[发明专利]一种金属表面超声波镶嵌纳米金刚石的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属表面改性技术，特别涉及一种金属表面超声波镶嵌纳米金刚石的方法。

背景技术

低硬度金属，铜合金、铝合金、钛合金和奥氏体不锈钢等，在很多领域有着不可替代的用途，例如铜合金滑动轴承、非晶带机铜冷却辊等。在干摩擦状态下，低硬度意味着耐磨损性能较低。对低硬度金属表面进行改性，以提高其耐磨损性能是常用的方法。在金属表面制备一层金属与金刚石的复合材料覆层是一种常用的方法，但由于金刚石与金属的润湿性差、线膨胀系数不匹配以及金刚石极高的硬度使得用化学或物理沉积等方法制备的金属/金刚石覆层与基材结合力较低，在使用过程中容易出现覆层破损和脱落等现象。

发明内容

本发明针对以上技术的不足，提供了一种金属表面超声波镶嵌纳米金刚石的方法，它是一种在低硬度金属或合金表面利用超声波冲击方式注入纳米金刚石颗粒的方法，这种方法可以在低硬度金属表面制备出从基材连续过渡的金属/金刚石复合层，旨在提高低硬度金属或合金表面的硬度和耐磨性。

   本发明的技术方案是：一种金属表面超声波镶嵌纳米金刚石的方法，其特征是：通过超声波冲击工艺将涂敷在金属或合金表面上的纳米金刚石颗粒用外力镶嵌入金属表面，在金属表面形成金属/金刚石复合层。

所述的金属或合金为布氏硬度低于380HB的低硬度金属或合金。

所述的金属/金刚石复合层内部具有压应力，晶粒尺寸小于2μm，厚度20μm～200μm。

所述的纳米金刚石颗粒的粒度为10nm～1000nm。

所述的一种金属表面超声波镶嵌纳米金刚石的方法的具体步骤如以下：

  （1）将纳米金刚石颗粒均匀分散于质量浓度为0.5%～4%的聚乙烯醇水溶液中，分散均匀后，并均匀涂覆于金属或合金表面后烘干或晾干；

  （2）用超声波冲击设备对步骤（1）所述的覆层进行第一次冲击，将纳米金刚石颗粒镶嵌入金属或合金表面；其中，超声波冲击频率为20kHz～50kHz，冲击工具头表面振幅为25μm～75μm冲击头，冲击头对金属或合金表面的压力5MPa～20MPa；

   （3）用超声波冲击设备对步骤（2）所述的金属或合金表面进行第二次冲击，其中，超声波冲击频率为冲击频率20kHz～50kHz，冲击工具头表面振幅为15μm～45μm，冲击头对金属或合金表面的压力2MPa～10MPa。

所述的布氏硬度低于380HB的低硬度金属或合金为铜合金、铝合金、钛合金或奥氏体不锈钢。

本发明的有益效果是：该方法经济实用，通过超声波冲击工艺将涂敷在金属或合金表面上的纳米金刚石颗粒用外力镶嵌入金属表面，在金属表面形成金属/金刚石复合层。复合层与基体连续过渡保证了复合层与基体的结合强度，在提高表面硬度的同时赋予表面压应力。金属表面较高的硬度和表面压应力使得表面具有优良的抗磨粒磨损性能和抗疲劳磨损性能。

附图说明

  图1 为在金属圆柱表面超声波嵌入纳米金刚石示意图；

  图2 为在金属平面超声波嵌入纳米金刚石示意图。

  图中，1、铜合金圆柱基体；2、5纳米金刚石覆层；3、6、超声波冲击设备；4、平面基体。

具体实施方式

实施例1

一种金属表面超声波镶嵌纳米金刚石的方法的具体步骤如以下：

  （1）将纳米金刚石颗粒均匀分散于质量浓度为0.5%～4%的聚乙烯醇水溶液中，分散均匀后，并均匀涂覆于金属或合金表面后烘干或晾干；

  （2）用超声波冲击设备对步骤（1）所述的覆层进行第一次冲击，将纳米金刚石颗粒镶嵌入金属或合金表面；其中，超声波冲击频率为20kHz～50kHz，冲击工具头表面振幅为25μm～75μm冲击头，冲击头对金属或合金表面的压力5MPa～20MPa；

   （3）用超声波冲击设备对步骤（2）所述的金属或合金表面进行第二次冲击，其中，超声波冲击频率为冲击频率20kHz～50kHz，冲击工具头表面振幅为15μm～45μm，冲击头对金属或合金表面的压力2MPa～10MPa。

    所述的纳米金刚石颗粒的粒度为10nm～1000nm。所述的金属或合金为布氏硬度低于380HB的低硬度金属或合金，如：铜合金、铝合金、钛合金或奥氏体不锈钢。

    本发明通过超声波冲击工艺将涂敷在金属或合金表面上的纳米金刚石颗粒用外力镶嵌入金属表面，在金属表面形成金属/金刚石复合层的内部具有压应力，金属/金刚石复合层的晶粒尺寸小于2μm，厚度20μm～200μm。