超音速喷丸强化机

超音速喷丸强化机，是利用超音速高压空气作为载体，驱动大量固体硬质微粒，以超高速轰击金属表面，由于固体微粒数量大、质地硬、弹性好、速度快，使金属表面发生塑性形变，引入残余压应力，达到喷丸强化的效果的设备，金属表面可以实现纳米化。

超音速喷丸机主要构成：

超音速喷嘴、CNC工件固定台、气压系统、机械手、参数监控和数控系统。

超音速喷丸强化机的关键部件是喷枪,需要按照拉瓦(Laval)喷嘴原理设计,气流经收缩段进入狭窄喉部到扩展段而获得超音速(为300~1200m/s)。气源采用压缩空气或其它高压气体，气体分为两路,一路通向送粉器,携带粉末进入喷枪;另一路接加热器,而后进入喷枪。喷枪可以固定在机械手上,实现三维六个方位的控制。工件放置在操作室的载物台上,载物台可以旋转360度,操作室连接粉末回收系统,粉末回收后可以重复使用。在喷枪处有气体压力传感器,加热器有温度传感器,将数据输入到计算机中实现预设参数的程序控制。颗粒的速度采用激光测速仪和双相流束摄像系统,如图3所示。图3中1~5为激光观察,气/固双相流束的摄像系统,它可快速摄录自喷嘴到工件的束流状况,图3中6~16为喷射的粒子速度测量系统,图3中17-21为另一种“轨道”法测量粒子速度的方法,两者可共用一个高速摄像仪。

超音速喷丸金属表面纳米化的应用前景

(1)提高金属结构件的抗磨损性能,延长工件的使用寿命。由于表面纳米化层硬度高,可以改善切削刀具、冲压模具以及各种转动轴或滑动部件的服役期,如雍兴平等[2通过表面纳米化提高碳钢硬度两倍以上。

(2)改善焊接接头中包括焊缝、热影响区和基体材料的组织不均匀性,提高焊接接头的性能；
(3)加速渗碳、氮及渗金属过程或改善渗层质量。表面纳米层晶界密度高,晶界作为易扩散快速传质的通道,因此金属工件预表面纳米化处理,可以降低渗制温度或缩短周期。若对渗层进行后表面纳米化处理,预期会改善其性能,文献中称为“复合处理”；
(4)改善金属材料抗疲劳性能。已知金属疲劳裂纹源于材料表面,而塑性变形表面纳米化层伴随着压应力,故可有效抑制裂纹萌生,同时内部粗晶组织又可减缓其扩展；
(5)改善金属构件的应力腐蚀性能。由于该技术使材料的表层引入很大的压应力,因此可显著改善金属材料的抗应力腐蚀行为；
(6)改善普通切削加工表面动摩擦的润滑性能或滑动件的密封性能。

目前超音速喷丸强化学术领域研究资料还不算丰富，是比较理想的研究课题，适合做课题研究和期刊发表等。

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