專利名稱：一種在金屬材料表面脈沖毛化處理方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種在金屬材料表面脈沖毛化處理方法及裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)階段軋輥毛化后得到的軋輥表面由很多易于折斷和磨損的尖峰組成，嚴(yán)重影響軋輥表面的粗糙度保持性能和耐磨性能；而從摩擦學(xué)及潤(rùn)滑理論上分析，板材表面最理想的微觀形貌為球面或橢球凹陷，因?yàn)榍蛎婊驒E球凹陷能夠使鋼板在沖壓過(guò)程中形成獨(dú)特的微坑潤(rùn)滑機(jī)構(gòu)，可以有效減小摩擦力和磨損，減少?zèng)_壓裂紋的產(chǎn)生，同時(shí)形成上述微坑也有利于鋼板表面相應(yīng)形成的表面圓滑的微突起，尖峰少以保證板面具有足夠的粗糙度。因此，在軋輥表面形成球冠狀微凸形貌對(duì)冷軋板的生產(chǎn)有著很重要的意義。鉻的機(jī)械性能(強(qiáng)度、硬度)優(yōu)于鐵基材料，所以采用鉻材質(zhì)的毛化后軋輥表面的硬度高，可延長(zhǎng)軋輥的使用壽命，毛化后的軋輥表面凹坑呈隨機(jī)分布，可獲得軋輥的表面粗糙度值范圍Ra在0.2^20μ m,且峰值密度很高，重復(fù)性好，有利于毛化鋼板的涂漆。傳統(tǒng)的冷軋輥毛化工藝(噴丸毛化，電火花毛化等)都是使輥面材料脫落或燒損形成尖銳的內(nèi)凹毛化形貌的工藝，生產(chǎn)出來(lái)的毛化輥受冷軋輥材質(zhì)的影響，粗糙度衰減過(guò)快，使用壽命低，以及毛化冷軋輥表面形貌中凹坑多于凸起，因而不利于帶鋼對(duì)其表面粗糙度的拷貝。電沉積鉻毛化工藝·是在加工后的軋輥表面形成具有一定毛化效果的電沉積鉻層，對(duì)輥面材料沒(méi)有影響，其耐磨性能完全取決于電沉積鉻層的硬度。由于鉻硬度很高，具有良好的耐磨性，可以大幅度提高毛化冷軋輥的使用壽命；通過(guò)對(duì)電沉積鉻毛化工藝得到的表面形貌觀察發(fā)現(xiàn)，其凸起遠(yuǎn)多于凹坑，因而有利于帶鋼對(duì)其形貌的拷貝，有利于形成相互隔離的潤(rùn)滑坑，從而減少帶鋼沖壓時(shí)的摩擦力。但是這種毛化方式加工效率不是很高，且由于發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，易造成大量的有毒化學(xué)廢物，污染環(huán)境。因此開(kāi)發(fā)一種污染少、能耗低的毛化方法是必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種在金屬材料表面脈沖毛化處理方法及裝置，通過(guò)施加脈沖疊加直流電對(duì)材料表面毛化處理，使鉻沉積在基體表面，并形成較理想的粗糙度，同時(shí)使粗糙度參數(shù)易于控制。本發(fā)明的在金屬材料表面脈沖毛化處理方法按以下步驟進(jìn)行:
1、采用金屬材料作為基體材料，對(duì)基體材料進(jìn)行預(yù)處理，然后于水中清洗干凈后取
出；
2、配制電解液，電解液中硫酸濃度為:T4g/L，抗氧化劑苯酚濃度為:T5g/L，Cr6+濃度為9(Tl20 g/L，分散劑十二烷基硫酸鈉濃度為Γ10 g/L，余量為水；
3、待清洗干凈的基體材料表面干燥后，置于電解液中作為陰極，采用鉛銻合金作為陽(yáng)極，通過(guò)電源向兩極施加脈沖電流，脈沖電流的波形為方波，正向?qū)〞r(shí)間10(T400ms，反向?qū)〞r(shí)間5(Tl00ms，占空比60 90%，平均電流密度60(T2800mA/cm2，脈沖頻率50(Γ3000Ηζ，通電時(shí)間為6(Tl20min，在基體材料表面獲得鉻毛化層；施加脈沖電流的過(guò)程中控制電解液的溫度為50 55°C。上述方法中的預(yù)處理是指選用重量濃度5 15%的氫氧化鈉溶液清洗基體材料表面去除油污，再采用重量濃度2 4%的鹽酸溶液去除表面的銹蝕。上述方法中的鉻毛化層的表面粗糙度Ra在0.2^20 μ m。上述方法中的鉛銻合金中銻的重量含量為5 10%。本發(fā)明的在金屬材料表面脈沖毛化處理裝置包括電鍍槽、控溫裝置和升降裝置，電鍍槽內(nèi)設(shè)有陽(yáng)極，陽(yáng)極與電源連接；控溫裝置為控溫槽或盤(pán)管；當(dāng)控溫裝置為控溫槽時(shí)，控溫槽套在電鍍槽外部，控溫槽上設(shè)有進(jìn)水口和出水口 ；當(dāng)控溫裝置為盤(pán)管時(shí)，盤(pán)管設(shè)在電鍍槽內(nèi)；電鍍槽上方還設(shè)有升降裝置，升降裝置由升降電機(jī)和升降桿組成，升降桿用于連接基體材料。上述裝置中，電鍍槽設(shè)有塑料內(nèi)襯。上述裝置中，盤(pán)管的材質(zhì)為鈦。采用上述裝置的實(shí)施在金屬材料表面脈沖毛化處理方法是按以下步驟進(jìn)行:將電解液置于電鍍槽內(nèi)；將經(jīng)過(guò)預(yù)處理的基體材料清洗后晾干，然后固定在升降桿上，通過(guò)升降電機(jī)放入電解液中并與電源陰極連接，通過(guò)電源向兩極施加脈沖電流，同時(shí)向控溫裝置內(nèi)通入循環(huán)水控制電解液的溫度，在基體材料表面沉積形成鉻毛化層。本發(fā)明的原理是通過(guò)對(duì)電解液施加脈沖電流，在基體材料表面沉積獲得鉻毛化層；毛化過(guò)程中采用不溶性陽(yáng)極，不會(huì)在沉積過(guò)程中發(fā)生溶解，易于實(shí)現(xiàn)純凈生產(chǎn)。本發(fā)明的裝置及方法適用于對(duì)冷軋輥 、印刷輥等軋制輥表面進(jìn)行毛化處理，通過(guò)調(diào)整脈沖電流的參數(shù)可以控制鉻毛化層的粗糙度，并且電解液成分簡(jiǎn)單，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明的裝置和方法具有良好的實(shí)用性，可以最大限度的利用設(shè)備在基體上形成具有一定粗糙度的形貌；本發(fā)明的方法具有較強(qiáng)的毛化效果，并且具備成本低，工藝穩(wěn)定，參數(shù)容易控制等優(yōu)點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的在金屬材料表面脈沖毛化處理裝置結(jié)構(gòu)示意圖，圖中，1、電鍍槽，2、控溫槽，2-1、出水口，2-2、進(jìn)水口，3、電源，4、陽(yáng)極，5、升降電機(jī)，6、升降桿，7、固定架，8、基體材料，9、電解液，IO、控溫水。圖2為本發(fā)明的施加脈沖電流的電源工作原理示意圖。圖3為本發(fā)明實(shí)施例1的鉻毛化層電子掃描顯微圖。圖4為本發(fā)明實(shí)施例2的鉻毛化層電子掃描顯微圖。圖5為本發(fā)明實(shí)施例3的鉻毛化層電子掃描顯微圖。圖6為本發(fā)明實(shí)施例4的鉻毛化層電子掃描顯微圖。圖7為本發(fā)明實(shí)施例5的鉻毛化層電子掃描顯微圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明實(shí)施例中選用的基體材料的材質(zhì)為IF鋼。本發(fā)明實(shí)施例中制備電解液采用的硫酸、苯酚、十二烷基硫酸鈉和鉻酸均為市購(gòu)工業(yè)級(jí)產(chǎn)品。本發(fā)明實(shí)施例中表面形貌電子掃描米用SS-550型掃描電子顯微鏡。本發(fā)明實(shí)施例中測(cè)試表面硬度采用450MVD 維氏硬度計(jì)。本發(fā)明實(shí)施例中測(cè)試表面粗糙度采用OLYMPUS 0LS3100激光共聚焦顯微鏡。本發(fā)明實(shí)施例中測(cè)試耐磨性采用PMJ-2平面磨損測(cè)試機(jī)。實(shí)施例1
在金屬材料表面脈沖毛化處理裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括電鍍槽1、控溫槽2和升降裝置，電鍍槽I內(nèi)設(shè)有陽(yáng)極4，陽(yáng)極4與電源3連接；控溫槽2套在電鍍槽I外部，控溫槽2上設(shè)有進(jìn)水口 2-2和出水口 2-1 ;電鍍槽I上方的升降裝置固定在固定架7上，升降裝置由升降電機(jī)5和升降桿6組成，升降桿6底部有外螺紋用于連接基體材料8 ;其中陽(yáng)極4的材質(zhì)為鉛銻合金，其中銻的重量含量為7%，余量為鉛；電鍍槽I設(shè)有塑料內(nèi)襯與電解液9接觸；控溫槽2內(nèi)通過(guò)進(jìn)水口 2-2和出水口 2-1循環(huán)通入控溫水10 ；
將硫酸、苯酚、十二烷基硫酸鈉和鉻酸置于水中制成電解液，其成分濃度按硫酸3.2g/L，抗氧化劑苯酚4 g/L, Cr6+ 110 g/L，分散劑十二烷基硫酸鈉6 g/L，余量為水和不可避免雜質(zhì)；將電解液置于電鍍槽內(nèi)；
選用IF鋼作為基體材料，在基體材料上部加工出一個(gè)內(nèi)螺紋與升降桿的外螺紋配合，用重量濃度10%的氫氧化鈉溶液清洗基體材料表面去除油污，再采用重量濃度3%的鹽酸溶液去除表面的銹蝕，然后于水中清洗干凈后取出晾干；通過(guò)螺紋固定在升降桿底部，通過(guò)升降電機(jī)帶動(dòng)基體材料置于電解液中，并與電源的陰極連接，通過(guò)電源向兩極施加脈沖電流，脈沖電流的波形為方波，正向?qū)〞r(shí)間100ms，反向?qū)〞r(shí)間50ms，占空比67%，平均電流密度600mA/cm2，脈沖頻率2000Hz，通電時(shí)間為90min，在基體材料表面獲得鉻毛化層；施加脈沖電流的過(guò)程中通過(guò)控溫水控制電解液的溫度為5(T55°C ;施加脈沖電流的電源工作原理如圖2所示；
用水對(duì)具有鉻毛化層的基體材料清洗至表面沒(méi)有鉻酸顏色，對(duì)鉻毛化層進(jìn)行性能測(cè)試，結(jié)果顯示:表面形貌分布均勻，如圖3所示，硬度大小為ΙΟΟΟΗν，粗糙度為1 2μπι，耐磨量為0.015mg，可以達(dá)到對(duì)基體材料表面性能的要求。實(shí)施例2
在金屬材料表面脈沖毛化處理裝置結(jié)構(gòu)你同實(shí)施例1，不同點(diǎn)在于:鉛銻合金中銻的重量含量為10% ;控溫裝置為電鍍槽內(nèi)部的盤(pán)管，盤(pán)管材質(zhì)為鈦；
在金屬材料表面脈沖毛化處理方法同實(shí)施例1，不同點(diǎn)在于:
(1)電解液的成分濃度按硫酸3.5g/L,抗氧化劑苯酹3 g/L, Cr6+ 90 g/L,分散劑十二烷基硫酸鈉6g/L ；
(2)用重量濃度5% 的氫氧化鈉溶液清洗基體材料表面去除油污，再采用重量濃度2%的鹽酸溶液去除表面的銹蝕；
(3)正向?qū)〞r(shí)間200ms，反向?qū)〞r(shí)間502ms，占空比80%，平均電流密度1200mA/cm2，脈沖頻率1500Hz，通電時(shí)間為120min ；
(4)向盤(pán)管中通入控溫水控制電解液的溫度；對(duì)鉻毛化層進(jìn)行性能測(cè)試顯示:表面形貌分布均勻，如圖4所示，硬度大小為960Hv，粗糙度為2.5 3.5 μ m，耐磨量為0.013mg，可以達(dá)到對(duì)基體材料表面性能的要求。實(shí)施例3
在金屬材料表面脈沖毛化處理裝置結(jié)構(gòu)你同實(shí)施例1，不同點(diǎn)在于:鉛銻合金中銻的重量含量為5% ；
在金屬材料表面脈沖毛化處理方法同實(shí)施例1，不同點(diǎn)在于:
(1)電解液的成分濃度按硫酸3.8g/L,抗氧化劑苯酹5 g/L, Cr6+ 100 g/L,分散劑十二烷基硫酸鈉8 g/L ； (2)用重量濃度15%的氫氧化鈉溶液清洗基體材料表面去除油污，再采用重量濃度4%的鹽酸溶液去除表面的銹蝕；
(3)正向?qū)〞r(shí)間300ms，反向?qū)〞r(shí)間100ms，占空比75%，平均電流密度2000mA/cm2，脈沖頻率1200Hz，通電時(shí)間為60min ；
對(duì)鉻毛化層進(jìn)行性能測(cè)試顯示:表面形貌分布均勻，如圖5所示，硬度大小為1080HV，粗糙度為1.8 3.0 μ m，耐磨量為0.013mg，可以達(dá)到對(duì)基體材料表面性能的要求。實(shí)施例4
在金屬材料表面脈沖毛化處理裝置結(jié)構(gòu)你同實(shí)施例1，不同點(diǎn)在于:鉛銻合金中銻的重量含量為9% ;控溫裝置為電鍍槽內(nèi)部的盤(pán)管，盤(pán)管材質(zhì)為鈦；
在金屬材料表面脈沖毛化處理方法同實(shí)施例1，不同點(diǎn)在于:
(1)電解液的成分濃度按硫酸4g/L,抗氧化劑苯酹4g/L, Cr6+ 110 g/L,分散劑十二燒基硫酸鈉4 g/L ;
(2)正向?qū)〞r(shí)間400ms，反向?qū)〞r(shí)間100ms，占空比60%，平均電流密度2500mA/cm2，脈沖頻率500Hz，通電時(shí)間為IlOmin ；
(3)向盤(pán)管中通入控溫水控制電解液的溫度；
對(duì)鉻毛化層進(jìn)行性能測(cè)試顯示:表面形貌分布均勻，如圖6所示，硬度大小為1050HV，粗糙度為2.8 3.6 μ m，耐磨量為0.015mg，可以達(dá)到對(duì)基體材料表面性能的要求。實(shí)施例5
在金屬材料表面脈沖毛化處理裝置結(jié)構(gòu)你同實(shí)施例1，不同點(diǎn)在于:鉛銻合金中銻的重量含量為8% ；
在金屬材料表面脈沖毛化處理方法同實(shí)施例1，不同點(diǎn)在于:
(1)電解液的成分濃度按硫酸3g/L,抗氧化劑苯酹5g/L, Cr6+ 120 g/L,分散劑十二燒基硫酸鈉10 g/L ；
(2)用重量濃度8%的氫氧化鈉溶液清洗基體材料表面去除油污，再采用重量濃度2%的鹽酸溶液去除表面的銹蝕；
(3)正向?qū)〞r(shí)間350ms，反向?qū)〞r(shí)間80ms，占空比90%，平均電流密度2800mA/cm2，脈沖頻率3000Hz，通電時(shí)間為80min ；
對(duì)鉻毛化層進(jìn)行性能測(cè)試顯示:表面形貌分布均勻，如圖7所示，硬度大小為ΙΟΙΟΗν，粗糙度為3.(Γ3.8μπι，耐磨量為0.01 lmg，可以達(dá)到對(duì)基體表面性能的要求。
權(quán)利要求
1.一種在金屬材料表面脈沖毛化處理方法，其特征在于按以下步驟進(jìn)行: (1)采用金屬材料作為基體材料，對(duì)基體材料進(jìn)行預(yù)處理，然后于水中清洗干凈后取出； (2)配制電解液，電解液中硫酸濃度為3 4g/L，抗氧化劑苯酚濃度為3 5g/L，Cr6+濃度為9(Tl20 g/L，分散劑十二烷基硫酸鈉濃度為ΓΙΟ g/L，余量為水； (3)待清洗干凈的基體材料表面干燥后，置于電解液中作為陰極，采用鉛銻合金作為陽(yáng)極，通過(guò)電源向兩極施加脈沖電流，脈沖電流的波形為方波，正向?qū)〞r(shí)間10(T400ms，反向?qū)〞r(shí)間5(Tl00ms，占空比60 90%，平均電流密度60(T2800mA/cm2，脈沖頻率50(Γ3000Ηζ，通電時(shí)間為6(Tl20min，在基體材料表面獲得鉻毛化層；施加脈沖電流的過(guò)程中控制電解液的溫度為50 55°C。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在金屬材料表面脈沖毛化處理方法，其特征在于所述的鉻毛化層的表面粗糙度Ra在0.2^20 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在金屬材料表面脈沖毛化處理方法，其特征在于所述的鉛銻合金中銻的重量含量為5 10%。
4.實(shí)施權(quán)利 要求1所述的一種在金屬材料表面脈沖毛化處理方法的裝置，其特征在于該裝置包括電鍍槽、控溫裝置和升降裝置，電鍍槽內(nèi)設(shè)有陽(yáng)極，陽(yáng)極與電源連接；控溫裝置為控溫槽或盤(pán)管；當(dāng)控溫裝置為控溫槽時(shí)，控溫槽套在電鍍槽外部，控溫槽上設(shè)有進(jìn)水口和出水口 ；當(dāng)控溫裝置為盤(pán)管時(shí)，盤(pán)管設(shè)在電鍍槽內(nèi)；電鍍槽上方還設(shè)升降裝置，升降裝置由升降電機(jī)和升降桿組成，升降桿用于連接基體材料。
全文摘要
一種在金屬材料表面脈沖毛化處理方法及裝置，屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，方法按以下步驟進(jìn)行(1)對(duì)基體材料進(jìn)行預(yù)處理；(2)配制電解液；(3)待清洗干凈的基體材料表面干燥后，置于電解液中作為陰極，采用鉛銻合金作為陽(yáng)極，通過(guò)電源向兩極施加脈沖電流在基體材料表面獲得鉻毛化層；裝置包括電鍍槽、控溫裝置和升降裝置，電鍍槽內(nèi)設(shè)有陽(yáng)極與電源連接；控溫裝置為控溫槽或盤(pán)管；電鍍槽上方還設(shè)升降裝置，升降裝置由升降電機(jī)和升降桿組成。本發(fā)明的方法具有較強(qiáng)的毛化效果，并且具備成本低，工藝穩(wěn)定，參數(shù)容易控制等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C25D3/04GK103255455SQ20131021696
公開(kāi)日2013年8月21日 申請(qǐng)日期2013年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月31日
發(fā)明者劉常升, 劉棟, 譚勇, 王路, 張斌, 于曉中, 錢(qián)曉龍, 陳歲元, 張濱, 梁京 申請(qǐng)人:東北大學(xué)