CN111975297A

CN111975297A - 一种铜合金表面高能微弧沉积层制备及滚压后处理强化工艺

Info

Publication number: CN111975297A
Application number: CN202010820942.XA
Authority: CN
Inventors: 赵阳; 常青; 郭迎春; 王晓明; 韩国峰; 王文宇; 任智强; 朱胜; 周克兵; 臧艳; 何东昱; 杨海欧; 尹国明; 彭战武
Original assignee: Academy of Armored Forces of PLA
Current assignee: Academy of Armored Forces of PLA
Priority date: 2020-08-14
Filing date: 2020-08-14
Publication date: 2020-11-24
Anticipated expiration: 2040-08-14
Also published as: CN111975297B

Abstract

本发明提供一种铜合金表面高能微弧沉积层制备及滚压后处理强化工艺，包括如下步骤：S1：将待加工工件表面打磨光滑；S2：采用高能电弧熔丝沉积成型工艺在待加工工件表面形成铜合金沉积层；S3：将所述铜合金沉积层进行磨平处理；S4：采用滚压机床对磨平后的铜合金沉积层进行滚压得到加工硬质层。本专利结合了高能微弧与滚压优势，及保证沉积层制备效率，又提高了沉积层的质量。本专利可用于铜合金的修复及防护。

Description

一种铜合金表面高能微弧沉积层制备及滚压后处理强化工艺

技术领域

本发明涉及铜合金材料加工及保护技术领域，具体而言是对铜合金构件表面损伤进行修复及防护层制备工艺，尤其涉及一种铜合金表面高能微弧沉积层制备及滚压后处理强化工艺。

背景技术

目前铜合金的沉积层制备多数都采用堆焊技术、电火花沉积技术、电刷镀技术和喷涂技术，虽然堆焊技术效率较高、结合强度高、成本较低，但热输入大，易造成基体变形；而电火花沉积技术虽然热影响小，但沉积效率低、沉积厚度薄；电刷镀技术修复精度高，但沉积效率较低且易造成污染；喷涂技术修复层厚度大，但沉积层内可能会存在较多缺陷。高能微弧沉积技术以其热影响小，沉积层与基体形成冶金结合，结合强度高等优点在铜合金修复强化中得到广泛应用，但是传统高能微弧沉积层表面性能受沉积丝材自身物性限制，其硬度和耐磨性难以满足使役性能要求。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种铜合金表面高能微弧沉积层制备及滚压后处理强化工艺。本发明主要利用高能微弧技术制备沉积层并对其进行滚压处理。

本发明采用的技术手段如下：

一种铜合金表面高能微弧沉积层制备及滚压后处理强化工艺，包括如下步骤：

S1：将待加工工件表面打磨光滑；

S2：采用高能电弧熔丝沉积成型工艺在待加工工件表面形成铜合金沉积层；

S3：将所述铜合金沉积层进行磨平处理；

S4：采用滚压机床对磨平后的铜合金沉积层进行滚压得到加工硬质层。

在所述步骤S2中高能电弧熔丝沉积成型工艺中采用的高能微弧电源参数为：功率2800～3400W、占空比0.65～0.95、频率1.0～2.5Hz；

在所述步骤S2中形成的铜合金沉积层厚度为2～3mm。

在所述步骤S4中滚压具体工艺为：首先将滚压头设备固定到滚压机床的转台上；打开滚压机床的压缩空气机后使滚压头钢珠的顶端与铜合金沉积层表面接触，进行超声表面机械滚压得到加工硬质层；超声表面机械滚压处理选用滚压头钢珠的直径为14mm；滚压处理时，钢珠接受滚压头传递的超声能量，并保证铜合金沉积层各区域都完全经受处理。滚压机床选取的加工参数为：转速1000～10000r/min，进给速度10～50mm/min，下压量0.05～1mm，振动频率5～30kHz，振动幅值1～20μm，润滑液采用白油。

本专利结合了高能微弧与滚压优势，及保证沉积层制备效率，又提高了沉积层的质量。本专利可用于铜、钢、铝、钛及其他有色金属的修复及防护。

基于上述理由本发明可在合金材料加工等领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明具体实施方式中滚压前后硬度变化图。

图2为本发明具体实施方式中滚压前后磨损率变化图。

图3为本发明具体实施方式中滚压前后磨痕对比图，其中图(a)表示滚压前沉积层磨痕三维形貌，图(b)表示滚压后沉积层磨痕三维形貌；图(c)表示滚压前沉积层磨痕整体形貌；图(d)表示滚压前沉积层磨痕微观形貌；图(e)表示滚压后沉积层磨痕整体形貌图(f)表示滚压后沉积层磨痕微观形貌。

图4为本发明具体实施方式中滚压原理图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1～4所示，一种铜合金表面高能微弧沉积层制备及滚压后处理强化工艺，包括如下步骤：

S1：将待加工工件表面打磨光滑；

S3：将所述铜合金沉积层进行磨平处理；

高能电弧熔丝沉积成型工艺，主要采用高能微弧电源和与其连接的沉积枪，在所述步骤S2中高能电弧熔丝沉积成型工艺中采用的高能微弧电源参数为：功率3400W、占空比0.75、频率2.0Hz；

在所述步骤S2中形成的铜合金沉积层厚度为2～3mm。

在所述步骤S4中滚压机床选取的加工参数为：转速5000r/min，进给速度25mm/min，下压量0.1mm，振动频率20kHz，振动幅值9μm，润滑液采用白油。

滚压工艺兼具表面精整与强化的作用，滚压一般是通过刚玉、金刚石或淬火钢等硬质材料做成的滚珠或轴，在材料表面压入一定深度并滚动，能够消除切削加工形成的波峰、波谷，并形成加工硬化层，提高表面硬度，其基本原理如图4所示。滚压工艺有如下好处：(1)与铣削等机械加工相比，滚压之后的表面粗糙度更低，且精度高于铣削加工，因而其可以代替精整抛光等工序。(2)加工硬化区较浅，沉积层内部合金原有的韧性没有被破坏而表面硬度得到显著提升。(3)沉积层的耐疲劳性能由于滚压产生的残余压应力而得到显著提高。(4)强化效果显著，设备简单，加工成本低。表面滚压属于冷加工，既不会产生热影响，又能够完全避免氧化现象，而铜合金的流动性和韧性良好，在塑性加工时不会出现开裂和折叠，因此滚压加工十分适合铜合金沉积层表面的后处理。

滚压处理后的表面晶粒变为长条状组织，且晶界在金属流动作用下消失。滚压强化可以将表面硬度提升近一倍。沉积层通过后处理工艺，沉积层的耐磨性得到了较为显著的改善。滚压后的试样较处理前，其磨损率下降了50.3％，粘着表面滚压处理有效地缓解了磨屑整片脱落及疲劳裂纹，并减轻了磨痕的深度。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种铜合金表面高能微弧沉积层制备及滚压后处理强化工艺，其特征在于，包括如下步骤：

S1：将待加工工件表面打磨光滑；

S3：将所述铜合金沉积层进行磨平处理；

2.根据权利要求1所述的一种铜合金表面高能微弧沉积层制备及滚压后处理强化工艺，其特征在于：

在所述步骤S2中形成的铜合金沉积层厚度为2～3mm。

3.根据权利要求1或2所述的一种铜合金表面高能微弧沉积层制备及滚压后处理强化工艺，其特征在于：

在所述步骤S4中滚压机床选取的加工参数为：转速1000～10000r/min，进给速度10～50mm/min，下压量0.05～1mm，振动频率5～30kHz，振动幅值1～20μm，润滑液采用白油。