[发明专利]提高颗粒增强金属基复合材料抗疲劳性能的表面处理方法

说明书

本发明提供了一种提高颗粒增强金属基复合材料抗疲劳性能的表面处理方法，包括：对颗粒增强金属基复合材料进行研磨处理，去除其表面的机加工缺陷；对经研磨处理后的颗粒增强金属基复合材料进行预热处理，提高后续喷丸处理过程引入表面残余压应力的最大值和总体层深，同时避免表面残余压应力在高温环境下发生应力松弛；对经预热处理后的颗粒增强金属基复合材料进行喷丸处理；对经喷丸处理后的颗粒增强金属基复合材料进行抛光处理，降低其表面粗糙度。本发明不仅提高了颗粒增强金属基复合材料表面残余压应力的最大值和总体层深，而且显著降低了颗粒增强金属基复合材料的表面粗糙度，从而较大程度地改善了颗粒增强金属基复合材料的抗疲劳性能。

技术领域

本发明涉及的是材料表面处理技术领域，具体地，涉及一种提高颗粒增强金属基复合材料抗疲劳性能的表面处理方法。

背景技术

颗粒增强金属基复合材料相较于金属材料，具有高比强度、高比刚度、低密度、耐磨损等优异的综合性能，它作为结构件材料，已逐渐取代后者，开始广泛地应用于航空航天和汽车工业等领域。在上述领域中，由于会受到复杂的交变载荷和外界环境的影响，疲劳断裂成为颗粒增强金属基复合材料的主要失效形式。因此，提高颗粒增强金属基复合材料的抗疲劳性能对于航空航天和汽车工业等领域的发展尤为重要。

喷丸强化是一种能够有效提高金属材料抗疲劳性能的表面处理方法，它可以在金属材料表面引入残余压应力层，以减缓金属材料在疲劳失效过程中其内部疲劳裂纹的萌生与扩展，从而达到提高金属材料抗疲劳性能的目的。然而金属材料在经过喷丸处理后，其表面粗糙度会有较大程度地提高，这对于金属材料的抗疲劳性能会产生非常不利的影响。中国专利CN101530985A公开了一种适用于金属材料的二次喷丸工艺，可以兼顾金属材料表面的强化与抛光，其主要步骤为：(1)对金属材料进行一次喷丸，使金属材料达到饱和喷丸强度；(2)在一次喷丸的基础上，进行二次喷丸，二次喷丸的饱和喷丸强度约为一次喷丸的0.6倍。该方法可以在对一些金属材料进行表面强化的同时，将其表面粗糙度(Ra值)控制在2μm以下。

然而，颗粒增强金属基复合材料不同于金属材料的是，其增强体通常为较脆的陶瓷相，颗粒增强金属基复合材料表面的这些陶瓷增强体在喷丸过程中不会与金属基体一样发生塑性变形，反而有可能会发生断裂，导致颗粒增强金属基复合材料表面产生微裂纹，这些微裂纹会成为颗粒增强金属基复合材料疲劳失效过程中的裂纹源。增加喷丸次数虽然能改善颗粒增强金属基复合材料的表面粗糙度，但同时会加剧上述现象的发生，从而严重影响颗粒增强金属基复合材料的抗疲劳性能。所以，二次喷丸的方法并不适用于颗粒增强金属基复合材料。

因此，目前需要开发一种适用于提高颗粒增强金属基复合材料的抗疲劳性能的新工艺。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种提高颗粒增强金属基复合材料抗疲劳性能的表面处理方法，通过将高温喷丸与磨抛工艺相结合，在保证喷丸处理对颗粒增强金属基复合材料表面强化效果的前提下，显著降低颗粒增强金属基复合材料的表面粗糙度，从而较大程度地改善颗粒增强金属基复合材料的抗疲劳性能。

根据本发明的目的，提供一种提高颗粒增强金属基复合材料抗疲劳性能的表面处理方法，包括：

S1：对颗粒增强金属基复合材料进行研磨处理，去除其表面的机加工缺陷；

颗粒增强金属基复合材料相较于金属材料，一般都具有较好的耐磨损性能，对机加工工艺的要求很高，其表面在机加工过程后往往会留下划痕等加工缺陷，如果直接对颗粒增强金属基复合材料进行喷丸处理，这些缺陷会残留在颗粒增强金属基复合材料的表面，危害颗粒增强金属基复合材料的抗疲劳性能。

S2：对经研磨处理后的颗粒增强金属基复合材料进行预热处理，提高后续喷丸处理过程引入表面残余压应力的最大值和总体层深，同时避免表面残余压应力在高温环境下发生应力松弛；