CN113527951B - 一种吸收保护层及金属零部件表面的涂覆方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种吸收保护层，在激光冲击强化前涂覆在金属零部件表面，对金属零部件表面进行保护，吸收保护层的原料包括丁腈原胶、炭黑、防老剂、促进剂、氧化锌、云母、聚乙二醇、二氧化硅，且丁腈原胶与炭黑的份数比为2:1。还提供了一种金属零部件表面的涂覆方法，包括：配制涂覆液、金属零部件表面预处理、将涂覆液在金属零部件表面进行至少一次涂覆及干燥操作；热处理步骤。本发明采用丁腈原胶及炭黑材料制备吸收保护层，能实现在较高激光峰值功率下且不破坏金属零部件表面的前提下，满足所需的冲击次数达到金属零部件表面的强化效果，使得强化后的金属零部件的硬度达到Hv：290以上。

Description

一种吸收保护层及金属零部件表面的涂覆方法
技术领域
本发明涉及防护材料技术领域，具体为一种吸收保护层及金属零部件表面的涂覆方法，吸收保护层在金属零部件表面激光冲击强化前，涂覆在金属零部件的表面对金属零部件进行保护。
背景技术
目前，金属零部件因疲劳特别是高周疲劳导致断裂的情况多有发生，断裂的原因是金属零部件的表面产生裂纹，裂纹逐渐扩展而导致金属零部件整体的破坏。目前，为防止金属零部件表面裂纹产生，通常对其进行表面处理(如采用激光冲击强化)以延长使用寿命。
激光冲击强化是利用短脉冲(几十纳秒)，且高峰值功率密度>109W/cm2的激光照射金属零部件的表面。但是若直接照射金属表面，则会造成金属零部件表面被灼烧等极其不利影响，因此，通常在对金属材料表面进行冲击前，需对金属零部件表面涂覆保护层，以保护金属表面不被烧蚀，同时起到金属强化的作用。
目前，常使用的保护层是3M黑胶带或者3M铝箔，其对于结构复杂的金属零部件，需要通过人工操作，人工贴覆保护层繁琐且耗时，而且对于功率密度较高的金属零部件，需贴覆多层保护层，完成所需的冲击次数，严重影响了金属零部件的贴覆效率及成本。
发明内容
本发明的目的在于解决现有金属零部件的保护层贴覆效率低、成本高、操作复杂的问题，设计了一种吸收保护层及金属零部件表面的涂覆方法，吸收保护层的涂覆液制备简单、在金属零部件表面涂覆操作方便、且在激光冲击强化处理过程中无味、无危害等特点。
实现发明目的的技术方案如下：
第一方面，本发明提供了一种吸收保护层，在激光冲击强化前涂覆在金属零部件表面，对金属零部件表面进行保护。
其中，吸收保护层的原料包括丁腈原胶、炭黑，防老剂、促进剂、氧化锌、云母、聚乙二醇、二氧化硅，丁腈原胶与炭黑的份数比为2:1。
本发明选用丁腈原胶及炭黑作为吸收保护层的主要原料，由于丁腈原胶的分子链中含有氰基，其具有较强的极性，与其他原料相容性较好。在激光冲击强化前，通过在金属零部件表面涂覆吸收保护层，能实现在较高激光峰值功率下且不破坏金属零部件表面的前提下，满足所需的冲击次数达到金属零部件表面的强化效果，使得强化后的金属零部件的硬度达到Hv：290以上。
进一步的，上述吸收保护层的原料中，丁腈原胶50～150份、炭黑50～150份、防老剂1～4份、氧化锌2～7份、促进剂1～5份、云母0.05～1份、聚乙二醇0.1～5份、二氧化硅0.01～3份。
更进一步的，上述吸收保护层的原料中，丁腈原胶100份、炭黑50份、防老剂2～3份、氧化锌3～5份、促进剂2～3份、云母0.1～0.5份、聚乙二醇1～3份、二氧化硅0.1～1.0份。
优选的，上述吸收保护层的原料中，丁腈原胶100份、炭黑50份、防老剂2.5份、氧化锌4份、促进剂2.5份、云母0.3份、聚乙二醇2.2份、二氧化硅0.6份。
在本发明上述吸收保护层的一个实施例中，金属零部件表面吸收保护层的厚度为0.1～0.2mm，
优选的上述金属零部件表面吸收保护层的厚度为0.12～0.14mm。
第二方面，本发明还提供了一种金属零部件表面的涂覆方法，采用第一方面的吸收保护层对激光冲击强化前金属零部件表面进行涂覆，涂覆方法包括：
配制金属零部件表面吸收保护层的涂覆液；
金属零部件表面预处理；
将涂覆液在金属零部件表面进行至少一次涂覆及干燥操作，直至吸收保护层达到设定厚度；
对涂覆吸收保护层后的金属零部件进行热处理。
进一步的，上述金属零部件表面的吸收保护层的设定厚度为0.1～0.2mm。
进一步的，上述金属零部件表面的涂覆吸收保护层后，金属零部件热处理方法为：60～80℃，保温0.5～3h。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明提供的吸收保护层，能实现在较高激光峰值功率下且不破坏金属零部件表面的前提下，满足所需的冲击次数达到金属零部件表面的强化效果，使得强化后的金属零部件的硬度达到Hv：290以上。
2.吸收保护层的涂覆液涂覆容易、干燥快，且在激光冲击强化过程中无味、无危害，不会对金属零部件和周围环境造成污染，同时，在激光冲击强化完成后，吸收保护层容易清理且不会渗入金属零部件的基体组织内。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
第一方面，本具体实施方式提供了一种吸收保护层，在激光冲击强化前涂覆在金属零部件表面，对金属零部件表面进行保护。
其中，吸收保护层的原料包括丁腈原胶、炭黑、防老剂、促进剂、氧化锌、云母、聚乙二醇、二氧化硅，丁腈原胶与炭黑的份数比为2:1。
进一步的，上述吸收保护层的原料中，丁腈原胶50～150份、炭黑50～150份、防老剂1～4份、氧化锌2～7份、促进剂1～5份、云母0.05～1份、聚乙二醇0.1～5份、二氧化硅0.01～3份。
更进一步的，上述吸收保护层的原料中，丁腈原胶100份、炭黑50份、防老剂2～3份、氧化锌3～5份、促进剂2～3份、云母0.1～0.5份、聚乙二醇1～3份、二氧化硅0.1～1.0份。
优选的，上述吸收保护层的原料中，丁腈原胶100份、炭黑50份、防老剂2.5份、氧化锌4份、促进剂2.5份、云母0.3份、聚乙二醇2.2份、二氧化硅0.6份。
第二方面，本具体实施方式提供了一种金属零部件表面的涂覆方法，采用第一方面的吸收保护层对激光冲击强化前金属零部件表面进行涂覆。
其中，涂覆方法包括：
S1、配制金属零部件表面吸收保护层的涂覆液。
具体的，涂覆液的配置方法为：按比例称取丁腈原胶、防老剂、促进剂、炭黑、硬脂酸、氧化锌、二氧化硅、云母、聚乙二醇等原料；将其加入球磨机中，并加入适量去离子水；在室温中充分研磨3～6小时，制得涂覆液。
S2、金属零部件表面预处理。
具体的，通过丙醇、乙醇溶液对放置在超声波清洗机中的金属零部件进行处理，以去除金属零部件表面的油渍、沉积的灰尘等杂质。
S3、将涂覆液在金属零部件表面进行至少一次涂覆及干燥操作，直至吸收保护层达到设定厚度。
具体的，金属零部件表面吸收保护层的设定厚度为0.1～0.2mm，即吸收保护层的厚度为0.1～0.2mm。
优选的，金属零部件表面的吸收保护层的厚度为0.12～0.14mm。
S4、对涂覆吸收保护层后的金属零部件进行热处理。
具体的，涂覆吸收保护层后的金属零部件热处理方法为：将金属零部件置于温度为60～80℃的干燥箱中，保温0.5～3h后取出完成金属零部件表面吸收保护层的涂覆工序，可进行后续的激光冲击强化工序。
本发明选用丁腈原胶和炭黑作为吸收保护层的主要原料，由于丁腈原胶的分子链中含有氰基，其具有较强的极性，与其他原料相容性较好。在激光冲击强化前，通过在金属零部件表面涂覆吸收保护层，能实现在较高激光峰值功率下且不破坏金属零部件表面的前提下，满足所需的冲击次数达到金属零部件表面的强化效果，使得强化后的金属零部件的硬度达到Hv：290以上。
第三方面，本具体实施方式以316L不锈钢材料零件为例，通过8种原料配比的吸收保护层(编号为1～8)，对316L不锈钢材料零件表面涂覆吸收保护层，并进行激光冲击强化后测试其表面的硬度，对本发明的吸收保护层进行说明。
首先，按照下表1中吸收保护层各原料的质量称取，在球磨机中加入称量好的原料，加入适量去离子水，在室温中充分研磨4小时，制得涂覆液，备用。
表1：吸收保护层配比
编号 丁腈原胶 炭黑 防老剂 氧化锌 促进剂 云母 聚乙二醇 二氧化硅
1 100g 50g 2g 3g 2g 0.1g 1g 0.1g
2 100g 50g 2.1g 3.2g 2.1g 0.15g 1.4g 0.2g
3 100g 50g 2.2g 3.5g 2.2g 0.2g 1.8g 0.3g
4 100g 50g 2.3g 3.8g 2.3g 0.25g 2g 0.5g
5 100g 50g 2.5g 4g 2.5g 0.3g 2.2g 0.6g
6 100g 50g 2.7g 4.2g 2.7g 0.4g 2.5g 0.7g
7 100g 50g 2.8g 4.5g 2.8g 0.45g 2.7g 0.8g
8 100g 50g 3g 5g 3g 0.5g 3g 1.0g
其次，取8个相同的316L不锈钢材料零件，对其依次编号，并用丙醇、乙醇对金属零部件进行清洗，用适量去离子水冲洗残余清洗溶液并进行干燥，备用。
然后，用材料涂覆清洁后的316L不锈钢材料零件，干燥；然后再用涂覆液进行至少1次涂覆，直至316L不锈钢材料零件表面涂层的总厚度控制在0.12～0.14mm之内；将涂覆好的8个316L不锈钢材料零件放置于温度为60～80℃的干燥箱中，待保温0.5～3h后取出即可进行激光冲击强化，其中，8个编号的316L不锈钢材料零件的吸收保护层层的涂覆、激光冲击强化功率密度等参数参见下表2所示：
编号 涂层厚度(mm) 热处理温度(℃) 热处理时间(h) 功率密度(GW/cm<sup>2</sup>)
1 0.12～0.14 60 0.5 6.59
2 0.12～0.14 65 1 6.59
3 0.12～0.14 70 1.5 6.59
4 0.12～0.14 70 2 6.59
5 0.12～0.14 75 2 6.59
6 0.12～0.14 75 2 6.59
7 0.12～0.14 80 2.5 6.59
8 0.12～0.14 80 3 6.59
最后，对上述8种涂覆吸收保护层的316L不锈钢材料零件进行激光冲击强化测试，同时以涂覆吸收保护层的316L不锈钢材料零件(即基体)和涂覆3M黑胶带的316L不锈钢材料零件(即比较例)作为对比；并通过过显微硬度计测定其表面硬度，结果如下表3所示。
试样 基体 编号1 编号2 编号3 编号4 编号5 编号6 编号7 编号8 比较例
表面硬度(HV) 234.5 297.8 298.3 308.8 310.2 311.5 302.5 294.4 295.9 279.1
分析：由表3中数据可见，以丁腈原胶和炭黑为主制备的涂覆液，在316L不锈钢材料零件表面形成的吸收保护层，在激光冲击强化后的316L不锈钢材料零件表面的硬度增加，且8种配比的吸收保护层对316L不锈钢材料零件表面硬度的增加幅度几乎保持一致，且相对于3M黑胶带的吸收保护层的效果好，能够满足金属材料表面的硬度要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种吸收保护层，在激光冲击强化前涂覆在金属零部件表面，对金属零部件表面进行保护，其特征在于：所述吸收保护层的原料包括丁腈原胶、炭黑、防老剂、促进剂、氧化锌、云母、聚乙二醇、二氧化硅；
所述丁腈原胶与所述炭黑的份数比为2:1；
所述吸收保护层的原料中，丁腈原胶50～150份、炭黑50～150份、防老剂1～4份、氧化锌2～7份、促进剂1～5份、云母0.05～1份、聚乙二醇0.1～5份、二氧化硅0.01～3份。
2.根据权利要求1所述的吸收保护层，其特征在于：所述吸收保护层的原料中，丁腈原胶100份、炭黑50份、防老剂2～3份、氧化锌3～5份、促进剂2～3份、云母0.1～0.5份、聚乙二醇1～3份、二氧化硅0.1～1.0份。
3.根据权利要求2所述的吸收保护层，其特征在于：所述吸收保护层的原料中，丁腈原胶100份、炭黑50份、防老剂2.5份、氧化锌4份、促进剂2.5份、云母0.3份、聚乙二醇2.2份、二氧化硅0.6份。
4.根据权利要求1～3任一项所述的吸收保护层，其特征在于：金属零部件表面所述吸收保护层的厚度为0.1～0.2mm。
5.根据权利要求4所述的吸收保护层，其特征在于：金属零部件表面所述吸收保护层的厚度为0.12～0.14mm。
6.一种金属零部件表面的涂覆方法，采用权利要求1至5任一项所述吸收保护层对激光冲击强化前金属零部件表面进行涂覆，其特征在于，涂覆方法包括：
配制金属零部件表面吸收保护层的涂覆液；
金属零部件表面预处理；
将涂覆液在金属零部件表面进行至少一次涂覆及干燥操作，直至吸收保护层达到0.1～0.2mm；
对涂覆吸收保护层后的金属零部件进行热处理，金属零部件热处理方法为：60～80℃，保温0.5～3h。
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