CN103628016A - 一种超声变幅杆耐高温腐蚀的保护方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种超声变幅杆耐高温铝液腐蚀的保护方法，具体方法是将以耐热钢为主要材料的超声变幅杆首先经过热浸镀铝后再进行微弧氧化包裹陶瓷层而保护起来。本发明将热浸镀铝和微弧氧化技术相结合，实现了在钢制超声变幅杆表面得到陶瓷层、铝层和铁-铝合金层的三层膜结构，从而有效提高了超声变幅杆在高温铝及铝合金熔液中的耐腐蚀性能，提升了超声装置的使用效率和寿命。

Description

一种超声变幅杆耐高温腐蚀的保护方法
技术领域
本发明属于金属材料制备领域，具体是一种使超声变幅杆能够耐高温熔体金属腐蚀保护方法。
背景技术
超声波在高温熔体中传播时，可以通过空化效应改善金属或合金的组织，细化晶粒，提高材料的力学性能，但是超声变幅杆在高温熔体中由于熔体的腐蚀，超声波空化腐蚀，高温磨损和氧化等共同作用下，经常会出现大小不等的腐蚀孔，随着腐蚀孔不断增大和扩张，变幅杆表面会起皮、脱落，导致熔体被污染，而且变幅杆的振动频率会发生偏移，发射效率下降，使用寿命将大大缩短；寻求一种有效的超声变幅杆耐高温腐蚀的保护方法具有重要意义。
根据申请人检索关键词“超声变幅杆”发现：目前大部分的专利大都集中于超声应用领域，如公开号为：CN101748300A的专利，将超声变幅杆深入高温熔体进行超声处理；然而关于解决超声变幅杆的易被高温金属熔体腐蚀的较少，经检索发现：公开号为CN102935742A的专利，采用等离子喷涂的方法来保护超声变幅杆；此外，还有文献将变幅杆常用的不锈钢换成熔点更高更耐高温的材料如钛合金等，或在变幅杆工具头外镀一层耐高温的陶瓷涂层，或用耐高温耐腐蚀材料包覆工具头等；以上这些方法都在一定程度上提高了变幅杆的耐腐蚀性能，但在实际应用中仍然存在一些其他的问题，比如材料成本昂贵，加工难度较大，或保护材料易脱落，超声传递效率低等；因此，亟待有合适的方法能够非常有效的保护变幅杆不被腐蚀。
本发明方法不更换变幅杆原有材料，即仍沿用碳钢材料，这样制得超声变幅杆价格较低，不影响生产成本；本方法在钢铁表面热浸镀铝后会形成一层较厚的铝镀层，该镀层能有效地防护钢铁表面；然后利用微弧氧化技术则可以在铝合金表面原位生长一层高硬度、高结合强度、低孔隙、具有瓷质感的氧化膜，使材料的耐蚀性和耐磨性等都获得提高；微弧氧化操作方便，工艺稳定，无污染。
本发明将热浸镀铝和微弧氧化技术结合起来，能够在不改变超声变幅杆自身材料前提下，表面生成铁-铝合金层，镀铝层和氧化膜陶瓷层，能有效的提高变幅杆在高温熔体中的耐腐蚀性能，而且这三层膜结构较薄，整体厚度为0.3～0.6mm，不会影响变幅杆的传递效率和超声作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超声变幅杆耐高温金属液腐蚀的高效的保护方法，方法是在碳钢表面经过热浸镀铝处理后再进行微弧氧化，从而实现在钢制超声变幅杆表面镀覆一层陶瓷层，得到能在高温下耐熔体腐蚀的超声变幅杆，该制备方法工艺连续性好，效率高，无污染，而且通过该法得到的氧化膜陶瓷具有高结合强度，低孔隙等性质，其耐蚀性和耐磨性能都较好。
本发明的具体发明内容是：
（1）将超声变幅杆工具头按照常规工艺打磨、碱洗脱脂、水洗、酸洗除锈、水洗和助镀处理后烘干。
（2）将处理后的超声变幅杆工具头浸渍于700-800℃的熔融铝液中，铝液中硅的含量为3%-10%，热浸镀5-10min后提出空冷，此时在钢件表面将覆盖铝铁合金层。
（3）将钢件放入装有碱性电解液的微弧氧化工作槽中。
（4）采用微弧氧化处理方法对钢件进行处理，在钢件表面原位生成一层均匀的陶瓷氧化膜。
（5）取出微弧氧化处理后的钢件，用自来水冲洗，然后自然干燥，得到耐高温熔体腐蚀的超声变幅杆。
所述步骤（3）中的碱性电解液含有10-40g/L的碳酸钠、8-40g/L的硅酸钠、2-40g/L的铝酸钠、10-40g/L的磷酸钠和0.5-10g/L的硼酸钠。
所述步骤（4）中的微弧氧化处理的参数为，平均电流密度为3-15A/dm2,工作电压为100-400V，微弧氧化时间为10-100min；
本发明在预处理后的耐热钢变幅杆表面先后进行热浸镀铝和微弧氧化，使得耐热钢表面形成了三层膜结构，整体厚度为0.3-0.6mm，每层厚度为0.1-0.2mm；其中铁铝合金层结构紧密，镀铝层厚度均匀、成分干净，氧化膜陶瓷层是在微弧作用下由非晶态氧化膜静态转变形成的含纳米晶粒层，且各层中的过渡区能够起到较好的联接作用，各层连接牢固，不会轻易脱落；在这三层膜结构作用下，耐热钢超声变幅杆在高温金属熔体中的耐腐蚀性能得到了较大的提高，可延长超声变幅杆使用寿命10-15倍。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步的阐述。
实施例1
以1Cr17碳钢为本体材料超声变幅杆，采用本发明保护方法具体操作过程如下：
（1）将铝块在700℃下熔解成铝液，其中含硅量为10%；碱性电解液含有10g/L的碳酸钠、8g/L的硅酸钠、2g/L的铝酸钠、10g/L的磷酸钠和0.5g/L的硼酸钠；
（2）将超声变幅杆打磨后再经过碱洗脱脂、水洗、酸洗除锈、再水洗和水溶液助镀剂处理后烘干；
（3）将处理后的超声变幅杆浸渍于已准备的熔融铝液中，7min后提出空冷，此时在钢件表面将覆盖铝层；
（4）将表面覆盖铝层的超声变幅杆放入装有碱性电解液的微弧氧化工作槽中，对其进行微弧氧化处理。微弧氧化处理时平均电流密度为15A/dm2，工作电压为250V，微弧氧化时间为30min；
（5）微弧氧化处理结束后，用自来水冲洗，然后自然干燥，得到保护处理后的耐高温熔体腐蚀的超声变幅杆。
实施例2：
以30号碳钢为本体材料超声变幅杆，采用本发明保护方法具体操作过程如下：
（1）将铝块在750℃下熔解成铝液，其中含硅量为6%；碱性电解液含有40g/L的碳酸钠、40g/L的硅酸钠、40g/L的铝酸钠、40g/L的磷酸钠和10g/L的硼酸钠；
（2）将超声变幅杆打磨后再经过碱洗脱脂、水洗、酸洗除锈、再水洗和水溶液助镀剂处理后烘干；
（3）将处理后的超声变幅杆浸渍于已准备的熔融铝液中，10min后提出空冷，此时在钢件表面将覆盖铝层；
（4）将表面覆盖铝层的超声变幅杆放入装有碱性电解液的微弧氧化工作槽中，对其进行微弧氧化处理；微弧氧化处理时平均电流密度为10A/dm2，工作电压为100V，微弧氧化时间为50min；
（5）微弧氧化处理结束后，用自来水冲洗，然后自然干燥，得到保护处理后的耐高温熔体腐蚀的超声变幅杆。
实施例3：
以45号碳钢为本体材料超声变幅杆，采用本发明保护方法具体操作过程如下：
（1）将铝块在800℃下熔解成铝液，其中含硅量为10%；碱性电解液含有20g/L的碳酸钠、20g/L的硅酸钠、25g/L的铝酸钠、10g/L的磷酸钠和15g/L的硼酸钠；
（2）将超声变幅杆打磨后再经过碱洗脱脂、水洗、酸洗除锈、再水洗和水溶液助镀剂处理后烘干；
（3）将处理后的超声变幅杆浸渍于已准备的熔融铝液中，10min后提出空冷，此时在钢件表面将覆盖铝层；
（4）将表面覆盖铝层的超声变幅杆放入装有碱性电解液的微弧氧化工作槽中，对其进行微弧氧化处理；微弧氧化处理时平均电流密度为3A/dm2，工作电压为200V，微弧氧化时间为80min；
（5）微弧氧化处理结束后，用自来水冲洗，然后自然干燥，得到保护处理后的耐高温熔体腐蚀的超声变幅杆。

Claims (5)

1.一种超声变幅杆耐高温腐蚀的保护方法，其特征在于：以耐热钢为本体材料经过热浸镀铝后再进行微弧氧化从而在超声变幅杆表面得到从里到外的铁-铝合金层，铝层和陶瓷层三层膜结构。
2.如权利要求1所述的一种超声变幅杆耐高温腐蚀的保护方法，其特征在于：所述三层膜结构的整体厚度为0.3-0.6mm，每层厚度为0.1-0.2mm。
3.如权利要求1所述的一种超声变幅杆耐高温腐蚀的保护方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）将超声变幅杆工具头按照常规工艺打磨、碱洗脱脂、水洗、酸洗除锈、水洗和助镀处理后烘干；
（2）将处理后的超声变幅杆工具头浸渍于700-800℃的熔融铝液中，铝液中硅的含量为3%-10%，热浸镀5-10min后提出空冷，此时在钢件表面将覆盖铝铁合金层；
（3）将钢件放入装有碱性电解液的微弧氧化工作槽中；
（4）采用微弧氧化处理方法对钢件进行处理，在钢件表面原位生成一层均匀的陶瓷氧化膜；
（5）取出微弧氧化处理后的钢件，用自来水冲洗，然后自然干燥，得到耐高温熔体腐蚀的超声变幅杆。
4.如权利要求3所述的一种超声变幅杆耐高温腐蚀的保护方法，其特征在于：所述步骤（3）中的碱性电解液含有10-40g/L的碳酸钠、8-40g/L的硅酸钠、2-40g/L的铝酸钠、10-40g/L的磷酸钠和0.5-10g/L的硼酸钠。
5.如权利要求3所述的一种超声变幅杆耐高温腐蚀的保护方法，其特征在于：所述步骤（4）中的微弧氧化处理的参数为：平均电流密度为3-15A/dm2，工作电压为100-400V，微弧氧化时间为10-100min。
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