CN109023360A - 一种耐磨的双吸泵叶轮表面处理工艺 - Google Patents

一种耐磨的双吸泵叶轮表面处理工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及双吸泵叶轮技术领域，具体地，涉及一种耐磨的双吸泵叶轮表面处理工艺，包括以下步骤：(1)对双吸泵叶轮进行表面粗化，然后将其浸没到质量分数为95％的乙醇溶液中润洗；(2)将质量比(1～2)：1石墨烯和碳纳米管投入到蒸馏水中，然后在惰性气体保护的环境下以2～4℃/min的速度升温至40～60℃，再保温4～6h，然后自然冷却至室温，得到混合溶液，如此，本申请中，是通过在双吸泵叶轮表面热喷涂立方氮化硼以及碳纳米管，该该热喷涂的方法不仅提高了双吸泵叶轮表面粒子的致密性，还进一步的优化了粒子间、界面处的应力状态，有效的提高了涂层的强度和韧性，确保了双吸泵叶轮在使用过程中的耐磨性能，延长其使用寿命。

Description

一种耐磨的双吸泵叶轮表面处理工艺
技术领域：
本发明涉及双吸泵叶轮技术领域，具体地，涉及一种耐磨的双吸泵叶轮表面处理工艺。
背景技术：
双吸泵作为离心泵的一种重要形式，因其具有扬程高、流量大等特点，在工程中得到广泛应用。这种泵型的叶轮实际上由两个背靠背的叶轮组合而成，从叶轮流出的水流汇入一个蜗壳中。双吸泵具有如下一些特点:它相当于两个相同直径的单吸叶轮同时工作，在同样的叶轮外径下流量可增大一倍；泵壳水平中开，检查和维修方便，同时，双吸泵进出口在同一方向上且垂直于泵轴，利于泵和进出水管的布置与安装；双吸泵的叶轮结构对称，没有轴向力，运行较平稳。
现有技术中，由于水流的冲刷，水泵流道内壁和叶轮过水面变得粗糙不平，水泵内流道的摩阻系数增大，再加上水在泵内的流速很大，水头损失增加。水力效率降低，如申请号为CN201410172466.X公开了一种新型双吸旋流泵，主要由叶轮螺母，前盖，双吸叶轮，泵体，副进水室，填料室，轴承体上支架，右轴承压盖，耐磨板，填料压盖，轴承体，轴承体下支架组成，所述泵体内设有双吸叶轮，双吸叶轮通过主轴与轴承体连接，所述旋流泵的叶轮偏心安置d＝8～15mm，上述双吸泵在实际使用时，由于环境中的杂质较多，杂质以及水流冲刷导致水泵内流到摩阻系数增大，叶轮上出现剥离，而叶轮剥离后形成的槽口进一步降低了双吸泵的水利性能和使用寿命，因此，对于双吸泵叶轮的表面处理，使其具有优异的耐磨性能，延长其使用寿命也是本领域技术人员所研究的重要课题。
发明内容：
本发明克服现有技术的缺陷，提供一种耐磨的双吸泵叶轮表面处理工艺。
本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：一种耐磨的双吸泵叶轮表面处理工艺，包括以下步骤：
(1)对双吸泵叶轮进行表面粗化，然后将其浸没到质量分数为95％的乙醇溶液中润洗；
(2)将质量比(1～2)：1石墨烯和碳纳米管投入到蒸馏水中，并通过超声初步粉碎处理后，在常温下混合搅拌4～6分钟，然后在惰性气体保护的环境下以2～4℃/min的速度升温至40～60℃，再保温4～6h，然后自然冷却至室温，得到混合溶液；
(3)将立方氮化硼粉碎到粒径3～6um，并将立方氮化硼投入到搅拌釜中，按照立方氮化硼和蒸馏水的质量比＝1：(2～7)的比例缓慢添加蒸馏水，并添加偶联剂，快速搅拌10～16min后，将步骤(2)中的混合溶液添加至搅拌釜中，搅拌均匀，所述石墨烯和碳纳米管的总质量与立方氮化硼的质量比为1：(2～3)，得到改性中间体；
(4)将步骤(3)制备的改性中间体加入雾化器中进行喷雾干燥处理，该过程中是在保护气体作用下吹入气态碳源，该过程中，干燥温度为70～80℃，气态碳源的压力为20～22bar，流量为400～600slpm，形成喷料，备用；
(5)将步骤(1)中润洗后的双吸泵叶轮放置于处理窑内，处理窑内加热至30～35℃，保持100～120min，对双吸泵叶轮进行预热处理；
(6)将步骤(4)中制备的喷料，采用喷料：蒸馏水的质量比为1：(30～35)的比例混合并形成喷剂，并在保护气体保护的状态下升温至600～650℃进行退火处理，然后由保护气体载入25％的气态碳源，将步骤(5)中的双吸泵叶轮置于高温炉中，同时开启雾化器，保护气体将雾化器中雾化的细小成分带到高温炉中的双吸泵叶轮表面，保温1～12小时，使喷料紧密排列在双吸泵叶轮表面，得到所述耐磨的双吸泵叶轮。
优选的，步骤(1)中，双吸泵叶轮表面粗化的方法为喷砂、车螺纹、滚花或电拉毛中的一种。
优选的，所述步骤(4)中的保护气体为氮气。
优选的，所述步骤(6)中，所述气态碳源的压力为3～9bar，流量为10～20slpm，喷射速度为50～100g/min，喷射距离为150～300mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本申请中，是通过在双吸泵叶轮表面热喷涂立方氮化硼以及碳纳米管，该该热喷涂的方法不仅提高了双吸泵叶轮表面粒子的致密性，还进一步的优化了粒子间、界面处的应力状态，有效的提高了涂层的强度和韧性，确保了双吸泵叶轮在使用过程中的耐磨性能，延长其使用寿命；
2、本申请中，与碳纳米管和立方氮化硼共混的保护气体作为热喷烧的气态碳源的裂解催化剂，在双吸泵叶轮表面生成无定型碳-立方氮化硼和碳纳米管隔绝耐磨层，其中该无定型碳不仅包覆在立方氮化硼和碳纳米管表面，而且裂解在立方氮化硼和碳纳米管之间形成作用键，不仅具有较高的强度，还可以进一步的提高对外部输送介质的屏蔽效果，确保双吸泵叶轮和外部运输介质之间的的隔绝效果。
具体实施方式：
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
本申请提供的一种耐磨的双吸泵叶轮表面处理工艺，包括以下步骤：
(1)对双吸泵叶轮进行表面粗化，然后将其浸没到质量分数为95％的乙醇溶液中润洗；
(2)将质量比(1～2)：1石墨烯和碳纳米管投入到蒸馏水中，并通过超声初步粉碎处理后，在常温下混合搅拌4～6分钟，然后在惰性气体保护的环境下以2～4℃/min的速度升温至40～60℃，再保温4～6h，然后自然冷却至室温，得到混合溶液；
(3)将立方氮化硼粉碎到粒径3～6um，并将立方氮化硼投入到搅拌釜中，按照立方氮化硼和蒸馏水的质量比＝1：(2～7)的比例缓慢添加蒸馏水，并添加偶联剂，快速搅拌10～16min后，将步骤(2)中的混合溶液添加至搅拌釜中，搅拌均匀，所述石墨烯和碳纳米管的总质量与立方氮化硼的质量比为1：(2～3)，得到改性中间体；
(4)将步骤(3)制备的改性中间体加入雾化器中进行喷雾干燥处理，该过程中是在保护气体作用下吹入气态碳源，该过程中，干燥温度为70～80℃，气态碳源的压力为20～22bar，流量为400～600slpm，形成喷料，备用；
(5)将步骤(1)中润洗后的双吸泵叶轮放置于处理窑内，处理窑内加热至30～35℃，保持100～120min，对双吸泵叶轮进行预热处理；
(6)将步骤(4)中制备的喷料，采用喷料：蒸馏水的质量比为1：(30～35)的比例混合并形成喷剂，并在保护气体保护的状态下升温至600～650℃进行退火处理，然后由保护气体载入25％的气态碳源，将步骤(5)中的双吸泵叶轮置于高温炉中，同时开启雾化器，保护气体将雾化器中雾化的细小成分带到高温炉中的双吸泵叶轮表面，保温1～12小时，使喷料紧密排列在双吸泵叶轮表面，得到所述耐磨的双吸泵叶轮；
步骤(1)中，双吸泵叶轮表面粗化的方法为喷砂；
所述步骤(4)中的保护气体为氮气；
所述气态碳源的压力为3～9bar，流量为10～20slpm，喷射速度为50～100g/min，喷射距离为150～300mm。
以下通过具体的实施例对本发明提供泥浆泵泵轴的表面处理工艺的优点做进一步的说明。
本申请中的：
石墨烯购自上海鸿钧碳素材料有限公司的还原氧化石墨烯；
蒸馏水购自无锡科雷水处理设备有限公司；
乙醇溶液购自上海吕氏化工有限公司；
立方氮化硼购自郑州生裕化工产品有限公司
碳纳米管购自北京德科岛金科技有限公司
实施例1
一种耐磨的双吸泵叶轮表面处理工艺，包括以下步骤：
(1)对双吸泵叶轮进行表面粗化，然后将其浸没到质量分数为95％的乙醇溶液中润洗；
(2)将质量比1：1石墨烯和碳纳米管投入到蒸馏水中，并通过超声初步粉碎处理后，在常温下混合搅拌4分钟，然后在惰性气体保护的环境下以2℃/min的速度升温至40℃，再保温4h，然后自然冷却至室温，得到混合溶液；
(3)将立方氮化硼粉碎到粒径3um，并将立方氮化硼投入到搅拌釜中，按照立方氮化硼和蒸馏水的质量比＝1：2的比例缓慢添加蒸馏水，并添加偶联剂，快速搅拌10min后，将步骤(2)中的混合溶液添加至搅拌釜中，搅拌均匀，所述石墨烯和碳纳米管的总质量与立方氮化硼的质量比为1：2，得到改性中间体；
(4)将步骤(3)制备的改性中间体加入雾化器中进行喷雾干燥处理，该过程中是在保护气体作用下吹入气态碳源，该过程中，干燥温度为70℃，气态碳源的压力为20bar，流量为400slpm，形成喷料，备用；
(5)将步骤(1)中润洗后的双吸泵叶轮放置于处理窑内，处理窑内加热至30℃，保持100min，对双吸泵叶轮进行预热处理；
(6)将步骤(4)中制备的喷料，采用喷料：蒸馏水的质量比为1：30的比例混合并形成喷剂，并在保护气体保护的状态下升温至600℃进行退火处理，然后由保护气体载入25％的气态碳源，将步骤(5)中的双吸泵叶轮置于高温炉中，同时开启雾化器，保护气体将雾化器中雾化的细小成分带到高温炉中的双吸泵叶轮表面，保温1小时，使喷料紧密排列在双吸泵叶轮表面，得到所述耐磨的双吸泵叶轮；
步骤(1)中，双吸泵叶轮表面粗化的方法为喷砂，所述步骤(4)中的保护气体为氮气，所述气态碳源的压力为3bar，流量为10slpm，喷射速度为50g/min，喷射距离为150mm。
实施例2：
一种耐磨的双吸泵叶轮表面处理工艺，包括以下步骤：
(1)对双吸泵叶轮进行表面粗化，然后将其浸没到质量分数为95％的乙醇溶液中润洗；
(2)将质量比1.5：1石墨烯和碳纳米管投入到蒸馏水中，并通过超声初步粉碎处理后，在常温下混合搅拌5分钟，然后在惰性气体保护的环境下以3℃/min的速度升温至50℃，再保温5h，然后自然冷却至室温，得到混合溶液；
(3)将立方氮化硼粉碎到粒径4.5um，并将立方氮化硼投入到搅拌釜中，按照立方氮化硼和蒸馏水的质量比＝1：4.5的比例缓慢添加蒸馏水，并添加偶联剂，快速搅拌13min后，将步骤(2)中的混合溶液添加至搅拌釜中，搅拌均匀，所述石墨烯和碳纳米管的总质量与立方氮化硼的质量比为1：2.5，得到改性中间体；
(4)将步骤(3)制备的改性中间体加入雾化器中进行喷雾干燥处理，该过程中是在保护气体作用下吹入气态碳源，该过程中，干燥温度为75℃，气态碳源的压力为21bar，流量为500slpm，形成喷料，备用；
(5)将步骤(1)中润洗后的双吸泵叶轮放置于处理窑内，处理窑内加热至32.5℃，保持110min，对双吸泵叶轮进行预热处理；
(6)将步骤(4)中制备的喷料，采用喷料：蒸馏水的质量比为1：32.5的比例混合并形成喷剂，并在保护气体保护的状态下升温至625℃进行退火处理，然后由保护气体载入25％的气态碳源，将步骤(5)中的双吸泵叶轮置于高温炉中，同时开启雾化器，保护气体将雾化器中雾化的细小成分带到高温炉中的双吸泵叶轮表面，保温6小时，使喷料紧密排列在双吸泵叶轮表面，得到所述耐磨的双吸泵叶轮；
步骤(1)中，双吸泵叶轮表面粗化的方法为喷砂，所述步骤(4)中的保护气体为氮气；
所述气态碳源的压力为6bar，流量为15slpm，喷射速度为75g/min，喷射距离为225mm。
实施例3
一种耐磨的双吸泵叶轮表面处理工艺，包括以下步骤：
(1)对双吸泵叶轮进行表面粗化，然后将其浸没到质量分数为95％的乙醇溶液中润洗；
(2)将质量比2：1石墨烯和碳纳米管投入到蒸馏水中，并通过超声初步粉碎处理后，在常温下混合搅拌6分钟，然后在惰性气体保护的环境下以4℃/min的速度升温至60℃，再保温6h，然后自然冷却至室温，得到混合溶液；
(3)将立方氮化硼粉碎到粒径6um，并将立方氮化硼投入到搅拌釜中，按照立方氮化硼和蒸馏水的质量比＝1：7的比例缓慢添加蒸馏水，并添加偶联剂，快速搅拌16min后，将步骤(2)中的混合溶液添加至搅拌釜中，搅拌均匀，所述石墨烯和碳纳米管的总质量与立方氮化硼的质量比为1：3，得到改性中间体；
(4)将步骤(3)制备的改性中间体加入雾化器中进行喷雾干燥处理，该过程中是在保护气体作用下吹入气态碳源，该过程中，干燥温度为80℃，气态碳源的压力为22bar，流量为600slpm，形成喷料，备用；
(5)将步骤(1)中润洗后的双吸泵叶轮放置于处理窑内，处理窑内加热至35℃，保持120min，对双吸泵叶轮进行预热处理；
(6)将步骤(4)中制备的喷料，采用喷料：蒸馏水的质量比为1：35的比例混合并形成喷剂，并在保护气体保护的状态下升温至650℃进行退火处理，然后由保护气体载入25％的气态碳源，将步骤(5)中的双吸泵叶轮置于高温炉中，同时开启雾化器，保护气体将雾化器中雾化的细小成分带到高温炉中的双吸泵叶轮表面，保温12小时，使喷料紧密排列在双吸泵叶轮表面，得到所述耐磨的双吸泵叶轮；
步骤(1)中，双吸泵叶轮表面粗化的方法为喷砂；所述步骤(4)中的保护气体为氮气；所述气态碳源的压力为9bar，流量为20slpm，喷射速度为100g/min，喷射距离为300mm，制备得到所述双吸泵叶轮。
对比例1
本对比例和实施例2内容基本相同，不同之处在于，不对双吸泵叶轮进行预热处理，也就是说取消在步骤(5)中将步骤(1)中润洗后的双吸泵叶轮放置于处理窑内，处理窑内加热至30～35℃，保持100～120min，对双吸泵叶轮进行预热处理，制备得到所述双吸泵叶轮。
对比例2
一种耐磨的双吸泵叶轮表面处理工艺，包括以下步骤：
(1)对双吸泵叶轮进行表面粗化，然后将其浸没到质量分数为95％的乙醇溶液中润洗；
(2)将立方氮化硼粉碎到粒径4.5um，并将立方氮化硼投入到搅拌釜中，按照立方氮化硼和蒸馏水的质量比＝1：4.5的比例缓慢添加蒸馏水，并添加偶联剂，快速搅拌13min后，得到改性中间体；
(3)将步骤(2)制备的改性中间体加入雾化器中进行喷雾干燥处理，该过程中是在保护气体作用下吹入气态碳源，该过程中，干燥温度为75℃，气态碳源的压力为21bar，流量为500slpm，形成喷料，备用；
(4)将步骤(1)中润洗后的双吸泵叶轮放置于处理窑内，处理窑内加热至32.5℃，保持110min，对双吸泵叶轮进行预热处理；
(5)将步骤(3)中制备的喷料，采用喷料：蒸馏水的质量比为1：32.5的比例混合并形成喷剂，并在保护气体保护的状态下升温至625℃进行退火处理，然后由保护气体载入25％的气态碳源，将步骤(5)中的双吸泵叶轮置于高温炉中，同时开启雾化器，保护气体将雾化器中雾化的细小成分带到高温炉中的双吸泵叶轮表面，保温6小时，使喷料紧密排列在双吸泵叶轮表面，得到所述耐磨的双吸泵叶轮；
步骤(1)中，双吸泵叶轮表面粗化的方法为喷砂，所述步骤(3)中的保护气体为氮气；
所述气态碳源的压力为6bar，流量为15slpm，喷射速度为75g/min，喷射距离为225mm，制备得到所述双吸泵叶轮。
性能测试：
1、表面硬度测试
采用硬度计(上海钜晶精密仪器制造有限公司，图像分析显微硬度计HV-1000IS)测试上述实施例中经表面处理的双吸泵叶轮，以未经上述实施例的表面处理工艺处理的双吸泵叶轮作为空白组，并将测试结果汇总到表1中。
2、耐磨性测试
对上述实施例中经表面处理的双吸泵叶轮进行磨耗试验，采用美国NANOVEA公司生产的T50型万能摩擦磨损试验机，试验条件为1500rpm，载荷20N，轴向力2N，记录磨损5h后的磨损率，并将测试结果汇总到表1中。
表1：
维氏硬度HV 磨损率％
实施例1 952.8 5.27
实施例2 961.5 5.25
实施例3 953.7 5.24
对比例1 924.4 14.64
对比例2 934.8 13.58
空白组(未经处理) 825.4 18.62
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种耐磨的双吸泵叶轮表面处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)对双吸泵叶轮进行表面粗化，然后将其浸没到质量分数为95％的乙醇溶液中润洗；
(2)将质量比(1～2)：1石墨烯和碳纳米管投入到蒸馏水中，并通过超声初步粉碎处理后，在常温下混合搅拌4～6分钟，然后在惰性气体保护的环境下以2～4℃/min的速度升温至40～60℃，再保温4～6h，然后自然冷却至室温，得到混合溶液；
(3)将立方氮化硼粉碎到粒径3～6um，并将立方氮化硼投入到搅拌釜中，按照立方氮化硼和蒸馏水的质量比＝1：(2～7)的比例缓慢添加蒸馏水，并添加偶联剂，快速搅拌10～16min后，将步骤(2)中的混合溶液添加至搅拌釜中，搅拌均匀，所述石墨烯和碳纳米管的总质量与立方氮化硼的质量比为1：(2～3)，得到改性中间体；
(4)将步骤(3)制备的改性中间体加入雾化器中进行喷雾干燥处理，该过程中是在保护气体作用下吹入气态碳源，该过程中，干燥温度为70～80℃，气态碳源的压力为20～22bar，流量为400～600slpm，形成喷料，备用；
(5)将步骤(1)中润洗后的双吸泵叶轮放置于处理窑内，处理窑内加热至30～35℃，保持100～120min，对双吸泵叶轮进行预热处理；
(6)将步骤(4)中制备的喷料，采用喷料：蒸馏水的质量比为1：(30～35)的比例混合并形成喷剂，并在保护气体保护的状态下升温至600～650℃进行退火处理，然后由保护气体载入25％的气态碳源，将步骤(5)中的双吸泵叶轮置于高温炉中，同时开启雾化器，保护气体将雾化器中雾化的细小成分带到高温炉中的双吸泵叶轮表面，保温1～12小时，使喷料紧密排列在双吸泵叶轮表面，得到所述耐磨的双吸泵叶轮。
2.根据权利要求1所述的耐磨的双吸泵叶轮表面处理工艺，其特征在于：步骤(1)中，双吸泵叶轮表面粗化的方法为喷砂、车螺纹、滚花或电拉毛中的一种。
3.根据权利要求1所述的耐磨的双吸泵叶轮表面处理工艺，其特征在于：所述步骤(4)中的保护气体为氮气。
4.根据权利要求1所述的耐磨的双吸泵叶轮表面处理工艺，其特征在于：所述步骤(6)中，所述气态碳源的压力为3～9bar，流量为10～20slpm，喷射速度为50～100g/min，喷射距离为150～300mm。
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