专利名称：一种耐磨混凝土输送缸及其制备工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种混凝土输送缸及其制备工艺，特别是一种耐磨混凝土输送缸，通过微弧氧化工艺在混凝土输送缸缸体的内壁原位生成一层耐磨陶瓷的制备工艺。
背景技术：
混凝土输送机械是现代建筑施工中使用的先进设备，在建筑行业中占有非常重要的地位。混凝土输送缸是混凝土输送设备实现混凝土输送功能的重要部件，因工作时与混凝土砂浆发生强烈摩擦而易磨损，是混凝土输送设备的易损件，直接影响着泵车施工的稳定性和效率。混凝土输送设备使用的输送缸主要有两个作用，一是密封，其与活塞形成密封腔保证混凝土能正常泵送；二是输送混凝土，混凝土均需要通过输送缸进入混凝土输送管道再输送到指定的地点。因此，输送缸要求有非常高的加工精度，较高的机械强度，高的光洁度和极好的耐磨性能。针对混凝土输送缸的特点，目前普遍采用的工艺是钢管调质后精加工，再在输送缸内表面镀铬。这样通过调质保证了输送缸的强度和抗冲击性能，精加工保证了尺寸精度、镀铬既保证了一定的耐磨性能同时也提高了表面光洁度。但是该工艺有以下几点不足一是耐磨性能低，镀铬层的硬度一般为900 HV，与耐磨陶瓷相比其耐磨性能较低，而且由于在输送缸内壁表面镀铬，工艺难度大，经常镀络层与基体结合力差，易产生裂纹和脱离进一步降低了输送缸的使用寿命；二是现有工艺污染大，镀铬产生的污染严重；三是现有钢材输送缸质量重，增加了混凝土输送设备的能耗和负重。轻质耐磨的输送缸结构材料的制备与应用是国家发展高端装备行业和节能环保材料的战略需求，铝合金的优点在于原材料丰富、密度小、比强度高且加工性能好，其缺点在于强度及硬度比钢低和较大的摩擦系数。微弧氧化技术处理工艺简单，对环境无污染，处理工件能力强，可大幅度提高了铝及其合金材料的性能，达到了第二代工程材料(金属)和第三代工程材料(陶瓷)的完美结合。铝合金微弧氧化处理的技术主要集中在装置设计、电源模式、电解液选择和配比及微弧氧化前后处理等几个方面。目前，国内外研究微弧氧化处理技术的很多，所采用的电源模式、电解液配比也多种多样，但真正应用于工程实际时，尤其是铝合金输送缸的处理时还很不理想，产品的结合力、硬度、耐磨寿命等综合性能还存在着很多缺陷。
发明内容
本发明就是针对现有混凝土输送缸的不足提出一种新型耐磨混凝土输送缸及其制备工艺，具有缸体重量轻、内壁耐磨层与缸体结合牢靠且硬度高、工艺简单的优点。为实现以上目的，本发明采用如下技术方案
一种耐磨混凝土输送缸，包括两端法兰和缸体，其特征在于所述输送缸为双层结构，包括缸体外层和内层。进一步的，所述缸体外层为铝合金层，所述内层为氧化铝陶瓷层。
一种耐磨混凝土输送缸的制备工艺，其特征在于包括如下步骤
步骤(I)缸体毛坯成型采用毛坯管材初加工制成缸体毛坯，并按照混凝土输送缸的工艺尺寸对缸体毛坯进行余料切割和精加工成输送缸基体；
步骤(2)缸体表面处理将所述的输送缸基体放入超声波清洗机对所述输送缸基体工件表面进行清洗；
步骤(3 )微弧氧化处理将输送缸基体放入温度在25 45 V的电解液中进行微弧氧化10 60 min，微弧氧化电压控制在300 400 V，电流密度控制在2 6 A/dm2,阴极材料采用不锈钢板。进一步的，所述步骤(I)缸体毛坯成型采用毛坯管材通过挤压成型并在两端焊接法兰制成缸体毛坯。进一步的，所述步骤(I)缸体毛坯成型采用锻铝管材将两端法兰和缸体毛坯一 体锻造制成缸体毛坯。进一步的，所述步骤(3)中的电解液包括浓度为3 8 g/L的Na2SiO3、浓度为I 4 g/L 的 H3BO3、浓度为 O. 2 2 g/L 的 KOH0进一步的，所述步骤(3)中的电解液还包括浓度为O.1 I g/L的NaH2PO4、浓度为O. 5 3 g/L 的 K2MnO4。作为优选，所述步骤(3)中的电解液包括浓度为3 g/L的Na2SiO3、浓度为I g/L的 H3BO3、浓度为 O. 2 g/L 的 Κ0Η、浓度为 O. 3 g/L 的 NaH2PO4、浓度为 O. 5 g/L 的 K2MnO40作为优选，所述步骤(3)中的电解液的PH值在8 12之间。本发明的混凝土输送缸为双层结构，内层为高硬度的陶瓷内衬，外层为轻质有色金属，优选高强铝合金。通过在高强铝合金表面采用微弧氧化工艺产生一层高硬度和结合强度高的陶瓷层，实现输送缸缸体内表面内衬陶瓷的双层输送缸结构。内衬陶瓷层和缸体外层基体之间通过微弧氧化制备工艺结合，这样高密度的内衬陶瓷层具有良好结合力和耐磨性能，且具有低的表面粗糙度，高的表面光洁度，可以保证输送缸具有足够的耐磨性能和良好的密封性能。而高强铝合金基体重量轻，并且能保证输送缸具有高强度和抗冲击能力，防止输送缸在使用过程中发生爆裂。与现有技术相比，本技术具有以下有益效果。(I)耐磨性能高，氧化铝的陶瓷层硬度可以达到2000 HV以上，其耐磨性能是镀铬层的数倍，远远高于镀铬层。(2)采用微弧氧化工艺制备的陶瓷层，致密度高，与缸体的结合强度高，避免了镀铬层易脱落和开裂问题，极大的提高了输送缸的使用寿命。(3)质量轻，输送缸缸体采用铝合金等轻质有色金属合金，与现有输送缸相比较可减重50%，降低了设备能耗。(4)微弧氧化采用弱碱性溶液，对周围环境不造成污染，属于清洁加工工艺和环保型表面处理技术，微弧氧化过程中只放出氢气、氧气，对人体和环境无害。
图1为混凝土输送缸结构示意图。图2为混凝土输送缸截面结构示意图。
附图中1一法兰，2—缸体，3—外层，4一内层。
具体实施方案以下结合具体实施例对本发明做进一步说明，并不作为对本发明的权利要求的进一步限制。实施例1
选用7系列的高强铝合金管材为原材料，进行如下工序
1)采用毛坯管材通过挤压成缸体2，并在两端焊接法兰I，制成缸体毛坯；
2)对缸体毛坯进行余料切割和精加工制成达到工艺尺寸要求的输送缸基体；
3)将所述的输送缸基体放入超声波清洗机对输送缸基体工件表面进行超声波清洗；
4)将清洗后的输送缸基体放入微弧氧化槽内的电解液中进行微弧氧化，微弧氧化电压为300 V，电流密度控制在2 A/dm2，氧化时间为10 min，阴极采用材料为不锈钢板，微弧氧化过程中电解液的温度保持在25°C。微弧氧化溶液配制如下=Na2SiO3浓度为3 g/L、H3BO3浓度为I g/L、KOH浓度为O. 2 g/L。如图2所示，采用上述制备工艺，混凝土输送缸形成具有良好综合性能的双层结构，内层4为高硬度的内衬耐磨陶瓷层，外层3为高强铝合金基体。本工艺中输送缸缸体内壁的耐磨陶瓷层厚度可达150 μ m，经检测其硬度大于2000 HV。实施例2
选用锻铝管材为原材料，进行如下工序
1)对管材进行锻造，将缸体2和两端连接法兰I一体锻出，制成缸体毛坯；
2)对缸体毛坯进行余料切割和精加工制成达到工艺尺寸要求的输送缸基体；
3)将所述的输送缸基体放入超声波清洗仪对输送缸基体工件表面进行清洗；
4)将清洗后的输送缸基体放入微弧氧化槽内的电解液中进行微弧氧化，微弧氧化电压为350 V，电流密度控制在4 A/dm2，氧化时间为30 min，阴极采用材料为不锈钢板，微弧氧化过程中电解液的温度保持在30°C。微弧氧化溶液配制如下=Na2SiO3浓度8 g/L、H3B03浓度 4 g/L、KOH 浓度 2 g/L、NaH2PO4 浓度为 O. 5 g/L、K2MnO4 浓度为1. 5 g/L。混凝土输送缸内表面在微弧氧化后形成总厚度约250 μ m陶瓷膜致密层，经检测，其硬度达到2500 HV。适量K2MnO4的加入，可以提高陶瓷膜的自润滑性能，NaH2PO4的添加可以减少陶瓷膜的孔隙率从而提高原位生成陶瓷膜的致密度，显著提升混凝土输送缸的综合性能，使缸体的使用寿命进一步提高1. 5 2倍。实施例3
采用实施例1或实施例2中的原材料和工序，其中在步骤4)中，微弧氧化时氧化电压在400 V，电流密度控制在6 A/dm2，氧化时间为60 min,阴极采用材料为不锈钢板，温度45°C。电解液配方采用下面配方Na2SiO3浓度6 g/L、H3BO3浓度1.6 8/1、1(0!1浓度0.6 g/L。输送缸内表面在微弧氧化后形成总厚度约150 μ m陶瓷膜致密层，经检测，其硬度达到1500HV。本发明主要集中在电解液的选择和配比以及电压和电流密度参数的选择。KOH作为导电液，由于Si032_离子对Al的吸附能力最强，从而可以最快到达铝合金表面形成放电中心，促进微弧氧化进行过程，增强基体材料和原位生成陶瓷层的结合力，所以选用Na2SiO3作为钝化剂与KOH配合形成基础电解液，其也有利于a -Al2O3陶瓷相的形成，提高陶瓷层的硬度、耐磨性和稳定性。BO32 _离子可以调节陶瓷膜的生长速率和生长形貌，硼酸(H3BO3)可以同时发挥添加剂，钝化剂、稳定剂和改良剂的作用，在Na2SiO3溶液中加入H3BO3可以进一步增强陶瓷层硬度，同时增加陶瓷层的光洁度，减少摩擦系数。适量K2MnO4的加入，可以提高陶瓷膜的自润滑性能，进一步提高其耐磨性AaH2PO4的添加可以减少陶瓷膜的孔隙率从而提高原位生成陶瓷膜的致密度。溶液的PH值在8 12之间，为弱碱性，弱碱性电解液可以使适量金属离子进入陶瓷膜的点阵结构，改变和调整膜层的微观结构而获得优异性能的陶瓷膜。所以本发明选用KOH、Na2SiO3^ H3B03、K2MnO4和NaH2PO4作为电解溶液，进行溶液配方研究，获得最优异的原位生成陶瓷层Al基复合材料，从而用作混凝土输送缸的结构材料。以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用 本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
权利要求
1.一种耐磨混凝土输送缸，包括两端法兰和缸体，其特征在于所述输送缸为双层结构，包括缸体外层和内层。
2.根据权利要求1所述的一种耐磨混凝土输送缸，其特征在于所述缸体外层为铝合金层，所述内层为氧化铝陶瓷层。
3.—种生产权利要求1 2中任一项所述的耐磨混凝土输送缸的制备工艺，其特征在于包括如下步骤步骤(I)缸体毛坯成型采用毛坯管材初加工制成缸体毛坯，并按照混凝土输送缸的工艺尺寸对缸体毛坯进行余料切割和精加工成输送缸基体；步骤(2)缸体表面处理将所述的输送缸基体放入超声波清洗机对所述输送缸基体工件表面进行清洗；步骤(3 )微弧氧化处理将输送缸基体放入温度在25 45 V的电解液中进行微弧氧化10 60 min，微弧氧化电压控制在300 400 V，电流密度控制在2 6 A/dm2,阴极材料采用不锈钢板。
4.根据权利要求3所述的一种耐磨混凝土输送缸的制备工艺，其特征在于所述步骤(I)缸体毛坯成型采用毛坯管材通过挤压成型并在两端焊接法兰制成缸体毛坯。
5.根据权利要求3所述的一种耐磨混凝土输送缸的制备工艺，其特征在于所述步骤(I)缸体毛坯成型采用锻铝管材将两端法兰和缸体毛坯一体锻造制成缸体毛坯。
6.根据权利要求3所述的一种耐磨混凝土输送缸的制备工艺，其特征在于所述步骤(3)中的电解液包括浓度为3 8 g/L的Na2SiO3、浓度为I 4 g/L的H3BO3、浓度为O. 2 2 g/L 的 KOH。
7.根据权利要求3所述的一种耐磨混凝土输送缸的制备工艺，其特征在于所述步骤(3)中的电解液还包括浓度为O.1 I g/L的NaH2PO4、浓度为O. 5 3 g/L的K2MnO4。
8.根据权利要求3所述的一种耐磨混凝土输送缸的制备工艺，其特征在于所述步骤(3)中的电解液包括浓度为3 g/L的Na2SiO3、浓度为I g/L的H3BO3、浓度为O. 2 g/L的Κ0Η、浓度为 O. 3 g/L 的 NaH2PO4、浓度为 O. 5 g/L 的 K2MnO40
9.根据权利要求3所述的一种耐磨混凝土输送缸的制备工艺，其特征在于所述步骤(3)中的电解液的PH值在8 12之间。
全文摘要
本发明涉及一种耐磨混凝土输送缸及其制备工艺，包括两端法兰和缸体，其特征在于所述输送缸为双层结构，包括缸体外层和内层，所述缸体外层为铝合金层，所述内层为氧化铝陶瓷层。本发明采用微弧氧化制备工艺，通过在高强铝合金表面采用微弧氧化原位生成一层高硬度和结合力好的陶瓷层，从而制备出轻质耐磨的混凝土输送缸。本发明混凝土输送缸具有重量轻、强度高、耐磨性好、使用寿命长等优点，本发明采用的微弧氧化制备工艺环境友好、效率高、成本低、硬度高、耐磨和耐蚀性好、均匀且表面光洁度好。
文档编号B23P15/00GK103016334SQ20121055440
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月19日 优先权日2012年12月19日
发明者吴宏, 刘锋 申请人:长沙沃瑞新材料科技有限公司