一种表面改性的金属基体及其表面改性方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种表面改性的金属基体及其表面改性方法与应用，属于金属表面改性技术领域。所述表面改性的金属基体至少一表面上设有多个微孔，所述微孔的等效直径为10～100μm、深度为40～600μm，相邻两所述微孔的间隙为10～100μm。本发明专利技术实施例提供的表面改性的金属基体与聚酰亚胺平均扯离强度达到72MPa，与吹砂方式相比提高了188％；本发明专利技术实施例提供的表面改性的金属基体与聚三氟氯乙烯的平均扯离强度达到27MPa，与吹砂方式相比提高了519％。

A Surface Modified Metal Matrix and Its Surface Modification Method and Application

The present invention relates to a surface modified metal matrix and its surface modification method and application, belonging to the technical field of metal surface modification. At least one surface of the surface-modified metal matrix is provided with a plurality of micro-holes, the equivalent diameter of the micro-holes is 10-100 microns, the depth is 40-600 microns, and the gap between the two adjacent micro-holes is 10-100 microns. The average pull strength of the surface modified metal matrix and polyimide provided by the embodiment of the present invention is 72 MPa, which is 188% higher than that of the sand blowing method, and the average pull strength of the surface modified metal matrix and polytrifluoroethylene is 27 MPa, which is 51 9% higher than that of the sand blowing method.

【技术实现步骤摘要】
一种表面改性的金属基体及其表面改性方法与应用
本专利技术涉及一种表面改性的金属基体及其表面改性方法与应用，属于金属表面改性

技术介绍
我国现役运载火箭大量使用了热塑成型阀门、活门类产品，其产品主要由非金属材料与金属骨架热塑压制成型，用于箭体的加注系统及发动机的点火器、预燃室、推力室等关键部位，其中，非金属材料主要为聚酰亚胺及聚三氟氯乙烯等，金属材料主要选用铝合金、不锈钢等。受分子组成的影响，聚三氟氯乙烯等非金属材料表面呈化学惰性，若不经特殊的表面处理，很难实现与金属材料的粘接。即使勉强粘接，其可靠性也不高，易在后期的使用中出现脱粘等问题。针对上述特点，通常通过对金属基体进行表面处理来提高其与非金属粘接强度。目前，通常对金属基体表面进行吹砂，使金属基体表面粗糙以增大粘接面积，而后将金属基体放入盛有非金属原料的模具内，进行热塑压制成型，得到产品；或者为提高粘接强度，在吹砂后先涂覆底漆再进行热压成型。新一代重型运载火箭发动机使用了更大直径(Φ160mm)的高温合金、钛合金阀门，制造难度更大，表现为：(1)由于高温合金、钛合金等金属材料表面润湿性较差，难以与非金属形成高强度的粘接界面；(2)产品直径的增大使得粘接面的内应力急剧增大，易导致产品出现未粘接、脱粘等问题。此外，新一代的大推力氢氧发动机，阀门使用环境压力更高，工作条件更加苛刻，对阀门的粘接质量提出了更高的要求，现有工艺水平更加难以满足设计使用要求。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种表面改性的金属基体及其表面改性方法与应用，本专利技术实施例提供的表面改性的金属基体与聚酰亚胺平均扯离强度达到72MPa，与吹砂方式相比提高了188％；本专利技术实施例提供的表面改性的金属基体与聚三氟氯乙烯的平均扯离强度达到27MPa，与吹砂方式相比提高了519％。为实现上述专利技术目的，本专利技术提供如下技术方案：一种表面改性的金属基体，其至少一表面上设有多个微孔，所述微孔的等效直径为10～100μm、深度为40-600μm，相邻两所述微孔的间隙为10-100μm。在一可选实施例中，所述微孔的等效直径为50～60μm。在一可选实施例中，所述微孔深度为200-500μm。在一可选实施例中，相邻两所述微孔间隙为40～80μm。一种金属基体表面改性方法，包括以下步骤：(1)绘制激光扫描图，所述激光扫描图上包括多个分散的扫描点；(2)根据所述激光扫描图，采用脉冲激光器对金属基体待处理表面进行至少一次扫描，得到表面多个分散微孔的金属基体，其中所述微孔的等效直径为10～100μm、深度为40-600μm，相邻两所述微孔的间隙为10～100μm。在一可选实施例中，步骤(2)所述的脉冲激光器的功率为20W～50W。在一可选实施例中，步骤(2)所述的脉冲激光器的波长不大于1064nm。在一可选实施例中，步骤(2)所述的扫描，包括：激光频率为20KHz～100KHz、扫描速度为50mm/s～500mm/s。在一可选实施例中，步骤(2)在扫描时对所述微孔位置处进行填充处理。在一可选实施例中，所述的填充处理包括：扫描线间距为0.02～0.05mm、扫描线旋转角度为-45°～45°。上述表面改性的金属基体在金属与非金属热塑压制成型中的应用。本专利技术具有如下有益效果：(1)本专利技术实施例提供的表面改性的金属基体，存在复杂交错的微观形貌，非金属在热压过程中可与金属基体表面形成“钉锚”效果，从而实现了非金属与金属扯离强度的大幅度提高；(2)本专利技术实施例提供的表面改性的金属基体与聚酰亚胺平均扯离强度达到72MPa，与吹砂方式相比提高了188％；(3)本专利技术实施例提供的表面改性的金属基体与聚三氟氯乙烯的平均扯离强度达到27MPa，与吹砂方式相比提高了519％；(4)本专利技术不用底漆即可实现非金属与金属的热塑压制成型，避免了使用底漆导致的工艺复杂化及底漆使用不当导致的有毒有害气体。附图说明图1为本专利技术实施例1提供的表面改性的金属基体的微观形貌图；图2为本专利技术实施例2提供的表面改性的金属基体的微观形貌图；图3为本专利技术实施例3提供的表面改性的金属基体的微观形貌图；图4为本专利技术实施例4提供的表面改性的金属基体的微观形貌图；图5为本专利技术实施例3提供的表面改性的金属基体切面的微观形貌图；图6为本专利技术实施例4提供的表面改性的金属基体切面的微观形貌图.具体实施方式以下将结合附图和具体实施例对本专利技术的具体实施方式做进一步详细说明。如图1所示，本专利技术实施例提供了一种表面改性的金属基体，其至少一表面上设有多个微孔，所述微孔的等效直径为10～100μm、深度为40～600μm，相邻两所述微孔的间隙为10～100μm。具体地，本专利技术实施例中所述金属基体可以是钛合金、高温合金、钛合金、铝合金、不锈钢等材质基体，本专利技术不作限定。所述微孔可以是圆孔、三角孔、方孔等截面为任意形状的孔，所述的等效直径为截面的等面积圆的直径。所述至少一表面既可以是光滑表面也可以是喷砂处理后的表面。本专利技术实施例提供的表面改性的金属基体，存在复杂交错的微观形貌，非金属在热压过程中可与金属基体表面形成“钉锚”效果，从而实现了非金属与金属扯离强度的大幅度提高；本专利技术实施例提供的表面改性的金属基体与聚酰亚胺平均扯离强度达到72MPa，与吹砂方式相比提高了188％；本专利技术实施例提供的表面改性的金属基体与聚三氟氯乙烯的平均扯离强度达到27MPa，与吹砂方式相比提高了519％；且本专利技术不用底漆即可实现非金属与金属的热塑压制成型，避免了使用底漆导致的工艺复杂化及底漆使用不当导致的有毒有害气体。在一可选实施例中，所述微孔的等效直径为50～60μm，若微孔等效直径过小，不利于非金属在热塑压制中渗入微孔，若微孔等效直径过大，则会导致单位面积的微孔数量过少，粘接表面积较小，不利于粘接强度提高；在一可选实施例中，所述微孔深度为200～500μm，当微孔深度过小时，非金属与金属粘接强度不够牢固，当微孔深度过大时，容易改变金属基体结构，影响产品的后续加工；在一可选实施例中，相邻两所述微孔间隙为40～80μm，当微孔间隙过小时，非金属与金属粘接后内应力较大，易导致非金属与金属脱粘，当微孔间隙过大时，单位面积的微孔数量过少，粘接表面积较小，不利于粘接强度提高；本专利技术实施例还提供了一种金属基体表面改性方法，用于制备表面改性的金属，所述方法包括以下步骤：(1)绘制激光扫描图，所述激光扫描图上包括多个分散的扫描点；具体地，本专利技术实施例中，可以通过CAD等制图软件制备扫描图，以使激光扫描器根据所述扫描图进行扫描，扫描点与金属基体上微孔一一对应；(2)根据所述激光扫描图，采用脉冲激光器对金属基体待处理表面进行至少一次扫描，得到表面具有多个分散微孔的金属基体，其中所述微孔的等效直径为10～100μm、深度为40～600μm，相邻两所述微孔的间隙为10～100μm。本专利技术实施例提供的金属基体表面改性方法，采用脉冲激光对金属基体表面进行处理，在金属基体表面烧蚀出微小孔洞，构造复杂交错的微观形貌，非金属在热压过程中可与金属基体表面形成“钉锚”效果，从而实现了非金属与金属扯离强度的大幅度提高；本专利技术实施例提供的表面改性的金属基体与聚酰亚胺平均扯离强度达到72MPa，与吹砂方式相比提高了188％；本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种表面改性的金属基体，其特征在于，其至少一表面上设有多个微孔，所述微孔的等效直径为10～100μm、深度为40～600μm，相邻两所述微孔的间隙为10～100μm。

【技术特征摘要】
1.一种表面改性的金属基体，其特征在于，其至少一表面上设有多个微孔，所述微孔的等效直径为10～100μm、深度为40～600μm，相邻两所述微孔的间隙为10～100μm。2.根据权利要求1所述的表面改性的金属基体，其特征在于，所述微孔的等效直径为50～60μm；所述微孔深度为200～500μm。3.根据权利要求1所述的表面改性的金属基体，其特征在于，相邻两所述微孔间隙为40～80μm。4.一种金属基体表面改性方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)绘制激光扫描图，所述激光扫描图上包括多个分散的扫描点；(2)根据所述激光扫描图，采用脉冲激光器对金属基体待处理表面进行至少一次扫描，得到表面多个分散微孔的金属基体，其中所述微孔的等效直径为10～100μm、深度为40-600μm，相邻两所述微孔的间隙为10-100μm。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：李冰涛，梁兵，范云华，洪媛媛，
申请(专利权)人：首都航天机械有限公司，中国运载火箭技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11