一種在板狀金屬表面制備層片狀梯度結(jié)構(gòu)的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種在板狀金屬表面制備層片狀梯度結(jié)構(gòu)的方法。本發(fā)明提供的方法工藝穩(wěn)定、操作簡單，可以在板狀金屬材料表面制備出微觀形貌為層片狀納米晶粒的結(jié)構(gòu)，從金屬材料表層向材料內(nèi)部方向依次呈現(xiàn)出納米晶粒、亞微米晶粒、微米晶粒、原始粗晶粒片層狀梯度分布的特征，在保持金屬材料的塑性和韌性的同時有效提高了金屬材料的強度和硬度。
【專利說明】
一種在板狀金屬表面制備層片狀梯度結(jié)構(gòu)的方法
技術(shù)領域
[0001] 本發(fā)明屬于金屬材料表面處理技術(shù)領域，尤其涉及一種在板狀金屬表面制備層片 狀梯度結(jié)構(gòu)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在金屬表面制備層片狀梯度納米結(jié)構(gòu)是一種金屬材料改性方法，是經(jīng)過對金屬表 面進行處理在金屬材料表面分布一層微觀組織特征為層片狀晶粒形貌的梯度納米結(jié)構(gòu)，這 種改性方法能夠顯著提高金屬材料的強度，并能同時保持金屬材料原有的塑性不產(chǎn)生顯著 降低，實現(xiàn)金屬材料強度與塑性的完美匹配。
[0003] 目前在金屬表面制備梯度納米結(jié)構(gòu)的方法主要包括基于劇烈塑性變形導致晶粒 細化的方法和基于機械研磨或高速噴丸沖擊的方法。其中，劇烈塑性變形導致晶粒細化的 方法一般包括高壓扭轉(zhuǎn)法、等通道擠壓和累積疊乳工藝，這類方法雖然可以顯著細化晶粒， 提高金屬材料的強度，但也存在明顯的局限性:首先，這類方法由于受到劇烈塑性變形過程 中位錯累積與湮滅的動態(tài)平衡，晶粒的細化存在臨界值，一般金屬晶粒細化的臨界尺寸大 約在200nm，強度大約在lOOOMPa，無法實現(xiàn)強度的進一步提高；其次，該類方法獲得的亞微 米晶材料由于可動位錯密度較低，樣品的均勻塑性很低低?；跈C械研磨或高速噴丸沖擊 的方法是通過表面塑性應變的不斷累積，從而在金屬材料表面制備出梯度納米結(jié)構(gòu)，綜合 了梯度納米結(jié)構(gòu)的強度和心部粗晶材料的塑性，實現(xiàn)了強度與塑性的完美匹配，但該類方 法制備的納米材料晶粒為等軸狀，在熱穩(wěn)定性硬度等方面均不如層片狀梯度納米結(jié)構(gòu)。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)中也公布了 一些在金屬表面制備梯度納米結(jié)構(gòu)的方法，其中 CN103540727A公布了一種利用塑性變形制備金屬二維納米層片結(jié)構(gòu)的方法，CN1438332公 布了一種金屬表面超聲速噴丸強化方法，上述技術(shù)均無法獲得層片狀的梯度納米結(jié)構(gòu)組 織，同時具備較好的硬度和塑性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種在板狀金屬表面制備層片狀梯度結(jié)構(gòu)的 方法，包括：
[0006] (a)對待加工板狀金屬件進行加工前預處理；
[0007] (b)將所述板狀金屬件安裝在卡具上，將所述卡具安裝到數(shù)控車床的三抓卡盤上， 同時將帶有鎢鈷合金球的滾動碾壓裝置固定安裝在數(shù)控車床的刀架座上，調(diào)整數(shù)控車床的 轉(zhuǎn)速，使所述卡具帶動所述板狀金屬件以350-500r/min的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)；
[0008] (c)使所述鎢鈷合金球?qū)仕霭鍫罱饘偌粋?cè)表面的中心，并調(diào)整所述鎢鈷合 金球與所述板狀金屬件表面間距離，使所述鎢鈷合金球與所述板狀金屬件表面相切；
[0009] (d)將所述鎢鈷合金球壓入所述板狀金屬件中10-100M1，然后沿所述板狀金屬件 表面中心至邊緣的直線方向以0.01-0.04mm/r的速度滾動碾壓1-5遍；
[0010] (e)重復步驟(c)-(d)，實現(xiàn)所述鎢鈷合金球?qū)λ霭鍫罱饘偌粋?cè)表面全部區(qū)域 的滾動碾壓；
[0011] (f)調(diào)換卡具上的板狀金屬件的加工表面，重復步驟(c)-(e)，完成板狀金屬件兩 側(cè)表面層片狀梯度結(jié)構(gòu)的制備。
[0012] 進一步的，將所述鎢鈷合金球壓入所述板狀金屬件中20-30WI1，并保持此壓入深度 不變，從所述板狀金屬件一側(cè)表面的中心以0.02-0.03mm/r的速度沿直線方向滾動碾壓至 所述板狀金屬件的邊緣;使所述鎢鈷合金球復位到所述板狀金屬件一側(cè)表面的中心，再將 所述鎢鈷合金球壓入所述板狀金屬件中50-60M1，并保持此壓入深度不變，以0.02-0.03mm/ r的速度沿原碾壓軌跡滾動碾壓。
[0013]進一步的，所述步驟(a)包括對所述板狀金屬件進行去污去油處理和改性處理，所 述改性處理為將所述板狀金屬件浸入400-450 °C的改性液中浸泡6-8h。
[0014]進一步的，所述改性液包括如下重量份數(shù)的各成分：
[0015] 二氧化硅5-8聚合鋁1-2碳酸銨0 ? 5-1磷酸膽堿0 ? 5-1。
[0016] 進一步的，所述步驟(d)-(f)中采用油性降溫劑對所述鎢鈷合金球與所述板狀金 屬件的接觸面進行噴霧處理。
[0017] 進一步的，所述方法還包括將經(jīng)過步驟(f)處理后的所述板狀金屬件在200-240 °C 的羥基甲苯磺酰碘苯的濃度為0.5-1.5mol/L以及對甲苯磺酸的濃度為0.5-lmol/L的甲醇 溶液中浸泡1 _2h;然后在0.1 -0.5mo 1 /L的碳酸鈉溶液中浸泡10-20min;再用蒸餾水沖洗后 烘干即可。
[0018] 進一步的，所述卡具包括底板，所述底板的一側(cè)設有固定裝置，所述底板的另一側(cè) 設有夾緊柱。
[0019] 進一步的，所述滾動碾壓裝置包括安裝座、與所述安裝座連接的球托和位于球托 內(nèi)的鎢鈷合金球，所述球托包括與所述安裝座連接的承托座以及與所述承托座連接的夾緊 環(huán)，所述承托座內(nèi)壁從連接夾緊環(huán)的一側(cè)起逐漸收攏，所述夾緊環(huán)的內(nèi)壁從連接承托座的 一側(cè)起逐漸收攏，所述夾緊環(huán)遠離承托座一端的內(nèi)壁直徑小于所述鎢鈷合金球的直徑，所 述夾緊環(huán)遠離承托座一端至所述承托座遠離所述夾緊環(huán)一端內(nèi)壁之間的距離小于所述鎢 鈷合金球的直徑。
[0020] 進一步的，所述固定裝置為真空吸盤。
[0021] 進一步的，所述卡具上還設有與所述真空吸盤連接的真空栗。
[0022] 進一步的，所述夾緊柱上設有防滑紋。
[0023] 進一步的，所述滾動碾壓裝置上還設有噴霧裝置。
[0024] 進一步的，所述安裝座與所述球托間通過螺紋連接。
[0025] 本發(fā)明提供的方法工藝穩(wěn)定、操作簡單，可以在板狀金屬材料表面制備出微觀形 貌為層片狀納米晶粒的結(jié)構(gòu)，從金屬材料表層向材料內(nèi)部方向依次呈現(xiàn)出納米晶粒、亞微 米晶粒、微米晶粒、原始粗晶粒片層狀梯度分布的特征，在保持金屬材料的塑性和韌性的同 時有效提高了金屬材料的強度和硬度。
【附圖說明】
[0026] 圖1為本發(fā)明實施例12的卡具的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027] 圖2為本發(fā)明實施例13的滾動碾壓裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028] 圖3為本發(fā)明實施例13的滾動碾壓裝置的剖視圖；
[0029] 圖4為本發(fā)明實施例14的卡具的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030] 圖5為本發(fā)明實施例15的滾動碾壓裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031] 圖6為采用本發(fā)明實施例3的方法處理的板狀退火態(tài)純鎳樣品層片狀結(jié)構(gòu)的電鏡 掃描圖；
[0032] 其中：1卡具，2滾動碾壓裝置，3底板，4固定裝置，5夾緊柱，6安裝座，7球托，8鎢鈷 合金球，701承托座，702夾緊環(huán)，9真空吸盤，10防滑紋，11噴霧裝置。
【具體實施方式】
[0033] 實施例1
[0034] -種在板狀金屬表面制備層片狀梯度結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括：
[0035] (a)對待加工板狀金屬件進行加工前預處理；
[0036] (b)將所述板狀金屬件安裝在卡具1上，將所述卡具1安裝到數(shù)控車床的三抓卡盤 上，同時將帶有鎢鈷合金球8的滾動碾壓裝置2固定安裝在數(shù)控車床的刀架座上，調(diào)整數(shù)控 車床的轉(zhuǎn)速，使所述卡具1帶動所述板狀金屬件以350r/min的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)；
[0037] (c)使所述鎢鈷合金球8對準所述板狀金屬件一側(cè)表面的中心，并調(diào)整所述鎢鈷合 金球8與所述板狀金屬件表面間距離，使所述鎢鈷合金球8與所述板狀金屬件表面相切；
[0038] (d)將所述鎢鈷合金球8壓入所述板狀金屬件中l(wèi)Own，然后沿所述板狀金屬件表面 中心至邊緣的直線方向以0.0 lmm/r的速度滾動碾壓1遍；
[0039] (e)重復步驟(c)-(d)，實現(xiàn)所述鎢鈷合金球8對所述板狀金屬件一側(cè)表面全部區(qū) 域的滾動碾壓；
[0040] (f)調(diào)換卡具1上的板狀金屬件的加工表面，重復步驟(c)-(e)，完成板狀金屬件兩 側(cè)表面層片狀梯度結(jié)構(gòu)的制備。
[0041 ] 實施例2
[0042] 一種在板狀金屬表面制備層片狀梯度結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括：
[0043] (a)對待加工板狀金屬件進行加工前預處理；
[0044] (b)將所述板狀金屬件安裝在卡具1上，將所述卡具1安裝到數(shù)控車床的三抓卡盤 上，同時將帶有鎢鈷合金球8的滾動碾壓裝置2固定安裝在數(shù)控車床的刀架座上，調(diào)整數(shù)控 車床的轉(zhuǎn)速，使所述卡具1帶動所述板狀金屬件以500r/min的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)；
[0045] (c)使所述鎢鈷合金球8對準所述板狀金屬件一側(cè)表面的中心，并調(diào)整所述鎢鈷合 金球8與所述板狀金屬件表面間距離，使所述鎢鈷合金球8與所述板狀金屬件表面相切；
[0046] (d)將所述鎢鈷合金球8壓入所述板狀金屬件中l(wèi)OOwii，然后沿所述板狀金屬件表 面中心至邊緣的直線方向以0.04mm/r的速度滾動碾壓5遍；
[0047] (e)重復步驟(c)-(d)，實現(xiàn)所述鎢鈷合金球8對所述板狀金屬件一側(cè)表面全部區(qū) 域的滾動碾壓；
[0048] (f)調(diào)換卡具1上的板狀金屬件的加工表面，重復步驟(c)-(e)，完成板狀金屬件兩 側(cè)表面層片狀梯度結(jié)構(gòu)的制備。
[0049] 實施例3
[0050] 一種在板狀金屬表面制備層片狀梯度結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括：
[0051] (a)對待加工板狀金屬件進行加工前預處理；
[0052] (b)將所述板狀金屬件安裝在卡具1上，將所述卡具1安裝到數(shù)控車床的三抓卡盤 上，同時將帶有鎢鈷合金球8的滾動碾壓裝置2固定安裝在數(shù)控車床的刀架座上，調(diào)整數(shù)控 車床的轉(zhuǎn)速，使所述卡具1帶動所述板狀金屬件以400r/min的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)；
[0053] (c)使所述鎢鈷合金球8對準所述板狀金屬件一側(cè)表面的中心，并調(diào)整所述鎢鈷合 金球8與所述板狀金屬件表面間距離，使所述鎢鈷合金球8與所述板狀金屬件表面相切； [0054] (d)將所述鎢鈷合金球8壓入所述板狀金屬件中15wn，并保持此壓入深度不變，從 所述板狀金屬件一側(cè)表面的中心以〇.〇15mm/r的速度沿直線方向滾動碾壓至所述板狀金屬 件的邊緣;使所述鎢鈷合金球8復位到所述板狀金屬件一側(cè)表面的中心，再將所述鎢鈷合金 球8壓入所述板狀金屬件中40wii，并保持此壓入深度不變，以0.015mm/r的速度沿原碾壓軌 跡滾動碾壓;使所述鎢鈷合金球8復位到所述板狀金屬件一側(cè)表面的中心，再將所述鎢鈷合 金球8壓入所述板狀金屬件中80wii，并保持此壓入深度不變，以0.035mm/r的速度沿原碾壓 軌跡滾動碾壓；
[0055] (e)重復步驟(c)-(d)，實現(xiàn)所述鎢鈷合金球8對所述板狀金屬件一側(cè)表面全部區(qū) 域的滾動碾壓；
[0056] (f)調(diào)換卡具1上的板狀金屬件的加工表面，重復步驟(c)-(e)，完成板狀金屬件兩 側(cè)表面層片狀梯度結(jié)構(gòu)的制備。
[0057] 實施例4
[0058] -種在板狀金屬表面制備層片狀梯度結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括：
[0059] (a)對待加工板狀金屬件進行加工前預處理；
[0060] (b)將所述板狀金屬件安裝在卡具1上，將所述卡具1安裝到數(shù)控車床的三抓卡盤 上，同時將帶有鎢鈷合金球8的滾動碾壓裝置2固定安裝在數(shù)控車床的刀架座上，調(diào)整數(shù)控 車床的轉(zhuǎn)速，使所述卡具1帶動所述板狀金屬件以400r/min的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)；
[0061] (c)使所述鎢鈷合金球8對準所述板狀金屬件一側(cè)表面的中心，并調(diào)整所述鎢鈷合 金球8與所述板狀金屬件表面間距離，使所述鎢鈷合金球8與所述板狀金屬件表面相切；
[0062] (d)將所述鎢鈷合金球8壓入所述板狀金屬件中20wn，并保持此壓入深度不變，從 所述板狀金屬件一側(cè)表面的中心以〇 . 〇2mm/r的速度沿直線方向滾動碾壓至所述板狀金屬 件的邊緣;使所述鎢鈷合金球8復位到所述板狀金屬件一側(cè)表面的中心，再將所述鎢鈷合金 球8壓入所述板狀金屬件中50mi，并保持此壓入深度不變，以0.02mm/r的速度沿原碾壓軌跡 滾動碾壓；
[0063] (e)重復步驟(c)-(d)，實現(xiàn)所述鎢鈷合金球8對所述板狀金屬件一側(cè)表面全部區(qū) 域的滾動碾壓；
[0064] (f)調(diào)換卡具1上的板狀金屬件的加工表面，重復步驟(c)-(e)，完成板狀金屬件兩 側(cè)表面層片狀梯度結(jié)構(gòu)的制備。
[0065] 實施例5
[0066] -種在板狀金屬表面制備層片狀梯度結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括：
[0067] (a)對待加工板狀金屬件進行加工前預處理；
[0068] (b)將所述板狀金屬件安裝在卡具1上，將所述卡具1安裝到數(shù)控車床的三抓卡盤 上，同時將帶有鎢鈷合金球8的滾動碾壓裝置2固定安裝在數(shù)控車床的刀架座上，調(diào)整數(shù)控 車床的轉(zhuǎn)速，使所述卡具1帶動所述板狀金屬件以400r/min的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)；
[0069] (c)使所述鎢鈷合金球8對準所述板狀金屬件一側(cè)表面的中心，并調(diào)整所述鎢鈷合 金球8與所述板狀金屬件表面間距離，使所述鎢鈷合金球8與所述板狀金屬件表面相切；
[0070] (d)將所述鎢鈷合金球8壓入所述板狀金屬件中25wn，并保持此壓入深度不變，從 所述板狀金屬件一側(cè)表面的中心以〇.〇25mm/r的速度沿直線方向滾動碾壓至所述板狀金屬 件的邊緣;使所述鎢鈷合金球8復位到所述板狀金屬件一側(cè)表面的中心，再將所述鎢鈷合金 球8壓入所述板狀金屬件中55wii，并保持此壓入深度不變，以0.025mm/r的速度沿原碾壓軌 跡滾動碾壓；
[0071] (e)重復步驟(c)-(d)，實現(xiàn)所述鎢鈷合金球8對所述板狀金屬件一側(cè)表面全部區(qū) 域的滾動碾壓；
[0072] (f)調(diào)換卡具1上的板狀金屬件的加工表面，重復步驟(c)-(e)，完成板狀金屬件兩 側(cè)表面層片狀梯度結(jié)構(gòu)的制備。
[0073] 實施例6
[0074] -種在板狀金屬表面制備層片狀梯度結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括：
[0075] (a)對待加工板狀金屬件進行去污去油處理和改性處理，所述改性處理為將所述 待加工板狀金屬件浸入420°C的改性液中浸泡7h，所述改性液包括如下重量份數(shù)的各成分： 二氧化硅5聚合鋁1碳酸銨0.5磷酸膽堿0.5;
[0076] (b)將所述板狀金屬件安裝在卡具1上，將所述卡具1安裝到數(shù)控車床的三抓卡盤 上，同時將帶有鎢鈷合金球8的滾動碾壓裝置2固定安裝在數(shù)控車床的刀架座上，調(diào)整數(shù)控 車床的轉(zhuǎn)速，使所述卡具1帶動所述板狀金屬件以400r/min的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)；
[0077] (c)使所述鎢鈷合金球8對準所述板狀金屬件一側(cè)表面的中心，并調(diào)整所述鎢鈷合 金球8與所述板狀金屬件表面間距離，使所述鎢鈷合金球8與所述板狀金屬件表面相切；
[0078] (d)將所述鎢鈷合金球8壓入所述板狀金屬件中15wn，并保持此壓入深度不變，從 所述板狀金屬件一側(cè)表面的中心以〇.〇15mm/r的速度沿直線方向滾動碾壓至所述板狀金屬 件的邊緣;使所述鎢鈷合金球8復位到所述板狀金屬件一側(cè)表面的中心，再將所述鎢鈷合金 球8壓入所述板狀金屬件中40wii，并保持此壓入深度不變，以0.015mm/r的速度沿原碾壓軌 跡滾動碾壓;使所述鎢鈷合金球8復位到所述板狀金屬件一側(cè)表面的中心，再將所述鎢鈷合 金球8壓入所述板狀金屬件中80wii，并保持此壓入深度不變，以0.035mm/r的速度沿原碾壓 軌跡滾動碾壓；
[0079] (e)重復步驟(c)-(d)，實現(xiàn)所述鎢鈷合金球8對所述板狀金屬件一側(cè)表面全部區(qū) 域的滾動碾壓；
[0080] (f)調(diào)換卡具1上的板狀金屬件的加工表面，重復步驟(c)-(e)，完成板狀金屬件兩 側(cè)表面層片狀梯度結(jié)構(gòu)的制備。
[0081 ] 實施例7
[0082] 一種在板狀金屬表面制備層片狀梯度結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括：
[0083] (a)對待加工板狀金屬件進行去污去油處理和改性處理，所述改性處理為將所述 待加工板狀金屬件浸入420°C的改性液中浸泡7h，所述改性液包括如下重量份數(shù)的各成分： 二氧化硅6聚合鋁2碳酸銨0.8磷酸膽堿0.8;
[0084] (b)將所述板狀金屬件安裝在卡具1上，將所述卡具1安裝到數(shù)控車床的三抓卡盤 上，同時將帶有鎢鈷合金球8的滾動碾壓裝置2固定安裝在數(shù)控車床的刀架座上，調(diào)整數(shù)控 車床的轉(zhuǎn)速，使所述卡具1帶動所述板狀金屬件以400r/min的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)；
[0085] (c)使所述鎢鈷合金球8對準所述板狀金屬件一側(cè)表面的中心，并調(diào)整所述鎢鈷合 金球8與所述板狀金屬件表面間距離，使所述鎢鈷合金球8與所述板狀金屬件表面相切； [0086] (d)將所述鎢鈷合金球8壓入所述板狀金屬件中25wii，并保持此壓入深度不變，從 所述板狀金屬件一側(cè)表面的中心以〇.〇25mm/r的速度沿直線方向滾動碾壓至所述板狀金屬 件的邊緣;使所述鎢鈷合金球8復位到所述板狀金屬件一側(cè)表面的中心，再將所述鎢鈷合金 球8壓入所述板狀金屬件中55wii，并保持此壓入深度不變，以0.025mm/r的速度沿原碾壓軌 跡滾動碾壓；
[0087] (e)重復步驟(c)-(d)，實現(xiàn)所述鎢鈷合金球8對所述板狀金屬件一側(cè)表面全部區(qū) 域的滾動碾壓；
[0088] (f)調(diào)換卡具1上的板狀金屬件的加工表面，重復步驟(c)-(e)，完成板狀金屬件兩 側(cè)表面層片狀梯度結(jié)構(gòu)的制備。
[0089] 實施例8
[0090] 一種在板狀金屬表面制備層片狀梯度結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括：
[0091 ] (a)對待加工板狀金屬件進行碾壓加工前預處理；
[0092] (b)將所述板狀金屬件安裝在卡具1上，將所述卡具1安裝到數(shù)控車床的三抓卡盤 上，同時將帶有鎢鈷合金球8的滾動碾壓裝置2固定安裝在數(shù)控車床的刀架座上，調(diào)整數(shù)控 車床的轉(zhuǎn)速，使所述卡具1帶動所述板狀金屬件以400r/min的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)；
[0093] (c)使所述鎢鈷合金球8對準所述板狀金屬件一側(cè)表面的中心，并調(diào)整所述鎢鈷合 金球8與所述板狀金屬件表面間距離，使所述鎢鈷合金球8與所述板狀金屬件表面相切；
[0094] (d)將所述鎢鈷合金球8壓入所述板狀金屬件中15wn，并保持此壓入深度不變，從 所述板狀金屬件一側(cè)表面的中心以〇.〇15mm/r的速度沿直線方向滾動碾壓至所述板狀金屬 件的邊緣;使所述鎢鈷合金球8復位到所述板狀金屬件一側(cè)表面的中心，再將所述鎢鈷合金 球8壓入所述板狀金屬件中40wii，并保持此壓入深度不變，以0.015mm/r的速度沿原碾壓軌 跡滾動碾壓;使所述鎢鈷合金球8復位到所述板狀金屬件一側(cè)表面的中心，再將所述鎢鈷合 金球8壓入所述板狀金屬件中80wii，并保持此壓入深度不變，以0.035mm/r的速度沿原碾壓 軌跡滾動碾壓，上述滾動碾壓過程中均采用油性降溫劑對所述鎢鈷合金球8與所述板狀金 屬件的接觸面進行噴霧處理；
[0095] (e)重復步驟(c)-(d)，實現(xiàn)所述鎢鈷合金球8對所述板狀金屬件一側(cè)表面全部區(qū) 域的滾動碾壓；
[0096] (f)調(diào)換卡具1上的板狀金屬件的加工表面，重復步驟(c)-(e)，完成板狀金屬件兩 側(cè)表面層片狀梯度結(jié)構(gòu)的制備。
[0097] 實施例9
[0098] -種在板狀金屬表面制備層片狀梯度結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括：
[0099] (a)對待加工板狀金屬件進行去污去油處理和改性處理，所述改性處理為將所述 待加工板狀金屬件浸入420°C的改性液中浸泡7h，所述改性液包括如下重量份數(shù)的各成分： 二氧化硅6聚合鋁2碳酸銨0.8磷酸膽堿0.8;
[0100] (b)將所述板狀金屬件安裝在卡具1上，將所述卡具1安裝到數(shù)控車床的三抓卡盤 上，同時將帶有鎢鈷合金球8的滾動碾壓裝置2固定安裝在數(shù)控車床的刀架座上，調(diào)整數(shù)控 車床的轉(zhuǎn)速，使所述卡具1帶動所述板狀金屬件以400r/min的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)；
[0101] (c)使所述鎢鈷合金球8對準所述板狀金屬件一側(cè)表面的中心，并調(diào)整所述鎢鈷合 金球8與所述板狀金屬件表面間距離，使所述鎢鈷合金球8與所述板狀金屬件表面相切；
[0102] (d)將所述鎢鈷合金球8壓入所述板狀金屬件中25wn，并保持此壓入深度不變，從 所述板狀金屬件一側(cè)表面的中心以〇.〇25mm/r的速度沿直線方向滾動碾壓至所述板狀金屬 件的邊緣;使所述鎢鈷合金球8復位到所述板狀金屬件一側(cè)表面的中心，再將所述鎢鈷合金 球8壓入所述板狀金屬件中55wii，并保持此壓入深度不變，以0.025mm/r的速度沿原碾壓軌 跡滾動碾壓，上述滾動碾壓過程中均采用油性降溫劑對所述鎢鈷合金球8與所述板狀金屬 件的接觸面進行噴霧處理；
[0103] (e)重復步驟(c)-(d)，實現(xiàn)所述鎢鈷合金球8對所述板狀金屬件一側(cè)表面全部區(qū) 域的滾動碾壓；
[0104] (f)調(diào)換卡具1上的板狀金屬件的加工表面，重復步驟(c)-(e)，完成板狀金屬件兩 側(cè)表面層片狀梯度結(jié)構(gòu)的制備。
[0105] 實施例10
[0106] -種在板狀金屬表面制備層片狀梯度結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括：
[0107] (a)對待加工板狀金屬件進行碾壓加工前預處理；
[0108] (b)將所述板狀金屬件安裝在卡具1上，將所述卡具1安裝到數(shù)控車床的三抓卡盤 上，同時將帶有鎢鈷合金球8的滾動碾壓裝置2固定安裝在數(shù)控車床的刀架座上，調(diào)整數(shù)控 車床的轉(zhuǎn)速，使所述卡具1帶動所述板狀金屬件以400r/min的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)；
[0109] (c)使所述鎢鈷合金球8對準所述板狀金屬件一側(cè)表面的中心，并調(diào)整所述鎢鈷合 金球8與所述板狀金屬件表面間距離，使所述鎢鈷合金球8與所述板狀金屬件表面相切；
[0110] (d)將所述鎢鈷合金球8壓入所述板狀金屬件中15wn，并保持此壓入深度不變，從 所述板狀金屬件一側(cè)表面的中心以〇.〇15mm/r的速度沿直線方向滾動碾壓至所述板狀金屬 件的邊緣;使所述鎢鈷合金球8復位到所述板狀金屬件一側(cè)表面的中心，再將所述鎢鈷合金 球8壓入所述板狀金屬件中40wii，并保持此壓入深度不變，以0.015mm/r的速度沿原碾壓軌 跡滾動碾壓;使所述鎢鈷合金球8復位到所述板狀金屬件一側(cè)表面的中心，再將所述鎢鈷合 金球8壓入所述板狀金屬件中80wii，并保持此壓入深度不變，以0.035mm/r的速度沿原碾壓 軌跡滾動碾壓；
[0111] (e)重復步驟(c)-(d)，實現(xiàn)所述鎢鈷合金球8對所述板狀金屬件一側(cè)表面全部區(qū) 域的滾動碾壓；
[0112] (f)調(diào)換卡具1上的板狀金屬件的加工表面，重復步驟(c)-(e)，完成板狀金屬件兩 側(cè)表面層片狀梯度結(jié)構(gòu)的制備；
[0113] (g)將經(jīng)過步驟(f)處理后的所述板狀金屬件在200 °C的羥基甲苯磺酰碘苯的濃度 為0.5mo 1 /L以及對甲苯磺酸的濃度為0.5mo 1 /L的甲醇溶液中浸泡2h ;然后在濃度為 O.lmol/L的碳酸鈉溶液中浸泡lOmin;再用蒸餾水沖洗后烘干即可。
[0114] 實施例11
[0115] -種在板狀金屬表面制備層片狀梯度結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括：
[0116] (a)對待加工板狀金屬件進行去污去油處理和改性處理，所述改性處理為將所述 待加工板狀金屬件浸入420°C的改性液中浸泡7h，所述改性液包括如下重量份數(shù)的各成分： 二氧化硅6聚合鋁2碳酸銨0.8磷酸膽堿0.8;
[0117] (b)將所述板狀金屬件安裝在卡具1上，將所述卡具1安裝到數(shù)控車床的三抓卡盤 上，同時將帶有鎢鈷合金球8的滾動碾壓裝置2固定安裝在數(shù)控車床的刀架座上，調(diào)整數(shù)控 車床的轉(zhuǎn)速，使所述卡具1帶動所述板狀金屬件以400r/min的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)；
[0118] (c)使所述鎢鈷合金球8對準所述板狀金屬件一側(cè)表面的中心，并調(diào)整所述鎢鈷合 金球8與所述板狀金屬件表面間距離，使所述鎢鈷合金球8與所述板狀金屬件表面相切；
[0119] (d)將所述鎢鈷合金球8壓入所述板狀金屬件中25wn，并保持此壓入深度不變，從 所述板狀金屬件一側(cè)表面的中心以〇.〇25mm/r的速度沿直線方向滾動碾壓至所述板狀金屬 件的邊緣;使所述鎢鈷合金球8復位到所述板狀金屬件一側(cè)表面的中心，再將所述鎢鈷合金 球8壓入所述板狀金屬件中55wii，并保持此壓入深度不變，以0.025mm/r的速度沿原碾壓軌 跡滾動碾壓，上述滾動碾壓過程中均采用油性降溫劑對所述鎢鈷合金球8與所述板狀金屬 件的接觸面進行噴霧處理；
[0120] (e)重復步驟(c)-(d)，實現(xiàn)所述鎢鈷合金球8對所述板狀金屬件一側(cè)表面全部區(qū) 域的滾動碾壓；
[0121] (f)調(diào)換卡具1上的板狀金屬件的加工表面，重復步驟(c)-(e)，完成板狀金屬件兩 側(cè)表面層片狀梯度結(jié)構(gòu)的制備；
[0122 ] (g)將經(jīng)過步驟(f)處理后的所述板狀金屬件在220 °C的羥基甲苯磺酰碘苯的濃度 為lmol/L以及對甲苯磺酸的濃度為0.8mol/L的甲醇溶液中浸泡1.5h;然后在濃度為 0.2mol/L的碳酸鈉溶液中浸泡15min;再用蒸餾水沖洗后烘干即可。
[0123] 實施例12
[0124] -種在板狀金屬表面制備層片狀梯度結(jié)構(gòu)的方法，如圖1所示，與實施例1不同的 是:所述卡具1包括底板3,所述底板3的一側(cè)設有固定裝置4,所述底板3的另一側(cè)設有夾緊 柱5。
[0125] 實施例13
[0126] -種在板狀金屬表面制備層片狀梯度結(jié)構(gòu)的方法，如圖2-3所示，與實施例1不同 的是:所述滾動碾壓裝置2包括安裝座6、與所述安裝座6連接的球托7和位于球托7內(nèi)的鎢鈷 合金球8,所述球托7包括與所述安裝座6連接的承托座701以及與所述承托座701連接的夾 緊環(huán)702,所述承托座701內(nèi)壁從連接夾緊環(huán)702的一側(cè)起逐漸收攏，所述夾緊環(huán)702的內(nèi)壁 從連接承托座701的一側(cè)起逐漸收攏，所述夾緊環(huán)702遠離承托座701-端的內(nèi)壁直徑小于 所述鎢鈷合金球8的直徑，所述夾緊環(huán)702遠離承托座701-端至所述承托座701遠離所述夾 緊環(huán)702-端內(nèi)壁之間的距離小于所述鎢鈷合金球8的直徑。
[0127] 實施例14
[0128] -種在板狀金屬表面制備層片狀梯度結(jié)構(gòu)的方法，如圖4所示，所述固定裝置4為 真空吸盤9,所述卡具1上還設有與所述真空吸盤9連接的真空栗，所述夾緊柱5上設有防滑 紋10〇
[0129] 實施例15
[0130] -種在板狀待加工板狀金屬件表面制備層片狀梯度結(jié)構(gòu)的方法，如圖5所示，與實 施例13不同的是:所述滾動碾壓裝置2上還設有噴霧裝置11，所述安裝座6與所述球托7間通 過螺紋連接。
[0131] 對照例1
[0132] -種在板狀金屬表面制備層片狀梯度結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括：
[0133] (a)對待加工板狀金屬件進行去污去油處理和改性處理，所述改性處理為將所述 待加工板狀金屬件浸入420°C的改性液中浸泡7h，所述改性液包括如下重量份數(shù)的各成分： 二氧化硅6碳酸銨0.8磷酸膽堿0.8;
[0134] (b)將所述板狀金屬件安裝在卡具1上，將所述卡具1安裝到數(shù)控車床的三抓卡盤 上，同時將帶有鎢鈷合金球8的滾動碾壓裝置2固定安裝在數(shù)控車床的刀架座上，調(diào)整數(shù)控 車床的轉(zhuǎn)速，使所述卡具1帶動所述板狀金屬件以400r/min的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)；
[0135] (c)使所述鎢鈷合金球8對準所述板狀金屬件一側(cè)表面的中心，并調(diào)整所述鎢鈷合 金球8與所述板狀金屬件表面間距離，使所述鎢鈷合金球8與所述板狀金屬件表面相切；
[0136] (d)將所述鎢鈷合金球8壓入所述板狀金屬件中25wn，并保持此壓入深度不變，從 所述板狀金屬件一側(cè)表面的中心以〇.〇25mm/r的速度沿直線方向滾動碾壓至所述板狀金屬 件的邊緣;使所述鎢鈷合金球8復位到所述板狀金屬件一側(cè)表面的中心，再將所述鎢鈷合金 球8壓入所述板狀金屬件中55wii，并保持此壓入深度不變，以0.025mm/r的速度沿原碾壓軌 跡滾動碾壓；
[0137] (e)重復步驟(c)-(d)，實現(xiàn)所述鎢鈷合金球8對所述板狀金屬件一側(cè)表面全部區(qū) 域的滾動碾壓；
[0138] (f)調(diào)換卡具1上的板狀金屬件的加工表面，重復步驟(c)-(e)，完成板狀金屬件兩 側(cè)表面層片狀梯度結(jié)構(gòu)的制備。
[0139] 對照例2
[0140] 一種在板狀金屬表面制備層片狀梯度結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括：
[0141] (a)對待加工板狀金屬件進行去污去油處理和改性處理，所述改性處理為將所述 待加工板狀金屬件浸入420°C的改性液中浸泡7h，所述改性液包括如下重量份數(shù)的各成分： 二氧化硅6碳酸鉀2碳酸銨0.8磷酸膽堿0.8;
[0142] (b)將所述板狀金屬件安裝在卡具1上，將所述卡具1安裝到數(shù)控車床的三抓卡盤 上，同時將帶有鎢鈷合金球8的滾動碾壓裝置2固定安裝在數(shù)控車床的刀架座上，調(diào)整數(shù)控 車床的轉(zhuǎn)速，使所述卡具1帶動所述板狀金屬件以400r/min的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)；
[0143] (c)使所述鎢鈷合金球8對準所述板狀金屬件一側(cè)表面的中心，并調(diào)整所述鎢鈷合 金球8與所述板狀金屬件表面間距離，使所述鎢鈷合金球8與所述板狀金屬件表面相切；
[0144] (d)將所述鎢鈷合金球8壓入所述板狀金屬件中25wn，并保持此壓入深度不變，從 所述板狀金屬件一側(cè)表面的中心以〇.〇25mm/r的速度沿直線方向滾動碾壓至所述板狀金屬 件的邊緣;使所述鎢鈷合金球8復位到所述板狀金屬件一側(cè)表面的中心，再將所述鎢鈷合金 球8壓入所述板狀金屬件中55wii，并保持此壓入深度不變，以0.025mm/r的速度沿原碾壓軌 跡滾動碾壓；
[0145] (e)重復步驟(c)-(d)，實現(xiàn)所述鎢鈷合金球8對所述板狀金屬件一側(cè)表面全部區(qū) 域的滾動碾壓；
[0146] (f)調(diào)換卡具1上的板狀金屬件的加工表面，重復步驟(c)-(e)，完成板狀金屬件兩 側(cè)表面層片狀梯度結(jié)構(gòu)的制備。
[0147] 微觀結(jié)構(gòu)的分布特征
[0148] 采用實施例3的方法處理板狀退火態(tài)純鎳樣品，然后將樣品分別經(jīng)200#，500#， 1000 #和2000#水磨砂紙上進行磨制，再用粒度為6mi的金剛石拋光液在錦綸拋光盤上進行大 約5分鐘的研磨，最后進行機械拋光15-30分鐘，機械拋光時轉(zhuǎn)速控制在300-400r/min，將處 理好的樣品在配備有背散射電子衍射系統(tǒng)的JE0L-JSM-6500F場發(fā)射型掃描電鏡上進行微 觀結(jié)構(gòu)的掃描，掃描結(jié)果見圖6。
[0149] 從圖6中可以看出，樣品的微觀結(jié)構(gòu)從表層至內(nèi)部呈現(xiàn)出明顯的層片狀梯度結(jié)構(gòu)。
[0150] 層片狀梯度結(jié)構(gòu)的硬度分布情況
[0151] 選用20R鋼制作板狀金屬件，并采用實施例3的方法在板狀金屬件的表面制備層片 狀梯度結(jié)構(gòu)。采用顯微硬度計對該板狀金屬件橫截面的硬度進行了測試，測試結(jié)果見表1。
[0152] 表1硬度分布表
[0154] 由測試結(jié)果可知，該板狀金屬件橫截面的維氏硬度從最表層260kgf/mm2逐漸減小 到內(nèi)部的120kgf/mm 2,并表現(xiàn)出顯著的層片狀梯度結(jié)構(gòu)特性。
[0155] 力學性能測試試驗分析
[0156] 設置試驗1-4和對比試驗1-4,試驗1-4分別采用實施例3、實施例5、實施例7、實施 例9的方法對板狀金屬件表面進行處理，對比試驗1采用未經(jīng)過任何處理的板狀金屬件，對 比試驗2-5分別采用CN103540727A、CN1438332、對照例1、對照例2的方法對板狀金屬件表面 進行處理，上述試驗及對比試驗中板狀金屬件選用20R鋼制作，其大小和形狀均相同，測試 上述板狀金屬件的拉伸強度和斷裂伸長率，試驗結(jié)果見表2。
[0157] 表2力學性能分析
[0159] 將試驗1的力學性能測試結(jié)果與對比試驗1-3對比可知:采用本發(fā)明提供的方法在 板狀金屬件表面制備層片狀梯度結(jié)構(gòu)可以有效提高板狀金屬件的強度，并且可以同時保持 塑性變形能力無顯著降低。
[0160] 將試驗2和試驗1的力學性能測試結(jié)果對比可知，選擇鎢鈷合金球8的壓入深度在 10-1 OOwii之間，以0.01 -0.04mm/r的速度滾動碾壓1 -5遍的制備工藝可以使制備的層片狀梯 度結(jié)構(gòu)的分布更合理，板狀金屬件的強度性能更佳。
[0161] 將試驗3的力學性能測試結(jié)果與試驗2、對比試驗1、對比試驗2對比可知，在使用鎢 鈷合金球8對板狀金屬件進行碾壓加工之前采用由二氧化硅、聚合鋁、碳酸銨和磷酸膽堿組 成的改性液進行改性處理，可以在保持塑性變形能力的同時提高板狀金屬件的強度，減少 改性液的其中一個成分，或變化其中一個成分，提高板狀金屬件強度的效果會變差。
[0162] 將試驗4和試驗3的力學性能測試結(jié)果對比可知，在滾動碾壓過程中采用油性降溫 劑對所述板狀金屬件與鎢鈷合金球8接觸面進行噴霧處理，可以起到潤滑和降溫的作用，改 善滾動碾壓過程，使層片狀梯度結(jié)構(gòu)中的晶粒均勻規(guī)整，有效提高板狀金屬件的強度。
[0163] 耐腐蝕試驗分析
[0164] 設置試驗5和試驗6,分別采用實施例3和實施例10的方法在板狀金屬件表面制備 層片狀梯度結(jié)構(gòu)，所述板狀金屬件選用〇 .5cm厚的20R鋼制作，均裁剪成10cm X 10cm大小的 正方形。將上述板狀金屬件放入溫度為35°C、濕度為98%的中性鹽霧機中進行中性鹽霧試 驗，試驗過程為將濃度為5 %的NaCl水溶液通過噴霧裝置噴霧，讓鹽霧沉降到上述板狀金屬 件上，降霧量為2mL/(h ? cm2)，720h后從中性鹽霧機中取出肉眼觀察其表面腐蝕狀態(tài)，試驗 5中的板狀金屬件表面已經(jīng)有大量的裂紋和多片的大塊表皮鼓起，試驗6中的板狀金屬件表 面僅有少量的點狀腐蝕斑痕;然后清除板狀金屬件表面的可以清除的腐蝕產(chǎn)物，并用純凈 水沖洗后干燥、稱重，試驗5的板狀金屬件的重量損失為1.8%，試驗6的板狀金屬件的重量 損失為〇. 3%。由上述試驗結(jié)果可知，試驗6中的板狀金屬件的耐腐蝕性明顯好于試驗5中的 板狀金屬件的耐腐蝕性，因此可以得出：表面具有層片狀梯度結(jié)構(gòu)的板狀金屬體先后采用 含有羥基甲苯磺酰碘苯和甲苯磺酸的甲醇溶液和碳酸鈉溶液浸泡，可以有效提高表面具有 層片狀梯度結(jié)構(gòu)的板狀金屬體的耐腐蝕性。
[0165] 最后應說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照 較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術(shù)人員應當理解，可以對本發(fā)明的 技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應涵蓋在 本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。
【主權(quán)項】
1. 一種在板狀金屬表面制備層片狀梯度結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，所述方法包括： (a) 對待加工板狀金屬件進行加工前預處理； (b) 將所述板狀金屬件安裝在卡具（1)上，將所述卡具（1)安裝到數(shù)控車床的三抓卡盤 上，同時將帶有鎢鈷合金球(8)的滾動碾壓裝置(2)固定安裝在數(shù)控車床的刀架座上，調(diào)整 數(shù)控車床的轉(zhuǎn)速，使所述卡具(1)帶動所述板狀金屬件以350-500r/min的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)； (c) 使所述鎢鈷合金球(8)對準所述板狀金屬件一側(cè)表面的中心，并調(diào)整所述鎢鈷合金 球(8)與所述板狀金屬件表面間距離，使所述鎢鈷合金球(8)與所述板狀金屬件表面相切； (d) 將所述鎢鈷合金球(8)壓入所述板狀金屬件中10-100μπι，然后沿所述板狀金屬件表 面中心至邊緣的直線方向以0.01-0.04mm/r的速度滾動碾壓1-5遍； (e) 重復步驟(c)-(d); (f) 調(diào)換卡具（1)上的板狀金屬件的加工表面，重復步驟(c)-(e)，完成板狀金屬件兩側(cè) 表面層片狀梯度結(jié)構(gòu)的制備。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(d)的具體過程為:將所述鎢鈷合 金球(8)壓入所述板狀金屬件中20-30μπι，并保持此壓入深度不變，從所述板狀金屬件一側(cè) 表面的中心以0.02-0.03mm/r的速度沿直線方向滾動碾壓至所述板狀金屬件的邊緣;使所 述鎢鈷合金球(8)復位到所述板狀金屬件一側(cè)表面的中心，再將所述鎢鈷合金球(8)壓入所 述板狀金屬件中50_60μπι，并保持此壓入深度不變，以0.02-0.03mm/r的速度沿原碾壓軌跡 滾動碾壓。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(a)包括對所述板狀金屬件進行 去污去油處理和改性處理，所述改性處理為將所述板狀金屬件浸入400-450 °C的改性液中 浸泡6-8h。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述改性液包括如下重量份數(shù)的各成分： 二氧化硅5-8聚合鋁1-2碳酸銨0.5-1磷酸膽堿0.5-1。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(d)-(f)中采用油性降溫劑對所 述鎢鈷合金球(8)與所述板狀金屬件的接觸面進行噴霧處理。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括將經(jīng)過步驟(f)處理后的 所述板狀金屬件在200-240 °C的羥基甲苯磺酰碘苯的濃度為0.5-1.5mol/L以及對甲苯磺酸 的濃度為〇. 5-lmol/L的甲醇溶液中浸泡1-2h;然后在0.1-0.5mol/L的碳酸鈉溶液中浸泡 10-20min;再用蒸餾水沖洗后烘干即可。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述卡具（1)包括底板(3)，所述底板(3)的 一側(cè)設有固定裝置(4)，所述底板(3)的另一側(cè)設有夾緊柱(5)。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述滾動碾壓裝置(2)包括安裝座(6)、與 所述安裝座(6)連接的球托(7)和位于球托(7)內(nèi)的鎢鈷合金球(8)，所述球托(7)包括與所 述安裝座(6)連接的承托座(701)以及與所述承托座(701)連接的夾緊環(huán)(702)，所述承托座 (701)內(nèi)壁從連接夾緊環(huán)(702)的一側(cè)起逐漸收攏，所述夾緊環(huán)（702)的內(nèi)壁從連接承托座 (701)的一側(cè)起逐漸收攏，所述夾緊環(huán)(702)遠離承托座(701)-端的內(nèi)壁直徑小于所述鎢 鈷合金球(8)的直徑，所述夾緊環(huán)(702)遠離承托座(701)-端至所述承托座(701)遠離所述 夾緊環(huán)(702)-端內(nèi)壁之間的距離小于所述鎢鈷合金球(8)的直徑。9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于:所述固定裝置(4)為真空吸盤(9)。
【文檔編號】B21D43/00GK106001255SQ201610557483
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月14日
【發(fā)明人】何東, 李強, 閻昱, 楊明博, 管延智, 陽振峰
【申請人】何東