[发明专利]一种提高难变形金属材料表面纳米化效率的方法

说明书

本发明涉及一种提高难变形金属材料表面纳米化效率的方法，包括S1、通过超声喷丸设备对待加工金属工件表面进行超声喷丸t₁时间；S2、在超声喷丸t₁时间后，通过脉冲电流发生器对待加工金属工件表面的加工区施加脉冲电流，施加的时间为t₂；S3、在喷丸结束后，对待加工金属工件表面的加工区再次进行电脉冲处理，消除喷丸后产生的缺陷。本发明在超声喷丸处理一段时间后再施加电脉冲的表面纳米化方法，通过调控时间参数t₁和t₂，可以在电脉冲效率最优时间区域施加电脉冲，能够减小后续喷丸阻力，在一定程度上提高纳米化的效率；通过调控循环次数n，可以显著提高纳米层的深度；也可以减少不必要的能源消耗，提高能源利用率。

技术领域

本发明涉及材料表面纳米化处理技术领域，具体涉及一种提高难变形金属材料表面纳米化效率的方法。

背景技术

现如今，有许多研究人员正在研究对材料进行表面纳米化处理，表面纳米化是指利用各种物理或化学方法，将材料的表层晶粒细化至纳米量级，制备出具有纳米结构的表层，基体仍然保持原有的状态，借以改善和提高材料的表面性能的方法。现阶段，对于材料表面纳米化处理的方法主要有以下几种：超声喷丸技术，超音速微粒轰炸技术，表面机械碾磨，超声滚压技术等。

其中，超声波喷丸技术作为一种比较常用的对材料进行表面纳米化的方法，与传统的喷丸技术相似，也是通过弹丸对材料进行反复冲击，来实现材料的表面纳米化，实现材料性能的提高，但相比于传统的喷丸方式，减少了能源和时间的消耗，提高了效率。在近几年，超声喷丸技术已经得到了广泛的应用。目前，超声喷丸技术也遇到了许多问题，对于一些难变形的金属，处理起来效果不明显，耗时，耗能，效率低，显然不能满足研究人员的要求。因此，如何提高对于难变形金属超声喷丸表面纳米化的效率及效果，就显得格外重要。

中国专利CN104531979A公开了一种电脉冲和超声耦合实现金属表面晶粒细化的工艺，包括步骤：通过两支电极导入脉冲电流至金属件的待处理表面进行电致塑性处理，同时选择该待处理表面内脉冲电流作用的中央区域作为超声冲击区域，利用超声冲击设备的高硬度冲击压头对该超声冲击区域的表面依次进行超声冲击处理。该工艺将电脉冲与超声冲击耦合共同作用于金属表面，处理过程中可以动态对金属表面进行适当软化和组织修复，克服了单纯超声冲击处理带来的严重表面加工硬化和宏观表面缺陷问题，使金属构件表面力学性能得到优化，使用安全性得到提高。但是，该工艺需要在处理过程中全程施加电流，经研究发现脉冲电流在材料纳米化的过程中并不能全程作用，在某些时刻脉冲电流作用不大甚至不起作用。由于在某些时刻电流对材料的影响不大，电流对于纳米化效率提高也不明显，所以该工艺会造成能源的浪费现象，不能使能源利用率达到最高。此外，该工艺以及超声滚压或超声点阵与脉冲电流相配合的方法，都需要利用进给装置来操纵工具头在工件上来回移动，工具头一次移动只能处理一点，处理时间长、效率低。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在对于某些难变形金属超声喷丸效果差、耗时、耗能的问题，提供一种提高难变形金属材料表面纳米化效率的方法，该方法可以避免全程施加电流，减少不必要的能源消耗，提高能源利用率。

本发明为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：

一种提高难变形金属材料表面纳米化效率的方法，包括以下步骤：

S1、通过超声喷丸设备对待加工金属工件表面进行超声喷丸t₁时间；

S2、在超声喷丸t₁时间后，通过脉冲电流发生器对待加工金属工件表面的加工区施加脉冲电流，施加的时间为t₂；

S3、在喷丸结束后，对待加工金属工件表面的加工区再次进行电脉冲处理，消除喷丸后产生的缺陷。