[发明专利]超声液体刀冲击金属材料表面纳米化方法及其专用装置

权利要求书

1.一种超声液体刀冲击金属材料表面纳米化方法，其特征在于，采用高压液体携带高能超声波，通过液体刀喷嘴冲击金属材料表面，包括如下步骤：

(1)基体前处理：常规的表面抛光，丙酮、酒精清洗；

(2)表面纳米化：采用高压液体携带超声波能量高速运动冲击金属材料表面，表面纳米化工艺参考参数如下：液体刀喷嘴与金属板表面的距离5～50mm、液压100～2500MPa。

2.按照权利要求1所述的超声液体刀冲击金属材料表面纳米化方法，其特征在于，超声液体刀在金属材料表面做规则扫描运动，根据金属材料特性及想获得晶粒纳米化程度，调整液体刀内压力及超声波频率及振幅，使得工件表面每次加工下压深度为10微米～40微米，加工次数3次～20次。

3.按照权利要求1所述的超声液体刀冲击金属材料表面纳米化方法，其特征在于，根据所需纳米化金属材料的不同，相应的调整冲击液及超声波能量，高压液体包括但不限于水、悬浮液、纳米颗粒分散液或油。

4.按照权利要求1所述的超声液体刀冲击金属材料表面纳米化方法，其特征在于，该方法用于纳米化圆棒型工件或大平面的工件表面，或者对不规则表面及多种形状复杂工件进行表面纳米化处理，且纳米层分布均匀，纳米层厚度为0.5～50微米。

5.按照权利要求1所述的超声液体刀冲击金属材料表面纳米化方法，其特征在于，将高压液体中加入超声波发生装置，使高压液体携带超声波能量冲击金属表面，加速金属晶粒纳米化的过程，同时进一步细化金属晶粒。

6.按照权利要求1所述的超声液体刀冲击金属材料表面纳米化方法，其特征在于，高压液体中加入硬质微粒，粒径为20纳米～200微米，硬质微粒包括但不限于SiO₂、BN、Al₂O₃或TiO₂，硬质微粒与高压液体的质量比例为1：100～500。

7.一种权利要求1至6之一所述方法使用的超声液体刀冲击金属材料表面纳米化专用装置，其特征在于，包括液体刀装置及超声波发生装置，具体结构如下：

超声波发生装置包括超声波发生器、超声变幅杆、超声换能器，液体刀装置包括液体刀进液管、冲击液体箱、液体刀喷嘴、液体刀增压箱，超声换能器的输入端与超声波发生器相连，超声换能器输出端通过超声变幅杆伸至冲击液体箱内，冲击液体箱的一侧与液体刀进液管的一端相通，液体刀进液管的另一端与液体刀增压箱相通，冲击液体箱的底部与液体刀喷嘴相通，液体刀喷嘴的下方与金属板相对应。

8.按照权利要求7所述的超声液体刀冲击金属材料表面纳米化专用装置，其特征在于，工作时，超声波发生装置通过超声波发生器、超声波换能器和超声波变幅杆获得理想的高能超声波，通过超声波变幅杆将超声波能量带入到冲击液体箱中的液体中；液体通过液体刀增压箱经过液体刀进液管流入冲击液体箱中，在冲击液体箱中携带超声波变幅杆带入冲击液体箱中的超声能量后，带有高压及超声波能量的液体通过液体刀喷嘴产生冲击液体柱，冲击液体柱冲击到金属板的表面，在金属板的表面形成10微米到40微米的凹坑；随着液体刀喷嘴的不停移动，冲击液体柱形成超声液体刀，在金属板的表面形成规律而均匀的表面纳米层。