一種表面機(jī)械研磨純鎂基板材機(jī)械滲入Ni的滲入方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種表面機(jī)械研磨純鎂基板材機(jī)械滲入Ni的滲入方法，該方法包括：①鎂基板材退火；②超聲清洗合金彈丸；③清洗彈丸室；④安放合金彈丸；⑤將退火后的純鎂板材依次用砂紙打磨至表面平整；⑥安放純鎂板材；⑦彈丸室抽真空；⑧向彈丸室加入Ni粉；⑨彈丸室輸入Ar氣；⑩純鎂表面合金化。本發(fā)明提供的表面機(jī)械研磨純鎂基板材機(jī)械滲入Ni的滲入方法采用表面機(jī)械研磨純鎂基板材過程中加入Ni粉可以在純鎂表面制備30μm厚的MgNi2合金層；表面機(jī)械研磨純鎂基板材機(jī)械滲入Ni制備連續(xù)的MgNi2合金層的處理工藝時(shí)間為120min，在隨后445℃真空保溫4h可以使合金層增厚至50μm；鎂-鎳合金層提高了純鎂的性能，從而拓寬鎂的實(shí)際應(yīng)用范圍。
【專利說明】一種表面機(jī)械研磨純鎂基板材機(jī)械滲入Ni的滲入方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于表面機(jī)械研磨【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種表面機(jī)械研磨純鎂基板材機(jī)械 滲入Ni的滲入方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 表面機(jī)械研磨是一種有效的表面改性技術(shù)，研磨后的納米表層開放結(jié)構(gòu)中包含 的高密度位錯(cuò)和大量晶界，為元素短路擴(kuò)散提供理想通道，使得擴(kuò)滲可以在低溫下實(shí)現(xiàn)。 Z. B. Wang在機(jī)械研磨純鐵時(shí)，滾丸上的鉻會進(jìn)入到純鐵表面，且鉻在鐵中的擴(kuò)散速率會提 高4?5個(gè)數(shù)量級；研究中發(fā)現(xiàn)，表面機(jī)械研磨純銅時(shí)，軸承合金滾丸在高速撞擊純銅表 面時(shí)，軸承合金分子可以物理性滲入純銅基材表面一定深度；X. L. Wu在機(jī)械研磨純鈷板材 時(shí)，滾丸（Cr-1. 35wt. %，C-0. 98wt. %，else Fe)中鐵和鈷板材形成了 Co3Fe7的金屬間化 合物；表面機(jī)械研磨純鐵時(shí)，向試樣罐中添加鎳粉，可在純鐵表面獲得具有一定厚度的鐵鎳 混合層。
[0003] 在以上研究的啟發(fā)下，完全可以利用材料表面納米晶組織這種較高的活性，利用 機(jī)械合金化的思想，直接一步完成材料表面的納米化和合金化。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本方案提出了表面機(jī)械研磨純鎂基板材機(jī)械滲入Ni的滲入方法，選用活性高的 工業(yè)純鎂作為研究對象，在表面機(jī)械研磨過程中加入Ni粉，通過高應(yīng)變速率、納米化、大量 晶界同步擴(kuò)散過程，在純鎂表層制備鎂-鎳合金層，從而提高純鎂的性能，從而拓寬鎂的實(shí) 際應(yīng)用范圍。
[0005] 本發(fā)明實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種表面機(jī)械研磨純鎂基板材機(jī)械滲入Ni的滲入 方法，該方法包括：
[0006] ①純鎂基板材退火：將純鎂板材70X70 X 8mm置于真空熱處理爐中，進(jìn)行退火處 理，消除鑄造應(yīng)力，使組織均勻；退火溫度：255°C ±5°C;退火時(shí)間：240min±lmin退火后隨 爐冷卻至室溫；
[0007] ②超聲清洗合金彈丸：將軸承合金彈丸置于無水乙醇中侵泡，反復(fù)清洗，去除彈丸 表面的油污，再將其置于超聲清洗器中，加入丙酮溶液，超聲清洗，清洗后晾干備用；
[0008] ③清洗彈丸室：分別用無水乙醇、丙酮清洗彈丸室，使彈丸室清潔；
[0009] ④安放合金彈丸：將清洗好的彈丸置于彈丸室底部；
[0010] ⑤將退火后的純鎂板材依次用：用砂紙反復(fù)打磨，去除表面的氧化層，使最終表面 的粗超度為RaO. 32?0. 64 μ m ; toon] ⑥安放純鎂板材：將砂紙打磨過的純鎂基板材置于超聲儀器中，加入丙酮，超聲清 洗，使表面無污染，并快速裝入彈丸室的頂蓋上，加上密封圈和頂蓋，四周用螺絲固勞：
[0012] ⑦彈丸室抽真空：將彈丸室用真空泵抽真空，去除空氣，真空度達(dá)到0. IMpa，壓力 表示數(shù)長時(shí)間不再變化；
[0013] ⑧向彈丸室加入Ni粉：倒置裝好Ni粉的玻璃器，打開橡皮管的夾子，在大氣壓的 作用下，將Ni粉加入到彈丸室，Ni粉、彈丸和彈丸室的體積比為1 : 500 : 3600;
[0014] ⑨彈丸室輸入Ar氣：開啟Ar氣瓶，向處于真空狀態(tài)的的彈丸室輸入Ar氣，直至彈 丸室壓強(qiáng)升至〇. IMpa，關(guān)閉氬氣瓶；
[0015] ⑩純鎂表面合金化：啟動儀器，使之震動，通過振蕩器使彈丸室做上下，左右均勻 性振蕩。
[0016] 進(jìn)一步，純鎂基板材退火：將純鎂板材置于真空熱處理爐中，進(jìn)行退火處理，消除 鑄造應(yīng)力，使組織均勻；退火溫度：255°C ±5°C;退火時(shí)間：240min ±lmin退火后隨爐冷卻 至室溫。
[0017] 進(jìn)一步，超聲清洗合金彈丸：將軸承合金彈丸Φ8πιπι，250粒置于無水乙醇中侵泡 lh，反復(fù)清洗，去除彈丸表面的油污，再將其置于超聲清洗器中，加入300ml丙酮溶液，超聲 清洗l〇min，清洗后晾干備用。
[0018] 進(jìn)一步，安放合金彈丸：將清洗好的Φ8_的240粒彈丸置于彈丸室底部，彈丸與 彈丸室的體積比為5 : 36。
[0019] 進(jìn)一步，將退火后的純鎂板材依次用：200#?1200#號砂紙反復(fù)打磨，去除表面的 氧化層，使最終表面的粗超度為RaO. 32?0. 64 μ m。
[0020] 進(jìn)一步，安放純鎂板材：將1200#砂紙打磨過的純鎂基板材置于超聲儀器中，加入 400ml丙酮，超聲清洗5min，使表面無污染，并快速裝入彈丸室的頂蓋上，加上密封圈和頂 蓋，四周用螺絲固勞。
[0021] 進(jìn)一步，彈丸室抽真空：將彈丸室用真空泵抽真空，去除空氣，抽真空時(shí)間lOmin， 真空度達(dá)到〇. IMpa，壓力表示數(shù)長時(shí)間不再變化。
[0022] 進(jìn)一步，彈丸室輸入Ar氣：開啟Ar氣瓶，向處于真空狀態(tài)的的彈丸室輸入Ar氣， 直至彈丸室壓強(qiáng)升至〇. IMpa，關(guān)閉氬氣瓶；在彈丸撞擊板材過程中，由傳感器顯示板材溫 度由20°C升至220°C ±8°C，彈丸室的壓強(qiáng)由于溫度的升高，壓強(qiáng)增加至0. 12Mpa，溫度的 升高有利于Ni原子的擴(kuò)散，加快了合金化進(jìn)程；實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉電機(jī)，彈丸室在密閉條件 下，Ar氣保護(hù)情況下，冷卻至室溫20°C ±5°C。
[0023] 本發(fā)明提供的表面機(jī)械研磨純鎂基板材機(jī)械滲入Ni的滲入方法采用表面機(jī)械研 磨純鎂基板材過程中加入Ni粉可以在純鎂表面制備30 μ m厚的MgNi2合金層；表面機(jī)械 研磨純鎂基板材機(jī)械滲入Ni制備連續(xù)的MgNi2合金層的處理工藝時(shí)間為120min，在隨后 445°C真空保溫4h可以使合金層增厚至50 μ m ;鎂-鎳合金層提高了純鎂的性能，從而拓寬 鎂的實(shí)際應(yīng)用范圍。

【具體實(shí)施方式】
[0024] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對本發(fā)明 進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于 限定本發(fā)明。
[0025] 本發(fā)明實(shí)施案例提供的表面機(jī)械研磨純鎂基板材機(jī)械滲入Ni的滲入方法，該方 法包括：
[0026] 在步驟S101中，先制備出試樣；
[0027] 選用鑄態(tài)的工業(yè)純鎂錠，其化學(xué)成分如表1所示，切割為70X70X7mm的備用試 樣，在260°C真空條件下退火2小時(shí)，試樣經(jīng)不同型號SiC砂紙打磨，最后經(jīng)1200#砂紙打 磨，在丙酮中超聲清洗l〇min備用。
[0028] 表1試驗(yàn)用純鎂的化學(xué)成分ω (% )
[0029]

【權(quán)利要求】
1. 一種表面機(jī)械研磨純鎂基板材機(jī)械滲入Ni的滲入方法，其特征在于，該方法包括： ① 純鎂基板材退火：將純鎂板材置于真空熱處理爐中，進(jìn)行退火處理，消除鑄造應(yīng)力， 使組織均勻；退火溫度：255°C ±5°C ;退火時(shí)間：240min±lmin退火后隨爐冷卻至室溫； ② 超聲清洗合金彈丸：將軸承合金彈丸置于無水乙醇中侵泡，反復(fù)清洗，去除彈丸表面 的油污，再將其置于超聲清洗器中，加入丙酮溶液，超聲清洗，清洗后晾干備用； ③ 清洗彈丸室：分別用無水乙醇、丙酮清洗彈丸室，使彈丸室清潔； ④ 安放合金彈丸：將清洗好的彈丸置于彈丸室底部； ⑤ 將退火后的純鎂板材表面進(jìn)行處理：用砂紙反復(fù)打磨，去除表面的氧化層，使最終表 面的粗超度為RaO. 32?0. 64 μ m ; ⑥ 安放純鎂板材：將砂紙打磨過的純鎂基板材置于超聲儀器中，加入丙酮，超聲清洗， 使表面無污染，并快速裝入彈丸室的頂蓋上，加上密封圈和頂蓋，四周用螺絲固勞： ⑦ 彈丸室抽真空：將彈丸室用真空泵抽真空，去除空氣； ⑧ 向彈丸室加入Ni粉：倒置裝好Ni粉的玻璃器，打開橡皮管的夾子，在大氣壓的作用 下，將Ni粉加入到彈丸室，Ni粉、彈丸和彈丸室的體積比為1 : 500 : 3600; ⑨ 彈丸室輸入Ar氣：開啟Ar氣瓶，向處于真空狀態(tài)的的彈丸室輸入Ar氣； ⑩ 純鎂表面合金化：啟動儀器，使之震動，通過振蕩器使彈丸室做上下，左右均勻性振 蕩。
2. 如權(quán)利要求1所述的表面機(jī)械研磨純鎂基板材機(jī)械滲入Ni的滲入方法，其特征在 于，純鎂基板材退火：將純鎂板材70X70X8mm置于真空熱處理爐中，進(jìn)行退火處理，消除 鑄造應(yīng)力，使組織均勻；退火溫度：255°C ±5°C ;退火時(shí)間：240min±lmin退火后隨爐冷卻 至室溫。
3. 如權(quán)利要求1所述的表面機(jī)械研磨純鎂基板材機(jī)械滲入Ni的滲入方法，其特征在 于，超聲清洗合金彈丸：將軸承合金彈丸〇8mm，250粒置于無水乙醇中侵泡lh，反復(fù)清洗， 去除彈丸表面的油污，再將其置于超聲清洗器中，加入300ml丙酮溶液，超聲清洗lOmin，清 洗后晾干備用。
4. 如權(quán)利要求1所述的表面機(jī)械研磨純鎂基板材機(jī)械滲入Ni的滲入方法，其特征在 于，安放合金彈丸：將清洗好的Φ8_的240粒彈丸置于彈丸室底部，彈丸與彈丸室的體積 比為5 : 36。
5. 如權(quán)利要求1所述的表面機(jī)械研磨純鎂基板材機(jī)械滲入Ni的滲入方法，其特征在 于，將退火后的純鎂板材依次用：200#?1200 #號砂紙反復(fù)打磨，去除表面的氧化層，使最終 表面的粗超度為RaO. 32?0. 64 μ m。
6. 如權(quán)利要求1所述的表面機(jī)械研磨純鎂基板材機(jī)械滲入Ni的滲入方法，其特征在 于，安放純鎂板材：將1200#砂紙打磨過的純鎂基板材置于超聲儀器中，加入400ml丙酮，超 聲清洗5min，使表面無污染，并快速裝入彈丸室的頂蓋上，加上密封圈和頂蓋，四周用螺絲 固勞。
7. 如權(quán)利要求1所述的表面機(jī)械研磨純鎂基板材機(jī)械滲入Ni的滲入方法，其特征在 于，彈丸室抽真空：將彈丸室用真空泵抽真空，去除空氣，抽真空時(shí)間lOmin，真空度達(dá)到 0. IMpa，壓力表示數(shù)長時(shí)間不再變化。
8. 如權(quán)利要求1所述的表面機(jī)械研磨純鎂基板材機(jī)械滲入Ni的滲入方法，其特征在 于， 彈丸室輸入Ar氣：開啟Ar氣瓶，向處于真空狀態(tài)的的彈丸室輸入Ar氣，直至彈丸室壓 強(qiáng)升至0. IMpa，關(guān)閉氬氣瓶； 在彈丸撞擊板材過程中，由傳感器顯示板材溫度由20°C升至220°C ±8°C，彈丸室的 壓強(qiáng)由于溫度的升高，壓強(qiáng)增加至〇. 12Mpa，溫度的升高有利于Ni原子的擴(kuò)散，加快了合 金化進(jìn)程；實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉電機(jī)，彈丸室在密閉條件下，Ar氣保護(hù)情況下，冷卻至室溫 20°C ±5°C。
【文檔編號】C22F1/02GK104233181SQ201210596368
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2012年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月18日
【發(fā)明者】侯利鋒, 衛(wèi)英慧, 李寶東, 王磊, 杜華云, 郭春麗 申請人:太原理工大學(xué)