金屬部件的表面處理的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于金屬部件表面處理的方法，其中，金屬部件（1）的表面被暴露在實(shí)質(zhì)上球形粒子的流，以這種方式，表面的每個(gè)部分收到所述粒子沿著幾個(gè)主要入射范圍，在表面的部分上幾個(gè)主要的入射范圍主要分散在一圓椎體或一圓椎形膜中，所述圓錐形膜具有一在10°到45°之間的外部半頂角，直到納米結(jié)構(gòu)的表面層（3）具有，尤其是一大于50μm的平均厚度被獲得，粒子具有一少于2mm和大于0.1mm的直徑，并且以40m/s-100m/s之間的速度被投射。熱化學(xué)處理隨后被應(yīng)用，尤其是滲氮類型的低溫處理或低壓碳氮共滲類型的高溫處理。
【專利說明】金屬部件的表面處理
[0001]本發(fā)明涉及一種金屬表面的處理領(lǐng)域，尤其涉及一種通過噴丸的處理、并可選擇地結(jié)合熱化學(xué)進(jìn)行處理的方法。
[0002]噴丸是一種廣泛被用于改進(jìn)金屬表面一些特性的技術(shù),例如疲勞壽命。一種噴丸處理方法典型地是以覆蓋程度和強(qiáng)度為特點(diǎn)的，所述覆蓋程度描述了受噴丸影響表面的比例，以及所述強(qiáng)度描述了作用在每一單元面積動(dòng)能的量。在噴丸領(lǐng)域的文獻(xiàn)規(guī)定了覆蓋程度和強(qiáng)度參數(shù)范圍，在所述范圍之外，噴丸的材料發(fā)生劣化，例如破裂和疲勞壽命的減少。導(dǎo)致這些劣化的條件通常用術(shù)語“過度噴丸”表示。
[0003]噴丸處理的后續(xù)研究通過增加在正常規(guī)定范圍之外的噴丸處理，顯著地提高了在表面層產(chǎn)生納米結(jié)構(gòu)材料的可能性。術(shù)語“納米結(jié)構(gòu)”表示獲得一穩(wěn)定相，所述穩(wěn)定相的顆粒尺寸是大約幾十納米。在某些情況下，推定為材料的納米結(jié)構(gòu)阻止微裂隙的傳播，從而上述的劣化不會(huì)發(fā)生。
[0004]材料的納米結(jié)構(gòu)產(chǎn)生有利效果，例如疲勞壽命的增加、硬度的增加、耐腐蝕性的增加、原子擴(kuò)散性的增加、生物相容性的增加、摩擦學(xué)性能的改進(jìn)等。
[0005]在用于產(chǎn)生納米結(jié)構(gòu)表面層的工藝中，注意可能必須采取:
?在正入射下高速或非常高速地發(fā)射細(xì)小或非常細(xì)小粒子進(jìn)入待處理樣本的技術(shù)(細(xì)小粒子射擊或氣噴噴丸)。這些技術(shù)被專門描述在Iron and Steel Institute ofJapan, ISIJ International, Vol47 (2007)，N0.1，ppl57_162 頁公開的內(nèi)容中； ?在較低速度下振動(dòng)較大粒子的技術(shù)，被稱為超聲波噴丸或表面機(jī)械研磨處理。這些技術(shù)被專門描述在 Japan Institute of Metals Materials TransactionsVol.45, N0.2(2004), pp376-379 公開的內(nèi)容中。
[0006]W002/10461描述了在金屬部件表面生成納米結(jié)構(gòu)的方法，其中，類似于捏成軸承滾珠的完美圓球被射入部分的碰撞點(diǎn)，所述部分在可變的入射范圍之下。為了獲得幾十到幾百微米的納米結(jié)構(gòu)厚度，機(jī)械地和/或熱的加壓于待處理的金屬部件表面被說明。
[0007]專利CN101580940A描述了輪胎壓模處理方法。所述方法包含一個(gè)通過納米晶化處理的步驟。納米晶化步驟在連續(xù)振動(dòng)噴丸機(jī)床下進(jìn)行。
[0008]W002/10462描述了一種生成納米結(jié)構(gòu)的方法，其中，球通過球發(fā)射源被射入部分的碰撞點(diǎn)，為了在任一方向產(chǎn)生變形，所述部分沿著不同和可變的入射方向。這一方法也包含一個(gè)納米結(jié)構(gòu)層在550°C和350°C的溫度下的化學(xué)處理步驟。
[0009]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，本發(fā)明提供一用于金屬部件表面處理的方法，包含:
將金屬部件表面暴露在大體上為球形的粒子的粒子流中，從而所述表面的任一部分沿著幾個(gè)主要入射范圍接收所述粒子，在表面部分粒子的主要入射范圍被主要地分布在一圓椎體或一圓椎形薄膜中，所述圓錐形薄膜具有在10°到45°之間的外部半頂角，直到納米結(jié)構(gòu)的表面層制得。例如，表面層大于40 μ m或50 μ m的平均厚度被獲得。
[0010]粒子的直徑小于2mm和大于0.1mm,并且以40m/s-100m/s之間的速度被發(fā)射。
[0011]本發(fā)明核心的概念是創(chuàng)造一個(gè)或多個(gè)能夠沿著變化的和受控制的入射范圍撞擊待處理表面的粒子流，為了施壓于大量的材料原子滑移面。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，納米結(jié)構(gòu)的表面層具有大于40 μ m或50 μ m的平均厚度，納米結(jié)構(gòu)的表面層邊界被界定為金屬部件中硬度大于臨界值的區(qū)域，所述臨界值取決于制作所述部件的金屬材料。
[0012]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，關(guān)于表面處理的現(xiàn)有技術(shù)，所述硬度臨界值是由金屬的硬化來定義的，其等于在金屬部件被處理表面獲得50%硬化。在其它例子中，這個(gè)臨界值可以被定義為其它參數(shù)的函數(shù)，尤其是當(dāng)轉(zhuǎn)換發(fā)生時(shí)材料中結(jié)晶相轉(zhuǎn)換的位置。
[0013]根據(jù)其他優(yōu)選的實(shí)施例，類似方法可能具有一種或多種以下特征。
[0014]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例,粒子具有大于0.3mm和小于1.4mm的直徑。
[0015]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，粒子的入射范圍被大體上連續(xù)不斷地分布在圓椎或圓椎型薄膜中。
[0016]在一個(gè)實(shí)施例中，圓椎或圓椎型薄膜具有10°到30°之間的外部半頂角。
[0017]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，粒子流含有一股沿著中心方向射入的粒子，金屬部件被固定于一支撐以便呈現(xiàn)所述表面，所述表面傾斜地定位在所述中心方向，支撐關(guān)于一軸線旋轉(zhuǎn)，所述軸線與一股粒子中心方向同軸。
[0018]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，關(guān)于中心方向的部件表面的傾角在10°到30°之間，優(yōu)選地，接近于15°。 [0019]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，粒子以50-80m/s的速度被發(fā)射。
[0020]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，粒子的硬度大于處理前部件的表面硬度。
[0021]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，本發(fā)明從而提供一由上述方法處理的表面構(gòu)成的金屬部件，所述表面包含一納米結(jié)構(gòu)表面層，所述納米結(jié)構(gòu)具有一大于40 μ m或50 μ m的平均厚度,納米結(jié)構(gòu)的表面層邊界被界定為金屬部件中硬度大于臨界值的區(qū)域，所述臨界值取決于制作所述部件的金屬材料。
[0022]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，關(guān)于表面處理的現(xiàn)有技術(shù)，所述硬度臨界值是由金屬的硬化來定義的，其等于在金屬部件被處理表面獲得50%硬化。
[0023]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，納米結(jié)構(gòu)的表面層具有大于100 μ m的平均厚度。
[0024]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，本發(fā)明也提供一金屬部件的表面處理設(shè)備，包含:
一能夠產(chǎn)生大體上球形粒子流的發(fā)射裝置，所述粒子具有小于2_和大于0.1mm的直徑，并且以40m/s-100m/s之間的速度被發(fā)射，
一能夠支持金屬部件的支撐，支撐包含一暴露于粒子流的表面，和一能夠修改關(guān)于粒子流支撐方向的促動(dòng)器，從而在支撐表面的主要入射范圍被主要地分布在圓椎或圓椎形薄膜中，所述圓椎或圓椎形薄膜具有在10°到45°之間的外部半頂角。
[0025]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，發(fā)射裝置是能夠產(chǎn)生一股沿著中心方向射入的粒子，支撐的表面被傾斜地放置在所述中心位置，促動(dòng)器能夠裝樞軸于支撐，支撐關(guān)于一軸線旋轉(zhuǎn)，所述軸線與一股粒子中心方向同軸。
[0026]以上所述的噴丸處理可以隨后為熱化學(xué)方法。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，金屬部件的表面暴露在熱化學(xué)條件下，所述熱化學(xué)條件可以引起所述部件金屬結(jié)構(gòu)中物質(zhì)的擴(kuò)散，從而修飾至少從表面開始厚度的一部分上的金屬部件化學(xué)成分。
[0027]在上述噴丸方法中，形成在部件表面的高密度晶界可以被獲得也被觀測到。由于先前獲得的材料納米結(jié)構(gòu)，擴(kuò)散處理從而能夠通過元素富集金屬結(jié)構(gòu)，同未經(jīng)表面納米結(jié)構(gòu)的部分相比，所述元素?cái)U(kuò)散更快或/和到更大的深度或/和在更低的溫度下。所述的熱化學(xué)處理可以首先但不是唯一地影響納米結(jié)構(gòu)層。實(shí)際上，納米結(jié)構(gòu)區(qū)域能夠獨(dú)特地提供有效的進(jìn)氣道，為了也影響底層金屬。
[0028]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述部件由鋼制成。熱化學(xué)條件為一在300°C到590°C間的溫度的滲氮條件，所述滲氮條件導(dǎo)致氮擴(kuò)散到納米結(jié)構(gòu)表面層的鋼的晶界里，這一過程導(dǎo)致分散在所述層上的細(xì)小沉淀物的生成。例如，以氮化物或碳氮化物形式的粒子細(xì)微地分散在納米結(jié)構(gòu)的表面層。
[0029]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，金屬部件由奧氏體不銹鋼或結(jié)構(gòu)鋼組成。并且表面暴露在1000至2000%的覆蓋程度的粒子流。
[0030]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，金屬部件由工具鋼組成，并且表面暴露在粒子流直到至少40 μ m厚度的納米結(jié)構(gòu)層被獲得，例如通過大于3000%的覆蓋程度進(jìn)行噴丸。
[0031]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，熱化學(xué)條件為一 750°C到1100°C之間溫度的低壓碳氮化共滲條件，所述共滲條件導(dǎo)致納米結(jié)構(gòu)表面層的再結(jié)晶和氮擴(kuò)散到再結(jié)晶表面層的鋼的晶界里，這一過程生成或利于細(xì)微分散在再結(jié)晶表面層的碳氮化物粒子的形成。
[0032]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，金屬部件暴露在熱化學(xué)條件的步驟包含:
對金屬部件逐步升溫直至所述碳氮共滲溫度并且保持溫度在所述碳氮共滲溫度，溫度上升和溫度保持的合并持續(xù)時(shí)間小于3小時(shí)。
[0033]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，合并持續(xù)時(shí)間在0.5到1.5小時(shí)之間。
[0034]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，表面暴露在400到1000%的覆蓋程度的粒子流。
[0035]類似地，其他熱化學(xué)處理導(dǎo)致沉淀物的形成，根據(jù)分散的元素，所述沉淀物具有不同化學(xué)性質(zhì)?？傊惹安牧系募{米結(jié)構(gòu)有利于以細(xì)小和分散的形式的沉淀物的結(jié)構(gòu)，和抑制粗糙形式或弱化連續(xù)網(wǎng)形式的沉淀物的形成。
[0036]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，發(fā)射裝置是能夠產(chǎn)生一股沿著中心方向射入的粒子，支撐的表面被傾斜地放置在所述中心位置，促動(dòng)器能夠裝樞軸于支撐，支撐關(guān)于一軸線旋轉(zhuǎn)，所述軸線與一股粒子中心方向同軸。
[0037]本發(fā)明的一些方面是基于設(shè)計(jì)用于納米結(jié)構(gòu)化材料的想法之上，所述方法具有高的生產(chǎn)率以便在相對短的時(shí)間內(nèi)制造相對厚的納米結(jié)構(gòu)層。本發(fā)明的另一些方面基于制作相對同質(zhì)的納米結(jié)構(gòu)表面層的想法。本發(fā)明的一些方面是基于設(shè)計(jì)用于納米結(jié)構(gòu)化材料的想法之上，所述方法能夠被應(yīng)用于不同的幾何形狀，尤其是凹形。本發(fā)明的一些方面是基于設(shè)計(jì)納米機(jī)構(gòu)化材料方法的想法之上，所述方法相對容易和經(jīng)濟(jì)的實(shí)現(xiàn)。
[0038]本發(fā)明將更好地被理解，并且在以下本發(fā)明的幾個(gè)特殊實(shí)施例的描述過程中，其他目的、細(xì)節(jié)、特征和優(yōu)點(diǎn)由此變得更加顯而易見，其只考慮描述和非限制性的方式，參考附圖。
[0039]在這些圖中:
圖1是納米結(jié)構(gòu)化金屬表面的方法示意圖。
[0040]圖2是適合于實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例方法的噴丸機(jī)原理透視圖。
[0041]圖1是用于納米結(jié)構(gòu)化金屬表面的方法示意圖。
[0042]圖2是適合于實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例方法的噴丸機(jī)原理透視圖。
[0043]圖3是由圖2所不機(jī)器廣生的粒子噴流不意圖。
[0044]圖4是由圖2所示的機(jī)器的操作圖。[0045]圖5顯示的是幾種噴丸條件下金屬部件厚度的變化，它是一個(gè)關(guān)于被處理表面下方深度的函數(shù)。
[0046]圖6顯示的是如圖5中噴丸條件下納米結(jié)構(gòu)表面層厚度的變化，它是一個(gè)關(guān)于覆蓋程度的函數(shù)。
[0047]圖7顯示的是幾個(gè)射出尺寸下處理時(shí)間的變化，它是一個(gè)關(guān)于覆蓋程度的函數(shù)。
[0048]圖8顯示的是噴丸條件下表面硬度和納米結(jié)構(gòu)表面層厚度的變化，它是一個(gè)關(guān)于覆蓋程度的函數(shù)。
[0049]圖9顯示的是被處理部件附件的各種模式下納米結(jié)構(gòu)表面層厚度的變化，它是一個(gè)關(guān)于覆蓋程度的函數(shù)。
[0050]圖10顯示的是幾個(gè)噴丸條件下納米結(jié)構(gòu)表面層厚度的變化，它是一個(gè)關(guān)于如圖2所示機(jī)器的支撐傾角的函數(shù)。
[0051]圖11顯示的是幾個(gè)噴丸條件下由不同金屬材料制成的部件硬度的變化，它是一個(gè)關(guān)于被處理表面下方的深度的函數(shù)。
[0052]圖12顯示的是不同金屬材料中納米結(jié)構(gòu)表面厚度的變化，它是一個(gè)關(guān)于覆蓋程度的函數(shù)。
[0053]圖13和14顯示的是兩個(gè)不同噴射速率下表面硬度和納米結(jié)構(gòu)表面層厚度的變化，它們是關(guān)于覆蓋程度的函數(shù)。
[0054]圖15顯示 的是另一個(gè)噴丸條件下表面硬度和納米結(jié)構(gòu)表面層厚度的變化，它是一個(gè)關(guān)于覆蓋程度的函數(shù)。
[0055]圖16是一由噴丸方法處理的代表撞擊影響區(qū)域部分的橫截面示意圖。
[0056]圖17-20是納米結(jié)構(gòu)表面層的光學(xué)顯微鏡圖。
[0057]圖21為未經(jīng)在先噴丸的滲氮步驟下被處理部件中碳和氮的擴(kuò)散曲線圖。
[0058]圖22為先后經(jīng)噴丸步驟、圖21中滲氮步驟處理的部件中碳和氮的擴(kuò)散曲線圖。
[0059]圖23為先后經(jīng)納米結(jié)構(gòu)化，滲氮步驟和噴丸步驟處理的部件以及只經(jīng)滲氮步驟和噴丸步驟處理的部件中的各自殘留應(yīng)力輪廓圖。
[0060]圖24為先后經(jīng)噴丸步驟，低壓碳氮共滲步驟處理的部件以及只經(jīng)低壓碳氮共滲步驟處理的部件中的各自維氏硬度輪廓圖。
[0061]圖25和26分別為未經(jīng)和經(jīng)在先納米結(jié)構(gòu)化的520°C的氣相滲氮處理，結(jié)構(gòu)鋼32CrMoV13樣品在表面附近的橫截面的電子顯微鏡圖。
[0062]圖27和28分別為未經(jīng)和經(jīng)在先納米結(jié)構(gòu)化的520°C的氣相滲氮處理，工具鋼X38CrMoV5樣品在表面附近的橫截面的電子顯微鏡圖。
[0063]圖29和30分別為未經(jīng)和經(jīng)在先納米結(jié)構(gòu)化的低壓碳氮共滲處理，鋼23MnCrMo5樣品在表面附近的橫截面的電子顯微鏡圖像。
[0064]圖31顯示的是用另一硬度測試方法的一些噴丸條件下金屬部件硬度的變化，它是一個(gè)關(guān)于被處理表面下的深度的函數(shù)。
[0065]圖32為具有納米結(jié)構(gòu)表面層的金屬部件的橫截面示意圖，所述納米結(jié)構(gòu)表面層是一個(gè)關(guān)于被處理表面下的深度的函數(shù)，測量硬度曲線也被放在圖上。
[0066]圖33顯示的是經(jīng)噴丸處理部件的表面硬度和納米結(jié)構(gòu)表面層厚度的變化，它們是關(guān)于覆蓋厚度的函數(shù)。[0067]圖35顯示的是根據(jù)如圖34升溫但還有1.5小時(shí)持續(xù)的模擬期間內(nèi)時(shí)間、溫度的變化。
[0068]圖36顯示的是根據(jù)模擬溫度如圖34升溫但還有3小時(shí)持續(xù)的模擬期間內(nèi)時(shí)間、溫度的變化。
[0069]以下是關(guān)于噴丸方法的實(shí)施例描述，所述方法能夠在金屬部件上獲得一納米結(jié)構(gòu)表面層。除非有相反情況指出，以下所述的本實(shí)驗(yàn)結(jié)果由平坦金屬樣品獲得。
[0070]參照圖1，納米結(jié)構(gòu)化金屬表面I的方法按照圖示被顯示。在左側(cè)的圖中，處理之前，一直到表面I的材料中晶粒2的尺寸典型地是幾十到幾百μ--。在右側(cè)的圖中，處理之后，在表面層3上的材料中晶粒減少到幾十nm，例如大約20nm，同時(shí)更大尺寸的晶粒持續(xù)存在在材料的更深處。隨后，垂直于表面I和朝開始于表面的材料里面定位軸z被定義。表面充當(dāng)維度的參考。在表面層3和未改變的材料深處之間晶粒尺寸的轉(zhuǎn)換實(shí)際上比圖中更平穩(wěn)。
[0071]在層3中材料的納米結(jié)構(gòu)化是穩(wěn)定的直到溫度上升到至少600°C。涂有類似納米結(jié)構(gòu)層的金屬部件可能被用于各種各樣行業(yè)，例如在耐磨性和抗疲勞性是關(guān)鍵特性的領(lǐng)域中的應(yīng)用。
[0072]參照圖2，其描述了一可用于制造類似納米結(jié)構(gòu)化層的噴丸機(jī)器10。為了制造一股以速度V射出的射擊，機(jī)器10包含一由發(fā)射庫和一空氣壓縮機(jī)(沒有顯示)提供的發(fā)射噴嘴11，所述速度V根據(jù)射擊粒子的尺寸可能不同。根據(jù)公知技術(shù)，作為一個(gè)變體，射擊粒子的發(fā)射也可以使用葉片式渦輪機(jī)實(shí)現(xiàn)。普通的噴丸設(shè)備使得獲得大約20m/s-大約120m/s之間范圍的速度成為可能。
[0073]所用的射擊，優(yōu)選地，由原子化的粒子構(gòu)成。在相對具有優(yōu)勢的成本和較好的球形率下，例如大于或等于85%，類似粒子可能被大量的制造。他們的成本大體上低于如軸承滾珠的珠的成本，其制造方法是幾乎統(tǒng)一的為了得到大于99%的球形率。
[0074]可替代地，其它常規(guī)的噴丸媒介可以被使用，例如，有條件地切電線、玻璃微珠或陶瓷球。
[0075]發(fā)射噴嘴11被固定在面對一移動(dòng)支撐設(shè)備12，所述設(shè)備12被以下方式構(gòu)造:一安裝在回轉(zhuǎn)馬達(dá)中軸上的金屬盤13，所述回轉(zhuǎn)馬達(dá)沒有顯示，例如一電動(dòng)機(jī)，為了能夠關(guān)于一固定支架19旋轉(zhuǎn)。盤13的中心旋轉(zhuǎn)軸是與噴嘴11的中心發(fā)射軸同軸。放置在盤13之上的是一可傾斜的支撐14，其相對于盤13傾斜的角度可以通過螺絲的部件調(diào)整。在可傾斜支撐14的中心部分周圍固定的是夾緊裝置15，所述夾緊裝置15裝備有平行于支撐14的螺絲16。為了在夾緊裝置15和其松開之間固定部分，螺絲16可以固定在待處理部分上，所述松開是為了在處理后取出部分。
[0076]參考圖3，按照圖示描述了由發(fā)射噴嘴11制造的一股粒子20。噴射20具有一近似于圓椎形的形狀，所述圓椎形形狀具有半頂角β。半頂角β可能被測量，例如，作為在被撞擊區(qū)域21的半徑P和從區(qū)域21到噴嘴11的孔口 22之間的距離L之間的比例。
[0077]參考圖4，噴丸機(jī)器10的操作原則被描述。對于一平行于支撐14的平坦樣本，處于噴射20的中心軸25周圍的表面部分收到粒子，所述粒子關(guān)于局部法線方向27入射角(α -β )。處在噴射20相對邊緣的表面部分收到粒子，所述粒子關(guān)于局部法線方向28入射角(α +β )。[0078]當(dāng)在粒子發(fā)射期間支撐設(shè)備12轉(zhuǎn)動(dòng)，處于噴射20中樣本的任何部分撞擊在處于差不多圓椎形薄膜的入射范圍中。這個(gè)圓錐形薄膜是薄的，朝向與角度保持一致的噴射中心，和更大范圍地朝向包含(α-β )和(α+β )之間所有角度的噴射外圍。如果β≥α，圓錐形薄膜簡化成一圓錐體。在支撐設(shè)備12旋轉(zhuǎn)期間，被處理表面區(qū)域可能撞擊處在圓錐形薄膜中所有仰角值角度。機(jī)器10的這個(gè)特性使得在不同金屬上相對高生產(chǎn)力的制作納米結(jié)構(gòu)化層成為可能，其將在以下測試中重新計(jì)算。在以下測試中，角度β等于8°左右，并且距離L等于300mm左右。當(dāng)然，它不排除一小部分粒子沿著噴射20的主要方向的外部不規(guī)則軌道線被射入。
[0079]以下描述的測試被不同種類的撞擊執(zhí)行，其主要特性在圖1中被提到，根據(jù)SAEJ444標(biāo)準(zhǔn)。撞擊類型的公稱直徑被定義在分布的中數(shù)直徑上:撞擊類型的粒子重量的50%被認(rèn)為具有小于公稱直徑的直徑，并且50%具有一更大的直徑。
[0080]表1:根據(jù)SAE J444標(biāo)準(zhǔn)的撞擊特性.公稱
【權(quán)利要求】
1.一種用于金屬 部件表面處理的方法，包含: 將金屬部件表面(I)暴露在大體上球形的粒子流(20)中，從而沿著幾個(gè)主要入射范圍所述表面的任一部分接收所述粒子，在表面部分粒子的主要入射范圍被主要地分布在一圓椎或一圓椎型薄膜中，所述圓錐形薄膜具有一外部半頂角(α、α+β、α_β)在10°到45°之間，直到納米結(jié)構(gòu)的表面層(3)被獲得， 粒子的直徑小于2mm和大于0.1mm,并且以40m/s-100m/s之間的速度被發(fā)射； 并且使金屬部件的表面(I)暴露在熱化學(xué)條件，可以導(dǎo)致物質(zhì)擴(kuò)散到部件的金屬結(jié)構(gòu)中，目的是修飾金屬部件在其厚度的至少一部分上的化學(xué)成分，所述厚度從表面(I)開始。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述部件由鋼制成，所述熱化學(xué)條件為300° C與590° C間的滲氮條件，可以導(dǎo)致氮擴(kuò)散到納米結(jié)構(gòu)表面層(3)的鋼的晶界內(nèi)，該過程引起分散在所述層的細(xì)微沉淀的生成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述金屬部件由奧氏體不銹鋼或結(jié)構(gòu)鋼組成，并且所述表面(I)暴露在覆蓋程度1000-2000%的粒子流。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述金屬部件由工具鋼組成，并且所述表面(I)暴露在覆蓋程度大于3000%的粒子流。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述部件由鋼制成，熱化學(xué)條件為750°C與1100° C間的低壓碳氮共滲條件，可以導(dǎo)致納米結(jié)構(gòu)的表面層(3)的再結(jié)晶化和氮擴(kuò)散到再結(jié)晶表面層的鋼的晶界內(nèi)，該過程引起碳氮化物粒子的形成，所述碳氮化物粒子細(xì)微地分散在再結(jié)晶化的表面層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，暴露金屬部件在熱化學(xué)條件的步驟包括:金屬部件逐步升溫到所述碳氮共滲溫度，并保持溫度在所述碳氮共滲溫度，上升溫度和保持溫度的合并期間少于3小時(shí)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述合并期間為0.5h-l.5h。
8.根據(jù)權(quán)利要求5-7任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述表面(I)暴露為400%-1000%的覆蓋度的粒子流下。
9.根據(jù)權(quán)利要求2-8任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，依據(jù)NFA 04-102，滲氮或碳氮共滲部件的表面(I)鋼的晶粒具有尺寸指數(shù)大于或等于10。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述基本上球形粒子的直徑大于0.3mm或小于1.4mm。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-10任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述球形粒子的入射范圍基本上連續(xù)不斷地分布。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述圓椎或者圓椎薄膜的外部半頂角在10° -30°之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-12任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，粒子流包含一股沿中心方向(25)發(fā)射的粒子(20)，金屬部件固定在一個(gè)支撐(14)上，以便呈現(xiàn)所述表面被傾斜地放置在所述中心位置，所述支撐繞一軸線旋轉(zhuǎn)，所述軸線與所述一股粒子中心方向同軸。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，部件U)的表面的傾斜與中心方向相比為10° -30°，優(yōu)選地，接近于15°。
15.根據(jù)權(quán)利要求1-14任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述球形粒子以50-80m/s間的速度投射。
16.根據(jù)權(quán)利要求1-15任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述球形粒子的硬度大于處理前的部件表面的硬度。
17.—種包含由權(quán)利要求1-16任意一項(xiàng)所述的方法處理表面的金屬部件(1),其特征在于，所述表面包含納米結(jié)構(gòu)的表面層(3)，所述納米結(jié)構(gòu)具有幾十微米的平均厚度。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的金屬粒子，其特征在于，納米結(jié)構(gòu)表面層具有至少大于40um的平均厚度，納米結(jié)構(gòu)表面層的邊界由金屬部件的區(qū)域來決定，納米結(jié)構(gòu)的表面層邊界被界定為金屬部件中硬度大于臨界值的區(qū)域，所述臨界值取決于制作所述部件的金屬材料。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的金屬部件，其特征在于，所述硬度臨界值是由金屬的硬化來定義的，其等于在金屬部件被處理表面獲得50%硬化。
【文檔編號(hào)】C21D7/06GK103635601SQ201280029799
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2012年6月18日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月17日
【發(fā)明者】托尼·普瑞澤沃, 泰迪·馬勒, 米歇爾·巴隆, 詹·薩繆爾, 伊曼紐爾·德朗薩爾 申請人:溫歐爾公司