CN103343613B - 一种渗铝钢扣件式脚手架钢管及制备方法 - Google Patents

Abstract

一种渗铝钢扣件式脚手架钢管，包括脚手架钢管，脚手架钢管从内到外分为基体层、铁铝合金层和铝层，所述的铁铝合金层厚度为14-29μm，纯铝层厚度为15-100μm。一种制备上述的渗铝钢扣件式脚手架钢管的方法，包括以下步骤：以普通无缝或有缝钢管作为工件；将工件烘烧除油；酸洗除锈；水洗；表面活化；助渗；烘干；感应快速渗铝。通过上述步骤得到表面渗铝的脚手架钢管。本发明不仅可以保证渗铝钢扣件式脚手架钢管的机械性能，而且使其具有优异耐腐蚀性能，使用寿命长，降低脚手架钢管的使用成本。

Description

一种渗铝钢扣件式脚手架钢管及制备方法

技术领域

本发明涉及脚手架钢管领域，特别是一种渗铝钢扣件式脚手架钢管及制备方法，适用于固定建筑物（建筑、采矿）施工的扣件式脚手架钢管，主要作为建筑物的施工辅助用具，例如扣件式钢管脚手架的立杆、水平杆、扫地杆、连墙杆等。

背景技术

脚手架是指施工现场为方便工人操作并解决垂直和水平运输而搭设的各种支架，通常用在外墙、内部装修、高度较高无法直接施工的地方。

常见的脚手架种类包括扣件式、门式、碗扣式、扣盘式。其中门式脚手架是由于主架呈“门”字型而得名，主要组成部分包括主框、横框、交叉斜撑、脚手板、可调底座等，门式脚手架具有拆装简单、承载性能好、使用安全可靠、经济效益好等优点，在国外的脚手架市场获得了大规模的应用。但在国内引进脚手架时，各厂的产品规格不同，质量标准不一致，给施工单位使用和管理的工作带来了困难，同时由于有些工厂采用的钢管材质和规格不符合设计要求，门架刚度小，重量大，运输和使用中易变形，加工精度差，使用寿命短，再加上针对门式脚手架没有相关的国家标准和行业标准，严重阻碍了门式脚手架在国内的应用。

碗扣式脚手架，采用带齿碗扣接头，具有拼拆迅速、省力，结构稳定可靠，承载力大，易于管理和运输等优点。其中碗扣式节点处的杆件均为轴向传力，使脚手架整体在三维空间的结构强度增加，整体稳定性好，具有可靠的自锁性能；碗扣式脚手架各构件尺寸统一，搭设的脚手架具有规范化、标准化的特点，且碗扣与杆件为一整体，避免了散件的丢失磨损等费用，有利于现场管理。但碗扣式脚手架也有其固有的缺陷，横杆为特定尺寸的定型杆，使构架尺寸受到限制，不能在复杂施工环境中灵活运用，同时价格也较为昂贵，因此使用受到了限制。

扣盘式脚手架，是碗扣式脚手架之后的升级换代产品，它采用扣盘作为连接件，Q235钢管作为主构件，立杆是在一定长度的钢管上间隔0.6m焊接一个扣盘，横杆是在钢管两端焊接带插销的卡钳而成。其具有拼拆速度快，整体稳定强度大，接头具有互锁作用，安全可靠。但扣盘式脚手架制作过程相对复杂，需要较高的加工工艺和焊接水平，因此价格居高不下，应用只局限在经济发达地区。

扣件式脚手架，主要由扣件、钢管、底座和垫板组成。扣件式脚手架具有装拆方便，搭设灵活的优点，扣件安放位置不同就可以适应不同空间规格的施工环境；另外扣件式脚手架加工简单，一次性投资费用较低，因而在国内获得了最大规模的应用，占据着国内70%以上的市场，并具有较大的发展空间。扣件式脚手架中最重要和用量最大的部分为脚手架钢管，可以作为立杆、水平杆、扫地杆、连墙杆等，有着举足轻重的作用。目前国内市场上的扣件式脚手架钢管普遍采用Q235普通钢管，防锈能力较差，而脚手架钢管长期暴露于空气和雨水环境中，锈蚀非常厉害，已严重影响到脚手架钢管的强度，国内多起建筑脚手架倒塌事故均起因于脚手架钢管的锈蚀没有得到及时发现和防止。

目前市场上常用的脚手架防锈方法是每次施工完成，拆卸入库时进行校直和喷涂防锈漆，浪费工时且防锈漆喷涂成本较高。另外由于工人在放置脚手架钢管时多采用扔抛等动作，极少会轻拿轻放，因此防锈漆在碰撞中极易脱落而起不到防锈作用。同时喷涂防锈漆带来了防滑能力下降的缺陷，而扣件式脚手架的稳定性强烈依赖于扣件与钢管壁的摩擦力，防锈漆表面粗糙度较小，为达到相同的稳定性，需要更大的拧紧力，引起脚手架钢管的变形，带来安全隐患。

基于以上分析可知，目前市场急需一种防腐蚀、耐磨损、耐碰撞、摩擦系数大的扣件式脚手架钢管。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种渗铝钢扣件式脚手架钢管，可以以普通钢管为原材料，通过热浸渗铝的工艺，在钢管表面形成铁铝合金层和纯铝层，增加了强度、防锈能力和摩擦系数；同时覆盖纯铝层的脚手架钢管在扔抛过程中的碰撞也不会引起纯铝层的脱落，即使在纯铝层形成划痕，也不影响其防锈和保护内部钢管的作用。

进一步的，本发明的产品在确保耐腐蚀性能的同时，且表面层的韧性增强，消除传统扩散渗铝层的表面脆性区，提高抗热冲击性及热疲劳性。

本发明的另一目的是提供一种制备方法，可以有效控制渗铝层的厚度，实现热浸扩散渗铝一步到位法，缩短整个工艺制备时间，进一步提高产量。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种渗铝钢扣件式脚手架钢管，包括脚手架钢管，脚手架钢管从内到外分为基体层、铁铝合金层和铝层，所述的铁铝合金层厚度为14-29μm，纯铝层厚度为15-100μm 。

所述的铁铝合金层和铝层由脚手架钢管经酸洗除锈、表面活化、助渗后浸入以感应方式加热至温度为680~700℃的铝液中，浸渗时间为2~3min 后得到；

脚手架钢管产品的伸长率可达29-38%。

所述的铁铝合金层厚度为15~20μm。

所述的铝层之外还形成氧化铝膜。

所述的铁铝合金层为柱状共晶状态的铁铝合金层，柱状晶体与铝层的表面垂直。

一种制备上述的渗铝钢扣件式脚手架钢管的方法，包括以下步骤：

一、以普通无缝或有缝钢管钢管作为工件；

二、将工件烘烧除油；

三、酸洗除锈；

四、水洗；

五、表面活化；

六、助渗；

七、烘干；

八、感应快速渗铝；

烘干后的工件立即浸入以感应方式加热至温度为680-700℃的铝液中，浸渗时间为2-3min；

通过上述步骤得到表面渗铝的脚手架钢管。

所述的铝液为纯铝液，或者含有质量百分比0.5~0.8%铅、0.04~0.08%锑的铝液。

步骤三中，酸洗液的组分为质量百分比为2~3%的wt98H₂SO₄、15~17%的wt36HCl、余量为水。

酸洗除锈步骤在通有交变电流的酸洗池内进行，电流值为30-50A，频率为8-10kHz，酸洗时间为2~3 min。

步骤五中，冲洗后的工件立即浸入含质量百分比1.6~2.0%Na₂B₄O₇、1.8~2.2%NaNO₂、27~33%NaOH、余量为水的活化液内27~33s。

活化液组分为质量百分比1.8%Na₂B₄O₇、2%NaNO₂、30%NaOH、余量为水，浸入时间为30s。

步骤六中，活化后的工件立即浸入含质量百分比0.2~0.4%ZrF₄、0.1~0.15%Na₂ZrF₆、0.04~0.06%ZrO₂、0.04~0.06%KMnO₄、余量为水的助渗液内2~3min。

助渗液组分为质量百分比0.3% ZrF₄、0.12% Na₂ZrF₆、0.05%ZrO₂、0.05%KMnO₄、余量为水。

感应加热设备的参数为频率8~10kHz、功率300~500kw、电流值为500-700A。

本发明提供的一种渗铝钢扣件式脚手架钢管，其是利用普通钢管作为原材料，通过渗铝工艺处理，在钢管表面由内而外形成铁铝合金层、铝层。其中钢基体能够保证脚手架的强度；铁铝合金层保证了铁原子与铝原子的足够结合力，能够满足脚手架钢管长期使用和扔抛撞击时，表面铝层与钢基体有足够粘附力而不脱落，保证了耐碰撞的特点；纯铝层增强了脚手架钢管的耐磨损特性和摩擦系数，同时保证了表面纯铝层在划伤时也可以保持足够的防锈能力。

目前市场上没有渗铝钢扣件式脚手架钢管产品，因此仅与现有的其他材质脚手架钢管产品相比，本发明有以下优点：

1、渗铝后产品具有优良的防锈能力，延长了脚手架钢管的使用寿命，降低脚手架钢管的使用成本。

2、渗铝钢脚手架钢管由于铁原子与铝原子形成合金层，结合牢固，因此其耐碰撞能力突出。

3、渗铝钢脚手架钢管由于表面纯铝层划伤后，裸露的纯铝层会在表面重新形成一层致密的氧化物薄膜，阻止了腐蚀的进一步发生，因此渗铝钢脚手架钢管的耐磨损能力突出。

4、因纯铝层的表面在扣件压紧时会产生微小变形，因此其防脱能力突出，充分保证了脚手架整体的稳定性和安全性。

发明人发现采用本发明的超音频感应加热方法配合本发明的酸洗、活化和助渗工艺后得到的产品，渗铝层，即铁铝合金层的厚度得到有效控制，经推测，这可能一部分是由施加的外场电流能产生的集肤效应所导致的，而另一部分是由快速酸洗，改进后的活化液组分和助渗液组分起到的作用，例如快速酸洗由于时间缩短，也相应地缩短了酸液渗透的厚度。本发明的产品铁铝合金层最终的厚度可以控制在14~29μm，优选的在15~20μm，由此改进，本发明的产品的伸长率可以达到29~38%。即本发明的产品韧性较佳，克服了现有技术中渗铝钢具有表面脆性的问题。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明产品的结构示意图。

图2为图1的A-A剖面示意图。

图3为本发明产品的500倍下金相组织微观结构图。

图4为本发明产品的500倍下铁铝合金层厚度图。

图中：基体层1，铁铝合金层2，铝层3，氧化铝膜4。

具体实施方式

如图1-4中，一种渗铝钢扣件式脚手架钢管，包括脚手架钢管，脚手架钢管从内到外分为基体层1、铁铝合金层2和铝层3，所述的铁铝合金层厚度为14-29微米，铝层的厚度为15-100微米

优选地，所述的渗铝层2厚度为14~28μm。

优选地，所述的渗铝层2厚度为15~24μm。

优选地，所述的渗铝层2厚度为15~20μm。

由此微观结构，本发明的产品在仍然具备超强耐蚀性、耐热性、耐磨性和光热反射性的同时，可以提高材料的弯曲性能，消除扩散渗铝层的表面脆性，提高抗热冲击性及热疲劳性。由于本发明中的脚手架钢管处于经常磨损的状态，因此采用较厚的铝层3厚度是有益的。

所述的铝层3之外还形成氧化铝膜4。由此结构，提高了耐蚀性、耐热性、耐磨性。

所述的铁铝合金层2为柱状共晶状态的铁铝合金层，柱状晶体与铝层的表面垂直。由此微观结构，消除了产品的表面脆性区。

一种制备上述的渗铝钢扣件式脚手架钢管的方法，包括以下步骤：

一、以普通无缝或有缝钢管钢管作为工件；

二、将工件烘烧除油；将工件化学脱脂，在400℃~450℃的温度区间内烘烧除油处理10min至表面干净无油。

三、酸洗除锈；除油后的工件浸入酸洗液中，酸洗液组分为质量百分比为2~3%的wt98H₂SO₄、15~17%的wt36HCl、余量为水。

优选的，酸洗步骤在通有交变电流的酸洗池内进行，电流值为30-50A，电源频率为8~10kHz，酸洗时间为2~3 min。由此方法，大幅缩短了酸洗的时间，也降低了酸的浓度。

四、水洗；除锈完毕的工件，用高压水冲洗1~2次。

五、表面活化；冲洗后的工件立即浸入含质量百分比1.6~2.0%Na₂B₄O₇、1.8~2.2%NaNO₂、27~33%NaOH、余量为水的活化液内27~33s。

优选的，活化液组分为质量百分比1.8%Na₂B₄O₇、2%NaNO₂、30%NaOH、余量为水，浸入时间为30s。

六、助渗；活化后的工件立即浸入含质量百分比0.2~0.4%ZrF₄、0.1~0.15%Na₂ZrF₆、0.04~0.06%ZrO₂、0.04~0.06%KMnO₄、余量为水的助渗液内2~3min。

优选的，助渗液组分为质量百分比0.3% ZrF₄、0.12% Na₂ZrF₆、0.05%ZrO₂、0.05%KMnO₄、余量为水。

七、烘干；助渗后的工件在300℃温度下烘干3min。

八、感应快速渗铝；

烘干后的工件立即浸入以感应方式加热至温度为700℃的铝液中，浸渗时间为2~3min；本例中所述的铝液为纯铝液。

优选的，感应加热设备的参数为频率8~10kHz、功率300~500kw，电流值为500-700A。进一步优选的，感应加热设备的参数为频率10 kHz、功率500kw，电流为700A。

通过上述步骤得到表面渗铝的脚手架钢管。经测试，本发明不仅可以保证脚手架钢管，而且使其具有优异耐腐蚀性能，使用寿命长，可大幅延长脚手架钢管的使用寿命，从而降低脚手架钢管的使用成本。

实施例一：

1、截取直径为48.3mm，壁厚为3.6mm，长度为4m的Q235普通钢管；

2、烘烧除油，将工件置于420℃的环境中进行烘烤，时间为10min；

3、酸洗除锈，工件置于质量百分比为2.5% wt98H₂SO₄、16% wt36HCI的水溶液中，时间为3min；酸洗池内通有交变电流为40A，电源频率为9kHz，酸洗时间为2min；

4、水洗，工件置于高压水进行冲洗，时间为5min；

5、活化，工件置于质量百分比为1.8%Na₂B₄O₇、2%NaNO₂、30%NaOH的水溶液中，时间为30s；

6、助渗，工件置于质量百分比为0.3%ZrF₄、0.12%Na₂ZrF₆、0.05%ZrO₂、0.05%KMnO₄的水溶液中，时间为5min；

7、烘干，工件置于300℃的环境中进行烘干，时间为3min；

8、热浸渗铝，烘干后的工件立即浸入以感应方式加热至温度为700℃的铝液中，浸渗时间为2min；本例中所述的铝液为纯铝液。感应加热设备的参数为频率10 kHz、功率400kw，电流值为680A。

实施例二：

1、截取直径为48.3mm，壁厚为3.6mm，长度为4m的Q235普通钢管；

2、烘烧除油，将工件化学脱脂，在425℃的温度区间内烘烧除油处理10min至表面干净无油。

3、酸洗除锈，除油后的工件浸入酸洗液中，酸洗液组分为质量百分比为2.5%的wt98H₂SO₄、16%的wt36HCl、余量为水；酸洗时通有交变电流的硫酸池内进行，电流值为40A，电源频率为9kHz，酸洗时间为2min。

4、水洗，除锈完毕的工件，用高压水冲洗2次。

5、表面活化，冲洗后的工件立即浸入含质量百分比1.8%Na₂B₄O₇、2%NaNO₂、30%NaOH、余量为水的活化液内，浸入时间为30s。

6、助渗，活化后的工件立即浸入含质量百分比,0.3%ZrF₄、0.12%Na₂ZrF₆、0.05%ZrO₂、0.05%KMnO₄、余量为水的助渗液内2min。

7、烘干，助渗后的工件在300℃温度下烘干3min。

8、感应快速渗铝；

烘干后的工件立即浸入以感应方式加热至温度为700℃的铝液中，浸渗时间为3min；本例所述的铝金属溶液为含有质量百分比0.5~0.8%铅、0.04~0.08%锑的铝液。感应加热设备的参数为频率9 kHz、功率500kw，电流值为650A。浸渗时间为时间为3分钟。

Claims (11)

1.一种渗铝钢扣件式脚手架钢管，包括脚手架钢管，其特征是：脚手架钢管从内到外分为基体层（1）、铁铝合金层（2）和铝层（3），所述的铁铝合金层厚度为14-29μm，纯铝层厚度为15-100μm ；

所述的铁铝合金层（2）和铝层（3）由脚手架钢管经酸洗除锈、表面活化、助渗后浸入以感应方式加热至温度为680~700℃的铝液中，浸渗时间为2~3min 后得到；

脚手架钢管产品的伸长率可达29-38%。

2.根据权利要求1所述的一种渗铝钢扣件式脚手架钢管，其特征是：所述的铁铝合金层（2）厚度为15~20μm。

3.根据权利要求1所述的一种渗铝钢扣件式脚手架钢管，其特征是：所述的铝层（3）之外还形成氧化铝膜（4）。

4.根据权利要求1或2所述的一种渗铝钢扣件式脚手架钢管，其特征是：所述的铁铝合金层（2）为柱状共晶状态的铁铝合金层，柱状晶体与铝层的表面垂直。

5.一种制备权利要求1-4任一项所述的渗铝钢扣件式脚手架钢管的方法，其特征是包括以下步骤：

一、以普通无缝或有缝钢管钢管作为工件；

二、将工件烘烧除油；

三、酸洗除锈；

酸洗液的组分为质量百分比为2~3%的wt98H₂SO₄、15~17%的wt36HCl、余量为水；

酸洗除锈步骤在通有交变电流的酸洗池内进行，电流值为30-50A，频率为8-10kHz，酸洗时间为2~3 min；

四、水洗；

五、表面活化；

六、助渗；

七、烘干；

八、感应快速渗铝；

烘干后的工件立即浸入以感应方式加热至温度为680-700℃的铝液中，浸渗时间为2-3min；

通过上述步骤得到表面渗铝的脚手架钢管。

6.根据权利要求5所述的一种制备渗铝钢扣件式脚手架钢管方法，其特征是：所述的铝液为纯铝液，或者含有质量百分比0.5~0.8%铅、0.04~0.08%锑的铝液。

7.根据权利要求5所述的一种制备渗铝钢扣件式脚手架钢管方法，其特征是：步骤五中，冲洗后的工件立即浸入含质量百分比1.6~2.0%Na₂B₄O₇、1.8~2.2%NaNO₂、27~33%NaOH、余量为水的活化液内27~33s。

8.根据权利要求7所述的一种制备渗铝钢扣件式脚手架钢管方法，其特征是：活化液组分为质量百分比1.8%Na₂B₄O₇、2%NaNO₂、30%NaOH、余量为水，浸入时间为30s。

9.根据权利要求5所述的一种制备渗铝钢扣件式脚手架钢管方法，其特征是：步骤六中，活化后的工件立即浸入含质量百分比0.2~0.4%ZrF₄、0.1~0.15%Na₂ZrF₆、0.04~0.06%ZrO₂、0.04~0.06%KMnO₄、余量为水的助渗液内2~3min。

10.根据权利要求9所述的一种制备渗铝钢扣件式脚手架钢管方法，其特征是：助渗液组分为质量百分比0.3% ZrF₄、0.12% Na₂ZrF₆、0.05%ZrO₂、0.05%KMnO₄、余量为水。

11.根据权利要求5所述的一种制备渗铝钢扣件式脚手架钢管方法，其特征是：感应加热设备的参数为频率8~10kHz、功率300~500kw、电流值为500-700A。