CN113215566A - 一种高强度耐磨封闭型钢框架及其加工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高强度耐磨封闭型钢框架及其加工工艺，在制备时先对合金钢管件进行表面激光清洗，通过对合金钢管件表面进行激光清洗，去除其表面氧化膜以改善其表面润湿性，在后续激光熔覆过程中，熔覆液能够充分铺展开，后续形成的耐磨层更加均匀致密，气孔少，耐磨性能更加优异；同时激光清洗后合金钢表面会形成粗糙结构，能够提高其表面粗糙度，进一步提高厚度激光熔覆层的附着力，以提高合金钢的综合耐磨性能。本申请工艺设计合理，操作简单，制备得到的合金钢管件表面形成耐磨层，拼接安装得到钢框架，该耐磨层能够有效提高合金钢框架的耐磨性能和综合力学性能，该合金钢框架可适用于多个技术领域，具有较高的实用性。
Description
技术领域
本发明涉及钢材加工技术领域，具体为一种高强度耐磨封闭型钢框架及其加工工艺。
背景技术
钢框架，一般指由钢梁和钢柱组成的能承受垂直和水平荷载的结构，现如今普遍用于大跨度或高层或荷载较重的工业与民用建筑；随着科技的进步和发展，钢材逐渐走入我们的生活之中，而对于合金钢的强度、耐高温性能、耐腐蚀等性能研究，也已经成为我们逐渐关注的热门话题。
现有技术中针对钢型材的耐磨性，也公开了许多相关的专利或文献，但普遍的方法就是在钢型材表面涂覆耐磨涂层，成本高，且工艺步骤复杂，同时涂层易脱落，耐磨性能无法满足我们的需求，这给我们带来了极大的不便。
针对这种情况，我们公开了一种高强度耐磨封闭型钢框架及其加工工艺，以解决该问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强度耐磨封闭型钢框架及其加工工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种高强度耐磨封闭型钢框架的加工工艺，包括以下步骤：
(1)取多孔碳化钨，置于氢氧化钠溶液中，浸泡10-15min，再转移至硝酸溶液中，浸泡10-20min，去离子水洗涤，干燥后置于镀液中，85-88℃下搅拌1-1.5h，离心分离，超声波清洗10-20min，真空干燥，得到镀层碳化钨；
(2)取合金钢管件，置于去离子水中，超声清洗10-20min，真空干燥后转移至氩气气氛中，进行激光清洗，激光能量密度为5-6J/cm2，激光脉冲宽度为100-120ns，激光扫描速度为1500mm/s；
(3)取镀层碳化钨、金刚石、镍粉，搅拌混合20-30min，转移至球磨机中球磨处理2-2.5h，球磨后加入粘结剂，得到涂覆粉末；
取合金钢管件，将涂覆粉末均匀涂覆在合金钢管件表面，涂覆厚度为2-3mm，再转移至120-130℃下保温2-2.2h，升温至250-300℃下预热20-30min，氩气环境下进行激光熔覆，形成耐磨层，超声波清洗，真空干燥，得到成品；
(4)取步骤(3)制备的若干个合金钢管件，拼接安装，得到钢框架。
较优化的方案，多孔碳化钨的制备步骤为：取氨基腈和介孔分子筛，搅拌混合10-20min，置于50-55℃水浴下恒温加热，抽真空恒温处理3-4h，离心分离，真空干燥，干燥后转移至氩气气氛中，530-550℃下煅烧3-4h，煅烧后酸蚀18-20h，分离干燥，得到物料A；
取物料A、六氯化钨和乙醇，搅拌混合10-20min，干燥后转移至氮气气氛中，高温下进行煅烧，得到多孔碳化钨。
较优化的方案，碳化钨制备时，转移至氮气气氛中进行高温煅烧，煅烧时先升温至680-690℃，恒温煅烧10-15min，再以4-5℃/min的升温速率升温至940-950℃，保温煅烧2-2.5h，得到多孔碳化钨。
较优化的方案，步骤(3)中，激光熔覆时，激光功率为1500-2000W，扫描速率为2-6mm/s。
较优化的方案，步骤(3)中，激光熔覆时位于磁场环境下，磁场强度为10-15mT。
较优化的方案，步骤(1)中，镀液各组分包括：硫酸镍20-25g/L、硫酸亚铁20-25g/L、柠檬酸钠60-80g/L、次亚磷酸钠25-30g/L、硼酸20-25g/L。
较优化的方案，步骤(3)中，激光熔覆时处于超声条件下，超声频率60-80kHz，超声功率200-500W。
较优化的方案，步骤(1)中，化学镀镍时处于磁场环境下，静磁场强度为10-12mT。
较优化的方案，所述介孔分子筛为SBA-15。
较优化的方案，通过上述公开的一种高强度耐磨封闭型钢框架的加工工艺制备的钢框架。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
本发明公开了一种高强度耐磨封闭型钢框架及其加工工艺，在制备时先对合金钢管件进行表面激光清洗，通过对合金钢管件表面进行激光清洗，去除其表面氧化膜以改善其表面润湿性，在后续激光熔覆过程中，熔覆液能够充分铺展开，后续形成的耐磨层更加均匀致密，气孔少，耐磨性能更加优异；同时激光清洗后合金钢表面会形成粗糙结构，能够提高其表面粗糙度，进一步提高厚度激光熔覆层的附着力，以提高合金钢的综合耐磨性能。
进行激光清洗后，本申请将镀层碳化钨、金刚石、镍粉混合球磨后制得涂覆粉末，并将该涂覆粉末涂覆至合金钢管件表面进行激光熔覆，在激光熔覆时，本申请限定在超声、磁场共同辅助的环境下进行，由于本申请创造性地制备了镀层碳化钨，该镀层碳化钨表面沉积有镍-铁粒子，在激光熔覆时能够在磁场作用下进行取向，增强相分布趋于均匀化，同时磁场、超声波共同作用下，熔体流动加剧，细化晶粒，整个熔覆层分布更加致密均匀，形成的耐磨层的耐磨性能远优于常规激光熔覆工艺。
本申请在激光熔覆的粉末选取时，选择了金刚石、镍粉和镀层碳化钨，镀层碳化钨为本申请进行优化改进后得到产品，在制备镀层碳化钨时，本申请先利用氨基腈和介孔分子筛，以介孔分子筛为模板，制备得到介孔氮化碳，再以此通过六氯化钨高温煅烧制得多孔碳化钨；由于氮化碳一般会在700℃分解，因此为了能够优化多孔碳化钨的形态，本申请在高温煅烧时限定为“先升温至680-690℃，恒温煅烧10-15min，再以4-5℃/min的升温速率升温至940-950℃，保温煅烧2-2.5h”，在该参数条件下，形成的多孔碳化钨具有更优异的比表面积，在进行表面粒子沉积时具有更多的附着位点，表面镀层效果更加优异。
本申请之所以在其表面镀镍-铁混合层，其目的之一就是因为在后续激光熔覆过程中会加入镍粉，而镀层碳化钨表面沉积镍粉后，在激光熔覆过程中各个增强相之间的相容性更优异，且熔覆效果会更加均匀；目的之二就是在后续激光熔覆过程中会在磁场环境下进行激光熔覆，镍-铁混合层的设计能够使得碳化钨在合金钢表面进行有序排布，提高激光熔覆致密度和均匀度，从而提高合金钢的耐磨性能。
本申请在进行镍-铁混合层化学镀时，也处于磁场环境下进行辅助操作，在该条件下，次亚磷酸根离子的氧化速率加快，活性氢增多，以提高镀层沉积速率；同时氢气含量增大，氢气泡会形成微搅拌作用，促使镍、铁的沉积，且镀层效果更加均匀。
本申请公开了一种高强度耐磨封闭型钢框架及其加工工艺，工艺设计合理，操作简单，制备得到的合金钢管件表面形成耐磨层，拼接安装得到钢框架，该耐磨层能够有效提高合金钢框架的耐磨性能和综合力学性能，该合金钢框架可适用于多个技术领域，具有较高的实用性。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种高强度耐磨封闭型钢框架的加工工艺，包括以下步骤：
(1)多孔碳化钨的制备步骤为：取氨基腈和介孔分子筛，搅拌混合10min，置于50℃水浴下恒温加热，抽真空恒温处理4h，离心分离，真空干燥，干燥后转移至氩气气氛中，530℃下煅烧4h，煅烧后酸蚀18h，分离干燥，得到物料A；
取物料A、六氯化钨和乙醇，搅拌混合10min，干燥后转移至氮气气氛中，进行高温煅烧，煅烧时先升温至680℃，恒温煅烧15min，再以4℃/min的升温速率升温至940℃，保温煅烧2.5h，得到多孔碳化钨。
(2)取多孔碳化钨，置于氢氧化钠溶液中，浸泡10min，再转移至硝酸溶液中，浸泡10min，去离子水洗涤，干燥后置于镀液中，85℃下搅拌1.5h，离心分离，超声波清洗10min，真空干燥，得到镀层碳化钨；
其中镀液各组分包括：硫酸镍20g/L、硫酸亚铁20g/L、柠檬酸钠60g/L、次亚磷酸钠25g/L、硼酸20g/L；化学镀镍时处于磁场环境中，静磁场强度为10mT。
(3)取合金钢管件，置于去离子水中，超声清洗10min，真空干燥后转移至氩气气氛中，进行激光清洗，激光能量密度为5J/cm2，激光脉冲宽度为100ns，激光扫描速度为1500mm/s；
(4)取镀层碳化钨、金刚石、镍粉，搅拌混合20min，转移至球磨机中球磨处理2h，球磨后加入粘结剂，得到涂覆粉末；
取合金钢管件，将涂覆粉末均匀涂覆在合金钢管件表面，涂覆厚度为2mm，再转移至120℃下保温2.2h，升温至300℃下预热20min，氩气环境下进行激光熔覆，激光功率为1500W，扫描速率为2mm/s；形成耐磨层，超声波清洗，真空干燥，得到成品。其中激光熔覆时处于超声条件、磁场共同辅助环境中，超声频率60kHz，超声功率200W，磁场强度为10mT；
(5)取步骤(4)制备的若干个合金钢管件，拼接安装，得到钢框架。
实施例2：
一种高强度耐磨封闭型钢框架的加工工艺，包括以下步骤：
(1)多孔碳化钨的制备步骤为：取氨基腈和介孔分子筛，搅拌混合15min，置于52℃水浴下恒温加热，抽真空恒温处理3.5h，离心分离，真空干燥，干燥后转移至氩气气氛中，540℃下煅烧3.5h，煅烧后酸蚀19h，分离干燥，得到物料A；
取物料A、六氯化钨和乙醇，搅拌混合16min，干燥后转移至氮气气氛中，进行高温煅烧，煅烧时先升温至685℃，恒温煅烧13min，再以5℃/min的升温速率升温至945℃，保温煅烧2.2h，得到多孔碳化钨。
(2)取多孔碳化钨，置于氢氧化钠溶液中，浸泡13min，再转移至硝酸溶液中，浸泡15min，去离子水洗涤，干燥后置于镀液中，87℃下搅拌1.2h，离心分离，超声波清洗15min，真空干燥，得到镀层碳化钨；
其中镀液各组分包括：硫酸镍22g/L、硫酸亚铁24g/L、柠檬酸钠75g/L、次亚磷酸钠28g/L、硼酸22g/L；化学镀镍时处磁场环境中，静磁场强度为11mT。
(3)取合金钢管件，置于去离子水中，超声清洗15min，真空干燥后转移至氩气气氛中，进行激光清洗，激光能量密度为6J/cm2，激光脉冲宽度为110ns，激光扫描速度为1500mm/s；
(4)取镀层碳化钨、金刚石、镍粉，搅拌混合25min，转移至球磨机中球磨处理2.3h，球磨后加入粘结剂，得到涂覆粉末；
取合金钢管件，将涂覆粉末均匀涂覆在合金钢管件表面，涂覆厚度为3mm，再转移至125℃下保温2.1h，升温至280℃下预热25min，氩气环境下进行激光熔覆，激光功率为1800W，扫描速率为5mm/s；形成耐磨层，超声波清洗，真空干燥，得到成品。其中激光熔覆处于超声条件、磁场共同辅助环境中，超声频率70kHz，超声功率350W，磁场强度为14mT。
(5)取步骤(4)制备的若干个合金钢管件，拼接安装，得到钢框架。
实施例3：
一种高强度耐磨封闭型钢框架的加工工艺，包括以下步骤：
(1)多孔碳化钨的制备步骤为：取氨基腈和介孔分子筛，搅拌混合20min，置于55℃水浴下恒温加热，抽真空恒温处理3h，离心分离，真空干燥，干燥后转移至氩气气氛中，550℃下煅烧3h，煅烧后酸蚀20h，分离干燥，得到物料A；
取物料A、六氯化钨和乙醇，搅拌混合20min，干燥后转移至氮气气氛中，进行高温煅烧，煅烧时先升温至690℃，恒温煅烧10min，再以5℃/min的升温速率升温至950℃，保温煅烧2h，得到多孔碳化钨。
(2)取多孔碳化钨，置于氢氧化钠溶液中，浸泡15min，再转移至硝酸溶液中，浸泡10min，去离子水洗涤，干燥后置于镀液中，88℃下搅拌1h，离心分离，超声波清洗20min，真空干燥，得到镀层碳化钨；
其中镀液各组分包括：硫酸镍25g/L、硫酸亚铁25g/L、柠檬酸钠80g/L、次亚磷酸钠30g/L、硼酸20g/L；化学镀镍时处于磁场环境中，静磁场强度为12mT。
(3)取合金钢管件，置于去离子水中，超声清洗20min，真空干燥后转移至氩气气氛中，进行激光清洗，激光能量密度为6J/cm2，激光脉冲宽度为120ns，激光扫描速度为1500mm/s；
(4)取镀层碳化钨、金刚石、镍粉，搅拌混合30min，转移至球磨机中球磨处理2.5h，球磨后加入粘结剂，得到涂覆粉末；
取合金钢管件，将涂覆粉末均匀涂覆在合金钢管件表面，涂覆厚度为3mm，再转移至130℃下保温2h，升温至300℃下预热20min，氩气环境下进行激光熔覆，激光功率为2000W，扫描速率为6mm/s；形成耐磨层，超声波清洗，真空干燥，得到成品。其中激光熔覆时处于超声条件、磁场共同辅助环境中，超声频率80kHz，超声功率500W，磁场强度为15mT。
(5)取步骤(4)制备的若干个合金钢管件，拼接安装，得到钢框架。
对比例1：对比例1在实施例2的基础上进行改进，对比例1中“激光熔覆时并未辅助磁场环境”，其余步骤操作和工艺参数与实施例2一致。
一种高强度耐磨封闭型钢框架的加工工艺，包括以下步骤：
(1)多孔碳化钨的制备步骤为：取氨基腈和介孔分子筛，搅拌混合15min，置于52℃水浴下恒温加热，抽真空恒温处理3.5h，离心分离，真空干燥，干燥后转移至氩气气氛中，540℃下煅烧3.5h，煅烧后酸蚀19h，分离干燥，得到物料A；
取物料A、六氯化钨和乙醇，搅拌混合16min，干燥后转移至氮气气氛中，进行高温煅烧，煅烧时先升温至685℃，恒温煅烧13min，再以5℃/min的升温速率升温至945℃，保温煅烧2.2h，得到多孔碳化钨。
(2)取多孔碳化钨，置于氢氧化钠溶液中，浸泡13min，再转移至硝酸溶液中，浸泡15min，去离子水洗涤，干燥后置于镀液中，87℃下搅拌1.2h，离心分离，超声波清洗15min，真空干燥，得到镀层碳化钨；
其中镀液各组分包括：硫酸镍22g/L、硫酸亚铁24g/L、柠檬酸钠75g/L、次亚磷酸钠28g/L、硼酸22g/L；化学镀镍时处于磁场环境中，静磁场强度为11mT。
(3)取合金钢管件，置于去离子水中，超声清洗15min，真空干燥后转移至氩气气氛中，进行激光清洗，激光能量密度为6J/cm2，激光脉冲宽度为110ns，激光扫描速度为1500mm/s；
(4)取镀层碳化钨、金刚石、镍粉，搅拌混合25min，转移至球磨机中球磨处理2.3h，球磨后加入粘结剂，得到涂覆粉末；
取合金钢管件，将涂覆粉末均匀涂覆在合金钢管件表面，涂覆厚度为3mm，再转移至125℃下保温2.1h，升温至280℃下预热25min，氩气环境下进行激光熔覆，激光功率为1800W，扫描速率为5mm/s；形成耐磨层，超声波清洗，真空干燥，得到成品。其中激光熔覆时处于超声条件中，超声频率70kHz，超声功率350W。
(5)取步骤(4)制备的若干个合金钢管件，拼接安装，得到钢框架。
对比例2：对比例2在实施例2的基础上进行改进，对比例2中“激光熔覆时并未辅助超声环境”，其余步骤操作和工艺参数与实施例2一致。
一种高强度耐磨封闭型钢框架的加工工艺，包括以下步骤：
(1)多孔碳化钨的制备步骤为：取氨基腈和介孔分子筛，搅拌混合15min，置于52℃水浴下恒温加热，抽真空恒温处理3.5h，离心分离，真空干燥，干燥后转移至氩气气氛中，540℃下煅烧3.5h，煅烧后酸蚀19h，分离干燥，得到物料A；
取物料A、六氯化钨和乙醇，搅拌混合16min，干燥后转移至氮气气氛中，进行高温煅烧，煅烧时先升温至685℃，恒温煅烧13min，再以5℃/min的升温速率升温至945℃，保温煅烧2.2h，得到多孔碳化钨。
(2)取多孔碳化钨，置于氢氧化钠溶液中，浸泡13min，再转移至硝酸溶液中，浸泡15min，去离子水洗涤，干燥后置于镀液中，87℃下搅拌1.2h，离心分离，超声波清洗15min，真空干燥，得到镀层碳化钨；
其中镀液各组分包括：硫酸镍22g/L、硫酸亚铁24g/L、柠檬酸钠75g/L、次亚磷酸钠28g/L、硼酸22g/L；化学镀镍时处磁场环境中，静磁场强度为11mT。
(3)取合金钢管件，置于去离子水中，超声清洗15min，真空干燥后转移至氩气气氛中，进行激光清洗，激光能量密度为6J/cm2，激光脉冲宽度为110ns，激光扫描速度为1500mm/s；
(4)取镀层碳化钨、金刚石、镍粉，搅拌混合25min，转移至球磨机中球磨处理2.3h，球磨后加入粘结剂，得到涂覆粉末；
取合金钢管件，将涂覆粉末均匀涂覆在合金钢管件表面，涂覆厚度为3mm，再转移至125℃下保温2.1h，升温至280℃下预热25min，氩气环境下进行激光熔覆，激光功率为1800W，扫描速率为5mm/s；形成耐磨层，超声波清洗，真空干燥，得到成品。其中激光熔覆处于磁场环境中，磁场强度为14mT。
(5)取步骤(4)制备的若干个合金钢管件，拼接安装，得到钢框架。
对比例3：对比例3在实施例2的基础上进行改进，对比例3中“激光熔覆时添加镀镍碳化钨”，其余步骤操作和工艺参数与实施例2一致。
一种高强度耐磨封闭型钢框架的加工工艺，包括以下步骤：
(1)多孔碳化钨的制备步骤为：取氨基腈和介孔分子筛，搅拌混合15min，置于52℃水浴下恒温加热，抽真空恒温处理3.5h，离心分离，真空干燥，干燥后转移至氩气气氛中，540℃下煅烧3.5h，煅烧后酸蚀19h，分离干燥，得到物料A；
取物料A、六氯化钨和乙醇，搅拌混合16min，干燥后转移至氮气气氛中，进行高温煅烧，煅烧时先升温至685℃，恒温煅烧13min，再以5℃/min的升温速率升温至945℃，保温煅烧2.2h，得到多孔碳化钨。
(2)取多孔碳化钨，置于氢氧化钠溶液中，浸泡13min，再转移至硝酸溶液中，浸泡15min，去离子水洗涤，干燥后置于镀液中，87℃下搅拌1.2h，离心分离，超声波清洗15min，真空干燥，得到镀层碳化钨；
其中镀液各组分包括：硫酸镍22g/L、柠檬酸钠75g/L、次亚磷酸钠28g/L、硼酸22g/L；化学镀镍时处磁场环境中，静磁场强度为11mT。
(3)取合金钢管件，置于去离子水中，超声清洗15min，真空干燥后转移至氩气气氛中，进行激光清洗，激光能量密度为6J/cm2，激光脉冲宽度为110ns，激光扫描速度为1500mm/s；
(4)取镀层碳化钨、金刚石、镍粉，搅拌混合25min，转移至球磨机中球磨处理2.3h，球磨后加入粘结剂，得到涂覆粉末；
取合金钢管件，将涂覆粉末均匀涂覆在合金钢管件表面，涂覆厚度为3mm，再转移至125℃下保温2.1h，升温至280℃下预热25min，氩气环境下进行激光熔覆，激光功率为1800W，扫描速率为5mm/s；形成耐磨层，超声波清洗，真空干燥，得到成品。其中激光熔覆处于超声条件、磁场共同辅助环境中，超声频率70kHz，超声功率350W，磁场强度为14mT。
(5)取步骤(4)制备的若干个合金钢管件，拼接安装，得到钢框架。
对比例4：对比例4在实施例2的基础上进行改进，对比例4中“激光熔覆时添加镀铁碳化钨”，其余步骤操作和工艺参数与实施例2一致。
一种高强度耐磨封闭型钢框架的加工工艺，包括以下步骤：
(1)多孔碳化钨的制备步骤为：取氨基腈和介孔分子筛，搅拌混合15min，置于52℃水浴下恒温加热，抽真空恒温处理3.5h，离心分离，真空干燥，干燥后转移至氩气气氛中，540℃下煅烧3.5h，煅烧后酸蚀19h，分离干燥，得到物料A；
取物料A、六氯化钨和乙醇，搅拌混合16min，干燥后转移至氮气气氛中，进行高温煅烧，煅烧时先升温至685℃，恒温煅烧13min，再以5℃/min的升温速率升温至945℃，保温煅烧2.2h，得到多孔碳化钨。
(2)取多孔碳化钨，置于氢氧化钠溶液中，浸泡13min，再转移至硝酸溶液中，浸泡15min，去离子水洗涤，干燥后置于镀液中，87℃下搅拌1.2h，离心分离，超声波清洗15min，真空干燥，得到镀层碳化钨；
其中镀液各组分包括：硫酸亚铁24g/L、柠檬酸钠75g/L、次亚磷酸钠28g/L、硼酸22g/L；化学镀镍时处磁场环境中，静磁场强度为11mT。
(3)取合金钢管件，置于去离子水中，超声清洗15min，真空干燥后转移至氩气气氛中，进行激光清洗，激光能量密度为6J/cm2，激光脉冲宽度为110ns，激光扫描速度为1500mm/s；
(4)取镀层碳化钨、金刚石、镍粉，搅拌混合25min，转移至球磨机中球磨处理2.3h，球磨后加入粘结剂，得到涂覆粉末；
取合金钢管件，将涂覆粉末均匀涂覆在合金钢管件表面，涂覆厚度为3mm，再转移至125℃下保温2.1h，升温至280℃下预热25min，氩气环境下进行激光熔覆，激光功率为1800W，扫描速率为5mm/s；形成耐磨层，超声波清洗，真空干燥，得到成品。其中激光熔覆处于超声条件、磁场共同辅助环境中，超声频率70kHz，超声功率350W，磁场强度为14mT。
(5)取步骤(4)制备的若干个合金钢管件，拼接安装，得到钢框架。
对比例5：对比例5在实施例2的基础上进行改进，对比例5中“镀层碳化钨制备时并未设置磁场环境”，其余步骤操作和工艺参数与实施例2一致。
一种高强度耐磨封闭型钢框架的加工工艺，包括以下步骤：
(1)多孔碳化钨的制备步骤为：取氨基腈和介孔分子筛，搅拌混合15min，置于52℃水浴下恒温加热，抽真空恒温处理3.5h，离心分离，真空干燥，干燥后转移至氩气气氛中，540℃下煅烧3.5h，煅烧后酸蚀19h，分离干燥，得到物料A；
取物料A、六氯化钨和乙醇，搅拌混合16min，干燥后转移至氮气气氛中，进行高温煅烧，煅烧时先升温至685℃，恒温煅烧13min，再以5℃/min的升温速率升温至945℃，保温煅烧2.2h，得到多孔碳化钨。
(2)取多孔碳化钨，置于氢氧化钠溶液中，浸泡13min，再转移至硝酸溶液中，浸泡15min，去离子水洗涤，干燥后置于镀液中，87℃下搅拌1.2h，离心分离，超声波清洗15min，真空干燥，得到镀层碳化钨；
其中镀液各组分包括：硫酸镍22g/L、硫酸亚铁24g/L、柠檬酸钠75g/L、次亚磷酸钠28g/L、硼酸22g/L。
(3)取合金钢管件，置于去离子水中，超声清洗15min，真空干燥后转移至氩气气氛中，进行激光清洗，激光能量密度为6J/cm2，激光脉冲宽度为110ns，激光扫描速度为1500mm/s；
(4)取镀层碳化钨、金刚石、镍粉，搅拌混合25min，转移至球磨机中球磨处理2.3h，球磨后加入粘结剂，得到涂覆粉末；
取合金钢管件，将涂覆粉末均匀涂覆在合金钢管件表面，涂覆厚度为3mm，再转移至125℃下保温2.1h，升温至280℃下预热25min，氩气环境下进行激光熔覆，激光功率为1800W，扫描速率为5mm/s；形成耐磨层，超声波清洗，真空干燥，得到成品。其中激光熔覆处于超声条件、磁场共同辅助环境中，超声频率70kHz，超声功率350W，磁场强度为14mT。
(5)取步骤(4)制备的若干个合金钢管件，拼接安装，得到钢框架。
对比例6：对比例6在实施例2的基础上进行改进，对比例6中“多孔碳化钨制备时直接升至高温煅烧”，其余步骤操作和工艺参数与实施例2一致。
一种高强度耐磨封闭型钢框架的加工工艺，包括以下步骤：
(1)多孔碳化钨的制备步骤为：取氨基腈和介孔分子筛，搅拌混合15min，置于52℃水浴下恒温加热，抽真空恒温处理3.5h，离心分离，真空干燥，干燥后转移至氩气气氛中，540℃下煅烧3.5h，煅烧后酸蚀19h，分离干燥，得到物料A；
取物料A、六氯化钨和乙醇，搅拌混合16min，干燥后转移至氮气气氛中，进行高温煅烧，煅烧时升温至945℃，保温煅烧2.2h，得到多孔碳化钨。
(2)取多孔碳化钨，置于氢氧化钠溶液中，浸泡13min，再转移至硝酸溶液中，浸泡15min，去离子水洗涤，干燥后置于镀液中，87℃下搅拌1.2h，离心分离，超声波清洗15min，真空干燥，得到镀层碳化钨；
其中镀液各组分包括：硫酸镍22g/L、硫酸亚铁24g/L、柠檬酸钠75g/L、次亚磷酸钠28g/L、硼酸22g/L；化学镀镍时处磁场环境中，静磁场强度为11mT。
(3)取合金钢管件，置于去离子水中，超声清洗15min，真空干燥后转移至氩气气氛中，进行激光清洗，激光能量密度为6J/cm2，激光脉冲宽度为110ns，激光扫描速度为1500mm/s；
(4)取镀层碳化钨、金刚石、镍粉，搅拌混合25min，转移至球磨机中球磨处理2.3h，球磨后加入粘结剂，得到涂覆粉末；
取合金钢管件，将涂覆粉末均匀涂覆在合金钢管件表面，涂覆厚度为3mm，再转移至125℃下保温2.1h，升温至280℃下预热25min，氩气环境下进行激光熔覆，激光功率为1800W，扫描速率为5mm/s；形成耐磨层，超声波清洗，真空干燥，得到成品。其中激光熔覆处于超声条件、磁场共同辅助环境中，超声频率70kHz，超声功率350W，磁场强度为14mT。
(5)取步骤(4)制备的若干个合金钢管件，拼接安装，得到钢框架。
对比例7：对比例7在实施例2的基础上进行改进，对比例7中“通过常规碳化钨制备镀层碳化钨”，其余步骤操作和工艺参数与实施例2一致。
一种高强度耐磨封闭型钢框架的加工工艺，包括以下步骤：
(1)取常规碳化钨，置于氢氧化钠溶液中，浸泡13min，再转移至硝酸溶液中，浸泡15min，去离子水洗涤，干燥后置于镀液中，87℃下搅拌1.2h，离心分离，超声波清洗15min，真空干燥，得到镀层碳化钨；
其中镀液各组分包括：硫酸镍22g/L、硫酸亚铁24g/L、柠檬酸钠75g/L、次亚磷酸钠28g/L、硼酸22g/L；化学镀镍时处磁场环境中，静磁场强度为11mT。
(2)取合金钢管件，置于去离子水中，超声清洗15min，真空干燥后转移至氩气气氛中，进行激光清洗，激光能量密度为6J/cm2，激光脉冲宽度为110ns，激光扫描速度为1500mm/s；
(3)取镀层碳化钨、金刚石、镍粉，搅拌混合25min，转移至球磨机中球磨处理2.3h，球磨后加入粘结剂，得到涂覆粉末；
取合金钢管件，将涂覆粉末均匀涂覆在合金钢管件表面，涂覆厚度为3mm，再转移至125℃下保温2.1h，升温至280℃下预热25min，氩气环境下进行激光熔覆，激光功率为1800W，扫描速率为5mm/s；形成耐磨层，超声波清洗，真空干燥，得到成品。其中激光熔覆处于超声条件、磁场共同辅助环境中，超声频率70kHz，超声功率350W，磁场强度为14mT。
(4)取步骤(3)制备的若干个合金钢管件，拼接安装，得到钢框架。
对比例8：对比例8在实施例2的基础上进行改进，对比例8中“合金钢管件并未进行表面激光清洗”，其余步骤操作和工艺参数与实施例2一致。
以上实施例中，镀层碳化钨、金刚石、镍粉的质量均保持不变，其中镀层碳化钨质量百分比为30％；金刚石质量百分比为5％，其余为镍粉。
检测试验：
1、取实施例1-3、对比例1-8制备的合金钢框架样品，分别通过显微硬度测试计测试其表面显微硬度，每个样品测试时施加载荷为200g，每次加载时间为15s，测试时沿合金钢表面同一测量线的不同位置分别选取5个点，取平均值并记录。
2、取实施例1-3、对比例1-8制备的合金钢框架样品，通过高温摩擦磨损试验机进行耐磨性测试，对磨材料为GR(4Cr3Mo3W4VNb)钢球，400℃下法向载荷为19.8N，磨损时间为20min，前后称重并记录摩擦磨损质量损失。
结论：本申请公开了一种高强度耐磨封闭型钢框架及其加工工艺，工艺设计合理，操作简单，制备得到的合金钢管件表面形成耐磨层，拼接安装得到钢框架，该耐磨层能够有效提高合金钢框架的耐磨性能和综合力学性能，该合金钢框架可适用于多个技术领域，具有较高的实用性。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高强度耐磨封闭型钢框架的加工工艺，其特征在于：包括以下步骤：
(1)取多孔碳化钨，置于氢氧化钠溶液中，浸泡10-15min，再转移至硝酸溶液中，浸泡10-20min，去离子水洗涤，干燥后置于镀液中，85-88℃下搅拌1-1.5h，离心分离，超声波清洗10-20min，真空干燥，得到镀层碳化钨；
(2)取合金钢管件，置于去离子水中，超声清洗10-20min，真空干燥后转移至氩气气氛中，进行激光清洗，激光能量密度为5-6J/cm2，激光脉冲宽度为100-120ns，激光扫描速度为1500mm/s；
(3)取镀层碳化钨、金刚石、镍粉，搅拌混合20-30min，转移至球磨机中球磨处理2-2.5h，球磨后加入粘结剂，得到涂覆粉末；
取合金钢管件，将涂覆粉末均匀涂覆在合金钢管件表面，涂覆厚度为2-3mm，再转移至120-130℃下保温2-2.2h，升温至250-300℃下预热20-30min，氩气环境下进行激光熔覆，形成耐磨层，超声波清洗，真空干燥，得到成品；
(4)取步骤(3)制备的若干个合金钢管件，拼接安装，得到钢框架。
2.根据权利要求1所述的一种高强度耐磨封闭型钢框架的加工工艺，其特征在于：多孔碳化钨的制备步骤为：取氨基腈和介孔分子筛，搅拌混合10-20min，置于50-55℃水浴下恒温加热，抽真空恒温处理3-4h，离心分离，真空干燥，干燥后转移至氩气气氛中，530-550℃下煅烧3-4h，煅烧后酸蚀18-20h，分离干燥，得到物料A；
取物料A、六氯化钨和乙醇，搅拌混合10-20min，干燥后转移至氮气气氛中，高温下进行煅烧，得到多孔碳化钨。
3.根据权利要求2所述的一种高强度耐磨封闭型钢框架的加工工艺，其特征在于：碳化钨制备时，转移至氮气气氛中进行高温煅烧，煅烧时先升温至680-690℃，恒温煅烧10-15min，再以4-5℃/min的升温速率升温至940-950℃，保温煅烧2-2.5h，得到多孔碳化钨。
4.根据权利要求1所述的一种高强度耐磨封闭型钢框架的加工工艺，其特征在于：步骤(3)中，激光熔覆时，激光功率为1500-2000W，扫描速率为2-6mm/s。
5.根据权利要求1所述的一种高强度耐磨封闭型钢框架的加工工艺，其特征在于：步骤(3)中，激光熔覆时位于磁场环境下，磁场强度为10-15mT。
6.根据权利要求1所述的一种高强度耐磨封闭型钢框架的加工工艺，其特征在于：步骤(1)中，镀液各组分包括：硫酸镍20-25g/L、硫酸亚铁20-25g/L、柠檬酸钠60-80g/L、次亚磷酸钠25-30g/L、硼酸20-25g/L。
7.根据权利要求1所述的一种高强度耐磨封闭型钢框架的加工工艺，其特征在于：步骤(3)中，激光熔覆时处于超声条件下，超声频率60-80kHz，超声功率200-500W。
8.根据权利要求1所述的一种高强度耐磨封闭型钢框架的加工工艺，其特征在于：步骤(1)中，化学镀镍时处于磁场环境下，静磁场强度为10-12mT。
9.根据权利要求1所述的一种高强度耐磨封闭型钢框架的加工工艺，其特征在于：所述介孔分子筛为SBA-15。
10.根据权利要求1-9中任意一项所述的一种高强度耐磨封闭型钢框架的加工工艺制备的钢框架。
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- 2021-05-07 CN CN202110495605.2A patent/CN113215566B/zh not_active Expired - Fee Related
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| CN113215566B (zh) | 2022-01-25 |
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