CN116732514B - 一种装配式支吊架表面增强方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种表面增强工艺，具体为一种装配式支吊架表面增强方法。采用激光熔覆方法在支吊架表面形成熔覆层。激光熔覆采用石墨烯/锌基合金粉末。在高能激光束照射下，合金粉末熔覆，在支吊架表面产生熔池，FeSiB化合物优先于基体表面析出，并沿着垂直于生长界面的[002]方向优先生长，在基体和熔池界面处形成类似于梳状的结构，提高了锌合金和基体的结合性能，同时，由于能够在表面界面处产生显微裂纹，对基体的保护作用也得到加强。由于石墨烯的存在，会阻止显微裂纹的扩展，并且在工况温度下，石墨烯会部分氧化为氧化石墨烯，体积膨胀能够进一步阻止氧气在裂缝中的渗透，避免基体的氧化。
Description
技术领域
本申请涉及一种表面增强工艺，具体为一种装配式支吊架表面增强方法。
背景技术
装配式支吊架主要应用在轨道交通、地下管廊、民用建筑、工业厂房等行业的机电管线专业。支吊架是与管线紧密联系在一起的结构，是管线重要组成部分之一。从管线支撑的结构及连接关系来看，可以分为生根件、主材、连接件及辅助件四类元件。生根件一般包括用于混凝土结构的锚栓、预埋槽道组件等，及用于钢结构的梁夹等；主材主要包括C型带齿槽钢、方钢等；连接件包括底座连接件、直角连接件、斜角连接件等；辅助件包括螺母、垫片、转接头等。
支吊架系统的最关键技术核心是在连接件、锁扣、生根部位，尤其是锁扣，其抗滑移力很大一定程度上决定了装配式支吊架的安全。目前市场上大部分装配式支吊架产品以热浸镀锌为主，项目运营以后，项目的使用工况比较复杂，在很大程度上影响支吊架的安全及寿命。例如：地下管廊内环境湿度很大，支吊架会出现腐蚀现象，随着时间增加，腐蚀加剧，锁扣的抗滑移力就会逐渐减小，甚至导致坍塌；地铁内的供电系统存在杂散电流，更会增加产品的腐蚀；如果应用项目在沿海城市，空气中的氯离子会加速锌层的腐蚀，其耐久性会大幅度降低，存在巨大的安全隐患。
发明内容
本发明公开了一种装配式支吊架表面增强方法，以解决现有技术中存在的支吊架容易腐蚀的技术问题。
一种装配式支吊架表面增强方法，包括如下步骤：
(1)对装配式支吊架表面进行机加工，去除表面污渍；
(2)将制备好的粉末混合均匀后预热，装入送粉器中；
(3)将支吊架固定后，根据其尺寸结构确定熔覆路径；
(4)激光熔覆，设置激光熔覆功率为6-10kW，激光光斑直径5-10mm，送粉速度80-120g/min，熔覆层搭接率85％，保护气选用氩气，熔覆线速度10-20m/min；
激光熔覆采用石墨烯/锌基合金粉末，由锌基合金粉末及石墨烯组成，石墨烯的质量是锌基合金粉末质量0.05-0.1％；其中，锌基合金粉末，按质量百分比由以下组分组成：Al 7.0～9.0％，B 1.5～3.5％，Si 0.1～0.5％，Fe 1.0～3.0％，余量为Zn。
更进一步地，采用Zn包覆的石墨烯粉末，包覆采用化学镀方式在石墨烯粉末表面形成锌层。
更进一步地，步骤（4）中激光熔覆采用六轴机器人带着激光熔覆头。
更进一步地，步骤（2）中预热温度80-100℃，预热时间1-2小时。
更进一步地，步骤（1）中采用酒精和丙酮清洗。
更进一步地，石墨烯颗粒为片层状。
更进一步地，石墨烯颗粒粒度为100-150nm。
更进一步地，激光熔覆采用石墨烯/锌基合金粉末，由锌基合金粉末及石墨烯组成，石墨烯的质量是锌基合金粉末质量0.08％；其中，锌基合金粉末，按质量百分比由以下组分组成：Al 7％，B 2％，Si 0.3％，Fe 2％，余量为Zn。
一种采用上述的增强方法处理得到的支吊架。
一种上述支吊架在电厂管路安装固定上的应用。
机理和效果分析：
采用激光熔覆方法在支吊架表面形成熔覆层以提高其耐腐蚀性能，延长其使用寿命。激光熔覆采用石墨烯/锌基合金粉末，由锌基合金粉末及石墨烯组成，石墨烯的质量是锌基合金粉末质量0.05-0.1％；其中，锌基合金粉末，按质量百分比由以下组分组成：Al7.0～9.0％，B 1.5～3.5％，Si 0.1～0.5％，Fe 1.0～3.0％，余量为Zn。
为了避免在激光熔覆过程中石墨烯发生氧化，采用Zn包覆的石墨烯粉末，包覆采用化学镀方式在石墨烯粉末表面形成锌层。
Si元素可以提高铁基熔覆金属与基体的润湿性，有利于熔覆层成形。熔覆合金中粉末中含有一定量的Fe有利于与基体阻止结合。在高能激光束照射下，合金粉末熔覆，在支吊架表面产生熔池，FeSiB化合物优先于基体表面析出，并沿着垂直于生长界面的[002]方向优先生长，在基体和熔池界面处形成类似于梳状的结构，提高了锌合金和基体的结合性能，同时由于能够表面界面处产生显微裂纹，对基体的保护作用也得到加强。
石墨烯颗粒为片层状，尺寸为100-150nm粒度。由于采用表面包覆锌层能够在熔覆层的锌合金中均匀分散。在使用过程中随着机械应力和热应力的循环作用下会导致熔覆层表面产生裂纹，这是导致支吊架产生腐蚀的最大因素。但是由于石墨烯的存在，会阻止显微裂纹的扩展，并且在工况温度下，石墨烯会部分氧化为氧化石墨烯，体积膨胀能够进一步阻止氧气在裂缝中的渗透，避免基体的氧化。
激光熔覆工艺具体步骤如下：
(1)对装配式支吊架表面进行机加工，用酒精和丙酮去除表面污渍；
(2)将制备好的粉末混合均匀后预热，预热温度80-100℃，预热时间1-2小时，装入送粉器中；
(3)采用六轴机器人带着激光熔覆头进行熔覆，将支吊架固定后，根据其尺寸结构确定熔覆路径；
(4)激光熔覆，设置激光熔覆功率为6-10kW，激光光斑直径5-10mm，送粉速度80-120g/min，熔覆层搭接率85％；保护气选用氩气，熔覆线速度10-20m/min。
上述表面增强方法获得的装备式支吊架应用于电厂管路的安装固定。
激光熔覆技术是通过激光照射使得熔覆材料融化，在基体表面形成熔覆层，通过快速凝固与基体形成冶金结合，改善基体性能。本申请通过在装配式支吊架表面通过激光熔覆制备熔覆层增强其耐腐蚀性能。
具体实施方式
实施例1：
一种装配式支吊架表面增强方法，采用激光熔覆方法在支吊架表面形成熔覆层以提高其耐腐蚀性能，延长其使用寿命。激光熔覆采用石墨烯/锌基合金粉末，由锌基合金粉末及石墨烯组成，石墨烯的质量是锌基合金粉末质量0.08％；其中，锌基合金粉末，按质量百分比由以下组分组成：Al 7％，B 2％，Si 0.3％，Fe 2％，余量为Zn。
为了避免在激光熔覆过程中石墨烯发生氧化，采用Zn包覆的石墨烯粉末，包覆采用化学镀方式在石墨烯粉末表面形成锌层，石墨烯颗粒为片层状，尺寸为100-150nm粒度。
激光熔覆工艺具体步骤如下：
(1)对装配式支吊架表面进行机加工，用酒精和丙酮去除表面污渍；
(2)将制备好的粉末混合均匀后预热，预热温度90℃，预热时间2小时，装入送粉器中；
(3)采用六轴机器人带着激光熔覆头进行熔覆，将支吊架固定后，根据其尺寸结构确定熔覆路径；
(4)激光熔覆，设置激光熔覆功率为8kW，激光光斑直径7mm，送粉速度100g/min，熔覆层搭接率85％；保护气选用氩气，熔覆线速度12m/min。
耐腐蚀性测试中将镀覆后钢线装入盐雾试验机中，并根据国际标准(ASTM B117-11)测量产生白锈的面积。此时，利用5％的盐水(温度为35℃、pH为6.8)，每小时喷雾2ml/80cm2的盐水。为了考察支吊架在工况下的耐腐蚀性，分别将工件在室温、100℃、200℃下进行测试。经过一定时间之后，利用图像分析仪(image analyzer)分析所产生的白锈的面积，当白锈的面积为5％以下时，评价为“○”，当白锈的面积超过5％时，评价为“×”。
测试结果参见表1，表现出较好的耐腐蚀效果。
实施例2：
一种装配式支吊架表面增强方法，采用激光熔覆方法在支吊架表面形成熔覆层以提高其耐腐蚀性能，延长其使用寿命。激光熔覆采用石墨烯/锌基合金粉末，由锌基合金粉末及石墨烯组成，石墨烯的质量是锌基合金粉末质量0.05％；其中，锌基合金粉末，按质量百分比由以下组分组成：Al 7.0％，B 1.5％，Si 0.1％，Fe 2.0％，余量为Zn。
为了避免在激光熔覆过程中石墨烯发生氧化，采用Zn包覆的石墨烯粉末，包覆采用化学镀方式在石墨烯粉末表面形成锌层，石墨烯颗粒为片层状，尺寸为100nm粒度。
激光熔覆工艺具体步骤如下：
(1)对装配式支吊架表面进行机加工，用酒精和丙酮去除表面污渍；
(2)将制备好的粉末混合均匀后预热，预热温度80℃，预热时间1小时，装入送粉器中；
(3)采用六轴机器人带着激光熔覆头进行熔覆，将支吊架固定后，根据其尺寸结构确定熔覆路径；
(4)激光熔覆，设置激光熔覆功率为6kW，激光光斑直径5mm，送粉速度80g/min，熔覆层搭接率85％；保护气选用氩气，熔覆线速度10m/min。测试结果参见表1，表现出较好的耐腐蚀效果。
实施例3：
一种装配式支吊架表面增强方法，采用激光熔覆方法在支吊架表面形成熔覆层以提高其耐腐蚀性能，延长其使用寿命。激光熔覆采用石墨烯/锌基合金粉末，由锌基合金粉末及石墨烯组成，石墨烯的质量是锌基合金粉末质量0.1％；其中，锌基合金粉末，按质量百分比由以下组分组成：Al 9.0％，B 3％，Si 0.4％，Fe 2.5％，余量为Zn。
为了避免在激光熔覆过程中石墨烯发生氧化，采用Zn包覆的石墨烯粉末，包覆采用化学镀方式在石墨烯粉末表面形成锌层，石墨烯颗粒为片层状，尺寸为100-150nm粒度。
激光熔覆工艺具体步骤如下：
(1)对装配式支吊架表面进行机加工，用酒精和丙酮去除表面污渍；
(2)将制备好的粉末混合均匀后预热，预热温度100℃，预热时间2小时，装入送粉器中；
(3)采用六轴机器人带着激光熔覆头进行熔覆，将支吊架固定后，根据其尺寸结构确定熔覆路径；
(4)激光熔覆，设置激光熔覆功率为6-10kW，激光光斑直径10mm，送粉速度120g/min，熔覆层搭接率85％；保护气选用氩气，熔覆线速度20m/min。
测试结果参见表1，表现出较好的耐腐蚀效果。
对比例1：
一种装配式支吊架表面增强方法，采用激光熔覆方法在支吊架表面形成熔覆层以提高其耐腐蚀性能，延长其使用寿命。激光熔覆采用锌基合金粉末，其中，锌基合金粉末，按质量百分比由以下组分组成：Al 7.0％，B 1.5％，Si 0.1％，Fe 2.0％，余量为Zn。
激光熔覆工艺具体步骤如下：
(1)对装配式支吊架表面进行机加工，用酒精和丙酮去除表面污渍；
(2)将制备好的粉末混合均匀后预热，预热温度80℃，预热时间1小时，装入送粉器中；
(3)采用六轴机器人带着激光熔覆头进行熔覆，将支吊架固定后，根据其尺寸结构确定熔覆路径；
(4)激光熔覆，设置激光熔覆功率为6kW，激光光斑直径5mm，送粉速度80g/min，熔覆层搭接率85％；保护气选用氩气，熔覆线速度10m/min。
测试结果参见表1，由于激光熔覆材料中未添加石墨烯，导致无法阻止在使用过程中的产生的裂纹，裂纹的扩展会使得基体接触氧气环境产生锈蚀现象。
对比例2：
一种装配式支吊架表面增强方法，采用激光熔覆方法在支吊架表面形成熔覆层以提高其耐腐蚀性能，延长其使用寿命。激光熔覆采用石墨烯/锌基合金粉末，由锌基合金粉末及石墨烯组成，石墨烯的质量是锌基合金粉末质量0.08％；其中，锌基合金粉末，按质量百分比由以下组分组成：Al 7％，B 2％，Si 0.3％，Fe 2％，余量为Zn。
石墨烯颗粒为片层状，尺寸为100-150nm粒度。
激光熔覆工艺具体步骤如下：
(1)对装配式支吊架表面进行机加工，用酒精和丙酮去除表面污渍；
(2)将制备好的粉末混合均匀后预热，预热温度90℃，预热时间2小时，装入送粉器中；
(3)采用六轴机器人带着激光熔覆头进行熔覆，将支吊架固定后，根据其尺寸结构确定熔覆路径；
(4)激光熔覆，设置激光熔覆功率为8kW，激光光斑直径7mm，送粉速度100g/min，熔覆层搭接率85％；保护气选用氩气，熔覆线速度12m/min。
测试结果参见表1，由于石墨烯表面没有化学镀锌层，导致其在熔覆层中的分散不均匀，团聚后的石墨烯由于尺寸过大，其本身就容易使得基体产生裂纹，并且在熔覆过程中会存在部分氧化现象。
对比例3：
一种装配式支吊架表面增强方法，采用激光熔覆方法在支吊架表面形成熔覆层以提高其耐腐蚀性能，延长其使用寿命。激光熔覆采用石墨烯/锌基合金粉末，由锌基合金粉末及石墨烯组成，石墨烯的质量是锌基合金粉末质量0.08％；其中，锌基合金粉末，按质量百分比由以下组分组成：Al 7％，Si 0.3％，Fe 2％，余量为Zn。
为了避免在激光熔覆过程中石墨烯发生氧化，采用Zn包覆的石墨烯粉末，包覆采用化学镀方式在石墨烯粉末表面形成锌层，石墨烯颗粒为片层状，尺寸为100-150nm粒度。
激光熔覆工艺具体步骤如下：
(1)对装配式支吊架表面进行机加工，用酒精和丙酮去除表面污渍；
(2)将制备好的粉末混合均匀后预热，预热温度90℃，预热时间2小时，装入送粉器中；
(3)采用六轴机器人带着激光熔覆头进行熔覆，将支吊架固定后，根据其尺寸结构确定熔覆路径；
(4)激光熔覆，设置激光熔覆功率为8kW，激光光斑直径7mm，送粉速度100g/min，熔覆层搭接率85％；保护气选用氩气，熔覆线速度12m/min。
测试结果参见表1，锌基合金的成分变化会导致无法产生优先析出于界面的FeSiB相，导致结合性能降低，不利于耐腐蚀性的保持。
对比例4：
一种装配式支吊架表面增强方法，采用激光熔覆方法在支吊架表面形成熔覆层以提高其耐腐蚀性能，延长其使用寿命。激光熔覆采用石墨烯/锌基合金粉末，由锌基合金粉末及石墨烯组成，石墨烯的质量是锌基合金粉末质量0.08％；其中，锌基合金粉末，按质量百分比由以下组分组成：Al 7％，B 2％，Fe 2％，余量为Zn。
为了避免在激光熔覆过程中石墨烯发生氧化，采用Zn包覆的石墨烯粉末，包覆采用化学镀方式在石墨烯粉末表面形成锌层，石墨烯颗粒为片层状，尺寸为100-150nm粒度。
激光熔覆工艺具体步骤如下：
(1)对装配式支吊架表面进行机加工，用酒精和丙酮去除表面污渍；
(2)将制备好的粉末混合均匀后预热，预热温度90℃，预热时间2小时，装入送粉器中；
(3)采用六轴机器人带着激光熔覆头进行熔覆，将支吊架固定后，根据其尺寸结构确定熔覆路径；
(4)激光熔覆，设置激光熔覆功率为8kW，激光光斑直径7mm，送粉速度100g/min，熔覆层搭接率85％；保护气选用氩气，熔覆线速度12m/min。
测试结果参见表1
表1测试结果
。
Claims (5)
1.一种装配式支吊架表面增强方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)对装配式支吊架表面进行机加工，用酒精和丙酮去除表面污渍；
(2)将制备好的粉末混合均匀后预热，装入送粉器中，预热温度80-100℃，预热时间1-2小时；
(3)将支吊架固定后，根据其尺寸结构确定熔覆路径；
(4)激光熔覆，设置激光熔覆功率为6-10kW，激光光斑直径5-10mm，送粉速度80-120g/min，熔覆层搭接率85％，保护气选用氩气，熔覆线速度10-20m/min；
激光熔覆采用石墨烯/锌基合金粉末，由锌基合金粉末及石墨烯组成，石墨烯的质量是锌基合金粉末质量0.05-0.1％；其中，锌基合金粉末，按质量百分比由以下组分组成：Al7.0～9.0％，B 1.5～3.5％，Si 0.1～0.5％，Fe 1.0～3.0％，余量为Zn；
采用Zn包覆的石墨烯粉末，包覆采用化学镀方式在石墨烯粉末表面形成锌层，石墨烯颗粒为片层状，粒度为100-150nm。
2.如权利要求1所述的增强方法，其特征在于：步骤（4）中激光熔覆采用六轴机器人带着激光熔覆头。
3.如权利要求1所述的增强方法，其特征在于：激光熔覆采用石墨烯/锌基合金粉末，由锌基合金粉末及石墨烯组成，石墨烯的质量是锌基合金粉末质量0.08％；其中，锌基合金粉末，按质量百分比由以下组分组成：Al 7％，B 2％，Si 0.3％，Fe 2％，余量为Zn。
4.如权利要求1所述的增强方法处理得到的支吊架。
5.如权利要求4所述的支吊架在电厂管路安装固定上的应用。
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