金屬材料表面納米化是一種沖擊式壓力光整加工方法， 其實(shí)質(zhì)是通過引入高頻機(jī)械振動而對傳統(tǒng)表面壓光工藝進(jìn)行巧妙而合理的改良。

         高頻脈沖表面納米化是一種*的表面處理技術(shù)，其工作機(jī)理是通過高頻振動的硬質(zhì)滾輪、滾針或鋼球作用于待加工金屬工件表面，使工件表層金屬產(chǎn)生塑性變形，并產(chǎn)生冷作硬化，從而達(dá)到改善表面質(zhì)量的目的。這種表面質(zhì)量的改善是綜合性的，既有硬度的提高，又有表面粗糙度降低，同時也彌合了一些微觀裂紋，提高了工件的疲勞強(qiáng)度。

        金屬材料表面納米化工作原理如下：通過高頻脈沖工作頭沿表面法線方向向工件施加一定幅度的高頻機(jī)械振動，并在一定靜壓力和進(jìn)給速度下，高頻脈沖工作頭將壓力和高頻振動傳遞給處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)被加工處理的機(jī)械零部件表面，利用金屬在常溫狀態(tài)下的冷縮性特點(diǎn)，使材料產(chǎn)生彈、塑性變形。當(dāng)高頻脈沖工作頭通過工件后，工件表面產(chǎn)生一定的彈性恢復(fù)。高頻脈沖工作頭擠壓所產(chǎn)生塑性流動將工件表面原有的微觀波峰壓平，使其填充到波谷位置，從而可以大大降低表面粗糙度Ra 至納米水平，同時提高其表面的綜合性能指標(biāo)。

       對于高層錯能材料，在對金屬材料表面進(jìn)行高頻脈沖沖擊的過程中，材料的表面首先發(fā)生塑性變形，隨處理時間的延長，塑性變形量逐漸增大，并向深層發(fā)展。隨應(yīng)變不斷增大，位錯通過滑移、積累、交互作用、湮滅和重排等形成了位錯墻和位錯纏結(jié)，這些位錯墻和位錯纏結(jié)將原始晶粒分割成尺寸較小的位錯胞。隨著密度不斷增大，為了降低系統(tǒng)能量，高密度位錯會在位錯墻和位錯纏結(jié)附近發(fā)生湮滅和重排，使位錯墻和位錯纏結(jié)發(fā)展成亞晶界。亞晶界的形成降低了位錯密度，從而也降低了點(diǎn)陣微觀應(yīng)變。隨應(yīng)變的繼續(xù)增大，更多的位錯在亞晶界處產(chǎn)生和湮滅，使晶界兩側(cè)的取向差不斷增大，晶粒取向也逐漸趨于隨機(jī)分布。隨應(yīng)變的進(jìn)一步增加，碎化亞晶或晶粒的內(nèi)部也會產(chǎn)生位錯墻和位錯纏結(jié)，因此已碎化亞晶或晶粒的進(jìn)一步碎化仍將沿用同樣的機(jī)理，只是這種碎化發(fā)生在更小的尺度范圍內(nèi)。當(dāng)位錯產(chǎn)生和湮滅的速率達(dá)到平衡時，應(yīng)變的增加將不再導(dǎo)致晶粒尺寸的繼續(xù)下降，晶粒尺寸也相應(yīng)地達(dá)到穩(wěn)定值。因此在表面形成了等軸狀、取向成隨機(jī)分布的納米晶組織與此同時，在高頻脈沖沖擊和靜壓力擠壓聯(lián)合作用下，金屬表面所產(chǎn)生劇烈而均勻的塑性變形必然引起機(jī)械零部件表面和次表面造成大量位錯、空穴，導(dǎo)致其一定深度表層的原始狀態(tài)晶粒被嚴(yán)重地打碎細(xì)化，從而獲得相應(yīng)納米結(jié)構(gòu)層。

         由于工件表面被均勻壓縮，因此伴隨著產(chǎn)生高數(shù)值的殘余壓縮表面應(yīng)力，前面切除材料工序中形成的表面微觀波峰和波谷被碾平，表面粗糙度的的降低，這對提高機(jī)械零部件的抗疲勞和磨損性能是非常有利的。

金屬表面加工設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)

1、作用力小 在靜壓力小于傳統(tǒng)壓光靜壓力十分之一的情況下，其顯微硬度、表面粗糙度優(yōu)

于普通壓光。

2、加工區(qū)溫度大幅度降低 由于改變了加工方式，滾輪與工件的接觸為脈沖沖擊，大大減小

了相互間的摩擦，溫度也相應(yīng)的降低，杜絕了因溫度過高造成的表面缺陷。

3、大幅度降低表面粗糙度Ra值 表面粗糙度可以提高三級以上，zui高可達(dá)Ra0.1以下。

不產(chǎn)生切屑。

4、提高已加工表面的耐磨性、耐腐蝕性以及抗疲勞強(qiáng)度 由于高頻脈沖表面加工是壓縮型塑

性變形，工件表面產(chǎn)生一定的殘余壓應(yīng)力，同時表面硬度提高20%以上，疲勞強(qiáng)度可提

高數(shù)倍。

5、節(jié)約設(shè)備成本 高頻脈沖表面加工可直接代替砂光和磨削，在普通車床、鉆床、銑床上即

可進(jìn)行光整加工，因此大大節(jié)約了購置設(shè)備的費(fèi)用，尤其對大型和超大型工件，效果更

為明顯。

6、生產(chǎn)效率高 例如在普通車床上加工外圓表面，工件線速度zui高可達(dá)80m/min，走刀量為

0.05-0.4mm/r。

金屬表面加工設(shè)備技術(shù)對金屬表面納米化改造

1. 表面粗糙度Ra值≤0.1μm； 

2. 零件疲勞壽命提高幾十倍；

3. 預(yù)置理想可控的高值應(yīng)力； 

4. 零件表面顯微硬度提高20%以上；

5. 耐腐蝕性、耐磨性提高50%以上；

6. 使零件表層自身納米化。