[发明专利]一种在金属材料表面脉冲毛化处理方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于材料技术领域，特别涉及一种在金属材料表面脉冲毛化处理方法及装置。

背景技术

现阶段轧辊毛化后得到的轧辊表面由很多易于折断和磨损的尖峰组成，严重影响轧辊表面的粗糙度保持性能和耐磨性能；而从摩擦学及润滑理论上分析，板材表面最理想的微观形貌为球面或椭球凹陷，因为球面或椭球凹陷能够使钢板在冲压过程中形成独特的微坑润滑机构，可以有效减小摩擦力和磨损，减少冲压裂纹的产生，同时形成上述微坑也有利于钢板表面相应形成的表面圆滑的微突起，尖峰少以保证板面具有足够的粗糙度。因此，在轧辊表面形成球冠状微凸形貌对冷轧板的生产有着很重要的意义。铬的机械性能（强度、硬度）优于铁基材料，所以采用铬材质的毛化后轧辊表面的硬度高，可延长轧辊的使用寿命，毛化后的轧辊表面凹坑呈随机分布，可获得轧辊的表面粗糙度值范围Ra在0.2~20 μm，且峰值密度很高，重复性好，有利于毛化钢板的涂漆。

传统的冷轧辊毛化工艺（喷丸毛化，电火花毛化等）都是使辊面材料脱落或烧损形成尖锐的内凹毛化形貌的工艺，生产出来的毛化辊受冷轧辊材质的影响，粗糙度衰减过快，使用寿命低，以及毛化冷轧辊表面形貌中凹坑多于凸起，因而不利于带钢对其表面粗糙度的拷贝。

电沉积铬毛化工艺是在加工后的轧辊表面形成具有一定毛化效果的电沉积铬层，对辊面材料没有影响，其耐磨性能完全取决于电沉积铬层的硬度。由于铬硬度很高，具有良好的耐磨性，可以大幅度提高毛化冷轧辊的使用寿命；通过对电沉积铬毛化工艺得到的表面形貌观察发现，其凸起远多于凹坑，因而有利于带钢对其形貌的拷贝，有利于形成相互隔离的润滑坑，从而减少带钢冲压时的摩擦力。但是这种毛化方式加工效率不是很高，且由于发生电化学反应，易造成大量的有毒化学废物，污染环境。因此开发一种污染少、能耗低的毛化方法是必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在金属材料表面脉冲毛化处理方法及装置，通过施加脉冲叠加直流电对材料表面毛化处理，使铬沉积在基体表面，并形成较理想的粗糙度，同时使粗糙度参数易于控制。

本发明的在金属材料表面脉冲毛化处理方法按以下步骤进行：

1、采用金属材料作为基体材料，对基体材料进行预处理，然后于水中清洗干净后取出；

2、配制电解液，电解液中硫酸浓度为3~4g/L，抗氧化剂苯酚浓度为3~5 g/L，Cr⁶⁺浓度为90~120 g/L，分散剂十二烷基硫酸钠浓度为4~10 g/L，余量为水；

3、待清洗干净的基体材料表面干燥后，置于电解液中作为阴极，采用铅锑合金作为阳极，通过电源向两极施加脉冲电流，脉冲电流的波形为方波，正向导通时间100~400ms，反向导通时间50~100ms，占空比60~90%，平均电流密度600~2800mA/cm²，脉冲频率500~3000Hz，通电时间为60~120min，在基体材料表面获得铬毛化层；施加脉冲电流的过程中控制电解液的温度为50~55℃。 

上述方法中的预处理是指选用重量浓度5~15%的氢氧化钠溶液清洗基体材料表面去除油污，再采用重量浓度2~4%的盐酸溶液去除表面的锈蚀。

上述方法中的铬毛化层的表面粗糙度Ra在0.2~20 μm。

上述方法中的铅锑合金中锑的重量含量为5~10%。

本发明的在金属材料表面脉冲毛化处理装置包括电镀槽、控温装置和升降装置，电镀槽内设有阳极，阳极与电源连接；控温装置为控温槽或盘管；当控温装置为控温槽时，控温槽套在电镀槽外部，控温槽上设有进水口和出水口；当控温装置为盘管时，盘管设在电镀槽内；电镀槽上方还设有升降装置，升降装置由升降电机和升降杆组成，升降杆用于连接基体材料。

上述装置中，电镀槽设有塑料内衬。

上述装置中，盘管的材质为钛。

采用上述装置的实施在金属材料表面脉冲毛化处理方法是按以下步骤进行：将电解液置于电镀槽内；将经过预处理的基体材料清洗后晾干，然后固定在升降杆上，通过升降电机放入电解液中并与电源阴极连接，通过电源向两极施加脉冲电流，同时向控温装置内通入循环水控制电解液的温度，在基体材料表面沉积形成铬毛化层。