[发明专利]一种工件涂层的表面处理方法和装置有效

专利信息
申请号: 201310681469.1 申请日: 2013-12-16
公开(公告)号: CN103805929A 公开(公告)日: 2014-05-21
发明(设计)人: 董仕节;罗平;谢志雄;常鹰;王辉虎;王焱清;杨威;杨李安卓;刘琪 申请(专利权)人: 湖北工业大学
主分类号: C22F3/00 分类号: C22F3/00;C21D10/00
代理公司: 武汉帅丞知识产权代理有限公司 42220 代理人: 朱必武
地址: 430068 湖北*** 国省代码: 湖北;42
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摘要:
搜索关键词: 一种 工件 涂层 表面 处理 方法 装置
【说明书】:

技术领域

本发明涉及一种工件涂层的旋压摩擦处理方法,它适用于改善材料涂层,提别是涂层电极的涂层与基体的结合强度、提高涂层的致密性,进一步提高涂层电极寿命的要求。

背景技术

随着汽车行业的发展,普通钢板已不能满足汽车耐腐蚀、轻量化发展的需要。为了满足未来汽车行业发展需求,各种镀层钢板,特别是镀锌钢板在汽车上应用愈来愈广泛。同时为了节能减排,汽车轻量化也逐渐成为汽车生产行业考虑的主要问题之一。介于汽车轻量化发展需要,铝合金板逐渐显现其在汽车轻量化发展中的优势。虽然,生产汽车的材料具有可选择性,但是其生产工艺可供工选择的方法并不多,主要方法仍以焊接为主,且电阻点焊占据了相当多工位的生产(特别是车身基本以电阻点焊为主)。在镀层钢板或铝合金板点焊过程中,都暴露出点焊电极寿命过低的问题,这变相增加了生产消耗,使得生产成本也相应提高。针对这一问题,研究人员进行了深入探讨,已取得了一些卓有成效的研究成果并应用于实际生产。最具代表性的是,通过电火花沉积工艺,在点焊电极表面沉积一层保护材料(金属或是金属陶瓷),以此降低点焊电极合金化以及塑性变形等因素所导致其寿命较短问题。

电火花沉积技术(electro spark deposition)是利用短脉宽、高频率的脉冲电源把电极材料焊接到金属集体上的一种脉冲电弧微焊接技术。电火花沉积技术(ESD)的主要优点是能够用低的热输入使电极材料与基体合金化结合。由于电火花放电时的热冲击作用,必然伴随一些该工艺所固有的缺陷,图5是点焊电极电火花沉积后具有代表性的涂层缺陷(疏松、裂纹以及涂层不均匀)

Chen Zheng等人在点焊电极电火花表面沉积TiC涂层时也发现了此类问题,为了修复这些缺陷,Chen Zheng等人采用激光重熔对点焊电极表面的TiC 涂层进行后处理,虽然涂层的缺陷得以改善,但电极的寿命并没有得到提高,主要原因是激光温度太高导致了电极基体退火而软化。这从一个方面说明,对电极表面涂层的后处理温度不能高于电极基体(铜合金)的退火温度,否则将会导致电极基体软化。

搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding,简称FSW)是英国焊接研究所(The Welding Institute)于1991年发明的专利焊接技术,搅拌摩擦焊焊接过程是由一个圆柱体形状的焊头(welding pin)即搅拌针伸入工件的接缝处,通过焊头的高速旋转,使其与焊接工件材料摩擦,从而使连接部位的材料温度升高软化.同时对材料进行搅拌摩擦来完成焊接的。在搅拌摩擦焊接工艺过程中,为了达到晶粒细化之目的,国内外研究者针对不同加工工艺做了一些研究,其中以超声波作为辅助条件细化晶粒的报道较多,涉及的领域也较广,包括铸造、焊接,以及表面处理。具有代表性的是,Kwanghyun Park首次研究了超声波辅助搅拌摩擦点焊的设备和工艺,和搅拌摩擦焊工艺相比,超声波辅助搅拌摩擦焊能得到性能更好的焊接接头。

搅拌摩擦处理技术是借鉴搅拌摩擦焊接工艺的一种新兴复合材料制备方法和表面改性手段,由于搅拌摩擦处理特有的热-机械特点,目前已经应用于表面材料制备及处理当中。周小平等人通过搅拌摩擦处理(中国发明专利CN201010570898.8铝合金表面反应喷涂及搅拌摩擦焊接的Al2O3+TiB2+Al复合涂层及其制备方法),对热喷涂获得的Al2O3-TiB2复相涂层进行了后处理,结果发现涂层经搅拌摩擦处理后,其致密度、显微硬度都有所改善。

相似的,中国发明专利“一种基于超声辅助半固态搅拌摩擦加工工艺制备超细晶/纳米晶板材的方法( CN201310050662.5)”,“一种控冷环境下超声辅助半固态搅拌摩擦加工工艺方法( CN 201310049003.X)”,“一种实现材料表面超细晶/纳米化的超声辅助半固态搅拌摩擦加工工艺方法( CN 201310049927.X)”,这三个专利都采用了超声辅助半固态搅拌摩擦加工工艺,但依然采用了搅拌针进行表面处理,使得此三种专利对表面涂层无法进行表面处理。

由于搅拌摩擦处理要用搅拌针将涂层从基体上翻起,被同时翻起的部分基体材质会混入涂层材质内,从而导致涂层的物理或机械性能变坏,此外搅拌摩擦处理的加工难度和耗能也都过大。

发明内容

本发明针对电火花涂层电极所特有的涂层缺陷,提供一种工件涂层的表面处理方法和装置,克服现有激光重熔消除点焊电极涂层缺陷方法的电极寿命短问题,和搅拌摩擦处理涂层缺陷时,涂层物理或机械性能变异以及加工难度和耗能大的问题,具有成本低、操作简单、适用性强等优点。

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