一种金属板的表面处理方法
阅读说明：本技术 一种金属板的表面处理方法 (Surface treatment method of metal plate ) 是由 李韶林 宋克兴 国秀花 王旭 冯江 周延军 刘海涛 皇涛 程楚 张彦敏 张朝民 于 2021-08-20 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种金属板的表面处理方法,属于金属材料表面处理技术领域。本发明的金属板的表面处理方法,包括以下步骤：将表面增强材料粉体铺放在金属板上或将多个片状材料平铺在金属板上,然后盖上盖板,再在盖板上放置炸药,引爆炸药后去除盖板；所述片状材料为表面增强材料粉体的片状压制体和/或烧结体。本发明的金属板的表面处理方法,由于不受设备限制,金属板尺寸可以无限大,且表面增强材料粉体、片状材料的成分和用量任意可调。(The invention relates to a surface treatment method of a metal plate, belonging to the technical field of metal material surface treatment. The surface treatment method of the metal plate comprises the following steps: laying the surface reinforcing material powder on a metal plate or flatly laying a plurality of sheet materials on the metal plate, then covering a cover plate, placing explosives on the cover plate, and removing the cover plate after the explosives are detonated; the flaky material is a flaky pressed body and/or a sintered body of surface reinforcing material powder. The surface treatment method of the metal plate is not limited by equipment, so that the size of the metal plate can be infinite, and the components and the dosage of the surface reinforcing material powder and the flaky material can be adjusted at will.)
技术领域
本发明涉及一种金属板的表面处理方法，属于金属材料表面处理技术领域。
背景技术
载流摩擦副广泛应用于轨道交通弓网系统、电磁轨道炮电枢/导轨系统、微电子及电器控制系统、航空航天空间导电旋转关节系统、高压开关动/静触头等领域。载流摩擦副常面临多场、多环境、多气氛等状况，其服役特点是在高温、高压、强电流等苛刻条件下必须同时保持良好的摩擦接触和电接触。随着服役环境的日益苛刻，损伤机制和失效行为愈发复杂，对材料的服役质量和寿命的提升提出了更高要求。
高强高导铜合金(Cu-Cr、Cu-Cr-Zr等)是载流摩擦副常用材料，但其抗电蚀、耐磨损等性能不足，逐渐难以满足日益苛刻的服役需求。理想的载流摩擦材料是材料内部具有良好的导电导热性能，而材料表面则在牺牲一部分传导性能的基础上大幅提高抗电蚀、耐磨损性能。
材料表面处理是在基体材料表面上人工形成一层与基体的机械、物理和化学性能不同的表层的工艺方法。表面处理的目的是满足产品的耐蚀性、耐磨性、装饰或其他特种功能要求。金属材料常用的表面处理方法包括机械打磨、表面热处理、表面喷涂、化学/物理气相沉积、电镀、化学镀等。由于这些工艺的表面处理方式大部分为分子尺度逐层沉积，使得所制备的表面涂层厚度有限，并且由于受到设备和场地等限制，制备的涂层通常面积不大。随着金属材料服役环境的复杂化和苛刻化，以上表面处理方法逐渐难以满足对材料的使用要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种金属板的表面处理方法，以解决当前金属材料表面处理手段制备的涂层厚度、面积受限的问题。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：
一种金属板的表面处理方法，包括以下步骤：将表面增强材料粉体铺放在金属板上或将多个片状材料平铺在金属板上，然后盖上盖板，再在盖板上放置炸药，引爆炸药后去除盖板；所述片状材料为表面增强材料粉体的片状压制体和/或烧结体。
本发明的金属板的表面处理方法，由于不受设备限制，金属板尺寸可以无限大，且表面增强材料粉体、片状材料的成分和用量任意可调。
优选的，所述金属板为纯铜板或铜合金板。
优选的，所述铜合金板主要由Cr、Zr、Ni、Zn、Mg、Sn、W、Mo中的任意一种或两种以上的元素与Cu元素组成。
优选的，所述表面增强材料粉体选自金属粉、陶瓷粉、导电碳材粉中的一种或任意组合。优选的，所述陶瓷粉为Al2O3、MgO、TiO2、TiB2、B4C、SiC、WC、AlN中的任意一种或组合。进一步优选的，所述表面增强材料粉体含有金属粉和/或陶瓷粉。例如表面增强材料粉体为Cu粉和TiB2粉的混合粉体。进一步的，Cu粉和TiB2粉的质量比优选为90-95:5-10。又如，表面增强材料粉体为Cu粉和Mo粉的混合粉体。进一步的Cu粉和Mo粉的质量比75-85:15-25。对于含有含金粉和/或陶瓷粉的表面增强材料粉体，爆轰产生的能量还能起到烧结作用，并且烧结时间短；炸药爆轰产生的能量以冲击波的形式作用于表面增强粉末体上，使表面增强粉末在瞬态的高温高压下压实成密实体，不仅作用压力大，而且还可以避免高温加热造成材料晶粒粗化。
优选的，所述金属粉选自的W粉、Cr粉、Cu-W合金粉、Cu-Cr合金粉、Cu-W-Cr合金粉中的任意一种或组合。其中，W元素具有优异的抗电蚀性能，Cu-W合金是抗电蚀性能最好的铜合金之一，将Cu-W合金复合于高强高导铜合金表面，将获得具有良好载流摩擦性能的铜合金材料。进一步优选的，所述金属粉含有Cu元素。进一步优选的，Cu-W合金粉中，W的质量分数为40-60％。
优选的，所述导电炭材粉选自碳纤维、碳纳米管、石墨烯中的一种或任意组合。
优选的，所述表面增强材料粉体的粒度D50为1-500μm，例如可以为50μm、100μm、150μm、200μm、250μm、300μm、350μm、400μm或450μm。进一步优选的，所述表面增强材料粉体的粒度D50为10-200μm。
优选的，所述表面增强材料粉体在金属板上铺放厚度为0.1-30mm，例如可以为0.5mm、1mm、5mm、10mm、15mm、20mm或25mm。
优选的，表面增强材料粉体的片状压制体是将表面增强材料粉体压制成的片状坯料。表面增强材料粉体的片状烧结体是将表面增强材料粉体压制、烧结得到。
进一步优选的，所述表面增强材料粉体选自金属粉和/或陶瓷粉；将多个片状材料平铺在金属板上时，任意两相邻量片状材料间预留间隙，盖上盖板前，在预留间隙内填充石墨。填充的石墨具有自润滑作用，可以有效降低表面摩擦力。
进一步优选的，所述表面增强材料粉体含有金属粉，所述金属粉选自的W粉、Cr粉、Cu-W合金粉、Cu-Cr合金粉、Cu-W-Cr合金粉中的任意一种或组合；将多个片状材料平铺在金属板上时，任意两相邻量片状材料间预留间隙，盖上盖板前，在预留间隙内填充铜粉。铜传导性能和变形性能优于金属粉，填充铜粉可增加表面导热，并协调变形。
所述盖板为金属盖板。本发明对金属盖板的元素组成无特殊要求，普通金属板即可，例如盖板可以为普通钢板或铝镁钛钢板或紫铜板。
附图说明
图1为实施例1中将粉体铺放在金属板上后的示意图；
图2为实施例1中盖上盖板后的示意图；
图3为实施例2中将矩形片状压制体铺放在金属板上后的示意图；
图4为实施例2中盖上盖板后的示意图；
图5为实施例3中填充石墨后的示意图；
图6为实施例3的引爆炸药后的示意图；
其中，1-金属板，2-表面增强材料粉体层，3-盖板，4-矩形片状压制体，5-矩形片状烧结体，6-石墨。
具体实施方式
以下结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的说明。
实施例1
本实施例的金属板的表面处理方法，包括以下步骤：
1)将Cu粉和W粉均匀混合后得到表面增强材料粉体，然后按照铺放厚度为1000μm将表面增强材料粉体均匀铺放于Cu-Cr合金金属板1的上表面(如图1所示)形成表面增强材料粉体层2，再将盖板3放置于粉末上方(如图2所示)；所采用的Cu粉的粒度D50为100μm、W粉的粒度D50为200μm，Cu粉和W粉的质量比为1:1；盖板为紫铜板；
2)然后将炸药RDX铺放于盖板表面并引爆；盖板在爆炸冲击力的作用下使粉末在瞬态的高温高压下压实、烧结成密实体；
3)采用龙门铣将盖板去除，露出混合粉末烧结体。
实施例2
本实施例的金属板的表面处理方法，包括以下步骤：
1)将粒度D50为200μm的Cu-W合金粉(W质量分数为40％)压制成厚度为500μm的矩形片状压制体4，然后将多个矩形片状压制体4按照一定间隔均匀平铺在金属板1上(如图3所示)，然后在矩形片状压制体4上盖上盖板3(如图4所示)；所采用的金属板1为Cu-Cr铜合金板；盖板为紫铜板；
2)将炸药TNT铺放于盖板表面并引爆；盖板在爆炸冲击力的作用下使粉末在瞬态的高温高压下进一步压实并烧结成密实体；
3)采用龙门铣将盖板去除，露出混合粉末烧结体。
实施例3
本实施例的金属板的表面处理方法，包括以下步骤：
1)将Cu粉和TiB2粉按照质量比为95:5的比例混匀后热压烧结成厚度为1000μm的矩形片状烧结体5，然后将多个矩形片状烧结体5按照一定间均匀平铺在Cu-Cr合金金属板1上(如图5所示)，然后在任意相邻两矩形片状烧结体5之间的间隙内填充石墨6并充满间隙，然后在矩形片状烧结体5上盖上盖板3(如图6所示)；采用的Cu粉的粒度D50为200μm，TiB2粉的粒度D50为50μm；盖板为紫铜板；
2)将炸药TNT铺放于盖板表面并引爆；
3)采用龙门铣将盖板去除，露出混合粉末烧结体。
实施例4
本实施例的金属板的表面处理方法，与实施例1的表面处理方法的区别仅在于：将实施例1的表面增强材料粉体替换为Cu粉和Mo粉的混合粉体，Cu粉体和Mo粉体的质量比为20:80。
实施例5
本实施例的金属板的表面处理方法，与实施例2的表面处理方法的区别仅在于：本实施例所采用的Cu-W合金粉中W的质量分数为60％。
实施例6
本实施例的金属板的表面处理方法，与实施例3的表面处理方法的区别仅在于：本实施例中Cu粉和TiB2粉的质量比为90:10。
实施例7
本实施例的金属板的表面处理方法，包括以下步骤：
1)将Cu粉和高导热短切碳纤维均匀混合后得到表面增强材料粉体，然后按照铺放厚度为1000μm将表面增强材料粉体均匀铺放于紫铜板1的上表面(如图1所示)形成表面增强材料粉体层2，再将盖板3放置于粉末上方(如图2所示)；所采用的Cu粉的粒度D50为100μm、高导热短切碳纤维长度约为3mm，Cu粉和高导热短切碳纤维的质量比为90:11；盖板为紫铜板；
2)然后将炸药RDX铺放于盖板表面并引爆；盖板在爆炸冲击力的作用下使粉末在瞬态的高温高压下压实、烧结成密实体；
3)采用龙门铣将盖板去除，露出混合粉末烧结体。
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