金属间化合物材料表面高温喷丸装置及高温喷丸方法

技术领域

本发明涉及一种对金属间化合物材料表面进行高温喷丸的装置以及高温喷丸方法。

背景技术

金属间化合物的概念是1914年由英国冶金学家提出的，可以将其视为一种介于金属和 陶瓷之间的一种材料。虽然其组成皆为金属元素，但是原子之间的键合方式具有一定的共 价键特性。到目前为止，已发现存在的金属间化合物达20000多种，这个数目还在不断增加。 由于金属间化合物兼具金属和陶瓷的特点，在高温下除了像陶瓷一样具有较高的强度外， 同时还具有金属材料的塑性，是一种理想的高温结构材料。

在诸多金属间化合物中，TiAl基金属间化合物因其优异的高温力学性能与低的密度而 在航空航天等方面受到高度重视。TiAl基金属间化合物的弹性模量、抗蠕变性能等均比钛 合金好得多，与Ni基高温合金相当，但密度还不到Ni基合金的一半，使用温度可望达到 900℃以上，室温模量可达176GPa，且随温度升高而缓慢下降，可以填补高温钛合金和 Ni基高温合金的使用空白，有望用于喷气发动机和涡轮等航空航天、汽车工业的耐高温部 件以及超高速飞行器的翼、壳体等，被认为是最有应用潜力的新一代轻质耐高温结构材料。

理论研究和实践表明，在构件表面引入一个压应力场可以有效的抑制微裂纹的萌生和 扩展，大幅提高构件的疲劳寿命。喷丸处理是工业中最常用的一种在工件表面获得压应力， 提高工件疲劳寿命的方法，具有设备简单、成本低和操作简易等优点。对于高温结构材料， 为提高其抗氧化性和使用温度等性能，往往要在其表面喷涂耐高温，抗氧化的涂层。喷丸 处理除了可以提高工件疲劳寿命外，还是喷涂处理的预处理步骤，通过喷丸处理提供一个 粗糙表面，可以大幅提高喷涂涂层的结合力。

目前，现有的金属材料喷丸装置在使用时是在室温下进行，即现有的金属材料喷丸装 置只能针对金属材料进行喷涂，金属间化合物在高温下具有很好的强度和韧性，但金属间 化合物具有明显的室温脆性，拉伸过程中延伸率不足3％即会断裂，因此使用现有的金属材料 喷丸装置对金属间化合物进行室温喷涂，弹丸对金属间化合物表面的冲击会产生较强的冲 击力，会使得较脆的金属间化合物产生较多的微裂纹等缺陷，严重的会导致构件断裂。

综上，目前没有针对金属间化合物材料表面进行喷丸的装置及高温喷丸方法。

发明内容

本发明为解决目前没有针对金属间化合物材料表面进行喷丸的装置及高温喷丸方法 的问题，进而提出一种金属间化合物材料表面高温喷丸装置及高温喷丸方法。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

本发明的金属间化合物材料表面高温喷丸装置包括喷丸器、夹具、工作台和壳体，所 述工作台安装在壳体内的底端面上，所述夹具位于工作台的上端面上，所述喷丸器安装在 壳体的上端面上，喷丸器的喷丸管的下端穿过壳体且位于工作台的正上方；所述高温喷丸 装置还包括热处理炉、温控仪、加热体和热电偶，所述加热体位于热处理炉内，所述热电 偶插装在热处理炉上且热电偶的下端位于热处理炉内，加热体的两端各通过一根导线与温 控仪连接，热电偶通过一根导线与温控仪连接，热处理炉的侧壁上加工有保护气入口，热 处理炉的底部加工有排气口，位于工作台一侧的热处理炉侧壁上设有炉门。

本发明的金属间化合物材料表面高温喷丸方法是按着以下步骤实现的：

步骤一、首先将金属间化合物构件放入热处理炉内，然后由保护气入口充入还原性气 体；

步骤二、通过加热体对热处理炉内进行加热，并通过热电偶监测加热温度，通过温控 仪控制加热温度范围为700～1000℃；

步骤三、利用夹具将加热后的金属间化合物构件置于工作台的上端面上，然后对金属 间化合物构件进行喷丸，其中喷丸中的弹丸为钢丸或则陶瓷丸，控制弹丸速度为80～ 200m/s，控制喷丸量为100～200kg/min。

本发明的金属间化合物材料表面高温喷丸装置包括喷丸器、工作台和壳体，所述工作 台安装在壳体内的底端面上，所述喷丸器安装在壳体的上端面上，喷丸器的喷丸管的下端 穿过壳体且位于工作台的正上方；所述高温喷丸装置还包括温控仪、加热棒、热电偶和耐 热钢保护层、第一多层隔热屏和第二多层隔热屏，所述工作台安装在壳体内的底端面上， 所述喷丸器安装在壳体的上端面上，喷丸器的喷丸管的下端穿过壳体且位于工作台的正上 方，所述加热棒位于壳体内，所述热电偶插装在壳体上且热电偶的下端位于壳体内，热电 偶的下部设有耐热钢保护层，加热棒通过两根导线与温控仪连接，热电偶通过一根导线与 温控仪连接，壳体的侧壁上加工有保护气入口，壳体的底部加工有排气口，壳体的侧壁上 设有操作门，位于壳体内的喷丸管的四周设置有第一多层隔热屏，工作台的四周设置有第 二多层隔热屏。

本发明的金属间化合物材料表面高温喷丸方法是按着以下步骤实现的：

步骤一、首先将金属间化合物构件放置在热处理炉内的工作台上，然后由保护气入口 充入还原性气体；

步骤二、通过加热棒对热处理炉内进行加热，并通过热电偶监测加热温度，通过温控 仪控制加热温度范围为700～1000℃；

步骤三、然后对金属间化合物构件进行喷丸，其中喷丸中的弹丸为钢丸或则陶瓷丸， 控制弹丸速度为80～200m/s，控制喷丸量为100～200kg/min。

本发明的有益效果是：

本发明的金属间化合物材料表面高温喷丸装置的壳体内设有热处理炉或加热棒，与现 有的金属材料喷丸装置相比，可以将金属间化合物构件加热到700～1000℃，使金属间化合 物构件在高温下具有很好的强度和韧性，因此对高温金属间化合物表面喷丸时金属间化合 物表面能够承受较强的冲击力，金属间化合物不会产生微裂纹，大大提高了金属间化合物 构件的疲劳寿命；

本发明的带有热处理炉的高温喷丸装置具有耗电量小、生产成本低的优点，适合于实 验室研究和小批量生产尺寸较小的单个金属间化合物构件；

本发明的带有加热棒的高温喷丸装置可同时喷涂多个金属间化合物构件， 适合于大批量生产加工；

本发明的金属间化合物材料表面高温喷丸方法可以对高温结构金属间化合物材料体 系，如Ti-Al体系、Fe-Al体系和Ni-Al体系进行喷丸处理。

附图说明

图1是本发明的高温喷丸装置具体实施方式一的主视剖视图，图2是本发明的高温喷 丸装置具体实施方式六的主视剖视图。

具体实施方式

具体实施方式一：如图1所示，本实施方式的金属间化合物材料表面高温喷丸装置包 括喷丸器1、夹具2、工作台3和壳体4，所述工作台3安装在壳体4内的底端面上，所 述夹具2位于工作台3的上端面上，所述喷丸器1安装在壳体4的上端面上，喷丸器1 的喷丸管的下端穿过壳体4且位于工作台3的正上方；所述高温喷丸装置还包括热处理炉 5、温控仪6、加热体7和热电偶8，所述加热体7位于热处理炉5内，所述热电偶8插装 在热处理炉5上且热电偶8的下端位于热处理炉5内，加热体7的两端各通过一根导线与 温控仪6连接，热电偶8通过一根导线与温控仪6连接，热处理炉5的侧壁上加工有保护 气入口5-1，热处理炉5的底部加工有排气口5-2，位于工作台3一侧的热处理炉5侧壁 上设有炉门5-3。

具体实施方式二：如图1所示，本实施方式所述工作台3为可倾动旋转式工作台。如 此设计，调整工作台3的倾斜度，可以改变弹丸对金属间化合物构件表面的撞击角度；使 工作台3旋转，可以改变弹丸对金属间化合物构件表面的撞击位置。其它组成及连接关系 与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：如图1所示，本实施方式所述高温喷丸装置还包括高强钢挡板9， 所述高强钢挡板9位于工作台3和热处理炉5之间，所述高强钢挡板9上加工有通孔9-1， 所述通孔9-1与炉门5-3的位置对应设置。如此设计，防止弹丸撞击在热处理炉5上，用 于保护热处理炉5。其它组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：如图1所示，本实施方式的金属间化合物材料表面高温喷丸方法步 骤如下：

步骤一、首先将金属间化合物构件放入热处理炉5内，然后由保护气入口5-1充入还原 性气体；

步骤二、通过加热体7对热处理炉5内进行加热，并通过热电偶8监测加热温度，通过温 控仪6控制加热温度范围为700～1000℃；

步骤三、利用夹具2将加热后的金属间化合物构件置于工作台3的上端面上，然后对金 属间化合物构件进行喷丸，其中喷丸中的弹丸为钢丸或则陶瓷丸，控制弹丸速度为80～ 200m/s，控制喷丸量为100～200kg/min。

具体实施方式五：本实施方式步骤一中所述还原性气体为氮气或氩气。如此操作，可 以降低金属间化合物构件氧化。其它步骤与具体实施方式四相同。

具体实施方式六：如图2所示，本实施方式的金属间化合物材料表面高温喷丸装置包 括喷丸器1、工作台3和壳体4，所述工作台3安装在壳体4内的底端面上，所述喷丸器 1安装在壳体4的上端面上，喷丸器1的喷丸管的下端穿过壳体4且位于工作台3的正上 方；所述高温喷丸装置还包括温控仪6、加热棒11、热电偶8和耐热钢保护层15、第一 多层隔热屏13和第二多层隔热屏14，所述工作台3安装在壳体4内的底端面上，所述喷 丸器1安装在壳体4的上端面上，喷丸器1的喷丸管的下端穿过壳体4且位于工作台3 的正上方，所述加热棒11位于壳体4内，所述热电偶8插装在壳体4上且热电偶8的下 端位于壳体4内，热电偶8的下部设有耐热钢保护层15，加热棒11通过两根导线与温控 仪6连接，热电偶8通过一根导线与温控仪6连接，壳体4的侧壁上加工有保护气入口 5-1，壳体4的底部加工有排气口5-2，壳体4的侧壁上设有操作门4-3，位于壳体4内的 喷丸管的四周设置有第一多层隔热屏13，工作台3的四周设置有第二多层隔热屏14。

具体实施方式七：如图2所示，本实施方式本实施方式所述工作台3为可倾动旋转式 工作台。如此设计，调整工作台3的倾斜度，可以改变弹丸对金属间化合物构件表面的撞 击角度；使工作台3旋转，可以改变弹丸对金属间化合物构件表面的撞击位置。其它组成 及连接关系与具体实施方式六相同。

具体实施方式八：如图2所示，本实施方式壳体4由耐火砖层4-4和两层耐热钢板层 4-5构成，所述耐火砖层4-4位于两层耐热钢板层4-5之间。如此设计，使壳体4具有良 好的保温隔热效果。其它组成及连接关系与具体实施方式六或七相同。

具体实施方式九：如图2所示，本实施方式的金属间化合物材料表面高温喷丸方法步 骤如下：

步骤一、首先将金属间化合物构件放置在壳体4内的工作台3上，然后由保护气入口 5-1充入还原性气体；

步骤二、通过加热棒11对壳体4内进行加热，并通过热电偶8监测加热温度，通过 温控仪6控制加热温度范围为700～1000℃；

步骤三、然后对金属间化合物构件进行喷丸，其中喷丸中的弹丸为钢丸或则陶瓷丸， 控制弹丸速度为80～200m/s，控制喷丸量为100～200kg/min。

具体实施方式十：本实施方式步骤一中所述还原性气体为氮气或氩气。如此操作，可 以降低金属间化合物构件氧化。其它步骤与具体实施方式九相同。