一種金屬表面超聲波鑲嵌納米金剛石的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種金屬表面改性技術，特別涉及一種金屬表面超聲波鑲嵌納米金剛石的方法。
【背景技術】
[0002]低硬度金屬，銅合金、鋁合金、鈦合金和奧氏體不銹鋼等，在很多領域有著不可替代的用途，例如銅合金滑動軸承、非晶帶機銅冷卻輥等。在干摩擦狀態(tài)下，低硬度意味著耐磨損性能較低。對低硬度金屬表面進行改性，以提高其耐磨損性能是常用的方法。在金屬表面制備一層金屬與金剛石的復合材料覆層是一種常用的方法，但由于金剛石與金屬的潤濕性差、線膨脹系數(shù)不匹配以及金剛石極高的硬度使得用化學或物理沉積等方法制備的金屬/金剛石覆層與基材結合力較低，在使用過程中容易出現(xiàn)覆層破損和脫落等現(xiàn)象。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明針對以上技術的不足，提供了一種金屬表面超聲波鑲嵌納米金剛石的方法，它是一種在低硬度金屬或合金表面利用超聲波沖擊方式注入納米金剛石顆粒的方法，這種方法可以在低硬度金屬表面制備出從基材連續(xù)過渡的金屬/金剛石復合層，旨在提高低硬度金屬或合金表面的硬度和耐磨性。
[0004]本發(fā)明的技術方案是:一種金屬表面超聲波鑲嵌納米金剛石的方法，其特征是:通過超聲波沖擊工藝將涂敷在金屬或合金表面上的納米金剛石顆粒用外力鑲嵌入金屬表面，在金屬表面形成金屬/金剛石復合層。
[0005]所述的金屬或合金為布氏硬度低于380HB的低硬度金屬或合金。
[0006]所述的金屬/金剛石復合層內部具有壓應力，晶粒尺寸小于2 μπι，厚度20 μπι?
200 μ??ο
[0007]所述的納米金剛石顆粒的粒度為1nm?lOOOnm。
[0008]所述的一種金屬表面超聲波鑲嵌納米金剛石的方法的具體步驟如以下:
(1)將納米金剛石顆粒均勻分散于質量濃度為0.5%?4%的聚乙烯醇水溶液中，分散均勻后，并均勻涂覆于金屬或合金表面后烘干或晾干；
(2)用超聲波沖擊設備對步驟(I)所述的覆層進行第一次沖擊，將納米金剛石顆粒鑲嵌入金屬或合金表面；其中，超聲波沖擊頻率為20kHz?50kHz，沖擊工具頭表面振幅為25 μπι?75 μm沖擊頭，沖擊頭對金屬或合金表面的壓力5MPa?20MPa ；
(3)用超聲波沖擊設備對步驟(2)所述的金屬或合金表面進行第二次沖擊，其中，超聲波沖擊頻率為沖擊頻率20kHz?50kHz，沖擊工具頭表面振幅為15 μ m?45 μ m，沖擊頭對金屬或合金表面的壓力2MPa?lOMPa。
[0009]所述的布氏硬度低于380HB的低硬度金屬或合金為銅合金、鋁合金、鈦合金或奧氏體不銹鋼。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:該方法經(jīng)濟實用，通過超聲波沖擊工藝將涂敷在金屬或合金表面上的納米金剛石顆粒用外力鑲嵌入金屬表面，在金屬表面形成金屬/金剛石復合層。復合層與基體連續(xù)過渡保證了復合層與基體的結合強度，在提高表面硬度的同時賦予表面壓應力。金屬表面較高的硬度和表面壓應力使得表面具有優(yōu)良的抗磨粒磨損性能和抗疲勞磨損性能。
【附圖說明】
[0011]圖1為在金屬圓柱表面超聲波嵌入納米金剛石示意圖；
圖2為在金屬平面超聲波嵌入納米金剛石示意圖。
[0012]圖中，1、銅合金圓柱基體；2、5納米金剛石覆層；3、6、超聲波沖擊設備；4、平面基體。
【具體實施方式】
[0013]實施例1
一種金屬表面超聲波鑲嵌納米金剛石的方法的具體步驟如以下:
(1)將納米金剛石顆粒均勻分散于質量濃度為0.5%?4%的聚乙烯醇水溶液中，分散均勻后，并均勻涂覆于金屬或合金表面后烘干或晾干；
(2)用超聲波沖擊設備對步驟(I)所述的覆層進行第一次沖擊，將納米金剛石顆粒鑲嵌入金屬或合金表面；其中，超聲波沖擊頻率為20kHz?50kHz，沖擊工具頭表面振幅為25 μπι?75 μm沖擊頭，沖擊頭對金屬或合金表面的壓力5MPa?20MPa ；
(3)用超聲波沖擊設備對步驟(2)所述的金屬或合金表面進行第二次沖擊，其中，超聲波沖擊頻率為沖擊頻率20kHz?50kHz，沖擊工具頭表面振幅為15 μ m?45 μ m，沖擊頭對金屬或合金表面的壓力2MPa?lOMPa。
[0014]所述的納米金剛石顆粒的粒度為1nm?lOOOnm。所述的金屬或合金為布氏硬度低于380HB的低硬度金屬或合金，如:銅合金、鋁合金、鈦合金或奧氏體不銹鋼。
[0015]本發(fā)明通過超聲波沖擊工藝將涂敷在金屬或合金表面上的納米金剛石顆粒用外力鑲嵌入金屬表面，在金屬表面形成金屬/金剛石復合層的內部具有壓應力，金屬/金剛石復合層的晶粒尺寸小于2 μπι，厚度20 μπι?200 μπι。
[0016]實施例2
本實施方案描述一種在銅合金圓柱表面用超聲波鑲嵌納米金剛石的方法，如圖1所不O
[0017]銅合金牌號為QSn6.5，布氏硬度為135HB。通過以下步驟在銅合金表面制備銅合金/金剛石復合層。
[0018]I)將納米金剛石顆粒分散于質量濃度為1.2%的聚乙烯醇水溶液中，分散均勻后，并均勻涂覆于銅合金圓柱基體I表面后烘干或晾。納米金剛石覆層2厚度為0.5_。所用納米金剛石顆粒尺寸為50nm?200nm。
[0019]2)用超聲波沖擊設備3對步驟I)所述的覆層進行第一次沖擊，將納米金剛石顆粒鑲嵌入銅合金圓柱基體I的表面。超聲波沖擊設備3為超聲波沖擊頭。
[0020]3)銅合金圓柱基體I旋轉，超聲波沖擊頭沿著圓柱母線方向移動，與普通機床車削運動方式一致。本步驟超聲波沖擊頻率30kHz，沖擊工具頭表面振幅50 μ m，沖擊頭對表面的壓力12MPa。
[0021]4)用超聲波沖擊設備3對步驟2)所述的銅合金圓柱基體I的表面進行第二次沖擊，本步驟的目的是獲得合適的表面粗糙度。本步驟超聲波沖擊頻率25kHz，沖擊工具頭表面振幅20 μm，沖擊頭對表面的壓力5MPa。最終獲得的表面粗糙度為Ra 0.25 μπι。
[0022]實施例3
本實施方案描述一種在退火態(tài)不銹鋼平面用超聲波鑲嵌納米金剛石的方法，如圖2所不O
[0023]不銹鋼牌號為SUS304，布氏硬度為160ΗΒ。通過以下步驟在SUS304不銹鋼表面制備不銹鋼/金剛石復合層。
[0024]I)將納米金剛石顆粒分散于質量濃度為2%的聚乙烯醇水溶液中，分散均勻后，并均勾涂覆于不銹鋼平面基體4表面后烘干或瞭干。納米金剛石覆層5厚度為0.4_。所用納米金剛石顆粒尺寸為10nm?500nm。
[0025]2)用超聲波沖擊設備6對步驟I)所述的覆層進行第一次沖擊，將納米金剛石顆粒鑲嵌入不銹鋼平面基體4的表面；其中，超聲波沖擊設備6為超聲波沖擊頭。不銹鋼平面基體4固定不動，然后將超聲波沖擊頭沿不銹鋼平面基體4表面移動。本步驟超聲波沖擊頻率30kHz，沖擊工具頭表面振幅50 μ m，沖擊頭對表面的壓力30MPa。
[0026]3)用超聲波沖擊設備6對步驟2)所述的不銹鋼平面基體4的表面進行第二次沖擊，本步驟的目的是獲得合適的表面粗糙度。本步驟超聲波沖擊頻率25kHz，沖擊工具頭表面振幅20 μ m，沖擊頭對表面的壓力6MPa。最終獲得的表面粗糙度為Ra 0.35 μ m。
【主權項】
1.一種金屬表面超聲波鑲嵌納米金剛石的方法，其特征是:通過超聲波沖擊工藝將涂敷在金屬或合金表面上的納米金剛石顆粒用外力鑲嵌入金屬表面，在金屬表面形成金屬/金剛石復合層。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種金屬表面超聲波鑲嵌納米金剛石的方法，其特征是:所述的金屬或合金為布氏硬度低于380HB的低硬度金屬或合金。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種金屬表面超聲波鑲嵌納米金剛石的方法，其特征是:所述的金屬/金剛石復合層內部具有壓應力，晶粒尺寸小于2 μπι，厚度20 μπι?200 μπι。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種金屬表面超聲波鑲嵌納米金剛石的方法，其特征是:所述的納米金剛石顆粒的粒度為1nm?100nm0
5.根據(jù)權利要求1所述的一種金屬表面超聲波鑲嵌納米金剛石的方法，其特征是:它的具體步驟如以下: 將納米金剛石顆粒均勻分散于質量濃度為0.5%?4%的聚乙烯醇水溶液中，分散均勻后，并均勻涂覆于金屬或合金表面后烘干或晾干； 用超聲波沖擊設備對步驟(I)所述的覆層進行第一次沖擊，將納米金剛石顆粒鑲嵌入金屬或合金表面；其中，超聲波沖擊頻率為20kHz?50kHz，沖擊工具頭表面振幅為25 μπι?75 μm沖擊頭，沖擊頭對金屬或合金表面的壓力5MPa?20MPa ； 用超聲波沖擊設備對步驟(2)所述的金屬或合金表面進行第二次沖擊，其中，超聲波沖擊頻率為沖擊頻率20kHz?50kHz，沖擊工具頭表面振幅為15 μπι?45 μm，沖擊頭對金屬或合金表面的壓力2MPa?lOMPa。
6.根據(jù)權利要求2所述的一種金屬表面超聲波鑲嵌納米金剛石的方法，其特征是:所述的布氏硬度低于380HB的低硬度金屬或合金為銅合金、鋁合金、鈦合金或奧氏體不銹鋼。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種金屬表面改性技術，特別涉及一種金屬表面超聲波鑲嵌納米金剛石的方法，其特征是：通過超聲波沖擊工藝將涂敷在金屬或合金表面上的納米金剛石顆粒用外力鑲嵌入金屬表面，在金屬表面形成金屬/金剛石復合層。這種方法旨在提高低硬度金屬或合金表面的硬度和耐磨性。
【IPC分類】C23C24-04
【公開號】CN104862688
【申請?zhí)枴緾N201510283605
【發(fā)明人】張軍
【申請人】山東鑫茂奧奈特復合固體潤滑工程技術有限公司
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年5月29日