專利名稱：清理金屬工件表面的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬的加工技術(shù)，特別是清理金屬工件表面的方法。本工藝方法可以成功地用于制造與加工多元合金的鑄件以及各種形狀的金屬工件，對(duì)于這些工件的表面質(zhì)量，清潔程度、金相組織與表面顯微層性能的要求正在不斷提高，並且還要求不影響金屬工件本體的性能，在冶金、化工、能源、原子能及其它高技術(shù)工業(yè)部門中，這樣的要求尤為重要。
目前，對(duì)金屬工件的表面進(jìn)行清理的過(guò)程，要耗費(fèi)很多勞動(dòng)力和能量，在許多場(chǎng)合下，表面清理的質(zhì)量完全不能滿足用戶的要求與愿望。
傳統(tǒng)的機(jī)械方法，例如使用滾筒拋丸、砂輪、砂紙及拋光法，不但效率低，而且還伴隨產(chǎn)生工件的表面局部缺陷，大大地降低工件的工件壽命。
在車床上對(duì)，例如，在電爐中用電弧熔煉而成的鑄件進(jìn)行粗加工，一方面，要損失多達(dá)15～20%的金屬，費(fèi)時(shí)費(fèi)電，而當(dāng)清理多元合金的鑄件時(shí)，在許多情況下，甚至使用金鋼石刀具都無(wú)能為力。
一種公知的清理金屬工件的方法是把待清理的表面在真空度不很高的真空(負(fù)壓為100～500牛頓/米2)中，借助于移動(dòng)的弧光的放電作用進(jìn)行清理。
該方法是使管件與桿件作相對(duì)移動(dòng)，管件的內(nèi)表面應(yīng)經(jīng)過(guò)清掃，以備在工藝過(guò)程中相互起作用，桿件則在不同理化參數(shù)的蒸發(fā)區(qū)段上產(chǎn)生真空電弧放電。
上述方法的缺點(diǎn)是不能清理外形復(fù)雜的金屬工件的表面，如管接頭、管道彎曲處所用的異徑接頭以及其它不能做到使工件待清理表面(陰極)相對(duì)于桿件(陽(yáng)極)作直線進(jìn)給的工件。另外，也不排除因?yàn)殡娀?shù)的變動(dòng)面對(duì)表面造成局部侵蝕。
工件表面的電解清理法已廣為人知。這種清理方法是將金屬工件浸入液態(tài)介質(zhì)，即電解質(zhì)中，在工件(陰極)與專門設(shè)置的陽(yáng)極(也浸入電解質(zhì)中)之間通過(guò)液體介質(zhì)通以電流，這時(shí)，工件是靜止地固定在電解槽理。
盡管采用電解法清理金屬工件表面時(shí)電解質(zhì)可以滲入由各種曲面組成的形狀復(fù)雜的工件上不易接近的表面，但電解清理法仍有下列缺點(diǎn)不能清理金屬工件表面上存在著的不導(dǎo)電膜層，清理速度受到電解槽內(nèi)極為緩慢的電子轉(zhuǎn)移過(guò)程的限制，故生產(chǎn)率很低。除此之外，還必須把通過(guò)電網(wǎng)向工廠供應(yīng)的交流電轉(zhuǎn)換成直流電，而轉(zhuǎn)換時(shí)電能會(huì)有損失。電解過(guò)程本身是很耗能的，其能量利用率低于1%，因?yàn)殡娊夥▎挝划a(chǎn)量的電力消耗值最大，例如，甚至大于機(jī)械方式的清理。
在溶融的鹽與堿中進(jìn)行工件的熱化學(xué)清理的方法也廣泛地為公眾所知。應(yīng)該指出，不但可以在液體介質(zhì)中，也可以在氣體介質(zhì)中實(shí)現(xiàn)熱化學(xué)清理。
熱化學(xué)法清理金屬工件的缺點(diǎn)在于，當(dāng)在加熱到高達(dá)數(shù)百度的熔融的鹽或堿中處理貴重的多元合金牌號(hào)的鋼材的表面時(shí)，工件表層深達(dá)15～80微米處會(huì)因鈦、鉬、鎂等合金元素的損失而破壞其化學(xué)成分。由于因此會(huì)造成抗蝕性能的惡化，所以實(shí)際上使得金屬工件不能再繼續(xù)使用了。此外，熱化學(xué)清理法所用的熔融的鹽的適用范圍都很狹窄，必須根據(jù)工件上污垢的化學(xué)性質(zhì)的不同而選用各種不同組分的鹽類來(lái)進(jìn)行清理。還應(yīng)該指出，該方法只能初步地去除污垢，而金屬工件在以后的使用過(guò)程中將與工藝過(guò)程中所使用的介質(zhì)中的工作物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)而產(chǎn)生復(fù)雜的易熔組織。
所以，在熔融的鹽中清理污垢時(shí)，清理的質(zhì)量不佳，金屬工件表面在化學(xué)成分與幾何形狀方面出現(xiàn)不均勻性，這就大大降低了工件的抗蝕性能，而且，如不進(jìn)一步處理，例如，采用電化學(xué)浸蝕、鈍化及洗滌等等，工件就不能使用。
本發(fā)明的目的是消除上述公知的清理金屬工件表面的方法的缺陷。
本發(fā)明的基本任務(wù)是創(chuàng)立一種多元合金組織的金屬工件的表面清理方法，即在一定的溫度范圍內(nèi)，利用溫度因素與高反應(yīng)性能的液態(tài)介質(zhì)對(duì)被污頸礱嫻墓餐饔美唇星謇懟 所提出的任務(wù)是這樣解決的借助于將金屬工件浸入處于熔融狀態(tài)的工作介質(zhì)來(lái)對(duì)表面進(jìn)行清理。按照本發(fā)明，使用對(duì)氧的親和作用大于對(duì)待清理工件材料的親和作用的熔融的金屬氧化物作為工作介質(zhì)。
所用的熔融的金屬氧化物最好是溫度介于950℃～1250℃之間的熔融的電熔渣。
合理選取的電熔渣組分的重量百分?jǐn)?shù)為CaO45%、AL2O355%。
使用該方法可大大提高生產(chǎn)率，即清理速度，可降低金屬工件單位清理面積的耗電量，減少在去除污垢的同時(shí)工件基體金屬的無(wú)謂損失，減少工件表面層合金元素的損失，從而提高工件的抗蝕能力，並使工件具有可以長(zhǎng)期使用的表面性能，盡可能延長(zhǎng)工件的壽命。
本發(fā)明的要點(diǎn)如下，當(dāng)將金屬工件浸入電熔渣時(shí)，除了由接近金屬工件的電熔渣介質(zhì)吸收和沖洗掉其上的污垢而使其清潔外，還可以隨之提高被處理金屬工件的微觀表面的鈍化程度。此時(shí)，熔渣的溶液起鈍化介質(zhì)的作用，即熔渣熔液在金屬的表面部分產(chǎn)生鈍化作用。改變所使用的熔渣的成分，即可針對(duì)要去除的主要的雜質(zhì)有選擇地使金屬鈍化。
因此，在下限950℃與上限1250℃所限定的溫度范圍中，在具體的實(shí)施例中溫度應(yīng)該低到什么程度，這與被清理金屬工件不同的合金化復(fù)雜程度及其在保管和使用條件下主要的污垢層有關(guān)。
從經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)看來(lái)，在采用上述方法時(shí)使用下限溫度950℃是不合理的，特別是和在熔融的鹽中大批量地清理工件相比，成本更高。
采用上限溫度1250℃受清理任務(wù)本身的限制，因?yàn)殡S著用于多元合金金屬工件電熔渣的反應(yīng)能力的增加，工件本體的表面也將開始熔化。
所以用下述方法進(jìn)行金屬工件表面的清理時(shí)，雖然溫度是很重要的因素，但不能僅僅依靠提高溫度，也要依靠所制成的電熔渣在規(guī)定的溫度條件下其組分與氧有較大的親和力，亦即與金屬工件上待清潔的表層起作用的能力。據(jù)此，對(duì)于處理大批量的合金工件，無(wú)論是溫度范圍還是清理能力，在工藝上最令人滿意，而且對(duì)操作者無(wú)害的電熔渣的組分的重量比百分?jǐn)?shù)應(yīng)為CaO45%，AL2O355%。
在用電熔渣清理時(shí)，由于調(diào)整了金屬表面的物理和化學(xué)方面的不均勻性而使其產(chǎn)生了微觀表面的鈍化，這樣，最終就提高了經(jīng)過(guò)處理的制品的使用性能，首先是抗腐蝕性能和機(jī)械強(qiáng)度。
在清理金屬工件表面時(shí)，電熔渣介質(zhì)不會(huì)與有污垢的工件形成易熔化的組織。
由于實(shí)現(xiàn)了上述作為本發(fā)明基礎(chǔ)的物理-化學(xué)處理過(guò)程，以清理鑄鋼件的生產(chǎn)率為例，中等產(chǎn)量的電熔煉車間的生產(chǎn)量較用機(jī)床進(jìn)行粗加工時(shí)提高了2.2倍，耗電量(計(jì)入運(yùn)輸時(shí)的消耗)降低了18%，而工件在反應(yīng)介質(zhì)中使用的壽命卻增加了1.6倍。
在有襯里的容器里制備具有高反應(yīng)性能和流動(dòng)性的最佳組分的熔渣溶液，其重量的百分?jǐn)?shù)為CaO45%，AL2O355%，並加熱到(例如借助于電弧加熱)950～1250℃。
以鑄件作為待清理的金屬工件的實(shí)例，在電爐熔煉車間澆鑄出鑄件半小時(shí)后，從砂箱中取出鑄件，借助于傳送帶傳送至清理工段，在那里，將鑄件浸入電熔渣浴液並使該工件轉(zhuǎn)動(dòng)，使鑄件的表面均勻地進(jìn)行清理。在電熔渣浴液中的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，停留時(shí)間與溫度是待清理表層的技術(shù)要求、表面的大小及金屬工件的物理-化學(xué)特性的函數(shù)。
然后，工件從電熔渣浴液中取出，轉(zhuǎn)送到下一個(gè)加工工序，例如，塑性變形加工工序去。
電熔渣的成分依在工廠中進(jìn)行熔煉的鋼鑄件的類別與合金化復(fù)雜程度的不同而變化。
實(shí)現(xiàn)電熔渣清理金屬工件的方法不會(huì)出現(xiàn)任何實(shí)際困難，因?yàn)樵陔娙蹮捁S內(nèi)有配制各種組分的液體電熔渣浴液的經(jīng)驗(yàn)，原料都很容易得到(例如CaO和AL2O3)，交流電的供電設(shè)備，進(jìn)給與旋轉(zhuǎn)裝置可以從工廠、拖拉機(jī)站、修理車間與任何使用本方法的其它企業(yè)的常用器材中選用或制造。
下面介紹實(shí)現(xiàn)上述方法的具體實(shí)例例1在襯有耐火磚的容器內(nèi)采用通工頻電流的石墨電極，電源功率為100千伏安，熔化的熔渣成分為45%的CaO與55%的AL2O3，加熱溫度為980℃～1000℃，該溫度用帶金屬罩的熱電偶測(cè)量。
從制造工廠運(yùn)來(lái)的、進(jìn)行清理的工件的表面積為0.064平方米，表面上有在拔長(zhǎng)時(shí)因制造工藝的要求使用潤(rùn)滑劑而形成的玻璃狀的膜，潤(rùn)滑劑的使用量為每平方米160克，氧化膜的量每平方米少于1克。
借助于夾持機(jī)構(gòu)把進(jìn)行清理的工件在電熔渣溫度達(dá)980～1000℃時(shí)浸入該熔融物中，再以0.8米/秒的中等速度將其取出。工件停留在電熔渣內(nèi)的總時(shí)間為2.5～3.0秒。當(dāng)電熔渣清理裝置是單浴槽式時(shí)，在向熔融物中投料的時(shí)期內(nèi)，即當(dāng)浴槽中兼有熔渣制造區(qū)和清理工藝區(qū)時(shí)，為安全起見(jiàn)，應(yīng)將電源切斷。
使用X射線照象法，化學(xué)法和稱重法在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行分析的結(jié)果指出，完全沒(méi)有氧化物的殘跡，上道工序殘留的玻璃狀工藝潤(rùn)滑劑的量降低到原來(lái)的1/33。
根據(jù)用戶在浸蝕性介質(zhì)中使用的結(jié)果，工件的耐用度為在電解槽內(nèi)進(jìn)行清理的工件的1.6倍，能耗降至1/4，而裝置的效率提高了28倍，生產(chǎn)率提高了7倍，從而使操作人員的數(shù)量可以減少到原來(lái)的1/4。
例2按照例1中提出的程序?qū)Ρ砻娣e為0.086平方米的金屬工件表面進(jìn)行處理，該工件在用戶處經(jīng)半年使用(並包括運(yùn)輸及倉(cāng)貯時(shí)間共20天)，表層氧化物量為每平方米20克。其它水垢狀污物量每平米達(dá)60克。
在實(shí)驗(yàn)室中用X射線照象法、化學(xué)法與稱重法進(jìn)行分析的結(jié)果指出，其表面質(zhì)量完全滿足用戶的能源裝置對(duì)該工件的定期檢修與操作性能的要求。工件以0.5～0.6米/秒的送進(jìn)速度開始浸入1150～1180℃的液體電熔渣中，並在其中停留5～6秒來(lái)進(jìn)行清理。
對(duì)工作壽命的檢驗(yàn)指出，經(jīng)過(guò)用電熔渣法檢修的工件，在能源裝置中的使用時(shí)間比新工件的使用時(shí)間增加了1.4倍。
例3將按傳統(tǒng)方法用金鋼石連續(xù)粗車34小時(shí)的待清理的多元合金金屬工件懸掛在陀螺式進(jìn)給機(jī)構(gòu)上。
工件的表面積為0.12平方米，帶有由于熱化學(xué)與化學(xué)-物理原因而形成的復(fù)合污垢膜，總量達(dá)每平方米表面280克。如果加入了氟化物的電熔渣的最低溫度不低于1240～1250℃，清理時(shí)間為50～55秒，而待清理工件的移動(dòng)速度為0.1～0.2米/秒，則可獲得公認(rèn)滿意的清理質(zhì)量。熔融物的溫度通過(guò)電熔渣清理裝置供電電源的有級(jí)變壓來(lái)控制。在電熔渣浴液內(nèi)的停留時(shí)間由進(jìn)給機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速來(lái)控制。
根據(jù)上述這幾個(gè)實(shí)例，可以看出，與公知的諸方法進(jìn)行比較，本發(fā)明的清理金屬工件表面的方法有下列優(yōu)點(diǎn)工作介質(zhì)是中性的;
該方法有通用性;
能同時(shí)清除各種不同形式的污垢而不必改換清理工藝或重復(fù)進(jìn)行幾種清理工藝;
可以清理在侵蝕性環(huán)境中工作的耐超高溫的多元合金金屬;
清理流程的速度快，生產(chǎn)率高而且經(jīng)濟(jì);
工件上有電熔渣再熔煉的表面層，這一表面層不影響工件的整體性能，都可以使工件恢復(fù)其清潔的，使用工藝性能達(dá)到進(jìn)入工作狀態(tài)前的接觸表面;
能源的利用率高;
易于實(shí)施。
在實(shí)現(xiàn)所提出的清理金屬工件表面的方法時(shí)，可以根據(jù)工件合金化的復(fù)雜程度、理化特性、面積及污染程度，通過(guò)綜合改變下述參數(shù)組分、溫度及電熔渣的交流換熱循環(huán)、工件在電熔渣內(nèi)的停留時(shí)間、送進(jìn)速度與待清理工件的起始溫度，有效地調(diào)誶謇砉獺 本發(fā)明的清理金屬工件表面的方法可以用于化工、能源裝置的制備，以及各種機(jī)械制造工業(yè)與冶金工業(yè)中的多元合金工件的制造。
本方法適用于清理多元合金金屬工件，特別是在其剛鑄造好，幾乎完全保有其內(nèi)部積蓄的熱量時(shí)就進(jìn)行電熔渣再熔煉處理。
在工件的工作表面與侵蝕性介質(zhì)相接觸的工業(yè)部門中，本方法特別適用。
因此，本發(fā)明的清理金屬工件的方法可以在所有科學(xué)技術(shù)部門得到應(yīng)用，那些部門中的工件的接觸表面在高溫狀態(tài)下工作時(shí)，要求光潔度特別高，並且經(jīng)久不變。
權(quán)利要求
1.一種將金屬工件浸入處于熔融狀態(tài)的工作介質(zhì)的清理金屬工件表面的方法，其特征是以對(duì)氧的親和作用大于對(duì)被清理的工件材料的親和作用的熔觸的金屬氧化物作為工作介質(zhì)。
2.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征是熔融的金屬氧化物是熔融溫度為950～1250℃的電熔渣。
3.按權(quán)利要求2所述的方法，其特征是電熔渣的組分按重量百分比計(jì)為CaO占45%，AL2O3占55%。
全文摘要
一種清理金屬工件表面的工藝，其內(nèi)容為在對(duì)氧的親和作用大于對(duì)被清理的金屬工件材料的親和作用的熔融金屬氧化物中進(jìn)行清理，其中熔融和金屬氧化物采用溫度為950—1250℃的電熔渣，后者的組成按重量百分比可以是CaO占45％，Al
文檔編號(hào)D02G3/34GK1037935SQ8910268
公開日1989年12月13日 申請(qǐng)日期1989年4月22日 優(yōu)先權(quán)日1985年12月4日
發(fā)明者羅伯特·維克多洛維奇·米尼夫, 尤里·米特羅方諾維奇·普列普爾金, 伊萬(wàn)·安得里維奇·依格納多夫, 奧里吉·阿歷克塞德洛維奇·巴達(dá)茲柯夫 申請(qǐng)人:全蘇國(guó)家工業(yè)動(dòng)力和工業(yè)燃料、電力、熱能科學(xué)研究設(shè)計(jì)院及全蘇動(dòng)力工業(yè)、動(dòng)力資源再生科學(xué)研究所