專利名稱：一種耐磨混凝土輸送缸及其制備工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種混凝土輸送缸及其制備工藝，特別是一種耐磨混凝土輸送缸，通過微弧氧化工藝在混凝土輸送缸缸體的內壁原位生成一層耐磨陶瓷的制備工藝。
背景技術：
混凝土輸送機械是現代建筑施工中使用的先進設備，在建筑行業中占有非常重要的地位。混凝土輸送缸是混凝土輸送設備實現混凝土輸送功能的重要部件，因工作時與混凝土砂漿發生強烈摩擦而易磨損，是混凝土輸送設備的易損件，直接影響著泵車施工的穩定性和效率。混凝土輸送設備使用的輸送缸主要有兩個作用，一是密封，其與活塞形成密封腔保證混凝土能正常泵送；二是輸送混凝土，混凝土均需要通過輸送缸進入混凝土輸送管道再輸送到指定的地點。因此，輸送缸要求有非常高的加工精度，較高的機械強度，高的光潔度和極好的耐磨性能。針對混凝土輸送缸的特點，目前普遍采用的工藝是鋼管調質后精加工，再在輸送缸內表面鍍鉻。這樣通過調質保證了輸送缸的強度和抗沖擊性能，精加工保證了尺寸精度、鍍鉻既保證了一定的耐磨性能同時也提高了表面光潔度。但是該工藝有以下幾點不足一是耐磨性能低，鍍鉻層的硬度一般為900 HV，與耐磨陶瓷相比其耐磨性能較低，而且由于在輸送缸內壁表面鍍鉻，工藝難度大，經常鍍絡層與基體結合力差，易產生裂紋和脫離進一步降低了輸送缸的使用壽命；二是現有工藝污染大，鍍鉻產生的污染嚴重；三是現有鋼材輸送缸質量重，增加了混凝土輸送設備的能耗和負重。輕質耐磨的輸送缸結構材料的制備與應用是國家發展高端裝備行業和節能環保材料的戰略需求，鋁合金的優點在于原材料豐富、密度小、比強度高且加工性能好，其缺點在于強度及硬度比鋼低和較大的摩擦系數。微弧氧化技術處理工藝簡單，對環境無污染，處理工件能力強，可大幅度提高了鋁及其合金材料的性能，達到了第二代工程材料(金屬)和第三代工程材料(陶瓷)的完美結合。鋁合金微弧氧化處理的技術主要集中在裝置設計、電源模式、電解液選擇和配比及微弧氧化前后處理等幾個方面。目前，國內外研究微弧氧化處理技術的很多，所采用的電源模式、電解液配比也多種多樣，但真正應用于工程實際時，尤其是鋁合金輸送缸的處理時還很不理想，產品的結合力、硬度、耐磨壽命等綜合性能還存在著很多缺陷。

發明內容
本發明就是針對現有混凝土輸送缸的不足提出一種新型耐磨混凝土輸送缸及其制備工藝，具有缸體重量輕、內壁耐磨層與缸體結合牢靠且硬度高、工藝簡單的優點。為實現以上目的，本發明采用如下技術方案
一種耐磨混凝土輸送缸，包括兩端法蘭和缸體，其特征在于所述輸送缸為雙層結構，包括缸體外層和內層。進一步的，所述缸體外層為鋁合金層，所述內層為氧化鋁陶瓷層。
一種耐磨混凝土輸送缸的制備工藝，其特征在于包括如下步驟
步驟(I)缸體毛坯成型采用毛坯管材初加工制成缸體毛坯，并按照混凝土輸送缸的工藝尺寸對缸體毛坯進行余料切割和精加工成輸送缸基體；
步驟(2)缸體表面處理將所述的輸送缸基體放入超聲波清洗機對所述輸送缸基體工件表面進行清洗；
步驟(3 )微弧氧化處理將輸送缸基體放入溫度在25 45 V的電解液中進行微弧氧化10 60 min，微弧氧化電壓控制在300 400 V，電流密度控制在2 6 A/dm2,陰極材料采用不銹鋼板。進一步的，所述步驟(I)缸體毛坯成型采用毛坯管材通過擠壓成型并在兩端焊接法蘭制成缸體毛坯。進一步的，所述步驟(I)缸體毛坯成型采用鍛鋁管材將兩端法蘭和缸體毛坯一 體鍛造制成缸體毛坯。進一步的，所述步驟(3)中的電解液包括濃度為3 8 g/L的Na2SiO3、濃度為I 4 g/L 的 H3BO3、濃度為 O. 2 2 g/L 的 KOH0進一步的，所述步驟(3)中的電解液還包括濃度為O.1 I g/L的NaH2PO4、濃度為O. 5 3 g/L 的 K2MnO4。作為優選，所述步驟(3)中的電解液包括濃度為3 g/L的Na2SiO3、濃度為I g/L的 H3BO3、濃度為 O. 2 g/L 的 Κ0Η、濃度為 O. 3 g/L 的 NaH2PO4、濃度為 O. 5 g/L 的 K2MnO40作為優選，所述步驟(3)中的電解液的PH值在8 12之間。本發明的混凝土輸送缸為雙層結構，內層為高硬度的陶瓷內襯，外層為輕質有色金屬，優選高強鋁合金。通過在高強鋁合金表面采用微弧氧化工藝產生一層高硬度和結合強度高的陶瓷層，實現輸送缸缸體內表面內襯陶瓷的雙層輸送缸結構。內襯陶瓷層和缸體外層基體之間通過微弧氧化制備工藝結合，這樣高密度的內襯陶瓷層具有良好結合力和耐磨性能，且具有低的表面粗糙度，高的表面光潔度，可以保證輸送缸具有足夠的耐磨性能和良好的密封性能。而高強鋁合金基體重量輕，并且能保證輸送缸具有高強度和抗沖擊能力，防止輸送缸在使用過程中發生爆裂。與現有技術相比，本技術具有以下有益效果。(I)耐磨性能高，氧化鋁的陶瓷層硬度可以達到2000 HV以上，其耐磨性能是鍍鉻層的數倍，遠遠高于鍍鉻層。(2)采用微弧氧化工藝制備的陶瓷層，致密度高，與缸體的結合強度高，避免了鍍鉻層易脫落和開裂問題，極大的提高了輸送缸的使用壽命。(3)質量輕，輸送缸缸體采用鋁合金等輕質有色金屬合金，與現有輸送缸相比較可減重50%，降低了設備能耗。(4)微弧氧化采用弱堿性溶液，對周圍環境不造成污染，屬于清潔加工工藝和環保型表面處理技術，微弧氧化過程中只放出氫氣、氧氣，對人體和環境無害。


圖1為混凝土輸送缸結構示意圖。圖2為混凝土輸送缸截面結構示意圖。
附圖中1一法蘭，2—缸體，3—外層，4一內層。
具體實施方案以下結合具體實施例對本發明做進一步說明，并不作為對本發明的權利要求的進一步限制。實施例1
選用7系列的高強鋁合金管材為原材料，進行如下工序
1)采用毛坯管材通過擠壓成缸體2，并在兩端焊接法蘭I，制成缸體毛坯；
2)對缸體毛坯進行余料切割和精加工制成達到工藝尺寸要求的輸送缸基體；
3)將所述的輸送缸基體放入超聲波清洗機對輸送缸基體工件表面進行超聲波清洗；
4)將清洗后的輸送缸基體放入微弧氧化槽內的電解液中進行微弧氧化，微弧氧化電壓為300 V，電流密度控制在2 A/dm2，氧化時間為10 min，陰極采用材料為不銹鋼板，微弧氧化過程中電解液的溫度保持在25°C。微弧氧化溶液配制如下=Na2SiO3濃度為3 g/L、H3BO3濃度為I g/L、KOH濃度為O. 2 g/L。如圖2所示，采用上述制備工藝，混凝土輸送缸形成具有良好綜合性能的雙層結構，內層4為高硬度的內襯耐磨陶瓷層，外層3為高強鋁合金基體。本工藝中輸送缸缸體內壁的耐磨陶瓷層厚度可達150 μ m，經檢測其硬度大于2000 HV。實施例2
選用鍛鋁管材為原材料，進行如下工序
1)對管材進行鍛造，將缸體2和兩端連接法蘭I一體鍛出，制成缸體毛坯；
2)對缸體毛坯進行余料切割和精加工制成達到工藝尺寸要求的輸送缸基體；
3)將所述的輸送缸基體放入超聲波清洗儀對輸送缸基體工件表面進行清洗；
4)將清洗后的輸送缸基體放入微弧氧化槽內的電解液中進行微弧氧化，微弧氧化電壓為350 V，電流密度控制在4 A/dm2，氧化時間為30 min，陰極采用材料為不銹鋼板，微弧氧化過程中電解液的溫度保持在30°C。微弧氧化溶液配制如下=Na2SiO3濃度8 g/L、H3B03濃度 4 g/L、KOH 濃度 2 g/L、NaH2PO4 濃度為 O. 5 g/L、K2MnO4 濃度為1. 5 g/L。混凝土輸送缸內表面在微弧氧化后形成總厚度約250 μ m陶瓷膜致密層，經檢測，其硬度達到2500 HV。適量K2MnO4的加入，可以提高陶瓷膜的自潤滑性能，NaH2PO4的添加可以減少陶瓷膜的孔隙率從而提高原位生成陶瓷膜的致密度，顯著提升混凝土輸送缸的綜合性能，使缸體的使用壽命進一步提高1. 5 2倍。實施例3
采用實施例1或實施例2中的原材料和工序，其中在步驟4)中，微弧氧化時氧化電壓在400 V，電流密度控制在6 A/dm2，氧化時間為60 min,陰極采用材料為不銹鋼板，溫度45°C。電解液配方采用下面配方Na2SiO3濃度6 g/L、H3BO3濃度1.6 8/1、1(0!1濃度0.6 g/L。輸送缸內表面在微弧氧化后形成總厚度約150 μ m陶瓷膜致密層，經檢測，其硬度達到1500HV。本發明主要集中在電解液的選擇和配比以及電壓和電流密度參數的選擇。KOH作為導電液，由于Si032_離子對Al的吸附能力最強，從而可以最快到達鋁合金表面形成放電中心，促進微弧氧化進行過程，增強基體材料和原位生成陶瓷層的結合力，所以選用Na2SiO3作為鈍化劑與KOH配合形成基礎電解液，其也有利于a -Al2O3陶瓷相的形成，提高陶瓷層的硬度、耐磨性和穩定性。BO32 _離子可以調節陶瓷膜的生長速率和生長形貌，硼酸(H3BO3)可以同時發揮添加劑，鈍化劑、穩定劑和改良劑的作用，在Na2SiO3溶液中加入H3BO3可以進一步增強陶瓷層硬度，同時增加陶瓷層的光潔度，減少摩擦系數。適量K2MnO4的加入，可以提高陶瓷膜的自潤滑性能，進一步提高其耐磨性AaH2PO4的添加可以減少陶瓷膜的孔隙率從而提高原位生成陶瓷膜的致密度。溶液的PH值在8 12之間，為弱堿性，弱堿性電解液可以使適量金屬離子進入陶瓷膜的點陣結構，改變和調整膜層的微觀結構而獲得優異性能的陶瓷膜。所以本發明選用KOH、Na2SiO3^ H3B03、K2MnO4和NaH2PO4作為電解溶液，進行溶液配方研究，獲得最優異的原位生成陶瓷層Al基復合材料，從而用作混凝土輸送缸的結構材料。以上所述僅為本發明的優選實施例，并非因此限制本發明的專利范圍，凡是利用 本發明說明書及附圖內容所作的等效結構或等效變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本發明的專利保護范圍內。
權利要求
1.一種耐磨混凝土輸送缸，包括兩端法蘭和缸體，其特征在于所述輸送缸為雙層結構，包括缸體外層和內層。
2.根據權利要求1所述的一種耐磨混凝土輸送缸，其特征在于所述缸體外層為鋁合金層，所述內層為氧化鋁陶瓷層。
3.—種生產權利要求1 2中任一項所述的耐磨混凝土輸送缸的制備工藝，其特征在于包括如下步驟步驟(I)缸體毛坯成型采用毛坯管材初加工制成缸體毛坯，并按照混凝土輸送缸的工藝尺寸對缸體毛坯進行余料切割和精加工成輸送缸基體；步驟(2)缸體表面處理將所述的輸送缸基體放入超聲波清洗機對所述輸送缸基體工件表面進行清洗；步驟(3 )微弧氧化處理將輸送缸基體放入溫度在25 45 V的電解液中進行微弧氧化10 60 min，微弧氧化電壓控制在300 400 V，電流密度控制在2 6 A/dm2,陰極材料采用不銹鋼板。
4.根據權利要求3所述的一種耐磨混凝土輸送缸的制備工藝，其特征在于所述步驟(I)缸體毛坯成型采用毛坯管材通過擠壓成型并在兩端焊接法蘭制成缸體毛坯。
5.根據權利要求3所述的一種耐磨混凝土輸送缸的制備工藝，其特征在于所述步驟(I)缸體毛坯成型采用鍛鋁管材將兩端法蘭和缸體毛坯一體鍛造制成缸體毛坯。
6.根據權利要求3所述的一種耐磨混凝土輸送缸的制備工藝，其特征在于所述步驟(3)中的電解液包括濃度為3 8 g/L的Na2SiO3、濃度為I 4 g/L的H3BO3、濃度為O. 2 2 g/L 的 KOH。
7.根據權利要求3所述的一種耐磨混凝土輸送缸的制備工藝，其特征在于所述步驟(3)中的電解液還包括濃度為O.1 I g/L的NaH2PO4、濃度為O. 5 3 g/L的K2MnO4。
8.根據權利要求3所述的一種耐磨混凝土輸送缸的制備工藝，其特征在于所述步驟(3)中的電解液包括濃度為3 g/L的Na2SiO3、濃度為I g/L的H3BO3、濃度為O. 2 g/L的Κ0Η、濃度為 O. 3 g/L 的 NaH2PO4、濃度為 O. 5 g/L 的 K2MnO40
9.根據權利要求3所述的一種耐磨混凝土輸送缸的制備工藝，其特征在于所述步驟(3)中的電解液的PH值在8 12之間。
全文摘要
本發明涉及一種耐磨混凝土輸送缸及其制備工藝，包括兩端法蘭和缸體，其特征在于所述輸送缸為雙層結構，包括缸體外層和內層，所述缸體外層為鋁合金層，所述內層為氧化鋁陶瓷層。本發明采用微弧氧化制備工藝，通過在高強鋁合金表面采用微弧氧化原位生成一層高硬度和結合力好的陶瓷層，從而制備出輕質耐磨的混凝土輸送缸。本發明混凝土輸送缸具有重量輕、強度高、耐磨性好、使用壽命長等優點，本發明采用的微弧氧化制備工藝環境友好、效率高、成本低、硬度高、耐磨和耐蝕性好、均勻且表面光潔度好。
文檔編號B23P15/00GK103016334SQ20121055440
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月19日 優先權日2012年12月19日
發明者吳宏, 劉鋒 申請人:長沙沃瑞新材料科技有限公司