CN101935830B - 表面具有Ni-Co-P纳米Si3N4复合涂层的矿用液压支柱及化学镀方法 - Google Patents
表面具有Ni-Co-P纳米Si3N4复合涂层的矿用液压支柱及化学镀方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种表面具有Ni-Co-P纳米Si3N4复合涂层的矿用液压支柱及化学镀方法，该矿用液压支柱包括顶盖（7）、三用阀（8）、活塞（2）、活柱筒（10）、油缸（3）、所述活柱筒（10）、活塞（2）和油缸（3）经过化学镀镀有Ni-Co-P纳米Si3N4复合涂层，所述涂层为Ni-Co-P镀层及该镀层表面所分布视场面积10～20%的纳米Si3N4组成，其中Ni-Co-P镀层成份为：P 2.5～4.1wt% Co 20～50 wt%余量为Ni。本发明矿用液压支柱防腐蚀性好，盐雾试验能达到9级以上，镀层更薄，电镀成本更低，采用化学镀只需镀一层，工序更加简单，环境污染比较小，能源消耗小，原材料使用少。
Description
技术领域
本发明属于矿用液压支柱领域，具体的说，涉及一种表面具有Ni-Co-P纳米Si3N4复合涂层的顶盖加长型矿用液压支柱及其化学镀的方法。
背景技术
矿用液压支柱，是采矿中经常用到的支撑机构，其具体由顶盖、三用阀、活柱筒、油缸、复位弹簧、底座等组成，所述油缸上、下端分别装有手把体和底座，该油缸内套装有活柱筒，该活柱筒内设置有复位弹簧，所述活柱筒上端连接所述顶盖，该活柱筒下端连接活塞，该顶盖中部设置有三用阀，该三用阀通过中心管与活柱筒内腔连通。工作中靠液压使得活柱筒伸出油缸或缩回油缸来进行支撑或收折移动，活柱筒与油缸之间密封性非常重要，如果密封性不好就会泄漏，液压就不能推动活柱筒运动。整个矿用液压支柱就失去作用，不能再使用。所以活柱筒与油缸之间有无密封性决定了整个矿用液压支柱的使用寿命。煤矿中含有大量的硫腐蚀性极强，所述的矿用液压支柱活柱筒与油缸及活塞都要进行防腐的表面处理。
目前，对支柱活柱筒与油缸及活塞都是先电镀12~15μm的铜，再镀25~30μm的镍，然后镀3~5μm的铬，三层电镀，盐雾实验达到7~8级，在西南地区含硫普遍比较高的矿区，一般只能使用3~6个月使用寿命非常短。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明的目的之一在于提供一种镀层薄，抗腐蚀性好表面具有Ni-Co-P纳米Si3N4复合涂层的矿用液压支柱；
本发明的目的之二在于对矿用液压支柱中活柱筒、活塞和油缸进行化学镀表面处理得到Ni-Co-P纳米Si3N4复合涂层的方法。
[0004]本发明目的是这样实现的：
一种表面具有Ni-Co-P纳米Si3N4复合涂层的矿用液压支柱，该矿用液压支柱包括顶盖、三用阀、活柱筒、油缸、复位弹簧、底座，所述油缸上、下端分别装有手把体和底座，该油缸内套装有活柱筒，该活柱筒内设置有复位弹簧，所述活柱筒上端连接所述顶盖，该活柱筒下端连接活塞，该顶盖中部设置有三用阀，该三用阀通过中心管与活柱筒内腔连通，其关键在于：所述活柱筒、活塞和油缸经过化学镀镀有Ni-Co-P纳米Si3N4复合涂层，所述涂层为Ni-Co-P镀层及该镀层表面所分布视场面积10～20%的纳米Si3N4组成，其中Ni-Co-P镀层成份为：P 2.5～4.1wt% Co 20～50 wt% 余量为Ni。
上述所述纳米Si3N4直径为40～80nm。
上述活柱筒、活塞的镀层厚度为0.03mm；所述油缸的镀层厚度为0.02mm。
对活柱筒、活塞和油缸的镀层进行检测：
镀层硬度：HV550~720（25g×25sec）
附着力，大于20N，锤击不会脱层起皮。
镀层摩擦系数：f≦0.01
观察镀层外观：无划痕、不均或脱落等缺陷。
镀层在直径上、厚度上用千分尺测量厚度均匀性小于2μm、
外观色彩接近不锈钢色彩，偏黄。
镀后金属件用4%NaCl溶液浸泡300天无锈蚀点。
用浓度10%浓亚硫酸浸泡100h，无锈蚀点。
用浓度20%盐酸浸泡8小时，无锈蚀点。
活柱筒、活塞和油缸镀有Ni-Co-P纳米Si3N4复合涂层与镀有传统镀层的铜、镍和铬三层相比，镀层更薄，耐腐蚀性更强，可以延长使用寿命至1年半以上，比传统镀层延长3倍以上。
一种表面具有Ni-Co-P纳米Si3N4复合涂层的矿用液压支柱的化学镀方法，按如下步骤进行：
（1）将活柱筒、活塞和油缸毛坯进行去氧化层处理；
（2）再对活柱筒、活塞和油缸进行机加工镀前处理；
（3）然后进行化学镀，
先配置镀液，每升溶液中硫酸镍15～20g/L、硫酸钴5～15g/L、次亚磷酸钠25～30g/L、纳米Si3N4乳化液2～10ml/L、乳酸5～15ml/L、醋酸钠10～15g/L、柠檬酸钠5～10g/L、苹果酸钠5～10g/L、丁二酸5～10ml/L；用去离子水将以上物质分别进行溶解，然后补加去离子水到1L溶液；
其中纳米Si3N4乳化液由以下步骤制得：
a、固体表面活性剂加入到70～100℃去离子水中搅拌使之溶解，制成质量百分比浓度为1～3%的溶液，然后将溶液与油脂按体积比0.5～2：1混合制得基础乳化液A，用液体表面活性剂与油脂按体积比1：1混合制得基础乳化液B；固体表面活性剂可以选用氯化十二烷基三甲基铵。
b、选取网络状粒子直径为0.7～60微米的乳化液备用；
c、按每升A或B基础乳化液加入1～10g/L纳米Si3N4混合、搅拌得到；
调整镀液至PH为4.6～4.8，升温至88～92℃；将待镀的活柱筒、活塞和油缸等工件放入镀液中反应1小时40分～2.5小时，取出工件放入65～80℃热水中浸泡去除镀液，再用25～50℃清水2次清洗浸泡，毛巾擦干镀后的工件内水分得到。
步骤（1）所述活柱筒、活塞和油缸去氧化层处理，先用盐酸去除氧化层，再清水除去盐酸，用质量百分比0.2%的氢氧化钠浸泡，转机械加工。
步骤（2）所述活柱筒、活塞和油缸进行机加工镀前处理，机加工处理后先用清水浸泡去氢氧化钠，接着用除油剂浸泡清洗除油，再清水浸泡去除除油剂，然后盐酸浸泡去除铁锈，再次清水浸泡去除盐酸，最后放入pH7.5弱碱水浸泡待镀。
有益效果：本发明矿用液压支柱防腐蚀性好，盐雾试验能达到9级以上，镀层更薄，成本更低，采用化学镀只需镀一层，工序更加简单，环境污染比较小，能源消耗小，原材料使用少。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
实施例 1
一种表面具有Ni-Co-P纳米Si3N4复合涂层的矿用液压支柱，该矿用液压支柱由顶盖7、三用阀8、活柱筒10、油缸3、复位弹簧11、底座1等组成，所述油缸3上、下端分别装有手把体5和底座1，该油缸3内套装有活柱筒10，该活柱筒10内设置有复位弹簧11，所述活柱筒10上端连接所述顶盖7，该活柱筒10下端连接活塞2，该顶盖7中部设置有三用阀8，该三用阀通过中心管6与活柱筒10内腔连通，所述活柱筒10、活塞2和油缸3经过化学镀镀有Ni-Co-P纳米Si3N4复合涂层，所述活柱筒10、活塞2的镀层厚度为0.03mm；所述油缸3的镀层厚度为0.02mm。所述涂层为Ni-Co-P镀层及该镀层表面所分布视场面积20%的纳米Si3N4组成，纳米Si3N4直径为40~80nm，其中Ni-Co-P镀层成份为：P 2.5wt% Co 50wt% 余量为Ni。
一种表面具有Ni-Co-P纳米Si3N4复合涂层的矿用液压支柱的化学镀方法，按如下步骤进行：
（1）将活柱筒、活塞和油缸毛坯进行去氧化层处理，先用盐酸去除氧化层，再清水除去盐酸，用质量百分比0.2%的氢氧化钠浸泡，转机械加工。
（2）再对活柱筒、活塞和油缸进行机加工镀前处理，先用清水浸泡去氢氧化钠，接着用除油剂浸泡清洗除油，再清水浸泡去除除油剂，然后盐酸浸泡去除铁锈，再次清水浸泡去除盐酸，最后放入pH7.5弱碱水浸泡待镀。
（3）然后进行化学镀，
先配置镀液，每升溶液中硫酸镍15g/L、硫酸钴15g/L、次亚磷酸钠30g/L、纳米Si3N4乳化液2ml/L、乳酸15ml/L、醋酸钠10g/L、柠檬酸钠10g/L、苹果酸钠5g/L、丁二酸10ml/L；用去离子水将以上物质分别进行溶解，然后补加去离子水到1L溶液；
其中纳米Si3N4乳化液由以下步骤制得：
a、固体表面活性剂加入到100℃去离子水中搅拌使之溶解，制成质量百分比浓度为1%的溶液，然后将溶液与油脂按体积比2：1混合制得基础乳化液A，用液体表面活性剂与油脂按体积比1：1混合制得基础乳化液B；
b、选取网络状粒子直径为0.7微米的乳化液备用；
c、按每升A或B基础乳化液加入10g/L纳米Si3N4混合、搅拌得到；
调整镀液至PH为4.6，升温至92℃；将待镀的活柱筒、活塞和油缸等工件放入镀液中反应，活柱筒和活塞反应1小时40分，油缸反应2.5小时，取出工件放入65℃热水中浸泡去除镀液，再用50℃清水2次清洗浸泡，毛巾擦干镀后的工件内水分得到。
实施例2
一种表面具有Ni-Co-P纳米Si3N4复合涂层的矿用液压支柱，该矿用液压支柱由顶盖7、三用阀8、活柱筒10、油缸3、复位弹簧11、底座1等组成，所述油缸3上、下端分别装有手把体5和底座1，该油缸3内套装有活柱筒10，该活柱筒10内设置有复位弹簧11，所述活柱筒10上端连接所述顶盖7，该活柱筒10下端连接活塞2，该顶盖7中部设置有三用阀8，该三用阀通过中心管6与活柱筒10内腔连通，所述活柱筒10、活塞2和油缸3经过化学镀镀有Ni-Co-P纳米Si3N4复合涂层，所述活柱筒10、活塞2的镀层厚度为0.03mm；所述油缸3的镀层厚度为0.02mm。所述涂层为Ni-Co-P镀层及该镀层表面所分布视场面积10%的纳米Si3N4组成，纳米Si3N4直径为40~80nm，其中Ni-Co-P镀层成份为：P 4.1wt% Co20wt% 余量为Ni。
一种表面具有Ni-Co-P纳米Si3N4复合涂层的矿用液压支柱的化学镀方法，按如下步骤进行：
（1）将活柱筒、活塞和油缸毛坯进行去氧化层处理，先用盐酸去除氧化层，再清水除去盐酸，用质量百分比0.2%的氢氧化钠浸泡，转机械加工。
（2）再对活柱筒、活塞和油缸进行机加工镀前处理，先用清水浸泡去氢氧化钠，接着用除油剂浸泡清洗除油，再清水浸泡去除除油剂，然后盐酸浸泡去除铁锈，再次清水浸泡去除盐酸，最后放入pH7.5弱碱水浸泡待镀。
（3）然后进行化学镀，
先配置镀液，每升溶液中硫酸镍20g/L、硫酸钴5g/L、次亚磷酸钠25g/L、纳米Si3N4乳化液10ml/L、乳酸5ml/L、醋酸钠15g/L、柠檬酸钠5g/L、苹果酸钠10g/L、丁二酸5ml/L；用去离子水将以上物质分别进行溶解，然后补加去离子水到1L溶液；
其中纳米Si3N4乳化液由以下步骤制得：
a、固体表面活性剂加入到70℃去离子水中搅拌使之溶解，制成质量百分比浓度为3%的溶液，然后将溶液与油脂按体积比0.5：1混合制得基础乳化液A，用液体表面活性剂与油脂按体积比1：1混合制得基础乳化液B；
b、选取网络状粒子直径为60微米的乳化液备用；
c、按每升A或B基础乳化液加入1g/L纳米Si3N4混合、搅拌得到；
调整镀液至PH为4.8，升温至88℃；将待镀的活柱筒、活塞和油缸等工件放入镀液中反应，活柱筒和活塞反应1小时40分，油缸反应2.5小时，取出工件放入80℃热水中浸泡去除镀液，再用25℃清水2次清洗浸泡，毛巾擦干镀后的工件内水分得到。
实施例3
一种表面具有Ni-Co-P纳米Si3N4复合涂层的矿用液压支柱，该矿用液压支柱由顶盖7、三用阀8、活柱筒10、油缸3、复位弹簧11、底座1等组成，所述油缸3上、下端分别装有手把体5和底座1，该油缸3内套装有活柱筒10，该活柱筒10内设置有复位弹簧11，所述活柱筒10上端连接所述顶盖7，该活柱筒10下端连接活塞2，该顶盖7中部设置有三用阀8，该三用阀通过中心管6与活柱筒10内腔连通，所述活柱筒10、活塞2和油缸3经过化学镀镀有Ni-Co-P纳米Si3N4复合涂层，所述活柱筒10、活塞2的镀层厚度为0.03mm；所述油缸3的镀层厚度为0.02mm。所述涂层为Ni-Co-P镀层及该镀层表面所分布视场面积16%的纳米Si3N4组成，纳米Si3N4直径为40~80nm，其中Ni-Co-P镀层成份为：P3.1wt% Co36wt% 余量为Ni。
一种表面具有Ni-Co-P纳米Si3N4复合涂层的矿用液压支柱的化学镀方法，按如下步骤进行：
（1）将活柱筒、活塞和油缸毛坯进行去氧化层处理，先用盐酸去除氧化层，再清水除去盐酸，用质量百分比0.2%的氢氧化钠浸泡，转机械加工。
（2）再对活柱筒、活塞和油缸进行机加工镀前处理，先用清水浸泡去氢氧化钠，接着用除油剂浸泡清洗除油，再清水浸泡去除除油剂，然后盐酸浸泡去除铁锈，再次清水浸泡去除盐酸，最后放入pH7.5弱碱水浸泡待镀。
（3）然后进行化学镀，
先配置镀液，每升溶液中硫酸镍18g/L、硫酸钴10g/L、次亚磷酸钠28g/L、纳米Si3N4乳化液6ml/L、乳酸10ml/L、醋酸钠12g/L、柠檬酸钠7g/L、苹果酸钠8g/L、丁二酸7ml/L；用去离子水将以上物质分别进行溶解，然后补加去离子水到1L溶液；
其中纳米Si3N4乳化液由以下步骤制得：
a、固体表面活性剂加入到85℃热水中搅拌使之溶解，制成质量百分比浓度为2%的溶液，然后将溶液与油脂按体积比1：1混合制得基础乳化液A，用液体表面活性剂与油脂按体积比1：1混合制得基础乳化液B；
b、选取网络状粒子直径为30微米的乳化液备用；
c、按每升A或B基础乳化液加入7g/L纳米Si3N4混合、搅拌得到；
调整镀液至PH为4.7，升温至90℃；将待镀的活柱筒、活塞和油缸等工件放入镀液中反应，活柱筒和活塞反应1小时40分，油缸反应2.5小时，取出工件放入70℃热水中浸泡去除镀液，再用35℃清水2次清洗浸泡，毛巾擦干镀后的工件内水分得到。
实施例4
一种表面具有Ni-Co-P纳米Si3N4复合涂层的矿用液压支柱，该矿用液压支柱由顶盖7、三用阀8、活柱筒10、油缸3、复位弹簧11、底座1等组成，所述油缸3上、下端分别装有手把体5和底座1，该油缸3内套装有活柱筒10，该活柱筒10内设置有复位弹簧11，所述活柱筒10上端连接所述顶盖7，该活柱筒10下端连接活塞2，该顶盖7中部设置有三用阀8，该三用阀通过中心管6与活柱筒10内腔连通，所述活柱筒10、活塞2和油缸3经过化学镀镀有Ni-Co-P纳米Si3N4复合涂层，所述活柱筒10、活塞2的镀层厚度为0.03mm；所述油缸3的镀层厚度为0.02mm。所述涂层为Ni-Co-P镀层及该镀层表面所分布视场面积10%的纳米Si3N4组成，纳米Si3N4直径为40~80nm，其中Ni-Co-P镀层成份为：P 4.1wt% Co 26wt% 余量为Ni。
一种表面具有Ni-Co-P纳米Si3N4复合涂层的矿用液压支柱的化学镀方法，按如下步骤进行：
（1）将活柱筒、活塞和油缸毛坯进行去氧化层处理，先用盐酸去除氧化层，再清水除去盐酸，用质量百分比0.2%的氢氧化钠浸泡，转机械加工。
（2）再对活柱筒、活塞和油缸进行机加工镀前处理，先用清水浸泡去氢氧化钠，接着用除油剂浸泡清洗除油，再清水浸泡去除除油剂，然后盐酸浸泡去除铁锈，再次清水浸泡去除盐酸，最后放入pH7.5弱碱水浸泡待镀。
（3）然后进行化学镀，
先配置镀液，每升溶液中硫酸镍20g/L、硫酸钴7g/L、次亚磷酸钠27g/L、纳米Si3N4乳化液2ml/L、乳酸15ml/L、醋酸钠15g/L、柠檬酸钠10g/L、苹果酸钠10g/L、丁二酸5ml/L；用去离子水将以上物质分别进行溶解，然后补加去离子水到1L溶液；
其中纳米Si3N4乳化液由以下步骤制得：
a、固体表面活性剂加入到70℃去离子水中搅拌使之溶解，制成质量百分比浓度为3%的溶液，然后将溶液与油脂按体积比0.5：1混合制得基础乳化液A，用液体表面活性剂与油脂按体积比1：1混合制得基础乳化液B；
b、选取网络状粒子直径为60微米的乳化液备用；
c、按每升A或B基础乳化液加入1g/L纳米Si3N4混合、搅拌得到；
调整镀液至PH为4.8，升温至88℃；将待镀的活柱筒、活塞和油缸等工件放入镀液中反应，活柱筒和活塞反应1小时40分，油缸反应2.5小时，取出工件放入80℃热水中浸泡去除镀液，再用25℃清水2次清洗浸泡，毛巾擦干镀后的工件内水分得到。
Claims (6)
1. 一种表面具有Ni-Co-P纳米Si3N4复合涂层的矿用液压支柱，该矿用液压支柱包括顶盖（7）、三用阀（8）、活柱筒（10）、油缸（3）、复位弹簧（11）、底座（1），所述油缸（3）上、下端分别装有手把体（5）和底座（1），该油缸（3）内套装有活柱筒（10），该活柱筒（10）内设置有复位弹簧（11），所述活柱筒（10）上端连接所述顶盖（7），该活柱筒（10）下端连接活塞（2），该顶盖（7）中部设置有三用阀（8），该三用阀通过中心管（6）与活柱筒（10）内腔连通，其特征在于：所述活柱筒（10）、活塞（2）和油缸（3）经过化学镀镀有Ni-Co-P纳米Si3N4复合涂层，所述涂层为Ni-Co-P镀层及该镀层表面所分布视场面积10～20%的纳米Si3N4组成，其中Ni-Co-P镀层成份为：P 2.5～4.1wt% Co 20～50 wt% 余量为Ni。
2.根据权利要求1所述表面具有Ni-Co-P纳米Si3N4复合涂层的矿用液压支柱，其特征在于：所述纳米Si3N4直径为40～80nm。
3.根据权利要求1或2所述表面具有Ni-Co-P纳米Si3N4复合涂层的矿用液压支柱，其特征在于：所述活柱筒（10）、活塞（2）的镀层厚度为0.03mm；所述油缸（3）的镀层厚度为0.02mm。
4.一种表面具有Ni-Co-P纳米Si3N4复合涂层的矿用液压支柱的化学镀方法，按如下步骤进行：
（1）将活柱筒、活塞和油缸毛坯进行去氧化层处理；
（2）再对活柱筒、活塞和油缸进行机加工镀前处理；
（3）然后进行化学镀，
先配制镀液，每升溶液中硫酸镍15～20g/L、硫酸钴5～15g/L、次亚磷酸钠25～30g/L、纳米Si3N4乳化液2～10ml/L、乳酸5～15ml/L、醋酸钠10～15g/L、柠檬酸钠5～10g/L、苹果酸钠5～10g/L、丁二酸5～10ml/L；用去离子水将以上物质分别进行溶解，然后补加去离子水到1L溶液；
其中纳米Si3N4乳化液由以下步骤制得：
a、固体表面活性剂加入到70～100℃去离子水中搅拌使之溶解，制成质量百分比浓度为1～3%的溶液，然后将溶液与油脂按体积比0.5～2：1混合制得基础乳化液A，用液体表面活性剂与油脂按体积比1：1混合制得基础乳化液B；
b、选取网络状粒子直径为0.7～60微米的乳化液备用；
c、按每升A或B基础乳化液加入1～10g/L纳米Si3N4混合、搅拌得到；
调整镀液至pH为4.6～4.8，升温至88～92℃；将待镀的活柱筒、活塞和油缸工件放入镀液中反应1小时40分～2.5小时，取出工件放入65～80℃热水中浸泡去除镀液，再用25～50℃清水2次清洗浸泡，毛巾擦干镀后工件内的水分得到。
5.根据权利要求4表面具有Ni-Co-P纳米Si3N4复合涂层的矿用液压支柱的化学镀方法，其特征在于：步骤（1）所述活柱筒、活塞和油缸去氧化层处理，先用盐酸去除氧化层，再用清水除去盐酸，用质量百分比0.2%的氢氧化钠浸泡，转机械加工。
6.根据权利要求5表面具有Ni-Co-P纳米Si3N4复合涂层的矿用液压支柱的化学镀方法，其特征在于：步骤（2）所述活柱筒、活塞和油缸进行机加工镀前处理，机加工处理后先用清水浸泡去氢氧化钠，接着用除油剂浸泡清洗除油，再清水浸泡去除除油剂，然后盐酸浸泡去除铁锈，再次清水浸泡去除盐酸，最后放入pH7.5弱碱水浸泡待镀。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20120307 Termination date: 20120917 |