一种耐酸碱隔膜泵搪釉缸套材料及其制备方法 |
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| 申请号 | CN202210514542.5 | 申请日 | 2022-05-12 | 公开(公告)号 | CN114737187B | 公开(公告)日 | 2023-07-14 |
| 申请人 | 山东科技大学; | 发明人 | 李文生; 宋强; 张春芝; 吴杰; 刘礼; 高华; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种耐酸 碱 隔膜 泵 搪釉 缸套 材料及其制备方法，先将 氧 化 铝 粉末前驱体和 铁 镍 合金 粉末前驱体分别装入对应 喷枪 中，在 钢 基体上进行双枪粉末 喷涂 处理，得到微孔复合过渡层；采用喷釉法将中温釉釉浆均匀喷洒于微孔复合过渡层表面，最后在红外 辐射 加热装置中进行釉烧处理，最终得到 隔膜泵 搪釉缸套材料。此方法具有显微组织结构控制 精度 高、工艺 稳定性 和重复性强等优点，可实现高表面精度、耐高温酸碱 腐蚀 搪釉涂层缸套材料的高效制备。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种耐酸碱隔膜泵搪釉缸套材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： |
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| 说明书全文 | 一种耐酸碱隔膜泵搪釉缸套材料及其制备方法技术领域背景技术[0002] 隔膜泵是用于输送液体介质的装置，通过接收调节器或计算机的信号，改变被调介质的流量。隔膜泵缸套材料用于形成液体盛装空间，当隔膜泵运行时与被输送液体接触，主要受到酸碱性和高温的双重腐蚀作用。常用的隔膜泵缸套材料主要为塑料、铸铁或合金，这些材料均难以承受苛刻的腐蚀环境。如果在隔膜泵缸套的内表面形成一层耐腐蚀性能良好的涂层将有效解决上述问题。搪釉涂层是在基体表面制备一层玻璃质物质，可显著提高耐酸碱和高温腐蚀性能。但鉴于隔膜泵缸套内壁形状的复杂性，常用的喷涂手段难以在复杂构型件表面形成均匀、高表面精度的搪釉涂层。 发明内容[0003] 本发明针对常用的喷涂手段难以在复杂构型件表面形成均匀、高表面精度的搪釉涂层这个研发领域难题，提供了一种耐酸碱隔膜泵搪釉缸套材料及其制备方法，所制备搪釉涂层的耐高温酸碱腐蚀性能优异。 [0004] 为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的： [0005] 一种耐酸碱隔膜泵搪釉缸套材料的制备方法，包括以下步骤： [0008] 作为本发明的进一步改进，所述钢基体为45#钢基体。 [0009] 作为本发明的进一步改进，所述氧化铝粉末和铁镍合金粉末的粒度分别为25～46μm、63～97μm。 [0010] 作为本发明的进一步改进，所述在钢基体上进行双枪粉末喷涂处理采用超音速火焰喷涂技术： [0012] 盛装铁镍合金粉末喷枪的燃烧室压力为6.9～7.8MPa、送粉速度为34～41g/min、喷涂距离为240～285mm，双枪夹角为63～76°。 [0013] 作为本发明的进一步改进，所述微孔复合过渡层厚度0.7～1.3mm。 [0014] 作为本发明的进一步改进，所述喷釉法是采用雾化喷釉装置完成中温釉釉浆在过渡层表面的均匀喷洒，雾化气体为氮气，气体喷出速度为120～145m/s。 [0016] 作为本发明的进一步改进，釉烧处理后还进行基体冷却，基体冷却方式为水冷。 [0017] 作为本发明的进一步改进，微孔复合过渡层表面釉层的厚度为0.3～0.5mm。 [0018] 一种耐酸碱隔膜泵搪釉缸套材料，由所述的制备方法制得，制得的搪釉涂层材料具有高表面精度，显微硬度9～12GPa、表面粗糙度0.14μm～0.21μm，搪釉涂层的厚度误差≤25μm、稀硫酸或氢氧化钠溶液腐蚀失重≤0.15微克每平方厘米每小时。 [0019] 与现有技术相比，本发明具有以下特点和优势： [0020] 本发明先将氧化铝粉末前驱体和铁镍合金粉末前驱体分别装入对应喷枪中，在钢基体上进行双枪粉末喷涂处理，得到微孔复合过渡层。然后用喷釉法将中温釉釉浆均匀喷洒于微孔复合过渡层表面，最后在红外辐射加热装置中进行釉烧处理；其中双枪粉末喷涂处理通过两种粉末的粒度和喷涂工艺参数调节复合过渡层的组分、晶粒尺寸、孔隙形状及孔隙率，得到含微米级孔隙的金属陶瓷复合过渡层，利用微孔的毛细管力吸收后续表面釉浆中的水分，便于釉浆形成固定厚度釉坯层，为后续釉烧奠定基础；喷釉+红外辐射釉烧处理在形成固定厚度釉坯层和复合过渡层的基础上，通过红外辐射釉烧，形成指定厚度的烧结层，并通过基体冷却缩小邻近界面基体的热影响区，一方面利于形成高表面精度的搪釉涂层，又可以保证较高的界面结合强度。本发明制得的隔膜泵缸套搪釉涂层材料具有高表面精度，显微硬度9～12GPa，表面粗糙度0.14μm～0.21μm，搪釉涂层的厚度误差≤25μm，稀硫酸或氢氧化钠溶液腐蚀失重≤0.15微克每平方厘米每小时。 具体实施方式[0021] 为使本领域技术人员可了解本发明的特点及效果，以下谨就说明书及权利要求书中提及的术语及用语进行一般性的说明及定义。除非另有指明，否则文中使用的所有技术及科学上的字词，均为本领域技术人员对于本发明所了解的通常意义，当有冲突情形时，应以本说明书的定义为准。 [0022] 本发明描述和公开的理论或机制，无论是对或错，均不应以任何方式限制本发明的范围，即本发明内容可以在不为任何特定的理论或机制所限制的情况下实施。 [0023] 本发明中，所有以数值范围或百分比范围形式界定的特征如数值、数量、含量与浓度仅是为了简洁及方便。据此，数值范围或百分比范围的描述应视为已涵盖且具体公开所有可能的次级范围及范围内的个别数值(包括整数与分数)。 [0024] 本发明中，若无特别说明，“包含”、“包括”、“含有”、“具有”或类似用语涵盖了“由……组成”和“主要由……组成”的意思，例如“A包含a”涵盖了“A包含a和其他”和“A仅包含a”的意思。 [0025] 本发明中，为使描述简洁，未对各个实施方案或实施例中的各个技术特征的所有可能的组合都进行描述。因此，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，各个实施方案或实施例中的各个技术特征可以进行任意的组合，所有可能的组合都应当认为是本说明书记载的范围。 [0026] 本发明提供一种耐酸碱隔膜泵搪釉缸套材料的制备方法，包括下述步骤： [0027] 1)先将粒度为25～46μm氧化铝粉末前驱体和63～97μm铁镍合金粉末前驱体分别装入各自喷枪中，在45#钢基体上进行双枪粉末超音速火焰喷涂处理，盛装氧化铝粉末喷枪的燃烧室压力为6.1～6.7MPa、送粉速度为71～82g/min、喷涂距离为270～315mm，盛装铁镍合金粉末喷枪的燃烧室压力为6.9～7.8MPa、送粉速度为34～41g/min、喷涂距离为240～285mm，双枪夹角为63～76°，得到微孔复合过渡层，微孔复合过渡层厚度0.7～1.3mm； [0028] 2)采用雾化喷釉装置完成中温釉釉浆在微孔复合过渡层表面的均匀喷洒，釉层的厚度为0.3～0.5mm，雾化气体为氮气，气体喷出速度为120～145m/s，最后在红外辐射加热装置中釉烧温度控制为750～870℃、时间5～9min时间下完成釉烧处理，最终得到隔膜泵搪釉缸套材料。 [0029] 本发明采用微孔复合过渡层设计和喷釉+红外辐射釉烧技术成功实现了耐酸碱隔膜泵搪釉缸套材料的制备。 [0030] 本发明还提供一种耐酸碱隔膜泵搪釉缸套材料，由所述的制备方法制得，制得的搪釉涂层材料具有高表面精度，显微硬度9～12GPa、表面粗糙度0.14μm～0.21μm，搪釉涂层的厚度误差≤25μm、稀硫酸或氢氧化钠溶液腐蚀失重≤0.15微克每平方厘米每小时。 [0031] 在制备隔膜泵搪釉缸套材料过程中，本发明为解决常用的喷涂手段难以在复杂构型件表面形成均匀、高表面精度的搪釉涂层这个研发领域难题，而是采用微孔复合过渡层设计和喷釉+红外辐射釉烧技术，研究前驱体粉末粒度、喷涂工艺参数、过渡层厚度、喷釉与釉烧工艺参数与制备搪釉涂层性能的关系。为获得高表面精度、耐腐蚀的搪釉涂层材料，筛选出最佳的前驱体粉末粒度、喷涂工艺参数、过渡层厚度、喷釉与釉烧工艺参数。此制备方法具有显微组织结构控制精度高、工艺稳定性和重复性强等优点，可实现耐腐蚀搪釉涂层的高效制备。 [0032] 以下实施例(以45#钢基体为例)制备的搪釉涂层材料性能如表1所示。 [0033] 实施例1 [0034] 1)先将粒度为46μm氧化铝粉末前驱体和97μm铁镍合金粉末前驱体分别装入各自喷枪中，在45#钢基体上进行双枪粉末超音速火焰喷涂处理，盛装氧化铝粉末喷枪的燃烧室压力为6.7MPa、送粉速度为82g/min、喷涂距离为315mm，盛装铁镍合金粉末喷枪的燃烧室压力为7.8MPa、送粉速度为41g/min、喷涂距离为285mm，双枪夹角为76°，得到微孔复合过渡层； [0035] 2)采用雾化喷釉装置完成高温釉釉浆在微孔复合过渡层表面的均匀喷洒，雾化气体为氮气，气体喷出速度为145m/s，最后在红外辐射加热装置中860℃温度和5min时间下完成釉烧处理，最终得到隔膜泵搪釉缸套材料。 [0036] 实施例2 [0037] 1)先将粒度为25μm氧化铝粉末前驱体和63μm铁镍合金粉末前驱体分别装入各自喷枪中，在45#钢基体上进行双枪粉末超音速火焰喷涂处理，盛装氧化铝粉末喷枪的燃烧室压力为6.1MPa、送粉速度为71g/min、喷涂距离为270mm，盛装铁镍合金粉末喷枪的燃烧室压力为6.9MPa、送粉速度为34g/min、喷涂距离为240mm，双枪夹角为63°，得到微孔复合过渡层； [0038] 2)采用雾化喷釉装置完成高温釉釉浆在微孔复合过渡层表面的均匀喷洒，雾化气体为氮气，气体喷出速度为120m/s，最后在红外辐射加热装置中750℃温度和7min时间下完成釉烧处理，最终得到隔膜泵搪釉缸套材料。 [0039] 实施例3 [0040] 1)先将粒度为36μm氧化铝粉末前驱体和77μm铁镍合金粉末前驱体分别装入各自喷枪中，在45#钢基体上进行双枪粉末超音速火焰喷涂处理，盛装氧化铝粉末喷枪的燃烧室压力为6.3MPa、送粉速度为75g/min、喷涂距离为295mm，盛装铁镍合金粉末喷枪的燃烧室压力为7.2MPa、送粉速度为37g/min、喷涂距离为265mm，双枪夹角为66°，得到微孔复合过渡层； [0041] 2)采用雾化喷釉装置完成高温釉釉浆在微孔复合过渡层表面的均匀喷洒，雾化气体为氮气，气体喷出速度为135m/s，最后在红外辐射加热装置中870℃温度和9min时间下完成釉烧处理，最终得到隔膜泵搪釉缸套材料。 [0042] 实施例4 [0043] 1)先将粒度为33μm氧化铝粉末前驱体和78μm铁镍合金粉末前驱体分别装入各自喷枪中，在45#钢基体上进行双枪粉末超音速火焰喷涂处理，盛装氧化铝粉末喷枪的燃烧室压力为6.7MPa、送粉速度为82g/min、喷涂距离为270mm，盛装铁镍合金粉末喷枪的燃烧室压力为6.9MPa、送粉速度为34g/min、喷涂距离为240mm，双枪夹角为63°，得到微孔复合过渡层； [0044] 2)采用雾化喷釉装置完成高温釉釉浆在微孔复合过渡层表面的均匀喷洒，雾化气体为氮气，气体喷出速度为125m/s，最后在红外辐射加热装置中820℃温度和6min时间下完成釉烧处理，最终得到隔膜泵搪釉缸套材料。 [0045] 实施例1～4制备搪釉涂层的性能参数见表1所示： [0046] 表1 [0047] [0048] 从上表可以得出，本发明制得的搪釉涂层材料具有高表面精度，显微硬度9～12GPa、表面粗糙度0.14μm～0.21μm，搪釉涂层的厚度误差≤25μm、稀硫酸或氢氧化钠溶液腐蚀失重≤0.15微克每平方厘米每小时。 [0049] 实施例5 [0050] 1)先将粒度为37μm氧化铝粉末前驱体和85μm铁镍合金粉末前驱体分别装入各自喷枪中，在45#钢基体上进行双枪粉末超音速火焰喷涂处理，盛装氧化铝粉末喷枪的燃烧室压力为6.5MPa、送粉速度为72g/min、喷涂距离为315mm，盛装铁镍合金粉末喷枪的燃烧室压力为7.3MPa、送粉速度为41g/min、喷涂距离为240mm，双枪夹角为69°，得到微孔复合过渡层； [0051] 2)采用雾化喷釉装置完成高温釉釉浆在微孔复合过渡层表面的均匀喷洒，雾化气体为氮气，气体喷出速度为130m/s，最后在红外辐射加热装置中780℃温度和5min时间下完成釉烧处理，最终得到隔膜泵搪釉缸套材料。 [0052] 实施例6 [0053] 1)先将粒度为28μm氧化铝粉末前驱体和97μm铁镍合金粉末前驱体分别装入各自喷枪中，在45#钢基体上进行双枪粉末超音速火焰喷涂处理，盛装氧化铝粉末喷枪的燃烧室压力为6.1MPa、送粉速度为72g/min、喷涂距离为285mm，盛装铁镍合金粉末喷枪的燃烧室压力为7.8MPa、送粉速度为41g/min、喷涂距离为255mm，双枪夹角为63°，得到微孔复合过渡层； [0054] 2)采用雾化喷釉装置完成高温釉釉浆在微孔复合过渡层表面的均匀喷洒，雾化气体为氮气，气体喷出速度为145m/s，最后在红外辐射加热装置中810℃温度和5min时间下完成釉烧处理，最终得到隔膜泵搪釉缸套材料。 [0055] 实施例7 [0056] 1)先将粒度为39μm氧化铝粉末前驱体和69μm铁镍合金粉末前驱体分别装入各自喷枪中，在45#钢基体上进行双枪粉末超音速火焰喷涂处理，盛装氧化铝粉末喷枪的燃烧室压力为6.3MPa、送粉速度为78g/min、喷涂距离为315mm，盛装铁镍合金粉末喷枪的燃烧室压力为7.8MPa、送粉速度为34g/min、喷涂距离为240mm，双枪夹角为63°，得到微孔复合过渡层； [0057] 2)采用雾化喷釉装置完成中温釉釉浆在微孔复合过渡层表面的均匀喷洒，雾化气体为氮气，气体喷出速度为145m/s，最后在红外辐射加热装置中790℃温度和7min时间下完成釉烧处理，最终得到隔膜泵搪釉缸套材料。 [0058] 实施例8 [0059] 1)先将粒度为46μm氧化铝粉末前驱体和63μm铁镍合金粉末前驱体分别装入各自喷枪中，在45#钢基体上进行双枪粉末超音速火焰喷涂处理，盛装氧化铝粉末喷枪的燃烧室压力为6.5MPa、送粉速度为80g/min、喷涂距离为270mm，盛装铁镍合金粉末喷枪的燃烧室压力为7.8MPa、送粉速度为34g/min、喷涂距离为285mm，双枪夹角为66°，得到微孔复合过渡层； [0060] 2)采用雾化喷釉装置完成中温釉釉浆在微孔复合过渡层表面的均匀喷洒，雾化气体为氮气，气体喷出速度为125m/s，最后在红外辐射加热装置中800℃温度和5min时间下完成釉烧处理，最终得到隔膜泵搪釉缸套材料。 [0061] 实施例9 [0062] 1)先将粒度为25μm氧化铝粉末前驱体和63μm铁镍合金粉末前驱体分别装入各自喷枪中，在45#钢基体上进行双枪粉末超音速火焰喷涂处理，盛装氧化铝粉末喷枪的燃烧室压力为6.1MPa、送粉速度为71g/min、喷涂距离为270mm，盛装铁镍合金粉末喷枪的燃烧室压力为6.9～7.8MPa、送粉速度为34g/min、喷涂距离为240mm，双枪夹角为63°，得到微孔复合过渡层； [0063] 2)采用雾化喷釉装置完成中温釉釉浆在微孔复合过渡层表面的均匀喷洒，雾化气体为氮气，气体喷出速度为120m/s，最后在红外辐射加热装置中釉烧温度控制为870℃、时间9min时间下完成釉烧处理，最终得到隔膜泵搪釉缸套材料。 [0064] 实施例10 [0065] 1)先将粒度为46μm氧化铝粉末前驱体和97μm铁镍合金粉末前驱体分别装入各自喷枪中，在45#钢基体上进行双枪粉末超音速火焰喷涂处理，盛装氧化铝粉末喷枪的燃烧室压力为6.7MPa、送粉速度为82g/min、喷涂距离为315mm，盛装铁镍合金粉末喷枪的燃烧室压力为7.8MPa、送粉速度为41g/min、喷涂距离为285mm，双枪夹角为76°，得到微孔复合过渡层； [0066] 2)采用雾化喷釉装置完成中温釉釉浆在微孔复合过渡层表面的均匀喷洒，雾化气体为氮气，气体喷出速度为145m/s，最后在红外辐射加热装置中釉烧温度控制为750℃、时间5min时间下完成釉烧处理，最终得到隔膜泵搪釉缸套材料。 [0067] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以进行若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。 [0068] 最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。 |
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