[發(fā)明專利]提高顆粒增強金屬基復(fù)合材料抗疲勞性能的表面處理方法

在審

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• 申請日: 2019-12-18
• 公開（公告）號: CN111070106A
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 歐陽求保;毛陽;歐陽杰武
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: B24C1/10
• 分類號: B24C1/10;B24C7/00
• 代理公司: 上海恒慧知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 徐紅銀;趙楠

本發(fā)明提供了一種提高顆粒增強金屬基復(fù)合材料抗疲勞性能的表面處理方法，包括：對顆粒增強金屬基復(fù)合材料進行研磨處理，去除其表面的機加工缺陷；對經(jīng)研磨處理后的顆粒增強金屬基復(fù)合材料進行預(yù)熱處理，提高后續(xù)噴丸處理過程引入表面殘余壓應(yīng)力的最大值和總體層深，同時避免表面殘余壓應(yīng)力在高溫環(huán)境下發(fā)生應(yīng)力松弛；對經(jīng)預(yù)熱處理后的顆粒增強金屬基復(fù)合材料進行噴丸處理；對經(jīng)噴丸處理后的顆粒增強金屬基復(fù)合材料進行拋光處理，降低其表面粗糙度。本發(fā)明不僅提高了顆粒增強金屬基復(fù)合材料表面殘余壓應(yīng)力的最大值和總體層深，而且顯著降低了顆粒增強金屬基復(fù)合材料的表面粗糙度，從而較大程度地改善了顆粒增強金屬基復(fù)合材料的抗疲勞性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是材料表面處理技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種提高顆粒增強金屬基復(fù)合材料抗疲勞性能的表面處理方法。

背景技術(shù)

顆粒增強金屬基復(fù)合材料相較于金屬材料，具有高比強度、高比剛度、低密度、耐磨損等優(yōu)異的綜合性能，它作為結(jié)構(gòu)件材料，已逐漸取代后者，開始廣泛地應(yīng)用于航空航天和汽車工業(yè)等領(lǐng)域。在上述領(lǐng)域中，由于會受到復(fù)雜的交變載荷和外界環(huán)境的影響，疲勞斷裂成為顆粒增強金屬基復(fù)合材料的主要失效形式。因此，提高顆粒增強金屬基復(fù)合材料的抗疲勞性能對于航空航天和汽車工業(yè)等領(lǐng)域的發(fā)展尤為重要。

噴丸強化是一種能夠有效提高金屬材料抗疲勞性能的表面處理方法，它可以在金屬材料表面引入殘余壓應(yīng)力層，以減緩金屬材料在疲勞失效過程中其內(nèi)部疲勞裂紋的萌生與擴展，從而達(dá)到提高金屬材料抗疲勞性能的目的。然而金屬材料在經(jīng)過噴丸處理后，其表面粗糙度會有較大程度地提高，這對于金屬材料的抗疲勞性能會產(chǎn)生非常不利的影響。中國專利CN101530985A公開了一種適用于金屬材料的二次噴丸工藝，可以兼顧金屬材料表面的強化與拋光，其主要步驟為：(1)對金屬材料進行一次噴丸，使金屬材料達(dá)到飽和噴丸強度；(2)在一次噴丸的基礎(chǔ)上，進行二次噴丸，二次噴丸的飽和噴丸強度約為一次噴丸的0.6倍。該方法可以在對一些金屬材料進行表面強化的同時，將其表面粗糙度(Ra值)控制在2μm以下。

然而，顆粒增強金屬基復(fù)合材料不同于金屬材料的是，其增強體通常為較脆的陶瓷相，顆粒增強金屬基復(fù)合材料表面的這些陶瓷增強體在噴丸過程中不會與金屬基體一樣發(fā)生塑性變形，反而有可能會發(fā)生斷裂，導(dǎo)致顆粒增強金屬基復(fù)合材料表面產(chǎn)生微裂紋，這些微裂紋會成為顆粒增強金屬基復(fù)合材料疲勞失效過程中的裂紋源。增加噴丸次數(shù)雖然能改善顆粒增強金屬基復(fù)合材料的表面粗糙度，但同時會加劇上述現(xiàn)象的發(fā)生，從而嚴(yán)重影響顆粒增強金屬基復(fù)合材料的抗疲勞性能。所以，二次噴丸的方法并不適用于顆粒增強金屬基復(fù)合材料。

因此，目前需要開發(fā)一種適用于提高顆粒增強金屬基復(fù)合材料的抗疲勞性能的新工藝。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種提高顆粒增強金屬基復(fù)合材料抗疲勞性能的表面處理方法，通過將高溫噴丸與磨拋工藝相結(jié)合，在保證噴丸處理對顆粒增強金屬基復(fù)合材料表面強化效果的前提下，顯著降低顆粒增強金屬基復(fù)合材料的表面粗糙度，從而較大程度地改善顆粒增強金屬基復(fù)合材料的抗疲勞性能。

根據(jù)本發(fā)明的目的，提供一種提高顆粒增強金屬基復(fù)合材料抗疲勞性能的表面處理方法，包括：

S1：對顆粒增強金屬基復(fù)合材料進行研磨處理，去除其表面的機加工缺陷；

顆粒增強金屬基復(fù)合材料相較于金屬材料，一般都具有較好的耐磨損性能，對機加工工藝的要求很高，其表面在機加工過程后往往會留下劃痕等加工缺陷，如果直接對顆粒增強金屬基復(fù)合材料進行噴丸處理，這些缺陷會殘留在顆粒增強金屬基復(fù)合材料的表面，危害顆粒增強金屬基復(fù)合材料的抗疲勞性能。

S2：對經(jīng)研磨處理后的顆粒增強金屬基復(fù)合材料進行預(yù)熱處理，提高后續(xù)噴丸處理過程引入表面殘余壓應(yīng)力的最大值和總體層深，同時避免表面殘余壓應(yīng)力在高溫環(huán)境下發(fā)生應(yīng)力松弛；