[发明专利]一种纯铜基板材表面合金化的工艺方法

摘要

本发明涉及一种纯铜基板材表面合金化的工艺方法，采用振荡式滚丸机，将镜面处理的纯铜基板材置于滚丸机的滚丸室内，用直径φ8mm的轴承合金GCr15滚丸，在氩气保护下，在3000次/min的频率振荡下，滚丸在滚丸室内作不规则循环跳动和转动，撞击镜面状的纯铜基板材表面，使轴承合金分子物理性渗入到纯铜基板材表面，直接一步法完成纯铜基板材表面的纳米化和合金化，合金化层与基体之间不存在界面，不会出现开裂、起皮、剥落等现象，合金化后表面含铬量可达8.51％，含铁量可达80.99％，表面强度、硬度大幅度提高，硬度可达3.2GPa，退火处理后，内部组织致密性更加稳定，此方法使用设备少，工艺流程短，不污染环境。

主权项

1一种纯铜基板材表面合金化的工艺方法，其特征在于：本发明使用的设备、纯铜基板、化学物质原料如下：振荡式滚丸机：主机、控制机纯铜基板材：Cu 100×100×6mm轴承合金滚丸：GCr15 φ8mm±0.01mm，滚丸数量300粒±5粒无水乙醇：C2H6O 150ml±5ml氩气：Ar 4000cm3±10cm3 工艺方法如下：(1)精选材料、化学物质对使用的纯铜基板材、滚丸、无水乙醇、氩气要进行精选，并进行形状、尺寸、纯度、精度控制：纯铜基板材：铜含量Cu≥99.95％，正方形轴承合金滚丸：GCr15铬含量1.4～1.63％，球形误差ΔSph≤0.25μm，粗糙度Ra0.02-0.04μm无水乙醇：≥99.95％氩气：≥99.95％(2)纯铜基板材退火将纯铜基板材100×100×6mm置于中温真空热处理炉中，进行原材料退火处理；退火温度：650℃±1℃退火时间：120min±1min消除原材料表面内应力，调整原材料表面组织结构；(3)纯铜基板材研磨将退火后的纯铜基板材用200、400、600粒度的砂纸分别依次研磨，使工作表面粗糙度Ra0.16-0.32μm；(4)纯铜基板材机械抛光将研磨后的纯铜基板材用机械抛光机进行抛光，使表面粗糙度Ra0.01-0.02μm，抛光后纯铜基板材工作表面成镜面；(5)清洗滚丸机滚丸室打开滚丸机滚丸室，加入无水乙醇30ml±1ml，用细毛刷刷洗滚丸室内壁、顶盖、底部，使其洁净；(6)清洗纯铜基板材将研磨、抛光后的纯铜基板材置于清洗容器中，加入无水乙醇30ml±1ml，用细毛刷刷洗板材六面至洁净；(7)清洗轴承合金滚丸将轴承合金滚丸300粒±5粒，置于超声波清洗器中，加入无水乙醇40ml±1ml，反复搅拌，使滚丸表面洁净；(8)安装纯铜基板材将研磨、抛光、清洗后的纯铜基板材安装于滚丸室的顶盖上，四角部用紧固螺栓固定牢固；(9)置放轴承合金滚丸将φ8mm±0.01mm的轴承合金滚丸300粒±5粒置于滚丸室下部，滚丸与滚丸室的体积比为1∶25；(10)关闭滚丸室将装有纯铜基板材、轴承合金滚丸的滚丸室用紧固卡子固牢并密封；(11)滚丸室抽真空将密封的滚丸室用真空泵、真空管抽取滚丸室空气，使滚丸室真空度达到1×10-3Pa，抽真空时间为2min±0.2min，并用真空压力表控制其压强值；(12)滚丸室输氩气开启氩气瓶氩气管，向处于真空状态的滚丸室输入惰性气体-氩气，输入流量为1500cm3/min，输入时间为2min±0.01min，滚丸室压强升至1×102Pa时，关闭氩气管；(13)纯铜基板材表面合金化①开启电机，功率调至50Hz；②开启电机变频器，带动振荡器，使之振动，振荡器振动频率为50次/秒、3000次/分钟，振荡器通过振荡杆、振荡簧、拉杆，使滚丸室随振荡器作前后、左右、上下规律性、匀速振荡；③滚丸室内的滚丸随振荡器的振荡作上下、左右不规则转动和跳动，滚丸作不规则的间歇式循环撞击纯铜基板材表面；④滚丸在氩气气氛下撞击纯铜基板材表面时间为30min±0.5min，在滚丸撞击板材表面的过程中，轴承合金滚丸分子物理性渗入到板材表面，并积累，当轴承合金分子渗入深度为20μm±05μm时，即完成了纯铜基板材表面合金化；⑤在滚丸撞击纯铜基板材表面的过程中，滚丸室温度由常温20℃±3℃升至80℃±3℃，并由温度计显示温度值，温度持续恒定时间为20min±0.5min；(14)冷却纯铜基板材表面合金化工序完成后，关闭电机、振荡器，滚丸室在密封状态下，在氩气保护下，使其自然冷却至20℃±3℃，冷却时间为120min；(15)取出产物冷却后打开密封状的滚丸室，取出合金化后的纯铜基板材，置于干燥、洁净的环境中；(16)合金化后退火对合金化的纯铜基板材要进行真空退火处理，退火温度500℃±1℃，退火时间为360min±1min，退火后合金化表面状态成带状分布；(17)检测、分析、表征对退火后的纯铜基板材的合金化层表面和纵切面断层要进行强度、硬度、深度、面积、合金成分、含量、色泽进行检测、分析和表征；用X-射线衍射仪对表面结构和成分进行分析；用透射电子显微镜对微观组织进行分析；用扫描电镜进行表面形貌分析；(18)储存对表面合金化后的纯铜基板材要储存于专用容器中，储存温度为20℃±3℃，相对湿度≤40％，置于干燥、洁净的环境中，要防水、防潮、防氧化、防酸碱侵蚀。