[发明专利]一种7055铝合金的表面纳米化处理工艺

说明书

一种7055铝合金的表面纳米化处理工艺，利用高能喷丸(high energy shot peening，HESP)技术对7055铝合金材料进行表面纳米化处理,在7055铝合金表面获得纳米结构。表面纳米化使7055铝合金材料表面发生严重塑性变形，材料表面分布较高幅值残余压应力，最大可达到‑369MPa，残余压应力层深度达0.6mm；纳米化后试样显微硬度较基体提高了50%。表面纳米化从一定程度降低了7055铝合金材料表面摩擦系数，且磨损失重是未处理试样的32%，表明高能喷丸表面纳米化有效改善了7055铝合金材料的耐磨性能。

所属技术领域

本发明涉及一种表面处理工艺，尤其涉及一种7055铝合金的表面纳米化处理。

背景技术

在实际工程应用中，各类机械零部件往往会因疲劳、摩擦、磨损等问题导致在远未达到设计使用寿命前失效破坏，经过调查发现，大量金属结构件的失效破坏多源于零部件的表面；因此利用各种表面处理技术来改善金属构件材料表面耐摩擦、磨损和耐腐蚀性能，保证大型机械设备长期正常安全运行，从而延长机械设备的服役寿命对于工业生产具有极强的现实意义。

高能喷丸(high energy shot peening，HESP)通过将外部作用的机械能施加在在金属材料表面，使得金属材料表面的原始粗晶组织细化，逐步转变为纳米晶，在金属材料表面获得一定厚度的纳米层，从而达到实现表面纳米化的目的。通过对金属零部件表面进行高能喷丸纳米化，使得提高金属零部件耐摩擦性能、耐摩擦腐蚀性，从而有效延长零部件使用寿命。因此，材料表面高能喷丸纳米化的耐磨性能提升是一个拓宽材料应用领域的有效方法。

发明内容

本发明的目的是为了改善7055铝合金的硬度、耐磨性，设计了一种7055铝合金的表面纳米化处理。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

7055铝合金的表面纳米化处理的制备原料包括：自然时效处理7055铝合金，试样尺寸为50mm×50mm×10mm力块试样。

7055铝合金的表面纳米化处理的制备步骤为：实验前用200^#-1600^#氧化铝静电砂纸对试样表面进行打磨，以提高表面质量，然后利用洒精溶液清洗试样表面。表面纳米化是在改进后的QPL30履带式抛丸机上进行的，主要喷丸工艺参数如下：系统振动频率50Hz，Cr-Mo钢球弹丸直径mm，弹丸速度65m/s，样品与弹丸距离20mm，纳米化喷丸时间250min。

7055铝合金的表面纳米化处理的检测步骤为：利用FM-7000型半自动数显微硬度计测试纳米化表显微硬度，载荷为20g，载荷保持时问为20s。摩擦磨损实验在MS-T4000摩擦磨损试验机上进行，润滑油选择45号机油，摩擦剐为球盘接触式，载荷设置为20N，主轴转速300r/min，室温条件下进行。利用电子天平计算损量，利用QUAN-TA-2000型扫描电子显微镜观察磨痕形貌。利用XStress3000型X射线应分析仪测试纳米化表面残余力分布，测试参数：电压30kV，电流6.7mA。

所述的7055铝合金的表面纳米化处理，材料表面形成了0.6mm厚的残余压应力层，且最大残余压应力达到-369MPa，该残余压应力分布有效提高了7055铝合金材料的摩擦抗力及疲劳抗力。

所述的7055铝合金的表面纳米化处理，7055铝合金表面纳米化后发生晶粒细化及硬度的提高，硬度的提高能够明显改善7055铝合金材料的抗犁削及耐磨性，并且晶粒细化使得铝合金材料力学性能得到改善。

所述的7055铝合金的表面纳米化处理，对于未处理试样，表面纳米化7055铝合金摩擦系数相明显减小，磨损量仅为未处理试样的12%，表明表面纳米化有效改善了7055铝合金耐磨性能。

本发明的有益效果是：