用于處理金屬結(jié)構(gòu)的表面的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于處理金屬結(jié)構(gòu)的表面的裝置和方法。具體但非唯一地，本發(fā)明涉及用于處理管狀金屬結(jié)構(gòu)的表面的裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]管狀金屬結(jié)構(gòu)廣泛地應(yīng)用于包括制造業(yè)和建筑業(yè)在內(nèi)的行業(yè)中，用于承載負荷或者提供支撐。人們致力于改善這些管狀金屬結(jié)構(gòu)的強度從而提高管狀金屬結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。管狀金屬結(jié)構(gòu)強度的提高同樣有助于將龐大和笨重的金屬管道替換成小型和較輕的管道，從而減小由此形成的產(chǎn)品或者結(jié)構(gòu)的總體尺寸和重量。
[0003]表面處理或者表面加工是一種改善結(jié)構(gòu)(特別是金屬結(jié)構(gòu))強度的實用的方法。在1999年，表面機械研磨處理(SMAT)的加工方法首先由K.Lu和J.Lu提出，并且從那時起這種加工方法在該領(lǐng)域逐漸引起了人們更多的興趣。SMAT是一種能有效地在金屬表面產(chǎn)生納米晶結(jié)構(gòu)層的方法。將具有光滑球形表面的，由不銹鋼、碳化鎢和陶瓷等材料制成的球體與金屬樣品一起放置于工作腔室中進行表面處理。所述球體被振動器激勵從而開始運動，所述樣品在很短的時間內(nèi)被快速移動的球體反復(fù)碰撞。每次碰撞產(chǎn)生的沖擊能夠在金屬樣品的表面形成具有高應(yīng)變率的塑性變形。這些從不同方向反復(fù)施加于樣品表面的高應(yīng)變率的沖擊導(dǎo)致了大量的塑性變形和晶粒細化，在整個樣品表面上晶體逐步地達到納米級別，因此被處理樣品表面的強度顯著提高。
[0004]SMAT在提高平板結(jié)構(gòu)表面或者管狀結(jié)構(gòu)外表面的強度等方面的能力已成功獲得驗證。然而，如何對管狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面進行處理仍然沒有得到解決，從而影響管狀結(jié)構(gòu)處理的能力和被處理結(jié)構(gòu)的強度。因此，人們還在不斷尋求簡單有效的處理管狀結(jié)構(gòu)內(nèi)表面的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)本發(fā)明的第一個方面，提供一種用于處理表面的方法，包括步驟:將具有內(nèi)表面的結(jié)構(gòu)支撐于平臺上，設(shè)置至少一個鄰近所述內(nèi)表面的球體，將反彈部件設(shè)置于鄰近所述內(nèi)表面的位置，其中，所述至少一個球體適于被振動裝置激勵而運動并且與所述內(nèi)表面及所述反彈部件碰撞，由此產(chǎn)生對所述內(nèi)表面的沖擊。
[0006]在所述第一方面的實施方式中，所述反彈部件的至少一部分設(shè)置于所述結(jié)構(gòu)中。
[0007]在所述第一方面的實施方式中，所述振動裝置位于所述平臺下方。
[0008]在所述第一方面的實施方式中，所述振動裝置至少部分地位于所述結(jié)構(gòu)中。
[0009]在所述第一方面的實施方式中，所述結(jié)構(gòu)位于能夠使該結(jié)構(gòu)的中心軸線垂直于所述平臺的位置。
[0010]在所述第一方面的實施方式中，所述結(jié)構(gòu)的所述中心軸線設(shè)置為平行于所述反彈部件的縱向軸線。
[0011]在所述第一方面的實施方式中，所述結(jié)構(gòu)與所述反彈部件同軸設(shè)置。
[0012]在所述第一方面的實施方式中，所述結(jié)構(gòu)、所述反彈部件和所述振動裝置同軸設(shè)置。
[0013]在所述第一方面的實施方式中，所述結(jié)構(gòu)為管狀結(jié)構(gòu)。
[0014]在所述第一方面的實施方式中，所述反彈部件包括沿圓周地鄰接所述結(jié)構(gòu)的所述內(nèi)表面的圓形的側(cè)壁。
[0015]在所述第一方面的實施方式中，所述反彈部件包括至少一個向下延伸并且從所述圓形側(cè)壁向內(nèi)漸縮的傾斜的壁面，所述至少一個傾斜的壁面適于與所述球體碰撞。
[0016]在所述第一方面的實施方式中，所述反彈部件的至少一部分為錐臺形。
[0017]在所述第一方面的實施方式中，所述結(jié)構(gòu)由金屬或者金屬合金制成。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種用于處理表面的裝置，包括用于支撐具有內(nèi)表面的結(jié)構(gòu)的平臺，至少一個設(shè)置于鄰近所述內(nèi)表面的球體，以及具有至少一個反彈表面的反彈部件，其中，所述至少一個球體適于被振動裝置激勵而運動并且與所述內(nèi)表面及所述反彈表面碰撞，由此產(chǎn)生對所述內(nèi)表面的沖擊。
[0019]在所述第二方面的實施方式中，所述反彈部件的至少一部分設(shè)置于所述結(jié)構(gòu)中。
[0020]在所述第二方面的實施方式中，所述振動裝置包括超聲振動變幅器。
[0021]在所述第二方面的實施方式中，所述振動裝置位于所述平臺表面下方。
[0022]在所述第二方面的實施方式中，所述振動裝置至少部分地位于所述結(jié)構(gòu)中。
[0023]在所述第二方面的實施方式中，所述結(jié)構(gòu)位于能夠使該結(jié)構(gòu)的中心軸線垂直于所述平臺的位置。
[0024]在所述第二方面的實施方式中，所述結(jié)構(gòu)的所述中心軸線設(shè)置為平行于所述反彈部件的縱向軸線。
[0025]在所述第二方面的實施方式中，所述結(jié)構(gòu)與所述反彈部件同軸設(shè)置。
[0026]在所述第二方面的實施方式中，所述結(jié)構(gòu)、所述反彈部件和所述振動裝置同軸設(shè)置。
[0027]在所述第二方面的實施方式中，所述結(jié)構(gòu)為管狀結(jié)構(gòu)。
[0028]在所述第二方面的實施方式中，所述反彈部件包括沿圓周地鄰接所述結(jié)構(gòu)的所述內(nèi)表面的圓形的側(cè)壁。
[0029]在所述第二方面的實施方式中，所述反彈部件包括至少一個向下延伸并且從所述圓形側(cè)壁向內(nèi)漸縮的傾斜的壁面，所述至少一個傾斜的壁面適于與所述至少一個球體碰撞。
[0030]在所述第二方面的實施方式中，所述反彈部件包括從所述至少一個傾斜的壁面向下延伸的底座部，所述底座部位于鄰近所述平臺的位置。
[0031]在所述第二方面的實施方式中，所述反彈部件的至少一部分為錐臺形。
[0032]在所述第二方面的實施方式中，所述管狀結(jié)構(gòu)由金屬或者金屬合金制成。
[0033]在所述第二方面的實施方式中，所述平臺由支撐裝置支撐。
[0034]在所述第二方面的實施方式中，所述結(jié)構(gòu)通過固定裝置設(shè)置于所述平臺上。
[0035]本發(fā)明的更多的方面將通過下述的【附圖說明】來闡明，【附圖說明】僅用于通過實施案例闡明本發(fā)明。
【附圖說明】
[0036]圖1顯示的是本發(fā)明中用于表面處理的裝置的【具體實施方式】的示意圖；
[0037]圖2顯示的是本發(fā)明的反彈部件的實施方式的示意圖；
[0038]圖3顯示的是本發(fā)明的反彈部件的基本結(jié)構(gòu)剖視圖；
[0039]圖4顯示的是本發(fā)明的反彈部件的進一步的實施方式的示意圖；
[0040]圖5顯示的是利用本發(fā)明中具有如圖2所示的反彈部件的裝置進行表面處理后的管狀結(jié)構(gòu)樣品的微觀硬度分布圖；
[0041]圖6顯示的是表面處理后的平板樣品和利用本發(fā)明中具有如圖2和圖4所示結(jié)構(gòu)的反彈部件進行表面處理后的管狀結(jié)構(gòu)樣品的X射線衍射(XRD)圖；
[0042]圖7顯示的是根據(jù)本發(fā)明裝置的裝配示意圖。
【具體實施方式】
[0043]本發(fā)明涉及一種用于處理金屬結(jié)構(gòu)內(nèi)表面的裝置。所述裝置包括平臺，該平臺用于支撐具有內(nèi)表面的結(jié)構(gòu)；振動機構(gòu)，該振動機構(gòu)具有至少一個鄰近所述內(nèi)表面設(shè)置的球體；以及反彈部件，該反彈部件具有至少一個反彈表面；其中，所述至少一個球體適于由振動機構(gòu)激勵而運動并且適于與結(jié)構(gòu)內(nèi)表面以及反彈表面碰撞從而產(chǎn)生對結(jié)構(gòu)內(nèi)表面的沖擊。
[0044]本發(fā)明還涉及一種處理金屬結(jié)構(gòu)內(nèi)表面的方法。所述方法包括步驟:將具有內(nèi)表面的結(jié)構(gòu)支撐于平臺和振動機構(gòu)上；將至少一個球體設(shè)置于鄰近所述內(nèi)表面的位置；其中，所述至少一個球體適于由振動機構(gòu)激勵而運動并且適于與結(jié)構(gòu)內(nèi)表面以及反彈部件碰撞從而產(chǎn)生對結(jié)構(gòu)內(nèi)表面的沖擊。
[0045]具體而言，本發(fā)明涉及用于處理機械結(jié)構(gòu)的表面(具體但非唯一地，金屬管狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面)的表面機械研磨處理(SMAT)方法的使用。另外，術(shù)語“金屬”可包括金屬、金屬合金或者金屬與金屬合金的混合物。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到本發(fā)明的裝置和方法也適用于處理具有不同形狀或者幾何構(gòu)造的結(jié)構(gòu)，或者由其他材料制成的結(jié)構(gòu)，以及只要是技術(shù)人員能夠考慮到的適用結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面。
[0046]圖1是本發(fā)明的表面處理裝置10的【具體實施方式】的示意圖。如圖1所示，管