一種超聲波金屬工件表面滲透工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種對(duì)工件表面進(jìn)行滲入金屬或非金屬粉末以提高其強(qiáng)度、硬度、耐磨性或耐腐蝕性的工藝，屬于工件表面處理技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]通過(guò)在金屬工件表面滲入其它元素，可以提高工件表面的強(qiáng)度、硬度、耐磨性或耐腐蝕性，如公知的滲碳、滲氮熱處理工藝，但是這些工藝需要將工件加熱到一定高溫，工藝過(guò)程復(fù)雜，成本高。
[0003]CN101781747B公開了一種《合金基材滲鋁的方法》，是采用800#砂紙預(yù)磨合金基材表面，然后置于丙酮溶液中超聲波清洗，再將A1C13粉末或NH4C1粉末涂覆到合金基材的表面，得試件；用鋁箔將試件包覆起來(lái)，并施加壓力，然后置于燒結(jié)爐中，在氬氣氣氛、氫氣氣氛或真空，溫度為500-1000°C的條件下滲鋁處理。也是500-1000°C的高溫條件下進(jìn)行，工藝過(guò)程復(fù)雜，成本高。
[0004]CN101812661B《一種壓電式超聲波鹽浴加熱滲氮裝置》，包括帶保溫層的殼體、殼體內(nèi)的鹽浴池、加熱板、接線支承柱、頂蓋；殼體上對(duì)稱裝有兩套壓電式超聲波裝置，壓電式超聲波裝置含有聚能桿、振動(dòng)板、變幅桿、電壓式換能器與冷卻箱，振動(dòng)板與聚能桿是一個(gè)整體零件，振動(dòng)板裝于鹽浴池內(nèi)，并與變幅桿用螺紋連接，變幅桿的波節(jié)處與殼體焊接安裝；變幅桿與壓電式換能器連接成一體。該裝置在現(xiàn)有鹽浴加熱滲氮工藝的基礎(chǔ)上通過(guò)對(duì)殼體超聲波振動(dòng)，提高滲氮速度和滲氮效率，但也是高溫加熱條件下進(jìn)行，工藝過(guò)程復(fù)雜，成本尚。
[0005]此外，現(xiàn)有的滲入工藝只能在金屬之間進(jìn)行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有工件表面滲入金屬粉末技術(shù)存在的不足，提供一種操作簡(jiǎn)單、成本低的超聲波金屬工件表面滲透工藝。
[0007]本發(fā)明的超聲波金屬工件表面滲透工藝，是:
[0008]首先在金屬工件表面涂覆一層所需的金屬或非金屬粉末，然后對(duì)涂覆層進(jìn)行超聲波加工，通過(guò)超聲振動(dòng)沖擊使涂覆層與工件表面結(jié)合在一起，并使涂覆層的物質(zhì)滲透進(jìn)工件表層里。
[0009]金屬或非金屬粉末的的細(xì)度至少為1000目。
[0010]超聲波加工時(shí)可采用帶有滾動(dòng)式刀具頭的超聲波刀具。
[0011]超聲波加工時(shí)對(duì)工件施加的壓力為5-500Kg，超聲波振幅為5-50 μπι，頻率為10-40ΚΗΖ，超聲波加工時(shí)工具頭與工件相對(duì)移動(dòng)線速度不大于150m/min。具體數(shù)值需要根據(jù)金屬工件材料及所結(jié)合的粉末材料而定。
[0012]本發(fā)明只需對(duì)涂覆層進(jìn)行超聲波加工(在一定壓力下高頻振動(dòng)沖擊)，不需高溫加熱，通過(guò)超聲波推動(dòng)工具頭對(duì)金屬表面進(jìn)行沖擊使金屬工件表層滲入所需元素，使金屬工件表層改性，使工件表層發(fā)生物理性質(zhì)改變，可以提高工件表面的硬度、耐磨性、耐腐蝕性或其它性能，并使晶粒細(xì)化，操作簡(jiǎn)單、成本低。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是D36#鋼材滲透處理前的表面金相組織圖(放大2800倍)。
[0014]圖2是通過(guò)本發(fā)明的方法對(duì)D36#鋼材表面滲透鉻元素處理后的表面金相組織圖(放大2800倍)ο
[0015]圖3是45#鋼滲透處理前的表面金相組織圖。
[0016]圖4是通過(guò)本發(fā)明的方法對(duì)45#鋼表面滲透鉻元素處理后的表面金相組織圖(納米晶與非晶嵌套)。
[0017]圖5是45#鋼表面滲透鉻元素處理前后硬度沿厚度方向的變化示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]實(shí)施例1
[0019]在D36#鋼材的表面涂覆(可粘接)納米級(jí)的絡(luò)粉末，通過(guò)帶有滾動(dòng)式刀具頭的超聲波刀具對(duì)其表面進(jìn)行高頻超聲波振動(dòng)沖擊。超聲波刀具對(duì)工件施加200Kg的壓力，超聲波振幅為20 μ m，頻率為30KHz，超聲波工具頭與工件相對(duì)線速度為40m/min，其表面金相組織發(fā)生變化，如圖2所示。由圖1和圖2對(duì)比，可以看出對(duì)D36#鋼材滲透處理后，其表面晶粒細(xì)化，使得硬度、耐磨性和耐腐蝕性都有提高。
[0020]實(shí)施例2
[0021]在45#鋼材的表面涂覆(可粘接)上納米級(jí)的鉻粉末，通過(guò)帶有滾動(dòng)式刀具頭的超聲波刀具對(duì)其表面進(jìn)行高頻超聲波振動(dòng)沖擊。超聲波刀具對(duì)工件施加150Kg的壓力，超聲波振幅為25 μ m，頻率為20KHz，超聲波工具頭與工件相對(duì)線速度為20m/min，其表面的金相組織發(fā)生變化，如圖4所示。由圖3和圖4對(duì)比，可以看出對(duì)45#鋼材滲入鉻元素后，其表面晶粒細(xì)化，對(duì)表面超聲加工過(guò)程中，金屬材料表面塑性變形，隨著時(shí)間的增加，變形逐漸增大。超聲波處理后，試樣表面出現(xiàn)微晶態(tài)和非晶態(tài)結(jié)構(gòu)，使45鋼表面硬度得到提高。由圖5給出了 45#鋼材滲透處理前后硬度的變化。
[0022]實(shí)施例3
[0023]在40Cr鋼材的表面涂覆(可粘接)上納米級(jí)陶瓷粉末，通過(guò)帶有滾動(dòng)式刀具頭的超聲波刀具對(duì)其表面進(jìn)行高頻超聲波振動(dòng)沖擊。超聲波刀具對(duì)工件施加200Kg的壓力，超聲波振幅為25 μ m，頻率為20KHz，超聲波刀具工具頭與工件相對(duì)線速度為45m/min。提高了45#鋼材表面的硬度及耐腐蝕性。
[0024]超聲波刀具對(duì)工件施加的壓力以及超聲波振幅、頻率和超聲波工具頭與工件相對(duì)線速度需要根據(jù)金屬工件材料及所結(jié)合的粉末材料而定，在此不一一列舉。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種超聲波金屬工件表面滲透工藝，其特征是:首先在金屬工件表面涂覆一層所需的金屬或非金屬粉末，然后對(duì)涂覆層進(jìn)行超聲波加工，通過(guò)超聲振動(dòng)沖擊使涂覆層與工件表面結(jié)合在一起，并使涂覆層的物質(zhì)滲透進(jìn)工件表層里。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波金屬工件表面滲透工藝，其特征是:所述金屬或非金屬粉末的細(xì)度至少為1000目。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波金屬工件表面滲透工藝，其特征是:所述超聲波加工時(shí)對(duì)工件施加的壓力為5-500Kg，超聲波振幅為5-50 μ m，頻率為10_40KHz，超聲波加工時(shí)工具頭與工件的相對(duì)移動(dòng)速度不大于150m/min。
【專利摘要】一種超聲波金屬工件表面滲透工藝，首先在金屬工件表面涂覆一層所需的金屬或非金屬粉末，然后對(duì)涂覆層進(jìn)行超聲波加工，通過(guò)超聲振動(dòng)使涂覆層與工件表面結(jié)合在一起，并使涂覆層的物質(zhì)滲透進(jìn)工件表層里。金屬或非金屬粉末的細(xì)度至少為1000目。超聲波加工時(shí)對(duì)工件施加的壓力為50-500Kg，超聲波振幅為5-50μm，頻率為20-40KHz，超聲波加工時(shí)的移動(dòng)線速度不大于100m/min。本發(fā)明只需對(duì)涂覆層進(jìn)行超聲波加工，不需高溫加熱，通過(guò)“超聲波能”使金屬工件表層滲入所需元素，使金屬工件表面改性，使工件表層發(fā)生物理性質(zhì)改變，可以提高工件表面的硬度、耐磨性、耐腐蝕性或其它性能，并使晶粒細(xì)化，操作簡(jiǎn)單、成本低。
【IPC分類】C23C8-60, C23C10-30
【公開號(hào)】CN104630694
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510003514
【發(fā)明人】趙輝
【申請(qǐng)人】趙輝
【公開日】2015年5月20日
【申請(qǐng)日】2015年1月5日