基于电化学检测装置的淬硬钢加工白层检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于淬硬钢加工白层检测领域，尤其涉及一种基于电化学检测装置的淬硬 钢加工白层检测方法。
【背景技术】
[0002] 淬硬钢在加工过程中表面很容易形成一层组织及性能不同于基体材料的变质层， 经化学侵蚀后在光学显微镜下呈现白色，被称之为"白层"。白层的化学成分与基体材料相 同，但微观组织发生了明显的变化（主要由晶粒非常细小的隐晶状的马氏体以及少量残留 奥氏体和碳化物组成），使其具有特殊的物理力学性能。白层的硬度比基体材料高，有利 于提高零件的耐磨性，但是白层脆性很大，内部多微细裂纹，并常常伴随着较大的残余拉应 力，很容易导致微裂纹的萌生、扩展，引起材料大块剥落或成为疲劳源，降低零件的疲劳寿 命或导致失效。
[0003] 白层的形成被认为与大的切削热和塑性变形有关，一般来说，刀具磨损严重的情 况下更容易产生白层组织。实际生产中，白层厚度很薄，一般仅为几微米，而且它的形成受 多种因素的影响，难以准确预测。因此，要了解零件表层是否具有白层及白层形态等信息， 现阶段的通常做法是：对已加工零件进行切块，取出一小块材料进行研磨、抛光、化学侵蚀， 然后利用光学显微镜或扫描电子显微镜进行观察、分析。这种破坏性观察方法虽然能够得 到确切的信息，但是费时费力，并且破坏零件结构，不适应实际生产中对于变质层的无损检 测要求。
[0004] 迄今为止，人们还没有发现针对淬硬钢加工白层的有效检测手段。电磁巴克豪森 噪声法已经被用于磨削烧伤及热处理缺陷的检测，其原理基于这种缺陷受拉应力控制，而 且缺陷处材料硬度较小，应力和硬度的变化会反应在噪声信号上。但是淬硬钢白层比较薄 (通常几个微米），远小于巴克豪森噪声法的最小探测深度，而且白层的出现，不仅伴随着 表层硬度和应力的变化，化学元素、晶粒、位错密度等方面均发生变化，这使得运用巴克豪 森噪声法检测白层变得困难，Ian S. Harrison的论文"Detecting white layer in hard turned components using non-destructive methods"证实了这一点。祸流法也可检测导 电材料的表面和近表面缺陷，包括裂纹、夹杂、凹坑这类"显缺陷"，而对于像磨削烧伤、热处 理缺陷、相变、应力集中等这类"潜缺陷"，涡流检测还不能成为有效的检测手段。
【发明内容】
[0005] 为了克服现有技术的不足和局限性，本发明提供了一种基于电化学检测装置的淬 硬钢加工白层检测方法，通过测量工件材料和溶液接触界面的电荷转移电阻值，根据电阻 的大小来揭示具有不同表层微观组织工件的电化学特点及耐腐蚀性能，达到淬硬钢白层无 损检测目的。
[0006] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0007] 一种基于电化学检测装置的淬硬钢加工白层检测方法，包括以下步骤：
[0008] 步骤（1):选取待测淬硬钢，并制作电化学检测装置；
[0009] 步骤（2):测量待测淬硬钢的交流阻抗谱，求得电荷转移电阻大小；
[0010] 步骤（3):判断待测淬硬钢表层是否存在白层组织；
[0011] 步骤（3. 1):预设待测淬硬钢加工白层的表征值范围；
[0012] 步骤（3. 2):若步骤（2)求得的电荷转移电阻值在白层表征值范围内，可判定此待 测淬硬钢表层具有白层组织，若步骤（2)求得的电荷转移电阻值的不在白层表征范围内， 则此待测淬硬钢表层没有白层组织。
[0013] 所述电化学检测装置采用两回路三电极检测装置，包括第一容器和第二容器，所 述第一容器和第二容器里均设有电解质溶液，第一容器与第二容器通过一连通桥相连通， 所述第一容器里设有工作电极和辅助电极，所述第二容器里设有参比电极。所有所述工作 电极具有相同的测试区域暴露面积；所述电解质溶液选用中性盐溶液。
[0014] 所述电解质溶液温度调整到设定工作温度后保温，然后将工作电极浸泡入所配制 电解质溶液中，准备进行电化学测量；所述工作温度为室温25°c。
[0015] 所述中性盐溶液采用质量百分比浓度为3. 5 %的NaCl溶液。
[0016] 所述工作电极的引线部位均使用石蜡或环氧树脂封装保护。
[0017] 所述步骤（2)中求解电荷转移电阻大小的过程为：电化学检测装置测量待测淬硬 钢从浸泡起始后界面阻抗随频率的变化谱图，形成阻抗谱曲线；然后，对阻抗谱曲线进行等 效电路拟合，求得电荷转移电阻。
[0018] 所述步骤（3. 1)中预设待测淬硬钢加工白层的表征值范围的过程为：
[0019] 根据金相观察获得的待测淬硬钢实际表层微观组织信息，通过对待测淬硬钢的电 荷转移电阻值分布规律的分析，预设白层电化学表征值范围。
[0020] 本发明的优点在于：
[0021] (1)克服了淬硬钢加工白层难以准确无损检测的难题，为运用电化学检测装置实 现快速原位无损检测零件白层提供了技术支持。
[0022] (2)试验方法易行，实验装置简单，不仅能够用于不同材料下产生的白层的检测， 而且可以用于不同加工方式下（车削、铣削、磨削、电火花加工等）产生的白层的检测，同时 可以从测量结果评估加工零件的耐环境介质腐蚀能力。
【附图说明】
[0023] 图la)为本发明的无明显变化的待测淬硬钢样本；
[0024] 图lb)为本发明存在黑层的待测淬硬钢样本；
[0025] 图lc)为本发明存在不连续薄白层的待测淬硬钢样本；
[0026] 图Id)为本发明的厚度2. 8ym白层的待测淬硬钢样本；
[0027] 图le)为本发明的厚度3. 6ym白层的待测淬硬钢样本；
[0028] 图2为本发明的电化学检测装置结构示意图；
[0029] 图3为图la)~图le)所示的样本在3. 5%的NaCl溶液中的交流阻抗谱；
[0030] 图4为图la)~图le)所示的样本在3. 5%