一种超声波金属工件表面渗透工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种对工件表面进行渗入金属或非金属粉末以提高其强度、硬度、耐磨性或耐腐蚀性的工艺，属于工件表面处理技术领域。
【背景技术】
[0002]通过在金属工件表面渗入其它元素，可以提高工件表面的强度、硬度、耐磨性或耐腐蚀性，如公知的渗碳、渗氮热处理工艺，但是这些工艺需要将工件加热到一定高温，工艺过程复杂，成本高。
[0003]CN101781747B公开了一种《合金基材渗铝的方法》，是采用800#砂纸预磨合金基材表面，然后置于丙酮溶液中超声波清洗，再将A1C13粉末或NH4C1粉末涂覆到合金基材的表面，得试件；用铝箔将试件包覆起来，并施加压力，然后置于烧结炉中，在氩气气氛、氢气气氛或真空，温度为500-1000°C的条件下渗铝处理。也是500-1000°C的高温条件下进行，工艺过程复杂，成本高。
[0004]CN101812661B《一种压电式超声波盐浴加热渗氮装置》，包括带保温层的壳体、壳体内的盐浴池、加热板、接线支承柱、顶盖；壳体上对称装有两套压电式超声波装置，压电式超声波装置含有聚能杆、振动板、变幅杆、电压式换能器与冷却箱，振动板与聚能杆是一个整体零件，振动板装于盐浴池内，并与变幅杆用螺纹连接，变幅杆的波节处与壳体焊接安装；变幅杆与压电式换能器连接成一体。该装置在现有盐浴加热渗氮工艺的基础上通过对壳体超声波振动，提高渗氮速度和渗氮效率，但也是高温加热条件下进行，工艺过程复杂，成本尚。
[0005]此外，现有的渗入工艺只能在金属之间进行。
【发明内容】
[0006]本发明针对现有工件表面渗入金属粉末技术存在的不足，提供一种操作简单、成本低的超声波金属工件表面渗透工艺。
[0007]本发明的超声波金属工件表面渗透工艺，是:
[0008]首先在金属工件表面涂覆一层所需的金属或非金属粉末，然后对涂覆层进行超声波加工，通过超声振动冲击使涂覆层与工件表面结合在一起，并使涂覆层的物质渗透进工件表层里。
[0009]金属或非金属粉末的的细度至少为1000目。
[0010]超声波加工时可采用带有滚动式刀具头的超声波刀具。
[0011]超声波加工时对工件施加的压力为5-500Kg，超声波振幅为5-50 μπι，频率为10-40ΚΗΖ，超声波加工时工具头与工件相对移动线速度不大于150m/min。具体数值需要根据金属工件材料及所结合的粉末材料而定。
[0012]本发明只需对涂覆层进行超声波加工(在一定压力下高频振动冲击)，不需高温加热，通过超声波推动工具头对金属表面进行冲击使金属工件表层渗入所需元素，使金属工件表层改性，使工件表层发生物理性质改变，可以提高工件表面的硬度、耐磨性、耐腐蚀性或其它性能，并使晶粒细化，操作简单、成本低。
【附图说明】
[0013]图1是D36#钢材渗透处理前的表面金相组织图(放大2800倍)。
[0014]图2是通过本发明的方法对D36#钢材表面渗透铬元素处理后的表面金相组织图(放大2800倍)ο
[0015]图3是45#钢渗透处理前的表面金相组织图。
[0016]图4是通过本发明的方法对45#钢表面渗透铬元素处理后的表面金相组织图(纳米晶与非晶嵌套)。
[0017]图5是45#钢表面渗透铬元素处理前后硬度沿厚度方向的变化示意图。
【具体实施方式】
[0018]实施例1
[0019]在D36#钢材的表面涂覆(可粘接)纳米级的络粉末，通过带有滚动式刀具头的超声波刀具对其表面进行高频超声波振动冲击。超声波刀具对工件施加200Kg的压力，超声波振幅为20 μ m，频率为30KHz，超声波工具头与工件相对线速度为40m/min，其表面金相组织发生变化，如图2所示。由图1和图2对比，可以看出对D36#钢材渗透处理后，其表面晶粒细化，使得硬度、耐磨性和耐腐蚀性都有提高。
[0020]实施例2
[0021]在45#钢材的表面涂覆(可粘接)上纳米级的铬粉末，通过带有滚动式刀具头的超声波刀具对其表面进行高频超声波振动冲击。超声波刀具对工件施加150Kg的压力，超声波振幅为25 μ m，频率为20KHz，超声波工具头与工件相对线速度为20m/min，其表面的金相组织发生变化，如图4所示。由图3和图4对比，可以看出对45#钢材渗入铬元素后，其表面晶粒细化，对表面超声加工过程中，金属材料表面塑性变形，随着时间的增加，变形逐渐增大。超声波处理后，试样表面出现微晶态和非晶态结构，使45钢表面硬度得到提高。由图5给出了 45#钢材渗透处理前后硬度的变化。
[0022]实施例3
[0023]在40Cr钢材的表面涂覆(可粘接)上纳米级陶瓷粉末，通过带有滚动式刀具头的超声波刀具对其表面进行高频超声波振动冲击。超声波刀具对工件施加200Kg的压力，超声波振幅为25 μ m，频率为20KHz，超声波刀具工具头与工件相对线速度为45m/min。提高了45#钢材表面的硬度及耐腐蚀性。
[0024]超声波刀具对工件施加的压力以及超声波振幅、频率和超声波工具头与工件相对线速度需要根据金属工件材料及所结合的粉末材料而定，在此不一一列举。
【主权项】
1.一种超声波金属工件表面渗透工艺，其特征是:首先在金属工件表面涂覆一层所需的金属或非金属粉末，然后对涂覆层进行超声波加工，通过超声振动冲击使涂覆层与工件表面结合在一起，并使涂覆层的物质渗透进工件表层里。
2.根据权利要求1所述的超声波金属工件表面渗透工艺，其特征是:所述金属或非金属粉末的细度至少为1000目。
3.根据权利要求1所述的超声波金属工件表面渗透工艺，其特征是:所述超声波加工时对工件施加的压力为5-500Kg，超声波振幅为5-50 μ m，频率为10_40KHz，超声波加工时工具头与工件的相对移动速度不大于150m/min。
【专利摘要】一种超声波金属工件表面渗透工艺，首先在金属工件表面涂覆一层所需的金属或非金属粉末，然后对涂覆层进行超声波加工，通过超声振动使涂覆层与工件表面结合在一起，并使涂覆层的物质渗透进工件表层里。金属或非金属粉末的细度至少为1000目。超声波加工时对工件施加的压力为50-500Kg，超声波振幅为5-50μm，频率为20-40KHz，超声波加工时的移动线速度不大于100m/min。本发明只需对涂覆层进行超声波加工，不需高温加热，通过“超声波能”使金属工件表层渗入所需元素，使金属工件表面改性，使工件表层发生物理性质改变，可以提高工件表面的硬度、耐磨性、耐腐蚀性或其它性能，并使晶粒细化，操作简单、成本低。
【IPC分类】C23C8-60, C23C10-30
【公开号】CN104630694
【申请号】CN201510003514
【发明人】赵辉
【申请人】赵辉
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年1月5日