[发明专利]轴类零件高性能表面复合强化方法

说明书

本发明公开了一种轴类零件高性能表面复合强化方法，属于金属材料表面加工领域。所述表面复合强化方法包括：S1.对轴类零件进行径向振动车削，在其加工表面形成特定的规则分布的微米/纳米级微观几何形貌；S2.表面涂覆；S3.采用超声滚压加工工艺对涂覆表面进行机械强化处理。与现有技术相比，本发明的轴类零件高性能表面复合强化方法能够大幅度提高基材和涂覆层结合界面的结合强度，同时提高最终成形表面的硬度，疲劳强度和耐磨耐腐性的轴类零件，具有很好的推广应用价值。

技术领域

本发明涉及金属材料表面加工领域，具体提供一种轴类零件高性能表面复合强化方法。

背景技术

为了改善轴类零件的摩擦学性能，提高其防腐蚀性能，或者改进其施工工艺性，对轴类零件进行表面处理已成为常规处理手段，其中表面涂层是最通用的方法之一，常用的涂层方法如电镀、化学镀、激光熔覆、离子辅助涂覆、冷喷涂、热喷涂、化学气相喷涂、物理气相喷涂、物理气相沉积等。

化学镀技术是在无外加电流的情况下借助合适的还原剂，使镀液中金属离子还原成金属，并沉积到零件表面的一种镀覆方法。与电镀相比，化学镀技术具有镀层均匀、针孔小、不需直流电源设备、能在非导体上沉积和具有某些特殊性能等特点。

物理气相沉积是在真空条件下，利用蒸镀或者溅射等物理形式，把固体材料转化为原子、分子或者离子态的气相物质然后使这些携带能量的蒸发粒子沉积到基体或者零件表面，以形成膜层的方法。

目前，化学镀技术和物理气相沉积技术都因为工艺过程简单，对环境改善，无污染，耗材少，成膜均匀致密，广泛应用于航空航天、电子、光学、机械、建筑、轻工、冶金、材料等领域。但是，不论是化学镀技术还是物理气相沉积技术，都存在如下缺点：一是膜/基结合力弱，膜层容易出现脱落而导致构件失效；二是涂层后表面粗糙度高，且表面存在残余拉应力，从而导致构件机械性能差、服役寿命短。

公开号为CN107400887的专利文献公开了一种超声滚压强化激光熔覆层的方法。该方法在熔覆层表面引入超声滚压，可以使表层晶粒更加细化，并产生分布更加均匀的残余压应力及更低的表面粗糙度。公开号为CN101392382A的专利文献公开了一种激光熔覆结合激光喷丸强化复合表面改性方法。该方法以脉冲激光喷丸强化单元对溶覆涂层表面进行喷丸强化处理，以降低残余拉应力水平，改善溶覆层质量。公开号为CN108251836A的专利文献公开了一种热轧辊的激光表面合金化方法，通过对热轧辊工作表面进行车削、油膜涂覆、激光扫描等步骤，提高热轧辊的质量。公开号为CN106834637A的专利文献公开了一种金属表面复合强化加工工艺，包括车削、润滑剂涂敷、加热、超声滚压，可以增加表面硬度和抗初期磨损等。但是，上述方法为在涂层工艺后利用超声滚压等塑性强化工艺对最终成形表面进行强化处理，改善表面粗糙度和残余应力分布，但是，仍然存在涂层膜/基结合力不足的问题，而在膜/基结合力本身不足的条件下进行后期强化处理往往容易出现膜层滑动或者产生微观裂纹的问题。因此，需要提供一种综合有效的表面处理方法，以克服上述现有技术的不足。

发明内容

本发明是针对上述现有技术的不足，提供一种高性能表面复合强化方法。该方法能够大幅度提高基材和涂覆层结合界面的结合强度，同时提高轴类零件最终成形表面的硬度，疲劳强度和耐磨耐腐性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：轴类零件高性能表面复合强化方法，包括：

S1.径向振动车削

对轴类零件进行径向振动车削，在其加工表面形成特定的规则分布的微米/纳米级微观几何形貌；

S2.表面涂覆

S3.超声滚压表面强化

采用超声滚压加工工艺对涂覆表面进行机械强化处理。

为了进一步加强膜/基强度，本发明方法还包括：

S4.温塑性强化