CN108826240A - 一种防氧化不锈钢投光灯杆及其制备方法 - Google Patents

一种防氧化不锈钢投光灯杆及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种投光灯杆及其制备方法，具体涉及一种防氧化不锈钢投光灯杆及其制备方法，属于灯杆材料领域。本发明防氧化不锈钢投光灯杆包括主体及涂覆于主体表面的ZrBMoS涂层；所述主体由多孔不锈钢材料制得；所述多孔不锈钢的孔洞中浇注有PCBN。所述不锈钢材料包括如下质量百分数的组分：C：0.12‑0.14％，Si：0.32‑0.45％，Mn：0.35‑0.42％，Ni：0.13‑0.18％，Cr：1.12‑1.15％，S：0.08‑0.12％，Cu：0.02‑0.05％，余量为Fe。本发明防氧化不锈钢投光灯杆采用配伍合理的不锈钢成分，并采用特定的制备方法，使得制得的投光灯杆强度高、防氧化性能好。

Description

一种防氧化不锈钢投光灯杆及其制备方法
发明领域
本发明涉及一种投光灯杆及其制备方法，具体涉及一种防氧化不 锈钢投光灯杆及其制备方法，属于灯杆材料领域。
背景技术
路灯被广泛用于道路、街道照明，传统的路灯通过焊接的方式将 各种终端设备或市政设施固定到路灯灯杆上，由于各种终端设备或市 政设施随着社会以及时间的发展而不断变化，当需要更换各种终端设 备或市政设施时，焊接的部分很难分开，通常需要更换路灯灯杆，造 成市政资源的严重浪费。
由于存在上述问题，有必要对其提出解决方案，本发明正是在这 样的背景下作出的。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述问题，提出了一种防氧化不锈钢 投光灯杆及其制备方法。
本发明的目的通过如下技术方案来实现：一种防氧化不锈钢投光 灯杆，所述防氧化不锈钢投光灯杆包括主体及涂覆于主体表面的 ZrBMoS涂层；所述主体由多孔不锈钢材料制得；所述多孔不锈钢的 孔洞中浇注有PCBN。
本发明防氧化不锈钢投光灯杆采用多孔不锈钢材料作为主体，并 在多孔不锈钢材料的孔洞中浇注PCBN，其中PCBN的显微硬度仅次 于金刚石的硬度，同时，PCBN有很高的热稳定性和极强的化学稳定 性，本发明将PCBN与不锈钢材料相结合，既能增强制得的投光灯杆 的硬度和强度，还能提高制得的投光灯杆的防氧化性能。在此基础上， 本发明在主体表面涂覆了ZrBMoS涂层，ZrBMoS涂层具有良好的与 基体的结合力，较高硬度及耐磨损的性能，同时具有优良的防氧化能 力，达到本发明的目的。
在上述一种防氧化不锈钢投光灯杆中，所述不锈钢材料包括如下 质量百分数的组分：C：0.12-0.14％，Si：0.32-0.45％，Mn：0.35-0.42％， Ni：0.13-0.18％，Cr：1.12-1.15％，S：0.08-0.12％，Cu：0.02-0.05％， 余量为Fe。
本发明通过对不锈钢原料进行合理配伍，并加入Cr提高不锈钢 的强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性，Cr又能提高钢的 抗氧化性和耐腐蚀性；同时，本发明通过在不锈钢材料中添加S，能 够改善得到的投光灯杆的切削性能，但S元素加入过多，会导致不锈 钢产生热脆性，降低不锈钢的延展性和韧性。Cu元素的加入能提高 强度和韧性，特别是大气腐蚀性能。但含量超过0.05％会在热加工时 容易产生热脆。因此本发明采用上述组分的元素，使制得的不锈钢材 料抗氧化性能好，且机械强度高。
本发明的另一个目的在于提供一种上述防氧化不锈钢投光灯杆 的制备方法，所述制备方法具体包括如下步骤：
球磨：将不锈钢材料进行球磨得到不锈钢粉末，并加入去离子水 调节固相含量；
pH调节：加入明胶和海藻酸钠，调节pH至6.8-7.2得母液；
固化：将母液倒入石膏模型中，静置；
干燥脱模：采用真空冷冻干燥法进行干燥并脱模得预制品；
脱脂：将预制品置于脱脂炉内脱脂得多孔不锈钢坯体；
烧结：将PCBN粉末注入多孔不锈钢坯体的孔洞中，利用高真空 微波实验炉进行烧结得半成品；
涂层涂覆：在防氧化不锈钢投光灯杆半成品表面涂覆ZrBMoS涂 层得防氧化不锈钢投光灯杆成品。
本发明采用凝胶注模与微波烧结法制备多孔不锈钢，并通过脱脂 干燥法进行干燥，可以很好地解决困气问题，同时保证不锈钢件的表 面质量，简化模具结构，降低生产成本。
在上述一种防氧化不锈钢投光灯杆的制备方法中，所述调节的固 相含量为50-55％。本发明采用凝胶注模与微波烧结法制备多孔不锈 钢，其中固相含量越高，孔隙率越低，当固相含量高于50％以后，孔 隙率变化趋于平缓；固相含量越高，粘度越大。由于固相含量还影响 制得的多孔不锈钢的抗压强度，而抗压强度和抗弯强度随固相含量增 多呈先增大后减小的趋势。产生这种现象的原因是：随固相含量的增 大，胶体成分越少，后续工艺过程中的孔隙率降低，有助于提高强度。 但当固相含量过大时，浆料中粉末流动性变差，不同直径颗粒间填充 不完全，坯体内部不均匀，反而会降低多孔不锈钢的抗弯和抗压强度。因此，本发明采用上述范围的固相含量。
在上述一种防氧化不锈钢投光灯杆的制备方法中，所述明胶的加 入量为不锈钢粉末质量的0.1-0.12％，所述海藻酸钠的加入量为不锈 钢粉末的0.8-0.9％。其中，明胶作为粘结剂加入，而海藻酸钠作为分 散剂加入。粘结剂可使粉末颗粒团聚成胶状，防止离析，提高铸件强 度；而分散剂能使不锈钢粉末更加均匀的分散形成密度均匀的母液。
在上述一种防氧化不锈钢投光灯杆的制备方法中，所述固化步骤 中静置温度为45-50℃，静置时间为10-12h。随着静置时间的延长， 母液粘度增大，因此本发明采用10-12h，能够提高母液的浇注工艺性。
另外，本发明采用真空冷冻干燥法对不锈钢粉末进行干燥，传统 加热干燥后的坯体内部由于收缩不均匀，产生裂纹等缺陷；而真空冷 冻干燥后的坯体收缩率小，表面无缺陷，能保持原有的形状。这是由 于真空冷冻干燥过程是在真空环境中进行，有效地解决了坯体在干燥 过程中的氧化变质现象。另外，在真空冷冻干燥过程中，坯体中的水 分直接由固态升华，消除了普通干燥中存在的固、液表面张力，从而 基本消除了干燥内应力。
在上述一种防氧化不锈钢投光灯杆的制备方法中，所述烧结工艺 包括如下步骤：在350-370℃温度下保温1-1.5h，以5-6℃/min的速率升 温至1320-1330℃，保温3-3.5h后随炉冷却至室温。本发明采用微波烧 结工艺，微波烧结工艺具有加热均匀、升温快、烧结温度低的特点， 能够保证制得的防氧化不锈钢投光灯杆的强度和均匀性。作为优选， 本发明中微波频率为2.4-2.6GHz，真空度为2.4-2.6×10-3Pa。
在上述一种防氧化不锈钢投光灯杆的制备方法中，所述ZrBMoS 涂层的原料为ZrB2和MoS2两种粉末按Zr：Mo原子比1:1混合而成。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、本发明防氧化不锈钢投光灯杆采用多孔不锈钢材料作为主体， 并在多孔不锈钢材料的孔洞中浇注PCBN，既能增强制得的投光灯杆 的硬度和强度，还能提高制得的投光灯杆的防氧化性能；
2、本发明在主体表面涂覆了ZrBMoS涂层，ZrBMoS涂层具有良 好的与基体的结合力，较高硬度及耐磨损的性能，同时具有优良的防 氧化能力，达到本发明的目的；
3、本发明防氧化不锈钢投光灯杆采用配伍合理的不锈钢成分， 并采用特定的制备方法，使得制得的投光灯杆强度高、防氧化性能好。
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
球磨：将不锈钢材料进行球磨得到不锈钢粉末，并加入去离子水 调节固相含量；所述不锈钢材料包括如下质量百分数的组分：C： 0.12％，Si：0.32％，Mn：0.35％，Ni：0.13％，Cr：1.12％，S：0.08％， Cu：0.02％，余量为Fe；所述调节的固相含量为50％；
pH调节：加入明胶和海藻酸钠，调节pH至6.8得母液；所述明 胶的加入量为不锈钢粉末质量的0.1％，所述海藻酸钠的加入量为不 锈钢粉末的0.8％；
固化：将母液倒入石膏模型中，静置；所述固化步骤中静置温度 为45℃，静置时间为10h；
干燥脱模：采用真空冷冻干燥法进行干燥并脱模得预制品；
脱脂：将预制品置于脱脂炉内脱脂得多孔不锈钢坯体；
烧结：将PCBN粉末注入多孔不锈钢坯体的孔洞中，利用高真空 微波实验炉进行烧结得半成品；所述烧结工艺包括如下步骤：在350℃ 温度下保温1h，以5℃/min的速率升温至1320℃，保温3h后随炉冷却 至室温；所述微波频率为2.4GHz，真空度为2.4×10-3Pa；
涂层涂覆：在防氧化不锈钢投光灯杆半成品表面涂覆ZrBMoS涂 层得防氧化不锈钢投光灯杆成品，所述ZrBMoS涂层的原料为ZrB2和 MoS2两种粉末按Zr：Mo原子比1:1混合而成。
实施例2
球磨：将不锈钢材料进行球磨得到不锈钢粉末，并加入去离子水 调节固相含量；所述不锈钢材料包括如下质量百分数的组分：C： 0.125％，Si：0.35％，Mn：0.36％，Ni：0.14％，Cr：1.125％，S：0.09％， Cu：0.03％，余量为Fe；所述调节的固相含量为51％；
pH调节：加入明胶和海藻酸钠，调节pH至6.9得母液；所述明 胶的加入量为不锈钢粉末质量的0.105％，所述海藻酸钠的加入量为 不锈钢粉末的0.82％；
固化：将母液倒入石膏模型中，静置；所述固化步骤中静置温度 为46℃，静置时间为10.5h；
干燥脱模：采用真空冷冻干燥法进行干燥并脱模得预制品；
脱脂：将预制品置于脱脂炉内脱脂得多孔不锈钢坯体；
烧结：将PCBN粉末注入多孔不锈钢坯体的孔洞中，利用高真空 微波实验炉进行烧结得半成品；所述烧结工艺包括如下步骤：在355℃ 温度下保温1.1h，以5-6℃/min的速率升温至1322℃，保温3.1h后随炉 冷却至室温；所述微波频率为2.45GHz，真空度为2.45×10-3Pa；
涂层涂覆：在防氧化不锈钢投光灯杆半成品表面涂覆ZrBMoS涂 层得防氧化不锈钢投光灯杆成品，所述ZrBMoS涂层的原料为ZrB2和 MoS2两种粉末按Zr：Mo原子比1:1混合而成。
实施例3
球磨：将不锈钢材料进行球磨得到不锈钢粉末，并加入去离子水 调节固相含量；所述不锈钢材料包括如下质量百分数的组分：C： 0.13％，Si：0.4％，Mn：0.39％，Ni：0.16％，Cr：1.14％，S：0.1％， Cu：0.035％，余量为Fe；所述调节的固相含量为53％；
pH调节：加入明胶和海藻酸钠，调节pH至7得母液；所述明 胶的加入量为不锈钢粉末质量的0.11％，所述海藻酸钠的加入量为不 锈钢粉末的0.85％；
固化：将母液倒入石膏模型中，静置；所述固化步骤中静置温度 为48℃，静置时间为11h；
干燥脱模：采用真空冷冻干燥法进行干燥并脱模得预制品；
脱脂：将预制品置于脱脂炉内脱脂得多孔不锈钢坯体；
烧结：将PCBN粉末注入多孔不锈钢坯体的孔洞中，利用高真空 微波实验炉进行烧结得半成品；所述烧结工艺包括如下步骤：在360℃ 温度下保温1.3h，以5.5℃/min的速率升温至1325℃，保温3.3h后随炉 冷却至室温；所述微波频率为2.5GHz，真空度为2.5×10- 3Pa；
涂层涂覆：在防氧化不锈钢投光灯杆半成品表面涂覆ZrBMoS涂 层得防氧化不锈钢投光灯杆成品，所述ZrBMoS涂层的原料为ZrB2和 MoS2两种粉末按Zr：Mo原子比1:1混合而成。
实施例4
球磨：将不锈钢材料进行球磨得到不锈钢粉末，并加入去离子水 调节固相含量；所述不锈钢材料包括如下质量百分数的组分：C： 0.135％，Si：0.42％，Mn：0.4％，Ni：0.16％，Cr：1.14％，S：0.11％， Cu：0.04％，余量为Fe；所述调节的固相含量为54％；
pH调节：加入明胶和海藻酸钠，调节pH至7.1得母液；所述明 胶的加入量为不锈钢粉末质量的0.115％，所述海藻酸钠的加入量为 不锈钢粉末的0.88％；
固化：将母液倒入石膏模型中，静置；所述固化步骤中静置温度 为48℃，静置时间为11.5h；
干燥脱模：采用真空冷冻干燥法进行干燥并脱模得预制品；
脱脂：将预制品置于脱脂炉内脱脂得多孔不锈钢坯体；
烧结：将PCBN粉末注入多孔不锈钢坯体的孔洞中，利用高真空 微波实验炉进行烧结得半成品；所述烧结工艺包括如下步骤：在365℃ 温度下保温1.4h，以5-6℃/min的速率升温至1328℃，保温3.4h后随炉 冷却至室温；所述微波频率为2.55GHz，真空度为2.55×10-3Pa；
涂层涂覆：在防氧化不锈钢投光灯杆半成品表面涂覆ZrBMoS涂 层得防氧化不锈钢投光灯杆成品，所述ZrBMoS涂层的原料为ZrB2和 MoS2两种粉末按Zr：Mo原子比1:1混合而成。
实施例5
球磨：将不锈钢材料进行球磨得到不锈钢粉末，并加入去离子水 调节固相含量；所述不锈钢材料包括如下质量百分数的组分：C： 0.14％，Si：0.45％，Mn：0.42％，Ni：0.18％，Cr：1.15％，S：0.12％， Cu：0.05％，余量为Fe；所述调节的固相含量为55％；
pH调节：加入明胶和海藻酸钠，调节pH至7.2得母液；所述明 胶的加入量为不锈钢粉末质量的0.12％，所述海藻酸钠的加入量为不 锈钢粉末的0.9％；
固化：将母液倒入石膏模型中，静置；所述固化步骤中静置温度 为50℃，静置时间为12h；
干燥脱模：采用真空冷冻干燥法进行干燥并脱模得预制品；
脱脂：将预制品置于脱脂炉内脱脂得多孔不锈钢坯体；
烧结：将PCBN粉末注入多孔不锈钢坯体的孔洞中，利用高真空 微波实验炉进行烧结得半成品；所述烧结工艺包括如下步骤：在370℃ 温度下保温1.5h，以6℃/min的速率升温至1330℃，保温3.5h后随炉冷 却至室温；所述微波频率为2.6GHz，真空度为2.6×10-3Pa；
涂层涂覆：在防氧化不锈钢投光灯杆半成品表面涂覆ZrBMoS涂 层得防氧化不锈钢投光灯杆成品，所述ZrBMoS涂层的原料为ZrB2和 MoS2两种粉末按Zr：Mo原子比1:1混合而成。
实施例6
与实施例3的区别仅在于，该实施例防氧化不锈钢投光灯杆中多 孔不锈钢的孔洞中没有浇注PCBN，其他与实施例3相同，此处不再赘 述。
实施例7
与实施例3的区别仅在于，该实施例防氧化不锈钢投光灯杆中多 孔不锈钢中的不锈钢材料为普通市售不锈钢材料，其他与实施例3相 同，此处不再赘述。
实施例8
与实施例3的区别仅在于，该实施例防氧化不锈钢投光灯杆采用 普通常用方法制备而成，其他与实施例3相同，此处不再赘述。
实施例9
与实施例3的区别仅在于，该实施例防氧化不锈钢投光灯杆在制 备过程中没有加入明胶和海藻酸钠，其他与实施例3相同，此处不再 赘述。
实施例10
与实施例3的区别仅在于，该实施例防氧化不锈钢投光灯杆在制 备过程中采用普通烧结工艺，其他与实施例3相同，此处不再赘述。
对比例1
与实施例3的区别仅在于，该对比例防氧化不锈钢投光灯杆采用 普通市售材料，其他与实施例3相同，此处不再赘述。
对比例2
与实施例3的区别仅在于，该对比例防氧化不锈钢投光灯杆主体 表面没有涂覆ZrBMoS涂层，其他与实施例3相同，此处不再赘述。
对上述实施例1-10及对比例1-2中制得的防氧化不锈钢投光灯杆 进行性能检测，其结果如表1所示：
表1：实施例1-10及对比例1-2中防氧化不锈钢投光灯杆的性能检 测结果
从上述结果可以看出，本发明防氧化不锈钢投光灯杆采用多孔不 锈钢材料作为主体，并在多孔不锈钢材料的孔洞中浇注PCBN，既能 增强制得的投光灯杆的硬度和强度，还能提高制得的投光灯杆的防氧 化性能；在主体表面涂覆了ZrBMoS涂层，ZrBMoS涂层具有良好的 与基体的结合力，较高硬度及耐磨损的性能，同时具有优良的防氧化 能力，达到本发明的目的。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本 发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修 改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超 越所附权利要求书所定义的范围。
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 (10)

1.一种防氧化不锈钢投光灯杆，其特征在于，所述防氧化不锈钢投光灯杆包括主体及涂覆于主体表面的ZrBMoS涂层，所述主体由多孔不锈钢材料制得。
2.根据权利要求1所述的一种防氧化不锈钢投光灯杆，其特征在于，所述多孔不锈钢的孔洞中浇注有PCBN。
3.根据权利要求1所述的一种防氧化不锈钢投光灯杆，其特征在于，所述多孔不锈钢中的不锈钢材料包括如下质量百分数的组分：C：0.12-0.14％，Si：0.32-0.45％，Mn：0.35-0.42％，Ni：0.13-0.18％，Cr：1.12-1.15％，S：0.08-0.12％，Cu：0.02-0.05％，余量为Fe。
4.一种如权利要求1所述的防氧化不锈钢投光灯杆的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括如下步骤：
球磨：将不锈钢材料进行球磨得到不锈钢粉末，并加入去离子水调节固相含量；
pH调节：加入明胶和海藻酸钠，调节pH至6.8-7.2得母液；
固化：将母液倒入石膏模型中，静置；
干燥脱模：采用真空冷冻干燥法进行干燥并脱模得预制品；
脱脂：将预制品置于脱脂炉内脱脂得多孔不锈钢坯体；
烧结：将立方氮化硼粉末注入多孔不锈钢坯体的孔洞中，利用高真空微波实验炉进行烧结得半成品；
涂层涂覆：在防氧化不锈钢投光灯杆半成品表面涂覆ZrBMoS涂层得防氧化不锈钢投光灯杆成品。
5.根据权利要求4所述的一种防氧化不锈钢投光灯杆的制备方法，其特征在于，所述调节的固相含量为50-55％。
6.根据权利要求4所述的一种防氧化不锈钢投光灯杆的制备方法，其特征在于，所述明胶的加入量为不锈钢粉末质量的0.1-0.12％，所述海藻酸钠的加入量为不锈钢粉末的0.8-0.9％。
7.根据权利要求4所述的一种防氧化不锈钢投光灯杆的制备方法，其特征在于，所述固化步骤中静置温度为45-50℃，静置时间为10-12h。
8.根据权利要求4所述的一种防氧化不锈钢投光灯杆的制备方法，其特征在于，所述烧结工艺包括如下步骤：在350-370℃温度下保温1-1.5h，以5-6℃/min的速率升温至1320-1330℃，保温3-3.5h后随炉冷却至室温。
9.根据权利要求4所述的一种防氧化不锈钢投光灯杆的制备方法，其特征在于，所述微波频率为2.4-2.6GHz，真空度为2.4-2.6×10-3Pa。
10.根据权利要求4所述的一种防氧化不锈钢投光灯杆的制备方法，其特征在于，所述ZrBMoS涂层的原料为ZrB2和MoS2两种粉末按Zr：Mo原子比1:1混合而成。
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Citations (4)

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