CN104878176A - 棒状金属材料表面自纳米化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种棒状金属材料表面自纳米化装置，包括金属筒、驱动装置、两侧挡板、挡板调节装置、两侧夹具、弹丸；所述金属筒整体环状贯通，无底面，金属筒与两侧挡板之间形成密闭空间，所述金属筒上设有弹丸装入装置；所述两侧夹具分别附着在两侧挡板上，所述驱动装置驱动金属筒绕其筒内偏离圆心一点O₁做高速公转，O₁同时也是待加工的棒状金属的轴心。本发明的有益效果：本发明装置采用简单的机械装置和动力装置，使获得足够的动能的大量球形金属弹丸不断地、周期性地均匀撞击被加工样品表面，使样品表面一定深度范围内的晶粒发生剧烈强塑性变形而细化至纳米量级，获得晶粒尺寸呈梯度分布的特殊微观组织，最终实现材料表面纳米化改性。

Description

棒状金属材料表面自纳米化装置

技术领域

本发明涉及棒状金属材料表面自纳米化装置，属于金属材料加工领域。

背景技术

金属材料表面自身纳米化(SNC)是1997年首先由中科院金属研究所卢柯首先提出的一个全新的概念,即在材料自身表面形成具有纳米结构的表面层。该纳米表层具有优异的性能，对传统工程材料的表面改性具有很大的工业应用价值。目前表面自身纳米化的研究主要集中于机械加工的方法。

表面机械加工法主要通过表面塑性变形以及位错的运动来细化晶粒，即外加载荷重复作用于材料表面,使表面组织产生不同方向的强烈塑性变形而逐渐细化至纳米量级，表面自纳米化后表层优良的性能使材料的综合性能得以提高。迄今为止，表面机械加工法已成功地对纯铁、纯铜、铝合金、40Cr、低碳钢和不锈钢等材料表面实现了表面纳米化。采用方法不同，所适用的外形及尺寸范围也有所差异。下面就三种典型的方法及其适用范围做以简单的介绍。

1.表面机械研磨/超声喷丸设备。在一个容器中放置大量的球形弹丸,容器的上部固定样品,下部与振动发生装置相连,工作时弹丸在容器内作高速振动,并以随机的方向与样品表面发生碰撞。使材料表面发生多系滑移和产生多系孪晶从而使表面晶粒细化。通常当振动频率在50Hz时称为表面机械研磨法(SMAT),当振动频率在20kHZ时称为超声喷丸(USSP)。但这两种设备因其结构特点存在不足之处：由于采用的弹丸弹丸直径较大,所以不能处理具有复杂形状的试件,一般适用于处理边长100mm左右的薄板试件。

2.旋转辊压塑性变形表面纳米化设备。制备出了比较厚的表面纳米化层。该装置以排列了许多凸起的高速旋转辊压轮与样品紧密接触,使样品表面产生强烈多向塑性变形而形成高密度位错的塑性变形带,在运动过程中位错不断增殖、湮灭、重排,致使表面晶粒得到细化,从而达到表面纳米化的目的。南京理工大学首次采用了旋转辊压塑性变形方法对10#钢实现回转体材料的表面纳米化。但该设备只适应于圆柱体及圆环形柱体的表面纳米化,在应用上存在很大的局限性。

3.超音速轰击法(SFPB)。超音速轰击法是一种利用气-固双相流作为载体，用超音速气流(气流速可达300～1200m/s)携带硬质固体微粒以极高的动能轰击金属表面使其产生强烈的塑性变形，将晶粒细化到纳米量级的处理技术。超音速轰击法设备复杂且价格昂贵，技术难度高、工艺条件严格。

综上可见，目前的纳米化设备还存有很多不足之处，尤其在适用外形范围方面，多倾向于平面板材等规则的机械零件处理，而对于工业或建筑领域应用较为广泛的一些棒状金属零件(尤其是具有复杂表面形状的棒状金属材料，例如螺纹钢筋等)，仍面临着处理成本较高、变形不均匀及质量较差的问题。鉴于表面纳米化改性对棒材具有的潜在优异的力学性能(Lu K,Wang J T,Wei W D.A newmethod for synthesizing nanocrystalline alloys[J].Journal of applied physics,1991,69(1):522-524.)和耐蚀性能(Balusamy T,Kumar S,Narayanan T S N S.Effect ofsurface nanocrystallization on the corrosion behaviour of AISI 409stainless steel[J].Corrosion Science,2010,52(11):3826-3834.)，通过棒状金属材料表面自纳米化改性以提高其整体服役性能是一种行之有效的途径。

另外，CN102586557A的文献公开了一种击打金属圆球撞击表面纳米化装置，采用简单的动力装置，为数量众多的金属硬质小球提供足够的动能，使圆球以一定速度连续不断的撞击被加工样品表面，从而使其表面在一定深度内产生剧烈变形而细化。该设备中的弹丸属于快速击打方式，类似于单向的振动；在一道次的加工过程中，只能加工面向弹丸的方向，难以作用到试件背面；从结构形式上看，该设备最适用于平面板材，而对棒状表面不规则的金属材料难以保证其整体加工的均匀性。

发明内容

为弥补现有技术的不足，本发明提供了一种棒状金属材料表面自纳米化装置。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种棒状金属材料表面自纳米化装置，包括金属筒、驱动装置、两侧挡板、挡板调节装置、两侧夹具、弹丸；

所述金属筒整体环状贯通，无底面，金属筒与两侧挡板之间形成密闭空间，挡板调节装置用于调节两侧挡板之间的距离，从而使金属筒能够嵌入并贴紧两侧挡板，所述金属筒上设有弹丸装入装置；

所述两侧夹具分别附着在两侧挡板上，用于夹持待加工的棒状金属，两侧夹具之间的距离可调；

所述驱动装置驱动金属筒绕其筒内偏离圆心一点O₁做高速公转，O₁同时也是待加工的棒状金属的轴心。

进一步的，所述驱动装置包括变频电机、第一机架和传动机构，所述传动机构为铰链四杆机构，包括两曲柄和一连杆，四个转动副相邻两两之间的连线为平行四边形，变频电机的转动副与第一机架上的转动副的连线形式上为四边形的一固定杆，其一相邻杆作为曲柄直接与变频电机的转轴相连，另一相邻杆作为曲柄与第一机架上的转轴相连，固定杆对应的连杆的外延部分固定在金属筒的外筒壁上，使得连杆构件与金属筒之间不能相互转动和移动。

进一步的，还包括平衡装置，平衡装置由第二机架、一连杆和一曲柄组成，用以平衡金属筒的重力，曲柄连接第二机架上的转轴和连杆，连杆的延长部分固定在金属筒另一侧的外筒壁。

进一步的，所述驱动装置包括变频电机、三角带、偏心转盘、竖向滑块、竖向滑块装置、横向滑块、横向滑块装置，所述偏心转盘内侧设有大小与金属筒内径匹配的凸台，用于嵌套到金属筒内，偏心转盘的外侧在O₁处设有传动筒，传动筒上设有三角带轮槽，三角带连接变频电机和偏心转盘上的传动筒，所述金属筒上固定连接有竖向滑块，所述竖向滑块位于竖向滑块装置内且可沿竖向滑块装置滑动，所述竖向滑块装置底部与横向滑块固定连接，横向滑块垂直于竖向滑块装置，所述横向滑块可沿横向滑块装置滑动，偏心转盘与金属筒、竖向滑块与竖向滑块装置、横向滑块与横向滑块装置之间为光滑接触；

所述金属筒嵌有偏心转盘一侧的挡板与偏心转盘的传动筒接触。

进一步的，所述金属筒上设有开口装置和锁环，开口装置用于装入弹丸，锁环用于装入弹丸后将开口装置固定在金属筒上。

进一步的，所述夹具由一个中心圆柱体压头和四个与其同心的压筒组成，中心圆柱体压头与四个压筒以嵌套的方式紧密光滑接触，相邻部件之间能相对滑动，中心圆柱体压头与四个压筒的筒内底面粗糙，能夹紧棒状金属；工作时除了所选用的压头或压筒伸出挡板平面以夹紧工件外，其余四个压紧装置皆与挡板平面持平，以防弹丸溅出或压筒与金属筒内壁碰撞。

两侧挡板在转心O₁位置开孔，孔径与最大的压筒外径匹配，使最大外径的压筒能够穿过挡板并与之光滑接触。

进一步的，所述弹丸的直径为0.8～3mm。

进一步的，所述挡板调节装置为丝杠松紧装置。

进一步的，所述驱动装置驱动金属筒高速公转的转速为1800～6000转/分。

本发明工作原理：变频电机1驱动金属筒2绕其筒内偏离圆心一点O₁做高速公转(O₁也为加工样品的轴心)。由于变频电机1驱动能量较高，因此弹丸重力影响可以忽略。O₂为金属筒的筒心，公转过程中筒壁上每一点的径向方向(以O₂为圆心)与水平线的夹角不变，因此，筒壁上每一点实质上都在其径向方向上(以O₂为圆心)做周期性的振动，如图3原理分析，该振动使大量弹丸获得足够的向心方向动能(以O₂为圆心)。a图为筒在公转90度的过程中筒内壁一点A相对径向方向的运动轨迹，连线为一正弦(或余弦)曲线的四分之一，如图b所示；c图为金属筒公转一周的过程中A点在筒径向方向上的运动轨迹，为一正弦(或余弦)曲线一个周期。可见，筒壁上每一点实质上都在其径向方向上(以O₂为圆心)做周期性的振动。

同时，公转过程中筒与弹丸在非撞击过程中相对位置的变化以及筒壁摩擦系数等因素影响，弹丸整体难以单纯地随径向振动而运动，整个加工过程中弹丸的运动轨迹将是很复杂的。但由于该装置的结构特点，球型弹丸对样品撞击具有均匀覆盖性，使被加工样品表面各区域受到连续的不同方向上的猛烈撞击，产生剧烈塑性变形，进而在使得样品表面形成一定厚度的纳米结构层。

本发明有益效果：本发明装置采用简单的机械装置和动力装置，使获得足够的动能的大量球形金属弹丸不断地、周期性地均匀撞击被加工样品表面，使样品表面一定深度范围内的晶粒发生剧烈强塑性变形而细化至纳米量级，获得晶粒尺寸呈梯度分布的特殊微观组织，最终实现材料表面纳米化改性。本发明不含高速喷嘴等复杂部件，主要由金属筒、两端挡板、简易的传动机构和普通变频电动机等组成,体现出设备构建简单实用的一大亮点。结合电机转速可控、弹丸数量可调，公转半径可调的特点，在运行过程中，可按实验样品规格和材质以及操作实施条件等情况，通过控制电机调节频率、公转半径、球型弹丸数量等相关数据，对弹丸的能量和速度进行进一步的精确控制，保证不同条件下表面纳米化加工的顺利进行。该装置结构特点使被加工样品在加工过程中周边受力均匀，克服了当前很多设备难以对棒状金属等外形进行表面均匀处理的困难，解决了加工成本高的问题，该设备表面加工质量均匀、加工效率高，工业应用潜力较大。

附图说明

图1为实施例1的棒状金属表面纳米化装置结构示意图。

图2为实施例1的棒状金属表面纳米化装置侧面简图。

图3为金属筒上单点A在以筒心O₂为圆心的径向矢量方向振动原理图。

图4为开口装置与锁环的结构示意图。

图5为挡板局部剖面图，显示夹具与挡板的关系。

图6为实施例2的棒状金属表面纳米化装置结构示意图。

图7为实施例2的棒状金属表面纳米化装置的局部细节图。

图8为实施例2的棒状金属表面纳米化装置的偏心转盘与金属筒连接的细节图。

图9为夹具的剖面图。

图10为偏心转盘与金属筒组合的示意图。

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步说明。

具体实施方式

所有试验用棒状金属工件进行加工前，根据试件材质及表面实际状况，均应按常规预处理工艺(如：除油、除锈等)进行处理以获得清洁、干燥的表面；此外还要确保棒状金属工件两端平整且垂直于其轴线，若不平整，需进行切割或打磨处理。

实施例1

如图1-5,9所示，本棒状金属材料表面自纳米化装置，包括金属筒2、驱动装置、两侧挡板3、丝杠松紧装置6、两侧夹具7、弹丸5；

所述金属筒2整体环状贯通，无底面，其开口面与两侧挡板3光滑紧密接触从而使金属筒与两侧挡板之间形成密闭空间，丝杠松紧装置6用于调节两侧挡板之间的距离，从而使金属筒2能够嵌入并贴紧两侧挡板3，所述金属筒上设有开口装置8和锁环9，开口装置8用于装入弹丸5，锁环9用于装入弹丸后将开口装置8固定在金属筒2上，弹丸5的直径为0.8～3mm；

所述两侧夹具7分别附着在两侧挡板3上，用于夹持待加工的棒状金属12，两侧夹具7之间的距离可调；

所述驱动装置驱动金属筒2绕其筒内偏离圆心一点O₁做高速公转，O₁同时也是待加工的棒状金属12的轴心；

所述驱动装置包括变频电机1、第一机架11和传动机构4，所述传动机构4为铰链四杆机构，包括两曲柄和一连杆，四个转动副相邻两两之间的连线为平行四边形，变频电机的转动副与第一机架上的转动副的连线形式上为四边形的一固定杆，其一相邻杆作为曲柄直接与变频电机1的转轴相连，另一相邻杆作为曲柄与第一机架11上的转轴相连，固定杆对应的连杆的外延部分固定在金属筒2的外筒壁上，使得连杆构件与金属筒2之间不能相互转动和移动；

还包括平衡装置10，平衡装置由第二机架、一连杆和一曲柄组成，用以平衡金属筒的重力，曲柄连接第二机架上的转轴和连杆，连杆的延长部分固定在金属筒另一侧的外筒壁。

其中夹具7由一个中心圆柱体压头13和四个与其同心的压筒14组成，中心圆柱体压头与四个压筒以嵌套的方式紧密光滑接触，相邻部件之间能相对滑动，中心圆柱体压头与四个压筒的筒内底面粗糙，能夹紧棒状金属，工作时除了所选用的压头或压筒伸出挡板平面以夹紧工件外，其余四个压紧装置皆与挡板平面持平，以防弹丸溅出或压筒与金属筒内壁碰撞；

两侧挡板3在转心O₁位置开孔，孔径与最大的压筒14外径匹配，使最大外径的压筒14能够穿过挡板3并与之光滑接触。

实施例2

如图6-10所示，棒状金属材料表面自纳米化装置，包括金属筒2、驱动装置、两侧挡板3、丝杠松紧装置6、两侧夹具7、弹丸5；

所述两侧夹具7分别附着在两侧挡板3上，用于夹持待加工的棒状金属，两侧夹具之间的距离可调；

所述驱动装置驱动金属筒2绕其筒内偏离圆心一点O₁做高速公转，O₁同时也是待加工的棒状金属的轴心；

所述驱动装置包括变频电机1、三角带15、偏心转盘16、竖向滑块17、竖向滑块装置18、横向滑块19、横向滑块装置20，所述偏心转盘16内侧设有大小与金属筒内径匹配的凸台161，用于嵌套到金属筒2内，偏心转盘16的外侧在O₁处设有传动筒162，传动筒上设有三角带槽，三角带15连接变频电机1和偏心转盘上的传动筒，所述金属筒2上固定连接有竖向滑块17，所述竖向滑块17位于竖向滑块装置18内且可沿竖向滑块装置18滑动，所述竖向滑块装置18底部与横向滑块19固定连接，横向滑块19垂直于竖向滑块装置18，所述横向滑块19可沿横向滑块装置20滑动，偏心转盘16与金属筒2、竖向滑块17与竖向滑块装置18、横向滑块19与横向滑块装置20之间为光滑接触；

所述金属筒2整体环状贯通，无底面，其开口面一面与挡板3光滑紧密接触，另一面嵌有偏心转盘16，该挡板、偏心转盘与金属筒之间形成密闭空间，挡板3与偏心转盘的传动筒162直接接触，防止偏心转盘松脱，丝杠松紧装置6用于调节两侧挡板之间的距离，所述金属筒上设有开口装置8和锁环9，开口装置8用于装入弹丸5，锁环9用于装入弹丸后将开口装置8固定在金属筒2上，弹丸5的直径为0.8～3mm；

其中夹具7由一个中心圆柱体压头13和四个与其同心的压筒14组成，中心圆柱体压头与四个压筒以嵌套的方式紧密光滑接触，相邻部件之间能相对滑动，中心圆柱体压头与四个压筒的筒内底面粗糙，能夹紧棒状金属21，工作时除了所选用的压头或压筒伸出挡板平面以夹紧工件外，其余四个压紧装置皆与挡板平面持平，以防弹丸溅出或压筒与金属筒内壁碰撞；

两侧挡板3在转心O₁位置开孔，并设有嵌套筒22，嵌套筒外径与偏心转盘传动筒的内径相当并与之光滑接触，嵌套筒22内径与最大的压筒14外径匹配并与之光滑接触，使最大外径的压筒14能够穿过挡板3。

实施例3

该棒状金属的表面纳米化加工采用实施例1的装置完成。

棒状金属材质：一直径为16mm长度为200mm的光圆钢筋Q235B。主要元素：含量碳C：≤0.12％～0.20％；硅Si：≤0.3％；锰Mn：≤0.3％～0.7％；硫S：≤0.045％；磷P：≤0.045％；铬Cr：允许残余含量≤0.30％；镍Ni：允许残余含量≤0.30％；铜Cu：允许残余含量≤0.30％。

设备：该装置采用YVP132S-4-5.5KW变频调速电机，用于驱动铰链四杆传动机构，使其连杆带动金属筒做高速公转运动。水平放置的金属筒和开口装置所用材质为H13热作模具钢，采用机加工和热处理的方式制备，硬度为HRC56。金属筒的半径尺寸为9cm，厚度为1cm。两侧挡板与金属筒两端的光滑接触部分辅以润滑油以减小相对滑动过程中产生的热量。电机驱动转速1800～2400转/分，传动机构和平衡结构中，曲柄采用45号钢锻件；连杆采用40Gr的合金结构钢，调制处理，并以嵌套的方式与金属筒相联接。选用曲柄尺寸均为7cm，夹具装置选用半径为0.7cm的中心圆柱体压头。

加工方法：利用上述棒状金属材料表面自纳米化装置在光圆钢筋Q235上制备纳米材料表面改性层。

加工步骤：

(1)将长度尺寸为7cm的曲柄与连杆、金属筒组合后安装在机架上。

(2)打开金属筒的上侧开口装置，将经预处理后热轧光圆钢筋Q235材固定在两侧挡板上的夹具装置上，调节两侧挡板的丝杠，使之紧贴金属筒的两端侧。将大量弹丸装入金属筒中，最后关闭开口装置并用锁环锁住，准备进行加工；

(3)启动变频电机，调至转速1800～2400转/分之间，加工时间为30min。整个过程中，大量弹丸高速冲击着该处放置的Q235样品表面，再加上球型弹丸对样品撞击的均匀覆盖性特点，使被加工样品表面区域受到连续的不同方向上的猛烈撞击，产生剧烈塑性变形，显微镜下观察，发现纳米化处理后的样品表面出现了强烈的塑性变形流纹，变形层的总厚度约为30um，其中纳米层厚度约为15um，微晶层约为15um，组织由外至内组织逐渐过渡至与基体相同，纳米化效果均匀。

实施例4

材质：一直径为10mm长度为200mm的合金钢棒。主要元素：含量碳C：≤0.010％；硅Si：≤0.49％；锰Mn：≤1.49％；硫S：≤0.01％；磷P：≤0.01％；钒V:0.06％,铬Cr：9.36％，钼Mo：0.86％。

设备：设备：电机实施转速3600～4200转/分，设备和其他参数与实施例1想同。

加工方法：利用上述棒状金属材料表面自纳米化装置在合金钢棒上制备纳米材料表面改性层。

加工步骤：

除了电机实施转速3600～4200转/分，加工时间为40min，加工工艺和加工过程及其他参数与实施例1相同。处理之后合金钢棒表面层晶粒细化至约70nm，变形层厚度约为30um，证实了合金钢棒试样表面的纳米化。显微镜下观察，发现表面自纳米化后的纳米表层结构致密且与基体结构成分相同,材料的晶粒组织及尺寸沿深度逐渐过渡至与基体相同。

实施例5

材质：一直径为16mm长度为200mm的低碳钢螺纹钢筋。主要元素：含量碳C：0.25％；硅Si：0.80％；锰Mn：≤1.6％；硫S：0.045％；磷P：0.045％；Ceq:0.54。

设备：该装置为实施例2装置，采用YVP132S-4-5.5KW变频调速电机，通过三角带传动而驱动偏心转盘，使其带动金属筒做高速公转运动。水平放置的金属筒和开口装置所用材质为H13热作模具钢，采用机加工和热处理的方式制备，硬度为HRC56。金属筒的半径尺寸为9cm，厚度为1cm。挡板与金属筒、金属筒与偏心转盘、偏心转盘与挡板的接触部分辅以润滑油以减小相对滑动过程中产生的热量。电机转速5400～6000转/分，选用偏心距为7cm的偏心转盘，偏心转盘为球墨铸铁材质，其凸台部分以嵌套的方式与金属筒相联接。夹具装置选用半径为0.7cm的中心圆柱体压头。

加工方法：利用上述棒状金属材料表面自纳米化装置在热轧光圆钢筋Q235上制备纳米材料表面改性层。

加工步骤：

(1)将偏心距为7cm的偏心转盘与金属筒组合后安装在机架上。

(2)打开金属筒的上侧开口装置，将经预处理后的低碳钢螺纹钢筋固定在两侧挡板上的夹具装置上，调节两侧挡板的丝杠，使挡板与金属筒、金属筒与偏心转盘、偏心转盘与挡板的接触部分贴紧。将大量弹丸装入金属筒中，最后关闭开口装置并用锁环锁住，准备进行加工；

(3)启动变频电机，调至转速5400～6000转/分之间，加工时间为30min。整个过程中，大量弹丸高速冲击着该处放置的低碳钢螺纹钢筋样品表面，再加上球型弹丸对样品撞击的均匀覆盖性特点，使被加工样品表面区域受到连续的不同方向上的猛烈撞击，产生剧烈塑性变形，最终使样品表面细化至纳米量级。直接观察，发现表面纳米化改性后的碳钢螺纹钢筋整体光亮，表面均匀。在显微镜下可以看到，纳米化处理后的碳钢螺纹钢筋表面出现了强烈的塑性变形流纹，变形层的总厚度约为50um，其中纳米层厚度约为30um，微晶层约为20um，组织由外至内逐渐过渡至与基体相同。

Claims (9)

1.一种棒状金属材料表面自纳米化装置，包括金属筒、驱动装置、两侧挡板、挡板调节装置、两侧夹具、弹丸；

所述金属筒整体环状贯通，无底面，金属筒与两侧挡板之间形成密闭空间，挡板调节装置用于调节两侧挡板之间的距离，从而使金属筒能够嵌入并贴紧两侧挡板，所述金属筒上设有弹丸装入装置；

所述两侧夹具分别附着在两侧挡板上，用于夹持待加工的棒状金属，两侧夹具之间的距离可调；

所述驱动装置驱动金属筒绕其筒内偏离圆心一点O₁做高速公转，O₁同时也是待加工的棒状金属的轴心。

2.根据权利要求1所述的棒状金属材料表面自纳米化装置，其特征在于：所述驱动装置包括变频电机、第一机架和传动机构，所述传动机构为铰链四杆机构，包括两曲柄和一连杆，四个转动副相邻两两之间的连线为平行四边形，变频电机的转动副与第一机架上的转动副的连线形式上为四边形的一固定杆，其一相邻杆作为曲柄直接与变频电机的转轴相连，另一相邻杆作为曲柄与第一机架上的转轴相连，固定杆对应的连杆的外延部分固定在金属筒的外筒壁上，使得连杆构件与金属筒之间不能相互转动和移动。

3.根据权利要求2所述的棒状金属材料表面自纳米化装置，其特征在于：还包括平衡装置，平衡装置由第二机架、一连杆和一曲柄组成，用以平衡金属筒的重力，曲柄连接第二机架上的转轴和连杆，连杆的延长部分固定在金属筒另一侧的外筒壁。

4.根据权利要求1所述的棒状金属材料表面自纳米化装置，其特征在于：所述驱动装置包括变频电机、三角带、偏心转盘、竖向滑块、竖向滑块装置、横向滑块、横向滑块装置，所述偏心转盘内侧设有大小与金属筒内径匹配的凸台，用于嵌套到金属筒内，偏心转盘的外侧在O₁处设有传动筒，传动筒上设有三角带轮槽，三角带连接变频电机和偏心转盘上的传动筒，所述金属筒上固定连接有竖向滑块，所述竖向滑块位于竖向滑块装置内且可沿竖向滑块装置滑动，所述竖向滑块装置底部与横向滑块固定连接，横向滑块垂直于竖向滑块装置，所述横向滑块可沿横向滑块装置滑动，偏心转盘与金属筒、竖向滑块与竖向滑块装置、横向滑块与横向滑块装置之间为光滑接触；

所述金属筒嵌有偏心转盘一侧的挡板与偏心转盘的传动筒接触。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的棒状金属材料表面自纳米化装置，其特征在于：所述金属筒上设有开口装置和锁环，开口装置用于装入弹丸，锁环用于装入弹丸后将开口装置固定在金属筒上。

6.根据权利要求5所述的棒状金属材料表面自纳米化装置，其特征在于：所述夹具由一个中心圆柱体压头和四个与其同心的压筒组成，中心圆柱体压头与四个压筒以嵌套的方式紧密光滑接触，相邻部件之间能相对滑动，中心圆柱体压头与四个压筒的筒内底面粗糙，能夹紧棒状金属；

两侧挡板在转心O₁位置开孔，孔径与最大的压筒外径匹配，使最大外径的压筒能够穿过挡板并与之光滑接触。

7.根据权利要求6所述的棒状金属材料表面自纳米化装置，其特征在于：所述弹丸的半径为0.15～2mm。

8.根据权利要求7所述的棒状金属材料表面自纳米化装置，其特征在于：所述挡板调节装置为丝杠松紧装置。

9.根据权利要求8所述的棒状金属材料表面自纳米化装置，其特征在于：所述驱动装置驱动金属筒高速公转的转速为1800～6000转/分。