專利名稱：一種管狀工件內(nèi)壁滲透化學(xué)鍍強(qiáng)化的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種滲透化學(xué)鍍的方法，尤其涉及一種管狀工件內(nèi)壁滲透化學(xué)鍍強(qiáng)化的方法。
背景技術(shù)：
管狀工件如輸油管道、汽車汽缸套以及槍管、炮管與魚雷發(fā)射管等在惡劣環(huán)境下工作，極易腐蝕與受熱變形，導(dǎo)致其使用壽命的降低。此外，隨著社會(huì)的發(fā)展以及國際形勢(shì)的變化，對(duì)管狀工件的服役環(huán)境與使用性能提出了更高的要求。因此，對(duì)管狀工件的內(nèi)壁進(jìn)行快速且有效的強(qiáng)化是一項(xiàng)亟待解決的課題。目前，對(duì)管狀工件進(jìn)行內(nèi)壁強(qiáng)化常用的方法有電鍍(謝洪波，張來祥.方形管狀件內(nèi)壁電鍍硬鉻，電鍍與環(huán)保，2004J4 (6) :20-22)、離子注入(楊思澤，張谷令，劉赤子.一種管狀工件內(nèi)表面改性的方法及其專用裝置，授權(quán)公告號(hào)CN1209491C)、激光相變硬化(曾曉雁，胡乾午，王澤敏.一種用于管狀工件內(nèi)壁激光處理的加工裝置，授權(quán)公告號(hào) CN1271223C)等。但是，對(duì)于大型的管狀工件，電鍍過程中會(huì)形成電力線分布不均勻，導(dǎo)致鍍層厚度不一致甚至有些地方不能形成電鍍層等問題；離子注入的工藝復(fù)雜且設(shè)備昂貴，阻礙了其在工業(yè)中的廣泛應(yīng)用；激光相變硬化雖然工藝簡單、自動(dòng)化程度高，但是需要專用的導(dǎo)光與加工裝置，設(shè)備的通用性不強(qiáng)，而且安裝和拆卸不方便，導(dǎo)致加工效率較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種管狀工件內(nèi)壁滲透化學(xué)鍍強(qiáng)化的方法，采用該方法可以高效地在管狀工件的內(nèi)壁制備強(qiáng)化相顆粒在鍍層內(nèi)均勻分布，含量可控、可調(diào)且最高可達(dá)90vol. %的復(fù)合鍍層，其表面硬度達(dá)60 - 80HRC，且具有優(yōu)異的耐磨、耐蝕與抗高溫氧化性能。因此，該方法克服了傳統(tǒng)電鍍、化學(xué)鍍層內(nèi)強(qiáng)化相顆粒含量低、分布不均勻以及與基體結(jié)合力低的缺點(diǎn)，具有操作方便、加工效率高、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明是這樣來實(shí)現(xiàn)的，方法步驟為
(1)對(duì)管狀工件內(nèi)外表面進(jìn)行前處理，主要包括以下工藝噴砂或拋光、除油、浸蝕與弱浸蝕；
(2)在管狀工件的外表面采用高壓無空氣噴涂的方法涂覆一層保護(hù)膠；
(3)采用噴涂或滾涂的方法使強(qiáng)化相顆粒在滲透膜表面的分布密度為2 90%，然后將滲透膜放置在管狀工件的內(nèi)表面；
(4)在配制好鍍液的鍍槽中進(jìn)行滲透化學(xué)鍍；
(5)滲透化學(xué)鍍完之后去除管狀工件外表面的保護(hù)膠。強(qiáng)化相顆粒均勻分布于化學(xué)鍍層內(nèi)，含量最高可達(dá)90 vol. %且可調(diào)、可控。在進(jìn)行所述的步驟(2)時(shí)，采用的高壓無空氣噴涂的方法附帶有加熱功能，可以將保護(hù)膠加熱到7(T90°C，便于保護(hù)膠的干燥，其中，涂覆的保護(hù)膠可以為氯丁膠、丁苯膠與丁基膠，涂覆的厚度為0. 2^0. 4mm。
在進(jìn)行所述的步驟(3)時(shí)，強(qiáng)化相顆粒均勻分布于滲透膜表面，分布密度為 2 90%，粒徑為5nnT80Mffl，且位于滲透膜與基材之間。進(jìn)行所述的步驟(3)時(shí)，滲透膜材質(zhì)可采用有機(jī)膜如纖維素與聚酰胺，也可采用無機(jī)膜如&02、Al2O3與TW2陶瓷膜；滲透膜孔徑為3nnT50Mffl ；滲透膜的厚度為0. lMflT2mm。在進(jìn)行所述的步驟(3)時(shí)，強(qiáng)化相顆粒可以為氧化物如與Al2O3，碳化物如 SiC, WC與TiC，硼化物如TiB2與0 ，硅化物如MoSi2與FeSi，金屬間化合物如FeAl、NiAl 與TiAl，以及金剛石、碳納米管。在進(jìn)行所述的步驟(4)時(shí)，配制好的鍍液為化學(xué)鍍鎳液，其配方為硫酸鎳20 -40g/L，醋酸 8 - 15g/L，次亞磷酸鈉 5 — 15g/L，pH 值 4 一 6，溫度 80 — 90°C。在進(jìn)行所述的步驟(5)時(shí)，用甲苯、醋酸乙酯、丙酮體積比為1:1:1的混合溶液去除管狀工件外表面的保護(hù)膠。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)(1)采用該方法可以在管狀工件內(nèi)壁制備強(qiáng)化相顆粒含量高達(dá) 90vol. %且分布均勻的復(fù)合鍍層，其表面平整、光亮，無需再加工與拋光處理；(2)滲透化學(xué)鍍過程中對(duì)工件尺寸無限制，安裝與拆卸方便，工件無變形，操作方便，加工效率高；(3)強(qiáng)化相顆粒與基體的結(jié)合力高，復(fù)合鍍層表面硬度達(dá)60 - 80HRC，無氣孔與無裂紋且具有優(yōu)異的耐磨、耐蝕與抗高溫氧化性能。


圖1為本發(fā)明的一種管狀工件內(nèi)壁滲透化學(xué)鍍強(qiáng)化方法的裝置示意圖。圖2為本發(fā)明的強(qiáng)化相顆粒均勻分布于滲透膜表面的示意圖。圖3為本發(fā)明的強(qiáng)化相顆粒、滲透膜、基材與保護(hù)膠的相對(duì)位置示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1
采用滲透化學(xué)鍍?cè)?5Cr3Mo3NiNb管狀工件表面制備Ni-SiC復(fù)合鍍層，該復(fù)合鍍層的厚度為1mm，平均粒徑為20 μ m的強(qiáng)化相SiC顆粒在復(fù)合鍍層內(nèi)的含量為60vol. %。本實(shí)施例的實(shí)施過程為，如圖1、圖2與圖3所示。(1)管狀工件內(nèi)外表面的前處理。將25Cr3Mo3NiNb管狀工件5的表面進(jìn)行噴砂或拋光、除油、浸蝕與弱浸蝕處理；
(2)在25Cr3Mo3NiNb管狀工件5的外表面采用高壓無空氣噴涂的方法涂覆一層厚度為 0. 35mm的氯丁膠2，然后在90°C對(duì)氯丁膠2進(jìn)行干燥；
(3)采用噴涂或滾涂的方法使平均粒徑為20μ m的強(qiáng)化相SiC顆粒8在滲透膜9表面的分布密度為50%，然后將滲透膜9放置在25Cr3Mo3NiNb管狀工件5的內(nèi)表面，其中滲透膜 9的孔徑為30 μ m,厚度為0. 2Mffl,材質(zhì)為無機(jī)Al2O3陶瓷膜，結(jié)構(gòu)采用卷式；
(4)將粘附有Al2O3陶瓷膜9(其表面分布有強(qiáng)化相SiC顆粒8)的25Cr3Mo3NiNb管狀工件5放置于安裝有恒溫水浴堝3的化學(xué)鍍槽6內(nèi)進(jìn)行滲透化學(xué)鍍?；瘜W(xué)鍍鎳液10的配方為硫酸鎳30g/L，醋酸8g/L，次亞磷酸鈉10g/L，pH值4. 5。另外，溫度計(jì)1測(cè)量化學(xué)鍍槽6內(nèi)化學(xué)鍍鎳液10的溫度，加熱器4對(duì)恒溫水浴堝3內(nèi)的蒸餾水7進(jìn)行加熱，并使化學(xué)鍍槽6內(nèi)化學(xué)鍍鎳液10的溫度為85°C。
4
(5)采用甲苯、醋酸乙酯、丙酮的等體積比混合溶液去除25Cr3Mo3NiNb管狀工件5 外表面的氯丁膠2。實(shí)施例2
采用滲透化學(xué)鍍?cè)?0CrNi2MoVA管狀工件表面制備Ni-金剛石復(fù)合鍍層，該涂層的厚度為0. 5mm，其中平均粒徑為IOnm的強(qiáng)化相金剛石顆粒在復(fù)合鍍層內(nèi)的含量為90vol. %。本實(shí)施例的實(shí)施過程為，如圖1、圖2與圖3所示。(1)管狀工件內(nèi)外表面的前處理。將30CrNi2MoVA管狀工件5表面進(jìn)行噴砂或拋光、除油、浸蝕與弱浸蝕處理；
(2)在30CrNi2MoVA管狀工件5的外表面采用高壓無空氣噴涂的方法涂覆一層厚度為 0. 2mm的丁苯膠2，然后在80°C對(duì)丁苯膠2進(jìn)行干燥；
(3)采用噴涂或滾涂的方法使平均粒徑為IOnm的強(qiáng)化相金剛石顆粒8在滲透膜9表面的分布密度為90%，然后將滲透膜9放置在30CrNi2MoVA管狀工件5的內(nèi)表面，其中滲透膜 9的孔徑為18nm，厚度為0. lMm，材質(zhì)為無機(jī)^O2陶瓷膜，結(jié)構(gòu)采用卷式；
(4)將粘附有^O2陶瓷膜9(其表面分布有強(qiáng)化相金剛石顆粒8)的30CrNi2MoVA管狀工件5放置于安裝有恒溫水浴堝3的化學(xué)鍍槽6內(nèi)進(jìn)行滲透化學(xué)鍍。化學(xué)鍍鎳液10的配方為硫酸鎳35g/L，醋酸6g/L，次亞磷酸鈉14g/L，pH值5。另外，溫度計(jì)1測(cè)量化學(xué)鍍槽6 內(nèi)化學(xué)鍍鎳液10的溫度，加熱器4對(duì)恒溫水浴堝3內(nèi)的蒸餾水7進(jìn)行加熱，并使化學(xué)鍍槽 6內(nèi)化學(xué)鍍鎳液10的溫度為80°C。(5)采用甲苯、醋酸乙酯、丙酮的等體積比混合溶液去除30CrNi2MoVA管狀工件5 外表面的丁苯膠2。
權(quán)利要求
1.一種管狀工件內(nèi)壁滲透化學(xué)鍍強(qiáng)化的方法，其特征是方法步驟為(1)對(duì)管狀工件內(nèi)外表面進(jìn)行前處理，主要包括以下工藝噴砂或拋光、除油、浸蝕與弱浸蝕；(2)在管狀工件的外表面采用高壓無空氣噴涂的方法涂覆一層保護(hù)膠；(3)采用噴涂或滾涂的方法使強(qiáng)化相顆粒在滲透膜表面的分布密度為2 90%，然后將滲透膜放置在管狀工件的內(nèi)表面；(4)在配制好鍍液的鍍槽中進(jìn)行滲透化學(xué)鍍；(5)滲透化學(xué)鍍完之后去除管狀工件外表面的保護(hù)膠。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種管狀工件內(nèi)壁滲透化學(xué)鍍強(qiáng)化的方法，其特征是強(qiáng)化相顆粒均勻分布于化學(xué)鍍層內(nèi)，含量最高可達(dá)90 vol. %且可調(diào)、可控。
3.3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種管狀工件內(nèi)壁滲透化學(xué)鍍強(qiáng)化的方法，其特征是在進(jìn)行所述的步驟(2)時(shí)，采用的高壓無空氣噴涂的方法附帶有加熱功能，可以將保護(hù)膠加熱到 7(T90°C，便于保護(hù)膠的干燥，其中，涂覆的保護(hù)膠可以為氯丁膠、丁苯膠與丁基膠，涂覆的厚度為 0. 2^0. 4mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種管狀工件內(nèi)壁滲透化學(xué)鍍強(qiáng)化的方法，其特征是在進(jìn)行所述的步驟(3)時(shí)，強(qiáng)化相顆粒均勻分布于滲透膜表面，分布密度為2 90%，粒徑為 5nm^80Mfli,且位于滲透膜與基材之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種管狀工件內(nèi)壁滲透化學(xué)鍍強(qiáng)化的方法，其特征是在進(jìn)行所述的步驟(3)時(shí)，滲透膜材質(zhì)可采用有機(jī)膜如纖維素與聚酰胺，也可采用無機(jī)膜如&02、 Al2O3與TW2陶瓷膜；滲透膜孔徑為3nnT50Mffl ；滲透膜的厚度為0. lMflT2mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種管狀工件內(nèi)壁滲透化學(xué)鍍強(qiáng)化的方法，其特征是在進(jìn)行所述的步驟(3)時(shí)，強(qiáng)化相顆?？梢詾檠趸锶鏭O2與Al2O3，碳化物如SiC、WC與TiCJI 化物如TW2與CrB2，硅化物如MoSi2與!^eSi，金屬間化合物如i^eAl、NiAl與TiAl，以及金剛石、碳納米管。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種管狀工件內(nèi)壁滲透化學(xué)鍍強(qiáng)化的方法，其特征是在進(jìn)行所述的步驟(4)時(shí)，配制好的鍍液為化學(xué)鍍鎳，其配方為硫酸鎳20 — 40g/L，醋酸8 — 15g/ L，次亞磷酸鈉5 - 15g/L，pH值4 一 6，溫度80 — 90°C。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種管狀工件內(nèi)壁滲透化學(xué)鍍強(qiáng)化的方法，其特征是在進(jìn)行所述的步驟(5)時(shí)，用甲苯、醋酸乙酯、丙酮體積比為1:1:1的混合溶液去除管狀工件外表面的保護(hù)膠。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種管狀工件內(nèi)壁滲透化學(xué)鍍強(qiáng)化的方法，方法步驟為(1)對(duì)管狀工件內(nèi)外表面進(jìn)行處理；(2)噴涂一層保護(hù)膠；(3)然后將滲透膜放置在管狀工件的內(nèi)表面；(4)在配制好鍍液的鍍槽中進(jìn)行滲透化學(xué)鍍；(5)滲透化學(xué)鍍完之后去除管狀工件外表面的保護(hù)膠。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是(1)強(qiáng)化相顆粒在鍍層內(nèi)分布均勻且最高含量可達(dá)90vol.%；(2)復(fù)合鍍層具有優(yōu)異的耐磨性能，表面硬度可達(dá)65－80HRC，耐鹽霧試驗(yàn)達(dá)30－9000小時(shí)，在高溫1000℃時(shí)連續(xù)工作達(dá)3000小時(shí)；(3)表面平整、光亮，無需再加工；(4)管狀工件尺寸不受限制，滲透化學(xué)鍍的過程中不變形；(5)采用該方法還可以在鍍層內(nèi)實(shí)現(xiàn)納米強(qiáng)化相顆粒的均勻分布，其含量可控，無需攪拌，裝卸方便，加工效率高。
文檔編號(hào)C23C18/04GK102400114SQ20111035226
公開日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2011年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月9日
發(fā)明者劉德強(qiáng), 周圣豐, 戴曉琴 申請(qǐng)人:南昌航空大學(xué)