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

發明內容
本發明的目的在于提供一種管狀工件內壁滲透化學鍍強化的方法，采用該方法可以高效地在管狀工件的內壁制備強化相顆粒在鍍層內均勻分布，含量可控、可調且最高可達90vol. %的復合鍍層，其表面硬度達60 - 80HRC，且具有優異的耐磨、耐蝕與抗高溫氧化性能。因此，該方法克服了傳統電鍍、化學鍍層內強化相顆粒含量低、分布不均勻以及與基體結合力低的缺點，具有操作方便、加工效率高、成本低廉等優點。本發明是這樣來實現的，方法步驟為
(1)對管狀工件內外表面進行前處理，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膠；
(3)采用噴涂或滾涂的方法使強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表面；
(4)在配制好鍍液的鍍槽中進行滲透化學鍍；
(5)滲透化學鍍完之后去除管狀工件外表面的保護膠。強化相顆粒均勻分布于化學鍍層內，含量最高可達90 vol. %且可調、可控。在進行所述的步驟(2)時，采用的高壓無空氣噴涂的方法附帶有加熱功能，可以將保護膠加熱到7(T90°C，便于保護膠的干燥，其中，涂覆的保護膠可以為氯丁膠、丁苯膠與丁基膠，涂覆的厚度為0. 2^0. 4mm。
在進行所述的步驟(3)時，強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。進行所述的步驟(3)時，滲透膜材質可采用有機膜如纖維素與聚酰胺，也可采用無機膜如&02、Al2O3與TW2陶瓷膜；滲透膜孔徑為3nnT50Mffl ；滲透膜的厚度為0. lMflT2mm。在進行所述的步驟(3)時，強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。在進行所述的步驟(4)時，配制好的鍍液為化學鍍鎳液，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。在進行所述的步驟(5)時，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膠。本發明的優點(1)采用該方法可以在管狀工件內壁制備強化相顆粒含量高達 90vol. %且分布均勻的復合鍍層，其表面平整、光亮，無需再加工與拋光處理；(2)滲透化學鍍過程中對工件尺寸無限制，安裝與拆卸方便，工件無變形，操作方便，加工效率高；(3)強化相顆粒與基體的結合力高，復合鍍層表面硬度達60 - 80HRC，無氣孔與無裂紋且具有優異的耐磨、耐蝕與抗高溫氧化性能。


圖1為本發明的一種管狀工件內壁滲透化學鍍強化方法的裝置示意圖。圖2為本發明的強化相顆粒均勻分布于滲透膜表面的示意圖。圖3為本發明的強化相顆粒、滲透膜、基材與保護膠的相對位置示意圖。
具體實施例方式實施例1
采用滲透化學鍍在25Cr3Mo3NiNb管狀工件表面制備Ni-SiC復合鍍層，該復合鍍層的厚度為1mm，平均粒徑為20 μ m的強化相SiC顆粒在復合鍍層內的含量為60vol. %。本實施例的實施過程為，如圖1、圖2與圖3所示。(1)管狀工件內外表面的前處理。將25Cr3Mo3NiNb管狀工件5的表面進行噴砂或拋光、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對氯丁膠2進行干燥；
(3)采用噴涂或滾涂的方法使平均粒徑為20μ m的強化相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的內表面，其中滲透膜 9的孔徑為30 μ m,厚度為0. 2Mffl,材質為無機Al2O3陶瓷膜，結構采用卷式；
(4)將粘附有Al2O3陶瓷膜9(其表面分布有強化相SiC顆粒8)的25Cr3Mo3NiNb管狀工件5放置于安裝有恒溫水浴堝3的化學鍍槽6內進行滲透化學鍍。化學鍍鎳液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1測量化學鍍槽6內化學鍍鎳液10的溫度，加熱器4對恒溫水浴堝3內的蒸餾水7進行加熱，并使化學鍍槽6內化學鍍鎳液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。實施例2
采用滲透化學鍍在30CrNi2MoVA管狀工件表面制備Ni-金剛石復合鍍層，該涂層的厚度為0. 5mm，其中平均粒徑為IOnm的強化相金剛石顆粒在復合鍍層內的含量為90vol. %。本實施例的實施過程為，如圖1、圖2與圖3所示。(1)管狀工件內外表面的前處理。將30CrNi2MoVA管狀工件5表面進行噴砂或拋光、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對丁苯膠2進行干燥；
(3)采用噴涂或滾涂的方法使平均粒徑為IOnm的強化相金剛石顆粒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的內表面，其中滲透膜 9的孔徑為18nm，厚度為0. lMm，材質為無機^O2陶瓷膜，結構采用卷式；
(4)將粘附有^O2陶瓷膜9(其表面分布有強化相金剛石顆粒8)的30CrNi2MoVA管狀工件5放置于安裝有恒溫水浴堝3的化學鍍槽6內進行滲透化學鍍。化學鍍鎳液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1測量化學鍍槽6 內化學鍍鎳液10的溫度，加熱器4對恒溫水浴堝3內的蒸餾水7進行加熱，并使化學鍍槽 6內化學鍍鎳液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。
權利要求
1.一種管狀工件內壁滲透化學鍍強化的方法，其特征是方法步驟為(1)對管狀工件內外表面進行前處理，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膠；(3)采用噴涂或滾涂的方法使強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表面；(4)在配制好鍍液的鍍槽中進行滲透化學鍍；(5)滲透化學鍍完之后去除管狀工件外表面的保護膠。
2.根據權利要求1所述的一種管狀工件內壁滲透化學鍍強化的方法，其特征是強化相顆粒均勻分布于化學鍍層內，含量最高可達90 vol. %且可調、可控。
3.3.根據權利要求1所述的一種管狀工件內壁滲透化學鍍強化的方法，其特征是在進行所述的步驟(2)時，采用的高壓無空氣噴涂的方法附帶有加熱功能，可以將保護膠加熱到 7(T90°C，便于保護膠的干燥，其中，涂覆的保護膠可以為氯丁膠、丁苯膠與丁基膠，涂覆的厚度為 0. 2^0. 4mm。
4.根據權利要求1所述的一種管狀工件內壁滲透化學鍍強化的方法，其特征是在進行所述的步驟(3)時，強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.根據權利要求1所述的一種管狀工件內壁滲透化學鍍強化的方法，其特征是在進行所述的步驟(3)時，滲透膜材質可采用有機膜如纖維素與聚酰胺，也可采用無機膜如&02、 Al2O3與TW2陶瓷膜；滲透膜孔徑為3nnT50Mffl ；滲透膜的厚度為0. lMflT2mm。
6.根據權利要求1所述的一種管狀工件內壁滲透化學鍍強化的方法，其特征是在進行所述的步驟(3)時，強化相顆粒可以為氧化物如^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.根據權利要求1所述的一種管狀工件內壁滲透化學鍍強化的方法，其特征是在進行所述的步驟(4)時，配制好的鍍液為化學鍍鎳，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.根據權利要求1所述的一種管狀工件內壁滲透化學鍍強化的方法，其特征是在進行所述的步驟(5)時，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膠。
全文摘要
本發明公開了一種管狀工件內壁滲透化學鍍強化的方法，方法步驟為(1)對管狀工件內外表面進行處理；(2)噴涂一層保護膠；(3)然后將滲透膜放置在管狀工件的內表面；(4)在配制好鍍液的鍍槽中進行滲透化學鍍；(5)滲透化學鍍完之后去除管狀工件外表面的保護膠。本發明的優點是(1)強化相顆粒在鍍層內分布均勻且最高含量可達90vol.%；(2)復合鍍層具有優異的耐磨性能，表面硬度可達65－80HRC，耐鹽霧試驗達30－9000小時，在高溫1000℃時連續工作達3000小時；(3)表面平整、光亮，無需再加工；(4)管狀工件尺寸不受限制，滲透化學鍍的過程中不變形；(5)采用該方法還可以在鍍層內實現納米強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C23C18/04GK102400114SQ20111035226
公開日2012年4月4日 申請日期2011年11月9日 優先權日2011年11月9日
發明者劉德強, 周圣豐, 戴曉琴 申請人:南昌航空大學