CN110760783A - 一种提高铝合金类电力金具耐磨性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及新材料加工技术领域，公开了一种提高铝合金类电力金具耐磨性的方法，利用等离子喷涂技术，将制备得到的球磨粉料快速熔化，进一步形成雾化分子，喷涂至预处理的金具表面，迅速冷凝得到耐磨涂层，起到惰性的耐磨防腐屏障，该涂层与铝合金材质的金具表面结合力强，膜层致密，硬度高，能够经受高强度外力冲击作用的考验，使得金具表面性能得到综合提升，提高电力金具的安全性和使用寿命；本发明能够显著提高铝合金材质类的电力金具的耐磨性能，解决现有铝合金材质类的电力金具不耐磨的问题，提高了表面强度和韧性，化学和机械性能稳定，拓展了其应用场合，经济效益和安全效益较显著提高。
Description
技术领域
本发明属于新材料加工技术领域，具体涉及一种提高铝合金类电力金具耐磨性的方法。
背景技术
电力金具，是连接和组合电力系统中的各类装置，起到传递机械负荷、电气负荷及某种防护作用的金属附件。送电线广泛使用的铁制或铝制金属附件，统称为金具。金具种类繁多，用途各异，例如，安装导线用的各种线夹，组成绝缘子串的各种挂环，连接导线的各种压接管、补修管，分裂导线上的各种类型的间隔棒等，此外还有杆塔用的各类拉线金具，以及用作保护导线的大小有关，须互相配合。
铝合金材质的电力金具满足了人们对于导电性、质轻、稳定性高的要求。然而由于铝是较为质软的金属，其耐磨性很差，其合金中的添加元素在一定程度上提高了力学强度，但对于外力的敏感性依然较大。电力金具在其使用过程中，需要承受较大的垂直载荷，同时还要承受较大幅度的摆动等情况，很多铝合金电力金具使用后不久，即发生严重的磨损，不仅造成大量的人力、物力、财力损失，还存在极大的安全隐患。因此，对于铝合金作为电力金具材料的使用必须要进一步提高其耐磨性，以保障使用安全性，这对于发挥铝合金类电力金具的优势性能具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种提高铝合金类电力金具耐磨性的方法，能够经受高强度外力冲击作用的考验，使得金具表面性能得到综合提升，提高电力金具的安全性和使用寿命。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种提高铝合金类电力金具耐磨性的方法，其优选方案为，将制备得到的球磨粉料快速熔化，进一步形成雾化分子，喷涂至预处理的金具表面，迅速冷凝得到耐磨涂层，起到惰性的耐磨防腐屏障；
具体的，包括以下步骤：
耐磨材料的制备：称取18.5-19.0克二氧化硅、12.0-13.0克氧化锌、6.0-7.0克二氧化锆 ，与9.8-10.0克氧化铝粉末、3.0-3.2克纳米氧化钇粉末置于研钵中，研磨混合均匀，放入烧结炉中，在氩气保护下，升温至1300-1400℃，保温煅烧2-3小时，自然冷却至室温得到耐磨材料。所述纳米氧化钇粉末的制备方法为：依次称取6.7-6.9毫摩六水合氯化钇、9.4-9.5毫摩草酸钠，分别置于研钵中研磨10-15分钟，再混合研磨10-20分钟，得到混合研磨物料置于烧杯中，向烧杯中加入130-150毫升乙醇、30-35毫升去离子水、10-15毫升冰醋酸，持续搅拌30-40分钟，置于70-80℃烘箱中静置陈化4-5小时，进行过滤，在60-70℃真空干燥箱中干燥6-8小时，送入马弗炉中，在270-290℃下煅烧4-5小时，自然冷却即可，制备得到纯度高、粒度分散均匀，颗粒大小在10-15纳米之间的纳米氧化钇粉末。
所述烧结得到的耐磨材料致密度极高，断裂韧性达到9.4-9.5MPa·m1/2，与铝合金材质匹配度高，不会出现界面结合弱化的问题。
进行球磨：将制备得到的耐磨材料置于真空球磨机中进行球磨，球磨转速为500-550转/分钟，球磨时间为2-3小时，得到球磨粉料。
电力金具预处理：将生产得到的铝合金类电力金具合格产品，置于丙酮溶液中，浸泡20-30分钟，超声清洗10-15分钟，然后使用抛光液进行抛光，抛光温度为60-64℃，抛光时间为55-60秒，抛光结束后使用去离子水冲洗干净，然后置于70-80℃真空干燥箱中干燥1-2小时；所述抛光液是由摩尔浓度为1.2-1.3摩尔/升的盐酸溶液与摩尔浓度为0.6-0.7摩尔/升的硝酸溶液按照质量比为4-5:11-13的比例配制得到的。
制备耐磨涂层：采用等离子喷涂技术，通过调节氩气与氢气的气体流量，氩气流量控制在2550-2600升/小时，氢气流量控制在5.5-6.0升/小时，电流为610-620安培，将所述球磨粉料送至焰流的中心，喷涂角度为85°-90°，喷涂距离为24-25厘米，送粉量为16-18克/分钟，喷涂时压缩空气的压力为6.5-6.8千克/平方厘米，得到厚度为60-80微米的均匀涂层，置于100-105℃真空干燥箱中干燥3-5小时，然后置于电阻炉中，以6.5-7.0℃/分钟的速度升温至330-340℃，保温烧结20-25分钟，随炉自然冷却即可，得到牢固稳定的耐磨涂层。该涂层与铝合金材质的金具表面结合力强，膜层致密，硬度高，能够经受高强度外力冲击作用的考验，使得金具表面性能得到综合提升，提高电力金具的安全性和使用寿命。
本发明相比现有技术具有以下优点：为了解决铝合金材质的电力金具由于耐磨性差造成的生命财产安全问题，本发明提供了一种提高铝合金类电力金具耐磨性的方法，利用等离子喷涂技术，将制备得到的球磨粉料快速熔化，进一步形成雾化分子，喷涂至预处理的金具表面，迅速冷凝得到耐磨涂层，起到惰性的耐磨防腐屏障，该涂层与铝合金材质的金具表面结合力强，膜层致密，硬度高，能够经受高强度外力冲击作用的考验，使得金具表面性能得到综合提升，提高电力金具的安全性和使用寿命；本发明能够显著提高铝合金材质类的电力金具的耐磨性能，解决现有铝合金材质类的电力金具不耐磨的问题，提高了表面强度和韧性，化学和机械性能稳定，拓展了其应用场合，经济效益和安全效益较显著提高。本发明有效解决了铝合金材质的电力金具由于耐磨性差造成的生命财产安全问题，具有低成本、低能耗、高性能的特点，大大提高了铝合金材质的电力金具的耐磨性能，有助于铝合金系列电力金具产品各方面性能的均衡改善，能够实现促进铝合金材质的电力金具制造行业发展以及提高市场竞争力的现实意义，对于铝合金材料耐摩性能研究应用具有较高价值，显著促进电力金具加工领域快速发展以及资源可持续发展，是一种极为值得推广使用的技术方案。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明所提供的技术方案。
实施例1
一种提高铝合金类电力金具耐磨性的方法，其优选方案为，将制备得到的球磨粉料快速熔化，进一步形成雾化分子，喷涂至预处理的金具表面，迅速冷凝得到耐磨涂层，起到惰性的耐磨防腐屏障；
具体的，包括以下步骤：
S1：耐磨材料的制备：称取18.5克二氧化硅、12.0克氧化锌、6.0克二氧化锆 ，与9.8克氧化铝粉末、3.0克纳米氧化钇粉末置于研钵中，研磨混合均匀，放入烧结炉中，在氩气保护下，升温至1300℃，保温煅烧2小时，自然冷却至室温得到耐磨材料。所述纳米氧化钇粉末的制备方法为：依次称取6.7毫摩六水合氯化钇、9.4毫摩草酸钠，分别置于研钵中研磨10分钟，再混合研磨10分钟，得到混合研磨物料置于烧杯中，向烧杯中加入130毫升乙醇、30毫升去离子水、10毫升冰醋酸，持续搅拌30分钟，置于70℃烘箱中静置陈化4小时，进行过滤，在60℃真空干燥箱中干燥6小时，送入马弗炉中，在270℃下煅烧4小时，自然冷却即可，制备得到纯度高、粒度分散均匀，颗粒大小在10-15纳米之间的纳米氧化钇粉末。
S2：进行球磨：将制备得到的耐磨材料置于真空球磨机中进行球磨，球磨转速为500转/分钟，球磨时间为2小时，得到球磨粉料。
S3：电力金具预处理：将生产得到的铝合金类电力金具合格产品，置于丙酮溶液中，浸泡20分钟，超声清洗10分钟，然后使用抛光液进行抛光，抛光温度为60℃，抛光时间为55秒，抛光结束后使用去离子水冲洗干净，然后置于70℃真空干燥箱中干燥1小时；所述抛光液是由摩尔浓度为1.2摩尔/升的盐酸溶液与摩尔浓度为0.6摩尔/升的硝酸溶液按照质量比为4:11的比例配制得到的。
S4：制备耐磨涂层：采用等离子喷涂技术，通过调节氩气与氢气的气体流量，氩气流量控制在2550升/小时，氢气流量控制在5.5升/小时，电流为610安培，将所述球磨粉料送至焰流的中心，喷涂角度为85°°，喷涂距离为24厘米，送粉量为16克/分钟，喷涂时压缩空气的压力为6.5千克/平方厘米，得到厚度为60微米的均匀涂层，置于100℃真空干燥箱中干燥3小时，然后置于电阻炉中，以6.5℃/分钟的速度升温至330℃，保温烧结20分钟，随炉自然冷却即可，得到牢固稳定的耐磨涂层。
实施例2
一种提高铝合金类电力金具耐磨性的方法，其优选方案为，将制备得到的球磨粉料快速熔化，进一步形成雾化分子，喷涂至预处理的金具表面，迅速冷凝得到耐磨涂层，起到惰性的耐磨防腐屏障；
具体的，包括以下步骤：
S1：耐磨材料的制备：称取18.8克二氧化硅、12.5克氧化锌、6.5克二氧化锆 ，与9.9克氧化铝粉末、3.1克纳米氧化钇粉末置于研钵中，研磨混合均匀，放入烧结炉中，在氩气保护下，升温至1350℃，保温煅烧2.5小时，自然冷却至室温得到耐磨材料。所述纳米氧化钇粉末的制备方法为：依次称取6.8毫摩六水合氯化钇、9.45毫摩草酸钠，分别置于研钵中研磨12分钟，再混合研磨15分钟，得到混合研磨物料置于烧杯中，向烧杯中加入140毫升乙醇、32毫升去离子水、12毫升冰醋酸，持续搅拌35分钟，置于75℃烘箱中静置陈化4.5小时，进行过滤，在65℃真空干燥箱中干燥7小时，送入马弗炉中，在280℃下煅烧4.5小时，自然冷却即可，制备得到纯度高、粒度分散均匀，颗粒大小在10-15纳米之间的纳米氧化钇粉末。
S2：进行球磨：将制备得到的耐磨材料置于真空球磨机中进行球磨，球磨转速为530转/分钟，球磨时间为2.5小时，得到球磨粉料。
S3：电力金具预处理：将生产得到的铝合金类电力金具合格产品，置于丙酮溶液中，浸泡25分钟，超声清洗12分钟，然后使用抛光液进行抛光，抛光温度为62℃，抛光时间为58秒，抛光结束后使用去离子水冲洗干净，然后置于75℃真空干燥箱中干燥1.5小时；所述抛光液是由摩尔浓度为1.25摩尔/升的盐酸溶液与摩尔浓度为0.65摩尔/升的硝酸溶液按照质量比为4.5:12的比例配制得到的。
S4：制备耐磨涂层：采用等离子喷涂技术，通过调节氩气与氢气的气体流量，氩气流量控制在2580升/小时，氢气流量控制在5.8升/小时，电流为615安培，将所述球磨粉料送至焰流的中心，喷涂角度为88°，喷涂距离为24.5厘米，送粉量为17克/分钟，喷涂时压缩空气的压力为6.6千克/平方厘米，得到厚度为70微米的均匀涂层，置于102℃真空干燥箱中干燥4小时，然后置于电阻炉中，以6.8℃/分钟的速度升温至335℃，保温烧结22分钟，随炉自然冷却即可，得到牢固稳定的耐磨涂层。
实施例3
一种提高铝合金类电力金具耐磨性的方法，其优选方案为，将制备得到的球磨粉料快速熔化，进一步形成雾化分子，喷涂至预处理的金具表面，迅速冷凝得到耐磨涂层，起到惰性的耐磨防腐屏障；
具体的，包括以下步骤：
S1：耐磨材料的制备：称取19.0克二氧化硅、13.0克氧化锌、7.0克二氧化锆 ，与10.0克氧化铝粉末、3.2克纳米氧化钇粉末置于研钵中，研磨混合均匀，放入烧结炉中，在氩气保护下，升温至1400℃，保温煅烧3小时，自然冷却至室温得到耐磨材料。所述纳米氧化钇粉末的制备方法为：依次称取6.9毫摩六水合氯化钇、9.5毫摩草酸钠，分别置于研钵中研磨15分钟，再混合研磨20分钟，得到混合研磨物料置于烧杯中，向烧杯中加入150毫升乙醇、35毫升去离子水、15毫升冰醋酸，持续搅拌40分钟，置于80℃烘箱中静置陈化5小时，进行过滤，在70℃真空干燥箱中干燥8小时，送入马弗炉中，在290℃下煅烧5小时，自然冷却即可，制备得到纯度高、粒度分散均匀，颗粒大小在10-15纳米之间的纳米氧化钇粉末。
S2：进行球磨：将制备得到的耐磨材料置于真空球磨机中进行球磨，球磨转速为550转/分钟，球磨时间为3小时，得到球磨粉料。
S3：电力金具预处理：将生产得到的铝合金类电力金具合格产品，置于丙酮溶液中，浸泡30分钟，超声清洗15分钟，然后使用抛光液进行抛光，抛光温度为64℃，抛光时间为60秒，抛光结束后使用去离子水冲洗干净，然后置于80℃真空干燥箱中干燥2小时；所述抛光液是由摩尔浓度为1.3摩尔/升的盐酸溶液与摩尔浓度为0.7摩尔/升的硝酸溶液按照质量比为5:13的比例配制得到的。
S4：制备耐磨涂层：采用等离子喷涂技术，通过调节氩气与氢气的气体流量，氩气流量控制在2600升/小时，氢气流量控制在6.0升/小时，电流为620安培，将所述球磨粉料送至焰流的中心，喷涂角度为90°，喷涂距离为25厘米，送粉量为18克/分钟，喷涂时压缩空气的压力为6.8千克/平方厘米，得到厚度为80微米的均匀涂层，置于105℃真空干燥箱中干燥5小时，然后置于电阻炉中，以7.0℃/分钟的速度升温至340℃，保温烧结25分钟，随炉自然冷却即可，得到牢固稳定的耐磨涂层。
其中，实施例4-5，采用本发明的方法，以工业级6061铝合金材质为加工原料，加工为直径为5厘米，长度为20厘米的拉杆作为试验对象，进行硬度测定以及耐磨性试验。硬度测定采用显微硬度计测定涂层的维氏硬度，在每个试样上，随机选取5个点测定，取其平均值作为最后结果。采用MM-200摩擦磨损试验机测定处理前后的摩擦系数，采用钢球试验法测定试样的抗冲击性能，硬度达到1040-1050Hv；摩擦系数降低了18-20%。采用本发明处理得到的试样在10次冲击后，均未出现变化，质量无损耗。
本发明有效解决了铝合金材质的电力金具由于耐磨性差造成的生命财产安全问题，具有低成本、低能耗、高性能的特点，大大提高了铝合金材质的电力金具的耐磨性能，有助于铝合金系列电力金具产品各方面性能的均衡改善，能够实现促进铝合金材质的电力金具制造行业发展以及提高市场竞争力的现实意义，对于铝合金材料耐摩性能研究应用具有较高价值，显著促进电力金具加工领域快速发展以及资源可持续发展，是一种极为值得推广使用的技术方案。
Claims (6)
1.一种提高铝合金类电力金具耐磨性的方法，其特征在于，将制备得到的耐磨材料经过球磨后通过等离子喷涂的方法涂覆在铝合金类电力金具上，形成厚度为60-80微米的耐磨涂层；所述耐磨材料的制备包括以下步骤：
称取18.5-19.0克二氧化硅、12.0-13.0克氧化锌、6.0-7.0克二氧化锆 ，与9.8-10.0克氧化铝粉末、3.0-3.2克纳米氧化钇粉末置于研钵中，研磨混合均匀，放入烧结炉中，在氩气保护下，升温至1300-1400℃，保温煅烧2-3小时，自然冷却至室温得到耐磨材料；
所述纳米氧化钇粉末的制备方法为：依次称取6.7-6.9毫摩六水合氯化钇、9.4-9.5毫摩草酸钠，分别置于研钵中研磨10-15分钟，再混合研磨10-20分钟，得到混合研磨物料置于烧杯中，向烧杯中加入130-150毫升乙醇、30-35毫升去离子水、10-15毫升冰醋酸，持续搅拌30-40分钟，置于70-80℃烘箱中静置陈化4-5小时，进行过滤，在60-70℃真空干燥箱中干燥6-8小时，送入马弗炉中，在270-290℃下煅烧4-5小时，自然冷却即可。
2.如权利要求1所述一种提高铝合金类电力金具耐磨性的方法，其特征在于，所述等离子喷涂方法包括以下步骤：
（1）将生产得到的铝合金类电力金具合格产品，置于丙酮溶液中，浸泡20-30分钟，超声清洗10-15分钟，然后使用抛光液进行抛光，抛光温度为60-64℃，抛光时间为55-60秒，抛光结束后使用去离子水冲洗干净，然后置于70-80℃真空干燥箱中干燥1-2小时；
（2）将制备得到的耐磨材料置于真空球磨机中进行球磨，球磨转速为500-550转/分钟，球磨时间为2-3小时，得到球磨粉料，调节氩气与氢气的气体流量，将所述球磨粉料送至焰流的中心，喷涂角度为85°-90°，喷涂距离为24-25厘米，送粉量为16-18克/分钟，得到均匀涂层，置于100-105℃真空干燥箱中干燥3-5小时，然后置于电阻炉中，以6.5-7.0℃/分钟的速度升温至330-340℃，保温烧结20-25分钟，随炉自然冷却即可，得到耐磨涂层。
3.如权利要求1所述一种提高铝合金类电力金具耐磨性的方法，其特征在于，所述制备得到的纳米氧化钇粉末纯度高、粒度分散均匀，颗粒大小在10-15纳米之间。
4.如权利要求2所述一种提高铝合金类电力金具耐磨性的方法，其特征在于，步骤（1）所述抛光液是由摩尔浓度为1.2-1.3摩尔/升的盐酸溶液与摩尔浓度为0.6-0.7摩尔/升的硝酸溶液按照质量比为4-5:11-13的比例配制得到的。
5.如权利要求2所述一种提高铝合金类电力金具耐磨性的方法，其特征在于，步骤（2）所述氩气流量控制在2550-2600升/小时，氢气流量控制在5.5-6.0升/小时，电流为610-620安培。
6.如权利要求2所述一种提高铝合金类电力金具耐磨性的方法，其特征在于，步骤（2）所述喷涂时压缩空气的压力为6.5-6.8千克/平方厘米。
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