CN102703899A - 煤矿井下用液压支架中缸、活柱及活塞杆表面处理工艺 - Google Patents

煤矿井下用液压支架中缸、活柱及活塞杆表面处理工艺 Download PDF

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周志刚
程相榜
李福永
张自强
史玉春
汤利利
孙满春
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Abstract

本发明公开了一种煤矿井下用液压支架中缸、活柱及活塞杆表面处理工艺，包括在工件表面依次进行的激光熔覆工序和镀铬工序，在激光熔覆工序和镀铬工序之间衔接有前处理工序，该前处理工序的步骤为：超声波除油、水洗、阴极电化学除油、一次热水洗、酸浸、水洗、阴极活化、二次热水洗。本发明的优点在于将激光熔覆工艺和电镀工艺相结合，既显著提高了工件表面处理层的耐蚀性，又显著提高了表面处理层的硬度和耐磨性。由于直接熔覆在工件表面的不锈钢层将基体与外部的腐蚀介质隔离，起到了很好的防腐效果；在激光熔覆层上镀铬，不仅满足了工件的硬度和耐磨性要求，而且可以通过调整镀铬层的种类进一步提高工件的耐蚀性能。

Description

煤矿井下用液压支架中缸、活柱及活塞杆表面处理工艺
技术领域
本发明涉及液压支架部分零部件的表面处理，尤其是涉及一种煤矿井下用液压支架中缸、活柱及活塞杆表面处理工艺。
背景技术
    立柱、千斤顶是液压支架的重要部件，是实现液压支架各项功能的关键依托。由于井下环境条件恶劣（表现为酸碱性环境，同时含有Cl-、SO4 2-等离子以及SO2、H2S等腐蚀性气体），为了降低因腐蚀、磨损、外物撞击等引起的立柱、千斤顶失效，延长立柱、千斤顶的使用寿命，对立柱中缸、活柱以及千斤顶的活塞杆进行表面防护处理至关重要。目前常用的表面处理工艺是电镀铜锡合金+硬铬或电镀乳白铬+硬铬，镀层总厚度0.05-0.09mm不等，由于这些镀层均为阴极性镀层，只有将腐蚀介质与基体完全隔离才能避免基体腐蚀，同时鉴于镀层本身的缺陷（孔隙、裂纹）以及镀层厚度的限制，立柱、千斤顶在井下的使用寿命通常只有两年左右，如果环境极度恶劣时寿命则更短。如果使用激光熔覆技术，在中缸、活柱及活塞杆表面熔覆一层不锈钢，则可以很好的解决中缸、活柱及活塞杆的防腐问题，大幅度提高其使用寿命，但不锈钢层的硬度较低（约HV150-400），耐磨性差，容易在外物撞击下产生划痕、磕碰，严重影响了液压系统的密封性和稳定性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种煤矿井下用液压支架中缸、活柱及活塞杆表面处理工艺，经处理过的零部件既能满足耐蚀性又明显提高了硬度和耐磨性。
为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：
本发明所述的煤矿井下用液压支架中缸、活柱及活塞杆表面处理工艺，包括在工件表面依次进行的激光熔覆工序和镀铬工序，其特征在于：所述激光熔覆工序和镀铬工序之间衔接有前处理工序，所述前处理工序的步骤为：超声波除油                                                
Figure 2012102085772100002DEST_PATH_IMAGE001
水洗
Figure 404568DEST_PATH_IMAGE001
阴极电化学除油一次热水洗
Figure 288396DEST_PATH_IMAGE001
酸浸
Figure 745922DEST_PATH_IMAGE001
水洗阴极活化二次热水洗。
所述酸浸步骤是将工件浸入浓度10-30%的HCl溶液中，室温下处理30-60s；所述阴极活化步骤是将工件放入浓度5-50% 的H2SO4溶液中，室温通电1.0-2.5A/dm2，处理1-5min；所述二次热水洗是将工件放入60-65℃，pH2.5-3.5的酸性水中清洗。
所述激光熔覆层的材质为奥氏体不锈钢。
所述镀铬工序处理时为小电流阶梯供电，第一次供电时控制电压在3V左右，保持5min，随后分3次提升电流至正常镀铬电流，每次保持3min。由于奥氏体不锈钢中含有大量的Cr、Ni、Mo等合金元素，即使表面氧化膜去除也可迅速生成，导致镀层结合力差。利用六价铬镀铬工艺的特征，小电流电镀时，阴极表面只析氢，而不发生铬的沉积。产生的氢原子有很强的还原作用，可以把氧化膜还原为金属而保证镀层的结合力。
本发明的优点在于将激光熔覆工艺和电镀工艺相结合，既显著提高了工件表面处理层的耐蚀性，又显著提高了表面处理层的硬度和耐磨性。激光熔覆层的材质为奥氏体不锈钢，可以根据腐蚀环境的不同，调整工件激光熔覆层的厚度，一般要求工件经精加工后单边激光熔覆层的厚度在0.6±0.4mm以上；镀铬层一般为硬铬层、乳白铬层或乳白铬+硬铬层。
本发明的效果主要体现在：
1、直接熔覆在工件表面的不锈钢层将基体与外部的腐蚀介质隔离，由于激光熔覆不锈钢层的结构致密，耐均匀腐蚀和局部腐蚀性能优异，起到了很好的防腐效果；
2、在激光熔覆层上镀铬，不仅满足了工件的硬度和耐磨性要求，而且可以通过调整镀铬层的种类进一步提高工件的耐蚀性能。
附图说明
图1是液压支架活柱采用本发明工艺处理后的结构示意图。
图2是图1的A部放大图。
图3是液压支架活塞杆采用本发明工艺处理后的结构示意图。
图4是图3的I部放大图。
图5是实施例1 CASS 450h试验结果图片。
具体实施方式
实施例1：
如图1、2所示，本发明所述的煤矿井下用液压支架活柱的表面处理工艺，包括激光熔覆工序、前处理工序和镀铬工序；
一、激光熔覆工序
按常规机加工方法对活柱1进行调质、焊接、粗车、半精车、精车后，使活柱的表面粗糙度达到Ra3.2，预留激光熔覆层和镀铬层余量；
按常规方法在活柱1表面激光熔覆不锈钢层2，不锈钢材质为奥氏体不锈钢，激光熔覆层的厚度要保证活柱1在精加工后单边厚度1.0mm；
对活柱1的激光熔覆层2进行精车，将活柱右端的倒角活柱中部的砂轮越程槽车出，精磨、抛光。
二、前处理工序
将上述经激光熔覆处理后的活柱1依次按下述步骤进行处理：①超声波除油,去除活柱1表面的油污；②水洗，用水清除活柱1表面附着物及溶液；③阴极电化学除油，将工件处于阴极，利用阴极析氢产生起泡的冲击作用去除工件表面油污；④热水洗，温度60-65℃，去除工件表面的泡沫及溶液；⑤酸浸，将活柱1放入浓度15%的HCl溶液中，室温处理60s，清除活柱1表面的氧化膜；⑥水洗，清除活柱1表面的酸液；⑦阴极活化，将活柱1浸入20% 的H2SO4溶液中，室温，通电1.5A/dm2，5min，利用阴极析氢去除工件表面的氧化膜；⑧热水洗，用PH 2.5的酸性水，60-65℃，清洗氧化膜，同时由于是酸性环境可降低氧化膜再生的机率，热水洗后尽快入槽电镀。
三、镀铬工序
在经前处理工序处理后的活柱1上进行镀铬，镀铬层3为乳白铬+硬铬；其中乳白铬厚度为0.04-0.06mm，硬铬厚度为0.03mm；
镀铬后对活柱进行抛光，完成活柱表面的处理。
为保证镀铬效果，镀铬时采用小电流阶梯供电：第一次供电时控制电压在3V左右，保持5min，随后分3次提升电流至正常镀铬电流，每次保持3min。电流提升至正常值后，按正常工艺镀铬。
按照本发明方法处理后的活柱，按照ASTM B368铜加速乙酸盐雾 (CASS) 试验条件450h不发生任何腐蚀。附图5是按照激光熔覆和激光熔覆+镀铬工件 CASS试验450h的结果图片，左边二个为纯激光熔覆工件，右边两个为激光熔覆+镀铬工件。可以看出纯激光熔覆工件有红绣产生，意味着才产生腐蚀，而激光熔覆+镀铬工件没有任何红绣产生。
实施例2
如图3、4所示，本发明所述的煤矿井下用液压支架活塞杆的表面处理工艺，包括激光熔覆工序、前处理工序和镀铬工序；
一、激光熔覆工序
按常规机加工方法对活塞杆4进行调质、粗车、半精车、精车后，使活塞杆4的表面粗糙度达到Ra6.4，预留激光熔覆层和镀铬层余量；
按常规方法在活塞杆4表面激光熔覆不锈钢层5，不锈钢材质为奥氏体不锈钢，激光熔覆层5的厚度要保证活柱在精加工后单边厚度0.2mm；
对活塞杆4的激光熔覆层5进行精车，将活塞杆4镀铬区两端平齐、倒角车出，精磨、抛光。
二、前处理工序
将上述经激光熔覆处理后的活塞杆4依次按下述步骤进行处理：①超声波除油,去除活塞杆4表面的油污；②水洗，用水清除活塞杆4表面附着物及溶液；③阴极电化学除油，将工件处于阴极，利用阴极析氢产生起泡的冲击作用去除工件表面油污；④热水洗，温度60-65℃，去除工件表面的泡沫及溶液；⑤酸浸，将活塞杆4放入浓度20%的HCl溶液中，室温处理60s，清除活塞杆4表面的氧化膜；⑥水洗，清除活塞杆4表面的酸液；⑦阴极活化，将活塞杆4浸入15% 的H2SO4溶液中，室温，通电2A/dm2，3min，利用阴极析氢去除工件表面的氧化膜；⑧热水洗，用pH 3的酸性水，60-65℃，清洗氧化膜，同时由于是酸性环境可降低氧化膜再生的机率，热水洗后尽快入槽电镀。
三、镀铬工序
在经前处理工序处理后的活塞杆4上进行镀铬，镀铬层3为硬铬，厚度为0.03mm；
镀铬后对活塞杆4进行抛光，完成活塞杆4表面的处理。
为保证镀铬效果，镀铬时采用小电流阶梯供电：第一次供电时控制电压在3V左右，保持5min，随后分3次提升电流至正常镀铬电流，每次保持3min。电流提升至正常值后，按正常工艺镀铬。
按照本发明方法处理后的活塞杆4，在井下使用2年仍未发生任何腐蚀。

Claims (4)

1.一种煤矿井下用液压支架中缸、活柱及活塞杆表面处理工艺，包括在工件表面依次进行的激光熔覆工序和镀铬工序，其特征在于：所述激光熔覆工序和镀铬工序之间衔接有前处理工序，所述前处理工序的步骤为：超声波除油                                                
Figure 690257DEST_PATH_IMAGE001
水洗
Figure 951474DEST_PATH_IMAGE001
阴极电化学除油
Figure 433402DEST_PATH_IMAGE001
一次热水洗
Figure 426766DEST_PATH_IMAGE001
酸浸
Figure 243412DEST_PATH_IMAGE001
水洗
Figure 354325DEST_PATH_IMAGE001
阴极活化
Figure 690760DEST_PATH_IMAGE001
二次热水洗。
2.根据权利要求1所述的煤矿井下用液压支架中缸、活柱及活塞杆表面处理工艺，其特征在于：所述酸浸步骤为将工件浸入浓度10-30%的HCl溶液中，室温下处理30-60s；所述阴极活化步骤为将工件放入浓度5-50% 的H2SO4溶液中，室温通电1.0-2.5A/dm2，处理1-5min；所述二次热水洗是将工件放入60-65℃，pH2.5-3.5的酸性水中清洗。
3.根据权利要求1或2所述的煤矿井下用液压支架中缸、活柱及活塞杆表面处理工艺，其特征在于：所述激光熔覆层的材质为奥氏体不锈钢。
4.根据权利要求1或2所述的煤矿井下用液压支架中缸、活柱及活塞杆表面处理工艺，其特征在于：所述镀铬工序处理时为小电流阶梯供电。
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