CN107737933B - 一种耐腐蚀金属货架的加工方法 - Google Patents

一种耐腐蚀金属货架的加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐腐蚀金属货架的加工方法，属于金属加工技术领域。金属货架通过配料制粉、压制成型、烧结、表面处理加工而成。其中原料成分及百分含量为：Tl：4‑6％、Be：0.2‑0.6％、C：0.6‑0.8％、Os：0.6‑1％、Pb：1‑3％、Sn：2‑4％、Ir：0.4‑0.8％、余量为Fe和杂质，其中杂质包括S＜0.055％、O＜0.015％。粉末冶金过程中通过机械法制粉使各金属组织结构不断细化，最终达到原子级混合，实现合金化。并结合表面磷化工艺形成均匀、致密的保护膜。

Description

一种耐腐蚀金属货架的加工方法
技术领域
本发明涉及一种耐腐蚀金属货架的加工方法，属于金属加工领域。
背景技术
表面处理是在基体材料表面上人工形成一层与基体的机械、物理和化学性能不同的表层的工艺方法。表面处理的目的是满足产品的耐蚀性、耐磨性、装饰或其他特种功能要求。对于金属铸件，我们比较常用的表面处理方法是，机械打磨，化学处理，表面热处理，喷涂表面等。
货架作为生活中不可或缺的物品而被广泛使用，货架的材质一般可以分为木材、合金、高分子材料等。合金货架因其良好的强度、硬度等优点，数量远超其他材质的货架。一般情况下，为了使货架能更好地适应环境，我们通常会对其进行表面处理，包括电镀、喷漆、氧化处理等，都能极大地增加产品的使用寿命。但简单的表面处理不能使产品应对复杂的环境，容易造成保护层脱落、失效。
针对普通表面处理后的产品易腐蚀、易磨损等缺点，公开号105088292A公开了一种通过金属表面镀铜的方法来提高产品的耐蚀性和耐磨性。然而，铜本身就是容易被腐蚀的金属，其在湿润的空气环境中就容易形成铜锈，在提高产品寿命方面也是不尽如人意。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明提供一种高强度、高硬度、耐蚀以及低杂质元素的耐腐蚀货架。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种耐腐蚀金属货架的加工方法，所述的加工方法包括如下步骤：
(1)配料制粉：称取金属货架的合金原料，将原料破碎成粉末，再将粉末混合后置入气流磨机中得合金粉末；
(2)压制成型：将合金粉末放入预备的货架各部位模具中，充入氮气后压制得各部位坯件；
(3)烧结：将坯件送入烧结炉中，经预烧结、再烧结后得货架各组成部件；
(4)表面处理：将货架各部件依次进行脱脂、除锈、表面活化、磷化处理，最后组装得耐腐蚀货架成品。
粉末冶金工艺取代传统的热加工处理和轧制、铸造、拉拨、挤压等钢加工流程，不仅减少了工序，而且将产品一次成型，避免因后续尺寸加工而增加报废率，同时也使得产品在强度、硬度、耐腐蚀性获得极大的提升。本发明通过机械法制粉使各金属组织结构不断细化，最终达到原子级混合，实现合金化。机械加工对处理某些高熔点的金属有很好的效果，同时对后续烧结能极大地降低能源消耗。
最后，本发明还对货架各组成部分进行表面磷化处理，其中磷化后的货架各组成部分表面形成保护膜，不仅隔绝了钢与空气或水的接触，在其他复杂的环境中，也具备一定的抗蚀能力。
作为优选，所述金属货架的合金原料由如下成分及其质量百分比组成：Tl：4-6％、Be：0.2-0.6％、C：0.6-0.8％、Os：0.6-1％、Pb：1-3％、Sn：2-4％、Ir：0.4-0.8％、余量为Fe和杂质，其中杂质包括S＜0.055％、O＜0.015％。
普通的合金钢原料配比中，通常使用锰作为脱氧剂和脱硫剂，虽然锰具有资源丰富、效能多样的特点，但是锰会增加钢晶粒粗化的倾向和回火脆性敏感性，在冶炼浇注和锻轧后冷却不当，容易使钢产生白点。本发明合金钢的原材料中加入铍，铍和氧、硫都有极强的亲和力，除氧、除硫的能力更优于锰，同时可以使钢具有较高的温度强度和蠕变性能。铊的用途非常重要，可以提高合金钢的强度、改善合金钢的硬度，其在增强合金钢抗腐蚀性能方面也非常凸出。本发明中，铊可以与铅、锡形成铊-铅-锡三相共融物，具有极强的抗酸性腐蚀性能，在面对实际酸性环境中，使得合金钢大大延长了其使用寿命。虽然本发明中的锇与铱的含量极低，但是合金钢中形成的锇-铱体系大大增加了合金钢的硬度、强度和耐磨性能，同时延长了产品的使用寿命。
作为优选，在步骤(1)中，所述制粉为机械合金法，具体为：将按比例混合的原料粉末放入气流磨中，通入氮气，设置气压。金属粉末在频繁的碰撞过程中发生强烈的塑性形变、冷焊，这种复合粉末又因加工硬化而发生碎裂，碎裂后粉末露出新鲜原子表面极易发生焊合，如此不断重复的冷焊、碎裂、再焊合过程，使其组织结构不断细化，最终达到原子级混合，实现合金化的目的。
作为优选，在步骤(1)中，所述气流磨中气源为氮气，气压为0.5-1MPa，气流磨作用时间为120-150h，最终获得的合金粉末粒径为2-4μm。选择惰性气体可以避免合金钢中混入氧、氢等杂质元素，影响合金综合性能。
作为优选，在步骤(2)中，所述压制成型中模具内保持2-4个大气压，压制时间为3-5h。保持模具内高压可以使粉末间隙减小，降低烧结过程中产生裂缝的概率。
作为优选，在步骤(3)中，所述预烧结的温度为500-900℃，时间为1-2h，预烧结后还进行复压处理；再烧结的温度为1000-1200℃，时间为3-5h。预烧结可以使一部分金属内杂质逸散，提纯金属，提升烧结质量。
作为优选，在步骤(4)中，所述表面处理中脱脂具体为：将烧结后的货架各组成部件浸入盛有脱脂液的容器中，设置温度为40-80℃，脱脂时间为5-15min，取出水洗1-3次，其中脱脂液包括体积比30-40％乙醇钠、5-15％碳酸氢钠和余量水。在制作产品过程中，不可避免的会在产品表面留下油脂类物质，会降低产品的表面处理效果，甚至造成表面处理失败。
作为优选，在步骤(4)中，所述表面处理中除锈具体为：将脱脂、水洗后的货架各部件放入除锈液中，设置温度为70-130℃，除锈时间为10-20min，取出水洗2-4次，其中除锈液包括体积比30-60％硫酸、3-5％双氧水、10-20％硝酸和余量水。在除锈过程中应经常打捞液面浮油污物，严格掌握酸洗浓度与酸洗时间的关系，防止工件过腐蚀及清脆的发生，给涂装工序带来严重后果。酸洗液中试情况可适量添加(去油剂)能有效去除工件未除尽的油物，对酸雾及过腐蚀都有很大作用。
作为优选，在步骤(4)中，所述表面处理中磷化具体为：先将除锈、水洗后的货架各部件进行表调处理，再将部件放入磷化液中，设置温度为25-45℃，磷化时间为5-15min，取出水洗2-4次，其中磷化液包括体积比5-10％硝酸钴、5-10％硝酸镁、10-15％硝酸、30-40％磷酸二氢锌、20-30％磷酸二氢亚铁和余量水。其中表调可以缩短磷化时间、降低磷化使用温度、减少磷化的消耗和沉渣量，促使磷化膜均匀、致密。磷化液中使用硝酸钴和硝酸镁代替硝酸镍，减少Ni的使用与排放，有利于人体和环境的保护。磷化处理可以在产品表面形成致密的保护膜以隔绝产品与空气、水分的接触。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)原料中加入铍，铍和氧、硫都有极强的亲和力，除氧、除硫的能力更优于锰，同时可以使钢具有较高的温度强度和蠕变性能。
(2)原料中的铊可以与铅、锡形成铊-铅-锡三相共融物，具有极强的抗酸性腐蚀性能，在面对实际酸性环境中，使得合金钢大大延长了其使用寿命。
(4)原料中的锇-铱体系大大增加了合金钢的硬度、强度和耐磨性能，同时延长了产品的使用寿命。
(5)机械合金法使各金属冷焊、碎裂、再焊合，不断细化其组织结构，最终达到原子级混合，实现合金化。
(6)表面磷化处理可以在货架组成部分形成保护膜，可以增强产品的抗蚀能力，同时适应较为复杂的环境。
(7)磷化液配方中去除硝酸镍，有利于人体与环境的保护。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
配料：按上述耐腐蚀金属货架的成分及其质量百分比称取原料，包括Tl：5％、Be：0.4％、C：0.7％、Os：0.8％、Pb：2％、Sn：3％、Ir：0.6％、余量为Fe和杂质，其中杂质包括S＜0.055％、O＜0.015％。
制粉：将按比例混合的原料粉末放入气流磨中，通入氮气，设置氮气气压为0.8MPa，连续加工135h后得合金粉末。
压制成型：将合金粉末填入已经预制好的货架各部位的模具中，充入氮气直至模具内压强达到3个大气压，压制4h后取出各个部件坯件。
烧结：将坯件送入烧结炉内，先在700℃下预烧结1.5h，同时进行复压处理，再将坯件在1100℃下烧结4h后冷却至室温，最后经部件表面切削后得货架各组成部件。
表面处理：将烧结后的货架各组成部件浸入盛有体积比35％乙醇钠、10％碳酸氢钠和余量水的容器中，设置温度为60℃，脱脂时间为10min，取出水洗2次，再将各部件放入体积比45％硫酸、4％双氧水、15％硝酸和余量水中，设置温度为100℃，除锈时间为15min，取出水洗3次，然后将各部件进行表调处理，最后将部件放入体积比8％硝酸钴、7％硝酸镁、12％硝酸、35％磷酸二氢锌、25％磷酸二氢亚铁和余量水中，设置温度为35℃，磷化时间为10min，取出水洗3次。最后，组装得货架成品。
实施例2
配料：按上述耐腐蚀金属货架的成分及其质量百分比称取原料，包括Tl：4％、Be：0.2％、C：0.6％、Os：0.6％、Pb：1％、Sn：2％、Ir：0.4％、余量为Fe和杂质，其中杂质包括S＜0.055％、O＜0.015％。
制粉：将按比例混合的原料粉末放入气流磨中，通入氮气，设置氮气气压为0.8MPa，连续加工135h后得合金粉末。
压制成型：将合金粉末填入已经预制好的货架各部位的模具中，充入氮气直至模具内压强达到3个大气压，压制4h后取出各个部件坯件。
烧结：将坯件送入烧结炉内，先在700℃下预烧结1.5h，同时进行复压处理，再将坯件在1100℃下烧结4h后冷却至室温，最后经部件表面切削后得货架各组成部件。
表面处理：将烧结后的货架各组成部件浸入盛有体积比35％乙醇钠、10％碳酸氢钠和余量水的容器中，设置温度为60℃，脱脂时间为10min，取出水洗2次，再将各部件放入体积比45％硫酸、4％双氧水、15％硝酸和余量水中，设置温度为100℃，除锈时间为15min，取出水洗3次，然后将各部件进行表调处理，最后将部件放入体积比8％硝酸钴、7％硝酸镁、12％硝酸、35％磷酸二氢锌、25％磷酸二氢亚铁和余量水中，设置温度为35℃，磷化时间为10min，取出水洗3次。最后，组装得货架成品。
实施例3
配料：按上述耐腐蚀金属货架的成分及其质量百分比称取原料，包括Tl：6％、Be：0.6％、C：0.8％、Os：1％、Pb：3％、Sn：4％、Ir：0.8％、余量为Fe和杂质，其中杂质包括S＜0.055％、O＜0.015％。
制粉：将按比例混合的原料粉末放入气流磨中，通入氮气，设置氮气气压为0.8MPa，连续加工135h后得合金粉末。
压制成型：将合金粉末填入已经预制好的货架各部位的模具中，充入氮气直至模具内压强达到3个大气压，压制4h后取出各个部件坯件。
烧结：将坯件送入烧结炉内，先在700℃下预烧结1.5h，同时进行复压处理，再将坯件在1100℃下烧结4h后冷却至室温，最后经部件表面切削后得货架各组成部件。
表面处理：将烧结后的货架各组成部件浸入盛有体积比35％乙醇钠、10％碳酸氢钠和余量水的容器中，设置温度为60℃，脱脂时间为10min，取出水洗2次，再将各部件放入体积比45％硫酸、4％双氧水、15％硝酸和余量水中，设置温度为100℃，除锈时间为15min，取出水洗3次，然后将各部件进行表调处理，最后将部件放入体积比8％硝酸钴、7％硝酸镁、12％硝酸、35％磷酸二氢锌、25％磷酸二氢亚铁和余量水中，设置温度为35℃，磷化时间为10min，取出水洗3次。最后，组装得货架成品。
实施例4
配料：按上述耐腐蚀金属货架的成分及其质量百分比称取原料，包括Tl：5％、Be：0.4％、C：0.7％、Os：0.8％、Pb：2％、Sn：3％、Ir：0.6％、余量为Fe和杂质，其中杂质包括S＜0.055％、O＜0.015％。
制粉：将按比例混合的原料粉末放入气流磨中，通入氮气，设置氮气气压为0.5MPa，连续加工120h后得合金粉末。
压制成型：将合金粉末填入已经预制好的货架各部位的模具中，充入氮气直至模具内压强达到2个大气压，压制3h后取出各个部件坯件。
烧结：将坯件送入烧结炉内，先在500℃下预烧结1h，同时进行复压处理，再将坯件在1000℃下烧结3h后冷却至室温，最后经部件表面切削后得货架各组成部件。
表面处理：将烧结后的货架各组成部件浸入盛有体积比35％乙醇钠、10％碳酸氢钠和余量水的容器中，设置温度为60℃，脱脂时间为10min，取出水洗2次，再将各部件放入体积比45％硫酸、4％双氧水、15％硝酸和余量水中，设置温度为100℃，除锈时间为15min，取出水洗3次，然后将各部件进行表调处理，最后将部件放入体积比8％硝酸钴、7％硝酸镁、12％硝酸、35％磷酸二氢锌、25％磷酸二氢亚铁和余量水中，设置温度为35℃，磷化时间为10min，取出水洗3次。最后，组装得货架成品。
实施例5
配料：按上述耐腐蚀金属货架的成分及其质量百分比称取原料，包括Tl：5％、Be：0.4％、C：0.7％、Os：0.8％、Pb：2％、Sn：3％、Ir：0.6％、余量为Fe和杂质，其中杂质包括S＜0.055％、O＜0.015％。
制粉：将按比例混合的原料粉末放入气流磨中，通入氮气，设置氮气气压为0.8MPa，连续加工135h后得合金粉末。
压制成型：将合金粉末填入已经预制好的货架各部位的模具中，充入氮气直至模具内压强达到4个大气压，压制5h后取出各个部件坯件。
烧结：将坯件送入烧结炉内，先在900℃下预烧结2h，同时进行复压处理，再将坯件在1200℃下烧结5h后冷却至室温，最后经部件表面切削后得货架各组成部件。
表面处理：将烧结后的货架各组成部件浸入盛有体积比35％乙醇钠、10％碳酸氢钠和余量水的容器中，设置温度为60℃，脱脂时间为10min，取出水洗2次，再将各部件放入体积比45％硫酸、4％双氧水、15％硝酸和余量水中，设置温度为100℃，除锈时间为15min，取出水洗3次，然后将各部件进行表调处理，最后将部件放入体积比8％硝酸钴、7％硝酸镁、12％硝酸、35％磷酸二氢锌、25％磷酸二氢亚铁和余量水中，设置温度为35℃，磷化时间为10min，取出水洗3次。最后，组装得货架成品。
实施例6
配料：按上述耐腐蚀金属货架的成分及其质量百分比称取原料，包括Tl：5％、Be：0.4％、C：0.7％、Os：0.8％、Pb：2％、Sn：3％、Ir：0.6％、余量为Fe和杂质，其中杂质包括S＜0.055％、O＜0.015％。
制粉：将按比例混合的原料粉末放入气流磨中，通入氮气，设置氮气气压为0.8MPa，连续加工135h后得合金粉末。
压制成型：将合金粉末填入已经预制好的货架各部位的模具中，充入氮气直至模具内压强达到3个大气压，压制4h后取出各个部件坯件。
烧结：将坯件送入烧结炉内，先在700℃下预烧结1.5h，同时进行复压处理，再将坯件在1100℃下烧结4h后冷却至室温，最后经部件表面切削后得货架各组成部件。
表面处理：将烧结后的货架各组成部件浸入盛有体积比30％乙醇钠、5％碳酸氢钠和余量水的容器中，设置温度为40℃，脱脂时间为5min，取出水洗1次，再将各部件放入体积比30％硫酸、3％双氧水、10％硝酸和余量水中，设置温度为70℃，除锈时间为10min，取出水洗2次，然后将各部件进行表调处理，最后将部件放入体积比5％硝酸钴、5％硝酸镁、10％硝酸、30％磷酸二氢锌、20％磷酸二氢亚铁和余量水中，设置温度为25℃，磷化时间为5min，取出水洗2次。最后，组装得货架成品。
实施例7
配料：按上述耐腐蚀金属货架的成分及其质量百分比称取原料，包括Tl：5％、Be：0.4％、C：0.7％、Os：0.8％、Pb：2％、Sn：3％、Ir：0.6％、余量为Fe和杂质，其中杂质包括S＜0.055％、O＜0.015％。
制粉：将按比例混合的原料粉末放入气流磨中，通入氮气，设置氮气气压为0.8MPa，连续加工135h后得合金粉末。
压制成型：将合金粉末填入已经预制好的货架各部位的模具中，充入氮气直至模具内压强达到3个大气压，压制4h后取出各个部件坯件。
烧结：将坯件送入烧结炉内，先在700℃下预烧结1.5h，同时进行复压处理，再将坯件在1100℃下烧结4h后冷却至室温，最后经部件表面切削后得货架各组成部件。
表面处理：将烧结后的货架各组成部件浸入盛有体积比40％乙醇钠、15％碳酸氢钠和余量水的容器中，设置温度为80℃，脱脂时间为15min，取出水洗3次，再将各部件放入体积比60％硫酸、5％双氧水、20％硝酸和余量水中，设置温度为130℃，除锈时间为20min，取出水洗4次，然后将各部件进行表调处理，最后将部件放入体积比10％硝酸钴、10％硝酸镁、15％硝酸、40％磷酸二氢锌、30％磷酸二氢亚铁和余量水中，设置温度为35℃，磷化时间为15min，取出水洗4次。最后，组装得货架成品。
对比例1
与实施例1的区别仅在于，对比例1原料中不含Tl、Os、Ir。
对比例2
与实施例1的区别仅在于，对比例2表面处理不进行脱脂处理。
对比例3
与实施例1的区别仅在于，对比例3表面处理不进行除锈处理。
对比例4
与实施例1的区别仅在于，对比例4表面处理不进行磷化处理，只在产品表面喷漆处理。
将实施例1-7及对比例1-4中的组合货架进行测试，测试其强度、耐腐蚀性和硬度，结果如表1所示：
表1：实施例1-7及对比例1-4中产品的性能
Figure BDA0001398864830000111
从表中数据可以看出，原料中若是缺少Tl元素，合金钢内部无法形成铊-铅-锡三相体系，极大地降低了产品的综合性能。原料中的Os、Ir金属会极大地改变产品的强度与硬度。而最后的表面磷化处理可以适应较为复杂的使用环境，大大增加了产品的使用寿命。
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims (2)

1.一种耐腐蚀金属货架的加工方法，其特征在于，所述的加工方法包括如下步骤：
(1)配料制粉：称取金属货架的合金原料，将原料破碎成粉末，再将粉末混合后置入气流磨机中得合金粉末；
(2)压制成型：将合金粉末放入预备的货架各部位模具中，充入氮气后压制得各部位坯件；
(3)烧结：将坯件送入烧结炉中，经预烧结、再烧结后得货架各组成部件；
(4)表面处理：将货架各部件依次进行脱脂、除锈、表面活化、磷化处理，最后组装得耐腐蚀货架成品；
所述金属货架的合金原料由如下成分及其质量百分比组成：Tl：4-6％、Be：0.2-0.6％、C：0.6-0.8％、Os：0.6-1％、Pb：1-3％、Sn：2-4％、Ir：0.4-0.8％、余量为Fe和杂质，其中杂质包括S＜0.055％、O＜0.015％；
所述压制成型中模具内保持2-4个大气压，压制时间为3-5h；
所述预烧结的温度为500-900℃，时间为1-2h，预烧结后还进行复压处理；再烧结的温度为1000-1200℃，时间为3-5h；
所述表面处理中脱脂具体为：将烧结后的货架各组成部件浸入盛有脱脂液的容器中，设置温度为40-80℃，脱脂时间为5-15min，取出水洗1-3次，其中脱脂液包括体积比30-40％乙醇钠、5-15％碳酸氢钠和余量水；
所述表面处理中除锈具体为：将脱脂、水洗后的货架各部件放入除锈液中，设置温度为70-130℃，除锈时间为10-20min，取出水洗2-4次，其中除锈液包括体积比30-60％硫酸、3-5％双氧水、10-20％硝酸和余量水；
所述表面处理中磷化具体为：先将除锈、水洗后的货架各部件进行表调处理，再将部件放入磷化液中，设置温度为25-45℃，磷化时间为5-15min，取出水洗2-4次，其中磷化液包括体积比5-10％硝酸钴、5-10％硝酸镁、10-15％硝酸、30-40％磷酸二氢锌、20-30％磷酸二氢亚铁和余量水。
2.根据权利要求1所述的一种耐腐蚀金属货架的加工方法，其特征在于，所述配料制粉中气流磨气源为氮气，气压为0.5-1MPa，气流磨作用时间为120-150h，最终获得的合金粉末粒径为2-4μm。
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