超音速噴丸強化機，是利用超音速高壓空氣作為載體，驅(qū)動大量固體硬質(zhì)微粒，以超高速轟擊金屬表面，由于固體微粒數(shù)量大、質(zhì)地硬、彈性好、速度快，使金屬表面發(fā)生塑性形變，引入殘余壓應力，達到噴丸強化的效果的設備，金屬表面可以實現(xiàn)納米化。

超音速噴丸機主要構(gòu)成：

超音速噴嘴、CNC工件固定臺、氣壓系統(tǒng)、機械手、參數(shù)監(jiān)控和數(shù)控系統(tǒng)。

超音速噴丸強化機的關(guān)鍵部件是噴槍,需要按照拉瓦(Laval)噴嘴原理設計,氣流經(jīng)收縮段進入狹窄喉部到擴展段而獲得超音速(為300~1200m/s)。氣源采用壓縮空氣或其它高壓氣體，氣體分為兩路,一路通向送粉器,攜帶粉末進入噴槍;另一路接加熱器,而后進入噴槍。噴槍可以固定在機械手上,實現(xiàn)三維六個方位的控制。工件放置在操作室的載物臺上,載物臺可以旋轉(zhuǎn)360度,操作室連接粉末回收系統(tǒng),粉末回收后可以重復使用。在噴槍處有氣體壓力傳感器,加熱器有溫度傳感器,將數(shù)據(jù)輸入到計算機中實現(xiàn)預設參數(shù)的程序控制。顆粒的速度采用激光測速儀和雙相流束攝像系統(tǒng),如圖3所示。圖3中1~5為激光觀察,氣/固雙相流束的攝像系統(tǒng),它可快速攝錄自噴嘴到工件的束流狀況,圖3中6~16為噴射的粒子速度測量系統(tǒng),圖3中17-21為另一種“軌道”法測量粒子速度的方法,兩者可共用一個高速攝像儀。

超音速噴丸金屬表面納米化的應用前景

(1)提高金屬結(jié)構(gòu)件的抗磨損性能,延長工件的使用壽命。由于表面納米化層硬度高,可以改善切削刀具、沖壓模具以及各種轉(zhuǎn)動軸或滑動部件的服役期,如雍興平等[2通過表面納米化提高碳鋼硬度兩倍以上。

(2)改善焊接接頭中包括焊縫、熱影響區(qū)和基體材料的組織不均勻性,提高焊接接頭的性能；
(3)加速滲碳、氮及滲金屬過程或改善滲層質(zhì)量。表面納米層晶界密度高,晶界作為易擴散快速傳質(zhì)的通道,因此金屬工件預表面納米化處理,可以降低滲制溫度或縮短周期。若對滲層進行后表面納米化處理,預期會改善其性能,文獻中稱為“復合處理”；
(4)改善金屬材料抗疲勞性能。已知金屬疲勞裂紋源于材料表面,而塑性變形表面納米化層伴隨著壓應力,故可有效抑制裂紋萌生,同時內(nèi)部粗晶組織又可減緩其擴展；
(5)改善金屬構(gòu)件的應力腐蝕性能。由于該技術(shù)使材料的表層引入很大的壓應力,因此可顯著改善金屬材料的抗應力腐蝕行為；
(6)改善普通切削加工表面動摩擦的潤滑性能或滑動件的密封性能。

目前超音速噴丸強化學術(shù)領(lǐng)域研究資料還不算豐富，是比較理想的研究課題，適合做課題研究和期刊發(fā)表等。

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