CN110747460A - 一种金属表面改性的改性液 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属表面改性的改性液，属于金属表面改性领域，所述的改性液包括改性流体以及乳化液，所述的改性流体包括：纳米颗粒和去离子水，纳米颗粒包括无机纳米颗粒以及包裹无机纳米颗粒的金属层，纳米颗粒分散在去离子水中形成悬浮液进而形成改性流体；本发明还公开了该改性液的制备方法以及使用该改性液对金属表面进行加工改性的方法。

Description

一种金属表面改性的改性液

技术领域

本发明涉及金属表面加工领域，具体来说是一种用于金属表面改性的改性液。

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

为了解决上述存在的问题，本发明公开了一种金属表面改性的改性液，其特征在于，所述的改性液包括改性流体以及乳化液，所述的改性流体包括：

纳米颗粒，纳米颗粒包括无机纳米颗粒以及包裹无机纳米颗粒的金属层；

去离子水，所述的纳米颗粒分散在去离子水中形成悬浮液进而形成改性流体。

在一个优选的实施例当中，所述的无机纳米颗粒为碳化硅、氮化硅的一种，所述的金属层的金属为铁或铝。

在一个优选的实施例当中，所述改性流体中的纳米颗粒被表面改性以在纳米颗粒表面形成负电荷。

在一个优选的实施例当中，所述的纳米颗粒的制备方法如下：

1)制备无机纳米颗粒；

2)将无机纳米颗粒混合在惰性气体中，形成悬浮气；

3)将铁或铝在真空熔炉中蒸发，将悬浮气通入真空熔炉中；

4)铁或铝蒸汽遇到悬浮气冷凝，析出纳米颗粒，收集纳米颗粒，所述的纳米颗粒包括表面覆盖有铁层的无机纳米颗粒；

在一个优选的实施例当中，所述的惰性气体为氦、氖、氩、氪的一种或多种的混合物。

在一个优选的实施例当中，所述的纳米颗粒通过羧甲基纤维素钠进行表面改性。

在一个优选的实施例当中，改性液的制备方法如下：

1)取去离子水100，纳米颗粒1份、羧甲基纤维素钠1份，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；

2)将纳米粉末加入上述溶剂有分散剂的去离子水当中，使用超声波进行充分的搅拌，使得分散剂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当中，形成稳定的悬浮液；

3)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。

本发明制备的无机纳米粉末能够在无机纳米颗粒表面形成金属层，所述的金属层在改性液中表面带有电荷，在电场作用下，无机纳米颗粒在改性液中进行流动，聚结到要改性的金属表面，并进一步熔化，进一步将无机纳米颗粒和改性的金属混合，增强金属表面性能。

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剂有分散剂的去离子水当中，使用超声波进行充分的搅拌，使得分散剂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以及没有被金属包裹的无机纳米粒子，改性液被电场击穿，释放热能，熔化金属纳米粒子以及无机纳米粒子的金属层，并将无机纳米粒子包裹在金属工件的表面，在金属工件表现形成一个无机纳米层，增强金属表面的耐磨性以及强度。

Claims (7)

1.一种金属表面改性的改性液，其特征在于，所述的改性液包括改性流体以及乳化液，所述的改性流体包括：

纳米颗粒，纳米颗粒包括无机纳米颗粒以及包裹无机纳米颗粒的金属层；

去离子水，所述的纳米颗粒分散在去离子水中形成悬浮液进而形成改性流体。

2.根据权利要求1所述的金属表面改性的改性液，其特征在于，所述的无机纳米颗粒为碳化硅、氮化硅的一种，所述的金属层的金属为铁或铝。

3.根据权利要求2所述的金属表面改性的改性液，其特征在于，所述改性流体中的纳米颗粒被表面改性以在纳米颗粒表面形成负电荷。

4.根据权利要求3所述的金属表面改性的改性液，其特征在于，所述的纳米颗粒的制备方法如下：

1)制备无机纳米颗粒；

2)将无机纳米颗粒混合在惰性气体中，形成悬浮气；

3)将铁或铝在真空熔炉中蒸发，将悬浮气通入真空熔炉中；

4)铁或铝蒸汽遇到悬浮气冷凝，析出纳米颗粒，收集纳米颗粒，所述的纳米颗粒包括表面覆盖有铁层的无机纳米颗粒。

5.根据权利要求3所述的金属表面改性的改性液，其特征在于，所述的惰性气体为氦、氖、氩、氪的一种或多种的混合物。

6.根据权利要求4所述的金属表面改性的改性液，其特征在于，所述的纳米颗粒通过羧甲基纤维素钠进行表面改性。

7.根据权利要求5所述的金属表面改性的改性液，其特征在于，改性液的制备方法如下：

1)取去离子水100，纳米颗粒1份、羧甲基纤维素钠1份，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；

2)将纳米粉末加入上述溶剂有分散剂的去离子水当中，使用超声波进行充分的搅拌，使得分散剂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当中，形成稳定的悬浮液；

3)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。

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