CN105350031B - 液压支柱活塞杆的等离子束镀铬工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液压支柱活塞杆的镀铬工艺，该工艺首先在清洁后的液压支柱的活塞杆表面喷涂一层铬合金粉末，干燥后对液压支柱的活塞杆表面进行等离子镀铬，即等离子合金化，使活塞杆工作面获得一层0.8‑1.2mm厚度的具有冶金结合、表面硬度大于45HRc的Cr含量大于17％、Ni含量大于9％的合金层。本发明生产的产品等离子镀铬液压支柱活塞杆不但能满足煤矿工况条件，而且克服了电镀铬液压支柱活塞杆(或称活柱杆)出现的鼓泡、剥落问题和镶不锈钢套出现的爆皮问题。本发明是一种无污染绿色制造工艺，用于液压支柱活塞杆可以替代艺严重污染环境电镀铬工艺。

Description

液压支柱活塞杆的等离子束镀铬工艺

技术领域

本发明属于液压支柱活塞杆的表面处理技术，具体涉及一种液压支柱活塞杆的等离子束镀铬工艺。等离子束镀铬(简称等离子镀铬)是用等离子束将通过铬合金粉末在工件表面的冶金化学反应形成一层含铬合金层。等离子束镀铬工艺属于等离子束表面冶金范畴。

背景技术

液压支柱广泛用于煤矿的巷道支撑和工作面的支护。随着我国煤矿工业的技术进步和装备水平的不断提高，液压支柱每年的使用量都在上升，已从90年代全国保有量不足100万只到目前每年需求超过100万只。由于煤矿井下存在潮湿、含S等腐蚀性气体，以及在工作中液压支柱经常升缩，要求液压支柱活塞杆表面具有较好的耐蚀耐磨性能。目前液压支柱活塞杆表面用电镀铬来满足耐蚀耐磨性能要求。

电镀层表面有空隙以及镀层与基体是机械结合，在井下潮湿、酸性气体环境中，会出现锈斑，随着时间的延续，锈斑沿着镀层与基体的界面扩大，造成镀层起泡，剥落，所以电镀铬的液压支柱其使用寿命都不高，一般为1-3年。另外煤粒冲击和磕碰也会造成镀铬层表面损伤，使该处更容易被腐蚀和剥落。这些表面损伤使液压支柱早期失效，使用寿命远低于设计寿命，每年需更换或维修的液压支柱已达近100万支。

目前液压支柱再制造的方法有多种，如电刷镀、化学镀镍磷、涂耐磨胶、镶不锈钢套和激光熔覆合金等。电镀铁后电镀铬由于成本低(未环保处理条件下)，目前应用最多，其次是镶不锈钢套和激光熔覆合金。镀铁后镀铬层由于工艺等原因使用寿命比新品寿命更短，只有6个月至1年，且存在镀液严重污染环境问题；镶不锈钢套是一种环保工艺，由于不锈钢套只有1-2mm后，使用过程中当矿顶压力较大时，会出现皱皮，甚至爆皮现象，有造成恶性事故的风险，现在使用逐渐减少；激光熔覆合金由于与基体是冶金结合，质量好，使用寿命长，而且工艺环保，但设备投资大、设备远行成本高，难以大面积推广。

发明内容

本发明提供了一种液压支柱活塞杆的等离子束镀铬工艺，目的是在降低生产成本的同时，解决现有技术中出现的鼓泡、剥落问题和镶不锈钢套出现爆皮的问题。

本发明提供的一种液压支柱活塞杆的镀铬工艺，该工艺首先在清洁后的液压支柱的活塞杆表面喷涂一层铬合金粉末，干燥后对液压支柱的活塞杆表面进行等离子束镀铬，即等离子合金化，使活塞杆工作面获得一层0.8-1.2mm厚度的具有冶金结合、表面硬度大于45HRc的Cr含量大于17％、Ni含量大于9％的合金层。

作为上述技术方案的改进，该工艺的具体实现步骤如下：

第1步按每1公斤铬合金粉末加入250-400ml水玻璃，搅拌得到铬合金粉末浆料；

第2步将铬合金粉末浆料喷涂到已清洁的活塞杆工作面表面，涂层厚度为0.4mm-0.8mm；

第3步对涂层进行干燥；

第4步利用等离子束对液压支柱活塞杆表面进行等离子束镀铬；

第5步机加工得到所需尺寸和精度的液压活塞杆。

本发明工艺使用的铬合金粉末的质量成分为：C：≤0.1％，Ni：25-35％，S：4.5-8％，B：0.5-1％，Fe：10-15％，余量为Cr；所述铬合金粉末的粒度优选为75-150μm。

作为上述技术方案的进一步改进，所述干燥采用三段干燥，先自然干燥，然后60-80℃低温干燥，最后140-180℃高温干燥。

作为上述技术方案的更进一步改进，所述等离子镀束铬使用的工艺参数为：等离子束电流为120-150A，离子气流量为1.2-1.8ml/min，保护气流量为6-8ml/min，活塞杆表面旋转线速度为300-600mm/min，等离子枪扫描带宽度2-3mm。

本发明利用同为高能束的等离子束熔铬合金粉末在活塞杆工作面制造高Cr高Ni合金成分，使之满足工况要求。所得到的液压支柱活塞杆不会出现鼓泡、剥落、爆皮等早期失效现象和镶不锈钢套能满足工况耐蚀耐磨要求。

等离子束技术获得表面合金化层与工件基体也是冶金结合，在工作中不会出现鼓泡、剥落、爆皮等早期失效现象。由于等离子的设备和运行成本都只有激光的十分之一，用等离子束镀铬具有更高的性价比。等离子镀束铬层的合金成分与不锈钢套相近，自腐蚀电位为大于-0.35V，耐腐蚀性能相近。等离子束加热方式原理与激光束不同，是等离子枪与工件表面之间放电产生高温电弧使工件熔化，同时这个过程产生的磁场造成的集肤效应还会对工件表面产生附加热能。这个附加热能可以保证等离子合金化层的基体不会出现淬火组织。这样将减少了基体对合金化层的应力，降低了合金化层的开裂倾向。所以等离子束镀铬不但具有比激光熔覆或合金化更高的性价比，等离子束镀铬层的开裂倾向更小。由于高铬合金层非常容易开裂，开裂倾向小是获得无裂纹镀铬层非常有利条件。

由于快速冶金形成表面合金层，组织细小、硬度高，耐磨损、耐煤粒冲击性能好。等离子束镀铬良好的性能保证最终失效形式为腐蚀磨损，所以使用寿命较高。

本发明是一种无污染绿色制造工艺，用于液压支柱活塞杆可以替代艺严重污染环境电镀铬工艺。

附图说明

图1是液压支柱的结构示意图，其中，1为喷油泵，2为活塞杆，3为油缸；

图2是液压支柱活塞杆的工作面的示意图。

具体实施方式

利用等离子束在工件表面获得耐蚀耐磨高铬合金层具有比激光熔覆更高的性价比。等离子束加热方式原理与激光束不同。激光熔覆是利用高能激光束照射工件表面，使工件表面和合金粉末瞬时熔化，形成与基体冶金结合加热合金层。由于加热冷却在瞬间，且工件表面温度大于1000℃，从而造成合金层下的基体淬火，所以激光熔覆层极易开裂。等离子束镀铬是等离子枪与工件表面之间放电产生高温电弧使工件表面和合金粉末熔化形成高铬合金层，同时这个过程产生的磁场造成的集肤效应等还会对工件表面产生附加热能。通过调整等离子枪和等离子工艺，可以利用这个附加热能使基体具有一定温度，使得等离子合金化层的基体不会出现淬火组织。这样将减少了基体对合金化层的应力，降低了合金化层的开裂倾向。所以等离子束镀铬不但具有比激光熔覆或合金化更高的性价比，且等离子束镀铬层的开裂倾向更小。由于高铬合金层非常容易开裂，开裂倾向小是获得无裂纹镀铬层非常有利条件。

目前用等离子技术使工件形成合金层主要通过等离子束熔覆同步自动送入等离子弧柱的粉末实现。长时间运行时会出现合金粉末粘附等离子枪嘴使之损坏。为此出现了送丝的解决方案。由于焊丝都是5、10公斤一盘，而液压支柱规格多种，在制造过程中会出现大量焊丝浪费(对接的焊丝有可能产生缺陷不能使用)。为此本发明创造性地使用了喷涂合金粉末→干燥→等离子束扫描成套技术。喷涂合金粉末涂层均匀，不会造成等离子枪堵塞，更重要是枪嘴孔径与粉末注入无关。可以应用适当孔径枪嘴和低流量离子气，使等离子合金层较薄，使合金层合金含量高，性能优异。此还，还经过对干燥过程进行了优先，避免因为过快或过高的温度使得涂层鼓泡起皮，过低的温度，涂层含水，将使合金层出现气孔，甚至等离子束扫描时涂层鼓泡起皮。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实例1：

对于需再制造的液压支柱活塞杆本发明采用以下步骤解决(以活塞杆为例)

步骤一，在车床上去除活塞杆工作面的残缺镀铬层、麻点和凹坑，使工件表面无缺陷(通常车除2-3mm)；

步骤二，用气保焊堆焊活塞杆，堆焊层厚度大于步骤一机加工去除的厚度(如3.5mm)。

步骤三，车除多余堆焊层，使活塞杆的部位尺寸为

步骤四，用丙酮或无水酒精清洁表面；

步骤五，按每1公斤铬合金粉末(粒度75-150μm)加入250ml水玻璃的比例制成浆料，并在搅拌机内搅拌均匀(约30分钟)。铬合金粉末成分为：0.1％C、25％Ni、8％Si，0.7％B，10％Fe，56.20％Cr。

步骤六，在工作面喷涂0.4mm厚度合金粉末。自然干燥12小时，在电炉内60-80℃烘烤2小时升温140-180℃烘烤4小时。

步骤七，将活塞安装到等离子加工机上，对液压支柱活塞杆表面进行等离子束镀铬——等离子合金化。技术参数为：等离子电流120A，离子气流量：1.2ml/min，保护气流量6ml/min，活塞杆旋转速度2.3r/min(表面线速度约为578mm/min)，等离子枪位移速度1.0mm/min(等离子枪扫描带宽度2.3mm)。按照上述参数，等离子束对铬合金粉末进行螺旋扫描，产生的冶金反应使工件表面形成一层0.85mm厚度、Cr含量约为18％、Ni含量约为9％的合金层。

步骤八，按图纸，用车床将活塞杆加工到要求的尺寸和精度。

实例2：

本发明应用于一种液压支柱活塞杆制造时，采用以下步骤(以活塞杆为例)

步骤一，按图纸加工液压支柱活塞杆，处理部位尺寸为

步骤二，用丙酮或无水酒精清洁表面；

步骤三，将每1公斤铬合金粉末(粒度75-150μm)加入300ml水玻璃，在搅拌机内搅拌30分钟成为浆料。铬合金粉末成分为：0.05％C、35％Ni、5％Si，1.0％B，14％Fe，44.95％Cr；

在要求处理的表面，

步骤四，在工作面喷涂0.5mm厚度合金粉末。自然干燥24小时，在电炉内60-80℃烘烤2小时后升温140-180℃烘烤4小时。

步骤五，将活塞安装到等离子加工机上，对液压支柱活塞杆表面进行等离子束镀铬——等离子合金化。技术参数为：等离子电流135A，离子气流量：1.5ml/min，保护气流量7ml/min，活塞杆旋转速度1.8r/min(表面线速度约为452mm/min)，等离子枪位移速度1.5mm/min(等离子枪扫描带宽度约为2.7mm)。按照上述参数，等离子束对铬合金粉末进行螺旋扫描，产生的冶金反应使工件表面形成一层1.0mm厚度、Cr含量为18％左右、Ni含量14％左右的合金层。

步骤六，按图纸，用车床将活塞杆加工到要求的尺寸和精度。

实例3：

对于需再制造的液压支柱活塞杆本发明采用以下步骤解决(以活塞杆为例)

步骤一，在车床上去除活塞杆工作面的残缺镀铬层、麻点和凹坑，使工件表面无缺陷；

步骤二，用气保焊堆焊活塞杆，堆焊层厚度大于步骤一机加工去除的厚度。

步骤三，车除多余堆焊层，使活塞杆的部位尺寸为

步骤四，用丙酮或无水酒精清洁表面；

步骤五，按每1公斤铬合金粉末(粒度75-150μm)加入380ml水玻璃制成浆料，在搅拌机内搅拌30分钟使之均匀。铬合金粉末成分为：0.08％C、30％Ni、6.5％Si，0.5％B，15％Fe，47.92％Cr；

步骤六，在工作面喷涂0.5mm厚度合金粉末。自然干燥12小时，在电炉内60-80℃烘烤2小时升温140-180℃烘烤4小时。

步骤七，将活塞安装到等离子加工机上，对液压支柱活塞杆表面进行等离子束镀铬——等离子合金化。技术参数为：等离子电流150A，离子气流量：1,8ml/min，保护气流量8ml/min，活塞杆旋转速度0.4r/min(表面线速度约为351mm/min)，等离子枪位移速度5.0mm/min(等离子枪扫描带宽度2.0mm)。按照上述参数，等离子束对铬合金粉末进行螺旋扫描，产生的冶金反应使工件表面形成一层1.2mm厚度、Cr含量19％左右、Ni含量10％左右的合金层。

步骤八，按图纸，用车床将活塞杆加工到要求的尺寸和精度。

以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (4)

1.一种液压支柱活塞杆的镀铬工艺，该工艺首先在清洁后的液压支柱的活塞杆表面喷涂一层铬合金粉末，干燥后对液压支柱的活塞杆表面进行等离子束镀铬，即等离子合金化，使活塞杆工作面获得一层0.8-1.2mm厚度的具有冶金结合、表面硬度大于45HRc的Cr含量大于17％、Ni含量大于9％的合金层；其中，所述铬合金粉末的质量成分为：C：≤0.1％，Ni：25-35％，Si：4.5-8％，B：0.5-1％，Fe：≤15％，余量为Cr；

该工艺的具体实现步骤如下：

第1步按每1公斤铬合金粉末加入250-400ml水玻璃，搅拌得到铬合金粉末浆料；

第2步按铬合金粉末浆料喷涂到已清洁的活塞杆工作面表面，涂层厚度为0.3mm-0.8mm；

第3步对涂层进行干燥；

第4步利用等离子束对液压支柱活塞杆表面进行等离子束镀铬；

第5步机加工得到所需尺寸和精度的液压活塞杆。

2.根据权利要求1所述的所述的一种液压支柱活塞杆的镀铬工艺，其特征在于，所述干燥采用三段干燥，先自然干燥，然后60-80℃低温干燥，最后140-180℃高温干燥。

3.根据权利要求1或2所述的所述的一种液压支柱活塞杆的镀铬工艺，其特征在于，所述铬合金粉末的粒度为75-150μm。

4.根据权利要求1或2所述的所述的一种液压支柱活塞杆的镀铬工艺，其特征在于，所述等离子镀铬使用的工艺参数为：等离子电流为120-150A，离子气流量为1.2-1.8ml/min，保护气流量为6-8ml/min，活塞杆表面旋转线速度为300-600mm/min，等离子枪扫描带宽度2-3mm。