专利名称：乳化液射流金属表面改性方法
技术领域：
本发明涉及一种金属材料表面加工技术，特别是一种乳化液射流金属表面改性方法。
背景技术：
在表面引入残余压应力可以明显改善金属材料的疲劳强度，有许多表面改性的机 械方法，如喷丸、激光喷丸、超声喷丸、深轧和辊压等，均可以导致材料表面残余压应力的形 成。为了改善固体颗粒射流对裂纹萌生的不利作用，在1990年代，人们提出了利用液体射 流技术加工硬化金属表面的思想并在不断开发水射流和油射流喷丸硬化技术。在这些技术 中，通过高压气体产生的高速液体射流作用在金属表面，使之产生残余压应力。试样表面残 余应力的大小和深度取决于射流压力、射流时间以及材料强度，水射流空化喷射强化对改 善金属的疲劳强度要优于喷丸处理，对延长疲劳裂纹萌生的作用较为明显；空化射流喷丸 技术的研究已经取得了 一些实质性的进展。但由于水在构件上可能造成一定的腐蚀，虽然其工艺技术简易，且不会造成大的 水消耗，但其强化效果受到水的腐蚀性的影响；进一步发展的油射流喷丸，可以避免腐蚀问 题，但油射流喷丸涉及到试样的清洗问题以及投资较大，尽管可以采用油循环方式，但不可 避免的存在油的消耗。这些问题在一定程度上限制了水(油)射流喷丸技术的应用。
发明内容
本发明的目的是要提供一种对金属材料具有弱保护性的乳化液射流金属表面改 性方法。本发明的目的是这样实现的该金属表面改性方法主要包括配制能够产生有效空 化气泡和射流效果的乳化液；将待加工的零件浸没在所述的乳化液中，调整射流喷嘴、射流 压力以及射流喷嘴与被加工金属的距离，在乳化液介质中对金属表面进行射流加工，具体 工艺过程是(1)采用乳化液作为产生射流的介质，乳化液为乳化油和水的混合物；室温下乳 化油与水的配合比例，乳化油为3 % 10 %、水为97 % 90 %，然后加入无水碳酸钠调节乳 化液的PH值，乳化液的pH值控制在7-10，粘度平均值1. 0 1. 5cSt,下临界雷诺系数小于 2320 ；(2)将待加工的零件浸没在所述的乳化液中，打开乳化液射流机乳化液射流通过 射流喷嘴产生乳化液气泡流，射流压力为20 60MPa，乳化液射流扩散角为25 5°。(3)移动乳化液射流喷嘴，使射流垂直对准零件待加工表面，射流喷嘴的射流出口 到零件待加工表面的距离为15 30cm。所述乳化油的外观为透明或半透明液体，pH值7-10，运动黏度，40°C时为35_50， 腐蚀45钢24h不大于1 ；所述乳化液为乳化油与水混合后形成水包油(0/W)型乳化液；所述 与乳化油混合的水为无水碳酸钠软化的水；所述的乳化液配制后的使用温度为2 30°C。
有益效果，由于采用了上述方案，利用乳化液作为空化射流产生的介质，形成乳化 液射流金属表面改性方法。对金属的疲劳强度要优于使用水介质的喷丸处理方法，对延长 疲劳裂纹萌生的作用尤其显著；相对于采用油为介质的射流喷丸方法，解决了对试样的清 洗问题，大大降低了投资成本和使用成本；通过对铝合金、硅锰合金和碳钢等材料的高压水 冲击强化处理后，可以使强化试件的疲劳强度比未强化试件的疲劳强度分别提高56%和 11%，与传统喷丸强化相比，疲劳强度提高了 4% 36%，处理后的试件表面粗糙度变化不 大，处理后试件的表面粗糙度值Ra大大降低；射流喷嘴产生的射流气泡均勻，不易造成金 属表面的伤害，残留的乳化液对金属表面没有腐蚀作用，加工的金属表面不会因为射流介 质而产生二次腐蚀；对金属材料具有弱保护性，达到了本发明的目的。优点是能够产生有效空化气泡、提高金属表面加工效率，对金属表面不产生腐 蚀，又对环境无污染，成本低廉，不易造成金属表面的伤害，残留的乳化液对金属表面没有 腐蚀作用，投资成本和使用成本低，使用效果好，极易推广和应用。
具体实施例方式实施例1 对普碳钢表面改性。采用半透明乳化油，其PH值为10，运动黏度在40°C 时为50，腐蚀45钢24h不大于1。室温下按照乳化油为10 %，水为90 %的比例配比，配制 乳化液，用无水碳酸钠调节乳化液的PH值为10，粘度平均值为1.5cSt，下临界雷诺系数小 于2320;打开乳化液射流机，控制射流压力为50MPa，射流产生的空化气泡扩散角为6°，喷 嘴射流出口到零件待加工表面的距离为30cm，加工表面的硬度和疲劳寿命显著提高。所述的乳化液射流机是液压泵；所述乳化油的是市购产品。实施例2 对SiMn合金钢表面改性。采用半透明乳化油，其pH值为8，运动黏度在 40°C时为45，腐蚀45钢24h不大于1。室温下乳化油为6%，水为94%的比例配比，配制乳 化液，用无水碳酸钠调节乳化液的PH值为8，粘度平均值为1. lcSt，打开乳化液射流机，控 制射流压力为60MPa，射流产生的空化气泡扩散角为5°，喷嘴射流出口到零件待加工表面 的距离为25cm，加工表面的硬度和疲劳寿命显著提高。其它与实施例1同。实施例3 对普碳钢表面改性。采用半透明乳化油，其PH值为7，运动黏度在40°C 时为35，腐蚀45钢24h不大于1。室温下乳化油与为3%，水为97%的比例配比，配制乳化 液，用无水碳酸钠调节乳化液的PH值为7，粘度平均值为l.OcSt，打开乳化液射流机，控制 射流压力为20MPa，射流产生的空化气泡扩散角为25°，喷嘴射流出口到零件待加工表面 的距离为15cm，加工表面的硬度提高，锈层去除。其它与实施例1同。实施例4 对钢零件键槽底部改性。采用半透明乳化油，其PH值为8，运动黏度在 40°C时为45，腐蚀45钢24h不大于1。室温下乳化油与水的比例为5%，水为95%的比例 配比，配制乳化液，用无水碳酸钠调节乳化液的PH值为9，粘度平均值为1. 4cSt ；打开乳化 液射流机，控制射流压力为40MPa，射流产生的空化气泡扩散角为11°，喷嘴射流出口到零 件待加工表面的距离为25cm，加工表面的硬度显著提高。其它与实施例1同。
权利要求
一种乳化液射流金属表面改性方法，其特征是该金属表面改性方法主要包括配制能够产生有效空化气泡和射流效果的乳化液；将待加工的零件浸没在所述的乳化液中，调整射流喷嘴、射流压力以及射流喷嘴与被加工金属的距离，在乳化液介质中对金属表面进行射流加工，具体工艺过程是(1)采用乳化液作为产生射流的介质，乳化液为乳化油和水的混合物；室温下乳化油与水的配合比例，乳化油为3％～10％、水为97％～90％，然后加入无水碳酸钠调节乳化液的pH值，乳化液的pH值控制在7-10，粘度平均值1.0～1.5cSt，下临界雷诺系数小于2320；(2)将待加工的零件浸没在所述的乳化液中，打开乳化液射流机乳化液射流通过射流喷嘴产生乳化液气泡流，射流压力为20～60MPa，乳化液射流扩散角为25～5°。(3)移动乳化液射流喷嘴，使射流垂直对准零件待加工表面，射流喷嘴的射流出口到零件待加工表面的距离为15～30cm。
2.根据权利要求1所述的乳化液射流金属表面改性方法，其特征是所述乳化油的外 观为透明或半透明液体，PH值7-10，运动黏度，40°C时为35-50，腐蚀45钢24h不大于1 ；所 述乳化液为乳化油与水混合后形成水包油(0/W)型乳化液；所述与乳化油混合的水为无水 碳酸钠软化的水；所述的乳化液配制后的使用温度为2 30°C。
全文摘要
一种乳化液射流金属表面改性方法，属于金属材料表面加工技术。该金属表面改性方法主要包括配制能够产生有效空化气泡和射流效果的乳化液；将待加工的零件浸没在所述的乳化液中，调整射流喷嘴、射流压力以及射流喷嘴与被加工金属的距离，在乳化液介质中对金属表面进行射流加工。利用乳化液作为空化射流产生的介质，形成乳化液射流金属表面改性方法，使强化试件的疲劳强度分别提高56％和11％。优点是能够产生有效空化气泡、提高金属表面加工效率，既对金属表面不产生腐蚀，又对环境无污染，成本低廉，不易造成金属表面的伤害，残留的乳化液对金属表面没有腐蚀作用，投资成本和使用成本低，使用效果好，极易推广和应用。
文档编号C21D7/06GK101886160SQ20101022432
公开日2010年11月17日 申请日期2010年7月6日 优先权日2010年7月6日
发明者孙智, 康学勤 申请人:中国矿业大学