[發明專利]一種金屬表面超聲波鑲嵌納米金剛石的方法

在審

• 申請號: 201510283605.0
• 申請日: 2015-05-29
• 公開（公告）號: CN104862688A
• 公開（公告）日: 2015-08-26
• 發明（設計）人: 張軍
• 申請（專利權）人: 山東鑫茂奧奈特復合固體潤滑工程技術有限公司
• 主分類號: C23C24/04
• 分類號: C23C24/04
• 代理公司: 西安吉盛專利代理有限責任公司 61108
• 代理人: 邱志賢

技術領域

本發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

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覆層破損和脫落等現象。

發明內容

本發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。

???本發明的技術方案是：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。

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。

所述的金屬/金剛石復合層內部具有壓應力，晶粒尺寸小于2μm，厚度20μm～200μm。

所述的納米金剛石顆粒的粒度為10nm～1000nm。

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（1）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25μm～75μm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15μm～45μm，沖擊頭對金屬或合金表面的壓力2MPa～10MPa。

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。

本發明的有益效果是：該方法經濟實用，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良的抗磨粒磨損性能和抗疲勞磨損性能。

附圖說明

??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。

??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

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（1）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25μm～75μm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15μm～45μm，沖擊頭對金屬或合金表面的壓力2MPa～10MPa。

????所述的納米金剛石顆粒的粒度為10nm～1000nm。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。

????本發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2μm，厚度20μm～200μm。