CN108220903B - 一种用于数控机床金属冲压件的表面处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种用于数控机床金属冲压件的表面处理工艺，包括前处理、抛丸处理、渗镀处理、离子注入、表层喷涂等步骤，本发明通过多重处理，有效提高了金属冲压件的综合机械性能，具有优异的强度、硬度，耐腐蚀性、抗氧化性好，且通过合理的原料选用配比，层间结合力强，渗层、注入层、喷涂层间具有良好的分子间结合效果，性能提升度高，稳定性强，使用寿命延长。

Description

一种用于数控机床金属冲压件的表面处理工艺
技术领域
本发明涉及金属表面处理技术领域，具体涉及一种用于数控机床金属冲压件的表面处理工艺。
背景技术
金属表面处理剂指对金属表面进行各种处理的化学药剂的总称。金属表面处理包括了除油、除锈、磷化、防锈等基体前处理，是为金属涂层技术、金属防护技术做准备的，基体前处理质量对此后涂层制备和金属的使用有很大的影响。目前在金属表面处理领域以磷化工艺为主，磷化工艺操作简单成本较低，经磷化处理后的金属表面形成一层均匀密实的反应膜，因此在工业领域被广泛使用，尤其在金属表面涂装领域，但磷化工艺主要使用的是以磷酸盐为主的成膜剂，产生的磷化渣对环境，特别是对土壤和水源污染非常严重。而且，现有的多数金属工件除了对防腐、防锈等性能具有要求外，还需要一定的机械性能，因此，金属工件也需要一定的表面强化处理。但现有的处理技术表层结合力弱，强硬度和防护性能很难达到要求，使用寿命较短，需反复进行维修处理，增大了工艺成本。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明提出了一种用于数控机床金属冲压件的表面处理工艺，包括前处理、抛丸处理、渗镀处理、离子注入、表层喷涂等步骤，本发明通过多重处理，有效提高了金属冲压件的综合机械性能，具有优异的强度、硬度，耐腐蚀性、抗氧化性好，且通过合理的原料选用配比，层间结合力强，渗层、注入层、喷涂层间具有良好的分子间结合效果，性能提升度高，稳定性强，使用寿命延长。
为了实现上述的目的，本发明采用以下的技术方案：
一种用于数控机床金属冲压件的表面处理工艺，步骤如下：
1)前处理：将金属冲压件置于碱液中浸渍处理20-30min，取出后清水冲洗2-3遍，然后依次用丙酮、酒精进行擦拭，再用去离子水冲洗1-2遍，热风烘干；
2)抛丸处理：将烘干后的金属冲压件做抛丸处理；
3)渗镀处理：将抛丸处理后的金属冲压件作渗镀金属层，渗镀金属层厚度为0.1-1mm；
4)离子注入：将渗镀后的金属冲压件作氮离子注入，注入量为2×1017ion/cm2-3×1017ion/cm2；
5)表层喷涂：将注氮后的金属冲压件置于酸液中浸渍处理5-10min，取出后清水冲洗2-3遍，然后依次用丙酮、酒精进行擦拭，再用去离子水冲洗1-2遍，热风烘干，再向烘干后的金属冲压件表层喷涂防护液，干燥成膜即可。
优选的，步骤1)中碱液采用体积比1：2的7.5mol/L的碳酸氢钠、15mol/L的碳酸钠的组合物。
优选的，步骤2)中弹丸采用粒径为0.45-0.55mm的钢丸。
优选的，步骤3)中渗镀金属层原料包括氮化钛、氮化钒、氮化锆、碳化硅、碳化钨、镍粉，原料中各组分百分含量为氮化钛10-25％、氮化钒5-15％、氮化锆5-10％、碳化硅5-15％、碳化钨5-15％、镍粉余量。
优选的，步骤5)中防护液由30-45％的复配处理剂、15-25％的聚乙烯醇溶液及其余量的蒸馏水组成。
优选的，所述复配处理剂包括以下百分含量组分：木质素磺酸钠10-20％、二聚酸-3-氯-2-羟基丙单酯4-6％、磷酸三钠5-8％、硝酸镍2-5％、硬脂酰胺聚氧乙烯醚磷酸酯2-5％、硅溶胶25-40％、丙烯酸酯余量。
优选的，复配处理剂包括以下百分含量组分：木质素磺酸钠16％、二聚酸-3-氯-2-羟基丙单酯4％、磷酸三钠6％、硝酸镍5％、硬脂酰胺聚氧乙烯醚磷酸酯4％、硅溶胶30％、丙烯酸酯余量。
由于采用上述的技术方案，本发明的有益效果是：本发明表面处理工艺包括前处理、抛丸处理、渗镀处理、离子注入、表层喷涂等步骤，本发明通过多重处理，有效提高了金属冲压件的综合机械性能，具有优异的强度、硬度，耐腐蚀性、抗氧化性好，且通过合理的原料选用配比，层间结合力强，渗层、注入层、喷涂层间具有良好的分子间结合效果，性能提升度高，稳定性强，使用寿命延长。
先碱浸处理后进行抛丸，金属冲压件表层清洁性好，且增大了表层的可反应面积，有利于渗镀结合，渗镀层中各金属氮化物、碳化物具有优异的强硬度，在渗镀过程中直接与金属基体熔融二次结合，形成稳定的化合物，随后的氮离子注入，不仅保证了渗镀层的结合性，同时保证了长期使用后渗镀层内化合物的离子迁移的稳定性，有效提高了金属冲压件的强硬度、耐磨性、耐腐蚀性和耐疲劳性。然后再酸浸活化，进行表层喷涂，涂层内以硅溶胶、丙烯酸酯、木质素磺酸钠为主要基料，形成的喷涂液分散性好，均一度高，且具有优良的防护性能，配合活化剂、修复剂，层间结合性强，同时保证了内层金属的自修复性，有效延长了使用寿命。采用本发明表面处理工艺处理后的金属冲压件硬度大于2650HV,涂层与基体结合力大于93N，摩擦系数小于0.43。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种用于数控机床金属冲压件的表面处理工艺，步骤如下：
1)前处理：将金属冲压件置于碱液中浸渍处理20min，取出后清水冲洗2-3遍，然后依次用丙酮、酒精进行擦拭，再用去离子水冲洗1-2遍，热风烘干；
2)抛丸处理：将烘干后的金属冲压件做抛丸处理；
3)渗镀处理：将抛丸处理后的金属冲压件作渗镀金属层，渗镀金属层厚度为0.5mm；
4)离子注入：将渗镀后的金属冲压件作氮离子注入，注入量为3×1017ion/cm2；
5)表层喷涂：将注氮后的金属冲压件置于酸液中浸渍处理5min，取出后清水冲洗2-3遍，然后依次用丙酮、酒精进行擦拭，再用去离子水冲洗1-2遍，热风烘干，再向烘干后的金属冲压件表层喷涂防护液，干燥成膜即可。
其中，步骤1)中碱液采用体积比1：2的7.5mol/L的碳酸氢钠、15mol/L的碳酸钠的组合物；步骤2)中弹丸采用粒径为0.5mm的钢丸；步骤3)中渗镀金属层原料包括氮化钛、氮化钒、氮化锆、碳化硅、碳化钨、镍粉，原料中各组分百分含量为氮化钛15％、氮化钒10％、氮化锆10％、碳化硅15％、碳化钨5％、镍粉余量；步骤5)中防护液由30％的复配处理剂、15％的聚乙烯醇溶液及其余量的蒸馏水组成，复配处理剂包括以下百分含量组分：木质素磺酸钠16％、二聚酸-3-氯-2-羟基丙单酯4％、磷酸三钠6％、硝酸镍5％、硬脂酰胺聚氧乙烯醚磷酸酯4％、硅溶胶30％、丙烯酸酯余量。
实施例2：
一种用于数控机床金属冲压件的表面处理工艺，步骤如下：
1)前处理：将金属冲压件置于碱液中浸渍处理30min，取出后清水冲洗2-3遍，然后依次用丙酮、酒精进行擦拭，再用去离子水冲洗1-2遍，热风烘干；
2)抛丸处理：将烘干后的金属冲压件做抛丸处理；
3)渗镀处理：将抛丸处理后的金属冲压件作渗镀金属层，渗镀金属层厚度为0.3mm；
4)离子注入：将渗镀后的金属冲压件作氮离子注入，注入量为2×1017ion/cm2；
5)表层喷涂：将注氮后的金属冲压件置于酸液中浸渍处理5min，取出后清水冲洗2-3遍，然后依次用丙酮、酒精进行擦拭，再用去离子水冲洗1-2遍，热风烘干，再向烘干后的金属冲压件表层喷涂防护液，干燥成膜即可。
其中，步骤1)中碱液采用体积比1：2的7.5mol/L的碳酸氢钠、15mol/L的碳酸钠的组合物；步骤2)中弹丸采用粒径为0.45mm的钢丸；步骤3)中渗镀金属层原料包括氮化钛、氮化钒、氮化锆、碳化硅、碳化钨、镍粉，原料中各组分百分含量为氮化钛20％、氮化钒15％、氮化锆8％、碳化硅10％、碳化钨10％、镍粉余量；步骤5)中防护液由45％的复配处理剂、20％的聚乙烯醇溶液及其余量的蒸馏水组成，复配处理剂包括以下百分含量组分：木质素磺酸钠15％、二聚酸-3-氯-2-羟基丙单酯5％、磷酸三钠6％、硝酸镍4％、硬脂酰胺聚氧乙烯醚磷酸酯4％、硅溶胶35％、丙烯酸酯余量。
实施例3：
一种用于数控机床金属冲压件的表面处理工艺，步骤如下：
1)前处理：将金属冲压件置于碱液中浸渍处理20min，取出后清水冲洗2-3遍，然后依次用丙酮、酒精进行擦拭，再用去离子水冲洗1-2遍，热风烘干；
2)抛丸处理：将烘干后的金属冲压件做抛丸处理；
3)渗镀处理：将抛丸处理后的金属冲压件作渗镀金属层，渗镀金属层厚度为0.1mm；
4)离子注入：将渗镀后的金属冲压件作氮离子注入，注入量为2×1017ion/cm2；
5)表层喷涂：将注氮后的金属冲压件置于酸液中浸渍处理5min，取出后清水冲洗2-3遍，然后依次用丙酮、酒精进行擦拭，再用去离子水冲洗1-2遍，热风烘干，再向烘干后的金属冲压件表层喷涂防护液，干燥成膜即可。
其中，步骤1)中碱液采用体积比1：2的7.5mol/L的碳酸氢钠、15mol/L的碳酸钠的组合物；步骤2)中弹丸采用粒径为0.5mm的钢丸；步骤3)中渗镀金属层原料包括氮化钛、氮化钒、氮化锆、碳化硅、碳化钨、镍粉，原料中各组分百分含量为氮化钛25％、氮化钒10％、氮化锆6％、碳化硅12％、碳化钨15％、镍粉余量；步骤5)中防护液由35％的复配处理剂、25％的聚乙烯醇溶液及其余量的蒸馏水组成，复配处理剂包括以下百分含量组分：木质素磺酸钠10％、二聚酸-3-氯-2-羟基丙单酯5％、磷酸三钠5％、硝酸镍3％、硬脂酰胺聚氧乙烯醚磷酸酯2％、硅溶胶40％、丙烯酸酯余量。
实施例4：
一种用于数控机床金属冲压件的表面处理工艺，步骤如下：
1)前处理：将金属冲压件置于碱液中浸渍处理30min，取出后清水冲洗2-3遍，然后依次用丙酮、酒精进行擦拭，再用去离子水冲洗1-2遍，热风烘干；
2)抛丸处理：将烘干后的金属冲压件做抛丸处理；
3)渗镀处理：将抛丸处理后的金属冲压件作渗镀金属层，渗镀金属层厚度为0.8mm；
4)离子注入：将渗镀后的金属冲压件作氮离子注入，注入量为3×1017ion/cm2；
5)表层喷涂：将注氮后的金属冲压件置于酸液中浸渍处理10min，取出后清水冲洗2-3遍，然后依次用丙酮、酒精进行擦拭，再用去离子水冲洗1-2遍，热风烘干，再向烘干后的金属冲压件表层喷涂防护液，干燥成膜即可。
其中，步骤1)中碱液采用体积比1：2的7.5mol/L的碳酸氢钠、15mol/L的碳酸钠的组合物；步骤2)中弹丸采用粒径为0.55mm的钢丸；步骤3)中渗镀金属层原料包括氮化钛、氮化钒、氮化锆、碳化硅、碳化钨、镍粉，原料中各组分百分含量为氮化钛15％、氮化钒5％、氮化锆5％、碳化硅5％、碳化钨10％、镍粉余量；步骤5)中防护液由40％的复配处理剂、20％的聚乙烯醇溶液及其余量的蒸馏水组成，复配处理剂包括以下百分含量组分：木质素磺酸钠20％、二聚酸-3-氯-2-羟基丙单酯6％、磷酸三钠8％、硝酸镍2％、硬脂酰胺聚氧乙烯醚磷酸酯5％、硅溶胶25％、丙烯酸酯余量。
实施例5：
一种用于数控机床金属冲压件的表面处理工艺，步骤如下：
1)前处理：将金属冲压件置于碱液中浸渍处理20min，取出后清水冲洗2-3遍，然后依次用丙酮、酒精进行擦拭，再用去离子水冲洗1-2遍，热风烘干；
2)抛丸处理：将烘干后的金属冲压件做抛丸处理；
3)渗镀处理：将抛丸处理后的金属冲压件作渗镀金属层，渗镀金属层厚度为1mm；
4)离子注入：将渗镀后的金属冲压件作氮离子注入，注入量为2×1017ion/cm2；
5)表层喷涂：将注氮后的金属冲压件置于酸液中浸渍处理5min，取出后清水冲洗2-3遍，然后依次用丙酮、酒精进行擦拭，再用去离子水冲洗1-2遍，热风烘干，再向烘干后的金属冲压件表层喷涂防护液，干燥成膜即可。
其中，步骤1)中碱液采用体积比1：2的7.5mol/L的碳酸氢钠、15mol/L的碳酸钠的组合物；步骤2)中弹丸采用粒径为0.45mm的钢丸；步骤3)中渗镀金属层原料包括氮化钛、氮化钒、氮化锆、碳化硅、碳化钨、镍粉，原料中各组分百分含量为氮化钛20％、氮化钒8％、氮化锆8％、碳化硅10％、碳化钨15％、镍粉余量；步骤5)中防护液由35％的复配处理剂、15％的聚乙烯醇溶液及其余量的蒸馏水组成，复配处理剂包括以下百分含量组分：木质素磺酸钠18％、二聚酸-3-氯-2-羟基丙单酯4％、磷酸三钠5％、硝酸镍4％、硬脂酰胺聚氧乙烯醚磷酸酯3％、硅溶胶35％、丙烯酸酯余量。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种用于数控机床金属冲压件的表面处理工艺，其特征在于，步骤如下：
1)前处理：将金属冲压件置于碱液中浸渍处理20-30min，取出后清水冲洗2-3遍，然后依次用丙酮、酒精进行擦拭，再用去离子水冲洗1-2遍，热风烘干；
2)抛丸处理：将烘干后的金属冲压件做抛丸处理；
3)渗镀处理：将抛丸处理后的金属冲压件作渗镀金属层，渗镀金属层厚度为0.1-1mm；
4)离子注入：将渗镀后的金属冲压件作氮离子注入，注入量为2×1017ion/cm2-3×1017ion/cm2；
5)表层喷涂：将注氮后的金属冲压件置于酸液中浸渍处理5-10min，取出后清水冲洗2-3遍，然后依次用丙酮、酒精进行擦拭，再用去离子水冲洗1-2遍，热风烘干，再向烘干后的金属冲压件表层喷涂防护液，干燥成膜即可。
2.根据权利要求1所述的用于数控机床金属冲压件的表面处理工艺，其特征在于：步骤1)中碱液采用体积比1：2的7.5mol/L的碳酸氢钠、15mol/L的碳酸钠的组合物。
3.根据权利要求1所述的用于数控机床金属冲压件的表面处理工艺，其特征在于：步骤2)中弹丸采用粒径为0.45-0.55mm的钢丸。
4.根据权利要求1所述的用于数控机床金属冲压件的表面处理工艺，其特征在于：步骤3)中渗镀金属层原料包括氮化钛、氮化钒、氮化锆、碳化硅、碳化钨、镍粉，原料中各组分百分含量为氮化钛10-25％、氮化钒5-15％、氮化锆5-10％、碳化硅5-15％、碳化钨5-15％、镍粉余量。
5.根据权利要求1所述的用于数控机床金属冲压件的表面处理工艺，其特征在于：步骤5)中防护液由30-45％的复配处理剂、15-25％的聚乙烯醇溶液及其余量的蒸馏水组成。
6.根据权利要求5所述的用于数控机床金属冲压件的表面处理工艺，其特征在于，所述复配处理剂包括以下百分含量组分：木质素磺酸钠10-20％、二聚酸-3-氯-2-羟基丙单酯4-6％、磷酸三钠5-8％、硝酸镍2-5％、硬脂酰胺聚氧乙烯醚磷酸酯2-5％、硅溶胶25-40％、丙烯酸酯余量。
7.根据权利要求6所述的用于数控机床金属冲压件的表面处理工艺，其特征在于，所述复配处理剂包括以下百分含量组分：木质素磺酸钠16％、二聚酸-3-氯-2-羟基丙单酯4％、磷酸三钠6％、硝酸镍5％、硬脂酰胺聚氧乙烯醚磷酸酯4％、硅溶胶30％、丙烯酸酯余量。
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