤一 中可采用喷砂、机械研磨工艺除去待化学热处理金属工件基体表面的油污、氧化皮和加工 硬化层。3. 根据权利要求1所述的一种金属表面机械辅助化学热处理方法,其特征在于:步骤二 中所述的导电纤维/丝束的直径〇.2mm-〇. 8mm,超细纤维/丝束在金属刷子上的密度100根/ cm2-500根/cm2。4. 根据权利要求1所述的一种金属表面机械辅助化学热处理方法,其特征在于:所述步 骤三中垂直待处理金属工件基体表面方向持续施加的压力值0.01Mpa-0.05Mpa。5. 根据权利要求1所述的一种金属表面机械辅助化学热处理方法,其特征在于:所述步 骤四中高速的摩擦运动包括电极材料上质点与工件之间、电极材料与工件之间两种运动, 其中,电极材料上质点的相对速度0.5m/ s-20m/s,电极材料相对于工件基体的位移速度 0 · 01m/s-0 · 05m/s ;强流的电流密度5A/cm2-50A/cm2,高速运动电机其转速为1800r/min-3000r/min。6. 根据权利要求1所述的一种金属表面机械辅助化学热处理方法,其特征在于:所述步 骤五中切断供给强流直/交流电进行高速旋转的时间以单位面积累计处理5s-20s。7. 根据权利要求1所述的一种金属表面机械辅助化学热处理方法,其特征在于:所述待 化学热处理金属工件基体的材质是304不锈钢板材、纯钛板(TA1)板材、45号钢板或45号钢 棒。8. 根据权利要求1所述的一种金属表面机械辅助化学热处理方法,其特征在于:导热系 数好、熔点高的导电材料制备成的导电纤维/丝束的材质是钨丝、镍丝或纯钛丝。
【文档编号】B24B29/02GK106048511SQ201610356621
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年5月26日
【发明人】黄昌德, 陈立佳, 赵晖, 袁晓光, 李润霞, 王小辉
【申请人】上海博友金属制品有限公司
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