CN102330127A - 输送缸及其制备方法以及包括其的泵送设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种输送缸及其制造方法以及包括其的泵送设备，其中，输送缸的制造方法包括以下步骤：经机加工形成预备缸体；在预备缸体的表面进行第一次电镀，第一次电镀后对镀层进行消氢处理，形成硬度为HRC58～60，厚度为0.15～0.2mm的第一铬层；在第一铬层表面进行第二次电镀，形成硬度为HRC66～68，厚度为0.15～0.2mm的第二铬层，形成输送缸。该方法，通过在缸体内表面电镀厚度和硬度相配合的第一硬铬层和第二硬铬层，提高整个输送缸的抗磨，以及各硬铬层的抗剥落能力，提高输送缸的寿命。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土施工领域，尤其是涉及一种输送缸及其制备方法以及包括其的泵送设备。
背景技术
传统的粘稠物质输送缸，如混凝土输送缸多采用普通碳钢或低合金钢作为缸体基体材料，并在基体材料上直接电镀一定厚度的硬铬层，提高输送缸的耐磨寿命。
这种直接电镀硬铬工艺操作简单，但是具有以下不足之处：1)、作为基体材料的普通碳钢和低合金钢的硬度较低，不足于支撑高硬度电镀层，受高硬度颗粒压迫时发生微变形，导致高硬度电镀层破损；2)、高硬度硬铬层与基体硬度相差较大，其结合面存在较大的应力，导致硬铬层容易出现脱落现象。3)、高硬度的硬铬层较厚，存在较多的微裂纹，在使用过程中，容易在应力作用下裂纹扩展，导致局部硬铬层出现脱落。
硬铬层脱落后，混凝土砂石直接冲刷45号钢基体，输送缸很快被磨损失效。尽管直接电镀硬铬制造的混凝土输送缸能够保证具有一定的寿命，但其镀层的设计和镀层与基体的匹配所存在的问题导致输送缸还是更换较为频繁，造成钢材浪费，设备故障，维修增加等问题。
为了改善传统输送缸上述不足之处，研发人员对输送缸的制备方法作出了大量的研究，其中，包括专利号为200810143572.X的中国专利中所提出的方案。
在专利号为200810143572.X的中国专利中公开了一种输送缸双层铬电镀加工工艺，并具体公开了以下特征：“f.对电镀槽通以15～25A/dm2正向电流120～150分钟，镀20～30微米厚的乳白铬，形成乳白铬层输送缸；g.通过电镀槽冷却系统降低镀液温度至55±2℃；h.在用降梯升电的方法，将电流升至35～45A/dm2，通电420～450分钟，镀280～300微米的硬铬，形成硬铬层输送缸。”通过这种方法所制备的输送缸虽然在一定的程度上提高了耐腐蚀性以及结合力，但其乳白铬硬度偏低，一般硬度为HRC45～55，且厚度仅20～30微米，这不足支撑其外层高硬度的硬铬层；同时高硬度的硬铬层厚度仍然偏厚，达到280～300微米，其厚度越厚，层内应力就越大，导致硬铬层仍然容易脱落。
寻找一种能够制备出表面硬度高、耐磨性好，且使用寿命持久输送缸的方法，势在必行。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种输送缸的制造方法，由该方法所制备的输送缸表面硬度高，耐磨性能好，且使用寿命较长。
为此，在本发明中提供了一种输送缸的制造方法，包括以下步骤：经机加工形成预备缸体；在预备缸体的内表面进行第一次电镀，第一次电镀后对镀层进行消氢处理，形成硬度为HRC58～60的第一铬层，厚度为0.15～0.2mm的；在第一铬层内表面进行第二次电镀，形成硬度为HRC66～68，厚度为0.15～0.2mm的第二铬层，形成输送缸。
进一步地，上述第一次电镀包括以下步骤：将预备缸体放入电镀液中，在温度为65～70℃，以密度为45～50A/dm2的电流正向通电，电镀240～300min，形成预备铬层；对第一铬层进行消氢处理，形成第一铬层。
进一步地，上述消氢处理包括以下步骤：将完成第一次电镀的预备缸体在惰性气氛下，在180～220℃下，保温处理120～180min。
进一步地，上述输送缸的制造方法中，在进行第一次电镀步骤前还包括对预备缸体进行表面活化处理的步骤，表面活化处理的步骤包括：将预备缸体放入温度为65～70℃的电镀液中，待预备缸体与电镀液温度一致后，保持温度为65～70℃，以密度为50～55A/dm2的电流反向通电，对预备缸体进行表面活化，活化时间为30～60s。
进一步地，上述第二次电镀包括以下步骤：将完成第一次电镀的预备缸体放入电镀液中，在温度为50～55℃，以密度为35～45A/dm2的电流正向通电，电镀300～360min，形成第二铬层。
进一步地，当上述第一次电镀过程包括消氢处理步骤时，第二次电镀前进一步包括对第一铬层进行抛光的步骤。
进一步地，在完成第二次电镀后还包括后处理步骤，后处理步骤包括洗净、精磨第二铬层，使表面粗糙度小于等于0.4。
进一步地，上述第一次电镀与第二次电镀过程中使用的电镀液相同，电镀液是由浓度为230～260g/L的CrO3溶液与浓度为2.3～2.8g/L的H2SO4溶液按比例100∶1.12～1.28混合而成。
同时，在本发明中还提供了一种输送缸，其由上述制造方法所制造，包括：缸体；第一铬层，设置在缸体的内表面，厚度为0.15～0.2mm，硬度为HRC58～60；第二铬层，设置在第一铬层的内表面，厚度为0.15～0.2mm，硬度为HRC66～68。
同时，在本发明中还提供了一种泵送设备，该泵送设备上述的输送缸。
本发明的有益效果：
本发明所提供的输送缸的制造方法，通过在缸体内表面电镀厚度和硬度相配合的第一硬铬层和第二硬铬层，提高整个输送缸的抗磨，以及各硬铬层的抗剥落能力，提高输送缸的寿命。
本发明所提供的输送缸的制造方法，通过对第一硬铬层进行消氢处理后，进而提高了第一硬铬层的硬度，使其具有良好的抗剥落能力，并能为第二层硬铬提供良好的支撑；
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
对于本领域技术人员而言，在面对现有技术中输送缸表面硬铬层容易剥落的问题时，为了避免表面硬铬层因结合面内应力过大，而导致表面硬铬层容易剥落，多数采用在缸体表面与硬铬层之间增加过渡层，以降低其之间的内应力。
在背景技术中所提供的专利号为200810143572.X的中国专利中公开了一种输送缸双层铬电镀加工工艺就是这样一种工艺，其通过在缸体表面与硬铬层之间增加一层20～30微米的乳白铬层，以改善缸体表面与硬铬层之间的结合力，这种方法虽然在一定的程度上提高了耐腐蚀性以及结合力，但是其依然存在硬铬层容易脱落的问题。
发明人在长期的研究中发现，在缸体表面通过合理的设计厚度以及硬度，形成两层硬铬层，不但能够适当提高输送缸表面的硬度，而且能够有效降低表面铬层脱落的现象。
在本发明的一种典型的实施方式中，一种输送缸的制造方法，包括以下步骤：经机加工形成预备缸体，机加工包括按规格生产缸体，镗孔、粗磨的步骤；在预备缸体的表面进行第一次电镀，第一次电镀后对镀层进行消氢处理，形成硬度为HRC58～60，厚度为0.15～0.2mm的第一铬层；在第一铬层表面进行第二次电镀，形成硬度为HRC66～68，厚度为0.15～0.2mm的第二铬层，形成输送缸。
在上述实施方式中，该输送缸的制造方法，通过在缸体内表面电镀上述规定厚度与硬度的第一铬层和第二铬层，使得三者之间硬度梯度递增，且降低了二者之间的界面应力。第一铬层硬度为HRC58～60，厚度为0.15～0.2mm，这样厚度和硬度的铬层不仅内应力低，裂纹少，与缸体结合力高，且能够为第二铬层起到底层支持作用，以致可以降低第二铬层的厚度；第二铬层硬度为HRC66～68，厚度均为0.15～0.2mm，这样厚度和硬度的铬层不仅具有抵抗高硬度砂子磨损的能力，且厚度低于常规混凝土输送缸的0.28～0.3mm高硬度铬层，其内应力和裂纹都相对明显减少。这就使得上述方法提高输送缸的抗磨和抗剥落能力，从而提高了输送缸的寿命。
其中粗磨步骤的要求为表面粗糙度为0.8以下，内径比产品小0.6～0.8mm，直线度小于0.5；椭圆度小于0.03。
以下将给出上述输送缸的制造方法中各步骤的具体实施方式，以下具体实施方式仅为了更好地阐述本发明的技术方案，并非用于限制本发明的保护范围。
在一种具体的实施方式中，上述的输送缸的制造方法中，第一次电镀包括以下步骤：将预备缸体放入电镀液中，在温度为65～70℃，正向通电，电流密度为45～50A/dm2，电镀240～300min，第一次电镀后对镀层进行消氢处理，形成第一铬层。通过这种具体的实施方式所制备的第一铬层能够达到硬度为HRC58～60，厚度为0.15～0.2mm的要求。
在电镀铬层中富含有大量的氢原子，这些氢原子固溶在硬铬层，虽然增加了硬铬层的硬度，但是也增加硬铬层的脆性，且氢原子有聚集倾向，当聚集在一起形成氢气的时候，就容易造成硬铬层疏松并形成裂纹。通过消氢处理使得铬层中氢原子或氢分子被排除。尽管这会略微降低铬层的硬度，但会明显增加铬层的韧性，降低层内的内应力，提高与基体的结合强度，并为第二层硬铬提供良好的支撑作用，进而提高了输送缸寿命。
优选地，上述消氢处理包括以下步骤：将完成第一次电镀的预备缸体在惰性气氛下，例如氮气、氩气或者氨分解气氛等，在180～220℃下，保温处理120～180min。在这种工艺参数下，有利于将预备铬层中氢气排出至使得第一铬层的硬度达到HRC58～60的要求。
在本发明一种具体的实施方式中，上述的输送缸的制造方法中，在进行第一次电镀步骤前还包括对预备缸体进行表面活化处理的步骤，表面活化处理的步骤包括：预备缸体放入温度为65～70℃的电镀液中，待预备缸体与电镀液温度一致后，保持温度为65～70℃，以密度为50～55A/dm2的电流反向通电，对预备缸体进行表面活化，活化时间为30～60s。在进行第一次电镀前，对预备缸体的表面进行活化处理，有利于去除预备缸体表面的氧化物，有利于在其表面电镀形成均匀致密的第一铬层，并提高预备缸体表面与第一铬层之间的结合力。
在本发明一种具体的实施方式中，上述的输送缸的制造方法中，将完成第一次电镀的所述预备缸体放入电镀液中，第二次电镀包括以下步骤：在温度为50～55℃，以密度为35～45A/dm2的电流正向通电，电镀300～360min，形成厚度为第二铬层。在这种参数要求下，有利于形成硬度为HRC66～68，厚度为0.15～0.2mm的第二铬层，进而延长所制备的输送缸的使用寿命。
优选地，上述的输送缸的制造方法中，当第一次电镀过程包括消氢处理步骤时，第二次电镀前进一步包括预处理过程，预处理过程包括：对第一铬层进行抛光。抛光处理能够去除第一铬层表面的氧化物以及杂物，以便于在第一铬层的表面电镀形成第二铬层。
在本发明一种具体的实施方式中，上述的输送缸的制造方法中，在完成所述第二次电镀后，还包括后处理步骤，后处理步骤包括洗净、精磨第二铬层的步骤，精磨第二铬层使表面粗糙度小于等于0.4。
优选地，上述第一次电镀与第二次电镀过程中使用的电镀液相同，电镀液是由浓度为230～260g/L的CrO3溶液与浓度为2.3～2.8g/L的H2SO4溶液按比例100∶1.12～1.28混合而成。其中CrO3溶液可以通过将CrO3放入到去离子水中加热至50～60℃形成。
同时，在本发明的一种具体的实施方式中，还提供了一种输送缸，其是由上述制造方法所制造，包括：缸体，第一铬层以及第二铬层。第一铬层设置在缸体的内表面，厚度为0.15～0.2mm，硬度为HRC58～60；第二铬层设置在第一铬层的内表面，厚度为0.15～0.2mm，硬度为HRC66～68。
这种输送缸通过在缸体内表面电镀厚度和硬度相配合的第一硬铬层和第二硬铬层，提高了整个输送缸的抗磨性能，同时提供了各铬层的抗剥落能力，进而延长了输送缸的寿命。
上述输送缸的缸体基材通常采用抗拉强度高于600MPa的钢材料，例如45号钢。本领域技术人员在本发明的基础上有能力选择合适的缸体材料以制备本发明所提供的输送缸。
同时，在本发明中还提供了一种泵送设备，该泵送设备上述的输送缸。这种泵送设备通过采用本发明所提供的输送缸，延长了输送设备的寿命。
以下将结合具体实施例1-3，以及对比例1-2进一步说明通过本发明所提供的输送缸的制造方法所制备的输送缸的有益效果。
实施例1
制备方法如下：
制备预备缸体：按规格制造缸体，镗孔，粗磨至缸体表面粗糙度为0.8，内径比产品小0.6mm，直线度为0.5，椭圆度为0.03。
调制电镀液：电镀液为浓度230g/L的CrO3和浓度为2.3g/L的H2SO4，按照比例100∶1.12混合配制；
电镀前处理：对输送缸进行除油、除锈；
一次电镀前表面活化：将电镀液预热至65℃后将输送缸放置在镀槽中，等输送缸升温至65℃后，进行反向通电活化处理，电流密度为50A/dm2，时间30s；
一次电镀：电流密度为45A/dm2，温度控制在65℃，时间240min，制备出厚度为0.15mm，硬度为HRC62的第一铬层。
消氢处理：将上述表面设有预备铬层的预备缸体至于氮气保护气氛加热炉中，加热温度至180℃，保温时间120min，形成硬度为HRC60的第一铬层。
二次电镀前预处理：将第一铬层的内表面进行抛光，除去表面氧化物及杂物
二次电镀：将电镀液降温至50℃，以电流密度为35A/dm2，正向通电300min，制备出的硬铬层厚度为0.18mm，硬度为HRC68的第二铬层。
修磨与精磨：将电镀好的输送缸从镀槽中取出洗净，并修磨和精磨，使其表面粗糙度≤0.4。
实施例2
制备方法如下：
制备预备缸体：按规格制造缸体，镗孔，粗磨至缸体表面粗糙度为0.8，内径比产品小0.6mm，直线度为0.5，椭圆度为0.03。
调制电镀液：电镀液为浓度260g/L的CrO3和浓度为2.8g/L的H2SO4，按照比例100∶1.28混合配制；
电镀前处理：对输送缸进行除油、除锈；
一次电镀前表面活化：将电镀液预热至70℃后将输送缸放置在镀槽中，等输送缸升温至70℃后，进行反向通电活化处理，电流密度为55A/dm2，时间30s；
一次电镀：电流密度为50A/dm2，温度控制在70℃，时间300min，制备出厚度为0.17mm，硬度为HRC60的第一铬层。
消氢处理：将上述表面设有预备铬层的预备缸体至于氮气保护气氛加热炉中，加热温度至200℃，保温时间160min，形成硬度为HRC58的第一铬层。
二次电镀前预处理：将第一铬层的内表面进行抛光，除去表面氧化物及杂物
二次电镀：将电镀液降温至55℃，以电流密度为45A/dm2，正向通电360min，制备出的硬铬层厚度为0.18mm，硬度为HRC67的第二铬层。
修磨与精磨：将电镀好的输送缸从镀槽中取出洗净，并修磨和精磨，使其表面粗糙度≤0.4。
实施例3
制备方法如下：
制备预备缸体：按规格制造缸体，镗孔，粗磨至缸体表面粗糙度为0.8，内径比产品小0.6mm，直线度为0.5.，椭圆度为0.03。
调制电镀液：电镀液为浓度250g/L的CrO3和浓度为2.5g/L的H2SO4，按照比例100∶1.20混合配制；
电镀前处理：对输送缸进行除油、除锈；
一次电镀前表面活化：将电镀液预热至68℃后将输送缸放置在镀槽中，等输送缸升温至68℃后，进行反向通电活化处理，电流密度为52A/dm2，时间30s；
一次电镀：电流密度为47A/dm2，温度控制在68℃，时间320min，制备出厚度为0.16mm，硬度为HRC61的第一铬层。
消氢处理：将上述表面设有预备铬层的预备缸体至于氮气保护气氛加热炉中，加热温度至220℃，保温时间180min，形成硬度为HRC59的第一铬层。
二次电镀前预处理：将第一铬层的内表面进行抛光，除去表面氧化物及杂物
二次电镀：将电镀液降温至53℃，以电流密度为40A/dm2，正向通电330min，制备出的硬铬层厚度为0.19mm，硬度为HRC67的第二铬层。
修磨与精磨：将电镀好的输送缸从镀槽中取出洗净，并修磨和精磨，使其表面粗糙度≤0.4。
对比例1
制备方法：
制备预备缸体：按规格制造缸体，镗孔，粗磨至缸体表面粗糙度为0.8，内径比产品小0.6mm，直线度为0.5.，椭圆度为0.03。
调制电镀液：电镀液为浓度250g/L的CrO3和浓度为2.5g/L的H2SO4，按照比例100∶1.12混合配制；
电镀前处理：对输送缸进行除油、除锈；
一次电镀前表面活化：将电镀液预热至55℃后将输送缸放置在镀槽中，等输送缸升温至55℃后，进行反向通电活化处理，电流密度为50A/dm2，时间30s；
内表面电镀：电流密度为40A/dm2，温度控制在55℃，时间480min，制备出厚度为0.3mm的硬铬层。
对比例2
制备方法如下：(专利号为：200810143572.X的中国专利中实施例3)
a.配制电镀液，采用220～250g/L的CrO3和浓度为2.3g/L的H2SO4，按照比例100∶1.12混合配制；
b.将配制好的电镀液1倒入电镀槽内；
c.将电镀槽内的电镀液1的温度提高到70℃，形成电镀前镀液2；
d.将干净清洁的输送缸放入电镀槽的电镀液中预热至电镀液的温度，形成待镀输送缸3
e.对电镀槽通入20A/dm2的反向供电，进行反刻除蚀，进一步除掉输送缸表面的杂物，形成洁净待镀输送缸4；
f.对电镀槽按20A/dm2正向通电150分钟，在输送缸表面镀上一层乳白铬，形成乳白铬层输送缸5；
g.在不改变供电电流大小的情况下通过电镀槽冷却系统降低镀液温度至55℃；
h.采用阶梯升电的方法，将电流升至40A/dm2，将电流升至35A/dm2，通电420分钟，堵上一层硬铬，形成硬铬层输送缸6；
i.将镀好的输送缸从电镀槽中取出洗净形成乳白铬、硬铬双层铬输送缸7。
对比例3
制备方法：电镀参数和步骤同对比例2，其中，第一铬层的硬度为HRC50，厚度为0.10mm；第二铬层的硬度为HRC68，厚度为0.30mm。
性能测试
将由实施例1-3以及对比例1-3所制备的输送缸进行耐磨、裂纹率以及使用寿命试验，试验结果列入表1中。
其中，镀层结合力的测试方法根据国标GB/T5270；测试方法弯曲试验测试；衡量标准为根据弯曲所产生的裂纹或剥落的弯曲量。
裂纹率的测试方法为在光学显微镜下观察并计算穿过1毫米长度直线的裂纹条数，衡量标准为穿过1毫米长度直线的裂纹条数越多表明镀层脆性和内应力越大。
使用寿命的测试方法为通过计量泵送混凝土的方量衡量标准为泵送混凝土的方量越多表明寿命越长。
表1
| 镀层结合力 | 裂纹率 | 使用寿命 | |
| 实施例1 | 优秀 | 40～50条/mm | 100500方 |
| 实施例2 | 优秀 | 40～50条/mm | 98400方 |
| 实施例3 | 优秀 | 40～50条/mm | 99200方 |
| 对比例1 | 一般 | 90～100条/mm | 63800方 |
| 对比例2 | 较好 | 60～70条/mm | 76500方 |
| 对比例3 | 较好 | 60～70条/mm | 78400方 |
由表1中数据可以看出，本发明实施例1-3所制备的输送缸的各方面性能明显优于对比例1-3所制备的输送缸。具体如下：
对比例3并不属于现有技术，其仅是为了证明本发明所提供的输送缸的制备方法的有益效果而提出，相对于对比例1和2而言，对比例3与本发明所提供的方案最为相近。由表1中数据可以看出，对比例3所制备的输送缸相对于对比例1和2而言，其各方面性能都有较为优秀的效果。但是与本发明实施例1-3相比，其性能就较差了，由此可见，本发明所提供的输送缸的制备方法中，同时制备两层铬层，以及将两层铬层的硬度以及厚度控制在一定的范围，使得本发明输送缸的制备方法所制备的输送缸性能较好，裂纹率较低，进而延长了输送缸的使用寿命。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种输送缸的制造方法，包括经机加工形成预备缸体的步骤，其特征在于，所述制备方法进一步包括以下步骤：
在所述预备缸体的内表面进行第一次电镀，第一次电镀后对镀层进行消氢处理，形成硬度为HRC58～60，厚度为0.15～0.2mm的第一铬层；
在所述第一铬层内表面进行第二次电镀，形成硬度为HRC66～68，厚度为0.15～0.2mm的第二铬层，形成所述输送缸。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述第一次电镀包括以下步骤：
将所述预备缸体放入电镀液中，在温度为65～70℃、以密度为45～50A/dm2的电流正向通电，以及电镀240～300分钟的条件下，形成预备铬层；
对所述预备铬层进行消氢处理，形成所述第一铬层。
3.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于，所述消氢处理包括以下步骤：
在惰性气氛以及180～220℃的条件下，保温处理120～180分钟。
4.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于，在进行第一次电镀步骤前，还包括对所述预备缸体进行表面活化处理的步骤，所述表面活化处理的步骤包括：
将所述预备缸体放入温度为65～70℃的电镀液中，待所述预备缸体与所述电镀液温度一致后，保持温度为65～70℃，以密度为50～55A/dm2的电流反向通电，对所述预备缸体进行表面活化，活化时间为30～60秒钟。
5.根据权利要求2-4中任一项所述的制造方法，其特征在于，所述第二次电镀包括以下步骤：
将完成第一次电镀的所述预备缸体放入电镀液中，在温度为50～55℃，以密度为35～45A/dm2的电流正向通电，电镀300～360分钟，形成所述第二铬层。
6.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于，在所述第二次电镀前进一步包括对所述第一铬层进行抛光的步骤。
7.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在完成所述第二次电镀后，还包括后处理步骤，
所述后处理步骤包括洗净、精磨所述第二铬层，使表面粗糙度小于等于0.4。
8.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述第一次电镀与第二次电镀过程中使用的电镀液相同，所述电镀液是由浓度为230～260g/L的CrO3溶液与浓度为2.3～2.8g/L的H2SO4溶液按体积比100∶1.12～1.28混合而成。
9.一种输送缸，其特征在于，由权利要求1-8中任一项所述的制造方法所制造，包括：
缸体；
第一铬层，设置在所述缸体的内表面，厚度为0.15～0.2mm，硬度为HRC58～60；
第二铬层，设置在所述第一铬层的内表面，厚度为0.15～0.2mm，硬度为HRC66～68。
10.一种泵送设备，其特征在于，所述泵送设备中包括权利要求9所述的输送缸。
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