[发明专利]一种金属材料表面电磁波冲击强化方法

说明书

本发明公开一种金属材料表面电磁波冲击强化方法，电磁波为能量源，陶瓷材料为约束层，金属粉末颗粒为吸收层；调整电磁波波长与金属粉末颗粒粒径一致，激发产生共振，促进金属粉末吸收能量形成等离子体冲击金属材料表面，从而实现表面强化处理；同时利用电磁波对材料表层一定深度金属电子的作用，产生“电子风力”和“趋肤效应”，在金属表层产生热量并消除表层微裂纹和微孔隙等结构缺陷，提高材料表面完整性。该方法具有非接触、高柔性、强化面积大等优点，通过电磁波对金属表面的热力耦合作用诱导产生残余压应力层、促进晶粒细化、消除表层材料内部微缺陷，从而提高零部件制造水平、促进损伤构件再制造、实现金属材料表面改性和延寿。

技术领域

本发明属于金属材料表面改性领域，特别涉及一种关键零部件非接触、高柔性的表面强韧化改性技术，具体公开了一种金属材料表面电磁波冲击强化方法。

背景技术

疲劳、腐蚀和断裂是零件失效的主要形式，而金属表面是材料失效萌生最薄弱的部位，材料表面结构完整性与其力学性能密切相关。采用表面强化结束可以有效提高金属材料力学性能，提高关键零部件设计制造水平、促进损伤构件再制造、实现金属关键零部件延寿。

目前表面强化技术有喷丸、表面机械研磨、超声波冲击强化、激光冲击强化等。其中喷丸、机械研磨等方法破坏材料原始表面完整性，并且仅适用于平面或者规则几何形状表面的强化；而超声波冲击能量稳定性差，产品残次品率无法控制；激光冲击强化虽然具有柔性高、非接触等特点，但是只能采用单点逐个冲击强化方式，成本高，效率低。目前尚无具有非接触、高柔性、大面积高效的表面强化工艺。

发明内容

针对以上现有技术存在的缺陷，本发明的主要目的在于克服现有技术的不足之处，公开了一种金属材料表面电磁波冲击强化方法。

本发明提供的金属材料表面电磁波冲击强化方法，是在金属材料表面覆盖吸收层，在吸收层上覆盖约束层，使用电磁波激发吸收层对金属材料表面进行冲击强化。其中，吸收层为金属粉末颗粒层，电磁波的波长接近金属粉末颗粒的粒径，以能够引起金属粉末颗粒共振为限。

本发明提供的金属材料表面电磁波冲击强化方法在操作时主要包括以下步骤：

步骤1：测量金属粉末颗粒粒径，并根据粒径大小设置电磁波发生器参数，输出一定频率电磁波作为冲击强化能量源；

步骤2：采用陶瓷材料作为约束层，金属粉末颗粒作为吸收层，对金属材料开展表面冲击强化。

进一步地，步骤1中，对吸收层中的金属粉末颗粒进行严格筛选，确保粉末粒径基本保持一致。

进一步地，步骤1中，测量筛选后的金属粉末粒径，设置电磁波发生器参数，确保所产生的电磁波波长与金属粉末粒径相同，从而激发二者产生共振，金属粉末吸收能量形成等离子气体。

进一步地，步骤2中，采用非金属、非液态材料作为约束层，金属粉末颗粒作为吸收层；吸收层中等离子气体产生的冲击波由于被约束层限制，无法向外释放，只能沿着金属材料向内传播，从而完成冲击材料表面的动作，促进晶粒细化并诱导产生残余压应力层。

进一步地，步骤2中，由于粉末颗粒之间存在着一定的空隙，部分电磁波穿过吸收层直接作用在金属材料表面，表层电子运动产生“电子风力”和“趋肤效应”，并在金属表层产生热量、消除表层微裂纹和微孔隙等结构缺陷。

进一步地，步骤1和2中，通过改变吸收层中金属粉末颗粒粒径，实现输入电磁波参数的控制；同时由于不同粒径导致吸收层金属颗粒间空隙占比变化，从而控制电磁波穿过吸收层直接作用金属材料的比例，最终实现金属表面温度及微裂纹、微孔隙等微观结构的调控。

进一步地，步骤1和2中，通过改变电磁波发射展角及吸收层面积，可以实现单次大面积高效地冲击强化。

有益效果：