一种微锻造同步引入多元粉体的多功能表面纳米化改性装置

本发明属于多功能表面改性设备，具体涉及一种针对冷/热多元粉体引入同步多功能表面纳米化智能改性的实验装置。

背景技术：

1、金属化学热处理(渗碳、渗氮等)是改性的重要工艺之一，与其他加工工艺相比，化学热处理一般不改变工件的形状，而是通过改变工件表面的组织结构，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。但化学热处理存在时间长、处理后工件表面硬度略低、强化层深度不够等问题，不仅浪费大量资源，而且不能满足工件的使用性能。因此要通过实验装置来进行预处理加工，加快化学热处理速度并达到化学热处理工件强化层深度及使用性能的提升。

2、微锻造是近年来兴起的表面改性方法，其将高频率超声波与滚压相结合，在滚压装置与加工样件间存在静压力的基础上，通过高频率超声振动，“微切削”材料表面，作用后加工样件表面产生的塑性变形，使加工样件表层精细化，提高加工样件表面光洁度及完整性，但目前仍未有冷/热多元粉体引入耦合微锻造的微纳米化多功能表面改性装置，利用高速气体的气体动力带动加速冷/热多元粉末颗粒撞击基材表面，使得粉末颗粒在基材表面不断累加沉积，当多元粉末颗粒温度较低时，可实现冷喷涂沉积效果；当多元粉末颗粒为半熔融状态时，可实现热喷涂沉积效果；当多元粉末为稀土元素，可制备催渗强化粉体-细晶强化改性层，进而提高化学热处理后样件使用性能，缩短化学热处理时间。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决化学热处理工艺中存在的温度高、组织不均匀、周期长、能耗高等问题，而提供用于降低化学热处理温度，提高化学热处理效率及改善强化层质量的多元粉体引入耦合表层微纳米化多功能表面改性装置。

2、本发明微锻造同步引入多元粉体的多功能表面纳米化改性装置包括空气压缩机、多元粉体尺寸筛选装置、粉体回收传输装置、第一多元粉体储存装置、第二多元粉体储存装置、多元粉体搅拌混合装置、多元粉体加热装置、微锻造超声枪头、微锻造滚压工具头和反应室，空气压缩机的出气端分别与第一通气管道和第二通气管道相连接，第一通气管道的另一端与多元粉体尺寸筛选装置的进风口相连，第二通气管道的另一端与第一多元粉体储存装置的进风口相连；

3、所述的多元粉体尺寸筛选装置包括进风口、多个加料口、多个粉体筛选装置、筛网和出料口，在多元粉体尺寸筛选装置的外壳顶壁上开有进风口和多个加料口，外壳内部竖直设置有多个粉体筛选装置，每个加料口的正下方对应一个粉体筛选装置，沿高度方向在粉体筛选装置的内部设置有多层筛网，出料口位于多元粉体尺寸筛选装置的底部；

4、多元粉体尺寸筛选装置的出料口与粉体回收传输装置顶部的进料口相连通，粉体回收传输装置包括圆柱壳体、转盘、电机和多个筛网挡板，圆柱壳体固定在转盘的上表面，转盘由电机驱动旋转，多个圆环形的筛网挡板设置在转盘的上表面，多个筛网挡板呈同心圆分布，沿转盘的径向开有多个排料口；

5、在第二通气管道上设置进料斗，进料斗的底部与第二通气管道相连通，进料斗位于转盘上排料口的正下方，多元粉体储存装置的底部通过通气管道并联有第二多元粉体储存装置、多元粉体搅拌混合装置和多元粉体加热装置，多元粉体搅拌混合装置内设置有搅拌装置，多元粉体加热装置的外部缠绕有加热线圈，第二多元粉体储存装置、多元粉体搅拌混合装置和多元粉体加热装置的底部分别通过支管与第三通气管道相并联；

6、微锻造超声枪头安装在反应室内，微锻造超声枪头上带有送粉装置，第三通气管道的另一端与送粉装置相连通，数字化机床设置在反应室的底部，数字化机床位于微锻造超声枪头的下部，数字化机床上设置有第三压力传感器。

7、本发明微锻造同步引入多元粉体的多功能表面纳米化改性装置将冷/热多元粉末颗粒撞击和微锻造处理相结合，微锻造处理能够细化晶粒，改善工件微观组织结构并提升机械性能。利用高速气体的气体动力带动加速冷/热多元粉末颗粒撞击基材表面，使得粉末颗粒在基材表面不断累加沉积，当多元粉末颗粒温度较低时，可实现冷喷涂沉积效果，结合微锻造处理可将涂层压实，提升结合强度；当多元粉末颗粒为半熔融状态时，可实现热喷涂沉积效果，结合微锻造处理可实现细晶强化，改善工件内应力分布情况；当多元粉末含有稀土元素粉末，结合微锻造处理可制备催渗强化粉体-细晶强化改性层，进而提高化学热处理后样件使用性能，缩短化学热处理时间。

8、本发明能够实现复杂尺寸样件的多元强化粉体-表面微纳米化的一体化加工，多元粉体尺寸可控与微纳米晶的同步引入，调控样件表面洁净度及应力状态，智能停止加工实验，通过多元粉体更换，可灵活设计多元粉体的作用，能够解决化学热处理技术中存在的温度高、周期长、能耗高及冷粉体改性层与样件的结合性等问题。

技术特征：

1.微锻造同步引入多元粉体的多功能表面纳米化改性装置，其特征在于该多功能表面纳米化改性装置包括空气压缩机(1)、多元粉体尺寸筛选装置(4)、粉体回收传输装置、第一多元粉体储存装置(12)、第二多元粉体储存装置(14)、多元粉体搅拌混合装置(15)、多元粉体加热装置(16)、微锻造超声枪头(24)、微锻造滚压工具头(25)和反应室(32)，空气压缩机(1)的出气端分别与第一通气管道(1-1)和第二通气管道(1-2)相连接，第一通气管道(1-1)的另一端与多元粉体尺寸筛选装置(4)的进风口相连，第二通气管道(1-2)的另一端与第一多元粉体储存装置(12)的进风口相连；

2.根据权利要求1所述的微锻造同步引入多元粉体的多功能表面纳米化改性装置，其特征在于在第一通气管道(1-1)和第二通气管道(1-2)上分别设置有气压流量阀门。

3.根据权利要求1所述的微锻造同步引入多元粉体的多功能表面纳米化改性装置，其特征在于在空气压缩机(1)的出气端设置有第一气体压力传感器(3)。

4.根据权利要求1所述的微锻造同步引入多元粉体的多功能表面纳米化改性装置，其特征在于转盘(8)上的多个筛网挡板(10)由圆心向外，筛网挡板(10)的孔径逐渐减小。

5.根据权利要求1所述的微锻造同步引入多元粉体的多功能表面纳米化改性装置，其特征在于在第一多元粉体储存装置(12)内部设置第二气体压力调节阀门(13)。

6.根据权利要求1所述的微锻造同步引入多元粉体的多功能表面纳米化改性装置，其特征在于在多元粉体加热装置(16)内设置有温度传感器(17)，多元粉体搅拌混合装置(15)内设置有摄像头(19)。

7.根据权利要求1所述的微锻造同步引入多元粉体的多功能表面纳米化改性装置，其特征在于在第三通气管道(1-3)内设置有第二气体压力传感器(21)，第三通气管道(1-3)的外部包裹有保温材料(22)。

8.根据权利要求1所述的微锻造同步引入多元粉体的多功能表面纳米化改性装置，其特征在于在反应室(32)内设置有超清摄像头(27)。

9.根据权利要求1所述的微锻造同步引入多元粉体的多功能表面纳米化改性装置，其特征在于所述的微锻造超声枪头(24)上的工具头()25为滚珠式枪头、滚柱式枪头或者滚轮式枪头。

10.根据权利要求1所述的微锻造同步引入多元粉体的多功能表面纳米化改性装置，其特征在于控制送粉装置(23)的喷粉速度为0.3～3m/s。

技术总结一种微锻造同步引入多元粉体的多功能表面纳米化改性装置，本发明的目的是为了解决化学热处理工艺中存在的温度高、组织不均匀等问题。本发明多功能表面纳米化改性装置中以空气压缩机为输送粉料动力源，第一通气管道与多元粉体尺寸筛选装置相连，第二通气管道与第一多元粉体储存装置相连，多元粉体尺寸筛选装置与粉体回收传输装置相连通，多元粉体储存装置的底部通过通气管道并联有第二多元粉体储存装置、多元粉体搅拌混合装置和多元粉体加热装置，微锻造超声枪头安装在反应室内，微锻造超声枪头上带有送粉装置。本发明能对粉体粒径筛选、混合均匀性、形态转变等方面优化，以微锻造处理为基础，达到材料表面多元粉体引入及表面纳米化的技术效果。技术研发人员：崔秀芳,董宇琪,金国,李健,李启诚,赵佳欣,李靓受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学技术研发日：技术公布日：2024/11/14