[发明专利]圆环型表面复合强化方法

说明书

本发明公开了一种圆环型表面复合强化方法，属于金属材料表面加工领域。所述表面复合强化方法包括：S1.棒料旋转的同时对棒料的圆环形端面进行轴向振动车削，在加工表面形成变密度微米级微锥坑造型；S2.表面涂覆。与现有技术相比，本发明的圆环型表面复合强化方法能够大幅度提高基材和涂覆层结合界面的结合强度，同时提高最终成形表面的硬度，疲劳强度和耐磨耐腐性，具有很好的推广应用价值。

技术领域

本发明涉及金属材料表面加工领域，具体提供一种圆环型表面复合强化方法。

背景技术

为了改善零件的摩擦学性能，提高其防腐蚀性能，或者改进其施工工艺性，对零件进行表面处理已成为常规处理手段，其中表面涂层是最通用的方法之一，常用的涂层方法如电镀、化学镀、激光熔覆、离子辅助涂覆、冷喷涂、热喷涂、化学气相喷涂、物理气相喷涂、物理气相沉积等。

化学镀技术是在无外加电流的情况下借助合适的还原剂，使镀液中金属离子还原成金属，并沉积到零件表面的一种镀覆方法。与电镀相比，化学镀技术具有镀层均匀、针孔小、不需直流电源设备、能在非导体上沉积和具有某些特殊性能等特点。

化学镀技术是在金属的催化作用下，通过可控制的氧化还原反应产生金属的沉积过程。与其它表面熔覆技术相比，化学镀技术具有镀层均匀、针孔小、不需直流电源设备、能在非导体上沉积和具有某些特殊性能等特点。另外，由于化学镀技术废液排放少，对环境污染小以及成本较低，在许多领域已逐步取代电镀，成为一种环保型的表面处理工艺。目前，化学镀技术已在电子、阀门制造、机械、石油化工、汽车、航空航天等工业中得到广泛的应用。

然而，化学镀技术仍然存在如下缺点：一是膜/基结合力弱，膜层容易出现脱落而导致构件失效；二是涂层后表面粗糙度高，且表面存在残余拉应力，从而导致构件机械性能差、服役寿命短。因此，需要提供一种综合有效的表面处理方法，以克服上述现有技术的不足。

发明内容

本发明是针对上述现有技术的不足，提供一种圆环型表面复合强化方法。该方法能够大幅度提高基材和涂覆层结合界面的结合强度，同时提高最终成形表面的硬度，疲劳强度和耐磨耐腐性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：圆环型表面复合强化方法，包括：

S1.变密度微造型端面加工

棒料旋转的同时对棒料的圆环形端面进行轴向振动车削，在加工表面形成变密度微米级微锥坑造型；

S2.表面涂覆。

为了进一步加强膜/基强度及表面性能，本发明方法还包括：

S3.超声滚压表面强化

采用超声滚压加工工艺对涂覆表面进行机械强化处理。

步骤S1中棒料旋转的同时，振动车刀一方面垂直于棒料轴线方向做进给运动，同时沿着棒料轴向做固定频率的微小幅度往复振动。振动幅度优选为2-10微米，最佳为2-5微米。振动频率大于20kHz，优选为20-30kHz。

所述变密度微米级微锥坑造型中，锥坑的锥口长度、宽度、深度均通过选择车刀类型以及振动幅度进行参数化控制；锥坑的径向排列间距、周向排列间距通过调整径向进给速度、棒料转速和振动频率进行参数化控制。

所述径向进给速度和主轴转速(棒料转速)通过机床进行调整，振动幅度/频率通过振动设备(一般包括超声电源、换能器和变幅杆)来调整，调整方法均为现有技术常规方法。

作为优选，所述表面涂覆优选采用化学镀工艺，并且要求涂层厚度大于锥坑深度。特别是当涂层厚度为锥坑深度的1.2-1.5倍时效果最佳。