CN105088114B - 一种纯铜及铜合金制品表面强化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及材料的强韧化处理技术领域，具体为一种纯铜及铜合金制品表面强化方法，具体为对加工成形后的纯铜及铜合金制品先经过液氮下深冷处理，在从液氮中取出后自然回温过程中采用脉冲磁场冲击的方法进行纯铜及铜合金表面强化处理，在不增加甚至降低纯铜及铜合金脆性，保证其韧性的同时，提高纯铜及铜合金制品表层的硬度和耐磨性，本发明的方法简单，成本低而效率高，值得推广。
Description
技术领域
本发明涉及材料的强韧化处理技术领域，具体为一种针对铜及铜合金制品通过深冷处理并在回温过程中施加脉冲磁场进行表面强化的处理方法。
背景技术
1.机械零件的损坏形式90%以上为渐进性损坏，这主要是因为零件表面的强度、硬度、耐磨性、耐蚀性等性能不足，致使零件的表面逐渐磨损、剥落、锈蚀，而丧失精度和性能；因此，减少零件损耗的重点，是要解决各种零件的磨损和腐蚀问题。
2.纯铜及铜合金具有高的导电性、导热性、耐腐蚀性及优良的成形性，广泛用于电力、电工、矿山、冶金及机械制造业，但是使用铜合金制造的定子、转子和轴头等面临着磨损的问题，开发新的高强耐磨铜合金的速度远远不能满足工业的需求；所以，现在亟需开发一种强化技术来提高现有纯铜及铜合金的表面强度，以提高纯铜及铜合金部件的表面强度、硬度、耐磨性、耐蚀性等物理性能。
金属材料表面强化工艺主要包括表面热处理强化、化学热处理强化、表面冶金强化、表面薄膜强化、表面形变强化；经文献检索发现，现有强化铜合金表面的中国专利有：一种铜合金纳米梯度材料的制备方法CN201410656185.1，通过去应力、均匀化退火，在通液氮的表面纳米化试验机对铜合金板进行高速撞击，使铜合金表面具有超细纳米梯度，表层具有高的强度和硬度；中国专利：一种用于强化铜或铜合金表面硬度的工艺方法CN201110366936.2，通过将镀锡后的铜或铜合金在空气炉中进行热处理扩散，使得铜或铜合金表面形成一层厚度大于10微米的渗锡层，从而达到强化铜或铜合金表面的目的；中国专利：一种铜铬合金表面合金化的制备方法CN201010238978.3，将铜基体表面涂敷合金粉末，或者采用电沉积法在铜基材的表面形成Cr膜，或者采用离子喷涂法在在铜基材的表面喷涂Cr层，然后放入真空室中，以氩气作为保护气，采用离子束加热，以实现表面合金化，在铜基材料表面形成晶粒细小的铜铬合金化层，表面的显微硬度、耐磨性等性能得到提高。
综上所述目前对于铜及铜合金制品表面强化的方法复杂，且会破坏表层金属的成分，或者需要二次精整及加工处理，不适合用于精密加工器件的表面强化，有待发明一种针对精密加工后的铜及铜合金制品进行表面强化的方法，在不影响表层金属成分、不影响制品尺寸及结构、不需要二次精整加工的前提下，提高铜及铜合金制品表层的硬度与耐磨性。
发明内容
本发明的目的是针对目前铜及铜合金制品强韧化处理存在的问题，提出一种针对精密加工后的铜及铜合金制品进行表面强化的方法，在不影响表层金属成分、不影响制品尺寸及结构、不需要二次精整加工的前提下，提高铜及铜合金制品表层的硬度与耐磨性；本发明的目的是通过以下方法实现的。
一种纯铜及铜合金制品表面强化方法，其特征在于：对加工成形后的纯铜及铜合金制品先经过液氮浸泡的方法进行深冷处理，在从液氮中取出后自然回温过程中采用脉冲磁场冲击的方法对纯铜及铜合金制品表面进行强化处理，即可实现在不增加甚至降低纯铜及铜合金脆性，保证其韧性的同时，提高纯铜及铜合金制品表层的硬度和耐磨性，同样的材料，硬度提高，耐磨性提高，而脆性也会增加，但是本方法的处理，应为硬度提高仅限于材料的表层，材料的韧性没有明显降低，脆性没有明显增加，而材料的硬度是提高的。
具体方法的步骤特征为：
第一步：对加工成形后的纯铜及铜合金制品表面进行精整、清污、打磨抛光处理，因为本方法进行表层强化后，没有必要再对铜及铜合金制品的表面进行精整抛光和再加工，而且再加工会破会已经强化的铜及铜合金制品表层，所以，对铜及铜合金制品的表面及尺寸精整、清污、打磨及抛光等再加工的处理，要在表层强化前完成；
第二步：用保温纤毡将铜及铜合金制品包裹，放入液氮中进行深冷处理，即在液氮中浸泡1～48小时；保温纤毡包裹铜及铜合金制品的目的是浸入液氮及从液氮中取出过程中防止铜及铜合金制品的剧冷和快速回温，即降低浸入液氮时的冷却速度和从液氮中取出时的回温速度，降低温度变化的急剧程度，保温纤毡包裹层的厚度以0.5-1.0cm为最佳；在液氮中浸泡，即深冷处理的时间是根据如下制定的：当铜及铜合金制品的厚度不大于2mm，即属于轻薄件时，浸入液氮的时间取1-24小时，对于纯铜制品，浸入时间短，对于铜合金制品，合金元素含量越高，浸入液氮的时间越长；当铜及铜合金制品的厚度大于2mm，即属于厚重件时，浸入液氮的时间取24-48小时，同样，对于纯铜制品，浸入时间短，对于铜合金制品，合金元素含量越高，浸入液氮的时间越长。
第三步：深冷处理完成后，迅速从液氮中取出，并迅速放入脉冲磁场工作区域，在样品自然回温的过程中施加脉冲磁场，磁感应强度为0.5～10T，脉冲数为1～300，脉冲磁场处理的总时间为1-600秒；对于磁场处理参数的确定规则参考如下：对于铜及铜合金制品厚度不大于2mm的轻薄件时，磁场处理参数取较低值，即磁感应强度为0.5～5T，脉冲数为1～150，脉冲磁场处理的总时间为1-300秒；对于铜及铜合金制品厚度大于2mm的厚重件如较大尺寸的球状、棒状、块状制品时，磁场处理参数取较高值，即磁感应强度为5.0～10T，脉冲数为150～300，脉冲磁场处理的总时间为300-600秒；同样，纯铜制品的磁场处理参数取值一般低于铜合金制品的磁场处理参数的取值。
第四步：脉冲磁场处理结束后，试样继续自然回温至室温，回复到室温和在室温下保持的时间总和为12-36小时，即完成纯铜及铜合金制品的表面强化处理。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和效果：
本发明的方法适用于精密加工后的铜及铜合金制品进行表面强化，不影响表层金属成分、不影响制品尺寸、不破会制品的表层及结构、不需要二次精整加工，比现有的化学镀、沉积及机械加工变形强化具有突出的优势。
(2) 深冷处理采用液氮、脉冲磁场处理都是无污染的处理方法，即不污染损害所处理的金属制品，又不污染环境，不影响操作人员健康，且脉冲磁场的能耗低，因此，本发明属于一种绿色环保的新型材料加工处理方法。
(3) 本发明所采用的处理方法适合任意形状的纯铜及铜合金材料产品，对例如齿轮之类的，有着大的表面积，但外形多凸起的合金产品都能够进行强化处理；所以，本发明工艺有着很强的实用性。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步的阐述；实施例仅用于说明本发明，而不是以任何方式来限制本发明。
将纯铜和黄铜分别加工成片状、块状、棒状试样，片状试样为直径8cm厚度分别为2mm和10mm，块状试样为长宽厚为8×8×4cm和8×8×8cm的块状，棒状试样为直径1cm长度10cm的棒状；试样的加工过程如下：
首先是试样切割，采用线切割的方法，然后用超声清洗，除去试样表明的污垢，用砂纸打磨后用丝绒布抛光，留一组空白样用于对比分析，测试试样表面的硬度；将试样分别用0.75cm厚的保温纤毡包紧扎牢，用于液氮深冷处理和脉冲磁场处理，然后进行表层硬度测试，采用的深冷处理和脉冲磁场处理参数见下表所示的实施例方案；所采用的纯铜的硬度为186.2HV，黄铜的硬度为246.2HV，从表1可知，采用本发明后，铜及铜合金的硬度均有明显提高，其中纯铜的硬度提高31.6%—49.6%；黄铜的硬度提高41%—51.6%，均有明显的提高。
表1 实施例采用的方案
Claims (5)
1.一种纯铜及铜合金制品表面强化方法，对加工成形后的纯铜及铜合金制品先经过液氮浸泡的方法进行深冷处理，在从液氮中取出后在自然回温过程中采用脉冲磁场冲击的方法对纯铜及铜合金制品表面进行强化处理，提高纯铜及铜合金制品表层的硬度，其特征在于具体步骤如下：
(1)对加工成形后的纯铜及铜合金制品表面进行精整、清污、打磨抛光处理；
(2)用保温纤毡将铜及铜合金制品包裹，放入液氮中进行深冷处理，即在液氮中浸泡1～48小时；
(3)深冷处理完成后，迅速从液氮中取出，并迅速放入脉冲磁场工作区域，在样品自然回温的过程中施加脉冲磁场，磁感应强度为0.5～10T，脉冲数为1～300，脉冲磁场处理的总时间为1-600秒；
(4)脉冲磁场处理结束后，试样继续自然回温至室温，即完成纯铜及铜合金制品的表面强化处理。
2.如权利要求1所述的一种纯铜及铜合金制品表面强化方法，其特征在于：保温纤毡包裹层的厚度为0.5-1.0cm，保温纤毡包裹铜及铜合金制品的目的是浸入液氮及从液氮中取出过程中防止铜及铜合金制品的剧冷和快速回温，即降低浸入液氮时的冷却速度和从液氮中取出时的回温速度，降低温度变化的急剧程度。
3.如权利要求1所述的一种纯铜及铜合金制品表面强化方法，其特征在于：在液氮中浸泡，即深冷处理的时间是根据如下制定的：当铜及铜合金制品的厚度不大于2mm，即属于轻薄件时，浸入液氮的时间取1-24小时；当铜及铜合金制品的厚度大于2mm，即属于厚重件时，浸入液氮的时间取24-48小时。
4.如权利要求1所述的一种纯铜及铜合金制品表面强化方法，其特征在于：对于铜及铜合金制品厚度不大于2mm的轻薄件时，磁场处理参数取较低值，即磁感应强度为0.5～5T，脉冲数为1～150，脉冲磁场处理的总时间为1-300秒；对于铜及铜合金制品厚度大于2mm的厚重件时，磁场处理参数取较高值，即磁感应强度为5.0～10T，脉冲数为150～300，脉冲磁场处理的总时间为300-600秒。
5.如权利要求1所述的一种纯铜及铜合金制品表面强化方法，其特征在于：试样回复到室温和在室温下保持的时间总和为12-36小时。
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