镜面加工 >

      机械零部件广泛应用在船舶、压力容器、车辆、桥梁、海洋工程、工程机械、航空航天、电力、冶金等重要领域．这些重要机械结构和部件往往会因疲劳、磨损和腐蚀等问题引起过早失效．因此，有效提高机械零部件抗疲劳、耐磨损和耐腐蚀性能，保证机械装备安全运行，延长其有效服役寿命，具有重要的经济和实用价值.

      现阶段国内外主要采用堆焊、喷涂和喷熔方式或表面淬火、渗碳、电镀、渗氮热处理等常规表面处理工艺来提高机械零部件抗疲劳、耐磨损和耐腐蚀能力．表面淬火、渗碳、渗氮等因效率、设备、成本和能耗的限制,影响了其在机械结构和零部件中的应用前景，因此国内外相关研究和应用逐渐转向堆焊、喷涂、熔敷方式。但这些工艺也存有一定问题，如堆焊和熔敷方式易于表面冷裂;喷涂方式因结合强度过低而容易导致耐磨材料脱落．作为一种表面改性新方法，金属表面纳米化处理技术就是利用纳米金属材料的优异性能，在传统工程金属材料表面制备出一层有纳米晶体结构的表面层，进而提高材料的综合力学性能．迄今为止,人们提出了多种纳米材料制备方法，如金属蒸发冷凝-原位冷压成型法、非品品化法日、机械研磨法和强烈塑性变形法等．但是，由于制备工艺复杂、生产成本高和材料外形、尺寸有限等因素制约，现有制备技术还难于应用到实际．目前，所应用的超音速微粒轰击金属表面与豪克能喷丸等技术已在纯铁、奥氏体不锈钢8、16M nR钢、低碳钢和铝合金等金属表面获得了纳米层，但是处理过程效率低下，对被加工工件尺寸、形状等有一定限制,更主要的是加工处理后表面质量很差(粗糙)，因而还不具备实用条件.

      利用豪克能冲击能量在金属机械零部件上方便、快速、低成本、大规模地进行表面纳米化加工处理的新方法,该方法可以在获得纳米结构层和纳米级表面质量（粗糙度）的同时引入高数值表面压缩应力，使得机械零件抗疲劳、耐磨损和耐腐蚀性能得以大幅度提高,最终低成本地延长其使用寿命.在一定程度上可替代部分高成本表面处理方法(如喷涂、沉积、电镀和离子注入等)及表面质量差和低效率的机械表面纳米化处理方法.

豪克能金属表面纳米化原理及其装置

      豪克能金属表面纳米化处理是一种冲击式压力光整加工方法,其实质是通过引入功率豪克能频机械振动而对传统表面压光工艺进行巧妙而合理的改良.

      其工作原理如下:通过衰克能表面纳米化加工处理,工作头沿表面法线方向给工件施加一定幅度的豪克能频机械振动,并在一定静压力和进给速度条件下,工作头将压力和豪克能冲击振动传递给处于旋转状态的被加工机械零部件表面,利用豪克能冲挤作用使材料产生弹塑性变形;当冲击头通过工件后,工件表面产生一定弹性恢复。而冲击头冲挤所产生的塑性流动却将工件表面原有的微观波峰压平,使其填充到波谷位置，从而改变金属表面微观结构并提高其综合力学性能〔显然,被加工处理机械零部件表面金属塑性流动在其表面上所产生的波谷被波峰填满的效应,能够大大降低共表面粗糙度R值,如果加工处理工艺参数设置适当。则工件表面粗糙度Ra甚至能够降低到纳米水平(即小于100nm).与此同时,在豪克能冲击和静压力挤压联合作用下,使金属表面所产生的剧烈而均匀的塑性变形必然引起机械零部件表面和次表面造成大量位错、空穴。导致其一定深度表层的原始状态晶粒被严重地打碎细化，从而获得相应微观纳米结构层.

当然,由于工件表面被均匀压缩,因此豪克能冲挤过程必然伴随着高数值残余压缩表面应力的产生,这对提高机械零都件的抗疲劳和耐磨损性能是很有利的.

(1)经豪克能表面纳米加工装置对45钢表面处理，获得了纳米结构表层,平均晶粒尺寸约为50 nm.

(2)豪克能表面纳米加工处理后，表面粗糙度值比加工前降为原始样品的1/100.

( 3)表面硬度随深度增加明显减少,表层与心部未变化组织相比,硬度值约提高1倍.( 4)豪克能表面纳米加工处理使试样表面产生了750MPa以上压缩应力.