CN110666263B - 一种金属工件的表面处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属工件的表面处理方法，属于金属表面改性领域，步骤如下：1)制备无机纳米颗粒；2)在无机纳米颗粒表面形成金属层；3)将分散剂溶解在去离子水中，之后加入含有金属层的无机纳米颗粒，以通过分散剂对无机纳米颗粒进行表面改性使得无机纳米颗粒形成带电粒子，并且均匀的分散在去离子水中；4)加入乳化液，形成改性液；5)将改性液添加到金属工件间隙中，用脉冲电源施加外电场，使得带电纳米粒子迁移到金属工件表面；6)改性液被脉冲电源击穿，迁移到金属工件表面的纳米粒子的外层金属被熔化，将无机纳米颗粒固定在工件表面，在工件表面形成增强层。

Description

一种金属工件的表面处理方法

技术领域

本发明涉及金属表面加工领域，具体来说是一种金属工件的表面处理方法。

背景技术

电火花加工是指在一定的介质中，通过工具电极和工件电极之间的脉冲放电的电蚀作用，对工件进行加工的方法。电火花加工是20世纪40年代开始研究并逐步应用于生产的一种利用电、热能进行加工的方法。

现有的电火花加工切割的时候切割后的工件粗糙度大，需要进行后续的处理，并且现有的金属工件表面的耐磨度以及强度都不足，在使用的时候损耗大。

发明内容

本发明针对现有技术当中存在的问题，公开了一种金属工件的表面处理方法，具体的，本发明的步骤如下：

1)制备无机纳米颗粒；

2)在无机纳米颗粒表面形成金属层；

3)将分散剂溶解在去离子水中，之后加入无机纳米颗粒，以通过分散剂对无机纳米颗粒进行表面改性使得无机纳米颗粒形成带电粒子，并且均匀的分散在去离子水中；

4)加入乳化液，形成改性液；

5)将改性液添加到金属工件间隙中，用脉冲电源施加外电场，使得带点纳米粒子迁移到金属工件表面；

6)改性液被脉冲电源击穿，迁移到金属工件表面的纳米粒子的外层金属被熔化，将无机纳米颗粒在工件表面，在工件表面形成增强层。

在一些优选的实施例当中，所述无机纳米颗粒为碳化硼、碳化硅、二氧化硅，或者采用氮化硅、氮化铝、氮化硼强度大、耐高温的无机纳米材料。

在一些优选的实施例当中，所述的无机纳米材料的的粒径为20-80nm，具体的选用的在一些优选的实施例当中，所述的纳米颗粒的比表面积10-20。

在一些优选的实施例当中，所述的分散剂为羧甲基纤维素钠。

在一些优选的实施例当中，在步骤3中将纳米颗粒和溶解有分散剂的去离子混合，用超声波进行混合搅拌，使得纳米颗粒悬浮在去离子水当中形成悬浮液。

在一些优选的实施例当中，步骤2的制备方法如下：在真空环境下加热使得金属蒸发，将无机纳米颗粒混合在惰性气体中，旋涡混合，使得无机纳米颗粒悬浮在惰性气体中，将悬浮有无机纳米颗粒的惰性气体通入真空环境，蒸发的金属遇到惰性气体冷凝，粘接在无机纳米颗粒表面，形成金属层。

更具体的，在真空中的加热为电阻电热法、等离子喷射法、溅射法、电弧法、高频感应法的一种。

在一些优选的实施例当中，所述的惰性气体为氦、氖、氩、氪，在其他的一些实施当中，也可以采用氮气。

该处理方法首先制备表面有金属层的无机纳米颗粒，将无机纳米颗粒分散在加工液中，通过点火花进行切割加工，在加工的时候，使得无机纳米颗粒迁移到工件的表面进行进行熔融在工件表面反应，进行一层均匀分布有无机纳米颗粒的增强层，并且不需要后续的抛光都加工处理，工序简单，制备工件的表面强度大。

附图说明

图1是一种进行金属加工改性的装置；

图2是另一种进行金属加工改性的装置；

图3是无电场下改性液中的纳米粒子分布图；

图4是施加外电场情况下纳米粒子的分布图；

图中标记：1-贮丝筒，2-支架，3-导轮，4-电极丝，5-改性液箱，6-脉冲电源，7-金属工件，8-供液系统，9-水泵。

具体实施方式

下面对本发明作详细的说明。

实施例1本实施例公开了一种含有金属层的无机纳米颗粒，具体的制备方法为：按照常规方法自制或者外购无机纳米颗粒粉末，其中无机纳米颗粒粉末的粒径为20-80nm，用抽气泵对真空反应系统进行真空抽气，其次用氩气对反应系统进行置换，其次将反应室内的气压调节到0.2kpa，对采用高频感应方法对铁进行蒸发，并通入混有无机纳米颗粒的惰性气体悬浮气，所述的铁蒸汽遇到惰性气体以及悬浮在惰性气体中无机纳米颗粒会迅速冷却，一部分铁蒸发附着在无机纳米颗粒上在无机纳米颗粒表面形成金属层，少部分铁蒸发形成纳米铁颗粒。在收集器上收集到混有少量纳米铁颗粒的无机纳米粉末。

实施例2本实施例公开了一种用于电火花加工的改性液，所述的改性液的制备方法如下：取去离子水100份、实施例1制备的无机纳米粉末1份、羧甲基纤维素钠1份，首先将羧甲基纤维素钠和去离子水混合，采用机械搅拌，其中搅拌温度为50℃-60℃，搅拌10分钟后，使得羧甲基纤维素钠充分溶解在去离子水当中；其次，将纳米粉末加入上述溶解有羧甲基纤维素钠的去离子水当中，使用超声波进行充分的搅拌，使得羧甲基纤维素钠对纳米粉末表面的金属层或金属纳米颗粒进行表面改性，使得纳米粉末形成带负电的颗粒，带负电的颗粒相互排斥，进而能够使得纳米粉末均匀的分散在去离子水当中，形成稳定的悬浮液；将上述悬浮液和乳化液混合，其中悬浮液和乳化液的重量比为1:10，用超声波进一步搅拌混合，获得稳定的改性液；

实施例3本发明公开了一种金属的表面改性方法，首先实施例2制备的改性液引入到金属工件的放电间隙当中，施加脉冲电源，采用点火花进行切割，在没有外电场的情况下，改性液中的带负电纳米粒子在斥力的作用下均匀的分布在去离子水中，在外电场的作用下，改性液中的带电粒子能够定向泳动，流动到金属工件的表面，在金属工件的表面聚集，进一步的，脉冲电源击穿改性液，上述聚集的带电粒子中的金属物质被熔化，熔化的金属物质包裹着无机纳米颗粒，并进一步的使得无机纳米粒子分布在金属工件的表面，在金属工件表面发生原位自生应，在金属工件形成一层强度大、耐磨的增强层。在一个优选的方案中，本实施例的金属的表面改性方法采用如图1所示的装置，如图所示，本发明公开的装置包括支架2，支架2上设有四个导轮3和一个贮丝筒1，贮丝筒1和四个导轮之间设有电极丝4，所述的支架2上还设有一个用于储放改性液的改性液箱5，所述的电极丝4从改性液箱5通过，电极丝通过改性液箱的时候能够在电极丝的表面形成一层改性液层，本装置还包括有一脉冲电源6，脉冲电源分别和电极丝和金属工件7连接以能够在电极丝和金属工件之间形成电场，所述的改性液箱内装有实施例2的改性液，在对金属工件进行切割的时候，电极丝4在导轮3之间移动，通过改性液箱5，在电极丝4表面形成改性液层，在无电场的情况下，所述的改性液层内的无机纳米粒子均匀的分布，在施加脉冲电源，电极丝和工件之间的电场会使得改性液层中的无机纳米粒子和金属粒子朝着工件方向泳动，附着在工件的表面进而当电场击穿改性液层的时候，无机纳米粒子中的金属层和金属粒子被熔化，并包裹无机纳米粒子，在工件表面发生原位反应，进一步的在工件表面形成一个增强层，本发明的金属表面加工，一方面不需要后续的抛光都后处理操作，节省了工序；另一方面，增强层内的无机纳米材料能够充分的分布在增强层中，能够显著提高工件表面的强度和耐磨性，提高了工件加工成成品的使用性能。

在一些不同的实施方式中，采用不同的装置，如图2所示的是和图1所示的装置不同的一种装置，其和图1装置不同点在于，该装置的改性液箱不被电极丝通过，该装置的改性液箱5连接有循环的供液系统8，该供液系统8将改性液箱内的改性液喷射到金属工件的上部，并在金属工件的下部回收改性液，并将回收的改性液输送回改性液箱，如图2所示的，在供液系统上设有一个水泵以给改性液提供动力喷射到金属工件的上部。

如图3所示，在无外电场的情况下，带负电的带电纳米粒子在改性液中的分布，由于负电粒子的相互排斥，纳米粒子均匀的分布在改性液的乳化液或者去离子水中，在施加脉冲的电场的情况下，带电纳米粒子迁移到金属工件的表面，具体的如图4所示，纳米粒子聚集在金属工件的表面，具体的纳米粒子包括金属纳米粒子，被金属层包裹的无机纳米粒子、不被金属层包裹的无机纳米粒子。

Claims (3)

1.一种金属工件的表面处理方法，其特征在于，步骤如下：

1)制备无机纳米颗粒，所述无机纳米颗粒为二氧化硅；

2)在真空环境下使得金属蒸发，将无机纳米颗粒混合在惰性气体中，旋涡混合，使得无机纳米颗粒悬浮在惰性气体中，将悬浮有无机纳米颗粒的惰性气体通入真空环境，蒸发的金属遇到惰性气体冷凝，粘接在无机纳米颗粒表面，形成金属层；

3)取去离子水100份、步骤2制备的无机纳米颗粒1份、羧甲基纤维素钠1份，首先将羧甲基纤维素钠和去离子水混合，采用机械搅拌，其中搅拌温度为50℃-60℃，搅拌10分钟后，使得羧甲基纤维素钠充分溶解在去离子水当中；其次，将无机纳米颗粒加入上述溶解有羧甲基纤维素钠的去离子水当中，使用超声波进行充分的搅拌，使得羧甲基纤维素钠对纳米颗粒表面的金属层或金属纳米颗粒进行表面改性，使得纳米颗粒形成带负电的颗粒，带负电的颗粒相互排斥，进而能够使得纳米颗粒均匀的分散在去离子水当中，形成稳定的悬浮液；

4)加入乳化液，形成改性液；

5)将改性液添加到金属工件间隙中，用脉冲电源施加外电场，使得带电纳米颗粒迁移到金属工件表面；

6)改性液被脉冲电源击穿，迁移到金属工件表面的纳米颗粒的外层金属被熔化，将无机纳米颗粒固定在工件表面，在工件表面形成增强层。

2.根据权利要求1所述的金属工件的表面处理方法，其特征在于，所述的无机纳米颗粒的粒径为20-80nm。

3.根据权利要求2所述的金属工件的表面处理方法，其特征在于，所述的无机纳米颗粒的比表面积10-20。

Images