[發明專利]一種混合顆粒溶液超聲均勻空化噴丸的方法

在審

• 申請號: 202010548442.5
• 申請日: 2020-06-16
• 公開（公告）號: CN111843843A
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 羅開玉;樊天怡;邵亦鍇;杜家龍;魯金忠
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: B24C1/08
• 分類號: B24C1/08;B24C9/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及空化噴丸強化領域，具體涉及一種混合顆粒溶液超聲均勻空化噴丸的方法。該方法先將工件要噴丸強化的部位進行研磨、拋光，放入空化容器中，再根據加工要求配置粒徑不同的混合顆粒溶液，最后將工件放置在溶液中，設置空化參數，進行混合顆粒溶液超聲均勻空化噴丸。通過超聲作用形成的空泡破滅后形成大量微小空泡群，微小空泡在材料的表面潰滅時可產生高達數GPa的沖擊波，一方面該沖擊波直接作用于工件表面，形成殘余壓應力層，另一方面空泡破滅的微射流誘發顆粒高速運動，撞擊工件表層，形成殘余壓應力層。溶液中的大顆粒主要用于產生較深殘余應力層，溶液中的小顆粒用于減少加工表面的粗糙度，提高表面加工質量。

技術領域

本發明涉及空化噴丸強化領域，具體涉及一種混合顆粒溶液超聲均勻空化噴丸的方法。

背景技術

在水力機械中出現的含有微小空泡(氣穴現象)的多相流，常常會導致嚴重的表面氣蝕損害。例如，氣穴現象對泵、閥體、水下渦輪噴射發動機等的損害。因此，過去的許多工作致力于損害機理的研究。

從發現空化現象以來，空化現象的理論已經有了很大的發展，研究者們已著眼于空化現象及其形成機理的積極應用，如：水下清洗、石油鉆井、材料表面強化、超聲空化冶金等工程技術領域，因此該技術具有廣泛的社會應用前景。近年來，空化噴丸工藝作為一項節能、環保的綠色表面處理技術，以其獨特的優勢受到了國內外學者的廣泛關注。

空化噴丸技術作為一項新型表面強化處理技術，它的工作原理是合理利用淹沒式高速高壓水射流空化后形成的大量微小空泡群，微小空泡在材料的表面潰滅時可產生高達數GPa的沖擊波壓力，利用該壓力來強化材料表面。空化噴丸能使金屬零部件的近表面形成壓縮殘余應力層，改善微觀組織結構，進而提高零部件的疲勞壽命、耐磨及耐腐蝕性能。

空化噴丸技術和傳統噴丸相比，有如下技術優勢：該工藝很容易實現對微小復雜表面的強化處理，例如對微小孔和微小齒輪表面的強化，并且對材料的表面損傷較小，能夠獲得更光滑的表面。并且在噴丸工程中，不會對材料表面產生熱效應。

然而在進行空化噴丸時，加工時間較長，作用效率較低，且難以調控金屬工件表面的殘余應力大小，并且較難獲得均勻的殘余應力層分布。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提出了一種混合顆粒溶液超聲均勻空化噴丸的方法。該方法先將工件要噴丸強化的部位進行研磨、拋光，放入空化容器中，再根據加工要求配置粒徑不同的混合顆粒溶液，最后將工件放置在溶液中，設置空化參數，進行混合顆粒溶液超聲均勻空化噴丸。通過超聲作用形成的空泡破滅后形成大量微小空泡群，微小空泡在材料的表面潰滅時可產生高達數GPa的沖擊波，一方面該沖擊波直接作用于工件表面，形成殘余壓應力層，另一方面空泡破滅的微射流誘發顆粒高速運動，撞擊工件表層，形成殘余壓應力層。溶液中的大顆粒主要用于產生較深殘余應力層，溶液中的小顆粒用于減少加工表面的粗糙度，提高表面加工質量。

其具體實施步驟如下：

(1)將工件要噴丸強化的部位進行研磨、拋光，要求研磨拋光后的粗糙度小于 Ra0.2；

(2)將工件放入空化容器中，將超聲波伸縮桿置于工件上方，距離為1-2mm；

(3)根據加工要求配置粒徑不同的混合溶液，大顆粒直徑A為0.07-0.08mm，中顆粒直徑B為0.04-0.05mm，小顆粒直徑C為0.01-0.02mm，大顆粒，中顆粒，小顆粒的質量比D為1:1:1，混合溶液濃度E為20-40kg/m³；

(4)將混合溶液倒于空化容器中，使得工件距離液面距離F為10-20mm；

(5)啟動攪拌器，同時啟動水循環系統，設置空化噴丸參數：超聲振動時間G 為2s，暫停時間H為2-5s，工作時間I為60-120min；