CN113621790B - 一种基于高速冲击的高效表面改性的方法及装置 - Google Patents

一种基于高速冲击的高效表面改性的方法及装置 Download PDF

Info

Publication number
CN113621790B
CN113621790B CN202111033862.0A CN202111033862A CN113621790B CN 113621790 B CN113621790 B CN 113621790B CN 202111033862 A CN202111033862 A CN 202111033862A CN 113621790 B CN113621790 B CN 113621790B
Authority
CN
China
Prior art keywords
plate
impact
surface modification
electromagnetic
mother board
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111033862.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113621790A (zh
Inventor
谢吉林
章文涛
陈玉华
王善林
张体明
尹立孟
王刚
黄永德
魏明炜
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanchang Hangkong University
Original Assignee
Nanchang Hangkong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanchang Hangkong University filed Critical Nanchang Hangkong University
Priority to CN202111033862.0A priority Critical patent/CN113621790B/zh
Publication of CN113621790A publication Critical patent/CN113621790A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113621790B publication Critical patent/CN113621790B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D10/00—Modifying the physical properties by methods other than heat treatment or deformation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F3/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by special physical methods, e.g. treatment with neutrons

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Abstract

本发明属于复合材料改性的方法领域，提供了一种基于高速冲击的高效表面改性的方法及装置，包括如下步骤：S1、对需要改性的母板表面进行清洗；S2、以母板在下，冲击板在上的方式利用电磁脉冲表面改性装置进行装夹，脉冲电流通过电磁线圈后在冲击板上产生电磁力，使冲击板高速冲击母板，实现母板表面改性；S3、通过平移母板改变被冲击改性的位置，实现母板整体表面改性；采用高效表面改性的方法的电磁脉冲表面改性装置，包括冲击板、夹具、工作台和垫块电磁装置。本发明采用高速冲击技术能简易、快速获得大面积的表面改性层，能有效实现金属表面强化，改善材料表面耐腐蚀性及耐磨性，适用性广、能够能实现多种材料的表面改性。

Description

一种基于高速冲击的高效表面改性的方法及装置
技术领域
本发明属于金属复合材料改性的方法领域，提供了一种基于高速冲击的高效表面改性的方法及装置。
背景技术
每年因为腐蚀、磨损带来的经济损失高达国民经济总产值的三分之一，金属材料的表面改性是通过各种技术手段将材料表面耐磨损、抗腐蚀性能提高，从而提高其服役寿命的技术。目前，常用的表面改性的方法包括表面增加功能材料层以及材料自身表面强化。例如，电镀耐腐蚀镀层、表面喷涂技术制备耐磨涂层、激光冲击表面强化等技术。但是，上述各种技术都存在一定的局限性，比如电镀会带来大量的电镀液废水导致环境污染严重，表面喷涂技术获得的涂层致密性不够，对于复杂结构的构件内表面难以获得涂层全覆盖，激光冲击强化的一次性投资成本高，难以实现大面积的表面改性。
高速冲击技术是一种快速、可靠、经济、环保的材料表面改性的方法，当两块板以适当的碰撞角度高速碰撞时，金属变形会形成射流。在碰撞点，冲击应力大于金属的屈服应力，射流会沿着界面传播，使得被冲击表面发生严重的塑形变形获得纳米级尺度的晶粒、甚至非晶层，其表面纳米晶和非晶层的深度可以通过调整冲击参数进行调控，进而达到材料表面性能提升的目的。
近年来，国内外研究者们在电磁脉冲焊接以及爆炸焊接的过程中发现，高速冲击技术过程中，两种材料的被冲击界面的降温速率极快的特点，位于界面上的薄熔化层，冷却速率达到106～107K/s，没有足够的时间进行原子迁移和扩散，能够在金属表面形成具有优异性能的非晶层。因此，本发明提出一种基于高速冲击的高效表面改性的方法及装置。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种基于高速冲击的高效表面改性的方法及装置，能在金属表面大面积制备非晶/纳米晶层以达到金属材料表面改性的目的，从而提高金属材料表面硬度、耐磨、耐腐蚀性能。
本发明的目的之一是提供一种基于高速冲击的高效表面改性的方法，包括如下步骤：
S1、对需要改性的母板表面通过无水乙醇清洗，去除表面油污，再烘干；
S2、以母板在下，冲击板在上的方式利用电磁脉冲表面改性装置进行装夹，通过抽离电磁脉冲表面改性装置中的磁性垫块，脉冲电流通过电磁线圈后在冲击板上产生电磁力，改变电磁脉冲表面改性装置的放电能量和初始间距来改变冲击板冲击的速度和角度，使冲击板冲击母板，从而母板表面形成变量塑性变形层，实现母板表面改性；
S3、冲击板速度冲击母板的过程中，通过平移母板改变被冲击改性的位置，使母板整体表面发生晶粒细化并形成纳米晶/非晶层，实现母板整体表面改性。
优选的，S1中，所述母板为钛板、钢板、铜板、铝板、镁板的一种。
优选的，S1中，所述母板的厚度为5～10mm。
优选的，S2中，所述冲击板为可导电的金属材料且硬度大于母板。
优选的，S2中，所述冲击板为异形结构，表面端部为整列密排的球形凸点。
优选的，S2中，6、S2中，所述冲击板的厚度为1～3mm。
优选的，S2中，所述电磁脉冲表面改性装置的放电能量为24～30kJ，初始间距为1.2～1.8mm，脉冲电流频率为23.4kHz。
本发明的目的之二是提供上述高效表面改性的方法的电磁脉冲表面改性装置，所述电磁脉冲表面改性装置包括冲击板、夹具、工作台和垫块电磁装置；沿所述冲击板长度方向的两侧均设置有夹具，每个所述夹具上均设置有至少两个夹具螺栓，所述冲击板的下方还设置安装台，所述安装台的下端连接所述工作台；沿所述冲击板的宽度方向设置两侧分别设置有两个所述垫块电磁装置，所有所述垫块电磁装置的下端连接所述工作台；位于所述冲击板同侧的两个所述垫块电磁装置之间、且所述工作台的上表面处设置有纵向的导轨，两个所述导轨之间固定移动支架，所述移动支架的下壁设置有电磁线圈。
优选的，所述垫块电磁装置包括支座，永磁铁、磁性垫块，所述支座内设置有并排排列的所述永磁铁和所述磁性垫块，所述永磁铁和所述磁性垫块异性相吸。
本发明与现有技术相比，其有益效果在于：
1、与现有技术相比，本发明具有明显的高效性、实验操作简便、成本低等优势，采用高速冲击技术能简易、快速获得大面积的表面改性层，能有效实现金属表面强化，改善材料表面耐腐蚀性及耐磨性。
2、高速冲击技术对材料的适用性广、能够能实现多种材料的表面改性。
3、本发明能通过调整冲击工艺，使金属材料表面晶粒细化，形成非晶/纳米晶层，实现材料的表面改性。
4、本发明制备方法先进，技术参数精确，工艺窗口制定方便，是先进的金属表面改性的方法。
附图说明
图1为本发明制备的晶粒细化区域透射电镜图；
图2为本发明制备的扩散层非晶/纳米晶透射电镜图；
图3为本发明制备的扩散层透射电镜高分辨图；
图4为本发明基于高速冲击的表面改性的方法图；
图5为本发明基于电磁脉冲表面改性装置的结构图；
图6为本发明的垫块电磁装置的轴测图；
其中1、夹具螺栓，2、紧固螺钉，3、电磁线圈，4、移动支架，5、导轨，6、冲击板，7、夹具，8、工作台，9、母板，10、垫块电磁装置，1001.支座，1002.永磁铁，1003.磁性垫块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
需要说明的是，本发明中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围，除非另有特别说明，本发明以下各实施例中用到的各种原料、试剂、仪器和设备均可通过市场购买得到或者通过现有方法制备得到。
实施例1
一种基于高速冲击的高效表面改性的方法，包括如下步骤：
对需要改性的厚度为5mm的铝板表面通过使用无水乙醇清洗，去除表面油污，再室温烘干；以铝板在下，厚度为3mm钛板在上的方式利用电磁脉冲表面改性装置进行装夹，其钛板的表面端部为整列密排的球形凸点，通过抽离电磁脉冲表面改性装置中的磁性垫块，其中脉冲电流的放电能量为24kJ，初始间距为1.2mm，脉冲电流频率为23.4kHz，脉冲电流通过电磁线圈后在钛板上产生电磁力，使钛板高速冲击铝板，在铝板表面产生局部剧烈的塑性变形，剧烈的塑性变形导致位错并细化了铝板表面的晶粒尺寸，在放电能量达到一定阈值以上时甚至能够导致被冲击表面的非晶化，实现铝板表面改性；钛板速度冲击铝板的过程中，通过平移铝板改变被冲击改性的位置，使铝板整体表面发生晶粒细化并形成纳米晶/非晶层，实现铝板整体表面改性。
如图1-2所示，一种采用上述高效表面改性的方法的电磁脉冲表面改性装置，所述电磁脉冲表面改性装置包括冲击板6、夹具7、工作台8和垫块电磁装置10；沿冲击板6长度方向的两侧均设置有夹具7，每个夹具7上均设置有至少两个夹具螺栓1，冲击板6的下方还设置有母板9，所有的夹具7均夹持沿母板9长度方向的两侧，母板9的下端还设置安装台，安装台的下端连接工作台8；沿冲击板6的宽度方向设置两侧均设置有两个垫块电磁装置10，所有垫块电磁装置10的下端连接工作台8；位于冲击板6同侧的两个垫块电磁装置10之间、工作台8的上表面均设置有纵向的导轨5，两个导轨5之间通过紧固螺钉2固定移动支架4，移动支架4的下壁设置有电磁线圈3；母板9通过夹具固定在工作台8上，在电磁线圈3通电前利用垫块电磁装置10将母板9与冲击板6之间的垫块抽离，再通过电磁线圈3在冲击板6上产生的电磁力使冲击板6与母板9发生高速碰撞，实现母板9的表面改性，优选的，电磁线圈3用于冲击板的电磁力的动力源，其动力源还包括炸药或蒸汽能使冲击板以极快的速度与母板发生碰撞的动能源；垫块电磁装置10包括支座1001，永磁铁1002、磁性垫块1003，支座1001内设置有并排排列的永磁铁1002和所述磁性垫块1003，永磁铁1002和磁性垫块1003异性相吸，对磁性垫块1003通电后，使永磁铁1002和磁性垫块1003异性相吸，从而使磁性垫块1003从冲击板与母板之间抽离，实现冲击板的反复利用。
碰撞区域受到较高的压力会导致接触区域的发生严重的塑性变形，从而在结合界面附近形成纳米尺寸的晶粒，随着晶粒尺寸的减小，通过引入了晶界和位错等结构缺陷，原始晶相的自由能上升到相对较高的水平。过程示意图如图3所示，将导电性较好的钛板作为冲击板，将需要进行表面改性的铝板作为母板安装在电磁脉冲表面改性装置上，在钛板受到高速冲击前将磁性垫块1003抽离，其中脉冲电流的放电能量为24kJ，初始间距为1.2mm，脉冲电流频率为23.4kHz，使钛板以高速与铝板发生碰撞，实现铝板的表面改性。在本发明中，其主要目的是实现铝板的高效率表面改性，即钛板与铝板之间不一定发生连接，仅通过高速碰撞使铝板碰撞影响区形成非晶或纳米晶层，提高铝板表面力学性能。
如图4所示为采用钛板为冲击板、铝板为母板对铝板进行表面改性的改性区TEM结果图，从图4中可以看出，在铝板的改性区域能发现大量的位错，位错相互缠结形成了位错网和位错墙，位错的形成能够阻碍材料的变形，提高材料的硬度和耐磨性。
改性区的明场图像如图5所示，在明场图像中可以看到大量的纳米晶。
图6是图5中观察到的纳米晶体的高分辨率图像。可以清楚地看到几个纳米晶体团聚并存在无定形部分，说明存在非晶。
实施例2
一种基于高速冲击的高效表面改性的方法，包括如下步骤：
对需要改性的厚度为10mm镁板表面通过无水乙醇清洗，去除表面油污，再室温烘干；以镁板在下，厚度为3mm的钢板在上的方式利用电磁脉冲表面改性装置进行装夹，其钢板的表面端部为整列密排的球形凸点，通过抽离电磁脉冲表面改性装置中的磁性垫块，其中脉冲电流的放电能量为24kJ，初始间距为1.2mm，脉冲电流频率为23.4kHz，脉冲电流通过电磁线圈后在钢板上产生电磁力，使钢板高速冲击镁板，在镁板表面产生局部剧烈的塑性变形，剧烈的塑性变形导致位错并细化了镁板表面的晶粒尺寸，在放电能量达到一定阈值以上时甚至能够导致被冲击表面的非晶化，实现镁板表面改性；钢板高速冲击镁板的过程中，通过平移镁板改变被冲击改性的位置，使镁板整体表面发生晶粒细化并形成纳米晶/非晶层，实现镁板整体表面改性。
如图1-2所示，一种采用上述高效表面改性的方法的电磁脉冲表面改性装置，所述电磁脉冲表面改性装置包括冲击板6、夹具7、工作台8、母板9和垫块电磁装置10；沿冲击板6长度方向的两侧均设置有夹具7，每个夹具7上均设置有至少两个夹具螺栓1，冲击板6的下方还设置有母板9，所有的夹具7均夹持沿母板9长度方向的两侧，母板9的下端还设置安装台，安装台的下端连接工作台8；沿冲击板6的宽度方向设置两侧均设置有两个垫块电磁装置10，所有垫块电磁装置10的下端连接工作台8；位于冲击板6同侧的两个垫块电磁装置10之间、工作台8的上表面均设置有纵向的导轨5，两个导轨5之间通过紧固螺钉2固定移动支架4，移动支架4的下壁设置有电磁线圈3；母板9通过夹具固定在工作台8上，在电磁线圈3通电前利用垫块电磁装置10将母板9与冲击板6之间的垫块抽离，再通过电磁线圈3在冲击板6上产生的电磁力使冲击板6与母板9发生高速碰撞，实现母板9的表面改性，优选的，电磁线圈3用于冲击板的电磁力的动力源，其动力源还包括炸药或蒸汽能使冲击板以极快的速度与母板发生碰撞的动能源；垫块电磁装置10包括支座1001，永磁铁1002、磁性垫块1003，支座1001内设置有并排排列的永磁铁1002和所述磁性垫块1003，永磁铁1002和磁性垫块1003异性相吸，对磁性垫块1003通电后，使永磁铁1002和磁性垫块1003异性相吸，从而使磁性垫块1003从冲击板与母板之间抽离，实现冲击板的反复利用。
实验证明，本实施例所获得非晶/纳米晶涂层的表征数据与实施例1无实质性差别。
实施例3
一种基于高速冲击的高效表面改性的方法，包括如下步骤：
对需要改性的厚度为8mm的铜板表面通过无水乙醇清洗，去除表面油污，再室温烘干；以铜板在下，厚度为2mm的钛板在上的方式利用电磁脉冲表面改性装置进行装夹，其钛板的表面端部为整列密排的球形凸点，通过抽离电磁脉冲表面改性装置中的磁性垫块，其中脉冲电流的放电能量为30kJ，初始间距为1.8mm，脉冲电流频率为23.4kHz，脉冲电流通过电磁线圈后在钛板上产生电磁力，使钛板高速冲击铜板，在钛板表面产生局部剧烈的塑性变形，剧烈的塑性变形导致位错并细化了钛板表面的晶粒尺寸，在放电能量达到一定阈值以上时甚至能够导致被冲击表面的非晶化，实现母板表面改性；钛板速度冲击铜板的过程中，通过平移铜板改变被冲击改性的位置，使铜板整体表面发生晶粒细化并形成纳米晶/非晶层，实现铜板整体表面改性。
如图1-2所示，一种采用上述高效表面改性的方法的电磁脉冲表面改性装置，所述电磁脉冲表面改性装置包括冲击板6、夹具7、工作台8、母板9和垫块电磁装置10；沿冲击板6长度方向的两侧均设置有夹具7，每个夹具7上均设置有至少两个夹具螺栓1，冲击板6的下方还设置有母板9，所有的夹具7均夹持沿母板9长度方向的两侧，母板9的下端还设置安装台，安装台的下端连接工作台8；沿冲击板6的宽度方向设置两侧均设置有两个垫块电磁装置10，所有垫块电磁装置10的下端连接工作台8；位于冲击板6同侧的两个垫块电磁装置10之间、工作台8的上表面均设置有纵向的导轨5，两个导轨5之间通过紧固螺钉2固定移动支架4，移动支架4的下壁设置有电磁线圈3；母板9通过夹具固定在工作台8上，在电磁线圈3通电前利用垫块电磁装置10将母板9与冲击板6之间的垫块抽离，再通过电磁线圈3在冲击板6上产生的电磁力使冲击板6与母板9发生高速碰撞，实现母板9的表面改性，优选的，电磁线圈3用于冲击板的电磁力的动力源，其动力源还包括炸药或蒸汽能使冲击板以极快的速度与母板发生碰撞的动能源；垫块电磁装置10包括支座1001，永磁铁1002、磁性垫块1003，支座1001内设置有并排排列的永磁铁1002和所述磁性垫块1003，永磁铁1002和磁性垫块1003异性相吸，对磁性垫块1003通电后，使永磁铁1002和磁性垫块1003异性相吸，从而使磁性垫块1003从冲击板与母板之间抽离，实现冲击板的反复利用。
实验证明，本实施例所获得非晶/纳米晶涂层的表征数据与实施例1无实质性差别。
实施例4
一种基于高速冲击的高效表面改性的方法，包括如下步骤：
对需要改性的厚度为5mm的铝板表面通过无水乙醇清洗，去除表面油污，室温烘干；以铝板在下，厚度为1mm的钢板在上的方式利用电磁脉冲表面改性装置进行装夹，其钢板的表面端部为整列密排的球形凸点，通过抽离电磁脉冲表面改性装置中的磁性垫块，其中脉冲电流的放电能量为24kJ，初始间距为1.2mm，脉冲电流频率为23.4kHz，脉冲电流通过电磁线圈后在钢板上产生电磁力，使钢板高速冲击铝板，在铝板表面产生局部剧烈的塑性变形，剧烈的塑性变形导致位错并细化了铝板表面的晶粒尺寸，在放电能量达到一定阈值以上时甚至能够导致被冲击表面的非晶化，实现铝板表面改性；钢板速度冲击铝板的过程中，通过平移铝板改变被冲击改性的位置，使铝板整体表面发生晶粒细化并形成纳米晶/非晶层，实现铝板整体表面改性，其中脉冲电流的放电能量为24kJ，初始间距为1.2mm，脉冲电流频率为23.4kHz。
如图1-2所示，一种采用上述高效表面改性的方法的电磁脉冲表面改性装置，所述电磁脉冲表面改性装置包括冲击板6、夹具7、工作台8、母板9和垫块电磁装置10；沿冲击板6长度方向的两侧均设置有夹具7，每个夹具7上均设置有至少两个夹具螺栓1，冲击板6的下方还设置有母板9，所有的夹具7均夹持沿母板9长度方向的两侧，母板9的下端还设置安装台，安装台的下端连接工作台8；沿冲击板6的宽度方向设置两侧均设置有两个垫块电磁装置10，所有垫块电磁装置10的下端连接工作台8；位于冲击板6同侧的两个垫块电磁装置10之间、工作台8的上表面均设置有纵向的导轨5，两个导轨5之间通过紧固螺钉2固定移动支架4，移动支架4的下壁设置有电磁线圈3；母板9通过夹具固定在工作台8上，在电磁线圈3通电前利用垫块电磁装置10将母板9与冲击板6之间的垫块抽离，再通过电磁线圈3在冲击板6上产生的电磁力使冲击板6与母板9发生高速碰撞，实现母板9的表面改性，优选的，电磁线圈3用于冲击板的电磁力的动力源，其动力源还包括炸药或蒸汽能使冲击板以极快的速度与母板发生碰撞的动能源；垫块电磁装置10包括支座1001，永磁铁1002和磁性垫块1003，支座1001内设置有并排排列的永磁铁1002和所述磁性垫块1003，永磁铁1002和磁性垫块1003异性相吸，对磁性垫块1003通电后，使永磁铁1002和磁性垫块1003异性相吸，从而使磁性垫块1003从冲击板与母板之间抽离，实现冲击板的反复利用。
实验证明，本实施例所获得非晶/纳米晶涂层的表征数据与实施例1无实质性差别。
实施例5
一种基于高速冲击的高效表面改性的方法，包括如下步骤：
对需要改性的厚度为6mm的镁板表面通过无水乙醇清洗，去除表面油污，再室温烘干；以镁板在下，厚度为2mm的钛板在上的方式利用电磁脉冲表面改性装置进行装夹，其钛板的表面端部为整列密排的球形凸点，通过抽离电磁脉冲表面改性装置中的磁性垫块，其中脉冲电流的放电能量为24kJ，初始间距为1.5mm，脉冲电流频率为23.4kHz，脉冲电流通过电磁线圈后在钛板上产生电磁力，使钛板高速冲击镁板，在镁板表面产生局部剧烈的塑性变形，剧烈的塑性变形导致位错并细化了镁板表面的晶粒尺寸，在放电能量达到一定阈值以上时甚至能够导致被冲击表面的非晶化，实现镁板表面改性；钛板速度冲击钢板的过程中，通过平移镁板改变被冲击改性的位置，使镁板整体表面发生晶粒细化并形成纳米晶/非晶层，实现镁板整体表面改性。
如图1-2所示，一种采用上述高效表面改性的方法的电磁脉冲表面改性装置，所述电磁脉冲表面改性装置包括冲击板6、夹具7、工作台8、母板9和垫块电磁装置10；沿冲击板6长度方向的两侧均设置有夹具7，每个夹具7上均设置有至少两个夹具螺栓1，冲击板6的下方还设置有母板9，所有的夹具7均夹持沿母板9长度方向的两侧，母板9的下端还设置安装台，安装台的下端连接工作台8；沿冲击板6的宽度方向设置两侧均设置有两个垫块电磁装置10，所有垫块电磁装置10的下端连接工作台8；位于同侧的两个垫块电磁装置10之间、工作台8的上表面均设置有纵向的导轨5，两个导轨5之间通过紧固螺钉2固定移动支架4，移动支架4的下壁设置有电磁线圈3；母板9通过夹具固定在工作台8上，在电磁线圈3通电前利用垫块电磁装置10将母板9与冲击板6之间的垫块抽离，再通过电磁线圈3在冲击板6上产生的电磁力使冲击板6与母板9发生高速碰撞，实现母板9的表面改性，优选的，电磁线圈3用于冲击板的电磁力的动力源，其动力源还包括炸药或蒸汽能使冲击板以极快的速度与母板发生碰撞的动能源；垫块电磁装置10包括支座1001，永磁铁1002、磁性垫块1003，支座1001内设置有并排排列的永磁铁1002和所述磁性垫块1003，永磁铁1002和磁性垫块1003异性相吸，对磁性垫块1003通电后，使永磁铁1002和磁性垫块1003异性相吸，从而使磁性垫块1003从冲击板与母板之间抽离，实现冲击板的反复利用。
实验证明，本实施例所获得非晶/纳米晶涂层的表征数据与实施例1无实质性差别。
需要说明的是，本发明中涉及数值范围时，应理解为每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用，由于采用的步骤方法与实施例相同，为了防止赘述，本发明描述了优选的实施例。尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种基于高速冲击的高效表面改性的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、对需要改性的母板表面通过无水乙醇清洗，去除表面油污，再烘干；
S2、以母板在下，冲击板在上的方式利用电磁脉冲表面改性装置进行装夹，通过抽离电磁脉冲表面改性装置中的磁性垫块，脉冲电流通过电磁线圈后在冲击板上产生电磁力，改变电磁脉冲表面改性装置的放电能量和初始间距来改变冲击板冲击的速度和角度，使冲击板冲击母板，从而母板表面形成变量塑性变形层，实现母板表面改性；
所述电磁脉冲表面改性装置的放电能量为24~30kJ，初始间距为1.2~1.8mm，脉冲电流频率为23.4kHz；
所述冲击板为可导电的金属材料且硬度大于母板；
S3、冲击板速度冲击母板的过程中，通过平移母板改变被冲击改性的位置，使母板整体表面发生晶粒细化并形成纳米晶/非晶层，实现母板整体表面改性。
2.根据权利要求1所述的高速冲击的高效表面改性的方法，其特征在于，S1中，所述母板为钛板、钢板、铜板、铝板、镁板的一种。
3.根据权利要求1所述的高速冲击的高效表面改性的方法，其特征在于，S2中，所述母板的厚度为5~10mm。
4.根据权利要求1所述的高速冲击的高效表面改性的方法，其特征在于，S2中，所述冲击板为异形结构，表面端部为整列密排的球形凸点。
5.根据权利要求1所述的高速冲击的高效表面改性的方法，其特征在于，S2中，所述冲击板的厚度为1~3mm。
6.一种用于权利要求1-5任一项所述的高效表面改性的方法的电磁脉冲表面改性装置，其特征在于，所述电磁脉冲表面改性装置包括冲击板（6）、夹具（7）、工作台（8）和垫块电磁装置（10）；沿所述冲击板（6）长度方向的两侧均设置有所述夹具（7），每个所述夹具（7）上均设置有至少两个夹具螺栓（1），所述冲击板（6）的下端还设置安装台，所述安装台的下端连接所述工作台（8）；沿所述冲击板（6）的宽度方向设置两侧分别设置有两个所述垫块电磁装置（10），所有所述垫块电磁装置（10）的下端连接所述工作台（8）；位于所述冲击板（6）同侧的两个所述垫块电磁装置（10）之间、且所述工作台（8）的上表面处均设置有纵向的导轨（5），两个所述导轨（5）之固定有移动支架（4），所述移动支架（4）的下壁设置有电磁线圈（3）。
7.根据权利要求6所述的高效表面改性的方法的电磁脉冲表面改性装置，其特征在于，所述垫块电磁装置（10）包括支座（1001）、永磁铁（1002）和磁性垫块（1003），所述支座（1001）内设置有并排排列的所述永磁铁（1002）和所述磁性垫块（1003），所述永磁铁（1002）和所述磁性垫块（1003）之间异性相吸。
CN202111033862.0A 2021-09-03 2021-09-03 一种基于高速冲击的高效表面改性的方法及装置 Active CN113621790B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111033862.0A CN113621790B (zh) 2021-09-03 2021-09-03 一种基于高速冲击的高效表面改性的方法及装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111033862.0A CN113621790B (zh) 2021-09-03 2021-09-03 一种基于高速冲击的高效表面改性的方法及装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113621790A CN113621790A (zh) 2021-11-09
CN113621790B true CN113621790B (zh) 2022-12-23

Family

ID=78389094

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111033862.0A Active CN113621790B (zh) 2021-09-03 2021-09-03 一种基于高速冲击的高效表面改性的方法及装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113621790B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101738488A (zh) * 2009-12-18 2010-06-16 中国工程物理研究院流体物理研究所 炸药驱动飞片平面冲击回收装置
CN102392123A (zh) * 2011-09-26 2012-03-28 佟铮 爆炸制备金属材料表面纳米层的方法
CN103484635A (zh) * 2012-06-11 2014-01-01 山东建筑大学 一种金属材料表面改性方法
CN105014224A (zh) * 2015-08-14 2015-11-04 哈尔滨工业大学 一种异种金属板材的高速率变形连接方法与装置
CN112171046A (zh) * 2020-09-22 2021-01-05 华中科技大学 一种高速冲击焊接方法、焊接系统及应用

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7301123B2 (en) * 2004-04-29 2007-11-27 U.I.T., L.L.C. Method for modifying or producing materials and joints with specific properties by generating and applying adaptive impulses a normalizing energy thereof and pauses therebetween

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101738488A (zh) * 2009-12-18 2010-06-16 中国工程物理研究院流体物理研究所 炸药驱动飞片平面冲击回收装置
CN102392123A (zh) * 2011-09-26 2012-03-28 佟铮 爆炸制备金属材料表面纳米层的方法
CN103484635A (zh) * 2012-06-11 2014-01-01 山东建筑大学 一种金属材料表面改性方法
CN105014224A (zh) * 2015-08-14 2015-11-04 哈尔滨工业大学 一种异种金属板材的高速率变形连接方法与装置
CN112171046A (zh) * 2020-09-22 2021-01-05 华中科技大学 一种高速冲击焊接方法、焊接系统及应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN113621790A (zh) 2021-11-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100455398C (zh) 基于激光冲击波技术的去除切削毛刺的装置
CN107119183B (zh) 一种高强高硬金属材料表面梯度纳米结构的制备方法
CN107855672B (zh) 一种耦合高能量脉冲电流降低激光焊接残余应力的方法及系统
Haifeng et al. Manufacturing profile-free copper foil using laser shock flattening
CN1128689C (zh) 一种激光冲击精密成形方法及装置
CN110760668B (zh) 一种获取超细晶表层的超声辅助激光喷丸方法
CN110666329B (zh) 一种提高铝板和钢板焊接接头耐腐蚀性能的方法
CN113621790B (zh) 一种基于高速冲击的高效表面改性的方法及装置
CN111037207A (zh) 多场协同耦合滚压平台
CN103014276B (zh) 一种锥压与激光冲击相结合的小孔强化方法
CN109571159A (zh) 一种游离磨料微细超声加工装置及进给调节方法
CN107177722B (zh) 一种高强高硬金属材料表面梯度纳米结构的制备装置
CN101967536A (zh) 超声振动辅助电火花脉冲放电表面强化工艺
CN113046531B (zh) 一种原位电脉冲提高难变形金属材料表面纳米化效率的方法
Ram et al. Improving linear weld density in ultrasonically consolidated parts
Liu et al. Electroplasticity effects: from mechanism to application
CN211804661U (zh) 多场协同耦合滚压加工平台
CN103273256B (zh) 一种金属表面超声毛化处理方法
Liu et al. A comparative study on the effects of boundary constraints on electromagnetic sheet forming
CN102527831B (zh) 一种利用子弹高速冲击金属板料成形的装置
CN108890055B (zh) 一种利用快走丝电火花制备微细气泡表面的方法
CN210255316U (zh) 一种28KHz双激励超声椭圆振动切削装置
CN201676971U (zh) 直缝焊管扩径模具
CN106328434B (zh) 高压高频大电流脉冲专用开关组
Bradley et al. Design, construction, and applications of the uniform pressure electromagnetic actuator

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant