專利名稱：乳化液射流金屬表面改性方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬材料表面加工技術(shù)，特別是一種乳化液射流金屬表面改性方法。
背景技術(shù)：
在表面引入殘余壓應(yīng)力可以明顯改善金屬材料的疲勞強(qiáng)度，有許多表面改性的機(jī) 械方法，如噴丸、激光噴丸、超聲噴丸、深軋和輥壓等，均可以導(dǎo)致材料表面殘余壓應(yīng)力的形 成。為了改善固體顆粒射流對裂紋萌生的不利作用，在1990年代，人們提出了利用液體射 流技術(shù)加工硬化金屬表面的思想并在不斷開發(fā)水射流和油射流噴丸硬化技術(shù)。在這些技術(shù) 中，通過高壓氣體產(chǎn)生的高速液體射流作用在金屬表面，使之產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。試樣表面殘 余應(yīng)力的大小和深度取決于射流壓力、射流時(shí)間以及材料強(qiáng)度，水射流空化噴射強(qiáng)化對改 善金屬的疲勞強(qiáng)度要優(yōu)于噴丸處理，對延長疲勞裂紋萌生的作用較為明顯；空化射流噴丸 技術(shù)的研究已經(jīng)取得了 一些實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。但由于水在構(gòu)件上可能造成一定的腐蝕，雖然其工藝技術(shù)簡易，且不會造成大的 水消耗，但其強(qiáng)化效果受到水的腐蝕性的影響；進(jìn)一步發(fā)展的油射流噴丸，可以避免腐蝕問 題，但油射流噴丸涉及到試樣的清洗問題以及投資較大，盡管可以采用油循環(huán)方式，但不可 避免的存在油的消耗。這些問題在一定程度上限制了水(油)射流噴丸技術(shù)的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要提供一種對金屬材料具有弱保護(hù)性的乳化液射流金屬表面改 性方法。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的該金屬表面改性方法主要包括配制能夠產(chǎn)生有效空 化氣泡和射流效果的乳化液；將待加工的零件浸沒在所述的乳化液中，調(diào)整射流噴嘴、射流 壓力以及射流噴嘴與被加工金屬的距離，在乳化液介質(zhì)中對金屬表面進(jìn)行射流加工，具體 工藝過程是(1)采用乳化液作為產(chǎn)生射流的介質(zhì)，乳化液為乳化油和水的混合物；室溫下乳 化油與水的配合比例，乳化油為3 % 10 %、水為97 % 90 %，然后加入無水碳酸鈉調(diào)節(jié)乳 化液的PH值，乳化液的pH值控制在7-10，粘度平均值1. 0 1. 5cSt,下臨界雷諾系數(shù)小于 2320 ；(2)將待加工的零件浸沒在所述的乳化液中，打開乳化液射流機(jī)乳化液射流通過 射流噴嘴產(chǎn)生乳化液氣泡流，射流壓力為20 60MPa，乳化液射流擴(kuò)散角為25 5°。(3)移動乳化液射流噴嘴，使射流垂直對準(zhǔn)零件待加工表面，射流噴嘴的射流出口 到零件待加工表面的距離為15 30cm。所述乳化油的外觀為透明或半透明液體，pH值7-10，運(yùn)動黏度，40°C時(shí)為35_50， 腐蝕45鋼24h不大于1 ；所述乳化液為乳化油與水混合后形成水包油(0/W)型乳化液；所述 與乳化油混合的水為無水碳酸鈉軟化的水；所述的乳化液配制后的使用溫度為2 30°C。
有益效果，由于采用了上述方案，利用乳化液作為空化射流產(chǎn)生的介質(zhì)，形成乳化 液射流金屬表面改性方法。對金屬的疲勞強(qiáng)度要優(yōu)于使用水介質(zhì)的噴丸處理方法，對延長 疲勞裂紋萌生的作用尤其顯著；相對于采用油為介質(zhì)的射流噴丸方法，解決了對試樣的清 洗問題，大大降低了投資成本和使用成本；通過對鋁合金、硅錳合金和碳鋼等材料的高壓水 沖擊強(qiáng)化處理后，可以使強(qiáng)化試件的疲勞強(qiáng)度比未強(qiáng)化試件的疲勞強(qiáng)度分別提高56%和 11%，與傳統(tǒng)噴丸強(qiáng)化相比，疲勞強(qiáng)度提高了 4% 36%，處理后的試件表面粗糙度變化不 大，處理后試件的表面粗糙度值Ra大大降低；射流噴嘴產(chǎn)生的射流氣泡均勻，不易造成金 屬表面的傷害，殘留的乳化液對金屬表面沒有腐蝕作用，加工的金屬表面不會因?yàn)樯淞鹘?質(zhì)而產(chǎn)生二次腐蝕；對金屬材料具有弱保護(hù)性，達(dá)到了本發(fā)明的目的。優(yōu)點(diǎn)是能夠產(chǎn)生有效空化氣泡、提高金屬表面加工效率，對金屬表面不產(chǎn)生腐 蝕，又對環(huán)境無污染，成本低廉，不易造成金屬表面的傷害，殘留的乳化液對金屬表面沒有 腐蝕作用，投資成本和使用成本低，使用效果好，極易推廣和應(yīng)用。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 對普碳鋼表面改性。采用半透明乳化油，其PH值為10，運(yùn)動黏度在40°C 時(shí)為50，腐蝕45鋼24h不大于1。室溫下按照乳化油為10 %，水為90 %的比例配比，配制 乳化液，用無水碳酸鈉調(diào)節(jié)乳化液的PH值為10，粘度平均值為1.5cSt，下臨界雷諾系數(shù)小 于2320;打開乳化液射流機(jī)，控制射流壓力為50MPa，射流產(chǎn)生的空化氣泡擴(kuò)散角為6°，噴 嘴射流出口到零件待加工表面的距離為30cm，加工表面的硬度和疲勞壽命顯著提高。所述的乳化液射流機(jī)是液壓泵；所述乳化油的是市購產(chǎn)品。實(shí)施例2 對SiMn合金鋼表面改性。采用半透明乳化油，其pH值為8，運(yùn)動黏度在 40°C時(shí)為45，腐蝕45鋼24h不大于1。室溫下乳化油為6%，水為94%的比例配比，配制乳 化液，用無水碳酸鈉調(diào)節(jié)乳化液的PH值為8，粘度平均值為1. lcSt，打開乳化液射流機(jī)，控 制射流壓力為60MPa，射流產(chǎn)生的空化氣泡擴(kuò)散角為5°，噴嘴射流出口到零件待加工表面 的距離為25cm，加工表面的硬度和疲勞壽命顯著提高。其它與實(shí)施例1同。實(shí)施例3 對普碳鋼表面改性。采用半透明乳化油，其PH值為7，運(yùn)動黏度在40°C 時(shí)為35，腐蝕45鋼24h不大于1。室溫下乳化油與為3%，水為97%的比例配比，配制乳化 液，用無水碳酸鈉調(diào)節(jié)乳化液的PH值為7，粘度平均值為l.OcSt，打開乳化液射流機(jī)，控制 射流壓力為20MPa，射流產(chǎn)生的空化氣泡擴(kuò)散角為25°，噴嘴射流出口到零件待加工表面 的距離為15cm，加工表面的硬度提高，銹層去除。其它與實(shí)施例1同。實(shí)施例4 對鋼零件鍵槽底部改性。采用半透明乳化油，其PH值為8，運(yùn)動黏度在 40°C時(shí)為45，腐蝕45鋼24h不大于1。室溫下乳化油與水的比例為5%，水為95%的比例 配比，配制乳化液，用無水碳酸鈉調(diào)節(jié)乳化液的PH值為9，粘度平均值為1. 4cSt ；打開乳化 液射流機(jī)，控制射流壓力為40MPa，射流產(chǎn)生的空化氣泡擴(kuò)散角為11°，噴嘴射流出口到零 件待加工表面的距離為25cm，加工表面的硬度顯著提高。其它與實(shí)施例1同。
權(quán)利要求
一種乳化液射流金屬表面改性方法，其特征是該金屬表面改性方法主要包括配制能夠產(chǎn)生有效空化氣泡和射流效果的乳化液；將待加工的零件浸沒在所述的乳化液中，調(diào)整射流噴嘴、射流壓力以及射流噴嘴與被加工金屬的距離，在乳化液介質(zhì)中對金屬表面進(jìn)行射流加工，具體工藝過程是(1)采用乳化液作為產(chǎn)生射流的介質(zhì)，乳化液為乳化油和水的混合物；室溫下乳化油與水的配合比例，乳化油為3％～10％、水為97％～90％，然后加入無水碳酸鈉調(diào)節(jié)乳化液的pH值，乳化液的pH值控制在7-10，粘度平均值1.0～1.5cSt，下臨界雷諾系數(shù)小于2320；(2)將待加工的零件浸沒在所述的乳化液中，打開乳化液射流機(jī)乳化液射流通過射流噴嘴產(chǎn)生乳化液氣泡流，射流壓力為20～60MPa，乳化液射流擴(kuò)散角為25～5°。(3)移動乳化液射流噴嘴，使射流垂直對準(zhǔn)零件待加工表面，射流噴嘴的射流出口到零件待加工表面的距離為15～30cm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的乳化液射流金屬表面改性方法，其特征是所述乳化油的外 觀為透明或半透明液體，PH值7-10，運(yùn)動黏度，40°C時(shí)為35-50，腐蝕45鋼24h不大于1 ；所 述乳化液為乳化油與水混合后形成水包油(0/W)型乳化液；所述與乳化油混合的水為無水 碳酸鈉軟化的水；所述的乳化液配制后的使用溫度為2 30°C。
全文摘要
一種乳化液射流金屬表面改性方法，屬于金屬材料表面加工技術(shù)。該金屬表面改性方法主要包括配制能夠產(chǎn)生有效空化氣泡和射流效果的乳化液；將待加工的零件浸沒在所述的乳化液中，調(diào)整射流噴嘴、射流壓力以及射流噴嘴與被加工金屬的距離，在乳化液介質(zhì)中對金屬表面進(jìn)行射流加工。利用乳化液作為空化射流產(chǎn)生的介質(zhì)，形成乳化液射流金屬表面改性方法，使強(qiáng)化試件的疲勞強(qiáng)度分別提高56％和11％。優(yōu)點(diǎn)是能夠產(chǎn)生有效空化氣泡、提高金屬表面加工效率，既對金屬表面不產(chǎn)生腐蝕，又對環(huán)境無污染，成本低廉，不易造成金屬表面的傷害，殘留的乳化液對金屬表面沒有腐蝕作用，投資成本和使用成本低，使用效果好，極易推廣和應(yīng)用。
文檔編號C21D7/06GK101886160SQ20101022432
公開日2010年11月17日 申請日期2010年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月6日
發(fā)明者孫智, 康學(xué)勤 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)