本发明属于材料表面处理，具体涉及一种基于喷丸工艺的slm不锈钢刀具表面强化方法。
背景技术：
1、slm成形件由于其特殊的制造方式，与传统的金属零件相比，slm成形件有很多不足，比如slm成形件表面质量差、孔隙多、残余应力大、和抗腐蚀性不强等。因此利用各种表面处理技术来制造高性能slm316l不锈钢刀具结构件，保证机械设备长期正常安全运行，从而延长机械设备的服役寿命对于工业生产具有重要的价值。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种不锈钢的表面强化出方法，用于改善不锈钢的硬度和耐磨性，并且依据该方法制作一种不锈钢刀具，以此改善刀具的耐磨性能。
2、本发明的一种基于喷丸工艺的不锈钢表面强化方法，包括以下具体步骤：a、利用酒精溶液清洗试样表面；
3、b、利用气动式喷丸机对表面进行纳米化处理；所述试样为采用slm成型方式打印的不锈不锈钢料。
4、进一步地，步骤b中进行纳米化处理时，喷枪至试样表面的距离为300 mm、喷枪角度为90°、喷枪移动速率为14 mm/min、弹丸流量为10 kg/min、弹丸为ash230铸钢丸、弹丸直径为0.6 mm，空气压力为0.3mpa，喷丸时间为45min。
5、本发明的一种采用喷丸工艺表面强化处理的不锈钢刀具，该不锈钢刀具使用的材料经过了上述基于喷丸工艺的不锈钢表面强化方法进行处理；所述不锈钢刀具表面形成有塑性变形层。
6、本发明的有益效果：
7、1、本发明采用slm成型的材料与高能喷丸（hesp）相互结合，利用高速运动的弹丸在室温条件下持续冲击待处理的金属材料表面，使金属材料表层发生剧烈塑性变形，从而制备出纳米结构表层。2、高能喷丸方法可以短时间内在slm成型的不锈钢试样上制备出一定厚度的梯度纳米结构层，同时避免材料表面产生明显的裂纹，slm不锈钢试样的表层形成纳米晶，高应变速率、不断积累的高应变引入高密度位错、位错缠结和孪晶，并最终导致纳米晶形成。3、slm不锈钢刀具表面纳米化后发生晶粒细化及硬度的提高，硬度的提高能够明显改善slm不锈钢刀具的抗犁削及耐磨性，并且晶粒细化使得slm成形件耐摩擦性能、耐腐蚀性等性能得到改善，从而有效延长slm成形件使用寿命。
8、实施方式
9、以下将结合实施例对本发明的技术方案进行进一步地说明，以期本领域技术人员能够更清楚地理解该技术方案的内容。
10、实施例
11、本实施例中采用的原料为slm成形316l不锈钢刀具试样，试样尺寸为70×19×4mm3的平板试样。
12、slm 316l不锈钢刀具的表面纳米化制备步骤为：实验前用酒精溶液清洗试样表面，表面纳米化是在mp6000pt型气动式喷丸机上进行的，主要高能喷丸工艺参数如下：喷枪至试样表面的距离为300 mm、喷枪角度为90°、喷枪移动速率为14 mm/min、弹丸流量为10kg/min、弹丸直径为0.6 mm(ash230铸钢丸)，空气压力为0.3mpa，喷丸时间为45 min。
13、处理完成后，对于slm 316l不锈钢刀具的表面进行性能检测的步骤：
14、①、采用keyence-vk-x100共聚焦显微镜观察slm 316l不锈钢刀具试样高能喷丸前后的表面形貌并测定其表面粗糙度。测定前，先用丙酮进行超声波清洗以去除表面污染。对slm 316l不锈钢刀具试样高能喷丸前后的中心区域任取十处测其表面粗糙度，并取其平均值。
15、②、利用200hv-5型小负荷维氏硬度计测试纳米化表面显微硬度，载荷为10 g，载荷保持时间为5 s。
16、③、摩擦磨损实验在cfi-i型多功能材料表面性能测试仪上进行，选用往复运动模块组件，载荷设置为10 n，往复长度5mm，室温条件下进行。待摩擦磨损实验结束后，取出试样用超声波清洗5min，利用keyence-vk-x100共聚焦显微镜进行三维形貌观测。为减小实验误差，每次对磨痕五个不同的部位进行观测，并测量它的深度和宽度，最后求取均值。
17、④、采用fei tecnai g2 f30 型场发射透射电镜(tem)和高分辨透射电镜(hrtem)在操作电压300 kv下对slm 316l不锈钢刀具试样喷丸试样(距喷丸表面不同深度处的截面、垂直喷丸表面)进行微观结构特征观测以及晶粒尺寸的统计工作。
18、slm 316l不锈钢刀具表面形成了212 μm厚的塑性变形层。slm 316l不锈钢刀具基体显微硬度约为275 hv，表面纳米化使高能喷丸表面的显微硬度提高到了475 hv。也即表面纳米化处理使slm 316l不锈钢刀具表面硬度极大提高，并随着距离表面深度的不断增加，硬度值逐渐减小并趋于稳定，最终达到基体的硬度值。
19、slm 316l不锈钢刀具表面硬度增大主要是因为slm 316l不锈钢刀具试样表面在经过高能喷丸作用后发生晶粒细化冷加工硬化。硬度的增加为slm 316l不锈钢刀具材料耐磨性能的改善提供了良好基础，并且能提高slm 316l不锈钢刀具在滚动摩擦中的抗犁削及耐磨性。其次， slm 316l不锈钢刀具试样硬度在梯度方向逐渐减小，晶粒尺寸逐渐增大，可以确定高能喷丸表面纳米化对于slm 316l不锈钢刀具具有重要作用，晶粒细化时slm 316l不锈钢刀具试样表面硬度提高的主要原因。
20、利用线切割将slm 316l不锈钢刀具未处理试样及表面纳米化试样制备成尺寸为9×5×1 mm3，并镶嵌入树脂制作成25×17×5 mm3的摩擦磨损试样。对磨偶件选用si3n4陶瓷球。实验条件为室温、干摩擦。
21、经过表面纳米化后，在磨损过程中，表面纳米化试样摩擦系数始终小于未处理试样。喷丸表面处的摩擦系数为0.35，当摩擦磨损实验时间进行到4.8 min时，摩擦系数攀升至0.5，与未喷丸的slm316l不锈钢刀具试样保持一致，表明经过表面纳米化后，slm316l不锈钢刀具在梯度方向耐磨性能明显提高。
22、经过摩擦磨损实验后，slm 316l不锈钢刀具未处理试样表面分布明显微裂纹和少量剥落特征，同时出现一些凹坑，表现出了典型的疲劳磨损现象。而经过磨损实验后，表面纳米化处理slm 316l不锈钢刀具试样表面沿滑动方向呈现出小而浅的犁沟特征，此外，还出现了轻微片状剥落层，呈现为典型磨粒磨损机制。表面纳米化处理能够提高slm 316l不锈钢刀具材料的磨损抗力，其主要原因是：表面纳米化处理能够使slm 316l不锈钢刀具表面晶粒尺度减小，晶粒细化对疲劳裂纹也有一定的抑制作用。
23、本领域普通技术人员可以理解。以上所述仅为发明的优先实例而已，并不用于限制发明，尽管参照前述实例对发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在发明的精神和原则之内，所做的修改、等同替换等均应包含在发明的保护之内。
1.一种基于喷丸工艺的不锈钢表面强化方法，其特征在于，包括以下具体步骤：a、利用酒精溶液清洗试样表面；
2.如权利要求1所述的一种基于喷丸工艺的不锈钢表面强化方法，其特征在于，步骤b中进行纳米化处理时，喷枪至试样表面的距离为300 mm、喷枪角度为90°、喷枪移动速率为14 mm/min、弹丸流量为10 kg/min、弹丸为ash230铸钢丸、弹丸直径为0.6 mm，空气压力为0.3mpa，喷丸时间为45min。
3.一种采用喷丸工艺表面强化处理的不锈钢刀具，其特征在于，不锈钢刀具使用的材料经过权利要求1-2任意一项不锈钢表面强化方法进行处理；所述不锈钢刀具表面形成有塑性变形层。