一种金属材料表面处理方法技术

本发明专利技术涉及金属材料表面，具体涉及一种金属材料表面处理方法，包括：在基体金属表面布置待植入金属颗粒；通过激光冲击将步骤S1的待植入金属颗粒压入基体金属。用本发明专利技术方法，被植入的金属颗粒可以根据需要设计为微米至毫米量级，可以布置为各种形状；根据最终使用性能，设计金属粒子的最优形态和分布，通过激光冲击压入基体金属表面，获得最优使用性能。

A surface treatment method of metal materials

【技术实现步骤摘要】
一种金属材料表面处理方法
本专利技术涉及金属材料表面，具体涉及一种金属材料表面处理方法。
技术介绍
众所周知，金属的破坏往往起源于材料表面，为了提高金属材料的性能，往往对金属材料表面进行强化处理，而在金属表面布置耐磨、耐腐蚀的金属颗粒，可以大大提高金属材料的性能，增加其使用寿命。例如，铬(Cr)是一种银白色金属，质地硬而脆。铬是硬度最高的金属，仅次于钻石，具有很高的耐腐蚀性。铬在金属表面的分布，对金属材料的性能有着非常重要的影响。CuCr合金中表面，如果Cr颗粒分布均匀，会极大提升导电及触头材料的高压闭合性能。7系铝合金作为新型的轻量化材料，广泛应用于结构件中，采用7系铝合金制备高速列车的牵引拉杆，如在表面加入Cr元素能有效提升其耐磨性。如何在金属材料表面分布耐磨、耐腐蚀的金属颗粒是材料领域有待解决的问题。
技术实现思路
为解决金属材料表面植入耐磨、耐腐蚀金属颗粒的技术问题，本专利技术提供一种金属材料表面处理方法。本专利技术的技术方案：一种金属材料表面处理方法，包括：步骤S1，在基体金属表面布置待植入金属颗粒；步骤S2，通过激光冲击将步骤S1的待植入金属颗粒压入基体金属。进一步的，所述基体金属为合金材料。进一步的，所述合金材料为CuCr合金或7系铝合金。进一步的，所述待植入金属颗粒为Cr粒子。进一步的，所述激光冲击采用波长532nm的激光，功率密度23.5MW/cm2～94.4MW/cm2。进一步的，所述待植入金属颗粒均匀布置于基体金属表面。进一步的，步骤S1中，所述待植入金属颗粒布置为网格状。进一步的，所述网格状金属颗粒通过金属3D打印机打印定型。进一步的，所述基体金属表面设有吸收保护层和约束层。进一步的，所述基体金属表面经过清洗和烘干处理。本专利技术与现有技术相比的有益效果：(1)被植入的金属颗粒可以根据需要设计为微米至毫米量级，可以布置为各种形状；根据最终使用性能，设计金属粒子的最优形态和分布，通过激光冲击压入基体金属表面，获得最优使用性能。(2)本专利技术中，金属表面的植入金属粒子形态分布可控，便于调整控制。附图说明图1为制备过程示意图，其中a为激光冲击前示意图，b为激光冲击后效果示意图；图2为被植入金属颗粒不同形态图，其中a为网格状，b为不规则分布；图3为激光冲击后金属颗粒的表面形貌微观图，其中a为现有技术制备的技术表面形貌；b为本专利技术方法制备后的表面形貌；图4为7系铝合金表面Cr粒子分布图。具体实施方式下面结合专利技术人的具体研究实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种修改或改动，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。传统合金的制备方法如下：CuCr合金制备：CuCr合金的专利技术是真空开关触头材料的重大突破，真空开关采用CuCr合金制成触头后，其开断能力、耐压性能、抗熔焊性能和截流特性都得到很大的提高，从而把真空开关向高电压、大容量方向推进了一大步。因其综合性能的优异，已经取代传统的触头材料，成为中高压大功率真空开关触头材料的首选。然而，影响CuCr的触头材料性能的因素主要有原料性能、合金组成和制取工艺三个方面。就CuCr合金而言，烧结温度为接近或高于Cu的熔点，因此Cu相的粒度对最终产品的影响性能较小。Cr相的粒度选择应适应制备工艺的要求，一般来说，熔渗工艺要求采用较粗的粉，以利于熔渗骨架及连通孔隙的形成，保证渗透顺利进行。混粉烧结工艺则需要较细的Cr粉，以保证材料的致密化。Cr粉的粒度及分布对触头材料的性能影响较大。Cr颗粒尺寸的减小，会使CuCr触头的总腐蚀速率有所增加；Cr颗粒的减小，将使截流值得最大值有所降低，耐压性能有明显提高。一般认为，Cr相的粒度应大于30μm而小于250μm，同时应具有较好的粒度分布。7系铝合金的制备：以7075铝合金为例，7075铝合金是一种冷处理锻压合金，强度高，具有良好机械性能和普通抗腐蚀性能。7075材料一般都加入铜、铬等合金提高其耐磨和抗腐蚀性能。铬元素在7075铝合金表面的分布，极大影响7075的使用性能。CuCr合金材料及7系铝合金性能的优劣，Cr粒子的尺寸和形态分布起着至关重要的作用。本专利技术的方法，激光作用于基体合金上较薄的石墨层，石墨层气化产生等离子体冲击波而形成力效应，形成的冲击波由于外层玻璃的约束作用，在高压条件下，将被植入金属压入基体合金法。制备过程如图1所示。该方法可以依据CuCr触头合金材料及7系铝合金最终使用性能，设计Cr粒子的最优形态和分布，将Cr粒子的最优状态通过激光冲击方法植入基体金属中，最终获得合金材料的最优使用性能。该制备方法相比于传统CuCr材料及7系的制备工艺，具有制备工艺简单、Cr粒子相形态可控、可根据需要任意改变Cr粒子在合金表面分布形貌。本专利技术的方法适用于HB＜200的金属材料。实施例1采用本专利技术方法，改变铬元素在CuCr合金表面的分布，具体步骤包括：步骤1：制备铜合金基材采用混合熔铸法，合金成分Zn为2wt％、Mg为0.4wt％、Co为0.04wt％、余量为Cu；Zn用于调控合金电导率，Co的加入能够改善硬度、抗拉强度、机加性能等，Mg可以改善延展性。制备成铜合金，浇筑成铸锭，冷却至室温，待用。步骤2：铜合金表面预处理将待用铜合金采用机加手段，制备所需试样，对制取的试样表面进行清洗、烘干，保证铜合金基材的表面清洁。步骤3：3D打印所需纯Cr金属构架使用金属3D打印机打印80μm纯Cr金属网格；步骤4：Cu合金表面激光冲击雕刻调节激光冲击强化设备参数，激光冲击采用波长532nm的激光，功率密度23.5MW/cm2～94.4MW/cm2；将3D打印后的Cr金属网格放置于Cu合金表面，随后在Cr金属网格上放置BK7玻璃片；使用激光冲击强化方法将Cr金属构架压入Cu合金表面，则可制备出Cr分布及形态满足要求的CuCr合金表面。图3为原CuCr合金表面与本技术制备本专利技术方法处理后的表面对比。图中灰色部分为Cu合金基体，白色部分为Cr元素形态分布。可以看出，原CuCr合金表面Cr元素颗粒粗大、且分布杂乱；而通过本专利技术方法处理可以将3D打印好的所需形态的Cr金属网格雕刻于Cu合金基体上，Cr元素形态的改变可以有效改善CuCr合金表面的电接触性能，使用性能优于原表面性能。采用该技术制备后的电触头材料电学性能如表1所示。表1CuCr合金电触头不同制备工艺的电学性能制备工艺传统工艺本专利技术耐压(kV)1025.4截流值(μs)4525表本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属材料表面处理方法，其特征在于，包括：/n步骤S1，在基体金属表面布置待植入金属颗粒；/n步骤S2，通过激光冲击将步骤S1的待植入金属颗粒压入基体金属。/n

【技术特征摘要】
1.一种金属材料表面处理方法，其特征在于，包括：
步骤S1，在基体金属表面布置待植入金属颗粒；
步骤S2，通过激光冲击将步骤S1的待植入金属颗粒压入基体金属。


2.根据权利要求1所述的金属材料表面处理方法，其特征在于，所述基体金属为合金材料。


3.根据权利要求2所述的金属材料表面处理方法，其特征在于，所述合金材料为CuCr合金或7系铝合金。


4.根据权利要求3所述的金属材料表面处理方法，其特征在于，所述待植入金属颗粒为Cr粒子。


5.根据权利要求1所述的金属材料表面处理方法，其特征在于，所述激光冲击采用波长532nm的激光，功率密度23.5MW...

【专利技术属性】
技术研发人员：田增，李国杰，魏农，
申请(专利权)人：西安天瑞达光电技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61