一種在板狀金屬表面製備層片狀梯度結構的裝置的製作方法

2023-12-09 09:21:06

本實用新型屬於金屬材料表面處理技術領域，尤其涉及一種在板狀金屬表面製備層片狀梯度結構的裝置。

背景技術：

在金屬表面製備層片狀梯度納米結構是一種金屬材料改性方法，是經過對金屬表面進行處理在金屬材料表面分布一層微觀組織特徵為層片狀晶粒形貌的梯度納米結構，這種改性方法能夠顯著提高金屬材料的強度，並能同時保持金屬材料原有的塑性不產生顯著降低，實現金屬材料強度與塑性的完美匹配。

目前在金屬表面製備梯度納米結構的方法主要包括基於劇烈塑性變形導致晶粒細化的方法和基於機械研磨或高速噴丸衝擊的方法。其中，劇烈塑性變形導致晶粒細化的方法一般包括高壓扭轉法、等通道擠壓和累積疊軋工藝，這類方法雖然可以顯著細化晶粒，提高金屬材料的強度，但也存在明顯的局限性：首先，這類方法由於受到劇烈塑性變形過程中位錯累積與湮滅的動態平衡，晶粒的細化存在臨界值，一般金屬晶粒細化的臨界尺寸大約在200nm，強度大約在1000MPa，無法實現強度的進一步提高；其次，該類方法獲得的亞微米晶材料由於可動位錯密度較低，樣品的均勻塑性很低低。基於機械研磨或高速噴丸衝擊的方法是通過表麵塑性應變的不斷累積，從而在金屬材料表面製備出梯度納米結構，綜合了梯度納米結構的強度和心部粗晶材料的塑性，實現了強度與塑性的完美匹配，但該類方法製備的納米材料晶粒為等軸狀，在熱穩定性硬度等方面均不如層片狀梯度納米結構。

技術實現要素：

為了解決上述技術問題，本實用新型提供一種在板狀金屬表面製備層片狀梯度結構的裝置，包括卡具和滾動碾壓裝置，所述卡具包括底板，所述底板的一側設有固定裝置，所述底板的另一側設有夾緊柱；所述滾動碾壓裝置包括安裝座、與所述安裝座連接的球託和位於球託內的鎢鈷合金球，所述球託包括與所述安裝座連接的承託座以及與所述承託座連接的夾緊環，所述承託座內壁從連接夾緊環的一側起逐漸收攏，所述夾緊環的內壁從連接承託座的一側起逐漸收攏，所述夾緊環遠離承託座一端的內壁直徑小於所述鎢鈷合金球的直徑，所述夾緊環遠離承託座一端至所述承託座遠離所述夾緊環一端內壁之間的距離小於所述鎢鈷合金球的直徑。

進一步的，所述固定裝置為真空吸盤。

進一步的，所述卡具上還設有與所述真空吸盤連接的真空泵，提高真空吸盤的吸附能力。

進一步的，所述夾緊柱上設有防滑紋，改善夾緊效果。

進一步的，所述滾動碾壓裝置上還設有噴霧裝置，可以在滾動碾壓過程中在金屬件與鎢鈷合金球接觸面噴灑油性降溫劑，起到降溫和改善滾動碾壓過程的效果。

進一步的，所述安裝座與所述球託間通過螺紋連接，可以輕鬆調換不同規格的鎢鈷合金球以滿足加工不同材質的金屬件表面。

本實用新型提供的裝置結構簡單、操作便捷、工藝穩定，可以在板狀金屬材料表面製備出微觀形貌為層片狀納米晶粒的結構，使金屬材料表層向材料內部方向依次呈現出納米晶粒、亞微米晶粒、微米晶粒、原始粗晶粒片層狀梯度分布的特徵，在保持金屬材料的塑性和韌性的同時有效提高了金屬材料的強度和硬度。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例1的卡具的結構示意圖；

圖2為本實用新型實施例1的滾動碾壓裝置的結構示意圖；

圖3為本實用新型實施例1的滾動碾壓裝置的剖視圖；

圖4為本實用新型實施例2的卡具的結構示意圖；

圖5為本實用新型實施例3的滾動碾壓裝置的結構示意圖；

其中：1卡具，2滾動碾壓裝置，3底板，4固定裝置，5夾緊柱，6安裝座，7球託，8鎢鈷合金球，701承託座，702夾緊環，9真空吸盤，10防滑紋，11噴霧裝置。

具體實施方式

實施例1

一種在板狀金屬表面製備層片狀梯度結構的方法，如圖1-3所示，包括卡具1和滾動碾壓裝置2，所述卡具1包括底板3，所述底板3的一側設有固定裝置4，所述底板3的另一側設有夾緊柱5；所述滾動碾壓裝置2包括安裝座6、與所述安裝座6連接的球託7和位於球託7內的鎢鈷合金球8，所述球託7包括與所述安裝座6連接的承託座701以及與所述承託座701連接的夾緊環702，所述承託座701內壁從連接夾緊環702的一側起逐漸收攏，所述夾緊環702的內壁從連接承託座701的一側起逐漸收攏，所述夾緊環702遠離承託座701一端的內壁直徑小於所述鎢鈷合金球8的直徑，所述夾緊環702遠離承託座701一端至所述承託座701遠離所述夾緊環702一端內壁之間的距離小於所述鎢鈷合金球8的直徑。

在板狀金屬件表面製備層片狀梯度結構時，先將板狀金屬件放置在卡具1的底板3上，採用固定裝置4固定，然後將卡具1安裝到數控車床的三抓卡盤上，同時將帶有鎢鈷合金球8的滾動碾壓裝置2固定安裝在數控車床的刀架座上；使鎢鈷合金球8對準板狀金屬件一側表面的中心，調整鎢鈷合金球8與板狀金屬件表面間距離,使鎢鈷合金球8與板狀金屬件表面相切；啟動數控車床，使卡具1帶動板狀金屬件旋轉，將鎢鈷合金球8壓入板狀金屬件中一定深度，然後沿所述板狀金屬件表面中心至邊緣的直線方向滾動碾壓，可以根據金屬材質的區別調整鎢鈷合金球8的壓入深度和滾動碾壓次數；重複上述滾動碾壓過程直至板狀金屬件的一側表面全部被加工；如需加工板狀金屬件的另一側，則將卡具1上的板狀金屬件調換方向以後按上述工序進行加工即可。

實施例2

一種在板狀金屬表面製備層片狀梯度結構的方法，如圖4所示，所述固定裝置4為真空吸盤9，所述卡具1上還設有與所述真空吸盤9連接的真空泵，所述夾緊柱5上設有防滑紋10。

實施例3

一種在板狀金屬表面製備層片狀梯度結構的方法，如圖5所示，與實施例13不同的是：所述滾動碾壓裝置2上還設有噴霧裝置11，所述安裝座6與所述球託7間通過螺紋連接。

最後應說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本實用新型的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術方案的精神和範圍，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求範圍當中。