CN109136813A

CN109136813A - 一种矿用液压支架立柱表面处理方法

Info

Publication number: CN109136813A
Application number: CN201810165764.4A
Authority: CN
Inventors: 肖俊钧; 邓帮华
Original assignee: Dezhou Zhang Yuan Spray Technology Co Ltd
Current assignee: Dezhou Zhang Yuan Spray Technology Co Ltd
Priority date: 2018-02-28
Filing date: 2018-02-28
Publication date: 2019-01-04

Abstract

本发明涉及一种矿用液压支架立柱表面处理方法，包括如下步骤：步骤1：除油、除锈、喷砂粗化；步骤2：制备金属陶瓷涂层粉末；步骤3：使用超音速火焰喷涂设备和金属陶瓷涂层粉末，在矿用液压支架立柱表面喷涂金属陶瓷涂层；步骤4：使用有机树脂对喷涂完毕后的液压立柱表面涂层进行封孔处理；步骤5：对封孔处理后的液压立柱表面进行打磨抛光处理。该方法通过创新性的涂层配合技术手段，解决了现有技术中所存在的加工过程污染大、加工产品耐磨耐腐蚀性能不足的问题，具有积极的技术意义。

Description

一种矿用液压支架立柱表面处理方法

技术领域

本发明涉及一种矿用液压支架立柱表面处理方法，属于金属表面处理领域。

背景技术

目前在矿山生产尤其是煤矿生产中，广泛采用液压支架立柱进行支撑；液压支架立柱表面不但会发生磨损，还需要经受酸、碱腐蚀和煤矸石等硬物撞击，因此必须进行表面处理。目前通常采用电镀硬铬的工艺，但电镀硬铬涂层存在先天性的贯穿性微裂纹，井下腐蚀性气体或者乳化液体可以通过贯穿裂纹腐蚀基体，容易造成立柱失效；另外在耐磨方面，由于电镀层硬度偏低，一般只有HRC55-57，镀层较难在冲击磨损、滑动磨损工况环境下长时间有效。以上两方面原因导致电镀硬铬立柱使用寿命仅1年左右，与客户期望的2-3年存在较大的差距。

同时电镀硬铬的工艺还带来另外一种缺点：污染较大。电镀硬铬过程中产生酸雾、废液和固体废渣中都含有大量的Cr⁶⁺，这种Cr⁶⁺离子是一种强致癌物质，对人体和环境会造成严重污染，并且，这些含有Cr⁶⁺离子废弃物处理起来也很困难。关于Cr⁶⁺污染，国内外已经有严格的规定，国内出台的环境污染源识别，将Cr⁶⁺列为严格控制排放的重金属元素；国外如欧盟于2003年2月13日发布了禁止使用Cr⁶⁺的两项指令（WEEE、ROHS），并宣布到2007年7月1日全部禁止使用；美国加州已于2003年1月起禁止使用镀铬工艺；日本UE委员会表示2003年开始采用欧盟的两项指令，2007年7月1日以后全面废除使用Cr⁶⁺。这些外部条件也要求生产企业必须升级换代一种环保的表面处理工艺方法。

在本领域内，目前已经出现了激光熔覆、等离子熔覆、超音速火焰喷涂等工艺来替代电镀，其中超音速火焰喷涂(High Velocity Oxygen Fuel spray：HVOF)具有很高的焰流速度和相对较低的焰流温度，适宜于制备组织致密且硬度高的合金碳化物涂层，能取得良好的防护效果。申请号为201110345487.3的中国发明专利申请中，公开了主题名称为“一种超音速火焰喷涂制备耐磨TiB₂-Co涂层”的技术方案，“通过机械合金化获得 TiB₂-Co 复合粉末，采用超音速火焰喷涂技术制备 TiB₂-Co 涂层。”在实践中发现，该方案仍然存在以下不足：

1. 受制于TiB₂自身特性，所形成的TiB₂陶瓷涂层实测硬度522.6~753.1HV，虽高于电镀层，但仍然偏低，耐磨性能仍然不足；

2.涂层成分中包括了Co和Fe，而Co和Fe耐腐蚀性能较差，导致涂层耐容易过快失效；

3. 钴基材料价格高，导致生产成本高。

因此，设计一种产品更耐磨耐腐蚀同时成本更易控制的矿用液压支架立柱表面处理方法，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

为解决现有技术中矿用液压支架立柱表面处理方法存在的处理后表面耐磨耐腐蚀性能不足的问题，本发明提供一种矿用液压支架立柱表面处理方法，通过超音速火焰喷涂工艺在立柱表面喷涂金属陶瓷涂层，不但处理过程污染小，而且处理后表面耐磨耐腐蚀性能更强，所采用的材料成本也相对较低。

本发明采用下述技术方案：

一种矿用液压支架立柱表面处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：对矿用液压支架立柱进行表面除油、除锈、喷砂粗化；

步骤2：制备金属陶瓷涂层粉末，所述粉末包括质量比50-85%的陶瓷相粉末和15-50%的金属相粉末，其中所述陶瓷相粉末包括WC和Cr₃C₂，所述金属相粉末包括Ni和/或Cr：

步骤3：使用超音速火焰喷涂设备和金属陶瓷涂层粉末，在矿用液压支架立柱表面喷涂金属陶瓷涂层；

步骤4：使用有机树脂对喷涂完毕后的液压立柱表面涂层进行封孔处理；

步骤5：对封孔处理后的液压立柱表面进行打磨抛光处理。

优选的，步骤2中所述陶瓷相粉末中，WC和Cr₃C₂质量比为5:11。

或优选的，步骤2中所述金属相粉末中，Ni和Cr的质量比为3:1。

或优选的，步骤2中所述金属相粉末中，还包括质量占比≤25%的Mo。

或优选的，步骤2中所述金属陶瓷涂层粉末包括：25%WC、25%Cr₃C₂、45%Ni、5%Cr或25%WC、55%Cr₃C₂、15%Ni、5%Mo或30%WC、55% Cr₃C₂、18%Cr、2%Mo。

或优选的，步骤3中，超音速火焰喷涂工艺参数为：煤油：6.2GPH；氧气：1920SCFH；送粉气体为氮气，送粉率：50g/min；喷涂距离380mm，使用6inch枪管；燃烧室压力不低于103PSI。

本发明具有以下的优点：

（1）涂层成分中去除了Co和Fe,减少了影响涂层耐腐蚀性能的因素；

（2）涂层粉末的陶瓷相成分中，WC和Cr₃C₂的使用和相应的比例调整，可以在硬度、耐腐蚀性、工艺性等方面取得所需要的平衡态；

（3）涂层粉末的金属相成分，不但均具有对陶瓷相成分的良好润湿性，能对涂层起到牢固的粘结作用，而且通过比例和成分的调整，可以根据需要达到成本和性能的平衡，更有利于产业应用；

（4）涂层不采用Co基材料，同时减少成分种类，既降低了成本，又减轻了采购、储存、生产过程中带来的额外负担，减少了影响生产进度和成本的潜在隐患；

（5）对工艺参数的进一步限定，可以保证本发明中的方法处理效果达到最佳。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步说明。

实施例1：

一种矿用液压支架立柱表面处理方法，包括如下步骤：

步骤2：制备金属陶瓷涂层粉末，所述粉末包括陶瓷相粉末和金属相粉末，其中所述陶瓷相粉末包括WC和Cr₃C₂，所述金属相粉末包括Ni和Cr，具体配比为：25%WC、25%Cr₃C₂、45%Ni、5%Cr质量比；

步骤5：对封孔处理后的液压立柱表面进行打磨抛光处理。

其中，实施例中所处理的矿用液压支架立柱材质为27SiMn钢。

步骤1具体实施过程为：（1）通过工业酒精擦拭对工件外表面进行擦洗除油，再用100-200目砂纸进行表面除锈，确保最终工件表面没有油污，没有明显的锈斑。（2）采用46^#白刚玉砂及专用喷砂设备进行喷砂粗化，粗糙度提高处理，喷砂后表面粗糙度不低于Ra5μm；

步骤2中对原材料粉末进行混合、球磨、喷雾造粒、烧结等处理，形成步骤3所用的金属陶瓷涂层粉末。具体混合设备及方法采用现有常用混合设备及方法，不属于本发明设计要点。混合后的粉末中，陶瓷相粉末为50%，金属相粉末为50%。

WC和Cr₃C₂的配比，是在保证涂层硬度、满足涂层工况要求和成本最优化的追求之间取得的平衡。

涂层粉末的金属相成分Ni、Cr，不但均具有对陶瓷相成分WC和Cr₃C₂的良好润湿性，能对涂层起到牢固的粘结作用，而且通过本实施例中比例的调整，可以达到性能和生产控制上的平衡，更有利于产业应用。Cr对于涂层的硬度贡献更大并且更耐腐蚀，但工艺性较差，因此在本实施例中占比较小。目前生产中所使用的Ni粉和Cr粉价格相差不大，均相当于Co粉的1/6~1/5；因此成本上的控制效果显而易见。

步骤3的具体实施过程为：经喷砂处理合格的液压支架立柱通过轨道小车推进喷涂房内，使用Praxair -JP8000型超音速喷涂设备和步骤2中的粉末进行喷涂。工艺参数为：煤油：6.2GPH；氧气：1920SCFH；送粉气体为氮气，送粉率：50g/min；喷涂距离380mm，使用6inch枪管；燃烧室压力保证不低于103PSI。

在超音速火焰喷涂过程中，以其火焰速度高，温度低的特点，特别有利于喷涂金属陶瓷涂层；高的粒子速度使涂层粉末中的成分与待处理件表面钢基体碰撞后，能形成孔隙率小、致密、结合强的涂层，涂层之间呈相互交错堆叠的层状结构；而低的火焰温度可有效抑制或减少硬质相在喷涂过程中的分解，使制备的涂层保持了金属陶瓷原有良好耐磨性的组织结构。

步骤4中所使用的有机树脂为WFT FL-#1532封孔剂。

由于硬度是影响耐磨性最重要的指标，因此我们通常通过对表面硬度测定的方式来初步评价耐磨性。

处理完毕使用硬度计对打磨抛光之后的立柱表面进行硬度测定，硬度达到852HV_0.3，明显高于对比文件中的技术方案的产品。经耐磨性摩擦实验验证，耐磨性是普通电镀层的3-5倍。

实施例2：

一种矿用液压支架立柱表面处理方法，与实施例1的区别在于：

步骤2中所使用的金属陶瓷涂层粉末，材料成份质量百分比是：25%WC、55%Cr₃C₂、15%Ni、5%Mo。

这一配方，不使用Cr，虽然略微降低了耐腐蚀性能和硬度，但工艺性更强，生产中更好控制；同时通过Mo的加入，利用Mo的润滑性能，可以有效减小摩擦，从另一个设计方向提升涂层的耐磨性。

处理完毕使用硬度计对打磨抛光之后的立柱表面进行硬度测定，硬度为1008HV_0.3，经耐磨性摩擦实验验证，耐磨性是普通电镀层的4-6倍。

实施例3：

步骤2中所使用的金属陶瓷涂层粉末，材料成份质量百分比是：30%WC、55% Cr₃C₂、18%Cr、2%Mo。

这一配方中不使用Ni，在生产控制难度加大的同时，也带来了更高的硬度和更强的耐腐蚀性；同时因为Cr与本发明中陶瓷相成分的润湿性更强，使得涂层内各成分结合更紧密，涂层的致密度、牢固度更高。

处理完毕使用硬度计对打磨抛光之后的立柱表面进行硬度测定，硬度为1038HV_0.3；同时因为Mo的润滑作用对耐磨性能的提升，经耐磨性摩擦实验验证，耐磨性是普通电镀层的6-8倍。

上述三种实施例的样品，均经模拟使用环境的腐蚀验证，超过两年仍无明显腐蚀、涂层脱落等现象，证明均可满足客户要求和设计目的。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现，未予以详细说明和局部放大呈现的部分，为现有技术，在此不进行赘述。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种矿用液压支架立柱表面处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤5：对封孔处理后的液压立柱表面进行打磨抛光处理。

2.根据权利要求1所述的表面处理方法，其特征在于，步骤2中所述陶瓷相粉末中，WC和Cr₃C₂质量比为5:11。

3.根据权利要求1所述的表面处理方法，其特征在于，步骤2中所述金属相粉末中，Ni和Cr的质量比为3:1。

4.根据权利要求1所述的表面处理方法，其特征在于，步骤2中所述金属相粉末中，还包括质量占比≤25%的Mo。

5.根据权利要求1所述的表面处理方法，其特征在于，步骤2中所述金属陶瓷涂层粉末包括：25%WC、25%Cr₃C₂、45%Ni、5%Cr或25%WC、55%Cr₃C₂、15%Ni、5%Mo或30%WC、55% Cr₃C₂、18%Cr、2%Mo。

6.根据权利要求1所述的表面处理方法，其特征在于，步骤3中，超音速火焰喷涂工艺参数为：煤油：6.2GPH；氧气：1920SCFH；送粉气体为氮气，送粉率：50g/min；喷涂距离380mm，使用6inch枪管；燃烧室压力不低于103PSI。