專利名稱：一種金屬材料表面毛化處理的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬材料表面毛化處理的方法，具體涉及一種冷軋帶鋼生產(chǎn)中用的冷軋輥的 毛化沉積處理方法。
背景技術(shù)：
具有特殊表面形貌的冷軋軋薄鋼板在制造業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用，特別是在汽車和家電產(chǎn) 業(yè)中。毛化冷軋薄鋼板是由表面經(jīng)毛化處理的軋輥軋制而成的，其一系列表面形貌特征對鋼 板的深沖、涂裝等工藝性能影響極大。毛化冷軋板附加價(jià)值極高，但生產(chǎn)手段和工藝技術(shù)滯 后阻礙了毛化鋼板的大批量生產(chǎn)光面軋輥雖然耐磨性優(yōu)良，但表面摩擦系數(shù)偏低，容易造成帶鋼打滑并且損傷帶鋼的表 面；包膠、無紡布輥，雖然是柔性輥面，摩擦系數(shù)較大，但和帶鋼相比硬度太低，賴度不高、 抗耐磨性嚴(yán)重不足,導(dǎo)致經(jīng)常修復(fù)、更換，不適合現(xiàn)代高速、高質(zhì)量冷軋帶鋼生產(chǎn)要求。依據(jù)加工原理軋輥毛化技術(shù)一般可分為幾大類 一種為物理加工，包括SBT; —種為熔 化、汽化加工技術(shù)，例如EDT， LT， EBT。另外一種為電化學(xué)加工技術(shù)例如Pretex等等。噴丸毛化(SBT)是一種傳統(tǒng)的毛化方式，其工作原理為高速旋轉(zhuǎn)的葉片將噴丸砂打在 旋轉(zhuǎn)的軋輥表面，使其產(chǎn)生微小坑點(diǎn)或凸起，使軋輥表面獲得所需粗糙度。其優(yōu)點(diǎn)為工藝簡 單、效率高、設(shè)備成本低。它的缺陷也十分明顯。由于噴丸砂是用鋼丸破碎成形且以通過一定規(guī)格篩網(wǎng)為規(guī)格，因 此，每一個(gè)毛化點(diǎn)所產(chǎn)生的坑點(diǎn)或凸起都因噴丸砂重量的不同和著落點(diǎn)的不同而不同，使粗 糙度不能保持均勻。不同噴丸時(shí)間拋丸效果不一致，不同角度產(chǎn)生的沖擊效果不同，使粗糙 度不能保持均勻。電火花毛化是在絕緣油中用放電火花來刻蝕軋輥表面，其作用原理及毛化方法是將工件和電極浸沒在絕緣性的工作液中，然后在工件與電極上施加脈沖電壓，當(dāng)二者之間的間隙小到一定值時(shí)，間隙中會形成放電通道。當(dāng)電通道形成之后，脈沖電源的能量便迅速輸入，使通道中的電子和正離子被加速，各自轟擊陽、陰極表面。，它的缺點(diǎn)是需定期更換清洗濾芯，設(shè)備購置費(fèi)用高，另外耗電量大。EBT是最新發(fā)展的且還未形成工業(yè)化生產(chǎn)設(shè)備的一種軋輥毛化方法，它是將旋轉(zhuǎn)著的軋輥在真空下沿軸向經(jīng)過固定的電子槍，高能電子與軋輥碰撞時(shí)以熱的形式放出動能,在足夠高的溫度下與電子束相遇的那部分材料便熔化并部分蒸發(fā)，形成的蒸氣壓將電子束熔化的材料爆炸性地從孔中沖出，于是形成顯微凹坑或小杯。通過調(diào)節(jié)加速電壓、電子束功率、脈沖頻 率以及電子束的偏轉(zhuǎn)方向等工藝參數(shù)可在軋輥表面獲得預(yù)定的粗糙度大小。激光毛化技術(shù)是一種設(shè)定式毛化技術(shù),其原理是利用激光器產(chǎn)生的激光脈沖對輥面逐點(diǎn) 進(jìn)行連續(xù)毛化加工。是采用高頻脈沖激光束作用在軋輥表面，使之加熱、熔化并部分氣化， 因軋輥表面激光束能量密度相當(dāng)大，以致熔池內(nèi)部分揮發(fā)的氣體等離子化并形成等離子體， 其壓力作用于熔池，使熔化金屬向四周堆起，同時(shí)在中間產(chǎn)生凹坑，當(dāng)脈沖停止時(shí)凹坑周圍 堆起的熔化物快速冷卻凝固形成凸臺。激光毛化工藝的缺點(diǎn)是逐點(diǎn)毛化，工作中斷線后不可再接，必須把軋輥下機(jī)磨削后重新 毛化。其工作效率特別低，只適用于批量精品板材的軋制。工作條件比較苛刻。輔助氣體壓 力必須穩(wěn)定。對輥面磨削過程中出現(xiàn)的大^a值較難實(shí)現(xiàn)可控處理，因激光毛化產(chǎn)生的缺陷也無法重復(fù)修正。噴墨毛化技術(shù)(Ink Jet Texturing ,簡稱IJT)是將噴墨打印技術(shù)與電化學(xué)加工相結(jié)合 而成的一種新穎的軋輥毛化技術(shù)，目前還處于由實(shí)驗(yàn)室向工業(yè)生產(chǎn)轉(zhuǎn)化的階段。噴墨毛化(IJT) 技術(shù)可通過改變電化學(xué)腐蝕的脈寬和電流大小，來精確地控制凹坑的深度和外形。但毛化點(diǎn) 需要精確控制，成本相對較高，出現(xiàn)產(chǎn)品缺陷時(shí)無法重新修復(fù)；而且對加工材料的形狀要求 嚴(yán)格，前處理技術(shù)要求高。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的是為了克服已有技術(shù)存在的問題，提供一種工藝簡單，設(shè)備投資較少，.辱有 較高的毛化效率和較低的維護(hù)費(fèi)用的一種用高硬度金屬化合物顆粒通過電化學(xué)溶液復(fù)合沉積 的方法，實(shí)現(xiàn)對金屬材料表面毛化處理。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是將金屬化合物顆粒置于電沉積基礎(chǔ)液中，控制電沉積基礎(chǔ)液溫度為55°C，電流密度為25~35A/dm2，攪拌條件下對金屬材料基體表面實(shí)施電化學(xué)沉積 毛化處理。上述金屬化合物顆粒，選用氧化鋁或碳化鉤或氧化鋯顆粒，直徑為5~50nm。電沉積基礎(chǔ) 液選用鍍鉻溶液。金屬化合物顆粒的硬度要求大于被沉積處理材料的硬度。本發(fā)明與已有技術(shù)比較，特點(diǎn)是利用攪拌力，使金屬化合物微粒漂浮和在一定電流的作 用下，使陰極的軋輥表面形成一個(gè)沉積層，并在表面形成毛化層，這種高硬度金屬化合物顆 粒與電化學(xué)溶液復(fù)合電沉積所形成的毛化層，表面為凸起和凹坑，它們之間相互連通，這樣 的結(jié)構(gòu)有利于軋制和鋼板使用之后潤滑油在表面的展開，獲得比較好地對鋼板的保護(hù)和較好的涂裝效果。另外，這種將高硬度的金屬化合物顆粒復(fù)合在材料表面之后，在提高粗糙度的基礎(chǔ)上， 同時(shí)提高材料的強(qiáng)度和硬度，硬度達(dá)到900HV-1200HV，從而達(dá)到表面毛化和提高強(qiáng)度的雙 重效果。本發(fā)明毛化效率高，表面形貌無固定的規(guī)律性，是隨機(jī)分布，噴漆后不會形成特殊 的紋理。毛化處理后的表面形貌，可以從附圖2清楚地看到。本發(fā)明可以調(diào)整硬質(zhì)顆粒的顆粒粒徑，高硬度顆粒的顆粒密度、電化學(xué)溶液的電流密度 等參數(shù)實(shí)現(xiàn)不同的粗糙度毛化要求?？梢匀勘砻孢M(jìn)行同時(shí)處理，毛化效率較高，效果好， 使用的適應(yīng)性較強(qiáng)。本發(fā)明處理工件的形狀要求不苛刻，可以處理用于軋輥類、平整輥類、成型輥類、平面 類材料表面等。本發(fā)明的毛化方法處理后材料表面形貌特點(diǎn)為形貌均勻無規(guī)則，粗糙度值為0.5-l(Vm， Pc值大，粗糙度和Pc值有一定相關(guān)性.


圖1是實(shí)施金屬材料表面毛化處理的裝置結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是實(shí)施例1毛化處理后表面形貌圖；圖中l(wèi)恒溫蒸汽夾道，2陽極，3攪拌裝置和被加工材料，4恒溫槽，5電^積基礎(chǔ)液。
具體實(shí)施方式
下面各實(shí)施中，實(shí)施本發(fā)明可采用的裝置如圖1所示，其中陽極2選用鉛錫合金的不溶性陽極，5電沉積基礎(chǔ)液選用鍍鉻溶液。實(shí)施例1:選擇的高硬度金屬化合物顆粒為氧化鋁，硬度為1800HV。顆粒直徑為30pm 基板為Cr5鋼板，硬度HV:800?；A(chǔ)液鍍鉻溶液的主鹽濃度為230g/L。毛化工藝參數(shù)鍍鉻 液的溫度55。；電流密度:35A/dm2，攪拌速度100r/min。形成的表面毛化形貌如圖所示可見 毛化技術(shù)處理后材料表面形貌特點(diǎn)為形貌均勻凹凸大小無固定規(guī)律，粗糙度值為8pm，硬 度為1150HV。實(shí)施例2:選擇的高硬度金屬化合物顆粒為碳化鎢，硬度為1700HV顆粒的直徑為20pm。 基體為軋輥，硬度900HV，基礎(chǔ)鍍液同例l，毛化工藝參數(shù)溫度55° ;電流密度:25A/dm、 攪拌速度150r/min。形成的輥表面毛化形貌特點(diǎn)為表面形貌均勻，凹凸點(diǎn)沒有規(guī)則，粗糙 度值的大小為5pm，硬度為IOOOHV。實(shí)施例3:選擇的高硬度金屬化合物顆粒為氧化鋯，硬度為1500HV。顆粒直徑為5tim基 板為Cr5鋼板，硬度HV:800?；A(chǔ)液鍍鉻溶液的主鹽濃度為350g/L。毛化工藝參數(shù)鍍鉻液的溫度55。；電流密度:45A/dm2，攪拌速度200r/min。形成的表面毛化形貌特點(diǎn)為形貌均 勻凹凸大小無固定規(guī)律，粗糙度值為1.5nm，硬度為950HV。實(shí)施例4:選擇的高硬度金屬化合物顆粒為氧化鋁，硬度為1800HV。顆粒直徑為50pm 基板為A3鋼板，硬度HV:750?；A(chǔ)液鍍鉻溶液的主鹽濃度為230g/L。毛化工藝參數(shù)鍍鉻 液的溫度55。；電流密度:35A/dm2，攪拌速度100r/min。毛化技術(shù)處理后材料表面形貌特點(diǎn)為 形貌均勻凹凸大小無固定規(guī)律，粗糙度值為12pm，硬度為1150HV。本發(fā)明可以調(diào)整高硬度顆粒的顆粒粒徑、高硬度顆粒的顆粒密度、電沉積基本等的參數(shù) 來實(shí)現(xiàn)不同的粗糙度毛化要求。可以將整條軋輥同時(shí)進(jìn)行處理，毛化效率高、效果好、適應(yīng) 性強(qiáng)。本發(fā)明可適用于軋輥類、軸類、平面材料等表面材料的表面毛化處理。
權(quán)利要求
1、一種金屬材料表面毛化處理的方法，其特征在于將金屬化合物顆粒置于電沉積基礎(chǔ)液中，在溫度為55℃，電流密度為25～35A/dm2時(shí)攪拌條件下，對金屬材料基體表面實(shí)施電化學(xué)沉積毛化處理。
2、 按照權(quán)利要求1所述的金屬材料表面毛化處理的方法，其特征在于金屬化合物顆粒選 用氧化鋁、碳化鎢或氧化鋯顆粒，直徑為5 5(Vm;電沉積基礎(chǔ)液選用鍍鉻溶液。
3、 按照權(quán)利要求1或2所述的金屬材料表面毛化處理的方法，其特征在于金屬化合物顆 粒硬度大于被沉積處理材料的硬度。
4、 按照權(quán)利要求1所述的金屬材料表面毛化處理的方法，其特征在于實(shí)施電化學(xué)沉積毛 化處理后的金屬材料基體表面粗糙度為1.5 1(Vm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種金屬材料表面毛化處理的方法，是將一種金屬化合物顆粒，置于電沉積基礎(chǔ)液即鍍鉻溶液中，在溫度為55℃，電流密度為25～35A/dm²，攪拌條件下對金屬材料表面實(shí)施電化學(xué)沉積毛化處理。毛化處理后的金屬材料表面粗糙度為1.5-10μm。金屬化合物顆粒選用氧化鋁、碳化鎢或氧化鋯，直徑為5～50μm。要求金屬化合物顆粒硬度大于被沉積處理材料的硬度。本發(fā)明可調(diào)整金屬化合物顆粒粒徑、顆粒分布密度、電沉積基礎(chǔ)液的電流密度來實(shí)現(xiàn)不同毛化效果。材料整體可迅速處理，毛化效率高，效果好，適應(yīng)性強(qiáng)，可適用于軋輥類，平整輥類，成型輥類，軸類，平面類材料的表面毛化處理。
文檔編號C25D15/00GK101255593SQ20071015885
公開日2008年9月3日 申請日期2007年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月13日
發(fā)明者劉常升, 勇 譚 申請人:東北大學(xué)