製造加工裝置的方法和加工裝置與流程
2023-06-01 19:14:16
本發明涉及一種用於製造加工裝置的方法和加工裝置。
背景技術：
：在加工裝置例如葉輪中，橡膠襯裡通常用於腐蝕和磨損防護。用於侵蝕性環境的一種可能的解決方案是超級雙相不鏽鋼和溴丁基橡膠的組合，其中所述橡膠材料提供用於磨損的防護。在惡劣的條件如高溫浸漬下，橡膠襯裡因不鏽鋼和橡膠襯裡之間的粘附性損失而容易失效。這種類型的失效往往是突然的，且可能因產率損失而導致顯著的經濟損失。如果加工條件變得越來越具有侵蝕性，保持粘附性傾向於變得越來越重要，因為粘附性的損失可以立即由腐蝕而引起下方的加工裝置的損失。不鏽鋼和橡膠襯裡之間的粘附性部分地受到不鏽鋼的表面粗糙度的機械輔助，以及部分地化學產生，通常藉助於所謂的底塗劑(primer)。施加橡膠襯裡的通常過程是通過噴丸硬化使不鏽鋼的表面粗糙化，並立即或最遲在幾個小時內施加第一層底塗劑。其目的是產生用於底塗劑的清潔的、無氧化物的表面，因為據信這種表面提供了最佳的粘附性。不幸的是，已經發現，根據這樣工序加襯的加工裝置在長時間暴露於苛刻條件期間經常遭受粘附性損失。因此仍然需要允許製造在惡劣加工條件下具有改良的粘附性和更長壽命的加工裝置的改良方法。技術實現要素：本發明的目的是提供一種製造加工裝置的新方法，該加工裝置用於在侵蝕性化學環境和動態應力下在高溫液體浸漬中移動液體，其中實現了加工裝置的不鏽鋼和橡膠襯裡之間的高度改良粘附性。本發明公開了一種製造加工裝置的新方法，該加工裝置用於在侵蝕性化學環境和動態應力下在高溫液體浸漬中移動液體，其中該方法包括用橡膠加襯由不鏽鋼形成的加工裝置；其中該方法還包括在用橡膠加襯包含鈍化層的加工裝置之前，在酸浴中在加工裝置的表面上形成鈍化層的步驟。該加工裝置可以適用於在高溫液體浸漬，例如在酸性溶液如硫酸溶液中浸漬。例如可以通過旋轉施加動態應力。該加工裝置可以適用於在至少70℃，或至少80℃，或至少90℃，或至少95℃的溫度下的液體浸漬中。該加工裝置可以適用於移動或強推(force)液體。它也可以適用於在這樣的環境中：在加工裝置上施加有高度動態或拉力如流體，剪切，彎曲或壓力或刮劃，滑動或洗滌，或者這樣的環境中：在液體中移動或轉動該加工裝置。這樣的加工裝置的壽命優選是至少一年，或至少兩年。可以在一個或多個任選的步驟和用橡膠加襯該加工裝置的步驟之前在加工裝置的一個或多個表面上形成鈍化層。此外，也可以在一個或多個任選的步驟和用橡膠加襯該加工裝置之前在加工裝置的一個或多個表面的一部分上形成鈍化層。因此，鈍化層或至少一部分鈍化層襯有橡膠。例如，可以通過在加工裝置上施加橡膠層或片，如12-20毫米厚的層或片，且通過硫化或固化進行橡膠加襯。例如可以根據所用的橡膠和/或底塗劑選擇硫化過程的條件。例如，在適當的壓力下可使用120℃-180℃的溫度下的常規實踐的硫化條件。例如，適當的壓力可以是1-20巴的範圍內，或3-6巴的範圍內，例如5巴。硫化可以在高壓釜中進行。在一個實施方案中，通過硫化或固化將橡膠結合到不鏽鋼。在一個實施方案中，在加工裝置的粗糙化表面上形成鈍化層之前，將加工裝置的表面粗糙化。例如可以使用合適的噴丸硬化方法進行粗糙化。粗糙化可改善橡膠襯裡對不鏽鋼的粘附性。可以將該加工裝置的一個或多個表面或者該加工裝置的一個或多個表面的至少一部分進行粗糙化。在一個實施方案中，在加工裝置的粗糙化表面上形成鈍化層之前，通過噴丸硬化將加工裝置的表面進行粗糙化。在一個實施方案中，在加工裝置的粗糙化表面上形成鈍化層之前，將加工裝置的表面粗糙化到至少10μmRz或至少15μmRz的粗糙度。Rz應理解為是指最高的峰和谷之間的平均距離。在一個實施方案中，在加工裝置的粗糙化表面上形成鈍化層之前，將加工裝置的表面粗糙化到至少20μmRz的粗糙度。20μmRz代表粗糙度的一般水平。為了改善橡膠到不鏽鋼的結合，可以在加襯該加工裝置之前將底塗劑、粘結劑或兩者施加到鈍化層上。例如，可以選擇合適的底塗劑或粘結劑，使其適用於所用的橡膠和固化或硫化方法。通常，使用至少一種底塗劑。在此背景下，術語「底塗劑」應理解為是指適合於將橡膠結合到不鏽鋼的任何底塗劑或結合劑。在此背景下，術語「粘結劑」應理解為是指適合於促進橡膠到不鏽鋼的粘附性的任何粘附促進劑。在一個實施方案中，在用橡膠加襯包含鈍化層的加工裝置之前在鈍化層上施加底塗劑和/或粘結劑。在一個實施方案中，在加工裝置的表面上形成儘可能完美的鈍化層。在一個實施方案中，酸浴包括氧化性酸。合適的氧化性酸例如是硝酸和檸檬酸。在一個實施方案中，所述酸浴是硝酸浴。可以在例如至少15％v/v，或至少20％v/v，或至多50％v/v的硝酸的浴中形成鈍化層。硝酸浴也可包含重鉻酸鈉作為添加劑以促進氧化。可以通過在硝酸浴中浸漬例如至少20分鐘，或20-30分鐘，或至多2小時來形成鈍化層。硝酸浴的溫度可以是例如在20℃至70℃的範圍內。硝酸浴對於形成鈍化層非常有效。在一個實施方案中，所述酸浴是檸檬酸浴。可以在例如4-10％v/v檸檬酸的浴中形成鈍化層。可以通過在檸檬酸浴中浸漬例如至少20分鐘或至少30分鐘來形成鈍化層。檸檬酸通常是溫和的酸浴並可能更環保。在酸浴中形成鈍化層後，可以將該加工裝置進行衝洗和乾燥。可以例如通過用壓縮空氣吹加工裝置或在真空室中或兩者進行乾燥。原則上，可能用於橡膠襯裡的橡膠可以是可結合於金屬的任何橡膠，如硬橡膠，丁基橡膠或合成橡膠。耐化學性和耐磨性的要求支配著橡膠類型的選擇。在一個實施方案中，該橡膠是適用於通過硫化或固化結合到不鏽鋼的橡膠。在一個實施方案中，該橡膠是滷化丁基橡膠，例如氯丁基或溴丁基橡膠。在一個實施方案中，該橡膠是溴丁基橡膠。溴丁基橡膠良好適用於酸性條件和高溫中。原則上，任何不鏽鋼適合作為加工裝置的材料。通常，不鏽鋼含有至少10.5％的鉻。在一個實施方案中，不鏽鋼是雙相不鏽鋼。雙相不鏽鋼通常具有奧氏體和鐵素體的混合組織。雙相鋼種包括例如節約型(lean)雙相，標準雙相，超級(super)雙相和特級(hyper)雙相不鏽鋼。在一個實施方案中，不鏽鋼是超級雙相不鏽鋼。超級雙相不鏽鋼是具有點蝕耐受性當量數值(PREN)>40的雙相不鏽鋼，其中PREN＝％Cr+3.3×(％Mo+0.5x％W)+16x％N。通常，超級雙相鋼種例如2507含有至少25％的鉻。在一個實施方案中，該方法包括以下步驟：將由不鏽鋼形成的加工裝置的表面進行粗糙化；在酸浴中在加工裝置的粗糙化的表面上形成鈍化層；任選將一種或多個底塗劑層、一個或多個粘結劑層或兩者施加在鈍化層上；用橡膠加襯包含鈍化層的加工裝置；和通過硫化或固化結合該橡膠。在一個實施方案中，加工裝置是葉輪、攪拌器或混合器。本發明還涉及一種用於在侵蝕性化學環境和動態應力下在高溫液體浸漬中移動液體的加工裝置，其中該加工裝置由不鏽鋼形成，並且在不鏽鋼的表面上包含鈍化層和在鈍化層上包含橡膠襯裡。該加工裝置可以適用於高溫液體浸漬中，例如在酸性溶液如硫酸溶液中的浸漬。例如可以通過旋轉施加動態應力。該加工裝置可以適用於在至少70℃，或至少80℃，或至少90℃，或至少95℃的溫度下的液體浸漬中。該加工裝置可以適用於移動或強推液體。它也可以適用於在這樣的環境中：在加工裝置上施加有高度動態或拉力如流體，剪切，彎曲或壓力或刮劃，滑動或洗滌，或者這樣的環境中：在液體中移動或轉動該加工裝置。可以將鈍化層布置在不鏽鋼的一個或多個表面上。此外，可以用橡膠加襯至少一部分鈍化層。在一個實施方案中，將加工裝置的表面進行粗糙化。在此背景下，加工裝置的表面應理解為是指不鏽鋼的表面。將鈍化層布置在不鏽鋼的粗糙化的表面上。可以將該加工裝置的一個或多個表面，或者該加工裝置的一個或多個表面的至少一部分進行粗糙化。在一個實施方案中，將加工裝置的表面粗糙化到即具有至少10μmRz，或至少15μmRz，或至少20μmRz的粗糙度。橡膠襯裡可以直接在鈍化層上，或者可以將一個或多個層布置在鈍化層和橡膠襯裡之間。例如，在一個實施方案中，加工裝置包含在鈍化層和橡膠襯裡之間的底塗劑層和/或粘結劑層。該加工裝置可包含一個或多個底塗劑層、一個或多個粘接劑層或兩者。通常，橡膠襯裡結合於鋼。加入底塗劑和粘結劑以協助將橡膠襯裡結合於鋼。原則上，可能的橡膠是可以結合於金屬的任何橡膠，例如硬橡膠、丁基橡膠或合成橡膠。在一個實施方案中，橡膠適用於通過硫化或固化結合於不鏽鋼。在一個實施方案中，該橡膠是滷化丁基橡膠，例如氯丁基或溴丁基橡膠。在一個實施方案中，該橡膠是溴丁基橡膠。原則上，任何不鏽鋼適合作為由其形成加工裝置的材料。在一個實施方案中，不鏽鋼是雙相不鏽鋼。在一個實施方案中，不鏽鋼是超級雙相不鏽鋼。在一個實施方案中，加工裝置是葉輪、攪拌器或混合器。本發明還涉及可通過根據本發明的一個或多個實施方案的方法獲得的加工裝置。本發明提供了很多好處。出人意料的是，通過鈍化層的形成，不鏽鋼和橡膠襯裡之間的粘附性得到了顯著改善。因而，加工裝置的壽命可以顯著延長，並且可避免由例如加工裝置的突發失效導致的產率損失或更換失效的加工裝置所需的時間。製造工藝簡單，適用於各種尺寸和形狀的加工裝置，而且所涉及費用低。附圖的簡要說明被包括以提供本發明的進一步理解和構成本說明書的一部分的附圖說明了本發明的實施方案，且結合說明書有助於解釋本發明的原理。在附圖中：圖1示出了加工裝置的實施方案；和圖2示出了圖1中所示的加工裝置的橫截面。具體實施方式現在將詳細地描述本發明的實施方案，在附圖中示出其實施例。為了簡單起見，在下面的示例性實施方案中，在重複部件的情況下將保持項目號(itemnumber)。圖1示出了加工裝置的一個實施方案。在該實施方案中，由不鏽鋼形成的加工裝置1包括輪轂4，該輪轂4包括開口5，該開口5可連接到軸。該加工裝置可繞軸旋轉，用於移動液體(可以將該裝置浸漬在其中)。該加工裝置包括多個斜葉片(pitchedblade)6，其從輪轂4向外延伸；通常，葉片的數目、斜度和形狀可以變化。圖2是圖1的橫截面II-II。加工裝置1的葉片6包括橡膠襯裡3和置於由不鏽鋼形成的葉片6與橡膠襯裡3之間的鈍化層2。鈍化層2形成在不鏽鋼的表面上。在該示例性實施方案中，橡膠襯裡3覆蓋鈍化層2的整個表面。實施例對比例從2507超級雙相不鏽鋼(60x24.5毫米)切割鋼板坯。將板坯的表面進行粗糙化，並立即在粗糙化的表面上施加底塗劑襯裡。用三種不同的底塗劑組合和兩個CEMENTTC5000粘結劑層加襯該鋼板坯。用個底塗劑組合加襯兩個鋼板坯：樣品1：Chemosil211+Chemosil411(Hen-Kel)樣品2：HG1+HG2樣品3：PR500+S500-2用Chemo-line13溴丁基橡膠(RemaTipTop)橡膠加襯鋼板坯，並在140℃下硫化4小時，其中該鋼板坯加襯有底塗劑組合和粘結劑。在10l的反應器中，將各樣品1-3中的一個鋼板坯浸漬在95℃的硫酸溶液中持續1000小時，其中以豎直方向放置橡膠加襯的鋼板坯。硫酸溶液的組成為如下：未將各樣品1-3中的另外鋼板坯進行浸漬。通過測量從鋼板坯剝離出橡膠襯裡所需的力測試橡膠襯裡的粘附性。結果示於表1中。表1.未浸漬於硫酸溶液中的樣品和浸漬在硫酸溶液中的樣品的抗拉強度測試結果。RH是指以牛頓每毫米(最大力FH除以樣品的寬度)計的粘附強度。如所期望地，未浸漬在硫酸溶液中鋼板坯的橡膠襯裡粘附非常好，且需要至少10N/mm2力以拉開橡膠襯裡。但是，在高溫的硫酸溶液中浸漬1000小時導致粘附性的顯著降低，平均需要約1.6N/mm2的力以拉開橡膠襯裡。在所使用不同的底塗劑之間觀察到小的粘附性力差別。實施例1將超級雙相2507鋼的板坯進行粗糙化，並通過在25℃下在含有20％(v/v)HNO3的硝酸浴中浸漬30分鐘進行鈍化，然後衝洗並用壓縮空氣吹和在真空室中乾燥。以與對比例類似的方式將橡膠襯裡施加在鋼板坯的鈍化表面上。在室溫下(樣品1-2)或在95℃下(樣品3-6)將橡膠加襯的樣品浸漬在硫酸溶液持續1000小時。抗拉強度的測定結果示於表2中。表2.浸漬在室溫下的硫酸溶液(樣品1和2)中的鈍化樣品和分別浸漬在95℃下的硫酸溶液(樣品3-6)的樣品的拉伸強度試驗結果。FH是指引起橡膠襯裡的分離所需的最大的力。樣品FH(N)RH(N/mm2)1211.538.462223.158.933217.408.704216.688.675231.659.276196.327.85拉伸強度試驗表明，在這樣的樣品中粘附性保持得顯著好於對比例的樣品：其中在橡膠加襯之前用硝酸鈍化所述粗糙化鋼板坯的表面。此外，粘附性只比在沒有浸漬在硫酸溶液中的對比試驗的樣品略低。浸漬期間的溫度似乎並未對粘附性具有顯著效果。對於本領域技術人員顯而易見的是，隨著技術的進步，可以以各種方式來實現本發明的基本理念。本發明及其實施方案不限於上述的例子，而是可以在權利要求的範圍內變化。當前第1頁1 2 3