一種超聲變幅杆耐高溫腐蝕的保護方法與流程
2023-05-20 12:22:06
本發明屬於金屬材料製備領域，具體是一種使超聲變幅杆能夠耐高溫熔體金屬腐蝕保護方法。
背景技術：
超聲波在高溫熔體中傳播時，可以通過空化效應改善金屬或合金的組織，細化晶粒，提高材料的力學性能，但是超聲變幅杆在高溫熔體中由於熔體的腐蝕，超聲波空化腐蝕，高溫磨損和氧化等共同作用下，經常會出現大小不等的腐蝕孔，隨著腐蝕孔不斷增大和擴張，變幅杆表面會起皮、脫落，導致熔體被汙染，而且變幅杆的振動頻率會發生偏移，發射效率下降，使用壽命將大大縮短；尋求一種有效的超聲變幅杆耐高溫腐蝕的保護方法具有重要意義。根據申請人檢索關鍵詞「超聲變幅杆」發現：目前大部分的專利大都集中於超聲應用領域，如公開號為：CN101748300A的專利，將超聲變幅杆深入高溫熔體進行超聲處理；然而關於解決超聲變幅杆的易被高溫金屬熔體腐蝕的較少，經檢索發現：公開號為CN102935742A的專利，採用等離子噴塗的方法來保護超聲變幅杆；此外，還有文獻將變幅杆常用的不鏽鋼換成熔點更高更耐高溫的材料如鈦合金等，或在變幅杆工具頭外鍍一層耐高溫的陶瓷塗層，或用耐高溫耐腐蝕材料包覆工具頭等；以上這些方法都在一定程度上提高了變幅杆的耐腐蝕性能，但在實際應用中仍然存在一些其他的問題，比如材料成本昂貴，加工難度較大，或保護材料易脫落，超聲傳遞效率低等；因此，亟待有合適的方法能夠非常有效的保護變幅杆不被腐蝕。本發明方法不更換變幅杆原有材料，即仍沿用碳鋼材料，這樣製得超聲變幅杆價格較低，不影響生產成本；本方法在鋼鐵表面熱浸鍍鋁後會形成一層較厚的鋁鍍層，該鍍層能有效地防護鋼鐵表面；然後利用微弧氧化技術則可以在鋁合金表面原位生長一層高硬度、高結合強度、低孔隙、具有瓷質感的氧化膜，使材料的耐蝕性和耐磨性等都獲得提高；微弧氧化操作方便，工藝穩定，無汙染。本發明將熱浸鍍鋁和微弧氧化技術結合起來，能夠在不改變超聲變幅杆自身材料前提下，表面生成鐵-鋁合金層，鍍鋁層和氧化膜陶瓷層，能有效的提高變幅杆在高溫熔體中的耐腐蝕性能，而且這三層膜結構較薄，整體厚度為0.3～0.6mm，不會影響變幅杆的傳遞效率和超聲作用。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種超聲變幅杆耐高溫金屬液腐蝕的高效的保護方法，方法是在碳鋼表面經過熱浸鍍鋁處理後再進行微弧氧化，從而實現在鋼製超聲變幅杆表面鍍覆一層陶瓷層，得到能在高溫下耐熔體腐蝕的超聲變幅杆，該製備方法工藝連續性好，效率高，無汙染，而且通過該法得到的氧化膜陶瓷具有高結合強度，低孔隙等性質，其耐蝕性和耐磨性能都較好。本發明的具體發明內容是：（1）將超聲變幅杆工具頭按照常規工藝打磨、鹼洗脫脂、水洗、酸洗除鏽、水洗和助鍍處理後烘乾。（2）將處理後的超聲變幅杆工具頭浸漬於700-800℃的熔融鋁液中，鋁液中矽的含量為3%-10%，熱浸鍍5-10min後提出空冷，此時在鋼件表面將覆蓋鋁鐵合金層。（3）將鋼件放入裝有鹼性電解液的微弧氧化工作槽中。（4）採用微弧氧化處理方法對鋼件進行處理，在鋼件表面原位生成一層均勻的陶瓷氧化膜。（5）取出微弧氧化處理後的鋼件，用自來水衝洗，然後自然乾燥，得到耐高溫熔體腐蝕的超聲變幅杆。所述步驟（3）中的鹼性電解液含有10-40g/L的碳酸鈉、8-40g/L的矽酸鈉、2-40g/L的鋁酸鈉、10-40g/L的磷酸鈉和0.5-10g/L的硼酸鈉。所述步驟（4）中的微弧氧化處理的參數為，平均電流密度為3-15A/dm2,工作電壓為100-400V，微弧氧化時間為10-100min；本發明在預處理後的耐熱鋼變幅杆表面先後進行熱浸鍍鋁和微弧氧化，使得耐熱鋼表面形成了三層膜結構，整體厚度為0.3-0.6mm，每層厚度為0.1-0.2mm；其中鐵鋁合金層結構緊密，鍍鋁層厚度均勻、成分乾淨，氧化膜陶瓷層是在微弧作用下由非晶態氧化膜靜態轉變形成的含納米晶粒層，且各層中的過渡區能夠起到較好的聯接作用，各層連接牢固，不會輕易脫落；在這三層膜結構作用下，耐熱鋼超聲變幅杆在高溫金屬熔體中的耐腐蝕性能得到了較大的提高，可延長超聲變幅杆使用壽命10-15倍。具體實施方式以下結合實施例對本發明做進一步的闡述。實施例1以1Cr17碳鋼為本體材料超聲變幅杆，採用本發明保護方法具體操作過程如下：（1）將鋁塊在700℃下熔解成鋁液，其中含矽量為10%；鹼性電解液含有10g/L的碳酸鈉、8g/L的矽酸鈉、2g/L的鋁酸鈉、10g/L的磷酸鈉和0.5g/L的硼酸鈉；（2）將超聲變幅杆打磨後再經過鹼洗脫脂、水洗、酸洗除鏽、再水洗和水溶液助鍍劑處理後烘乾；（3）將處理後的超聲變幅杆浸漬於已準備的熔融鋁液中，7min後提出空冷，此時在鋼件表面將覆蓋鋁層；（4）將表面覆蓋鋁層的超聲變幅杆放入裝有鹼性電解液的微弧氧化工作槽中，對其進行微弧氧化處理。微弧氧化處理時平均電流密度為15A/dm2，工作電壓為250V，微弧氧化時間為30min；（5）微弧氧化處理結束後，用自來水衝洗，然後自然乾燥，得到保護處理後的耐高溫熔體腐蝕的超聲變幅杆。實施例2：以30號碳鋼為本體材料超聲變幅杆，採用本發明保護方法具體操作過程如下：（1）將鋁塊在750℃下熔解成鋁液，其中含矽量為6%；鹼性電解液含有40g/L的碳酸鈉、40g/L的矽酸鈉、40g/L的鋁酸鈉、40g/L的磷酸鈉和10g/L的硼酸鈉；（2）將超聲變幅杆打磨後再經過鹼洗脫脂、水洗、酸洗除鏽、再水洗和水溶液助鍍劑處理後烘乾；（3）將處理後的超聲變幅杆浸漬於已準備的熔融鋁液中，10min後提出空冷，此時在鋼件表面將覆蓋鋁層；（4）將表面覆蓋鋁層的超聲變幅杆放入裝有鹼性電解液的微弧氧化工作槽中，對其進行微弧氧化處理；微弧氧化處理時平均電流密度為10A/dm2，工作電壓為100V，微弧氧化時間為50min；（5）微弧氧化處理結束後，用自來水衝洗，然後自然乾燥，得到保護處理後的耐高溫熔體腐蝕的超聲變幅杆。實施例3：以45號碳鋼為本體材料超聲變幅杆，採用本發明保護方法具體操作過程如下：（1）將鋁塊在800℃下熔解成鋁液，其中含矽量為10%；鹼性電解液含有20g/L 的碳酸鈉、20g/L的矽酸鈉、25g/L的鋁酸鈉、10g/L的磷酸鈉和15g/L的硼酸鈉；（2）將超聲變幅杆打磨後再經過鹼洗脫脂、水洗、酸洗除鏽、再水洗和水溶液助鍍劑處理後烘乾；（3）將處理後的超聲變幅杆浸漬於已準備的熔融鋁液中，10min後提出空冷，此時在鋼件表面將覆蓋鋁層；（4）將表面覆蓋鋁層的超聲變幅杆放入裝有鹼性電解液的微弧氧化工作槽中，對其進行微弧氧化處理；微弧氧化處理時平均電流密度為3A/dm2，工作電壓為200V，微弧氧化時間為80min；（5）微弧氧化處理結束後，用自來水衝洗，然後自然乾燥，得到保護處理後的耐高溫熔體腐蝕的超聲變幅杆。