一种超声辅助粉末渗金属装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种超声辅助粉末渗金属装置，包括超声振动装置、加热炉和密封仓，超声振动装置由超声电源、换能器、变幅杆和振动头组成，加热炉由工作腔、加热管和保温壳组成，加热管设置在工作腔与保温壳之间，工作腔与保温壳顶部设置有与变幅杆配合的通孔，振动头固定在变幅杆的末端并插入工作腔内，工作腔内填充有渗剂和工件，超声振动装置安装在密封仓内，本发明专利技术还公开了一种超声辅助粉末渗金属方法，将渗剂与工件混合均匀后装入工作腔内，在对工作腔进行加热的同时启动超声振动装置，利用超声振动作用使得渗剂颗粒之间及渗剂与工件之间产生周期性的瞬时分离和冲击，增加传热速度，改善扩散原子的行径，克服传统工艺中加热温度高,保温时间长等缺点。高,保温时间长等缺点。高,保温时间长等缺点。

【技术实现步骤摘要】
一种超声辅助粉末渗金属装置和方法


[0001]本专利技术涉及材料表面
,特别涉及一种超声辅助粉末渗金属的装置和方法。

技术介绍

[0002]粉末渗金属是在金属材料表面制备合金涂层的方法之一。是通过活性原子在金属材料表面的扩散而形成的金属化合物涂层。
[0003]传统的粉末渗金属工艺往往是通过单一的热能形成金属活性原子，并向零件基体内部扩散，形成金属化合物涂层。但是存在加热温度过高，保温时间过长等缺陷，如粉末渗铝、渗硅、渗铜、渗锰等工艺，加热温度通常都在1000℃左右， 需要保温几个小时到十几个小时，不仅能耗很高，效率低，而且由于加热温度过高，零件容易产生热变形，这会严重影响零件的质量。为了解决传统粉末渗金属工艺存在的上述问题，孙希泰等人在专利“机械能助渗金属表面改性新技术”（专利公开号：1320717A）中对传统的粉末渗金属工艺进行了改进，其方法是将装有渗剂的滚筒在加热炉内以3
‑
60转/分的转速进行旋转，利用渗剂和撞击粒子在加热炉的滚筒内对工件表面的撞击，使工件表面产生足够数量的原子扩散所需的空位，在400
‑
600摄氏度条件下，实现机械能助渗金属表面改性。何业东等人在专利“一种加速制备合金涂层的方法”（授权公告号：1316056C）中提出了一种加速制备合金涂层的方法，该方法是在封闭容器内放置介质球、复合粉剂和待处理零件，同时将封闭容器放置在加热炉内加热并与机械振动装置连接，机械振动装置按预定的振动频率和振幅产生机械振动，带动加热炉内的封闭容器振动，使封闭容器内的介质球产生往复运动，撞击封闭容器内的复合粉剂和试样，通过热能和机械撞击的结合，使扩散、反应、烧结等多个物理化学过程同时进行而形成合金涂层。但是，上述两种方法，渗剂和试样只能填满容器的60
‑
90%，由于渗剂和试样大小、质量不同，在封闭容器滚动或振动过程中，部分试样可能会裸露在渗剂外，不能产生渗层；如果全部填满容器则渗剂和试样不能运动，又达不到改进的有益效果。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是一种超声辅助粉末渗金属装置和方法，解决传统粉末渗金属加热温度高，保温时间长，及现有新型粉末渗金属不能填满容器，造成部分试样表面不能形成渗层的问题。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供一种超声辅助粉末渗金属装置，包括超声振动装置、加热炉和密封仓，其特征在于：所述超声振动装置由超声电源、换能器、变幅杆和振动头组成，所述加热炉由工作腔、加热管和保温壳组成，所述加热管设置在工作腔与保温壳之间，工作腔与保温壳顶部设置有与变幅杆配合的通孔，振动头通过内螺纹固定在变幅杆的末端并插入工作腔内，工作腔内填充有渗剂和工件，所述超声振动装置通过支座安装在密封仓内，密封仓上设置有气阀。
[0006]优选的，所述超声振动装置的振动频率为20
‑
30kHz，振幅为10
‑
20微米。
[0007]一种超声辅助粉末渗金属方法，其特征在于，将渗剂与工件混合均匀后装入工作腔内，超声振动装置组装好后将振动头插入工作腔内，通过气阀将密封仓内的空气抽出，使密封仓保持真空状态，启动加热管使工作腔的温度上升到400
‑
600摄氏度，同时启动超声振动装置，恒温保持1
‑
4小时后关闭加热管和超声振动装置电源。
[0008]优选的，所述渗剂由纯金属粉或合金粉与填充剂和催化剂组成，渗剂的成分配比按重量百分比计为：纯金属粉或合金粉50
‑
70%，填充剂20
‑
49%，催化剂1
‑
10%。
[0009]优选的，所述金属粉是锌粉、或铝粉、或铜粉、或锰粉，合金粉是锌
‑
铝，或铁
‑
锌，或铁
‑
铝，或铝
‑
稀土合金，填充剂是氧化铝或氧化硅，催化剂是氯化物或氟化物，粉剂粒度为30
‑
300目。
[0010]本专利技术的有益效果在于，通过将振动头从工作腔与保温壳的顶部插入工作腔内，可以防止粉末渗剂在工作过程中溢出，另外，利用振动头直接驱动粉末渗剂做高频低幅的超声振动，解决了现有滚筒式和振动式粉末渗金属技术渗剂不能填满封闭容器的问题；其次，超声振动作用使粉末渗剂颗粒之间及渗剂与工件之间产生周期性的瞬时分离贴合，将传热方式改变为固体粒子之间的流动接触传热，增加了传热速度，缩短了加热和烧透时间，同时粉末渗剂颗粒之间的流动加热还提高了工作腔内的温度均匀性；最后，超声振动作用下渗剂颗粒不断对工件表面进行冲击，使工件表面产生大量原子扩散所需的空位，形成原子稀疏区或扩散通道，改善了扩散原子的行径，降低了原子扩散的迁移能，降低了加热温度和缩短了保温时间，克服了传统渗金属工艺中加热温度高,保温时间长，能耗大等缺点。
[0011]除此之外，由于超声振动装置不能长时间承受高温，超声振动装置必须设置在加热炉外，从而导致工作腔与保温壳上设置有与变幅杆配合的通孔，在工作过程中不能实现完全密封，为了防止粉末渗金属过程中，空气进入工作腔造成渗剂氧化，将超声振动装置与加热炉安装在密封仓内，并在加热之前对密封仓抽真空，以保证超声辅助粉末渗金属工艺的正常运行。
附图说明
[0012]图1为本专利技术装置原理示意图。
[0013]图中标记：1
‑
支座；2
‑
密封仓；3
‑
超声电源；4
‑
换能器；5
‑
变幅杆；6
‑
振动头；7
‑
气阀；8
‑
工作腔；9
‑
工件；10
‑
渗剂；11
‑
加热管；12
‑
保温壳。
具体实施方式
[0014]实施例1，下面根据具体实施例对本专利技术作进一步说明，参见图1，一种超声辅助粉末渗金属装置，包括超声振动装置、加热炉和密封仓，所述超声振动装置由超声电源3、换能器4、变幅杆5和振动头6组成，所述加热炉由工作腔8、加热管11和保温壳12组成，所述加热管11设置在工作腔8与保温壳12之间，工作腔8与保温壳12顶部设置有与变幅杆5配合的通孔，振动头6通过内螺纹固定在变幅杆5的末端并插入工作腔8内，工作腔8内填充有渗剂10和工件9，所述超声振动装置通过支座1安装在密封仓2内，密封仓2上设置有气阀7。
[0015]超声振动装置的振动频率为20kHz，振幅为20微米。
[0016]一种超声辅助粉末渗金属方法，将渗剂10与工件9混合均匀后装入工作腔8内，超声振动装置组装好后将振动头6插入工作腔8内，通过气阀7将密封仓2内的空气抽出，使密
封仓2保持真空状态，启动加热管11使工作腔8的温度上升到400摄氏度，同时启动超声振动装置，恒温保持4小时后关闭加热管和超声振动装置电源。
[0017]渗剂10的成分配比按重量百分比计为：50%锌粉（粒度为100目），49%氧化铝本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超声辅助粉末渗金属装置，包括超声振动装置、加热炉和密封仓，其特征在于：所述超声振动装置由超声电源（3）、换能器（4）、变幅杆（5）和振动头（6）组成，所述加热炉由工作腔（8）、加热管（11）和保温壳（12）组成，所述加热管（11）设置在工作腔（8）与保温壳（12）之间，工作腔（8）与保温壳（12）顶部设置有与变幅杆（5）配合的通孔，振动头（6）通过内螺纹固定在变幅杆（5）的末端并插入工作腔（8）内，工作腔（8）内填充有渗剂（10）和工件（9），所述超声振动装置通过支座（1）安装在密封仓（2）内，密封仓（2）上设置有气阀（7）。2.根据权利要求1所述的一种超声辅助粉末渗金属装置，其特征在于：所述超声振动装置的振动频率为20
‑
30kHz，振幅为10
‑
20微米。3.一种超声辅助粉末渗金属方法，其特征在于，将渗剂（10）与工件（9）混合均匀后装入工作腔（8）内，超声振动装置组装好后将振动头（6）插入工作腔（8）内，通过气阀（7）将密封仓（2）内的空气...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈海锋，王建康，杨吉鑫，陶雨涵，覃慧，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：发明
国别省市：