[发明专利]通过斜珠击法对金属部件的表面处理

说明书

珠击是一种广泛被用于改进金属表面一些特性的技术，例如疲劳寿命。一珠击处理典型地是以覆盖程度为特点的，所述覆盖程度描述了受珠击影响表面的比例以及描述作用在每一单元面积动能数量的亮度。在珠击领域的文献规定了覆盖程度和亮度参数的范围，在所述范围之外，珠击的材料发生劣化，例如破裂和疲劳寿命的减少。产生这些劣化的条件通常通过术语“过度珠击”表示。

珠击处理的后续研究显著地提高在表面层产生纳米结构材料的可能性，所述在表面层产生纳米结构材料是通过促进在描述的正常范围之外的珠击处理。术语“纳米结构”表示获得一稳定相，所述稳定相的晶粒尺寸是大约几十毫微米。在某些情况下，推定为材料的纳米结构阻止微裂隙的传播，从而上述提到的劣化不会发生。

材料的纳米结构产生有利效果，例如疲劳寿命的增加、坚硬度的增加、耐腐蚀性的增加、原子扩散性的增加、生物相容性的增加、摩擦学性能的改进等等。在用于产生一纳米结构表面层的过程中，注意可能必须采取：

·在正常入射下高速或非常高速地发射细小或非常细小粒子进入待处理样本的技术（细小粒子射击或气喷珠击）。这些技术被专门描述在the Iron and Steel Institute of Japan,ISIJ International出版物2007，第47卷、第1期、157-162页；

·在较低速度下振动较大粒子的技术，被称为超声波珠击或表面机械摩擦处理。这些技术被专门描述在the Japan Institute of Metals Materials Transactions出版物2004，第45卷、第2期、376-379页。

WO02/10461描述了在金属部件表面生成纳米结构的方法，其中，类似于捏成轴承滚珠的完全球形的珠被射入部分的碰撞点，所述部分在可变的入射范围之下。为了获得几十到几百微米的纳米结构厚度，机械地和/或热的方法加压于待处理的金属部件表面。

WO02/10462描述了一生成纳米结构的方法，其中，珠通过珠发射源被射入部分的碰撞点，为了在任一方向产生变形，所述部分沿着不同和可变的入射方向。厚度10μm的层是用直径为300μm的珠获得，以及厚度20μm的层是用直径3mm的珠获得。

WO02/10463描述了一生成纳米结构的方法，其中，珠运动是被一含有珠的腔的圆周运动和沿着垂直腔圆周运动面的振动运动的结合体引发。10μm的纳米层厚度是用具有直径300μm的珠获得，20μm的纳米层厚度是用具有直径3mm的珠获得。

EP1577401描述了在材料上产生对撞的振动棒。最大对撞速率等于3.6m/s。

在第一个实施例中，JP2003201549描述了如何沿着正常入射范围发射粒子流到金属部件。在另一个实施例中，文件描述了为了制造发射如何生成一振动运动，其涉及相对小的发射速率。

根据一个实施例，本发明提供一用于金属部件表面处理的方法，包含：

将金属部件表面暴露在大体上球形的粒子流中，从而沿着几个主要入射范围所述表面的任一部分接收所述粒子，在表面部分粒子的主要入射范围被主要地分布在一圆椎或一圆椎型薄膜中，所述圆锥形薄膜具有在10°到45°之间的外部半顶角，直到纳米结构的表面层具有，尤其是大于50μm的平均厚度被获得、粒子的直径小于2mm和大于0.1mm，并且以40m/s-100m/s之间的速度被发射。

本发明核心的概念是为了创造一或多个能够撞击表面的粒子流，为了施压于大量的原子滑移面，所述粒子流沿着变化的和受控制的入射范围被处理。根据一实施例，纳米结构的表面层具有大于50μm的平均厚度，纳米结构的表面层边界被界定为金属部件中硬度大于临界值的区域，所述临界值取决于制作所述部件的金属材料。

根据一个实施例，关于表面处理的在先技术，所述硬度临界值是由金属的硬化来定义的，其等于在金属部件被处理表面获得50%硬化。在其它例子中，这个临界值可以被定义为其它参数的函数，尤其是当转换发生时材料中结晶相转换的位置。

根据其它优选的实施例，类似方法可能具有一或多种以下特征。

根据一个实施例，粒子具有大于0.3mm和小于1.4mm的直径。

根据一个实施例，粒子的入射范围被大体上连续不断地分布在圆椎或圆椎型薄膜中。

在一个实施例中，圆椎或圆椎型薄膜具有在10°到30°之间的外部半顶角。

根据一个实施例，粒子流含有一股沿着中心方向射入的粒子，金属部件被固定于一支撑以便呈现所述表面，所述表面倾斜地定位在所述中心方向，支撑关于一轴线旋转，所述轴线与一股粒子中心方向同轴。