液壓支柱活塞桿的等離子束鍍鉻工藝的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于液壓支柱活塞桿的表面處理技術，具體涉及一種液壓支柱活塞桿的等 離子束鍍鉻工藝。等離子束鍍鉻（簡稱等離子鍍鉻）是用等離子束將通過鉻合金粉末在工 件表面的冶金化學反應形成一層含鉻合金層。等離子束鍍鉻工藝屬于等離子束表面冶金范 疇。
【背景技術】
[0002] 液壓支柱廣泛用于煤礦的巷道支撐和工作面的支護。隨著我國煤礦工業的技術進 步和裝備水平的不斷提高，液壓支柱每年的使用量都在上升，已從90年代全國保有量不足 100萬只到目前每年需求超過100萬只。由于煤礦井下存在潮濕、含S等腐蝕性氣體，以及 在工作中液壓支柱經常升縮，要求液壓支柱活塞桿表面具有較好的耐蝕耐磨性能。目前液 壓支柱活塞桿表面用電鍍鉻來滿足耐蝕耐磨性能要求。
[0003] 電鍍層表面有空隙以及鍍層與基體是機械結合，在井下潮濕、酸性氣體環境中，會 出現銹斑，隨著時間的延續，銹斑沿著鍍層與基體的界面擴大，造成鍍層起泡，剝落，所以電 鍍鉻的液壓支柱其使用壽命都不高，一般為1-3年。另外煤粒沖擊和磕碰也會造成鍍鉻層 表面損傷，使該處更容易被腐蝕和剝落。這些表面損傷使液壓支柱早期失效，使用壽命遠低 于設計壽命，每年需更換或維修的液壓支柱已達近100萬支。
[0004] 目前液壓支柱再制造的方法有多種，如電刷鍍、化學鍍鎳磷、涂耐磨膠、鑲不銹鋼 套和激光熔覆合金等。電鍍鐵后電鍍鉻由于成本低（未環保處理條件下），目前應用最多， 其次是鑲不銹鋼套和激光熔覆合金。鍍鐵后鍍鉻層由于工藝等原因使用壽命比新品壽命更 短，只有6個月至1年，且存在鍍液嚴重污染環境問題；鑲不銹鋼套是一種環保工藝，由于不 銹鋼套只有l_2mm后，使用過程中當礦頂壓力較大時，會出現皺皮，甚至爆皮現象，有造成 惡性事故的風險，現在使用逐漸減少；激光熔覆合金由于與基體是冶金結合，質量好，使用 壽命長，而且工藝環保，但設備投資大、設備遠行成本高，難以大面積推廣。
【發明內容】
[0005] 本發明提供了一種液壓支柱活塞桿的等離子束鍍鉻工藝，目的是在降低生產成本 的同時，解決現有技術中出現的鼓泡、剝落問題和鑲不銹鋼套出現爆皮的問題。
[0006] 本發明提供的一種液壓支柱活塞桿的鍍鉻工藝，該工藝首先在清潔后的液壓支柱 的活塞桿表面噴涂一層鉻合金粉末，干燥后對液壓支柱的活塞桿表面進行等離子束鍍鉻， 即等離子合金化，使活塞桿工作面獲得一層〇. 8-1. 2mm厚度的具有冶金結合、表面硬度大 于45冊〇的0含量大于17%、附含量大于9%的合金層。
[0007] 作為上述技術方案的改進，該工藝的具體實現步驟如下：
[0008] 第1步按每1公斤鉻合金粉末加入250-400ml水玻璃，攪拌得到鉻合金粉末漿料；
[0009] 第2步將鉻合金粉末漿料噴涂到已清潔的活塞桿工作面表面，涂層厚度為 0. 4mm-〇. 8mm；
[0010] 第3步對涂層進行干燥；
[0011] 第4步利用等離子束對液壓支柱活塞桿表面進行等離子束鍍鉻；
[0012] 第5步機加工得到所需尺寸和精度的液壓活塞桿。
[0013] 本發明工藝使用的鉻合金粉末的質量成分為：C:彡0. 1%，Ni:25_35%，S: 4. 5-8%，B:0· 5-1 %，Fe: 10-15%，余量為Cr;所述鉻合金粉末的粒度優選為75-150μm。
[0014] 作為上述技術方案的進一步改進，所述干燥采用三段干燥，先自然干燥，然后 60-80°C低溫干燥，最后140-180°C高溫干燥。
[0015] 作為上述技術方案的更進一步改進，所述等離子鍍束鉻使用的工藝參數為：等離 子束電流為120-150A，離子氣流量為1. 2-1. 8ml/min，保護氣流量為6-8ml/min，活塞桿表 面旋轉線速度為300-600mm/min，等離子槍掃描帶寬度2-3mm。
[0016] 本發明利用同為高能束的等離子束熔鉻合金粉末在活塞桿工作面制造高Cr高Ni 合金成分，使之滿足工況要求。所得到的液壓支柱活塞桿不會出現鼓泡、剝落、爆皮等早期 失效現象和鑲不銹鋼套能滿足工況耐蝕耐磨要求。
[0017] 等離子束技術獲得表面合金化層與工件基體也是冶金結合，在工作中不會出現鼓 泡、剝落、爆皮等早期失效現象。由于等離子的設備和運行成本都只有激光的十分之一，用 等離子束鍍鉻具有更高的性價比。等離子鍍束鉻層的合金成分與不銹鋼套相近，自腐蝕電 位為大于-0.35V，耐腐蝕性能相近。等離子束加熱方式原理與激光束不同，是等離子槍與工 件表面之間放電產生高溫電弧使工件熔化，同時這個過程產生的磁場造成的集膚效應還會 對工件表面產生附加熱能。這個附加熱能可以保證等離子合金化層的基體不會出現淬火組 織。這樣將減少了基體對合金化層的應力，降低了合金化層的開裂傾向。所以等離子束鍍 鉻不但具有比激光熔覆或合金化更高的性價比，等離子束鍍鉻層的開裂傾向更小。由于高 鉻合金層非常容易開裂，開裂傾向小是獲得無裂紋鍍鉻層非常有利條件。
[0018] 由于快速冶金形成表面合金層，組織細小、硬度高，耐磨損、耐煤粒沖擊性能好。等 離子束鍍鉻良好的性能保證最終失效形式為腐蝕磨損，所以使用壽命較高。
[0019] 本發明是一種無污染綠色制造工藝，用于液壓支柱活塞桿可以替代藝嚴重污染環 境電鍍鉻工藝。
【附圖說明】
[0020] 圖1是液壓支柱的結構示意圖，其中，1為噴油栗，2為活塞桿，3為油缸；
[0021] 圖2是液壓支柱活塞桿的工作面的示意圖。
【具體實施方式】
[0022] 利用等離子束在工件表面獲得耐蝕耐磨高鉻合金層具有比激光熔覆更高的性價 比。等離子束加熱方式原理與激光束不同。激光熔覆是利用高能激光束照射工件表面，使工 件表面和合金粉末瞬時熔化，形成與基體冶金結合加熱合金層。由于加熱冷卻在瞬間，且工 件表面溫度大于1000°c，從而造成合金層下的基體淬火，所以激光熔覆層極易開裂。等離子 束鍍鉻是等離子槍與工件表面之間放電產生高溫電弧使工件表面和合金粉末熔化形成高 鉻合金層，同時這個過程產生的磁場造成的集膚效應等還會對工件表面產生附加熱能。通 過調整等離子槍和等離子工藝，可以利用這個附加熱能使基體具有一定溫度，使得等離子 合金化層的基體不會出現淬火組織。這樣將減少了基體對合金化層的應力，降低了合金化 層的開裂傾向。所以等離子束鍍鉻不但具有比激光熔覆或合金化更高的性價比，且等離子 束鍍鉻層的開裂傾向更小。由于高鉻合金層非常容易開裂，開裂傾向小是獲得無裂紋鍍鉻 層非常有利條件。
[0023] 目前用等離子技術使工件形成合金層主要通過等離子束熔覆同步自動送入等離 子弧柱的粉末實現。長時間運行時會出現合金粉末粘附等離子槍嘴使之損壞。為此出現了 送絲的解決方案。由于焊絲都是5、10公斤一盤，而液壓支柱規格多種，在制造過程中會出 現大量焊絲浪費（對接的焊絲有可能產生缺陷不能使用）。為此本發明創造性地使用了噴 涂合金粉末一干燥一等離子束掃描成套技術。噴涂合金粉末涂層均勻，不會造成等離子槍 堵塞，更重要是槍嘴孔徑與粉末注入無關。可以應用適當孔徑槍嘴和低流量離子氣，使等離 子合金層較薄，使合金層合金含量高，性能優異。此還，還經過對干燥過程進行了優先，避免 因為過快或過高的溫度使得涂層鼓泡起皮，過低的溫度，涂層含水，將使合金層出現氣孔， 甚至等離子束掃描時涂層鼓泡起皮。
[0024] 下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】作進一步說明。在此需要說明的是，對于 這些實施方式的說明用于幫助理解本發明，但并不構成對本發明的限定。此外，下面所描述 的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。 [00 25]實例 1 :
[0026] 對于需再制造的液壓支柱活塞桿本發明采用以下步驟解決（以φ80活塞桿為例）
[0027] 步驟一，在車床上去除活塞桿工作面的殘缺鍍鉻層、麻點和凹坑，使工件表面無缺 陷（通常車除2-3mm);
[0028] 步驟二，用氣保焊堆焊活塞桿，堆焊層厚度大于步驟一機加工去除的厚度（如 3. 5mm) 〇
[0029] 步驟三，車除多余堆焊層，使活塞桿的部位尺寸為q>8(TtUmm;
[0030] 步驟四，用丙酮或無水酒精清潔表面；
[0031] 步驟五，按每1公斤鉻合金粉末（粒度75-1