CN103008873B - 提高矿用绞龙叶片钢表面性能的方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种提高矿用绞龙叶片钢表面性能的方法及装置，其特征是所述的方法以下步骤：首先，利用电极在矿用绞龙叶片钢表面形成储粉小孔；其次，通过送粉机构向储粉小孔中送入纳米混合粉末；第三，利用搅拌摩擦焊对储粉小孔中的纳米混合粉末进行搅拌摩擦焊接。所述的装置包括送粉机构（1）、储粉机构（2）、电极机构（3）和夹持机构（4），送粉机构（1）、储粉结构（2）、和电极机构（3）通过夹持机构（4）固定成一体；通过本发明加工的钢材制备的绞龙叶片的耐磨性和耐腐蚀得到明显提高，表面硬度提高40%以上，耐腐蚀提高5倍以上，使用寿命为原先未经处理的钢材制备的绞龙叶片使用寿命的2~3倍。

Description

提高矿用绞龙叶片钢表面性能的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种材料处理方法及装置，尤其是一种提高钢材表面耐磨和耐腐蚀性能的方法及装置，具体地说是一种提高矿用绞龙叶片钢表面性能的方法及装置。

背景技术

    目前，随着港口业务的增多，特别是煤炭行业的快速发展更加带动煤港的发展。港口的年吞吐量逐渐增加，给港口设备也带来了严重考验。绞龙是帮助将火车箱里的煤炭卸出的重要设备部件，而绞龙上重要的零件就是绞龙叶片，它不仅承受煤炭的阻力，还有煤炭的腐蚀和挤压的煤炭对其摩擦磨损等，作为港口设备中，每年要花几十万甚至几百万的费用投入绞龙制作中，这主要原因是目前市场上绞龙的耐磨性和耐腐蚀性较差，工作时间不长就磨损腐蚀了。目前也有很多技术投入到绞龙叶片的研究中，但使用效果并不佳。

发明内容

本发明的目的是针对现有的矿用绞龙叶片用钢材的耐磨和耐腐蚀性能差，使用成本高的问题，发明一种提高矿用绞龙叶片钢表面性能的方法及装置。

本发明的技术方案之一是：

一种提高矿用绞龙叶片钢表面性能的方法，其特征是它包括以下步骤：

    首先，利用电极在矿用绞龙叶片钢表面形成储粉小孔；

其次，通过送粉机构向储粉小孔中送入纳米混合粉末，该纳米混合粉末由基材、硅、锰、磷、硫、钴、铬、铂、铑、钌、铱、钒、钨、钛和微量元素（如二氧化铈、二氧化镧等）组成，各组分的质量百分比为：硅0.5~2%、锰1~3%、磷0.5~1%、硫0.5~1%、钴1~3%、铬1~3%、铂0.5~1.5%、铑0.5~1%、钌0.5~1%、铱0.5~1%、钒1~3%、钨0.5~1%、钛1~2%，微量元素0.5~1%，其余为与叶片材料相同的基材；

第三，利用搅拌摩擦焊对储粉小孔中的纳米混合粉末进行搅拌摩擦焊接，使纳米混合粉末与矿用绞龙叶片钢结合从而提高矿用绞龙叶片钢表面的耐磨性和耐腐蚀性。

 所述的电极形状为圆形、方形或椭圆形，电极为圆形时直径在1~2mm，方形时边长为1~2mm，椭圆形时长轴1~2mm、短轴0.5~1mm。

所述的储粉小孔的深度为2~5mm，直径或边长小于2毫米。

所述的搅拌摩擦加工的搅拌头为平头结构，其头部呈内凹状，内凹陷部位的表面呈蜘蛛网式或田字格式，内凹陷面的最高点与搅拌头顶端距离为h=0~5mm，凹陷角a=2~10°。

本发明的技术方案之二是：

一种提高矿用绞龙叶片钢表面性能的装置，其特征是它包括送粉机构1、储粉机构2、电极机构3和夹持机构4，送粉机构1、储粉结构2和电极机构3通过夹持机构4固定成一体；

    所述的送粉机构1由伸缩装置1-1、送粉工作台1-2和顶针1-3组成；顶针1-3安装在送粉工作台1-2下方；

所述的储粉机构2由粉末进口2-1、加压装置2-2、储粉盒2-3、左粉刷2-4、右粉刷2-5和漏斗2-6组成；粉末从粉末进口2-1进入储粉机构2并通过加压装置2-2将粉末加入储粉盒2-3中，再通过左粉刷2-4和右粉刷2-5的来回移动将储粉盒2-3中粉末扫入漏斗2-6中，漏斗2-6均匀布置安装在储粉盒2-3的底部。

所述的电极结构3由左电极平台3-1、右电极平台3-2、导线3-3、脉冲电源3-4和电极3-5组成；当需要在矿用绞龙叶片钢表面上打孔时，左电极平台3-1和右电极平台3-2拼接在一起，电极3-5朝下，脉冲电源3-4通过导线3-3通电加工出所需的储粉小孔；当需要在储粉小孔中加入粉末时，则打开左电极平台3-1和右电极平台3-2，使其与储粉盒2平齐，利用伸缩装置1-1来回运动，不断的将顶针1-3送入漏斗2-6中，打开漏斗2-6的出口端，将漏斗2-6的出粉口对准储粉小孔，从而将纳米混合粉末送入储粉小孔中；

所述的夹持机构4由前夹持结构4-1和后夹持结构4-2组成，它通过电磁特性控制，前夹持结构4-1由三段组成，分别为前送粉夹持器4-1-1、前储粉夹持器4-1-2和前电极夹持器4-1-3，后夹持结构4-2也由三段组成，分别为后送粉夹持器4-2-1、后储粉夹持器4-2-2和后电极夹持器4-2-3；前送粉夹持器4-1-1和后送粉夹持器4-2-1共同夹持粉工作台1，前储粉夹持器4-1-2和后储粉夹持器4-2-2共同夹持储粉盒2，前电极夹持器4-1-3和后电极夹持器4-2-3共同夹持电极平台3；当前夹持结构4-1和后夹持结构4-2通电时产生磁性，夹持送粉工作台1、储粉盒2和电极平台3，当前夹持结构4-1和后夹持结构4-2断电时，则松开夹持。

所述的顶针1-3为圆锥形结构。

所述的漏斗2-6结构为三层叠加形式，其结构为圆台形。

所述的电极形状为圆形、方形或椭圆形，电极为圆形时直径在1~2mm，方形时边长为1~2mm，椭圆形时长轴1~2mm、短轴0.5~1mm。

本发明的有益效果：

通过本发明加工的钢材制备的绞龙叶片的耐磨性和耐腐蚀得到明显提高，表面硬度提高40%以上，耐腐蚀提高5倍以上，使用寿命为原先未经处理的钢材制备的绞龙叶片使用寿命的2~3倍。

本发明具体加工过程操作方便，前面打孔、送粉均是自动完成，明显降低了劳动力，后面搅拌焊接加工本身就是自动化实现的，这在实际加工中能节约大量人力和物力，提高加工速度，大大降低生产成本，而对绞龙使用单位成本也是很大降低。因此本发明具有很强的实用性能。

附图说明

图1是本发明的提高钢材表面性能的装置打孔时的装配结构示意图。

图2是本发明的装置送粉时的装配结构图。

图3是本发明的图1的分解结构示意图。

图4 是本发明的搅拌摩擦加工用搅拌头的结构图。

图4a）是本发明使用的搅拌头的外形结构示意图。

图4b）是本发明使用的搅拌头内凹结构的表面示意图之一。

图4c）是本发明使用的搅拌头内凹结构的表面示意图之二。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

    如图1-4所示。

一种提高矿用绞龙叶片钢表面性能的装置，其主要包括送粉机构1、储粉机构2、电极机构3和夹持机构4。工作时，通过夹持机构4将送粉机构1、储粉结构2、电极机构3固定。

送粉机构1由伸缩装置1-1、送粉工作台1-2和顶针1-3组成。顶针1-3安装在送粉工作台1-2下方，顶针1-3结构为圆锥形。

储粉机构2由粉末进口2-1、加压装置2-2、储粉盒2-3、粉刷2-4、粉刷2-5、漏斗2-6组成。粉末进口1进入粉末，通过加压装置2-2将粉末加入储粉盒2-3中，再通过粉刷2-4和粉刷2-5来回移动将储粉盒2-3中粉末扫入漏斗2-6中，漏斗2-6结构为三层叠加形式，其结构为圆台形。漏斗2-6在储粉盒2-3底部均匀布置，其数量视储粉盒2-3大小而定。

电极结构3由电极平台3-1、电极平台3-2、导线3-3、脉冲电源3-4和电极3-5组成。当需要在工件上打孔时，电极平台3-1和电极平台3-2拼接在一起，电极3-5朝下，脉冲电源3-4通过导线3-3通电就可以加工出所需的小孔；当需要在工件小孔加入粉末时，则打开电极平台3-1和电极平台3-2，使其与储粉盒2平齐，利用伸缩装置1-1来回运动，不断的将顶针1-3送入漏斗2-6中，打开漏斗2-6的三层，同时将漏斗2-6对准先前打的小孔，将粉末送入小孔。

夹持机构4由夹持结构4-1和夹持结构4-2组成，其通过电磁特性控制，每个夹持机构分别由三段组成，分别为夹持器4-1-1、夹持器4-1-2、夹持器4-1-3、夹持器4-2-1、夹持器4-2-2和夹持器4-2-3。夹持器4-1-1夹持器4-2-1共同夹持粉工作台1，夹持器4-1-2和夹持器4-2-2共同夹持储粉盒2，夹持器4-1-3和夹持器4-2-3共同夹持电极平台3。当夹持结构4-1和夹持结构4-2通电时产生磁性，夹持送粉工作台1、储粉盒2和电极平台3，当夹持结构4-1和夹持结构4-2断电时，松开夹持。

如图3所示。顶针1-3、漏斗2-6和电极3-5数量和对应位置均相同，电极3-5形状可以是圆形、方形和椭圆形等形状，根据具体需要可以制作成不同的形状。电极3-5为圆形时直径在1~2mm，方形边长为1~2mm，椭圆形长轴1~2mm、短轴0.5~1mm。打孔深度2~5mm。

如图4所示。本发明所使用的搅拌摩擦加工用的搅拌头5为平头结构（图4a），其头部为凹陷形状，凹陷部位的形状为蜘蛛网式5-1(图4b)或田字格式5-2（图4c）。凹陷形状最高点与搅拌平头顶端距离为h=0~5mm，凹陷角a=2~10°。

本发明的提高矿用绞龙叶片钢表面性能的方法如下：

首先，将待加工矿用绞龙叶片的钢材安放在工作台上，将电极平台3-1和电极平台3-2合拢，送粉工作平台1-2与储粉盒2-3分开，利用加压装置2-2将从粉末进口2-1进入的配置纳米粉末挤入储粉盒2-3中，再利用粉刷2-4和粉刷2-5将粉末扫入漏斗2-6中。通过夹持器4-1-1、夹持器4-1-2、夹持器4-1-3、夹持器4-2-1、夹持器4-2-2和夹持器4-2-3夹持，如图1所示。搞通脉冲电源3-4，在钢材表面打孔形成储粉小孔，储粉小孔的深度为2~5mm，直径或边长小于2毫米；电极形状可为圆形、方形或椭圆形，电极为圆形时直径在1~2mm，方形时边长为1~2mm，椭圆形时长轴1~2mm、短轴0.5~1mm。

当孔打好后，断开脉冲电源3-4，松开夹持器4-1-3和夹持器4-2-3，使电极平台3-1和电极平台3-2分开，这时夹持器4-1-1和4-2-1松开，送粉工作台1-2在伸缩装置1-1的作用下上下移动，通过顶针1-3将漏斗2-6打开并深入到打好的储粉小孔中，且顶针不断的移动将粉末送入漏斗2-6中，最后流入打好的储粉小孔中。向储粉小孔中送入的纳米混合粉末由基材、硅、锰、磷、硫、钴、铬、铂、铑、钌、铱、钒、钨、钛和微量元素（如二氧化铈、二氧化镧等）组成，各组分的质量百分比为：硅0.5~2%、锰1~3%、磷0.5~1%、硫0.5~1%、钴1~3%、铬1~3%、铂0.5~1.5%、铑0.5~1%、钌0.5~1%、铱0.5~1%、钒1~3%、钨0.5~1%、钛1~2%，微量元素0.5~1%，其余为利用与叶片材料相同的原料制备加工成粉末状的基材；

最后将储粉小孔中均装有混合纳米粉末的钢板安放到搅拌摩擦设备上，装上设计好的搅拌头进行搅拌摩擦加工，搅拌头可采用平头结构（图4a），其头部呈内凹状，内凹陷部位的表面呈蜘蛛网式(图4b)或田字格式（图4c），内凹陷面的最高点与搅拌头顶端距离为h=0~5mm，凹陷角a=2~10°。最终获得加工绞龙叶片所需的耐磨性及耐腐蚀性均有很大提高的钢质板材。

以绞龙每天工作时间为10小时为例，通过实践检验，普通绞龙叶片使用时间在2个月时间，而通过本发明制造的绞龙叶片使用时间可以达到6个月左右，这明显提高了绞龙使用率。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (8)

1.一种提高矿用绞龙叶片钢表面性能的方法，其特征是它包括以下步骤：

    首先，利用电极在矿用绞龙叶片钢表面形成储粉小孔；

其次，通过送粉机构向储粉小孔中送入纳米混合粉末，该纳米混合粉末由基材、硅、锰、磷、硫、钴、铬、铂、铑、钌、铱、钒、钨、钛和微量元素组成，各组分的质量百分比为：硅0.5~2%、锰1~3%、磷0.5~1%、硫0.5~1%、钴1~3%、铬1~3%、铂0.5~1.5%、铑0.5~1%、钌0.5~1%、铱0.5~1%、钒1~3%、钨0.5~1%、钛1~2%，微量元素0.5~1%，其余为基材；

第三，利用搅拌摩擦焊对储粉小孔中的纳米混合粉末进行搅拌摩擦焊接，使纳米混合粉末与矿用绞龙叶片钢结合从而提高矿用绞龙叶片钢表面的耐磨性和耐腐蚀性。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的电极形状为圆形、方形或椭圆形，电极为圆形时直径在1~2mm，方形时边长为1~2mm，椭圆形时长轴1~2mm、短轴0.5~1mm。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的储粉小孔的深度为2~5mm，直径或边长小于2毫米。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的搅拌摩擦加工的搅拌头为平头结构，其头部呈内凹状，内凹陷部位的表面呈蜘蛛网式或田字格式，内凹陷面的最高点与搅拌头顶端距离为h=0~5mm，凹陷角a=2~10°。

5.一种提高矿用绞龙叶片钢表面性能的装置，其特征是它包括送粉机构（1）、储粉机构（2）、电极机构（3）和夹持机构（4），送粉机构（1）、储粉结构（2）和电极机构（3）通过夹持机构（4）固定成一体；

    所述的送粉机构（1）由伸缩装置（1-1）、送粉工作台（1-2）和顶针（1-3）组成；顶针（1-3）安装在送粉工作台（1-2）下方；

所述的储粉机构（2）由粉末进口（2-1）、加压装置（2-2）、储粉盒（2-3）、左粉刷（2-4）、右粉刷（2-5）和漏斗（2-6）组成；粉末从粉末进口（2-1）进入储粉机构（2）并通过加压装置（2-2）将粉末加入储粉盒（2-3）中，再通过左粉刷（2-4）和右粉刷（2-5）的来回移动将储粉盒（2-3）中粉末扫入漏斗（2-6）中，漏斗（2-6）均匀布置安装在储粉盒（2-3）的底部；

所述的电极结构（3）由左电极平台（3-1）、右电极平台（3-2）、导线（3-3）、脉冲电源（3-4）和电极（3-5）组成；当需要在矿用绞龙叶片钢表面上打孔时，左电极平台（3-1）和右电极平台（3-2）拼接在一起，电极（3-5）朝下，脉冲电源（3-4）通过导线（3-3）通电加工出所需的储粉小孔；当需要在储粉小孔中加入粉末时，则打开左电极平台（3-1）和右电极平台（3-2），使其与储粉盒（2）平齐，利用伸缩装置（1-1）来回运动，不断的将顶针（1-3）送入漏斗（2-6）中，打开漏斗（2-6）的出口端，将漏斗（2-6）的出粉口对准储粉小孔，从而将纳米混合粉末送入储粉小孔中；

所述的夹持机构（4）由前夹持结构（4-1）和后夹持结构（4-2）组成，它通过电磁特性控制，前夹持结构（4-1）由三段组成，分别为前送粉夹持器（4-1-1）、前储粉夹持器（4-1-2）和前电极夹持器（4-1-3），后夹持结构（4-2）也由三段组成，分别为后送粉夹持器（4-2-1）、后储粉夹持器（4-2-2）和后电极夹持器（4-2-3）；前送粉夹持器（4-1-1）和后送粉夹持器（4-2-1）共同夹持粉工作台（1），前储粉夹持器（4-1-2）和后储粉夹持器（4-2-2）共同夹持储粉盒（2），前电极夹持器（4-1-3）和后电极夹持器（4-2-3）共同夹持电极平台（3）；当前夹持结构（4-1）和后夹持结构（4-2）通电时产生磁性，夹持送粉工作台（1）、储粉盒（2）和电极平台（3），当前夹持结构（4-1）和后夹持结构（4-2）断电时，则松开夹持。

6.根据权利要求5所述的机构，其特征是所述的顶针（1-3）为圆锥形结构。

7.根据权利要求5所述的机构，其特征是所述的漏斗（2-6）结构为三层叠加形式，其结构为圆台形。

8.根据权利要求5所述的机构，其特征是所述的电极形状为圆形、方形或椭圆形，电极为圆形时直径在1~2mm，方形时边长为1~2mm，椭圆形时长轴1~2mm、短轴0.5~1mm。