專利名稱：一種純銅基板材表面合金化的工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種純銅基板材表面合金化的工藝方法，屬于有色金屬銅基板表面晶粒納米化、合金化方法的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
納米材料由晶體、準(zhǔn)晶體、非晶體組成，其基本單元在一維方向的尺寸小于100nm，存在于金屬材料、無機(jī)材料、高分子材料，納米晶體中的原子位于晶粒內(nèi)部的點(diǎn)陣位置及晶界上，納米晶體材料具有高密度界面，在晶粒尺寸為1-10nm的納米晶金屬中，晶界密度可達(dá)1025m-3，納米晶體由于晶粒超細(xì)，大量原子處于晶粒之間的晶界上，表現(xiàn)出一系列優(yōu)異的物理性能、力學(xué)性能及機(jī)械性能，例如高純度、高塑變、高比熱、高熱脹等。
金屬納米材料是機(jī)械制造業(yè)及高科技領(lǐng)域最引人注目的新型材料，在黑色金屬和有色金屬中都有多種金屬納米材料被應(yīng)用，在有色金屬中，純銅板材是最為常用的有色金屬，由于它具有良好的導(dǎo)電性、耐腐蝕性，常被機(jī)械電子工業(yè)首選使用，但由于它的質(zhì)地軟、強(qiáng)度低、硬度不高、抗氧化性差，在工業(yè)應(yīng)用中常受到很大的局限，無法作為高強(qiáng)度材料使用，表面硬度低、強(qiáng)度低，更無法制作高強(qiáng)度產(chǎn)品。
由于純銅板材機(jī)械性能的局限，已引起科技界的高度重視，為了提高純銅板材的表面強(qiáng)度、硬度、抗氧化性，采用多種工藝方法提高其機(jī)械性能，例如化學(xué)鍍、電子束、激光束引入金屬表面，使之改性，還有氣相沉積、熱噴涂、溶膠-凝膠法等，以提高純銅板材的耐蝕性、耐磨性及機(jī)械物理性能，但這些方法均不夠理想，均有技術(shù)上的不足，有的設(shè)備復(fù)雜，工藝周期長，污染嚴(yán)重，能源消耗大，處理成本高，而且均不能大幅度改變純銅板材的表面強(qiáng)度、硬度及表面組織結(jié)構(gòu)的致密性合金化。
在純銅板材合金化的研究中，也有的采用二步法，先在銅基板的表面進(jìn)行表面納米化，再進(jìn)行表面合金化，先采用微觀表面變形方式，使銅基板界面晶粒由10um變成30nm，在表面納米化基礎(chǔ)上再進(jìn)行表面合金化處理，工藝程序較復(fù)雜，既增加了工步、工作時(shí)間，又使表面合金化程序不連貫，而且還會(huì)在表面形成新的界面，引起開裂、起皮、剝落等現(xiàn)象，使銅基板表面合金化的工藝程序增加，合金化效果不夠理想。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明的目的就是針對(duì)背景技術(shù)的不足，采用一種新的銅基板材的表面合金化的工藝方法，使用滾丸物理法，在真空狀態(tài)下，在惰性氣體-氬氣保護(hù)下，直接在純銅基板材的表面進(jìn)行一步法合金化處理，表面納米化和合金化同時(shí)進(jìn)行，使純銅基板材的表面硬度、強(qiáng)度得到大幅度提高，使純銅基板材表面組織的致密性達(dá)到合金化程度，達(dá)到減少工序、減少污染、連續(xù)處理，一步完成的目的。
技術(shù)方案本發(fā)明使用的設(shè)備、純銅基板材、化學(xué)物質(zhì)原料如下振蕩式滾丸機(jī)主機(jī)、控制機(jī)純銅基板材Cu 100×100×6mm軸承合金滾丸GCr15 φ8mm±0.01mm，滾丸數(shù)量300粒±5粒無水乙醇C2H6O 150ml±5ml氬氣Ar 4000cm3±10cm3工藝方法如下(1)精選材料、化學(xué)物質(zhì)對(duì)使用的純銅基板材、滾丸、無水乙醇、氬氣要進(jìn)行精選，并進(jìn)行形狀、尺寸、純度、精度控制純銅基板材銅含量Cu≥99.95％，正方形軸承合金滾丸GCr15 鉻含量1.4～1.63％，球形誤差ΔSph≤0.25μm，粗糙度Ra0.02-0.04μm無水乙醇≥99.95％氬氣≥99.95％(2)純銅基板材退火將純銅基板材100×100×6mm置于中溫真空熱處理爐中，進(jìn)行原材料退火處理；退火溫度650℃±1℃退火時(shí)間120min±1min
消除原材料表面內(nèi)應(yīng)力，調(diào)整原材料表面組織結(jié)構(gòu)；(3)純銅基板材研磨將退火后的純銅基板材用200、400、600粒度的砂紙分別依次研磨，使工作表面粗糙度Ra0.16-0.32μm；(4)純銅基板材機(jī)械拋光將研磨后的純銅基板材用機(jī)械拋光機(jī)進(jìn)行拋光，使表面粗糙度Ra0.01-0.02μm，拋光后純銅基板材工作表面成鏡面；(5)清洗滾丸機(jī)滾丸室打開滾丸機(jī)滾丸室，加入無水乙醇30ml±1ml，用細(xì)毛刷刷洗滾丸室內(nèi)壁、頂蓋、底部，使其潔凈；(6)清洗純銅基板材將研磨、拋光后的純銅基板材置于清洗容器中，加入無水乙醇30ml±1ml，用細(xì)毛刷刷洗板材六面至潔凈；(7)清洗軸承合金滾丸將軸承合金滾丸300?！?粒，置于超聲波清洗器中，加入無水乙醇40ml±1ml，反復(fù)攪拌，使?jié)L丸表面潔凈；(8)安裝純銅基板材將研磨、拋光、清洗后的純銅基板材安裝于滾丸室的頂蓋上，四角部用緊固螺栓固定牢固；(9)置放軸承合金滾丸將φ8mm±0.01mm的軸承合金滾丸300粒±5粒置于滾丸室下部，滾丸與滾丸室的體積比為1∶25；(10)關(guān)閉滾丸室將裝有純銅基板材、軸承合金滾丸的滾丸室用緊固卡子固牢并密封；(11)滾丸室抽真空將密封的滾丸室用真空泵、真空管抽取滾丸室空氣，使?jié)L丸室真空度達(dá)到1×10-3Pa，抽真空時(shí)間為2min±0.2min，并用真空壓力表控制其壓強(qiáng)值；(12)滾丸室輸氬氣開啟氬氣瓶氬氣管，向處于真空狀態(tài)的滾丸室輸入惰性氣體-氬氣，輸入流量為1500cm3/min，輸入時(shí)間為2min±0.01min，滾丸室壓強(qiáng)升至1×102Pa時(shí)，關(guān)閉氬氣管；(13)純銅基板材表面合金化①開啟電機(jī)，功率調(diào)至50Hz；②開啟電機(jī)變頻器，帶動(dòng)振蕩器，使之振動(dòng)，振蕩器振動(dòng)頻率為50次/秒、3000次/分鐘，振蕩器通過振蕩桿、振蕩簧、拉桿，使?jié)L丸室隨振蕩器作前后、左右、上下規(guī)律性、勻速振蕩；③滾丸室內(nèi)的滾丸隨振蕩器的振蕩作上下、左右不規(guī)則轉(zhuǎn)動(dòng)和跳動(dòng)，滾丸作不規(guī)則的間歇式循環(huán)撞擊純銅基板材表面；④滾丸在氬氣氣氛下撞擊純銅基板材表面時(shí)間為30min±0.5min，在滾丸撞擊板材表面的過程中，軸承合金滾丸分子物理性滲入到板材表面，并積累，當(dāng)軸承合金分子滲入深度為20μm±0.5μm時(shí)，即完成了純銅基板材表面合金化；⑤在滾丸撞擊純銅基板材表面的過程中，滾丸室溫度由常溫20℃±3℃升至80℃±3℃，并由溫度計(jì)顯示溫度值，溫度持續(xù)恒定時(shí)間為20min±0.5min；(14)冷卻純銅基板材表面合金化工序完成后，關(guān)閉電機(jī)、振蕩器，滾丸室在密封狀態(tài)下，在氬氣保護(hù)下，使其自然冷卻至20℃±3℃，冷卻時(shí)間為120min；(15)取出產(chǎn)物冷卻后打開密封狀的滾丸室，取出合金化后的純銅基板材，置于干燥、潔凈的環(huán)境中；(16)合金化后退火對(duì)合金化的純銅基板材要進(jìn)行真空退火處理，退火溫度500℃±1℃，退火時(shí)間為360min±1min，退火后合金化表面狀態(tài)成帶狀分布；(17)檢測、分析、表征對(duì)退火后的純銅基板材的合金化層表面和縱切面斷層要進(jìn)行強(qiáng)度、硬度、深度、面積、合金成分、含量、色澤進(jìn)行檢測、分析和表征；用X-射線衍射儀對(duì)表面結(jié)構(gòu)和成分進(jìn)行分析；用透射電子顯微鏡對(duì)微觀組織進(jìn)行分析；用掃描電鏡進(jìn)行表面形貌分析；(18)儲(chǔ)存對(duì)表面合金化后的純銅基板材要儲(chǔ)存于專用容器中，儲(chǔ)存溫度為20℃±3℃，相對(duì)濕度≤40％，置于干燥、潔凈的環(huán)境中，要防水、防潮、防氧化、防酸堿侵蝕。
所述的純銅基板材表面合金化是在滾丸機(jī)的振蕩狀態(tài)下完成的，滾丸機(jī)振蕩器的頻率為50次/s、3000次/min，振蕩時(shí)間為30min±0.5min，滾丸室做上下、左右、前后規(guī)律性勻速振蕩。
所述的純銅基板材表面合金化是軸承合金滾丸在滾丸室做振蕩跳動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，并撞擊純銅基板材表面，撞擊形式為不規(guī)則間歇式循環(huán)撞擊，滾丸的軸承合金分子物理性滲入到板材表面并積累，滲入深度為20μm±0.5μm。
所述的純銅基板材表面合金化是在惰性氣體-氬氣的全程保護(hù)下完成的，輸入流量為1500cm3/min，輸入時(shí)間為2min±0.01min，滾丸室在氬氣氣氛中的壓強(qiáng)值為1×102Pa。
所述的純銅基板材表面合金化的軸承合金滾丸直徑為φ8mm±0.01mm，表面粗糙度Ra0.02-0.04μm，球形誤差ΔSph≤0.25μm，數(shù)量為300?！?粒，滾丸數(shù)的總量體積與滾丸室的體積之比為1∶25。
有益效果本發(fā)明與背景技術(shù)相比具有明顯的先進(jìn)性，它采用了新的工藝流程，使用振蕩式滾丸機(jī)，將純銅基板材置于滾丸機(jī)的滾丸室內(nèi)，用直徑為φ8mm的軸承合金GCr15滾丸，在惰性氣體-氬氣全程保護(hù)下，在振蕩頻率為3000次/min的振蕩下，滾丸室內(nèi)的滾丸作上下不規(guī)則的循環(huán)跳動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，撞擊鏡面狀的純銅基板材表面，軸承合金分子在撞擊的過程中物理性滲入到鏡面狀純銅基板材表面，直接一步法完成純銅基板材表面合金化，不需要先進(jìn)行純銅基板材的表面納米化，再進(jìn)行合金化，而是納米化和合金化同時(shí)進(jìn)行，使純銅基板材表面的致密性達(dá)到了合金化程度，表面硬度可達(dá)3.2GPa，表面含鉻量可達(dá)8.51％，含鐵量可達(dá)80.99％，表面強(qiáng)度、硬度、耐磨性、耐蝕性均得到了大幅度提高，一步法滲入克服了二步法滲入的缺陷，合金化后純銅基板材表面為納米晶，合金化層與基體之間不存在新的界面，不會(huì)出現(xiàn)開裂、起皮、剝落等現(xiàn)象，純銅基板材合金化前后均進(jìn)行真空狀態(tài)下的退火處理，有效地消除了板材的內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定了純銅基板材合金化后的內(nèi)部組織，并使其內(nèi)部組織的致密性保持了恒定，此工藝方法使用設(shè)備少，工序簡化，操作容易，不污染環(huán)境，純銅基板材表面合金化后的機(jī)械性能、物理性能極為優(yōu)良，可在多種工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用，是十分理想的純銅基板材表面合金化的工藝方法。


圖1為工藝流程2為滾丸室溫度變化坐標(biāo)關(guān)系3為滾丸機(jī)主視4為去掉上蓋的滾丸機(jī)主視5為去掉上蓋的滾丸機(jī)俯視6為滾丸室主視7為滾丸室俯視8為圖6的A-A剖面9為控制機(jī)主視10為合金化后純銅基板材縱切面的掃描電子顯微鏡11為合金化后純銅基板材表面透射電子顯微鏡12為合金化前后純銅基板材表面衍射對(duì)比圖譜圖13為純銅基板材合金化后表面合金含量組合分布表圖中所示，代號(hào)清單如下1、噴丸機(jī)，2、控制機(jī)，3、萬向輪，4、萬向輪，5、聯(lián)接板，6、真空壓力表，7、氬氣表，8、真空鍵，9、氬氣鍵，10、溫控器，11、溫度計(jì)，12、計(jì)時(shí)器，13、復(fù)位鍵，14、正反轉(zhuǎn)旋鈕，15、急停鍵，16、工作指示，17、電源指示，18、變頻器，19、內(nèi)鎖，20、真空排氣，21、氬氣排氣，22、報(bào)警燈，23、底座，24、后頂蓋，25、電機(jī)，26、振蕩器，27、噴丸室，28、噴丸室，29、拉桿，30、拉桿座，31、拉桿座，32、卡子，33、支桿，34、支桿，35、振蕩桿，36、振蕩座，37、振蕩座，38、振蕩簧，39、振蕩簧，40、簧座，41、簧座，42、支盤，43、支盤，44、真空口，45、真空口，46、真空管，47、真空管，48、氬氣口，49、氬氣口，50、氬氣管，51、氬氣管，52、電機(jī)離合器，53、振蕩座，54、振蕩座，55、振蕩桿，56、拉桿孔，57、噴丸腔，58、噴丸，59、托板，60、銅基板，61、固定塊，62、緊固螺栓，63、聯(lián)接桿，64、聯(lián)接桿，65、頂蓋，66、操作盤，67、簧座，68、簧座，69、振蕩簧，70、振蕩簧，71、支桿，72、支桿，73、支盤，74、支盤，75、電源鍵，76啟動(dòng)鍵。
實(shí)施方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明圖1所示，為工藝方法流程圖，各制備參數(shù)要嚴(yán)格控制，按序操作。
對(duì)制備所需的純銅基板材、軸承合金滾丸、無水乙醇、氬氣要嚴(yán)格精選，并進(jìn)行形狀、尺寸、純度、精度、粗糙度、圓度控制，以保證工藝方法的高精確性。
惰性保護(hù)氣體-氬氣既有保護(hù)氣氛，又有驅(qū)除其他有害氣體的作用，故輸送量一定要充足，并保證其滾丸室壓強(qiáng)值為1×102Pa，并可保證在工作狀態(tài)下合金化表面不被氧化。
純銅基板材合金化前要進(jìn)行研磨、機(jī)械拋光，使表面光潔，粗糙度達(dá)到鏡面，表面粗糙度要求Ra0.01-0.02μm，以保證在合金化過程中一步法完成軸承合金分子的滲入。
滾丸機(jī)的滾丸室、純銅基板材、軸承合金滾丸要用無水乙醇分別進(jìn)行清洗，使其潔凈。
軸承合金滾丸數(shù)量的體積和滾丸室的體積之比為1∶25，以保證滾丸在滾丸室內(nèi)作不規(guī)則的循環(huán)跳動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，并有一定的相對(duì)空間，滾丸過多會(huì)影響滾丸的跳動(dòng)周期，過少會(huì)造成滾丸的撞擊頻率降低，滾丸直徑以φ8mm為佳，也可視合金化要求，選用φ4mm、φ6mm滾丸，其滾丸材料也可視合金化要求選用其他合金。
滾丸機(jī)振蕩器的振蕩是十分重要的，要嚴(yán)格用變頻器控制電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)及振蕩器的振蕩頻率，以50次/s、3000次/min為佳，也可視合金化的要求進(jìn)行調(diào)整變化。
滾丸室的滾丸在合金化過程中溫度將會(huì)升高，可由20℃±3℃升至80℃±3℃，制備完成后，要在氬氣保護(hù)下，自然冷卻至20℃±3℃，再打開滾丸室，取出合金化后的純銅基板材。
本工藝方法使用的純銅基板材、軸承合金滾丸、無水乙醇、氬氣的量值是試驗(yàn)中的量值，當(dāng)工業(yè)化制取時(shí)，將按比例采用新的量值。
圖2所示，是滾丸室合金化過程中溫度變化坐標(biāo)圖，溫度由20℃±3℃升溫至80℃±3℃，然后再冷卻至20℃±3℃，冷卻時(shí)間120min，A-B區(qū)間為溫度持續(xù)時(shí)間20min±0.5min。
圖3、4、5所示，為滾丸機(jī)結(jié)構(gòu)圖，滾丸機(jī)1的外形下部為萬向輪3，中間為聯(lián)接板5，上部為后頂蓋24、報(bào)警燈22，滾丸機(jī)的內(nèi)底部為底座23，底座23的四角部分別裝有簧座40、41、67、68、振蕩簧38、39、69、70、振蕩座36、37、53、54，振蕩座36、37、53、54上部分別裝有支桿33、34、71、72、支盤42、43、73、74，振蕩座36、37、53、54之間為振蕩桿35、55，底座23的中部裝有振蕩器26，振蕩器26通過離合器52聯(lián)接電機(jī)25，振蕩器26的兩端部聯(lián)接振蕩桿35、55，振蕩器26的中部聯(lián)接拉桿29，拉桿29聯(lián)接滾丸室27、28，滾丸室27、28通過聯(lián)接桿63、64與振蕩座36、37、53、54聯(lián)接，滾丸室27、28通過真空管46、47、真空口44、45與真空泵聯(lián)接，滾丸室27、28通過氬氣管50、51、氬氣口48、49與氬氣瓶聯(lián)接，滾丸機(jī)1通過導(dǎo)線與控制機(jī)2聯(lián)接。
圖6、7、8所示，為滾丸室27、28結(jié)構(gòu)圖，滾丸室27、28為整體圓柱筒形，上部為頂蓋65，頂蓋65上有拉桿座30、真空口44、氬氣口48，滾丸室與頂蓋65之間由四個(gè)對(duì)稱設(shè)置的卡子32固定密封，滾丸室27、28內(nèi)上部有托板59，并聯(lián)接拉桿座30，托板59下部為純銅基板材60，并由固定塊61，四個(gè)緊固螺栓62固定，滾丸室27、28內(nèi)部為滾丸腔57，滾丸腔57內(nèi)有滾丸58，并處于氬氣氣氛中。
圖9所示，為控制機(jī)2主視圖，上部為操作盤66，操作盤66并排設(shè)置真空壓力表6、氬氣表7、真空鍵8、氬氣鍵9、溫控器10、溫度計(jì)11、計(jì)時(shí)器12、復(fù)位鍵13、正反轉(zhuǎn)旋鈕14、急停鍵15、工作指示燈17、變頻器18、中部為真空排氣鍵20、氬氣排氣鍵21、電源鍵75、啟動(dòng)鍵76，下部為內(nèi)鎖19，底部為萬向輪4，控制機(jī)2通過導(dǎo)線與滾丸機(jī)1聯(lián)接控制。
圖10所示，為純銅基板材表面合金化后縱切面掃描電子顯微鏡放大1000倍合金分布狀態(tài)圖，圖中可知合金元素在純銅基板材表面為不規(guī)則滲入，合金深度為20μm，標(biāo)尺單位100μm。
圖11所示，為純銅基板材表面合金化后表面透射電子顯微鏡放大5萬倍的表面形貌圖，圖中可知合金化表面晶粒平均尺寸為30nm，標(biāo)尺單位為200nm。
圖12所示，為純銅基板材合金化后衍射強(qiáng)度圖譜，縱坐標(biāo)為相對(duì)強(qiáng)度指數(shù)，橫坐標(biāo)為衍射角2θ(°)，圖中可知在純銅基板材表面納米合金化后，晶粒細(xì)化，平均晶粒尺寸為30nm，并且有新的衍射峰出現(xiàn)，合金化明顯。
圖13所示，為純銅基板材表面合金化后合金含量組合分布表，表中可知鐵含量為80.99％，鉻含量為8.51％，鎳含量為4.865％，銅含量為5.635％，其硬度、強(qiáng)度明顯增加。
權(quán)利要求
1一種純銅基板材表面合金化的工藝方法，其特征在于本發(fā)明使用的設(shè)備、純銅基板、化學(xué)物質(zhì)原料如下振蕩式滾丸機(jī)主機(jī)、控制機(jī)純銅基板材Cu 100×100×6mm軸承合金滾丸GCr15 φ8mm±0.01mm，滾丸數(shù)量300?！?粒無水乙醇C2H6O 150ml±5ml氬氣Ar 4000cm3±10cm3工藝方法如下(1)精選材料、化學(xué)物質(zhì)對(duì)使用的純銅基板材、滾丸、無水乙醇、氬氣要進(jìn)行精選，并進(jìn)行形狀、尺寸、純度、精度控制純銅基板材銅含量Cu≥99.95％，正方形軸承合金滾丸GCr15鉻含量1.4～1.63％，球形誤差ΔSph≤0.25μm，粗糙度Ra0.02-0.04μm無水乙醇≥99.95％氬氣≥99.95％(2)純銅基板材退火將純銅基板材100×100×6mm置于中溫真空熱處理爐中，進(jìn)行原材料退火處理；退火溫度650℃±1℃退火時(shí)間120min±1min消除原材料表面內(nèi)應(yīng)力，調(diào)整原材料表面組織結(jié)構(gòu)；(3)純銅基板材研磨將退火后的純銅基板材用200、400、600粒度的砂紙分別依次研磨，使工作表面粗糙度Ra0.16-0.32μm；(4)純銅基板材機(jī)械拋光將研磨后的純銅基板材用機(jī)械拋光機(jī)進(jìn)行拋光，使表面粗糙度Ra0.01-0.02μm，拋光后純銅基板材工作表面成鏡面；(5)清洗滾丸機(jī)滾丸室打開滾丸機(jī)滾丸室，加入無水乙醇30ml±1ml，用細(xì)毛刷刷洗滾丸室內(nèi)壁、頂蓋、底部，使其潔凈；(6)清洗純銅基板材將研磨、拋光后的純銅基板材置于清洗容器中，加入無水乙醇30ml±1ml，用細(xì)毛刷刷洗板材六面至潔凈；(7)清洗軸承合金滾丸將軸承合金滾丸300粒±5粒，置于超聲波清洗器中，加入無水乙醇40ml±1ml，反復(fù)攪拌，使?jié)L丸表面潔凈；(8)安裝純銅基板材將研磨、拋光、清洗后的純銅基板材安裝于滾丸室的頂蓋上，四角部用緊固螺栓固定牢固；(9)置放軸承合金滾丸將φ8mm±0.01mm的軸承合金滾丸300?！?粒置于滾丸室下部，滾丸與滾丸室的體積比為1∶25；(10)關(guān)閉滾丸室將裝有純銅基板材、軸承合金滾丸的滾丸室用緊固卡子固牢并密封；(11)滾丸室抽真空將密封的滾丸室用真空泵、真空管抽取滾丸室空氣，使?jié)L丸室真空度達(dá)到1×10-3Pa，抽真空時(shí)間為2min±0.2min，并用真空壓力表控制其壓強(qiáng)值；(12)滾丸室輸氬氣開啟氬氣瓶氬氣管，向處于真空狀態(tài)的滾丸室輸入惰性氣體-氬氣，輸入流量為1500cm3/min，輸入時(shí)間為2min±0.01min，滾丸室壓強(qiáng)升至1×102Pa時(shí)，關(guān)閉氬氣管；(13)純銅基板材表面合金化①開啟電機(jī)，功率調(diào)至50Hz；②開啟電機(jī)變頻器，帶動(dòng)振蕩器，使之振動(dòng)，振蕩器振動(dòng)頻率為50次/秒、3000次/分鐘，振蕩器通過振蕩桿、振蕩簧、拉桿，使?jié)L丸室隨振蕩器作前后、左右、上下規(guī)律性、勻速振蕩；③滾丸室內(nèi)的滾丸隨振蕩器的振蕩作上下、左右不規(guī)則轉(zhuǎn)動(dòng)和跳動(dòng)，滾丸作不規(guī)則的間歇式循環(huán)撞擊純銅基板材表面；④滾丸在氬氣氣氛下撞擊純銅基板材表面時(shí)間為30min±0.5min，在滾丸撞擊板材表面的過程中，軸承合金滾丸分子物理性滲入到板材表面，并積累，當(dāng)軸承合金分子滲入深度為20μm±05μm時(shí)，即完成了純銅基板材表面合金化；⑤在滾丸撞擊純銅基板材表面的過程中，滾丸室溫度由常溫20℃±3℃升至80℃±3℃，并由溫度計(jì)顯示溫度值，溫度持續(xù)恒定時(shí)間為20min±0.5min；(14)冷卻純銅基板材表面合金化工序完成后，關(guān)閉電機(jī)、振蕩器，滾丸室在密封狀態(tài)下，在氬氣保護(hù)下，使其自然冷卻至20℃±3℃，冷卻時(shí)間為120min；(15)取出產(chǎn)物冷卻后打開密封狀的滾丸室，取出合金化后的純銅基板材，置于干燥、潔凈的環(huán)境中；(16)合金化后退火對(duì)合金化的純銅基板材要進(jìn)行真空退火處理，退火溫度500℃±1℃，退火時(shí)間為360min±1min，退火后合金化表面狀態(tài)成帶狀分布；(17)檢測、分析、表征對(duì)退火后的純銅基板材的合金化層表面和縱切面斷層要進(jìn)行強(qiáng)度、硬度、深度、面積、合金成分、含量、色澤進(jìn)行檢測、分析和表征；用X-射線衍射儀對(duì)表面結(jié)構(gòu)和成分進(jìn)行分析；用透射電子顯微鏡對(duì)微觀組織進(jìn)行分析；用掃描電鏡進(jìn)行表面形貌分析；(18)儲(chǔ)存對(duì)表面合金化后的純銅基板材要儲(chǔ)存于專用容器中，儲(chǔ)存溫度為20℃±3℃，相對(duì)濕度≤40％，置于干燥、潔凈的環(huán)境中，要防水、防潮、防氧化、防酸堿侵蝕。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種純銅基板材表面合金化的工藝方法，其特征在于所述的純銅基板材表面合金化是在滾丸機(jī)的振蕩狀態(tài)下完成的，滾丸機(jī)振蕩器的頻率為50次/s、3000次/min，振蕩時(shí)間為30min±0.5min，滾丸室做上下左右前后不規(guī)律性勻速振蕩。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種純銅基板材表面合金化的工藝方法，其特征在于所述的純銅基板材表面合金化是軸承合金滾丸在滾丸室做振蕩跳動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，并撞擊純銅基板材表面，撞擊形式為不規(guī)則間歇式循環(huán)撞擊，滾丸的軸承合金分子物理性滲入到板材表面并積累，滲入深度為20μm±0.5μm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種純銅基板材表面合金化的工藝方法，其特征在于所述的純銅基板材表面合金化是在惰性氣體-氬氣的全程保護(hù)下完成的，氬氣輸入流量為1500cm3/min，輸入時(shí)間為2min±0.01min，滾丸室在氬氣氣氛中的壓強(qiáng)值為1×102Pa。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種純銅基板材表面合金化的工藝方法，其特征在于所述的純銅基板材表面合金化的軸承合金滾丸直徑為φ8mm±0.01mm，表面粗糙度Ra0.02-0.04μm，球形誤差ΔSph≤0.25μm，數(shù)量為300粒±5粒，滾丸數(shù)的總量體積與滾丸室的體積之比為1∶25。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種純銅基板材表面合金化的工藝方法，采用振蕩式滾丸機(jī)，將鏡面處理的純銅基板材置于滾丸機(jī)的滾丸室內(nèi)，用直徑φ8mm的軸承合金GCr15滾丸，在氬氣保護(hù)下，在3000次/min的頻率振蕩下，滾丸在滾丸室內(nèi)作不規(guī)則循環(huán)跳動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，撞擊鏡面狀的純銅基板材表面，使軸承合金分子物理性滲入到純銅基板材表面，直接一步法完成純銅基板材表面的納米化和合金化，合金化層與基體之間不存在界面，不會(huì)出現(xiàn)開裂、起皮、剝落等現(xiàn)象，合金化后表面含鉻量可達(dá)8.51％，含鐵量可達(dá)80.99％，表面強(qiáng)度、硬度大幅度提高，硬度可達(dá)3.2GPa，退火處理后，內(nèi)部組織致密性更加穩(wěn)定，此方法使用設(shè)備少，工藝流程短，不污染環(huán)境。
文檔編號(hào)C22F1/08GK1958849SQ20061004837
公開日2007年5月9日 申請(qǐng)日期2006年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月27日
發(fā)明者衛(wèi)英慧, 林萬明, 侯利鋒, 杜華云, 楊海燕, 許并社 申請(qǐng)人:太原理工大學(xué)