CN2400456Y - 一种金属材料表面机械纳米化装置 - Google Patents
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Abstract
一种金属材料表面机械纳米化装置,其特征在于:该装置由工件定位机构和丸粒发射机构组成。本实用新型投资少,操作简单,工业上易于实现,并且用其置备的纳米层不宜脱落,从而使得全面提高工程金属材料的性能成为可能。
Description
本实用新型涉及纳米级的金属材料，特别提供了一种金属材料表面机械纳米化装置。
纳米晶体材料是由小于100nm晶粒组成的单相或多相晶体材料，由于晶粒极其细小，界面密度高，当晶粒尺寸小到几个纳米时，界面密度可达1019/cm2。因此纳米晶体材料又可视为由纳米晶粒和晶界两种组元构成的“界面材料”。由于纳米晶体材料这种有别于常规多晶体材料和非晶态固体材料的独特结构特征，使得该种材料具有许多特殊的机械性能，电磁性能及其它性能。
目前，纳米材料领域的研究主要集中在三维体相纳米材料[K.Lu，J.Lu：J.Mater.Sci.Technol.，Vol.15 No.3，l999]，即关于块体纳米材料的合成、制备、结构特征，性能热稳定性等领域，但是要制备出无空洞、无污染和无其它缺陷的三维体相纳米材料还存在一定困难，并且制备技术复杂，成本高，难以实现工业应用。
事实上，材料的失效大多发生在材料的表面，因此材料表面结构性能的好坏直接影响工程金属材料综合性能指标。将常规工程材料表面层进行纳米化，利用纳米材料的优异性能来改善材料的表面结构性能尤其是疲劳性能、腐蚀性能和摩擦磨损性能等，从而提高工程材料的综合性能及服役行为。
现有的金属材料表面纳米化的方法主要有：表面涂层或沉积纳米化，利用涂层和沉积技术如PVD，CVD，溅射镀膜，电镀等方法在基体材料表面生成一层纳米层。这主要要考虑涂层与基体之间、涂层粒子之间的结合力，否则容易引起表面层剥离或脱落。另外，设备投资较大，生产成本较高，不适于数量巨大的工程金属材料表面纳米层的制备。
本实用新型的目的在于提供一种金属材料表面机械纳米化装置，其投资少，操作简单，工业上易于实现，并且用其置备的纳米层不宜脱落，从而使得全面提高工程金属材料的性能成为可能。
本实用新型提供了一种金属材料表面机械纳米化装置，其特征在于：该装置由工件定位机构和丸粒发射机构(1)组成。
本实用新型所依据的原理是通过机械处理导致材料表面产生严重塑性变形，使表面晶粒通过位错增殖、运动、湮灭、重排等过程细化至纳米尺寸。因而任何可使丸粒剧烈运动并敲击工件的设备均可作为本实用新型结构，如各种振动球磨机、行星球磨机等。
具体地讲，本实用新型所述丸粒发射机构(1)可以为一内装丸粒(11)的振动托盘(12)。
所述振动托盘(12)直接放置于一偏心轮(121)之上，偏心轮(121)通过联轴器(122)与电机(13)相连，工件(2)直接装置于托盘(12)内。
或者，所述振动托盘(12)固接于一振动机构之上，振动机构为一放置于弹簧之上的偏心轮(121)，偏心轮(121)通过联轴器(122)与电机(13)相连，工件(2)直接装置于托盘(12)内。
本实用新型是通过对金属材料的表面进行快速严重塑性变形处理在材料表面形成一定厚度的纳米组织结构，而保持表面层与材料的整体成分不变，材料表面自生纳米化后，表层与基体内部成分不变，晶粒尺寸分布：表层一定厚度内是纳米尺寸晶粒结构，之后是变形层和基体的粗晶组织。由于材料的破坏起源于材料的表面，因此表面结构的优化有利于材料基本性能的提高，如在抑制裂纹生长方面，细小晶粒优于粗大晶粒，反过来在抵抗裂纹裂纹扩展方面，粗大晶粒优于细小晶粒。这样细小晶粒表面与粗大晶粒基体的理想组合，对延长材料的适用寿命更加有利。总之，本实用新型将纳米材料的优异性能与工程金属材料相结合，给传统的金属材料赋予特殊性能，这在基础研究和工程应用方面均有十分广阔的前景。下面通过实施例详述本实用新型，当然本实用新型并不局限于此。
附图1为本实用新型的基本结构之一
附图2为A型振动式机械纳米化装置结构示意。
附图3为B型振动式机械纳米化装置结构示意。
实施例1
如图1所示，工件(2)平置于一托盘(12)之上，托盘(12)内装有丸粒(11)，托盘(12)由振动机构带动高速震动，频率可达超音速，丸粒随之作高速运动撞击工件(2)，使工件表面形成纳米相。
实施例2
如图2所示，振动托盘(12)直接放置于一偏心轮(121)之上，偏心轮(121)通过联轴器(122)与电机(13)相连，工件(2)直接装置于托盘(12)内。
或者如图3所示，振动托盘(12)固接于一振动机构之上，振动机构为一放置于弹簧之上的偏心轮(121)，偏心轮(121)通过联轴器(122)与电机(13)相连，工件(2)直接装置于托盘(12)内。
Claims (5)
1.一种金属材料表面机械纳米化装置，其特征在于：该装置由工件定位机构和丸粒发射机构(1)组成。
2.按权利要求1所述金属材料表面机械纳米化装置，其特征在于：所述丸粒发射机构(1)为一内装丸粒(11)的振动托盘(12)。
3.按权利要求2所述金属材料表面机械纳米化装置，其特征在于：振动托盘(12)直接放置于一偏心轮(121)之上，偏心轮(121)通过联轴器(122)与电机(13)相连，工件(2)直接装置于托盘(12)内。
4.按权利要求2所述金属材料表面机械纳米化装置，其特征在于：振动托盘(12)固接于一振动机构之上，振动机构为一放置于弹簧之上的偏心轮(121)，偏心轮(121)通过联轴器(122)与电机(13)相连，工件(2)直接装置于托盘(12)内。
5.按权利要求1所述金属材料表面机械纳米化装置，其特征在于：所述丸粒发射机构(1)为一行星球磨机构，工件(2)固置于行星罐内。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100406584C (zh) * | 2005-01-31 | 2008-07-30 | 宝山钢铁股份有限公司 | 表面层为复合纳米晶粒的旋转件及其制造方法 |
| CN109318115A (zh) * | 2018-11-19 | 2019-02-12 | 太原洛伯特科技有限公司 | 一种金属表面纳米化装置 |
| CN110871321A (zh) * | 2019-12-03 | 2020-03-10 | 哈尔滨工业大学 | 一种纳米化装置及利用其进行钛与锆低温扩散连接的方法 |
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1999
- 1999-12-24 CN CN 99250778 patent/CN2400456Y/zh not_active Expired - Fee Related
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| CN110871321B (zh) * | 2019-12-03 | 2021-06-15 | 哈尔滨工业大学 | 利用纳米化装置进行钛与锆低温扩散连接的方法 |
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