本發(fā)明涉及表面處理
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及一種金屬表面機(jī)械輔助電熱合金化的制備方法。
背景技術(shù)：
：引起金屬零件失效的原因主要有疲勞(占61％)、過載(占18％)、應(yīng)力腐蝕(占8％)、過度磨損(占7％)、腐蝕(占3％)、高溫氧化(占2％)、應(yīng)力破壞(占1％)；除過載以外，其余失效均與零件表面狀態(tài)有關(guān)；因此，大部分金屬零部件實(shí)際使用過程中均需要進(jìn)行表面強(qiáng)化處理。傳統(tǒng)的表面強(qiáng)化技術(shù)可分為兩類：表面涂覆和表面改性處理。表面涂覆處理包括電鍍、化學(xué)鍍、噴涂、氣相沉積、氧化等方法，涂層材料的成分、組織結(jié)構(gòu)、致密度和力學(xué)性能均與基體之間存在較大的差異；這種涂層強(qiáng)化技術(shù)能夠有效的解決金屬材料表面耐蝕、耐磨不足的缺陷，但對零部件的疲勞性能產(chǎn)生非常大的影響；而且涂層和基體之間的結(jié)合力較差，在加載作用下涂層的壽命也受到極大影響。表面改性處理包括機(jī)械強(qiáng)化、高能束流輻照、離子注入、化學(xué)熱處理(滲氮、碳)等方法；改性層與基體之間無明顯分界面，且主要成分不發(fā)生變化；其中，機(jī)械強(qiáng)化對零部件的表面性能提升貢獻(xiàn)有限；高能束流輻照和離子注入等工藝對設(shè)備的要求較高且效率低，需要在真空或保護(hù)下進(jìn)行；化學(xué)熱處理需要高溫、氣氛條件下進(jìn)行，對零部件的力學(xué)性能產(chǎn)生較大影響。金屬表面合金化技術(shù)能夠有效的克服以上工藝的不足的，獲得高質(zhì)量的強(qiáng)化層或功能層；傳統(tǒng)的機(jī)械合金化及文獻(xiàn)《RapidsynthesisofTi(C,N)powdersbymechanicalalloyingandsubsequentarcdischarging》公布的機(jī)械輔助合金化技術(shù)均僅適合于粉體等原材料的加工，無法用于金屬部件的表面強(qiáng)化；機(jī)械鍍技術(shù)可以形成相對致密的鍍層，但其結(jié)合力差且僅適合于形狀簡單的小件產(chǎn)品；目前，能夠有效實(shí)現(xiàn)金屬表面合金化的方法主要有：高溫包埋擴(kuò)散滲、涂鍍后高溫?zé)釘U(kuò)散處理、高能束(激光、電子束)表面合金化、微弧火花沉積等技術(shù)。高溫包埋擴(kuò)散滲(如鋼鐵材料表面粉末滲鋁)工藝溫度高、時(shí)間長，對零 部件的力學(xué)性能產(chǎn)生極大的負(fù)面影響，特別是疲勞性能造成很大的影響；而且強(qiáng)化層極易出現(xiàn)貫穿性裂紋，使用中易誘發(fā)強(qiáng)化層脫落，大幅降低強(qiáng)化效果。涂鍍后熱擴(kuò)散處理工藝同樣存在后續(xù)高溫處理過程，使零部件芯部晶粒長大、強(qiáng)韌性登力學(xué)指標(biāo)下降，而且處理成本更高。高能束表面合金化工藝存在加工成本高(能量利用率低)、設(shè)備及維護(hù)成本高昂，且存在微裂紋等質(zhì)量缺陷。微弧火花沉積技術(shù)是通過電容的脈沖放電將電極材料沉積在金屬基體表面，使基體和電極材料發(fā)生冶金反應(yīng)形成高硬度的表面強(qiáng)化合金化涂層，從而改善鈦表面的耐磨和耐蝕性能；然而，微弧火花沉積速度慢、效率低，導(dǎo)致該技術(shù)僅適合處理精密零件表面失重型缺陷的微量修復(fù)，不適于修復(fù)涂層厚度較大(涂層厚度＞0.25mm)，更不適于較大面積的處理；而且整個(gè)處理工藝需要經(jīng)過機(jī)械加工、堆焊加厚修復(fù)、磨削平整等流程；因此，微弧火花沉積技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域十分有限。文獻(xiàn)《柔性鈦電極電火花合成TiN涂層》、《柔性電極鈦合金表面電火花強(qiáng)化試驗(yàn)研究》公布了一種柔性電火花沉積方法；相對于傳統(tǒng)電火花沉積技術(shù)，該工藝僅在熔體沉積速率和質(zhì)量控制上有所改進(jìn)，但該工藝的缺陷更加明顯：(1)該工藝沒有解決電火花沉積速度慢、效率低的不足；(2)電極尺寸變大，導(dǎo)致現(xiàn)場或手工操作難度增加；(3)為了獲得更充分的火花放電效果和穩(wěn)定性，必須保證圓形絲盤中較低的絲束密度且單根電極絲與基體之間的間隙控制在合理的范圍內(nèi)，而且強(qiáng)化層完全依靠電極的沉積獲得，導(dǎo)致加工過程中單絲的消耗大、絲盤尺寸變化大，造成工藝穩(wěn)定性差，不能進(jìn)行長時(shí)間、大面積處理；其中，文獻(xiàn)《柔性鈦電極電火花合成TiN涂層》中所述與填充氮?dú)鈿怏w反應(yīng)的絲狀電極材料選擇有限，形成的TiN為陶瓷材料，脆性大，適用范圍更小；文獻(xiàn)《柔性電極鈦合金表面電火花強(qiáng)化試驗(yàn)研究》中，利用電火花的高能放電作用熔化金屬表面與空氣發(fā)生劇烈反應(yīng)形成氧化物且存在大量顆粒狀電極材料雜質(zhì)，涂層均勻性差、致密度低、脆性大，表面粗糙度難以控制。中國專利公告號CN101817159A，公開了“一種柔性電極零件表面電火花磨削拋光方法，其特征是：調(diào)速電機(jī)帶動導(dǎo)電柔性電極旋轉(zhuǎn)，在柔性電極與作為另一極的零件表面通入脈沖電源/直流電，絕緣工作臺在步進(jìn)電機(jī)的帶動下，柔性電極向零件表面靠近，達(dá)到放電間隙時(shí)，產(chǎn)生火花放電，向放電區(qū)域噴入拋光介質(zhì)或者把放電區(qū)域侵入拋光介質(zhì)，利用火花放電能量，蝕除零件表面凸 出部分的表面材料，同時(shí)旋轉(zhuǎn)的柔性電極對零件表面有機(jī)械磨削作用，旋轉(zhuǎn)的柔性電極帶動拋光介質(zhì)對零件表面有拋光作用”；該工藝與傳統(tǒng)的電火花磨削拋光加工原理相同，即均通過電容脈沖放電去除工件表面的突起，達(dá)到拋光的目的，且降低了對工件精度的要求；同樣，該工藝技工過程中必須保證電刷與工件之間具有合適的放電間隙，因此電刷的機(jī)械磨削作用可以忽略不計(jì)；反而由于柔性電極對液體的強(qiáng)烈攪拌及其引起的巨大阻力，對設(shè)備的防護(hù)和加工過程提出來了更高的要求；另一方面，該工藝雖然通過拋光介質(zhì)保護(hù)避免了上述文獻(xiàn)中熔體與介質(zhì)之間的劇烈反應(yīng)，但也失去了電火花的強(qiáng)化作用；因此，該工藝僅適合一些小型、精細(xì)零件的去毛刺處理，很難獲得推廣應(yīng)用，特別是在處理大件部件、大面積處理或需要有較好強(qiáng)化效果時(shí)，該工藝的缺陷變得非常明顯。文獻(xiàn)《SurfacealuminizingonTi-6Al-4Valloyviaanovelmulti-passfriction-stirlapweldingmethod:Preparationprocess,oxidationbehaviorandinterlayerevolution》公布了一種多道攪拌摩擦焊搭接固態(tài)加工技術(shù)，該技術(shù)也存在明顯的不足：(1)僅適合特定平整表面的強(qiáng)化處理，不具備實(shí)際大規(guī)模應(yīng)用條件；(2)需要專用摩擦焊接及工裝卡具，且后續(xù)需要車銑加工，工藝復(fù)雜、成本高昂；(3)僅適合于科學(xué)研究，幾乎不能用于成品零部件的表面強(qiáng)化處理。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種金屬表面機(jī)械輔助電熱合金化的制備方法，其具有制備的合金化層致密、均勻，無脆性陶瓷、氮化物、氧化物等物質(zhì)形成，合金化層與基體之間為冶金結(jié)合、無明顯界面，強(qiáng)化層質(zhì)量高；合金元素的選擇范圍廣，且現(xiàn)對于激光合金化等工藝所需的粉體材料，本發(fā)明采用的金屬絲束加工技術(shù)難度小、成本更加低廉；本發(fā)明對工件的形狀、精度無特殊要求，適用性強(qiáng)；且操作簡單、易行，加工效率高，能夠用于大面積、復(fù)雜工件的表面強(qiáng)化處理；合金化與磨削過程同時(shí)進(jìn)行，能夠獲得低表面粗糙度、高光亮度的表面拋光效果，無需拋光、去毛刺等二次加工；對工件的形狀、精度無特殊要求，且可實(shí)現(xiàn)對復(fù)合材料、薄壁零部件的處理，適用性強(qiáng)；設(shè)備簡單一次投入小、維護(hù)成本低，加工成本低廉。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：一種金屬表面機(jī)械輔助電熱合金化的制備方法，步驟如下：步驟一、待合金化金屬工件基體預(yù)處理：去除待合金化金屬工件基體表面的油污、氧化皮、加工硬化層，獲得清潔、平整的表面狀態(tài)，以便后續(xù)的電熱合金化更均勻，工藝更穩(wěn)定，待用；步驟二、電熱合金化電極制備：選用欲與金屬基體表面合金化的低熔點(diǎn)或低導(dǎo)熱系數(shù)金屬材料(熔點(diǎn)低或?qū)嵯禂?shù)低于待合金化金屬基體，以促使欲合金化材料優(yōu)先于基體材料發(fā)生熔化)，加工成超細(xì)纖維/絲束，將該超細(xì)纖維/絲束緊固在金屬刷體表面，制成帶有合金化元素超細(xì)纖維/絲束的刷子，作為電熱合金化電極材料，待用；該結(jié)構(gòu)在合金化加工過程中，合金化元素絲束與金屬工件基體表面之間的點(diǎn)接觸形成高電阻值，進(jìn)而產(chǎn)生大量的電阻熱；在電阻熱和摩擦熱共同作用下，使接觸點(diǎn)的金屬絲和基體發(fā)生熔合，實(shí)現(xiàn)合金化，相比于激光合金化等工藝需要實(shí)用的粉體合金材料，本發(fā)明采用的金屬絲束加工技術(shù)難度小、成本更加低廉；步驟三、電熱合金化設(shè)備組裝：將步驟二準(zhǔn)備的刷子固定在高頻震動器上或者固定在高速旋轉(zhuǎn)電機(jī)上，并在垂直待合金化金屬工件基體表面方向持續(xù)施加一定的壓力，以確保刷子的超細(xì)纖維/絲束合金材料與步驟一準(zhǔn)備的金屬工件基體表面始終保持緊密接觸，保證合金化層致密、均勻，無脆性陶瓷、氮化物、氧化物等物質(zhì)形成，避免由于超細(xì)纖維/絲束合金材料與金屬工件基體分離而產(chǎn)生大光斑電弧燒蝕、形成金屬氧化物和氮化物等現(xiàn)象發(fā)生；而且將刷子與直/交流電源負(fù)極連接，電源正極與金屬工件基體連接，利于超細(xì)纖維/絲束的合金材料向金屬工件基體表面轉(zhuǎn)移，完成電熱合金化制備前的設(shè)備組裝，本發(fā)明對工件的形狀、精度無特殊要求，適用性強(qiáng)；且操作簡單、易行，加工效率高，能夠用于大面積、復(fù)雜工件的表面強(qiáng)化處理；步驟四、電熱合金化制備：啟動高頻震動器或者高速旋轉(zhuǎn)電機(jī)，使帶有合金化元素超細(xì)纖維/絲束的刷子與待合金化金屬工件基體兩者之間處于高速的相對運(yùn)動狀態(tài)，即兩者形成高速、高壓的摩擦過程；高頻往復(fù)運(yùn)動或高速旋轉(zhuǎn)開始的同時(shí)，接通強(qiáng)流直/交流電，開始合金化材料向待合金化金屬工件基體的熔合/轉(zhuǎn)移、擴(kuò)散，持續(xù)通電高頻往復(fù)運(yùn)動或高速旋轉(zhuǎn)一段時(shí)間，進(jìn)行反復(fù)的熔合/粘著轉(zhuǎn)移、擴(kuò)散達(dá)到金屬工件基體接觸面深層合金化，獲得理想的合金化強(qiáng)化層；當(dāng)電阻熱和摩擦熱僅能使金屬基體和合金元素絲束接觸點(diǎn)處于高溫黏流狀態(tài)，不足以使基體局部發(fā)生熔化時(shí)，僅依靠加壓的機(jī)械摩擦作用來實(shí)現(xiàn)合金元素從絲束材料向金屬基體的粘著轉(zhuǎn)移，并在高溫作用下實(shí)現(xiàn)向基體內(nèi) 部的擴(kuò)散滲透，達(dá)到深層合金化的目的，由于合金材料與金屬工件基體之間為冶金結(jié)合、無明顯界面，金屬工件基體的合金強(qiáng)化層質(zhì)量高；步驟五、合金化金屬工件基體的磨削及拋光：在獲得步驟四理想的合金化強(qiáng)化層后，切斷供給強(qiáng)流直/交流電，繼續(xù)讓高頻震動器或者高速旋轉(zhuǎn)電機(jī)帶動帶有合金化元素超細(xì)纖維/絲束的刷子與步驟四的金屬工件基體高速的相對運(yùn)動一段時(shí)間，合金化與磨削過程同時(shí)進(jìn)行，能夠獲得低表面粗糙度、高光亮度的表面拋光效果，無需單獨(dú)拋光、去毛刺等二次加工，節(jié)省了現(xiàn)有技術(shù)中還需要另外磨削和拋光的工序，完成金屬工件基體的磨削及拋光。本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案為：優(yōu)選的，為了進(jìn)一步提高合金化效果，所述步驟一中可采用噴砂、機(jī)械研磨工藝除去待合金化金屬工件基體表面的油污、氧化皮和加工硬化層。優(yōu)選的，為了進(jìn)一步提高合金化效果，所述步驟二中所述的超細(xì)纖維/絲束的直徑0.05mm-0.2mm，超細(xì)纖維/絲束在金屬刷子上的密度500根/cm2-3000根/cm2。優(yōu)選的，為了進(jìn)一步提高合金化效果，所述步驟三中垂直待合金化金屬工件基體表面方向持續(xù)施加的壓力值0.05Mpa-0.5Mpa。優(yōu)選的，為了進(jìn)一步提高合金化效果，所述步驟四中高頻震動器或高速旋轉(zhuǎn)電機(jī)的相對運(yùn)動速度為0.01m/s-10m/s；強(qiáng)流的電流密度5A/cm2-20A/cm2；供給強(qiáng)流直/交流電進(jìn)行高頻往復(fù)運(yùn)動或高速旋轉(zhuǎn)的時(shí)間以單位面積累積處理20s-60s。優(yōu)選的，為了進(jìn)一步提高合金化效果，所述步驟五中切斷供給強(qiáng)流直/交流電進(jìn)行高頻往復(fù)運(yùn)動或高速旋轉(zhuǎn)的時(shí)間以單位面積累積5s-20s。本發(fā)明的有益效果包括：(1)本發(fā)明制備的合金化層致密、均勻，無脆性陶瓷、氮化物、氧化物等物質(zhì)形成，合金化層與基體之間為冶金結(jié)合、無明顯界面，強(qiáng)化層質(zhì)量高；(2)合金元素的選擇范圍廣，且現(xiàn)對于激光合金化等工藝所需的粉體材料，本發(fā)明采用的金屬絲束加工技術(shù)難度小、成本更加低廉；(3)本發(fā)明對工件的形狀、精度無特殊要求，適用性強(qiáng)；且操作簡單、易行，加工效率高，能夠用于大面積、復(fù)雜工件的表面強(qiáng)化處理；(4)合金化與磨削過程同時(shí)進(jìn)行，能夠獲得低表面粗糙度、高光亮度的表面拋光效果，無需拋光、去毛刺等二次加工；(5)對工件的形狀、精度無特殊要求，且可實(shí)現(xiàn)對復(fù)合材料、薄壁零部件的處理，適用性強(qiáng)；(6)設(shè)備簡單一次投入小、維護(hù)成本低，加工成本低廉。附圖說明圖1是本發(fā)明實(shí)施例1合金化后金屬板材表面形貌、成分分析位置圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例2合金化后金屬板材表面形貌、成分分析位置圖。圖3是本發(fā)明實(shí)施例3處理后表面XRD圖譜。圖4是本發(fā)明實(shí)施例4表面成分分析結(jié)果。具體實(shí)施方式實(shí)施例1參見圖1所示，一種金屬表面機(jī)械輔助電熱合金化的制備方法，其操作步驟如下：步驟一、待合金化金屬工件基體預(yù)處理：以20mm×20mm×2mm的工業(yè)純鈦(TA2)板材作為待合金化金屬工件基體，經(jīng)噴砂、打磨除去工業(yè)純鈦板材表面的油污、氧化皮、加工硬化層，固定于工作平臺待用；步驟二、電熱合金化電極制備：以0.05mm直徑的不銹鋼絲緊固在金屬刷體表面，制成密度3000根/cm2、40×40mm的刷子，作為在空氣中進(jìn)行Cr、Fe(不銹鋼中的主要成分)共滲的電極材料，待用；步驟三、電熱合金化設(shè)備組裝：將步驟二準(zhǔn)備的刷子固定在高頻震動器上，并在垂直工業(yè)純鈦(TA2)板材表面方向持續(xù)施加0.5Mpa的正壓力，以確保刷子的不銹鋼絲與步驟一準(zhǔn)備的工業(yè)純鈦板材表面始終保持緊密接觸，將刷子與直流電源負(fù)極連接，電源正極與工業(yè)純鈦板材連接，完成電熱合金化制備前的設(shè)備組裝；步驟四、電熱合金化制備：啟動高頻震動器，調(diào)節(jié)頻率200HZ、振幅1.2mm，使不銹鋼刷毛的刷子在工業(yè)純鈦板材上做高頻往復(fù)運(yùn)動，且不銹鋼刷毛的刷子相對速度達(dá)到0.96m/s；往復(fù)運(yùn)動開始的同時(shí)，接通5A的直流電，開始不銹鋼刷毛的刷子向工業(yè)純鈦板材進(jìn)行Cr、Fe共滲，持續(xù)通電20s，停止，待鈦板溫度降低至室溫后，再次處理20s，重復(fù)兩次，即累計(jì)共處理60s，獲得Cr、Fe、Ti合金化的表面強(qiáng)化層；步驟五、合金化金屬工件基體的磨削及拋光：在獲得步驟四理想的Cr、Fe、 Ti合金化的表面強(qiáng)化層后，切斷供給5A的直流電，繼續(xù)讓高頻震動器帶動不銹鋼刷毛的刷子與步驟四的帶有Cr、Fe、Ti合金化的表面強(qiáng)化層的工業(yè)純鈦板材相對運(yùn)動10s，完成帶有Cr、Fe、Ti合金化的表面強(qiáng)化層的工業(yè)純鈦板材的磨削及拋光。實(shí)施例1成分分析結(jié)果平均值表元素線類型wt％原子百分比廠家標(biāo)準(zhǔn)TiK線系72.1886.78是CrK線系3.521.72是FeK線系24.3011.05是總量:100.00100.00實(shí)施例2參見圖2所示，一種金屬表面機(jī)械輔助電熱合金化的制備方法，其操作步驟如下：步驟一、待合金化金屬工件基體預(yù)處理：以Φ90×2mm的工業(yè)純鈦(TA1)板材作為待合金化金屬工件基體，經(jīng)噴砂、打磨除去工業(yè)純鈦板材表面的油污、氧化皮、加工硬化層，固定于工作平臺待用；步驟二、電熱合金化電極制備：以0.2mm直徑的紫銅絲緊固在金屬刷體表面，制成密度500根/cm2、Φ30mm的實(shí)芯刷子，作為在空氣中進(jìn)行滲銅(或鈦、銅合金化)處理的電極材料，待用；步驟三、電熱合金化設(shè)備組裝：將步驟二準(zhǔn)備的刷子固定在高速旋轉(zhuǎn)電機(jī)上，并在垂直工業(yè)純鈦(TA1)板材表面方向持續(xù)施加0.05Mpa的正壓力，以確保刷子的紫銅絲與步驟一準(zhǔn)備的工業(yè)純鈦板材表面始終保持緊密接觸，將刷子與直流電源負(fù)極連接，電源正極與工業(yè)純鈦板材連接，完成電熱合金化制備前的設(shè)備組裝；步驟四、電熱合金化制備：啟動高速旋轉(zhuǎn)電機(jī)，轉(zhuǎn)速為1800r/min，使銅刷做高速自傳運(yùn)動，并以鈦板中心為起點(diǎn)、以0.01m/s的速度做螺旋形運(yùn)動，紫銅絲刷子中單根銅絲與鈦板表面的相對速度介于2.8m/s之間；同時(shí)，接通20A的直流電，開始紫銅絲的刷子向工業(yè)純鈦板材進(jìn)行滲銅(或鈦、銅合金化)處理，重復(fù)通電處理3次，單位面積累計(jì)共處理30s，獲得Cu、Ti合金化(或Cu滲層)的表面強(qiáng)化層；步驟五、合金化金屬工件基體的磨削及拋光：在獲得步驟四理想的Cu、Ti 合金化(或Cu滲層)的表面強(qiáng)化層后，切斷供給20A的直流電，繼續(xù)讓高速旋轉(zhuǎn)電機(jī)帶動紫銅絲的刷子與步驟四的帶有Cu、Ti合金化(或Cu滲層)的表面強(qiáng)化層的工業(yè)純鈦板材相對旋轉(zhuǎn)20s，完成帶有Cu、Ti合金化(或Cu滲層)的表面強(qiáng)化層的工業(yè)純鈦板材的磨削及拋光。實(shí)施例2表面成分平均值表元素線類型wt％原子百分比廠家標(biāo)準(zhǔn)CuK線系32.4425.09是TiK線系67.5674.91是總量:100.00100.00文獻(xiàn)《柔性電極鈦合金表面電火花強(qiáng)化試驗(yàn)研究》采用的脈沖電源，并利用銅絲與基體之間的間隙，形成大光斑火花放電現(xiàn)象，利用放電的高能在鈦表面獲得主要成分黑色壓氧化鈦和少量黃銅夾雜的涂層結(jié)構(gòu)；其主要成分為(wt％)：O：33.96，Al：2.64，Ti：39.69，Cu：7.84，Zn：15.88；本實(shí)施例中，采用高密度銅絲束刷，并施加一定的正壓力，使銅絲束與待處理基體表面緊密、無間隙結(jié)合，依靠摩擦和持續(xù)的直流電阻加熱基體表面，元素轉(zhuǎn)移、擴(kuò)散速率可控?zé)o氧化物等脆性涂層或夾雜結(jié)構(gòu)形成。實(shí)施例3參見圖3所示，一種金屬表面機(jī)械輔助電熱合金化的制備方法，其操作步驟如下：步驟一、待合金化金屬工件基體預(yù)處理：以Φ60×2mm的45號鋼板作為待合金化金屬工件基體，經(jīng)噴砂、打磨除去45號鋼板表面的油污、氧化皮、加工硬化層，固定于工作平臺待用；步驟二、電熱合金化電極制備：以0.1mm直徑的TA2鈦絲(具有較低的導(dǎo)熱系數(shù))緊固在金屬刷體表面，制成密度1200根/cm2、Φ30mm的刷子，作為在空氣中進(jìn)行滲鈦(或鈦、鋼合金化)處理的電極材料，待用；步驟三、電熱合金化設(shè)備組裝：將步驟二準(zhǔn)備的刷子固定在高速旋轉(zhuǎn)電機(jī)上，并在垂直45號鋼板表面方向持續(xù)施加0.2Mpa的正壓力，以確保刷子的TA2鈦絲與步驟一準(zhǔn)備的45號鋼板表面始終保持緊密接觸，將刷子與直流電源負(fù)極連接，電源正極與45號鋼板連接，完成電熱合金化制備前的設(shè)備組裝；步驟四、電熱合金化制備：啟動高速旋轉(zhuǎn)電機(jī)，轉(zhuǎn)速為2500r/min，使TA2鈦絲的刷子以45號鋼板中心為起點(diǎn)，以0.02m/s的速度在45號鋼板平面內(nèi)做周期性螺旋運(yùn)動(其中單周期覆蓋整個(gè)45號鋼板試樣加工面)，且TA2鈦絲的 刷子相對速度可達(dá)4m/s；高速旋轉(zhuǎn)開始的同時(shí)，接通25A的直流電，開始TA2鈦絲的刷子向45號鋼板進(jìn)行滲鈦(或鈦、鋼合金化)處理，持續(xù)通電60s，獲得Fe、Ti、TiC合金化(或Ti滲層)的表面強(qiáng)化層；步驟五、合金化金屬工件基體的磨削及拋光：在獲得步驟四理想的Fe、Ti、TiC合金化(或Ti滲層)的表面強(qiáng)化層后，切斷供給25A的直流電，繼續(xù)讓高速旋轉(zhuǎn)電機(jī)帶動TA2鈦絲的刷子與步驟四的帶有Fe、Ti、TiC合金化(或Ti滲層)的表面強(qiáng)化層的45號鋼板相對旋轉(zhuǎn)15s，完成帶有Fe、Ti、TiC合金化(或Ti滲層)的表面強(qiáng)化層的45號鋼板的磨削及拋光。實(shí)施例3處理后表面成分平均值表元素線類型wt％原子百分比廠家標(biāo)準(zhǔn)CK線系0.431.56是TiK線系10.5111.21是FeK線系87.3382.37是ElseK線系1.734.86是總量:100.00100.00文獻(xiàn)《柔性鈦電極電火花合成TiN涂層》采用的脈沖電源，并利用鈦絲與基體之間的間隙，形成大光斑火花放電現(xiàn)象，利用放電的高能燒蝕稀疏是鈦絲并與填充氮?dú)夥磻?yīng)氮化鈦(TiN)陶瓷涂層結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例中，采用高密度鈦絲束刷，并施加一定的正壓力，使鈦絲束與待處理基體表面緊密、無間隙結(jié)合，依靠摩擦和持續(xù)的直流電阻加熱基體表面，元素轉(zhuǎn)移、擴(kuò)散速率，不會發(fā)生鈦絲的劇烈燒蝕消耗，更不會造成燒蝕液滴與氣體等物質(zhì)反應(yīng)生成氧化物或氮化物等脆性涂層或夾雜結(jié)構(gòu)形成。實(shí)施例4參見圖4所示，一種金屬表面機(jī)械輔助電熱合金化的制備方法，其操作步驟如下：步驟一、待合金化金屬工件基體預(yù)處理：以Φ60×100mm的45號鋼棒作為待合金化金屬工件基體，經(jīng)噴砂、打磨除去45號鋼棒表面的油污、氧化皮、加工硬化層，待用；步驟二、電熱合金化電極制備：以Φ0.2mm直徑的鋁絲緊固在金屬輥軸表面，制成密度1000根/cm2、Φ30mm的刷輥，作為在空氣中滲鋁(或鋁、鋼合金化)處理的電極材料，待用；步驟三、電熱合金化設(shè)備組裝：將步驟二準(zhǔn)備的刷輥和步驟一準(zhǔn)備的45 號鋼棒分別固定在兩個(gè)高速旋轉(zhuǎn)電機(jī)上，帶有鋁絲的刷輥和45號鋼棒并排設(shè)置，并在兩者之間持續(xù)施加0.08Mpa的正壓力，以確保刷輥的鋁絲與步驟一準(zhǔn)備的45號鋼棒表面始終保持緊密接觸，將刷輥與直流電源負(fù)極連接，電源正極與45號鋼棒連接，完成電熱合金化制備前的設(shè)備組裝；步驟四、電熱合金化制備：啟動兩臺高速旋轉(zhuǎn)電機(jī)，保持兩臺高速旋轉(zhuǎn)電機(jī)同方向自轉(zhuǎn)運(yùn)動(相對速度可達(dá)10m/s)，轉(zhuǎn)速為1500r/min；高速旋轉(zhuǎn)開始的同時(shí)，接通10A的直流電，開始鋁絲的刷輥向45號鋼棒進(jìn)行Fe、Al合金化(或Ti滲層)的表面強(qiáng)化處理，持續(xù)通電20s，獲得Fe、Al合金化(或Ti滲層)的表面強(qiáng)化層；步驟五、合金化金屬工件基體的磨削及拋光：在獲得步驟四理想的Fe、Al合金化(或Ti滲層)的表面強(qiáng)化層后，切斷供給10A的直流電，繼續(xù)讓兩臺高速旋轉(zhuǎn)電機(jī)帶動鋁絲的刷輥與步驟四的帶有Fe、Al合金化(或Ti滲層)的表面強(qiáng)化層的45號鋼棒相對旋轉(zhuǎn)5s，完成帶有Fe、Al合金化(或Ti滲層)的表面強(qiáng)化層的45號鋼棒的磨削及拋光。實(shí)施例4處理后表面成分平均值表元素線類型wt％原子百分比廠家標(biāo)準(zhǔn)OK線系9.8825.23是AlK線系44.4952.10是FeK線系42.9924.32是ElseK線系0.310.27是總量:100.00100.00本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的參數(shù)值對比表注：①、②、③主要參考《柔性鈦電極電火花合成TiN涂層》、《激光熔覆-微弧火花沉積復(fù)合修復(fù)技術(shù)的研究》、《微弧堆焊表面修復(fù)技術(shù)的研究》等文獻(xiàn)。如上所述，本發(fā)明一種金屬表面機(jī)械輔助電熱合金化的制備方法，所述的實(shí)施例及圖，只是本發(fā)明較好的實(shí)施效果，并不是只局限于本發(fā)明，凡是與本發(fā)明的結(jié)構(gòu)、特征等近似、雷同者，均應(yīng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3