【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于金属表面处理，尤其涉及一种不锈钢表层纳米化方法及产品。
技术介绍
1、晶体纳米化可使材料表层以细晶强化原理提高表面强度并以此获得良好的硬度和耐磨性能，同时纳米化组织也有利于耐蚀性的提高。超声滚压(ultrasonic rollingprocess，usrp)是一种结合了超声冲击和滚动效应的混合表面加工技术，也是近几年兴起的实现表层纳米化的加工方法，可形成具有高残余压应力以及高硬度的梯度纳米化表层。剧烈的塑性变形会引起金属表面的晶粒细化和梯度结构，以此改善金属的力学性能。
2、目前，学术界在usrp的选材、组织状态以及工艺参数方面的具体要求仍不明确。从已有的经验来看能否成功纳米化既取决于超声冲击头能量设定，同时也取决于材料的自身特性，在高达30khz频率的超声冲击下，位错数量快速积累，滑移与交滑移频繁发生，才能迅速使晶粒产生细化。然而使用传统的超声滚压方法在904l奥氏体不锈钢上实现纳米化具有一定挑战性，无法通过此方法提高不锈钢的耐腐蚀性。公知的，奥氏体晶粒细化的主要机制是通过增加位错密度来实现的，但是对于高镍不锈钢904l这类完全奥氏体组织，较高的塑性并不利于位错积累，室温下的常规usrp在将904l的表层修饰成纳米晶化方面效果有限，通常只会得到拉长或倾转的表层晶粒，难以发生进一步细化，不能使904l成功纳米化。并且，在缺乏温度控制的情况下，受超声滚动冲击头影响的微区结构会发生明显变形，进而导致温度显著升高，这种高温条件能够引起位错湮灭并阻碍了奥氏体晶粒细化。此外，超声滚压加工是一个相对缓慢的进程，如何
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术提出了一种不锈钢表层纳米化方法和表层纳米化的不锈钢。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了以下技术方案：
3、一种不锈钢表层纳米化方法，首先将奥氏体不锈钢在液氮中进行预冷处理10-20min，然后进行超声滚压；所述超声滚压过程中保持利用液氮对试样进行同步深冷处理。
4、优选的，所述深冷处理包括对超声滚压工作区域喷涂液氮处理和在非工作区域利用液氮冷却处理。
5、优选的，所述预冷处理的时间为20min。
6、优选的，超声滚压过程中，控制静压为0.15～0.30mpa。
7、优选的，所述不锈钢为904l奥氏体不锈钢。
8、更为优选的，所述超声滚压的参数为：静压0.15-0.30mpa，加料速度0.05mm/r，振幅10μm，走刀量0.07mm，车床转速400r/min，道次12次。
9、有益效果：现有技术中采用超声滚压是为了在试样表面得到纳米强化层，而本专利技术中的深冷同步超声滚压则是能够实现不锈钢表层纳米化处理。本专利技术中的不锈钢表层纳米化原理为：利用超低温尽快降低金属在形变过程中造成的温升，避免形变产生的位错在热运动的作用下移动而发生恢复，因此在深冷保持的状态下，大量位错会随不断的形变在晶粒中累积，逐渐形成位错墙进而演化为亚晶界、晶界，达到纳米化的目的。
10、一种不锈钢表层纳米化的方法制备得到的表层纳米化的不锈钢。
11、一种深冷同步超声滚压设备，用于实现上述方法，包括超声滚压机床，其特征在于，还包括：液氮喷射装置和预冷腔；
12、其中，所述预冷腔套设于所述试样上；
13、所述液氮喷射装置包括液氮喷射枪，且所述液氮喷射枪指向试样的滚压区域。
14、优选的，所述预冷腔开设有液氮注入口与泄压阀。
15、优选的，所述预冷腔与所述试样之间机械密封。
16、更为优选的，所述预冷腔可根据需要延长与缩短预冷周期，从而实现深冷同步超声滚压。
17、有益效果：预冷腔用作氮气的储存罐，可以在超声滚压过程中将试验浸泡在里面保持试样温度，在加工过程中，可以利用管道连通液氮喷射装置的高压液氮罐，将预冷腔中的液氮引出用于液氮喷射。另外，超声滚压过程中，超声探头是移动的，因此，预冷腔跟试样之间不是完全静密封，而是使用机械密封。加工过程中，超声探头沿试样轴向移动，试样转动。预冷腔接收源源不断的液氮，起到保持持续冷冻的作用，其次，由于液氮在气化过程中会快速生成大量水蒸汽，并于缝隙之间生成冰层，该冰层也能够进一步阻碍氮气的溢出，使得密封性能达到90％以上。
18、优选的，所述液氮喷射装置还包括高压液氮罐和液氮减压阀，且所述高压液氮罐、液氮减压阀和所述液氮喷射枪依次连通。
19、更为优选的，所述液氮喷射装置的液氮流量可调。
20、与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和技术效果：
21、本专利技术将深冷和超声滚压技术进行结合，以此解决了常规超声滚压进行高塑性金属表面加工时对预冷效果难以控制的问题，避免了试件回温、表层细化失效等，实现了以深冷同步超声滚压强化纳米化表层，进而提升高塑性金属强化层的耐蚀性能。本专利技术使用深冷同步超声滚压的方法对904l不锈钢进行处理成功实现904l奥氏体不锈钢表层纳米化，对之后904l不锈钢获得高硬度以及耐蚀兼顾耐磨的强化表层具有深远的研究意义。
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1.一种不锈钢表层纳米化方法，其特征在于，首先将不锈钢在液氮中进行预冷处理10-20min，然后进行超声滚压；所述超声滚压过程中保持利用液氮对试样进行同步深冷处理。
2.根据权利要求1所述的不锈钢表层纳米化方法，其特征在于，所述深冷处理包括对超声滚压工作区域喷涂液氮处理和在非工作区域利用液氮冷却处理。
3.根据权利要求1所述的不锈钢表层纳米化方法，其特征在于，所述预冷处理的时间为20min。
4.根据权利要求1所述的不锈钢表层纳米化方法，其特征在于，超声滚压过程中，控制静压为0.15～0.30MPa。
5.根据权利要求1中所述的不锈钢表层纳米化的方法，其特征在于，所述不锈钢为904L奥氏体不锈钢。
6.如权利要求1～5任一项所述的不锈钢表层纳米化的方法制备得到的表层纳米化的不锈钢。
7.一种深冷同步超声滚压设备，用于实现权利要求1～5任一项所述的方法，包括超声滚压机床，其特征在于，还包括：液氮喷射装置和预冷腔；
8.根据权利要求7所述的一种深冷同步超声滚压设备，其特征在于，所述预冷腔开设有液氮注入
9.根据权利要求7所述的一种深冷同步超声滚压设备，其特征在于，所述预冷腔与所述试样之间机械密封。
10.根据权利要求7所述的一种深冷同步超声滚压设备，其特征在于，所述液氮喷射装置还包括高压液氮罐和液氮减压阀，且所述高压液氮罐、液氮减压阀和所述液氮喷射枪依次连通。
...【技术特征摘要】
1.一种不锈钢表层纳米化方法，其特征在于，首先将不锈钢在液氮中进行预冷处理10-20min，然后进行超声滚压；所述超声滚压过程中保持利用液氮对试样进行同步深冷处理。
2.根据权利要求1所述的不锈钢表层纳米化方法，其特征在于，所述深冷处理包括对超声滚压工作区域喷涂液氮处理和在非工作区域利用液氮冷却处理。
3.根据权利要求1所述的不锈钢表层纳米化方法，其特征在于，所述预冷处理的时间为20min。
4.根据权利要求1所述的不锈钢表层纳米化方法，其特征在于，超声滚压过程中，控制静压为0.15～0.30mpa。
5.根据权利要求1中所述的不锈钢表层纳米化的方法，其特征在于，所述不锈钢为904l奥氏体不锈...
【专利技术属性】
技术研发人员：石维，张双双，李丽，向嵩，谭元标，刘飞，付豪，
申请(专利权)人：贵州大学，
类型：发明
国别省市：
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