一种电子束对304不锈钢表面毛化处理的方法 |
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| 申请号 | CN202111147753.1 | 申请日 | 2021-09-29 | 公开(公告)号 | CN115874042A | 公开(公告)日 | 2023-03-31 |
| 申请人 | 桂林电子科技大学; | 发明人 | 张汉卿; 王荣; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开一种 电子 束对304不锈 钢 表面毛化处理的方法，具体包括以下步骤：步骤1：前处理，对切割后的试 块 工件 进行 铣削 ，然后用清洗 溶剂 对铣削后的工件进行清洗。步骤2：电子束处理，用电子束流对工件表面连续处理。步骤3：表面形貌尺寸测量，通过激光 显微镜 测得表面形貌高度、表面熔池长度，用电子显微镜观察内部组织并测量 熔化 区深度、宽度。即本发明公开的方法可以提升304 不锈钢 表面形貌面积，利于表面减阻领域、 复合材料 制造领域以及小面积 散热 领域。具有极好的应用场景。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种电子束对304不锈钢表面毛化处理的方法，包括以下步骤： |
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| 说明书全文 | 一种电子束对304不锈钢表面毛化处理的方法技术领域背景技术[0002] 不锈钢具有优异的耐蚀性、成型性、相容性以及在很宽温度范围内的强韧性等系列特点，流动性良好易于成型，所以在重工业、轻工业、生活用品行业以及建筑装饰等行业中取得了广泛的应用。 [0003] 电子束毛化技术(简称EBT)借助电磁场对电子束进行复杂扫描控制而在金属材料表面产生特殊的成型效果，使毛化表面任意范围的表面粗糙度值。通过电子束毛化技术，可以在材料表面制备不同形貌的毛化阵列，进而有效增大材料的表面积，故在提高材料的散热性能方面具有很大的潜力。还可以应用在复合材料尤其是与纤维之间相互作用，通过增强界面剪切强度，可以提高金属与复合材料连接部位的承载能力。 [0004] 但是现阶段扩大表面面积的方法有需要对材料进行去除式加工的开槽方法、需考虑接头强度的连接散热片方法等。因此，本专利提出一种电子束对304不锈钢表面毛化处理的方法，金属自成一体通过内部金属流动形成表面凸起，可有效提材料的利用率。 [0005] 【发明内容】本发明的目的是：本发明对304不锈钢工件进行铣削切割，用丙酮和无水乙醇溶剂对铣削后的试块进行清洗，使用F‑020SD超声波清洗机进行清洁；最后通过电子束处理得到试样成品。本发明在有效提升金属表面的面积，在复合材料制造领域以及电器零件散热领域具有极好的实际应用场景。 [0006] 为解决上诉问题，本发明所采用的技术方案是：一种电子束对304不锈钢表面毛化处理的方法。 [0007] 1、一种电子束对304不锈钢表面毛化处理的方法，包括诸多步骤。 [0008] 步骤1：前处理，对切割后的试块工件进行铣削，然后用丙酮和无水乙醇溶剂对铣削后的工件进行清洗，使用F‑020SD超声波清洗机进行清洁，去除表面油污与杂质。 [0009] 步骤1结束后进行步骤2。 [0010] 步骤2：电子束处理，将调质处理及清洗后的工件放置于电子束焊机的热加工室内，用扩散泵串联罗茨泵对电子枪室和焊接加工室进行抽真空，使得电子枪室真空度为1.33× Pa,加工室真空度为5× Pa。设定电子束焊机工艺参数，电子束流加速电压为60KV，电子束聚焦电流为390mA,电子束加工束流为10mA、25mA、40mA、55Ma、70mA、85mA,电子枪移动速度为5 mm/s、10 mm/s、15mm/s,电子束束斑直径为0.3mm。然后使用电子束清洗处理后的工件进行表面处理，得到成品。 [0011] 步骤2结束后进行步骤3。 [0012] 步骤3：形貌特征尺寸测量，对金属试样截面进行浸蚀，利用GeminiSEM 300电子显微镜观测试块组织并测量熔化区深度、宽度；利用OLS40‑F激光显微镜对表面进行扫描，形成2D、3D结构形貌图，测量表面形貌的高度峰值、熔池长度。 [0013] 2、根据权利要求1所述的一种电子束对304不锈钢表面毛化处理的方法，特征在于：步骤1前需进行切割处理，采用数控铣床将304不锈钢工件切割成50mm×50mm×50mm的试块，铣削过程中保持每个工件的进刀量一致、铣削速度相同，得到铣削后的试块；步骤1所述的清洗溶剂主要成分为丙酮和无水乙醇。 [0014] 3、根据权利要求3所述的一种电子束对304不锈钢表面毛化处理的方法，特征在于：浸蚀剂需采用奥氏体不锈钢金相浸蚀剂，1）用量筒量取 50 mL分析纯无水乙醇；2）用量筒量取 35 mL 分析纯盐酸；3）用量筒量取 10 mL 分析纯硝酸；4）用天平称取分析纯十二烷基磺酸钠0.5 g；5）用塑料量筒量取分析纯氢氟酸 5 mL。 [0015] 与现有技术相比，本发明具有诸多有益效果。 [0016] 1.本发明在连续电子束处理304不锈钢时，电子束流作用于试块表面，极短时间内产生大量热量而后扩散失。电子束熔池中的液态金属将会在表面张力及金属蒸气压力的共同作用下，向与电子束流移动方向相反的方向，形成表面连续凸起。凸起形貌与基体自成一体，可以减少去除式加工的材料浪费并且忽略外加结构与基体间的连接强度。 [0018] 3.本发明制备的304不锈钢表面形貌，功率600W时其熔池长度为1.62mm，形貌宽度为2.64mm，形貌高度为0.16mm，熔深为2.58mm。即经过本发明电子束处理，其表面形貌单道轮廓线增大0.73%，可等效替代表面强化换热球窝/球凸结构。 [0020] 图2是本发明实施后得到的304不锈钢的束源功率600W时的2D结构形貌。 [0021] 图3是本发明实施后得到的304不锈钢的束源功率600W时的3D结构形貌。 [0022] 图4是本发明实施后得到的304不锈钢的不同功率下的形貌宽度、峰值高度。 [0023] 【具体实施方式】以下是本发明的具体实施例，参照附图对本发明的方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。 [0024] 1、一种电子束对304不锈钢表面毛化处理的方法，包括诸多步骤。 [0025] 步骤1：前处理，对切割后的试块工件进行铣削，然后用丙酮和无水乙醇溶剂对铣削后的工件进行清洗，使用F‑020SD超声波清洗机进行清洁，去除表面油污与杂质。 [0026] 步骤1结束后进行步骤2。 [0027] 步骤2：电子束处理，将调质处理及清洗后的工件放置于电子束焊机的热加工室内，用扩散泵串联罗茨泵对电子枪室和焊接加工室进行抽真空，使得电子枪室真空度为1.33× Pa,加工室真空度为5× Pa。设定电子束焊机工艺参数，电子束流加速电压为60KV，电子束聚焦电流为390mA,电子束加工束流为10mA、25mA、40mA、55Ma、70mA、85mA,电子枪移动速度为5 mm/s、10 mm/s、15mm/s,电子束束斑直径为0.3mm。然后使用电子束清洗处理后的工件进行表面处理，得到成品。 [0028] 步骤2结束后进行步骤3。 [0029] 步骤3：利用GeminiSEM 300电子显微镜观测试块组织并测量熔化区深度、宽度，如图1。经过浸蚀剂腐蚀的金属式样横截面显现出毛化区域轮廓，在25倍电镜下，600W的试样测量出轮廓宽度2.639mm、垂直方向总长度2.738mm。熔化区域边缘为柱状奥氏体，区域中心为等轴奥氏体，较于基体力学性能无明显变化。 [0030] 利用OLS40‑F激光显微镜对表面进行扫描，形成2D、3D结构形貌图，测量表面形貌的高度峰值、熔池长度，如图2和图3所示。由图2和图3可知：600W时表面形貌峰值高度可达到0.16mm，熔池长度可达到1.62mm，其表面形貌轮廓线增大0.73%。后分别对1500W、2400W、3300W、4200W、5100W的试样横截面进行测量其毛化区域的宽度、峰值高度如图4所示。表面形貌单道轮廓线分别增大2%、9.3%、7.5%、6.3%、5.9%。6组参数的表面形貌面积(以30mm 30mm平面为例)分别提升7.9%、19%、83.5%、42.8%、35.4%。 [0031] 上述说明是针对本发明可行实例的具体详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明涵盖的专利范围。 |
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