專(zhuān)利名稱(chēng)：制造或修復(fù)氣缸套的復(fù)合微粒鎳基合金溶液的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造或修復(fù)氣缸套的復(fù)合微粒鎳基合金溶液。主要用 于對(duì)現(xiàn)有鐵道、船用及大功率柴油機(jī)氣缸套經(jīng)使用磨損后內(nèi)壁的修復(fù)。還 可以用于制造各類(lèi)大功率柴油機(jī)氣缸套時(shí)對(duì)內(nèi)壁進(jìn)行涂覆，以提升其性能。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有鐵道、船用及大功率柴油機(jī)氣缸套，經(jīng)使用后內(nèi)壁磨損，功率下 降，油耗增加，因此報(bào)廢處理。"復(fù)合微粒鎳基合金"是在己廣泛應(yīng)用的化學(xué)鍍鎳基合金涂層的基礎(chǔ) 上發(fā)展產(chǎn)生的。即在原化學(xué)鍍鎳基合金涂層中加入了高硬質(zhì)超細(xì)碳化硅微 粒，使涂層的硬度更高，工作狀態(tài)下含油性更好，涂層中硬質(zhì)微粒承受載 荷并對(duì)犁削起阻擋作用，阻止涂層疲勞，晶格錯(cuò)位及粘著磨損，從而大大 提高了工件的使用時(shí)間。已廣泛應(yīng)用的化學(xué)鍍鎳基合金涂層的難點(diǎn)即工藝技術(shù)要點(diǎn)是溶液的穩(wěn) 定性。溶液中任何雜質(zhì)，尤其是具有催化活性粒子的存在都會(huì)加速溶液的 分解，而"復(fù)合微粒鎳基合金"工藝正好相反，要在溶液中加入大量細(xì)微粒子，粒子表面積一般達(dá)到10000()e^/升，裝載量是原工藝的800倍以上(裝 載量是指單位體積的溶液對(duì)應(yīng)被涂復(fù)工件的表面積為裝載量，單位為100L/m2)，所以溶液很快分解報(bào)廢無(wú)法正常長(zhǎng)期工作，所以該涂層一般只 能在實(shí)驗(yàn)室制備樣品，而無(wú)法進(jìn)入工業(yè)化應(yīng)用。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種制造或修復(fù)氣缸套 的復(fù)合微粒鎳基合金溶液，使該溶液在工業(yè)化制造、修復(fù)氣缸套過(guò)程中能 控制復(fù)合微粒鎳基合金溶液在設(shè)定的反應(yīng)時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定不分解。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的 一種制造或修復(fù)氣缸套的復(fù)合微粒鎳基 合金溶液，主要由以下重量百分比的原料組成粒徑0.0007~0.004mm的碳化硅 3%±0.15%硫脲 0.004% ±0002%硫酸鎳 2% ±0.1%次磷酸鈉 1.5% ± 0.075%醋酸鈉 1.5% ±0.075%甘氨酸 0.8%±0.04% 其余為去離子水。使用方法將配制有微米級(jí)硬質(zhì)耐磨材料碳化硅的復(fù)合微粒鎳基合金 溶液，在專(zhuān)用的涂復(fù)裝置中，均勻的涂復(fù)在氣缸套內(nèi)表面。所述專(zhuān)用的涂復(fù)裝置包括待加工之氣缸套、下水帽、上水帽、攪拌 棒、保溫箱、冷凝器、過(guò)濾泵、配液槽、儲(chǔ)液罐、加熱器、加粒器和攪拌 棒，待加工之氣缸套下部與下水帽密封連接，上部與上水帽密封連接，攪 拌棒設(shè)置在待加工之氣缸套、下水帽和上水帽內(nèi)，保溫箱設(shè)置在待加工之氣缸套、下水帽和上水帽外，下水帽下部開(kāi)口通過(guò)管道與加粒器出口相連 通，上水帽上部設(shè)置溢流口通過(guò)管道與冷凝器進(jìn)口相連通，冷凝器出口與 過(guò)濾泵進(jìn)口相連，過(guò)濾泵出口與配液槽溶液進(jìn)口相連，配液槽溶液出口與 儲(chǔ)液罐溶液進(jìn)口相連，儲(chǔ)液罐溶液出口與加熱器溶液進(jìn)口相連通，加熱器 溶液出口與加粒器溶液進(jìn)口相連通；所述方法的工藝過(guò)程是出加粒器的復(fù)合微粒鎳基合金溶液由下水帽 下部開(kāi)口經(jīng)下水帽導(dǎo)入待加工之氣缸套內(nèi)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，攪拌棒在動(dòng)力帶 動(dòng)下均速攪拌邊向上提升，將復(fù)合微粒鎳基合金溶液中的碳化硅微粒均勻 地涂復(fù)在待加工之氣缸套內(nèi)表面，對(duì)被磨損的氣缸套內(nèi)表面進(jìn)行修復(fù)恢復(fù) 到原尺寸繼續(xù)使用，或?qū)π轮圃斓臍飧滋變?nèi)表面進(jìn)行強(qiáng)化以提高其耐磨性， 使用過(guò)的復(fù)合微粒鎳基合金溶液由上水帽上部的溢流口導(dǎo)入冷凝器，迅速將使用過(guò)的復(fù)合微粒鎳基合金溶液由工作溫度80 82'C冷卻降至50°C，溶液失去活性，化學(xué)反應(yīng)停止，過(guò)濾泵將已冷卻的復(fù)合微粒鎳基合金溶液中 的碳化硅微粒全部濾盡，并將濾液泵入配液槽，在配液槽內(nèi)經(jīng)化學(xué)分析調(diào) 整并補(bǔ)充各相關(guān)成份后配制成鎳基合金溶液，再導(dǎo)入儲(chǔ)液罐儲(chǔ)存并保持體 積，儲(chǔ)液罐下部出口接入流量計(jì)，計(jì)量后送入加熱器，加熱器由溫控儀控制溫度，溶液經(jīng)加熱器加熱，計(jì)量通過(guò)到達(dá)出口溫度82 83"C后導(dǎo)入加粒 器，在加粒器內(nèi)加入碳化硅微粒配制成復(fù)合微粒鎳基合金溶液進(jìn)入以下的 循環(huán)系統(tǒng)；所述待加工之氣缸套內(nèi)各工藝參數(shù)的控制1)、攪拌棒攪拌速度110轉(zhuǎn)/分鐘±10轉(zhuǎn)/分鐘，2) 、溶液溫度控制溫度80 82'C3) 、溶液pH值控制pH=4.6~4.84) 、溶液裝載量及溶液流量控制6升/m"分鐘，其中，1112指被加工工件的表面積。上述裝備設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于溶液中加入大量的碳化硅粒子后連續(xù)長(zhǎng)期 工作會(huì)造成分解失效而反應(yīng)終止，該設(shè)計(jì)中溶液只是在加熱器中短時(shí)加溫 至工作溫度再流經(jīng)待加工之氣缸套內(nèi)部完成反應(yīng)至冷凝器快速冷卻，總計(jì) 時(shí)間《10分鐘，溶液即已脫離工作溫度，反應(yīng)立即停止，再由過(guò)濾泵將可 能毒化長(zhǎng)大的碳化硅粒子全部濾盡，添加成份后再進(jìn)入系統(tǒng)循環(huán)使用。實(shí) 踐證明該裝備每天二十四小時(shí)連續(xù)十天工作，累計(jì)產(chǎn)出涂層厚度達(dá)36mm， 溶液及全部工作系統(tǒng)正常(一般一只氣缸套涂層在0.1mm以下)?；瘜W(xué)鍍鎳基合金是用還原劑(次磷酸鹽)把溶液中的鎳離子還原沉積 在具有催化活性的表面的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。由于生產(chǎn)過(guò)程中的各種原因局 部過(guò)熱、PH值過(guò)高、各種工業(yè)原料的純凈度以及工作環(huán)境的潔凈度都不可 避免的會(huì)使溶液中出現(xiàn)一些活性微?！呋诵?，使溶液發(fā)生激烈的自 催化反應(yīng)產(chǎn)生大量Ni-P黑色粉末，導(dǎo)致溶液短期內(nèi)發(fā)生分解而報(bào)廢。穩(wěn)定劑的作用就在于抑制溶液的自發(fā)分解，使反應(yīng)過(guò)程在控制下有序 進(jìn)行，穩(wěn)定劑是一種毒化劑即反催化劑，只能加入微量就可以抑制鍍液的 自發(fā)分解。在復(fù)合微粒鎳基合金溶液配方中關(guān)鍵是穩(wěn)定劑的選擇，硫脲穩(wěn)定劑的 加入可以保持較高的反應(yīng)速度，即碳化硅粒子在涂層中的吸附量，又能使溶液在設(shè)定的反應(yīng)時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定不分解。目前，在化學(xué)鈹鎳基合金行業(yè)領(lǐng)域里把穩(wěn)定劑分成四類(lèi)-1、 硫的無(wú)機(jī)或有機(jī)物，如硫脲及其衍生物，硫氰酸鹽等；2、 含氧化合物，如碘酸鉀、三氧化鉬等；3、 重金屬鹽，如醋酸鉛、硫酸鎘等；4、 水溶性有機(jī)物，如馬來(lái)酸、丁二酸等。穩(wěn)定劑的作用機(jī)理穩(wěn)定劑吸附在固體微粒表面，抑制次磷酸根的脫 氫反應(yīng)，但不阻止次磷酸鹽的氧化作用，也可以說(shuō)，穩(wěn)定劑掩蔽了催化活 性中心，阻止了成核反應(yīng)，但并不影響工件表面正常的鎳基合金被還原的 化學(xué)的反應(yīng)過(guò)程。硫脲為上述第一類(lèi)穩(wěn)定劑，它吸附在固體微粒表面，在陰極還原過(guò)程 中它抑制析氫反應(yīng)及抑制次磷酸根的還原，從而阻止了固體微粒參與反應(yīng) 成為晶核的可能性。在陽(yáng)極過(guò)程中硫脲被氧化為二聚物，該二聚物再被次 磷酸根還原成硫脲。并且在上述陽(yáng)極過(guò)程中硫脲被氧化后放出電子被N產(chǎn) 接受還原成Ni。即加速氧化還原反應(yīng)的電子交換傾向，改變陰、陽(yáng)極過(guò)電 位，起電化學(xué)催化作用，所以硫脲的加入量在一定的范圍內(nèi)還能增加鎳基 合金的沉積速度。但是以硫脲為穩(wěn)定劑的沉積層外觀(guān)灰暗，孔隙率高。第2、 3、 4類(lèi)穩(wěn)定劑的作用機(jī)理基本相同于硫脲。這三類(lèi)穩(wěn)定劑對(duì)沉 積出的鎳基合金有一定的整平、致密、光亮作用。但是這三類(lèi)穩(wěn)定劑的加 入將隨著加入量的增加使鎳基合金的沉積速度呈線(xiàn)性下降，而且最終因溶 液老化報(bào)廢的棄液中重金屬離子、有機(jī)物會(huì)造成環(huán)境污染及提高處理成本。所以在廣泛采用的化學(xué)鍍鎳基合金的工業(yè)化生產(chǎn)中穩(wěn)定劑配方基本上都采 用復(fù)合配方，以兼顧沉積層的綜合性能。即既有一定的反應(yīng)速度又使沉積 層更致密且光亮具有一定的裝飾作用。根據(jù)氣缸套的制造要求，缸壁必須要建立油膜，以保證與活塞環(huán)在無(wú) 粘著接觸狀態(tài)下工作，這就要求缸壁有一定的孔隙率，使其含油建立油膜， 再則"復(fù)合微粒鎳基合金"溶液中因大量的固體微粒的加入，化學(xué)反應(yīng)的 穩(wěn)定性極差，只能加大穩(wěn)定劑的用量，但是過(guò)量的穩(wěn)定劑的加入大大降低 了反應(yīng)沉積速度甚至使反應(yīng)停止。溶液中碳化硅微粒吸附在沉積的鎳基合 金表面被"包圍種植"鑲嵌進(jìn)涂層的反應(yīng)過(guò)程中，必需要求化學(xué)反應(yīng)要有 穩(wěn)定的相對(duì)高的反應(yīng)速度才能得以完成。依據(jù)前述的機(jī)理分析及大量的實(shí) 驗(yàn)，顯然采用常規(guī)的復(fù)配穩(wěn)定劑是不適用的。本發(fā)明定量選擇了單一的硫 脲作為穩(wěn)定劑，在本發(fā)明專(zhuān)用裝置的協(xié)同作用下，既保證了溶液反應(yīng)的長(zhǎng) 期穩(wěn)定性，又使反應(yīng)速度保持了相對(duì)既穩(wěn)又高的沉積速度(0.016 0.018mm/n涂層沉積厚度)。而且因碳化硅微粒的加入及硫脲作為 穩(wěn)定劑，"復(fù)合微粒鎳基合金"涂層恰恰具備了多孔性，正附合缸壁建立 油膜的基本要求。利用本發(fā)明溶液可以將經(jīng)使用磨損后氣缸套內(nèi)壁修復(fù)至恢復(fù)原尺寸， 繼續(xù)使用，實(shí)現(xiàn)報(bào)廢零件的再制造并提升性能。


圖1為本發(fā)明的生產(chǎn)工藝流程圖。圖中待加工之氣缸套l、下水帽2、上水帽3、保溫箱4、冷凝器5、過(guò)濾泵6、配液槽7、儲(chǔ)液罐8、流量計(jì)9、加熱器IO、加粒器ll、攪拌棒 12。
具體實(shí)施方式
參見(jiàn)圖1，本發(fā)明所述專(zhuān)用的反應(yīng)裝置主要由待加工之氣缸套1、下水 帽2、上水帽3、攪拌棒12、保溫箱4、冷凝器5、過(guò)濾泵6、配液槽7、 儲(chǔ)液罐8、加熱器10、加粒器11和攪拌棒12組成。所述待加工之氣缸套 1加工部位即氣缸套內(nèi)表面潔凈，在此完成復(fù)合微粒碳化硅鎳基合金反應(yīng) 過(guò)程。待加工之氣缸套1下部與下水帽2密封連接，待加工之氣缸套1上 部與上水帽3密封連接，攪拌棒12設(shè)置在待加工之氣缸套1、下水帽2和 上水帽3內(nèi)。保溫箱4設(shè)置在待加工之氣缸套1、下水帽2和上水帽3夕卜， 以保持待加工之氣缸套1的外部反應(yīng)溫度。下水帽2下部開(kāi)口通過(guò)管道與 加粒器11出口相連通；上水帽3上部設(shè)置溢流口通過(guò)管道與冷凝器5進(jìn)口 相連通，冷凝器5出口與過(guò)濾泵6進(jìn)口相連，過(guò)濾泵6出口與配液槽7溶 液進(jìn)口相連，配液槽7溶液出口與儲(chǔ)液罐8溶液進(jìn)口相連，儲(chǔ)液罐8溶液 出口與加熱器IO溶液進(jìn)口相連通，加熱器IO溶液出口與加粒器11溶液進(jìn) 口相連通。待加工之氣缸套內(nèi)各工藝參數(shù)的控制-1、 溶液中加入了定量的碳化硅微粒，必須使其呈懸浮狀并定向運(yùn)動(dòng)以 保證其在鎳基合金還原反應(yīng)時(shí)吸附并嵌入合金層中，攪拌棒12采用了邊均 速攪拌邊向上提升，攪拌速度為110轉(zhuǎn)/分鐘。2、 溫度控制溶液溫度80 82'C3、 溶液pH值控制控制pH4.6 4.84、 裝載量及溶液流量控制6升/m"分鐘(ti^指被加工工件的表面 積)。工作原理出加粒器11的復(fù)合微粒鎳基合金溶液由下水帽2下部開(kāi)口經(jīng)下水帽2 導(dǎo)入待加工之氣缸套1內(nèi)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，攪拌棒12在動(dòng)力帶動(dòng)下均速攪拌 邊向上提升，將復(fù)合微粒鎳基合金溶液中的碳化硅微粒均勻地涂復(fù)在待加 工之氣缸套1內(nèi)表面，對(duì)被磨損的氣缸套內(nèi)表面進(jìn)行修復(fù)恢復(fù)到原尺寸繼 續(xù)使用，或?qū)π轮圃斓臍飧滋變?nèi)表面進(jìn)行強(qiáng)化以提高其耐磨性。使用過(guò)的 復(fù)合微粒鎳基合金溶液由上水帽3上部的溢流口導(dǎo)入冷凝器5，迅速將使 用過(guò)的復(fù)合微粒鎳基合金溶液由工作溫度80 82'C冷卻降至50°C，溶液失 去活性，化學(xué)反應(yīng)停止，過(guò)濾泵8將已冷卻的復(fù)合微粒鎳基合金溶液中的 碳化硅微粒全部濾盡，并將濾液泵入配液槽7，在配液槽7內(nèi)經(jīng)化學(xué)分析 調(diào)整并補(bǔ)充各相關(guān)成份后配制成鎳基合金溶液，再導(dǎo)入儲(chǔ)液罐8儲(chǔ)存并保 持體積。儲(chǔ)液罐8下部出口接入流量計(jì)9，計(jì)量后送入加熱器IO。加熱器 10由溫控儀控制溫度，溶液經(jīng)加熱器10加熱，計(jì)量通過(guò)到達(dá)出口溫度82~83 。C后導(dǎo)入加粒器11,在加粒器11內(nèi)加入碳化硅微粒配制成復(fù)合微粒鎳基 合金溶液進(jìn)入以下的循環(huán)系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1. 一種制造或修復(fù)氣缸套的復(fù)合微粒鎳基合金溶液，其特征在于所述溶液主要由以下重量百分比的原料組成粒徑0.0007～0.004mm的碳化硅 3％±0.15％硫脲 0.004％±0002％硫酸鎳2％±0.1％次磷酸鈉 1.5％±0.075％醋酸鈉1.5％±0.075％甘氨酸0.8％±0.04％其余為去離子水。
全文摘要
本發(fā)明一種涉及制造或修復(fù)氣缸套的復(fù)合微粒鎳基合金溶液，主要用于對(duì)現(xiàn)有鐵道、船用及大功率柴油機(jī)氣缸套經(jīng)使用磨損后內(nèi)壁的修復(fù)。所述溶液主要由以下重量百分比的原料組成粒徑0.0007～0.004mm的碳化硅3％±0.15％，硫脲0.004％±0002％，硫酸鎳2％±0.1％，次磷酸鈉1.5％±0.075％，醋酸鈉1.5％±0.075％，甘氨酸0.8％±0.04％，其余為去離子水。利用本發(fā)明溶液可以將經(jīng)使用磨損后氣缸套內(nèi)壁修復(fù)至恢復(fù)原尺寸，繼續(xù)使用，實(shí)現(xiàn)報(bào)廢零件的再制造并提升性能。
文檔編號(hào)C23C18/31GK101250694SQ20081002015
公開(kāi)日2008年8月27日 申請(qǐng)日期2008年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月27日
發(fā)明者何定一 申請(qǐng)人:江陰市江東不銹鋼制造有限公司