一种提高涂层合金疲劳性能的方法与流程

本发明涉及合金表面处理，尤其涉及一种提高涂层合金疲劳性能的方法。

背景技术：

1、现有的部分研究发现涂层对于合金基体材料的疲劳性能并不友好，主要原因是有些涂层的塑性相比于合金较低，涂层制备过程中受工艺限制不可避免地带来微裂纹、沟壑等缺陷，会带来基体疲劳性能恶化的风险。此外，涂层表面完整性(残余应力、粗糙度、晶体形貌等)对疲劳性能影响较大。因此，涂层质量对于合金基体材料的抗疲劳性能尤为重要。

2、采用传统的金属表面强化处理技术——喷丸技术对合金涂层进行强化处理后，合金涂层的表面粗糙度变大，在外加载荷的作用下，粗糙的表面将加速裂纹的形核，从而降低合金的疲劳寿命。因此，如何改善涂层表面粗糙度、晶粒形貌，增加残余应力，消除现有涂层制备过程中带来的沟壑、裂纹等微观缺陷，是亟需解决的问题。同时，合金薄壁管件在表面强化处理过程中存在的管壁变形、涂层开裂、脱落等次生缺陷，也是需要攻克的技术难题。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题在于，提供一种提高涂层合金疲劳性能的方法。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种提高涂层合金疲劳性能的方法，包括以下步骤：

3、s1、预处理：对具有薄涂层的合金进行表面清洗；

4、s2、冷却处理：采用冷却源对清洗后的合金进行冷却，冷却源包括气相、固相和液相中的至少一种；处理时，气相和液相作用于合金的外表面，固相置于合金的内部或作用于合金的内侧壁；

5、s3、撞针式超声喷丸处理：对冷却后的合金进行多次撞针式超声喷丸处理。

6、优选地，s1步骤中，薄涂层由金属cr、fecral合金、nbmotaw高熵合金或alcrmonbzr高熵合金制成。

7、优选地，s1步骤中，薄涂层的厚度为0.01～3mm。

8、优选地，s2步骤中，气相为氮气、氩气或氦气，固相为冰，液相为水。

9、优选地，s2步骤中，冷却后的合金的温度为-20～40℃。

10、优选地，合金为薄壁管件，薄壁管件的壁厚为0.3～0.7mm，冷却源为固相、以及气相和液相中的一种，固相置于薄壁管件的内腔；

11、或者，合金为棒件或板件，冷却源为气相或液相。

12、优选地，s3步骤中，撞针式超声喷丸处理中，撞针由q345钢、zg30铸钢、45号钢、金刚石或氧化锆制成。

13、优选地，s3步骤中，撞针式超声喷丸处理中，撞针的工作头的直径为0.2～5mm，振动频率为20～50khz。

14、优选地，s3步骤中，撞针式超声喷丸处理的工艺参数为：喷丸功率为10～250w，主轴转速为10～200r/min，振幅为1～10μm，进给速度为0.01～50mm/min，撞针的冲击速度为1～10m/s，喷丸覆盖率为100～150％，预压力为1～20n；进行1～10次撞针式超声喷丸处理。

15、优选地，s3步骤中，经过撞针式超声喷丸处理的薄涂层的厚度减少小于总厚度的0.2％。

16、本发明的有益效果：本发明采用冷却-撞针式超声喷丸工艺对合金表面涂层进行强化处理，消除涂层在制备过程中可能存在的表面沟壑、微裂纹等微观缺陷，降低涂层表面粗糙度、改变其晶界形貌、增加涂层残余压力，进而提高涂层抗裂纹萌生及扩展的能力，有效地提高合金基体的疲劳寿命，解决了涂层质量导致合金基体疲劳性能下降的问题。

技术特征：

1.一种提高涂层合金疲劳性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的提高涂层合金疲劳性能的方法，其特征在于，所述s1步骤中，所述薄涂层由金属cr、fecral合金、nbmotaw高熵合金或alcrmonbzr高熵合金制成。

3.根据权利要求1所述的提高涂层合金疲劳性能的方法，其特征在于，所述s1步骤中，所述薄涂层的厚度为0.01～3mm。

4.根据权利要求1所述的提高涂层合金疲劳性能的方法，其特征在于，所述s2步骤中，所述气相为氮气、氩气或氦气，所述固相为冰，所述液相为水。

5.根据权利要求1所述的提高涂层合金疲劳性能的方法，其特征在于，所述s2步骤中，冷却后的所述合金的温度为-20～40℃。

6.根据权利要求1所述的提高涂层合金疲劳性能的方法，其特征在于，所述合金为薄壁管件，所述薄壁管件的壁厚为0.3～0.7mm，所述冷却源为固相、以及气相和液相中的一种，所述固相置于所述薄壁管件的内腔；

7.根据权利要求1所述的提高涂层合金疲劳性能的方法，其特征在于，所述s3步骤中，所述撞针式超声喷丸处理中，撞针由q345钢、zg30铸钢、45号钢、金刚石或氧化锆制成。

8.根据权利要求1所述的提高涂层合金疲劳性能的方法，其特征在于，所述s3步骤中，所述撞针式超声喷丸处理中，撞针的工作头的直径为0.2～5mm，振动频率为20～50khz。

9.根据权利要求1所述的提高涂层合金疲劳性能的方法，其特征在于，所述s3步骤中，所述撞针式超声喷丸处理的工艺参数为：喷丸功率为10～250w，主轴转速为10～200r/min，振幅为1～10μm，进给速度为0.01～50mm/min，撞针的冲击速度为1～10m/s，喷丸覆盖率为100～150％，预压力为1～20n；进行1～10次撞针式超声喷丸处理。

10.根据权利要求1所述的提高涂层合金疲劳性能的方法，其特征在于，所述s3步骤中，经过撞针式超声喷丸处理的所述薄涂层的厚度减少小于总厚度的0.2％。

技术总结
本发明公开了一种提高涂层合金疲劳性能的方法，该方法包括以下步骤：S1、预处理：对具有薄涂层的合金进行表面清洗；S2、冷却处理：采用冷却源对清洗后的合金进行冷却，冷却源包括气相、固相和液相中的至少一种；处理时，气相和液相作用于合金的外表面，固相置于合金的内部或作用于合金的内侧壁；S3、撞针式超声喷丸处理：对冷却后的合金进行多次撞针式超声喷丸处理。本发明采用冷却‑撞针式超声喷丸工艺对合金表面涂层进行强化处理，消除涂层在制备过程中存在的表面沟壑、微裂纹等微观缺陷，降低涂层表面粗糙度、改变其晶界形貌、增加涂层残余压力，有效地提高合金基体的疲劳寿命。

技术研发人员：刘洋,李思功,龚恒风,葛洪恩,吴利翔,任啟森,薛佳祥,廖业宏
受保护的技术使用者：中广核研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11