CN101255593B - 一种金属材料表面毛化处理的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种金属材料表面毛化处理的方法，是将一种金属化合物颗粒，置于电沉积基础液即镀铬溶液中，在温度为55℃，电流密度为25～35A/dm²，搅拌条件下对金属材料表面实施电化学沉积毛化处理。毛化处理后的金属材料表面粗糙度为1.5-10μm。金属化合物颗粒选用氧化铝、碳化钨或氧化锆，直径为5～50μm。要求金属化合物颗粒硬度大于被沉积处理材料的硬度。本发明可调整金属化合物颗粒粒径、颗粒分布密度、电沉积基础液的电流密度来实现不同毛化效果。材料整体可迅速处理，毛化效率高，效果好，适应性强，可适用于轧辊类，平整辊类，成型辊类，轴类，平面类材料的表面毛化处理。

Description

一种金属材料表面毛化处理的方法

技术领域

本发明涉及金属材料表面毛化处理的方法，具体涉及一种冷轧带钢生产中用的冷轧辊的毛化沉积处理方法。

背景技术

具有特殊表面形貌的冷轧轧薄钢板在制造业中有着广泛的应用，特别是在汽车和家电产业中。毛化冷轧薄钢板是由表面经毛化处理的轧辊轧制而成的，其一系列表面形貌特征对钢板的深冲、涂装等工艺性能影响极大。毛化冷轧板附加价值极高，但生产手段和工艺技术滞后阻碍了毛化钢板的大批量生产

光面轧辊虽然耐磨性优良，但表面摩擦系数偏低，容易造成带钢打滑并且损伤带钢的表面；包胶、无纺布辊，虽然是柔性辊面，摩擦系数较大，但和带钢相比硬度太低，精度不高、抗耐磨性严重不足，导致经常修复、更换，不适合现代高速、高质量冷轧带钢生产要求。

依据加工原理轧辊毛化技术一般可分为几大类：一种为物理加工，包括SBT；一种为熔化、汽化加工技术，例如EDT，LT，EBT。另外一种为电化学加工技术例如Pretex等等。

喷丸毛化(SBT)是一种传统的毛化方式，其工作原理为高速旋转的叶片将喷丸砂打在旋转的轧辊表面，使其产生微小坑点或凸起，使轧辊表面获得所需粗糙度。其优点为工艺简单、效率高、设备成本低。

它的缺陷也十分明显。由于喷丸砂是用钢丸破碎成形且以通过一定规格筛网为规格，因此，每一个毛化点所产生的坑点或凸起都因喷丸砂重量的不同和着落点的不同而不同，使粗糙度不能保持均匀。不同喷丸时间抛丸效果不一致，不同角度产生的冲击效果不同，使粗糙度不能保持均匀。

电火花毛化是在绝缘油中用放电火花来刻蚀轧辊表面，其作用原理及毛化方法是将工件和电极浸没在绝缘性的工作液中，然后在工件与电极上施加脉冲电压，当二者之间的间隙小到一定值时，间隙中会形成放电通道。当电通道形成之后，脉冲电源的能量便迅速输入，使通道中的电子和正离子被加速，各自轰击阳、阴极表面。它的缺点是需定期更换清洗滤芯，设备购置费用高，另外耗电量大。

EBT是最新发展的且还未形成工业化生产设备的一种轧辊毛化方法，它是将旋转着的轧辊在真空下沿轴向经过固定的电子枪，高能电子与轧辊碰撞时以热的形式放出动能，在足够高的温度下与电子束相遇的那部分材料便熔化并部分蒸发，形成的蒸气压将电子束熔化的材料爆炸性地从孔中冲出，于是形成显微凹坑或小杯。通过调节加速电压、电子束功率、脉冲频率以及电子束的偏转方向等工艺参数可在轧辊表面获得预定的粗糙度大小。

激光毛化技术是一种设定式毛化技术，其原理是利用激光器产生的激光脉冲对辊面逐点进行连续毛化加工。是采用高频脉冲激光束作用在轧辊表面，使之加热、熔化并部分气化，因轧辊表面激光束能量密度相当大，以致熔池内部分挥发的气体等离子化并形成等离子体，其压力作用于熔池，使熔化金属向四周堆起，同时在中间产生凹坑，当脉冲停止时凹坑周围堆起的熔化物快速冷却凝固形成凸台。

激光毛化工艺的缺点是逐点毛化，工作中断线后不可再接，必须把轧辊下机磨削后重新毛化。其工作效率特别低，只适用于批量精品板材的轧制。工作条件比较苛刻。辅助气体压力必须稳定。对辊面磨削过程中出现的大Wa值较难实现可控处理，因激光毛化产生的缺陷也无法重复修正。

喷墨毛化技术(Ink Jet Texturing，简称IJT)是将喷墨打印技术与电化学加工相结合而成的一种新颖的轧辊毛化技术，目前还处于由实验室向工业生产转化的阶段。喷墨毛化(IJT)技术可通过改变电化学腐蚀的脉宽和电流大小，来精确地控制凹坑的深度和外形。但毛化点需要精确控制，成本相对较高，出现产品缺陷时无法重新修复；而且对加工材料的形状要求严格，前处理技术要求高。

发明内容

本发明目的是为了克服已有技术存在的问题，提供一种工艺简单，设备投资较少，具有较高的毛化效率和较低的维护费用的一种用高硬度金属化合物颗粒通过电化学溶液复合沉积的方法，实现对金属材料表面毛化处理。

实现本发明目的的技术方案是：将金属化合物颗粒置于电沉积基础液中，控制电沉积基础液温度为55℃，电流密度为25～35A/dm²，搅拌条件下对金属材料基体表面实施电化学沉积毛化处理。

上述金属化合物颗粒，选用氧化铝或碳化钨或氧化锆颗粒，直径为5～50μm。电沉积基础液选用镀铬溶液。

金属化合物颗粒的硬度要求大于被沉积处理材料的硬度。

本发明与已有技术比较，特点是利用搅拌力，使金属化合物微粒漂浮和在一定电流的作用下，使阴极的轧辊表面形成一个沉积层，并在表面形成毛化层，这种高硬度金属化合物颗粒与电化学溶液复合电沉积所形成的毛化层，表面为凸起和凹坑，它们之间相互连通，这样的结构有利于轧制和钢板使用之后润滑油在表面的展开，获得比较好地对钢板的保护和较好的涂装效果。

另外，这种将高硬度的金属化合物颗粒复合在材料表面之后，在提高粗糙度的基础上，同时提高材料的强度和硬度，硬度达到900HV-1200HV，从而达到表面毛化和提高强度的双重效果。本发明毛化效率高，表面形貌无固定的规律性，是随机分布，喷漆后不会形成特殊的纹理。毛化处理后的表面形貌，可以从附图2清楚地看到。

本发明可以调整硬质颗粒的颗粒粒径，高硬度颗粒的颗粒密度、电化学溶液的电流密度等参数实现不同的粗糙度毛化要求。可以全部表面进行同时处理，毛化效率较高，效果好，使用的适应性较强。

本发明处理工件的形状要求不苛刻，可以处理用于轧辊类、平整辊类、成型辊类、平面类材料表面等。

本发明的毛化方法处理后材料表面形貌特点为：形貌均匀无规则，粗糙度值为0.5-10μm，Pc值大，粗糙度和Pc值有一定相关性.

附图说明

图1是实施金属材料表面毛化处理的装置结构示意图；

图2是实施例1毛化处理后表面形貌图；

图中：1恒温蒸汽夹道，2阳极，3搅拌装置和被加工材料，4恒温槽，5电沉积基础液。

具体实施方式

下面各实施中，实施本发明可采用的装置如图1所示，其中阳极2选用铅锡合金的不溶性阳极，5电沉积基础液选用镀铬溶液。

实施例1：选择的高硬度金属化合物颗粒为氧化铝，硬度为1800HV。颗粒直径为：30μm基板为Cr₅钢板，硬度HV＝800。基础液镀铬溶液的主盐浓度为230g/L。毛化工艺参数：镀铬液的温度55°；电流密度：35A/dm²，搅拌速度100r/min。形成的表面毛化形貌如图所示：可见毛化技术处理后材料表面形貌特点为：形貌均匀凹凸大小无固定规律，粗糙度值为8μm，硬度为1150HV。

实施例2：选择的高硬度金属化合物颗粒为碳化钨，硬度为1700HV颗粒的直径为：20μm。基体为轧辊，硬度900HV，基础镀液同例1，毛化工艺参数：温度55°；电流密度：25A/dm²；搅拌速度150r/min。形成的辊表面毛化形貌特点为：表面形貌均匀，凹凸点没有规则，粗糙度值的大小为：5μm，硬度为1000HV。

实施例3：选择的高硬度金属化合物颗粒为氧化锆，硬度为1500HV。颗粒直径为5μm基板为Cr5钢板，硬度HV＝800。基础液镀铬溶液的主盐浓度为350g/L。毛化工艺参数：镀铬液的温度55°；电流密度：45A/dm²，搅拌速度200r/min。形成的表面毛化形貌特点为：形貌均匀凹凸大小无固定规律，粗糙度值为1.5μm，硬度为950HV。

实施例4：选择的高硬度金属化合物颗粒为氧化铝，硬度为1800HV。颗粒直径为：50μm基板为A3钢板，硬度HV＝750。基础液镀铬溶液的主盐浓度为230g/L。毛化工艺参数：镀铬液的温度55°；电流密度：35A/dm²，搅拌速度100r/min。毛化技术处理后材料表面形貌特点为：形貌均匀凹凸大小无固定规律，粗糙度值为12μm，硬度为1150HV。

本发明可以调整高硬度颗粒的颗粒粒径、高硬度颗粒的颗粒密度、电沉积基本等的参数来实现不同的粗糙度毛化要求。可以将整条轧辊同时进行处理，毛化效率高、效果好、适应性强。本发明可适用于轧辊类、轴类、平面材料等表面材料的表面毛化处理。

Claims (3)

1.一种金属材料表面毛化处理的方法，其特征在于将金属化合物颗粒置于电沉积基础液中，金属化合物颗粒选用氧化铝、碳化钨或氧化锆，颗粒直径为5～50μm，电沉积基础液选用镀铬溶液，在温度为55℃，电流密度为25～35A/dm²，搅拌条件下，对金属材料基体表面实施电化学沉积毛化处理，所形成的毛化层表面为凸起和凹坑，它们之间相互连通。

2.按照权利要求1所述的金属材料表面毛化处理的方法，其特征在于金属化合物颗粒硬度大于被沉积的金属材料基体的硬度。

3.按照权利要求1所述的金属材料表面毛化处理的方法，其特征在于实施电化学沉积毛化处理后的金属材料基体表面粗糙度为1.5～10μm。

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