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自蔓延反應合成工藝的工件表面處理方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510333594.2

申請日:

2015.06.16

公開號:

CN104985185A

公開日:

2015.10.21

當前法律狀態:

撤回

有效性:

無權

法律詳情: 發明專利申請公布后的視為撤回IPC(主分類):B22F 3/23申請公布日:20151021|||實質審查的生效IPC(主分類):B22F 3/23申請日:20150616|||公開
IPC分類號: B22F3/23 主分類號: B22F3/23
申請人: 宋冠弘
發明人: 宋冠弘
地址: 100101北京市朝陽區安翔里27-707
優先權:
專利代理機構: 北京雙收知識產權代理有限公司11241 代理人: 曾曉芒
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510333594.2

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2017.12.26|||2015.11.18|||2015.10.21

法律狀態類型:

發明專利申請公布后的視為撤回|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明自蔓延反應合成工藝的工件表面處理方法涉及一種工件表面處理方法,特別是涉及一種用于在開放形狀物體上實現自蔓延反應合成工藝的處理方法。其目的是為了提供一種結構簡單、成本低、操作簡便、對自蔓延反應合成工藝控制能力強、能夠可靠的將自蔓延反應合成工藝應用于開放形狀的自蔓延反應合成工藝的工件表面處理方法。本發明自蔓延反應合成工藝的工件表面處理方法如下步驟:A、將開放形狀的物體(1)的待加工表面(2)進行雕刻處理;B、將調配好的自蔓延反應的涂層材料覆到待加工表面(2);C、對涂層材料點火激發自蔓延反應;D、對反應生成物及工件(1)進行加壓和保溫。

權利要求書

權利要求書
1.  一種自蔓延反應合成工藝的工件表面處理方法,其特征在于包括如下步驟:
A、將開放形狀的物體(1)的待加工表面(2)進行雕刻處理;
B、將調配好的自蔓延反應涂層材料覆到待加工表面(2);
C、對涂層材料點火激發自蔓延反應;
D、對反應生成物及工件進行加壓和保溫。

2.  根據權利要求1所述的自蔓延反應合成工藝的工件表面處理方法,其特征在于:所述步驟A中對待加工表面(2)的雕刻方式為:將待加工表面加工出至少兩條的凹槽(3)。

3.  根據權利要求2所述的自蔓延反應合成工藝的工件表面處理方法,其特征在于:所述至少兩條凹槽(3)相互平行。

4.  根據權利要求2所述的自蔓延反應合成工藝的工件表面處理方法,其特征在于:所述至少兩條凹槽(3)相互交錯。

5.  根據權利要求2所述的自蔓延反應合成工藝的工件表面處理方法,其特征在于:所述至少兩條凹槽(3)是直線或曲線。

6.  根據權利要求3所述的自蔓延反應合成工藝的工件表面處理方法,其特征在于:所述凹槽(3)的截面形狀為矩形、U形、V形、反T形、梯形或燕尾形。

7.  根據權利要求4所述的自蔓延反應合成工藝的工件表面處理方法,其特征在于:所述凹槽(3)的截面形狀為矩形、U形、V形、反T形、梯形或燕尾形。

8.  根據權利要求1所述的自蔓延反應合成工藝的工件表面處理方法,其特征在于:所述步驟C中點火方式為:電弧點火、電火花點火、火焰點火、強電流點火、高溫爐點火、電子束點火、激光點火、高溫輻射點火、微波點火或化學爐點火。

說明書

說明書自蔓延反應合成工藝的工件表面處理方法
技術領域
本發明涉及一種工件表面處理方法,特別是涉及一種用于在開放形狀物體上實現自蔓延反應合成工藝的處理方法。
背景技術
自蔓延高溫合成(Self-Propagating High Temperature Synthesis---SHS),也稱燃燒合成(Combust ion Synthesis---CS)是一種利用化學反應自身放熱使反應持續進行,最終合成所需材料或制品的新技術。SHS技術制備的產品純度高、能耗低、工藝簡單,特別適用于合成復合材料、結構陶瓷和功能梯度材料等。
目前用SHS合成的化合物達500多種,SHS技術和燒結、熱壓、熱擠壓、爆炸、堆焊和離心鑄造等致密化技術結合,已廣泛地應用于電子材料、陶瓷、金屬間化合物、金屬基復合材料的制備合成。我國現在每年生產的SHS陶瓷內襯鋼管已達十萬噸以上,產品大量應用于冶金、水泥、礦山。電力等工業領域。
采用自蔓延反應合成工藝,可以實現用廉價的原始材料在原位合成制作原本價格昂貴的硬質合金耐磨材料等,在對于耐磨、耐腐蝕、耐高溫等性能方面有特殊要求的工件表面復合一層具有特殊功能的合成材料保護層,可以有效地提高原有工件的性能和使用壽命,具有非常好的工業應用價值。
目前采用自蔓延反應合成工藝制作的一般工業應用產品主要是陶瓷內襯復合鋼管,屬于在有約束的管道內部空間表面制作復合層的工藝。自蔓延合成制作的陶瓷內襯復合鋼管,因為合成過程是在鋼管內表面進行的,復合層有鋼管內壁的約束成型,并受到管壁收縮所產生的應力作用而固定在管道內壁。即鋼管受熱之后收縮幅度大,自蔓延反應合成工藝的內襯的復合層內壁受熱后收縮幅度小。即復合層內壁與鋼管過盈配合固定。
然而,對于平板材料或其它開放形狀的工件來說,采用自蔓延反應合成工藝復合表面防護層的一般工業用產品,目前在市場上還沒有見到。主要原因是復合層與母材金屬間的結合問題沒有解決,復合層與母材金屬間的結合不是冶金融合,使得復合層與母材結合強度不夠而容易脫落。
采用自蔓延反應合成工藝在平板材料或其它開放形狀(非環形、非球形)的金屬工件表面燒結保護層,為保證表面復合層與母材金屬間的結合強度,要求表面復合層與母材金屬間的結合必須為冶金級融合。并且,類似于電焊工藝的那樣,反應合成工藝過程要求能夠實現只將母材金屬的表層材料融化與復合層的材料進行融合,而母材深層的材料則必須保證其不被融化。由于自蔓延反應合成過程實際上是燃燒波傳播過程中的高速合成過程。整個過程可能只有幾秒或十幾秒的時間,并且,理論上某些材料的反應絕熱溫度可以高達以上。這種高速合成的特點,使合成過程在燃燒波一開始引發后實際上就處于一種不可控狀態。因此,要想在這種不可控的材料合成過程中控制母材金屬的表層材料融化程度難度相當大。通常出現的情況是,能量輸入不足時,母材金屬沒有融化,復合層與母材與分離,造成復合層脫落;或者是輸入的能量過大,造成母材金屬過度融化甚至整個工件被燒毀。
基于上述情況,傳統處理方法存在的缺陷為:由于平板或開放形狀時:上部金屬母材表層材料,下部金屬母材深層材料。由于采用自蔓延反應合成工藝的溫度過高,并且反應過快,難以控制,因此熱能量不足時,不能融化上部金屬母材表層材料,使得反應生成涂層無法可靠的與上部的金屬材料固定在一起。在熱能量過多時,則燒毀下部深層材料。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種結構簡單、成本低、操作簡便、對自蔓延反應合成工藝控制能力強、能夠可靠的將自蔓延反應合成工藝應用于開放形狀的自蔓延反應合成工藝的工件表面處理方法。
本發明自蔓延反應合成工藝的工件表面處理方法包括如下步驟:
A、將開放形狀的物體的待加工表面進行雕刻處理;
B、將調配好的自蔓延反應涂層材料覆到待加工表面;
C、對涂層材料點火激發自蔓延反應;
D、對反應生成物及工件進行加壓和保溫。
本發明自蔓延反應合成工藝的工件表面處理方法,其中所述步驟A中對待加工表面的雕刻方式為:將待加工表面加工出至少兩條的凹槽。
本發明自蔓延反應合成工藝的工件表面處理方法,其中所述至少兩條凹槽相互平行。
本發明自蔓延反應合成工藝的工件表面處理方法,其中所述至少兩條凹槽相互交錯。
本發明自蔓延反應合成工藝的工件表面處理方法,其中所述至少兩條凹槽是直線或曲線。
本發明自蔓延反應合成工藝的工件表面處理方法,其中所述凹槽的截面形狀為矩形、U 形、梯形、V形、反T形、梯形或燕尾形。
本發明自蔓延反應合成工藝的工件表面處理方法,其中所述步驟C中點火方式為:電弧點火、電火花點火、火焰點火、強電流點火、高溫爐點火、電子束點火、激光點火、高溫輻射點火、微波點火或化學爐點火。
本發明自蔓延反應合成工藝的工件表面處理方法與現有技術不同之處在于本發明自蔓延反應合成工藝的工件表面處理方法通過對開放形狀待加工表面進行雕刻處理,可增加待加工表面與涂層的接觸面積并且減少了待加工表面所在母材的質量,因為在同樣的熱量施加于母材時,肯定是接觸面積越大、質量越少,則溫度升高的更快,更加利于涂層穩定的融合于母材表面。并且利用涂層材料的受熱體系縮小程度小于母材,則可在母材和涂層冷卻后,體積較大的涂層卡在雕刻的溝槽中,從而能夠在開放形態的平面上,更可靠的固定涂層。
下面結合附圖對本發明的自蔓延反應合成工藝的工件表面處理方法作進一步說明。
附圖說明
圖1是自蔓延反應合成工藝的工件表面處理方法的處理的開放形狀的物體主視圖;
圖2是圖1開放形狀的物體的俯視圖;
圖3是自蔓延反應合成工藝的工件表面處理方法的處理的另一種開放形狀的物體的主視圖;
圖4是圖3所示另一種開放形狀的物體的俯視圖;
圖5是圖3所示另一種開放形狀的物體的左視圖。
具體實施方式
如圖1~圖5所示,參見圖1和圖2,本發明自蔓延反應合成工藝的工件表面處理方法包括如下步驟:
A、將開放形狀的物體1的待加工表面2進行雕刻處理,其中對待加工表面2的雕刻方式為:將待加工表面加工出至少兩條的凹槽3,其優選為多條凹槽3。凹槽3是直線或曲線。多條凹槽3之間相互平行,或參見圖3、圖4和圖5,多條凹槽3相互垂直并貫通形成網格狀凹槽3。凹槽3的截面形狀為矩形、U形、梯形、V形、反T形、梯形或燕尾形。
本發明自蔓延反應合成工藝的工件表面處理方法通過對開放形狀待加工表面2進行雕刻處理,可增加待加工表面2與涂層的接觸面積并且減少了待加工表面2所在母材的質量,因為在同樣換熱條件下,肯定是接觸面積越大、質量越少,則溫度升高的更快,更加利于涂層 穩定的融合于母材表面。并且利用涂層材料的受熱體系縮小程度小于母材,則可在母材和涂層冷卻后,體積較大的涂層卡在雕刻的凹槽3中,從而能夠在開放形態的平面上,更可靠的固定涂層。
其中,網格狀的凹槽3接觸面積較大,剩余質量較小,使表層母材金屬溫度升高更快。
并且矩形、U形、梯形、反T形或燕尾形截面形狀的凹槽3可利用其特有的形狀更好的將涂層卡在凹槽3內,加強了對于涂層的固定。
B、將調配好的自蔓延反應涂層材料覆到待加工表面2;
C、對涂層材料點火激發自蔓延反應,其中點火方式為:電弧點火、電火花點火、火焰點火、強電流點火、高溫爐點火、電子束點火、激光點火、高溫輻射點火、微波點火或化學爐點火。
D、對反應生成涂層和物體1進行加壓和保溫。
解決背景技術的技術問題的路徑,就是要在自蔓延反應合成過程中能夠分別控制對母材金屬表層材料與深層材料的熱傳遞功率(換熱強度)。對表層材料的熱傳遞功率要大大高于深層材料,這樣,就可以使母材金屬的表層材料在反應合成過程中溫度瞬間升高達到熔點以上,而深層材料則由于熱傳遞功率較低,溫升較慢,在整個反應合成過程中都可以保持在熔點溫度以下。
解決背景技術的技術問題的方法為,在事先對母材金屬表面進行一定的加工處理,將母材金屬表面按照一定的間隔,加工出如圖1,圖2所示的平行或者網狀的凹槽。凹槽加工的寬度、深度、形狀、以及間隔的距離等,應綜合考慮母材鋼板的性能,以及所采用的自蔓延反應材料的性能等因素來確定。
其原理是:
根據熱力學及傳熱學基本原理,物體溫度的升高,與輸入的熱功率成正比,與物體自身的熱容量成反比,而傳熱功率與傳熱溫差及傳熱面積成正比。因此,反應過程中,母材金屬的溫升與自身的傳熱面積成正比,與體積成反比。即:
T∝A/M
T:母材金屬溫度,A:母材金屬傳熱面積,M:母材體積
因為自蔓延反應合成過程中,母材金屬表面都是被反應物材料所覆蓋的,由圖可以看出,在對母材金屬表面進行切割加工以后,被加工的這一層與未被加工的深層材料相比,由整塊材料變成了一個一個單獨的被埋在反應材料中柱狀凸起,在與反應物材料接觸表面積大大增加的同時,體積也減少了許多。以在平板金屬表面間隔2mm,切割寬度為2mm,深度為4mm的 十字交叉形狀網格為例,如圖3所示,加工后的表層材料的體積減少60%以上,表(傳熱)面積增加8倍,因此,對表層材料熱傳遞功率的提高應該是兩位數的級別。而未被加工的深層材料,則由于直接暴露在反應材料中的表面積比原來要小,因此,與未進行加工處理相比,深層材料整個斷面的熱傳遞功率應該是降低的。
采用這種母材金屬表面加工處理工藝,可以有效增加母材金屬表層材料的換熱面積,比較容易地調整母材金屬表層與深層材料間輸入熱功率(換熱強度)的差別,控制表層與深層材料溫升幅度不同,使表層材料溫度瞬間升高達到熔點以上并與復合層間實現冶金融合,同時,深層材料的溫度始終被控制在熔點溫度以下,從而保證金屬工件的結構強度不受影響。凹槽加工的寬度、深度、形狀、以及間隔的距離等,應綜合考慮母材鋼板的性能,以及所采用的自蔓延反應材料的性能等因素來確定。加工凹槽的截面形狀可以是矩形、U形、反T形、梯形、V形或燕尾形等,可以是直線或任意曲線形狀,可根據具體情況選用。
以上所述的實施例僅僅是對本發明的優選實施方式進行描述,并非對本發明的范圍進行限定,在不脫離本發明設計精神的前提下,本領域普通技術人員對本發明的技術方案作出的各種變形和改進,均應落入本發明權利要求書確定的保護范圍內。

關 鍵 詞:
蔓延 反應 合成 工藝 工件 表面 處理 方法
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