CN108187986A - 一种提升不锈钢泵轴使用特性的处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提升不锈钢泵轴使用特性的处理方法，包括如下步骤：（1）表面预处理、（2）涂料涂覆处理、（3）喷丸处理、（4）激光表面处理、（5）冷却处理。本发明对不锈钢泵轴进行了特殊的表面处理，有效改善了泵轴的表面特性，提升了其耐磨、耐腐、强度等性能，将泵轴的使用寿命延长了30%左右，具有很好的推广使用价值。
Description
技术领域
本发明属于泵加工技术领域，具体涉及一种提升不锈钢泵轴使用特性的处理方法。
背景技术
泵是现在人们生活中必不可少的机械设备之一，为日常的生产提供了便利。泵的种类较多，根据具体的使用情况可针对性的选择。泵轴是现有泵中必不可少的部件之一，起到了传动的作用，绝大多数的泵轴是由不锈钢材质制成，虽然不锈钢具有良好的综合使用特性，但对于不断运转反复摩擦的泵轴使用特点而言，其品质仍需要进一步的增强。在长期的运转摩擦情况下，不锈钢泵轴易出现磨损破坏，最终会导致泵轴的失效，进而降低了泵的使用寿命，为了改善上述问题，需要对泵轴的表面耐磨、耐腐等特性进行提升。
目前对于不锈钢泵轴的表面处理方法较多，如渗氮渗碳处理、电镀处理、热喷涂处理、激光表面熔覆处理、气相沉积处理等，其中激光表面熔覆处理具有处理工件的变形量小、工艺灵活性高、可进行局部选择性处理等特点而被广泛应用。但激光表面熔覆处理方法仍有缺点，在激光处理时，合金等熔覆层在高温状态下形成液态熔滴，表面张力大，与泵轴基体间的结合能力稍弱，最终处理后的泵轴表面粗糙度较高，虽然硬度有效提升，但其处理后的表面组织结构不利于耐磨性能的进一步增强。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种提升不锈钢泵轴使用特性的处理方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种提升不锈钢泵轴使用特性的处理方法，包括如下步骤：
（1）表面预处理：
a.先用砂纸对不锈钢泵轴进行表面打磨处理，完成后用压缩空气吹去碎屑后备用；
b.将操作a处理后的不锈钢泵轴放入到盐酸溶液中浸泡处理5~7min后取出，然后用去离子水冲洗一遍后备用；
c.将操作b处理后的不锈钢泵轴放入到干燥箱内干燥处理40~45min后取出备用；
（2）涂料涂覆处理：
a.将事先配制的涂料均匀涂覆在步骤（1）处理后的不锈钢泵轴表面上，所述的涂料由如下重量份的物质组成：8~11份硼、7~9份硅、3~6份钛、2~5份钴、1~3份镍、0.5~1份镧、4~6份十二烷基苯磺酸钠、0.4~0.8份氯化钠、1~1.5份硫酸镁、0.5~1份硬脂酸铝、1~3份聚乙烯醇、7~10份丙三醇、25~30份水；
b.将操作a处理后的不锈钢泵轴放入到干燥箱内固化处理30~35min后取出备用；
（3）喷丸处理：
将步骤（2）处理后的不锈钢泵轴放入到喷丸机内进行喷丸处理，控制喷丸的角度为90°，喷丸的介质为刚玉砂，其粒度为50目，处理完成后将不锈钢泵轴取出备用；
（4）激光表面处理：
将步骤（3）处理后的不锈钢泵轴放入到激光处理仪中，用激光对步骤（3）处理后的不锈钢泵轴进行表面熔覆处理，完成后取出备用；
（5）冷却处理：
将步骤（4）处理后的不锈钢泵轴放入到空气中自然冷却至室温后即可。
进一步的，步骤（1）操作a中所述的表面打磨处理具体是先用300目砂纸进行打磨，然后用500目砂纸进行打磨。
进一步的，步骤（1）操作b中所述的盐酸溶液中盐酸的质量分数为8~10%。
进一步的，步骤（1）操作c中所述的干燥处理的环境温度为90~95℃。
进一步的，步骤（2）操作b中所述的固化处理的环境温度为80~85℃。
进一步的，步骤（3）中所述的喷丸处理时喷丸机内的空气压力为0.5~0.7MPa。
进一步的，步骤（4）中所述的激光表面熔覆处理时，控制激光的输出功率为2.2~2.5kW，激光的扫描速度为180~200mm/min。
现有的激光表面熔覆处理是将待熔覆的合金粉末事先涂覆于不锈钢工件的表面，然后对其进行激光高温熔覆处理，将此合金粉末熔融后与不锈钢表层结合，进而形成一层高强度、高耐磨特性的熔覆层，起到了对不锈钢工件表面性能增强的效果，而传统方法中熔覆层与不锈钢基材表面的结合强度仍不高，成型后的表面粗糙度高，存在一定的组织缺陷，进而影响了其耐磨耐腐等性能，对此本发明对不锈钢工件的激光表面熔覆处理工艺进行了改进处理，其中先进行的表面预处理，去除了不锈钢泵轴的表面杂质等成分，为后续的处理奠定了基础，然后在泵轴表面上涂覆了一层特制的涂料，为后续的激光熔覆处理做准备，接着又进行了一次喷丸处理操作，此喷丸处理能以机械外力的方式增强涂料有效成分与泵轴表面基体间的结合能力，同时在泵轴的表层形成了大量的微型凹坑，此凹坑可促进后续激光熔覆处理时金属熔滴在泵轴表面上铺展的平整性，提升了表面的光滑度，同时凹坑的存在又增加了两者的接触面积，提升了熔覆层与泵轴表面间的结合强度，此外喷丸处理又能细化泵轴表面基体的晶粒，更利于激光熔覆处理时不锈钢表层组织完成奥氏体的相变进程，最后进行激光熔覆处理时，涂料中的硼、硅、钛、钴、镍和镧成分与不锈钢表面组织熔覆结合形成了一高强度、高耐磨性的保护层，涂料中的十二烷基苯磺酸钠、氯化钠、硫酸镁和硬脂酸铝成分可有效的降低金属熔滴的表面张力，进一步提升了激光熔覆处理的效果。
本发明相比现有技术具有以下优点：
本发明对不锈钢泵轴进行了特殊的表面处理，有效改善了泵轴的表面特性，提升了其耐磨、耐腐、强度等性能，将泵轴的使用寿命延长了30%左右，具有很好的推广使用价值。
具体实施方式
实施例1
一种提升不锈钢泵轴使用特性的处理方法，包括如下步骤：
（1）表面预处理：
a.先用砂纸对不锈钢泵轴进行表面打磨处理，完成后用压缩空气吹去碎屑后备用；
b.将操作a处理后的不锈钢泵轴放入到盐酸溶液中浸泡处理5min后取出，然后用去离子水冲洗一遍后备用；
c.将操作b处理后的不锈钢泵轴放入到干燥箱内干燥处理40min后取出备用；
（2）涂料涂覆处理：
a.将事先配制的涂料均匀涂覆在步骤（1）处理后的不锈钢泵轴表面上，所述的涂料由如下重量份的物质组成：8份硼、7份硅、3份钛、2份钴、1份镍、0.5份镧、4份十二烷基苯磺酸钠、0.4份氯化钠、1份硫酸镁、0.5份硬脂酸铝、1份聚乙烯醇、7份丙三醇、25份水；
b.将操作a处理后的不锈钢泵轴放入到干燥箱内固化处理30min后取出备用；
（3）喷丸处理：
将步骤（2）处理后的不锈钢泵轴放入到喷丸机内进行喷丸处理，控制喷丸的角度为90°，喷丸的介质为刚玉砂，其粒度为50目，处理完成后将不锈钢泵轴取出备用；
（4）激光表面处理：
将步骤（3）处理后的不锈钢泵轴放入到激光处理仪中，用激光对步骤（3）处理后的不锈钢泵轴进行表面熔覆处理，完成后取出备用；
（5）冷却处理：
将步骤（4）处理后的不锈钢泵轴放入到空气中自然冷却至室温后即可。
进一步的，步骤（1）操作a中所述的表面打磨处理具体是先用300目砂纸进行打磨，然后用500目砂纸进行打磨。
进一步的，步骤（1）操作b中所述的盐酸溶液中盐酸的质量分数为8%。
进一步的，步骤（1）操作c中所述的干燥处理的环境温度为90℃。
进一步的，步骤（2）操作b中所述的固化处理的环境温度为80℃。
进一步的，步骤（3）中所述的喷丸处理时喷丸机内的空气压力为0.5MPa。
进一步的，步骤（4）中所述的激光表面熔覆处理时，控制激光的输出功率为2.2kW，激光的扫描速度为180mm/min。
实施例2
一种提升不锈钢泵轴使用特性的处理方法，包括如下步骤：
（1）表面预处理：
a.先用砂纸对不锈钢泵轴进行表面打磨处理，完成后用压缩空气吹去碎屑后备用；
b.将操作a处理后的不锈钢泵轴放入到盐酸溶液中浸泡处理6min后取出，然后用去离子水冲洗一遍后备用；
c.将操作b处理后的不锈钢泵轴放入到干燥箱内干燥处理43min后取出备用；
（2）涂料涂覆处理：
a.将事先配制的涂料均匀涂覆在步骤（1）处理后的不锈钢泵轴表面上，所述的涂料由如下重量份的物质组成：10份硼、8份硅、5份钛、4份钴、2份镍、0.8份镧、5份十二烷基苯磺酸钠、0.6份氯化钠、1.2份硫酸镁、0.8份硬脂酸铝、2份聚乙烯醇、9份丙三醇、28份水；
b.将操作a处理后的不锈钢泵轴放入到干燥箱内固化处理33min后取出备用；
（3）喷丸处理：
将步骤（2）处理后的不锈钢泵轴放入到喷丸机内进行喷丸处理，控制喷丸的角度为90°，喷丸的介质为刚玉砂，其粒度为50目，处理完成后将不锈钢泵轴取出备用；
（4）激光表面处理：
将步骤（3）处理后的不锈钢泵轴放入到激光处理仪中，用激光对步骤（3）处理后的不锈钢泵轴进行表面熔覆处理，完成后取出备用；
（5）冷却处理：
将步骤（4）处理后的不锈钢泵轴放入到空气中自然冷却至室温后即可。
进一步的，步骤（1）操作a中所述的表面打磨处理具体是先用300目砂纸进行打磨，然后用500目砂纸进行打磨。
进一步的，步骤（1）操作b中所述的盐酸溶液中盐酸的质量分数为9%。
进一步的，步骤（1）操作c中所述的干燥处理的环境温度为93℃。
进一步的，步骤（2）操作b中所述的固化处理的环境温度为82℃。
进一步的，步骤（3）中所述的喷丸处理时喷丸机内的空气压力为0.6MPa。
进一步的，步骤（4）中所述的激光表面熔覆处理时，控制激光的输出功率为2.4kW，激光的扫描速度为190mm/min。
实施例3
一种提升不锈钢泵轴使用特性的处理方法，包括如下步骤：
（1）表面预处理：
a.先用砂纸对不锈钢泵轴进行表面打磨处理，完成后用压缩空气吹去碎屑后备用；
b.将操作a处理后的不锈钢泵轴放入到盐酸溶液中浸泡处理7min后取出，然后用去离子水冲洗一遍后备用；
c.将操作b处理后的不锈钢泵轴放入到干燥箱内干燥处理45min后取出备用；
（2）涂料涂覆处理：
a.将事先配制的涂料均匀涂覆在步骤（1）处理后的不锈钢泵轴表面上，所述的涂料由如下重量份的物质组成：11份硼、9份硅、6份钛、5份钴、3份镍、1份镧、6份十二烷基苯磺酸钠、0.8份氯化钠、1.5份硫酸镁、1份硬脂酸铝、3份聚乙烯醇、10份丙三醇、30份水；
b.将操作a处理后的不锈钢泵轴放入到干燥箱内固化处理35min后取出备用；
（3）喷丸处理：
将步骤（2）处理后的不锈钢泵轴放入到喷丸机内进行喷丸处理，控制喷丸的角度为90°，喷丸的介质为刚玉砂，其粒度为50目，处理完成后将不锈钢泵轴取出备用；
（4）激光表面处理：
将步骤（3）处理后的不锈钢泵轴放入到激光处理仪中，用激光对步骤（3）处理后的不锈钢泵轴进行表面熔覆处理，完成后取出备用；
（5）冷却处理：
将步骤（4）处理后的不锈钢泵轴放入到空气中自然冷却至室温后即可。
进一步的，步骤（1）操作a中所述的表面打磨处理具体是先用300目砂纸进行打磨，然后用500目砂纸进行打磨。
进一步的，步骤（1）操作b中所述的盐酸溶液中盐酸的质量分数为10%。
进一步的，步骤（1）操作c中所述的干燥处理的环境温度为95℃。
进一步的，步骤（2）操作b中所述的固化处理的环境温度为85℃。
进一步的，步骤（3）中所述的喷丸处理时喷丸机内的空气压力为0.7MPa。
进一步的，步骤（4）中所述的激光表面熔覆处理时，控制激光的输出功率为2.5kW，激光的扫描速度为200mm/min。
对比实施例1
本对比实施例1与实施例2相比，省去步骤（2）涂料涂覆处理操作a中涂料中的十二烷基苯磺酸钠、氯化钠、硫酸镁和硬脂酸铝成分，除此外的方法步骤均相同。
对比实施例2
本对比实施例2与实施例2相比，省去步骤（3）喷丸处理操作，除此外的方法步骤均相同。
对比实施例3
本对比实施例3与实施例2相比，省去步骤（2）涂料涂覆处理操作a中涂料中的十二烷基苯磺酸钠、氯化钠、硫酸镁和硬脂酸铝成分，同时省去步骤（3）喷丸处理操作，除此外的方法步骤均相同。
对照组
现有的泵轴表面激光熔覆处理方法。
为了对比本发明效果，选用型号为1Cr18Ni9型号的不锈钢（具体化学成分及含量为：C0.12wt%、Si0.9wt%、Mn1.8wt%、Cr18wt%、Ni10wt%、Fe余量）制成的泵轴作为实验对象，分别用上述实施例2、对比实施例1、对比实施例2、对比实施例3、对照组所述的方法进行处理，完成后对各组处理后的泵轴进行性能测试，具体对比数据如下表1所示：
表1
| 表层显微硬度（HV0.2） | 平均磨损量（g） | 耐酸时长（h） | 耐盐水时长（h） | |
| 实施例2 | 1053 | 0.096 | 1960 | 2210 |
| 对比实施例1 | 952 | 0.139 | 1740 | 1900 |
| 对比实施例2 | 896 | 0.187 | 1610 | 1760 |
| 对比实施例3 | 857 | 0.218 | 1500 | 1630 |
| 对照组 | 835 | 0.235 | 1450 | 1570 |
注：上表1中所述的表层显微硬度是用HVS-1000型显微硬度仪对泵轴的激光熔覆层与基体结合界面处进行的显微硬度测试，试验力为220g，试验力的保持时间为15s；所述的平均磨损量是对泵轴进行磨损实验测得，实验具体是用盘削式磨损试验机对泵轴进行磨损测试，试验的载荷为120N，转速为1200转/分，试验时间为60min；所述的耐酸时长是指用质量分数为7%的硫酸溶液浸泡处理，保持温度为38℃，观察涂料漆膜无变化的持续时长，以此对比其耐酸特性；所述的耐盐水时长是指用质量分数为8%的氯化钠溶液浸泡处理，保持温度为38℃，观察涂料漆膜无变化的持续时长，以此对比其耐盐水性特性。
由上表1可以看出，本发明处理方法能有效的改善不锈钢泵轴的表面使用品质，增强了其表面硬度、耐腐、耐磨等性能，从而有效的延长了其使用寿命，提高了使用稳定性，具有很好的推广应用价值。
Claims (7)
1.一种提升不锈钢泵轴使用特性的处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）表面预处理：
a.先用砂纸对不锈钢泵轴进行表面打磨处理，完成后用压缩空气吹去碎屑后备用；
b.将操作a处理后的不锈钢泵轴放入到盐酸溶液中浸泡处理5~7min后取出，然后用去离子水冲洗一遍后备用；
c.将操作b处理后的不锈钢泵轴放入到干燥箱内干燥处理40~45min后取出备用；
（2）涂料涂覆处理：
a.将事先配制的涂料均匀涂覆在步骤（1）处理后的不锈钢泵轴表面上，所述的涂料由如下重量份的物质组成：8~11份硼、7~9份硅、3~6份钛、2~5份钴、1~3份镍、0.5~1份镧、4~6份十二烷基苯磺酸钠、0.4~0.8份氯化钠、1~1.5份硫酸镁、0.5~1份硬脂酸铝、1~3份聚乙烯醇、7~10份丙三醇、25~30份水；
b.将操作a处理后的不锈钢泵轴放入到干燥箱内固化处理30~35min后取出备用；
（3）喷丸处理：
将步骤（2）处理后的不锈钢泵轴放入到喷丸机内进行喷丸处理，控制喷丸的角度为90°，喷丸的介质为刚玉砂，其粒度为50目，处理完成后将不锈钢泵轴取出备用；
（4）激光表面处理：
将步骤（3）处理后的不锈钢泵轴放入到激光处理仪中，用激光对步骤（3）处理后的不锈钢泵轴进行表面熔覆处理，完成后取出备用；
（5）冷却处理：
将步骤（4）处理后的不锈钢泵轴放入到空气中自然冷却至室温后即可。
2.根据权利要求1所述的一种提升不锈钢泵轴使用特性的处理方法，其特征在于，步骤（1）操作a中所述的表面打磨处理具体是先用300目砂纸进行打磨，然后用500目砂纸进行打磨。
3.根据权利要求1所述的一种提升不锈钢泵轴使用特性的处理方法，其特征在于，步骤（1）操作b中所述的盐酸溶液中盐酸的质量分数为8~10%。
4.根据权利要求1所述的一种提升不锈钢泵轴使用特性的处理方法，其特征在于，步骤（1）操作c中所述的干燥处理的环境温度为90~95℃。
5.根据权利要求1所述的一种提升不锈钢泵轴使用特性的处理方法，其特征在于，步骤（2）操作b中所述的固化处理的环境温度为80~85℃。
6.根据权利要求1所述的一种提升不锈钢泵轴使用特性的处理方法，其特征在于，步骤（3）中所述的喷丸处理时喷丸机内的空气压力为0.5~0.7MPa。
7.根据权利要求1所述的一种提升不锈钢泵轴使用特性的处理方法，其特征在于，步骤（4）中所述的激光表面熔覆处理时，控制激光的输出功率为2.2~2.5kW，激光的扫描速度为180~200mm/min。
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