本申请涉及金属工件领域，更具体地说，它涉及液压和气动缸筒用精密内径不锈钢无缝钢管。
背景技术：
：缸筒是液压缸和气动缸中的重要组成部分，其性能直接影响了液压缸或气动缸的耐用性、密封性和运作的流畅性。缸筒一般通过具有精密内径的不锈钢无缝钢管制成，处于多方面考虑，缸筒所用的无缝不锈钢钢管，对于表面的致密度、表面硬度、耐磨能力和光滑程度均有着较高的要求，因此长需要对缸筒的内表面进行处理。超音速火焰喷涂是一种常用的金属表面处理方法，通过超声波喷镀，可以将耐磨材料涂覆于金属的表面，形成耐磨涂层，同时具有较好的均匀度。但是在超音速火焰喷涂对钢管内表面进行处理的过程中，形成的镀层致密性较差，常常不符合液压和气动缸筒用不锈钢无缝钢管的要求。技术实现要素：为了提高液压和气动缸筒内表面的致密度和光滑程度，本申请提供液压和气动缸筒用精密内径不锈钢无缝钢管本申请中所涉及的液压和气动缸筒用精密内径不锈钢无缝钢管采用如下技术方案：液压和气动缸筒用精密内径不锈钢无缝钢管，钢管内壁经如下步骤进行处理：s1、通过超音速火焰喷涂形成含有碳化铬和碳化钨的第一涂层；s2、在第一涂层上涂覆含有高聚物和纳米氧化铝粉末的浆料，形成第二涂层；s3、对第二涂层进行固化处理，随后打磨抛光至标准内径，从而完成钢管的处理。在上述技术方案中，首先通过超音速火焰喷涂处理，形成含碳化铬和碳化钨的复合涂层，符合镀层的形成过程中，铬和钨会以共晶的形式存在，整体不易出现晶格扭曲，具有降低表面能的效果。一般情况下，由于碳化铬和碳化钨均为硬质粉末，因此其在喷镀过程中容易形成细小的孔隙，随后在本申请中通过高分子乳液和纳米氧化铝粉末进行处理，高分子乳液中的分子链可以深入到第一涂层的空隙中，并提供较好的粘性，而纳米氧化铝粉末则可以对上述空隙进行填充，进而形成表面较为均匀致密的结构，大幅提高了钢管内表面的致密度。同时，孔隙填充完毕后，表面张力降低，进而使表面的光滑程度也有所提高。可选的，在第一涂层中，碳化铬和碳化钨的质量比为(0.02～0.2)∶1。在上述比例范围内，形成的复合涂层具有最小的张力，晶格之间的扭曲都较小，且完整度较高，硬度也较好。具有较强的耐磨性和较好的光滑程度。可选的，在步骤s1中，超音速火焰喷涂选用的碳化铬和碳化钨经筛目大于等于600目的筛分处理。600目以上的颗粒在进行喷涂的过程中，形成的涂层中的缝隙较小，适合陶瓷纳米颗粒填充，整体均匀度也较高，致密度和表面光滑程度均较好。可选的，所述高聚物选用聚四氟乙烯。聚四氟乙烯具有出色的耐腐蚀性能，也具有较好的耐热性，通过聚四氟乙烯进行涂覆，可以提高，同时，纳米氧化铝粉末可以弥补聚四氟乙烯耐磨性不强的劣势。另外，由于聚四氟乙烯表面无活性基团，因此对于光滑程度的影响也较小，形成的钢管内表面具有较低的摩擦系数。可选的，在步骤s2中，浆料具体包括如下质量份的成分：金属硫化物具有较好的耐磨性能和较强的偶联性质，在浆料中添加一定量的金属硫化物，可以进一步提高第二涂层表面的耐磨性，同时也可以降低第二涂层表面的摩擦力。可选的，在钢管的单位表面积上，在步骤s2中所用的纳米氧化铝粉末的质量与步骤s1中所用的碳化铬的质量比为(0.005～0.2)∶1。采用上述比例，纳米氧化铝粉末可以较好地填充于第一涂层中的孔隙中，形成较为光滑的表面，纳米氧化铝粉末的用量过多或过少都会导致表面摩擦系数增大。可选的，所述金属硫化物包括如下质量比为1∶(0.15～0.4)∶(0.03～0.2)的二硫化钼、硫化镍和硫化锰。根据反复实验发现，采用二硫化钼、硫化镍和硫化锰的组合，形成的第二涂层符合体系具有更好的致密度，同时具有更好的硬度和耐磨性。另外，二硫化钼具有较好的表面润滑效果，可以显著提高涂层的表面光滑度，降低摩擦系数。可选的，在步骤s2中，浆料还包括质量份为0.2～0.5份的流平剂和质量份为0.1～0.3份的成膜剂。流平剂和成膜剂在上述成分中可以促进第二涂料的表面形成更加完整而光滑的膜结构，提高第二涂层的完整性，进一步降低摩擦系数。可选的，在步骤s2中，浆料还包括质量份为0.5～1份的聚碳甲基硅烷。聚碳甲基硅烷具有较强的偶联性，对有机相和无机相均具有较强的黏附性能，且经固化处理后形成的涂层具有较强的粘附能力和较高的耐磨性能。可选的，在步骤s3中，固化处理步骤具体如下：将涂覆完第二涂层的钢管放置于真空热烘箱中，在70～80℃下烘干10～15min，随后在160～190℃下彻底烘干。在上述技术方案中，先进行预热烘干，再高温烘干，整体不易开裂的同时，形成的涂层强度更好，不易开裂，完整性更好，且黏附强度更强，具有较好的耐磨性。综上所述，本申请至少包括如下一种有益效果：1.在本申请中，先通过超音速火焰喷涂形成含有碳化铬和碳化钨的第一涂层，再通过含有高聚物和纳米陶瓷的浆料在第一涂层上涂覆，并填充第一涂层表面的孔隙，进而提高不锈钢无缝钢管表面的致密度和光滑程度。2.在本申请进一步设置中，浆料中含有聚四氟乙烯、纳米氧化铝粉末和硫化物，有助于进一步提高表面的光滑程度和耐磨性能。3.在本申请进一步设置中，通过先预热处理，再高温处理的方式进行固化，形成的涂层更加完整均匀，光滑程度和耐磨性能均较好。具体实施方式以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。在以下实施例中，部分原料的来源如表1所示。表1、物料来源型号表成分来源型号/规格聚四氟乙烯乳液杜邦/美国disp33纳米氧化铝粉末上海超威纳米材料α型，比表面积58乳化剂上海麦克林全氟辛酸铵流平剂上海麦克林异佛尔酮成膜剂陶氏/美国纯丙乳液ac-8349碳化铬粉末项田纳米材料cr3c2碳化钨粉末项田纳米材料wc实施例1，液压和气动缸筒用精密内径不锈钢无缝钢管，钢管基材采用45#钢制成，钢管的正火温度为850℃，淬火温度为840℃，回火温度为600℃。其内壁经过喷砂活化后，再进行如下处理。s1、通过超音速火焰喷涂形成含有碳化铬和碳化钨的第一涂层，具体参数表2所示。表2、超音速火焰喷涂参数表在步骤s1中，碳化铬和碳化钨的粉末均经1000目筛筛分处理，碳化铬和碳化钨的质量比为0.1∶1。s2、在第一涂层上涂覆浆料，形成第二涂层。浆料中含有聚四氟乙烯乳液、纳米氧化铝粉末和乳化剂，具体配方如表3所示。在步骤s1中，钢管表面单位面积对应的第一涂层和第二涂层中，碳化铬的用量为12mg/cm2，纳米氧化铝粉末的用量为1.2mg/cm2，折合浆料的用量则为26.4mg/cm2。s3、对第二涂层进行固化处理，随后进行打磨抛光至标准内径，完成钢管的加工。固化处理步骤中，先将钢管放置于真空烘箱中，在70℃下烘干10min，随后在160℃下烘干至彻底干燥(大约2h)。实施例2～13，液压和气动缸筒用精密内径不锈钢无缝钢管，与实施例1的区别在于，浆料的成分有所变化，具体如表3所示。表3、实施例1～13中浆料成分配方(质量份)在实施例1～13中，金属硫化物为质量比为1∶0.3∶0.1的二硫化钼、硫化镍和硫化锰的组合物。实施例2～13中，纳米氧化铝粉末的加入量与碳化铬的用量比值与实施例1保持不变，并对浆料的用量进行相应调节。实施例14～24，液压和气动缸筒用精密内径不锈钢无缝钢管，与实施例3的区别在于，金属硫化物的具体组分如表4所示。表4、实施例1～24中金属硫化物配比编号二硫化钼硫化镍硫化锰硫化铜硫化铬实施例1～1310.20.100实施例1410.150.0300实施例1510.10.100实施例1610.40.200实施例1710.2000实施例1810.50.100实施例1910.20.300实施例201000.30.05实施例2101011实施例220010.20实施例2310.200.20.3实施例240100.013实施例25，液压和气动缸筒用精密内径不锈钢无缝钢管，与实施例3的区别在于，在步骤s1中，碳化铬和碳化钨的质量比为0.01∶1。实施例26，液压和气动缸筒用精密内径不锈钢无缝钢管，与实施例3的区别在于，在步骤s1中，碳化铬和碳化钨的质量比为0.02∶1。实施例27，液压和气动缸筒用精密内径不锈钢无缝钢管，与实施例3的区别在于，在步骤s1中，碳化铬和碳化钨的质量比为0.2∶1。实施例28，液压和气动缸筒用精密内径不锈钢无缝钢管，与实施例3的区别在于，在步骤s1中，碳化铬和碳化钨的质量比为0.5∶1。实施例29，液压和气动缸筒用精密内径不锈钢无缝钢管，与实施例3的区别在于，对浆料的用量进行调整，使单位面积所用的纳米氧化铝粉末与碳化铬的质量比为0.01∶1。实施例30，液压和气动缸筒用精密内径不锈钢无缝钢管，与实施例3的区别在于，对浆料的用量进行调整，使单位面积所用的纳米氧化铝粉末与碳化铬的质量比为0.005∶1。实施例31，液压和气动缸筒用精密内径不锈钢无缝钢管，与实施例3的区别在于，对浆料的用量进行调整，使单位面积所用的纳米氧化铝粉末与碳化铬的质量比为0.001∶1。实施例32，液压和气动缸筒用精密内径不锈钢无缝钢管，与实施例3的区别在于，对浆料的用量进行调整，使单位面积所用的纳米氧化铝粉末与碳化铬的质量比为0.2∶1。实施例33，液压和气动缸筒用精密内径不锈钢无缝钢管，与实施例3的区别在于，对浆料的用量进行调整，使单位面积所用的纳米氧化铝粉末与碳化铬的质量比为0.5∶1。实施例34，液压和气动缸筒用精密内径不锈钢无缝钢管，与实施例3的区别在于，在步骤s3的固化处理步骤中，先将钢管放置于真空烘箱中，在80℃下烘干15min，随后在160℃下烘干至彻底干燥。实施例35，液压和气动缸筒用精密内径不锈钢无缝钢管，与实施例3的区别在于，在步骤s3的固化处理步骤中，将钢管放置于真空烘箱中，随后在160℃下烘干至彻底干燥。实施例36，液压和气动缸筒用精密内径不锈钢无缝钢管，与实施例3的区别在于，所用的碳化铬和碳化钨颗粒选用200目以上的筛分组分。实施例37，液压和气动缸筒用精密内径不锈钢无缝钢管，与实施例3的区别在于，所用的碳化铬和碳化钨颗粒选用600目以上的筛分组分。针对上述实施例，设置对比例如下。对比例1，液压和气动缸筒用精密内径不锈钢无缝钢管，与实施例3的区别在于，用等质量的碳化铬替代碳化钨。对比例2，液压和气动缸筒用精密内径不锈钢无缝钢管，与实施例3的区别在于，用等质量的碳化钨替代碳化铬。对比例3，液压和气动缸筒用精密内径不锈钢无缝钢管，与实施例1的区别在于，不包括步骤s2，钢管在经过超音速火焰喷涂后，直接进行打磨抛光处理。对比例4，液压和气动缸筒用精密内径不锈钢无缝钢管，与实施例1的区别在于，浆料中不含纳米氧化铝粉末。针对上述实施例，依照国标，测定其如下参数。1.表面致密度：通过测定孔隙率的方法及逆行测定，采用徕卡全自动孔隙率测定系统。2.显微硬度：通过hvs一1000型硬度计进行测定。3.表面摩擦系数：通过mm-200型磨损实验机进行，摩擦环转动速率为150r/min，荷载350n，记录实验开始时的摩擦系数和实验150min后的摩擦系数，同时记录单位面积在磨损前后的失重。由于钢管管件进行上述实验较为困难，因此，在上述实验中，实际上采用的是钢片进行测定。钢片的加工方式与对应实施例中的钢管的加工方式一致。首先，对于实施例1～13，进行上述实验，结果如表5所示。表5、实施例1～13及对比例1～5的实验结果通过对上述实施例和对比例进行对比，可见本申请中所涉及的技术方案，具有降低孔隙率、提高表观硬度、降低摩擦系数等有益效果。其中，在实施例1～5中，对浆料中纳米氧化铝粉末的加入量进行了调整，纳米氧化铝粉末主要提供填充孔隙的效果，过多或过少都会导致整体表面平整度不高，进而对摩擦系数产生一定的影响。实施例7～8中添加了成膜剂和流平剂，在浆料涂覆过程中可以使浆料更加均匀和稳定，并形成较好的黏附膜。实施例9～13中，添加了不同用量的聚碳甲基硅烷，聚碳甲基硅烷具有较好的交联性能，在超音速火焰喷涂的过程中，难免产生一定的金属氧化物组分，聚碳甲基硅烷可以较好地与上述活性成分偶联，提高第一涂层和第二涂层之间的黏附强度，同时也形成较为牢固的结构。但是聚碳甲基硅烷分子本身会阻碍纳米氧化铝颗粒对孔隙进行填充，因此其加入量过多会对产品的孔隙率产生不良的影响。在对比例中，对比例1和对比例2中分别缺少了碳化铬和碳化钨，整体形成的强度和耐磨性能均不如二者的合金。可能是由于单种金属形成的晶体表面能较低，对于浆料中的高分子和纳米氧化铝粉末的吸附性能较差，导致形成第二涂层后平整度不佳。对比例3是普通的超音速火焰喷涂工艺，对比例4中则不使用纳米氧化铝粉末，均会导致表面的致密度较差，孔隙率较高，进而使摩擦系数明显提高。进一步地，对实施例14～24进行上述实验，结果如表6所示。表6、实施例14～24的实验结果在上述实施例中，对于浆料中的金属硫化物的成分配比进行了调节，并对结果产生了不同的影响。此处推测原因可能在于如下几点：1.金属硫化物与碳化铬、碳化钨之间的分子间作用力各不相同，进而导致了耐磨强度和剥离强度的区别；2.金属原子本身的尺寸差异，对金属原子在其中存在的应力产生一定的影响；3.金属原子对晶格的扭曲程度对金属表面的活化能有一定的影响。因此，不同的金属硫化物掺入产生的了不同的效果，经实验，采用实施例3、实施例14和实施例16中的金属硫化物配比，具有较好的效果。进一步地，对实施例25～35进行上述实验，结果如表7所示。表7、实施例15～37的实验结果在上述技术方案中，进一步对本申请的其他参数进行了调整。其中，在实施例25～28中，对碳化铬和碳化钨的用量进行了调整，在(0.02～0.2)∶1的质量比范围内，碳化铬和碳化钨的用量调整对整体性能影响不大，但是当碳化钨比值过高时，整体强度和孔隙率都不佳，表面硬度较差。而当碳化铬过多时，会对光滑程度产生不良的影响。实施例29～33中，对纳米氧化铝粉末的用量进行了调整，并相应调整的浆料的用量。恰当的纳米氧化铝用量可以填充表面的孔隙，但过多或过少的纳米氧化铝用量对于表面均有着不良的影响。在实施例35中，钢管直接进行烘干固化，没有预热处理，表面涂层的附着性和致密度均变差。本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。当前第1页12