CN104775088B - 矿山液压支柱表面防腐耐磨的保护层的形成方法及保护层 - Google Patents
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Abstract
矿山液压支柱表面防腐耐磨的保护层的形成方法及保护层，保护层的形成方法的步骤为：（1）将预修复的液压支柱表面的镀铬层磨削干净；（2）液压支柱放在旋转工装上，开始喷涂；（3）喷涂时，将氧气和乙炔、丙烷或丁烷、氧、氮气和空气由进气口通入水冷喷枪内腔，然后由供粉口将稀土镍铬合金粉末送入，氧气和乙炔的混合气体燃烧并爆炸，产生高温高速气流，将粉末加热，并以超过音速约3倍的高速撞击到基材表面，形成涂层；如此重复进行，直到涂层厚度达到0.5um；（4）喷涂后的液压支柱精磨至Ra0.8，磨床砂轮为金刚石，粒度为60。保护层的组织是由Ni基奥氏体基体加Cr23C6，Cr7C3，CrB，Ni3B硬质相组成，并且有针条状硬质相均匀分布；有MoB相存在。
Description
技术领域
本发明涉及矿山液压支柱表面防腐蚀、耐磨损的处理技术。
背景技术
矿山机械工况条件恶劣，零件表面磨损、腐蚀、划伤严重。生产过程中往往由于这些部件的过早失效而导致整个设备的停用，不仅影响煤炭产量，而且对煤炭生产成本的降低带来诸多不利影响，严重者甚至威胁到煤炭安全生产。由于腐蚀从零件表面开始，摩擦磨损发生在零件表面，疲劳裂纹也是由零件表面向内延伸的，矿山机械液压立柱的传统制造工艺中表面防护采用传统的镀铬工艺，属于高污染、高能耗的产业，随着国家对环境保护和污染治理工作的不断加强，这些工艺将面临淘汰。因此，矿山机械的腐蚀与磨损的防护是是亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种矿山液压支柱表面防腐耐磨的保护层的形成方法及保护层。
本发明是矿山液压支柱表面防腐耐磨的保护层的形成方法及保护层，矿山液压支柱表面防腐耐磨的保护层的形成方法的步骤为：
（1）将预修复的液压支柱表面的镀铬层磨削干净，然后对支柱表面喷砂至粗糙度为Ra2-10，喷砂时砂粒为16-60号砂，喷砂压力为0.5-0.7Mpa，喷砂时压缩空气无水无油；
（2）经过表面处理后的液压支柱放在旋转工装上，转速在每分钟200转，开始喷涂；
（3）喷涂时，将预设压力、工作气体消耗量的氧气、乙炔、氮气和空气由进气口通入水冷喷枪内腔，然后由供粉口将稀土镍铬合金粉末送入，接着火花塞点火，氧气和乙炔的混合气体燃烧并爆炸，产生高温高速气流，将粉末加热，并以超过音速3倍的高速撞击到基材表面，形成涂层，通入氮气清理枪管，为下一次喷涂做准备；如此重复进行，直到涂层厚度达到0.5μm；
（4）喷涂后的液压支柱精磨至Ra0.8，磨床砂轮为金刚石，粒度为60。
矿山液压支柱表面防腐耐磨的保护层的形成方法形成的保护层，保护层的组织是由Ni基奥氏体基体加Cr23C6，Cr7C3，CrB，Ni3B硬质相组成，并且有针条状硬质相均匀分布；有MoB相存在。
本发明的有益之处在于：本发明的爆炸喷涂是以突然爆发的热能加热熔化喷涂材料。并利用爆炸冲击波产生的高压把喷涂粉末材料高速喷射到工件基本表面形成涂层。其主要优点如下：
（1）爆炸喷涂涂层的结合强度高。由于喷涂粉末被加热的温度高,且粉末以超音速飞行,与工件表面碰撞时所具有的动能大，因此形成的涂层的结合强度高。喷涂陶瓷粉末时，涂层的结合强度可达70MPa，喷涂金属陶瓷粉末时,涂层结合强度可达175MPa。超过了镀铬层的结合强度，镀铬层为30MPa，完全能够满足液压支柱的技术要求；
（2）涂层致密，孔隙率低，一般小于1%；
（3）涂层的耐磨性高：由于喷涂时，粉末颗粒撞击到工件表面后受到急冷，在涂层中可以形成超细组织，因此耐磨性较高；
（4）工件的热损伤小：爆炸喷涂是脉冲式的，工件每次受热气流冲击的时间短，只有几毫秒，以及清扫气又可在一定程度上对工件表面起冷却作用。因此爆炸喷涂时，工件表面的温升可控制在120℃以下，工件不会发生相变及形变。
附图说明
图1为本发明的保护层的金相组织图。
具体实施方式
本发明是矿山液压支柱表面防腐耐磨的保护层的形成方法及保护层，矿山液压支柱表面防腐耐磨的保护层的形成方法的步骤为：
（1）将预修复的液压支柱表面的镀铬层在外圆磨床上磨削干净，然后对支柱表面喷砂至粗糙度为Ra2-10，喷砂时砂粒为16-60号砂，喷砂压力为0.5-0.7Mpa，喷砂时压缩空气无水无油；
（2）经过表面处理后的液压支柱放在旋转工装上，转速在每分钟200转，开始喷涂；
（3）喷涂时，将预设压力、工作气体消耗量的氧气、乙炔、氮气和空气由进气口通入水冷喷枪内腔，然后由供粉口将稀土镍铬合金粉末送入，接着火花塞点火，氧气和乙炔的混合气体燃烧并爆炸，产生高温高速气流，将粉末加热，并以超过音速3倍的高速撞击到基材表面，形成涂层，通入氮气清理枪管，为下一次喷涂做准备；如此重复进行，直到涂层厚度达到0.5μm；
（4）喷涂后的液压支柱在外圆磨床上精磨至Ra0.8，磨床砂轮为金刚石，粒度为60。
矿山液压支柱表面防腐耐磨的保护层的形成方法形成的保护层，如图1所示，保护层的组织是由Ni基奥氏体基体加Cr23C6，Cr7C3，CrB，Ni3B硬质相组成，并且有针条状硬质相均匀分布；有MoB相存在。
根据以上所述的矿山液压支柱表面防腐耐磨的保护层的形成方法，合金粉末的具体组成为：按重量百分百计，C 0.8~1.2，B 2.5~3.5，Si 3.5~4.5，Cr 15~18，Fe≤5，Cu 1.0~2.0，Mo 1.3~3.5，Nb 0.3~0.8，稀土Y 0.05~0.2，余量为Ni。
根据以上所述的矿山液压支柱表面防腐耐磨的保护层的形成方法，合金粉末的空心粉率为6.52%，粒度在38.5～9118.15μm范围内，中值粒径d为68.3μm；松装密度4.300g∕cm3，流动性为14.07S，含氧量为0.042%。
根据以上所述的矿山液压支柱表面防腐耐磨的保护层的形成方法，按每小时/立方米时计，工作气体消耗量为：乙炔为0.9~1.3，氧气为0.08~0.50，按立方米/每小时计，耗水量为0.08~0.50，喷射频率，即材料喷涂节奏为2~10赫兹。
本发明采用的粉末产品及涂层达到如下技术及性能指标为：
（1）粉末性能技术指标：
化学成分Ni60A合金的基础上通过加入适量的Cu、Mo、Nb和稀土Y元素；
外观形貌：粉末为球形，表面光滑；
空心粉率为：6.52%；
粒度分布：粒度分布呈现单峰，近似与正态分布，大部分粒度在38.5～9118.15μm范围内，中值粒径d为68.3μm；
松装密度：4.300g∕cm3，高于普通Ni60A合金；
流动性：14.07S；
含氧量：0.042%。
（2）本发明的方法形成的保护层的性能技术指标为：
本发明的保护层的组织Ni基奥氏体基体加Cr23C6，Cr7C3，CrB，Ni3B等硬质相组成，组织比较细密，并且有针条状硬质相均匀分布。由于添加了更多的合金和稀土元素，产生了新的MoB相。
涂层硬度HRC60～63。
保护层在不同腐蚀介质中耐腐蚀性能：
在不同的腐蚀介质中的腐蚀速率(g∕m2·h)
本发明的方法形成的稀土镍铬NiCrY合金粉体保护层在HCl（1mol／L）的腐蚀速率比Ni60A合金降低了15倍；在H2SO4（1mol／L）的腐蚀速率比Ni60A合金降低了69倍，在人工海水的腐蚀速率比Ni60A合金降低了9.4倍。在HNO3（1mol／L）的腐蚀速率，虽然还比较快，但也比Ni60A合金降低了1.2倍。
耐磨粒磨损性能
本发明的方法形成的稀土镍铬NiCrY合金保护层的抗磨损性能实验结果：
本发明的方法形成的稀土镍铬NiCrY合金保护层比Ni60A合金提高了2倍。
Claims (5)
1.矿山液压支柱表面防腐耐磨的保护层的形成方法，其特征在于，其步骤为：
（1）将预修复的液压支柱表面的镀铬层磨削干净，然后对支柱表面喷砂至粗糙度为Ra2-10，喷砂时砂粒为16-60号砂，喷砂压力为0.5-0.7Mpa，喷砂时压缩空气无水无油；
（2）经过表面处理后的液压支柱放在旋转工装上，转速在每分钟200转，开始喷涂；
（3）喷涂时，将预设压力、工作气体消耗量的氧气、乙炔、氮气和空气由进气口通入水冷喷枪内腔，然后由供粉口将稀土镍铬合金粉末送入，接着火花塞点火，氧气和乙炔的混合气体燃烧并爆炸，产生高温高速气流，将粉末加热，并以超过音速3倍的高速撞击到基材表面，形成涂层，通入氮气清理枪管，为下一次喷涂做准备：如此重复进行，直到涂层厚度达到0.5μm；
其中，所述稀土镍铬合金粉末的元素包括C、B、Si、Cr、Fe、Cu、Mo、Nb和稀土Y元素；
（4）喷涂后的液压支柱精磨至Ra0.8，磨床砂轮为金刚石，粒度为60。
2.根据权利要求1所述的矿山液压支柱表面防腐耐磨的保护层的形成方法，其特征在于合金粉末的具体组成为：按重量百分百计，C 0.8~1.2，B 2.5~3.5，Si 3.5~4.5，Cr 15~18，Fe≤5，Cu 1.0~2.0，Mo 1.3~3.5，Nb 0.3~0.8，稀土Y 0.05~0.2，余量为Ni。
3.根据权利要求2所述的矿山液压支柱表面防腐耐磨的保护层的形成方法，其特征在于合金粉末的空心粉率为6.52%，粒度在38.5~9118.15μm范围内，中值粒径d为68.3μm；松装密度4.300 g/cm3，流动性为14.07S，含氧量为0.042%。
4.根据权利要求1所述的矿山液压支柱表面防腐耐磨的保护层的形成方法，其特征在于按每小时／立方米时计，工作气体消耗量为：乙炔为0.9~1.3，氧气为0.08~0.50，按立方米／每小时计，耗水量为0.08~0.50，喷射频率，即材料喷涂节奏为2~10赫兹。
5.根据权利要求1所述的矿山液压支柱表面防腐耐磨的保护层的形成方法形成的保护层，其特征在于保护层的组织是由Ni基奥氏体基体加Cr23C6，Cr7C3，CrB，Ni3B硬质相组成，并且有针条状硬质相均匀分布；有MoB相存在。
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