一种耐高温高压的凹凸面法兰及其加工工艺的制作方法
- 国知局
- 2024-12-06 12:14:12
本发明涉及法兰加工,具体为一种耐高温高压的凹凸面法兰及其加工工艺。
背景技术:
1、法兰,又叫法兰凸缘盘或突缘,是一种轴与轴之间相互连接的零件,可用于端口之间的连接,也可用于两个设备间的连接。
2、中国专利cn112813358a公开了一种用于法兰的材料及其制备方法,原料包括铁或铜的至少一种、碳、硫化锰、钼粉。
3、但钼粉是一种稀有金属粉末,价格较高,长期在高温下使用会发生蠕变现象,导致法兰尺寸变化,影响其性能,且硫化锰在湿空气中容易被氧化,长期在特定环境中使用可能会影响法兰性能。因此,我们提出一种耐高温高压的凹凸面法兰及其加工工艺。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种耐高温高压的凹凸面法兰及其加工工艺,以解决上述背景技术中提出的问题。
2、为了解决上述技术问题,本发明提供如下技术方案:一种耐高温高压的凹凸面法兰,包括以下成分:以质量百分比计,18.0%~20.0%的铬,0.65%~0.75%的碳,1.0%~1.50%的锰,0.5%~0.75%的硅,8.0%~10.5%的镍,磷:≤0.03%,硫:≤0.02%,0.10%~0.16%的氮,2.0%~3.0%的钼,余量为铁。
3、在上述技术方案中,铬可在钢中形成铬化合物,这些化合物可以提高钢的硬度和强度,降低钢的氧化速度,使钢的性能不易受到高温氧化的影响,铬还能改善钢的晶粒度和晶界清晰度,使钢的组织更加均匀,从而提高其机械性能。碳能形成固溶体组织,提高钢的强度,同时形成碳化物组织,可提高钢的硬度及耐磨性,高碳钢含碳量较高,具有较高的硬度和强度。锰能形成硬质的间质化合物,提高钢的强度和硬度,同时提高钢的韧性,改善冷作硬化性能,有效抑制钢的碳化倾向,并提高钢的热处理性能。硅在提高钢的强度、硬度和韧性的同时,还能降低钢的冷脆倾向,改善钢的热刚性和耐热性,合适的硅含量能够有效降低钢的氧化速度,提高材料的高温稳定性。镍可以显著提高钢材的屈服强度和抗拉强度,还能改善钢材的塑性,此外,镍与铁的化学亲和力较小,可以降低钢材的电位,增强钢材对腐蚀的抵抗能力。适量的磷可以提高钢的硬度和强度,但过量的磷会降低钢的可塑性和韧性。适量的硫可以提高钢的切削性和加工性能,但过量的硫会降低钢的韧性和塑性,使其更容易产生热裂纹。氮可以使钢材中的晶界变细并形成氮化物相,从而有效提高钢材的硬度和韧性,氮化物的热稳定性高,在高温环境下也能保持一定的强度和硬度。钼可以提高碳钢的强度、刚性、耐热性和耐腐蚀性,还能有效防止钢的晶间腐蚀和变形。铁与碳元素结合形成各种碳化物,从而提高钢的硬度、强度、抗磨性。通过碳含量和合金元素的配合,提高了钢的硬度和强度,使钢的性能不易受到高温氧化的影响,还能提高钢材的屈服强度和抗拉强度,使得法兰材料具有高强度、塑性和热机械性能,所制法兰对高温、高压具有良好抗性。
4、进一步的,所述凹凸面法兰的表面设置有防腐涂层。
5、一种耐高温高压的凹凸面法兰的加工工艺,包括以下步骤:
6、将钢材熔炼成型,得到法兰粗产品,将防腐涂层涂抹在经过表面处理的法兰粗产品上,经过烘干,固化,得到耐高温高压的凹凸面法兰。
7、进一步的,烘干温度为70~80℃,时间为15~20min;
8、固化温度为115~125℃,时间为3.5~5min。
9、进一步的,熔炼成型的工艺如下:
10、对钢材进行熔炼,熔化后浇注进凹凸面法兰铸模中,保温40~50min后脱模入坑缓冷,45~50h后出炉,得到法兰粗产品。
11、进一步的,熔炼温度为1490~1540℃;
12、法兰铸模预热至290~310℃,浇注温度为1490~1510℃。
13、进一步的,入坑缓冷工艺条件如下:
14、缓冷时间36~48h,出坑温度150~200℃。
15、进一步的,表面处理的具体工艺如下:
16、将法兰粗产品放入除锈剂中浸泡1~2h,将除锈后的法兰用清水清洗,再进行超声波水洗,再烘干得到表面处理后的法兰。
17、进一步的,超声水洗频率为20~30hz,时间为0.5~1h。
18、进一步的,除锈剂型号:xs-533,来源于上海欣胜化工新材料有限公司。
19、进一步的,所述防腐涂层由改性氧化铈、聚苯胺、水性环氧树脂、二硫化钼复合材料混合制成,具体工艺如下:
20、将改性氧化铈、聚苯胺、水性环氧树脂、二硫化钼复合材料混合并加入去离子水,搅拌0.8~1.2h后,加入固化剂,继续搅拌20~30min,静置至无气泡,得到防腐涂层。
21、进一步的,改性氧化铈、聚苯胺、水性环氧树脂、二硫化钼复合材料、固化剂、去离子水质量比为(0.1~0.5):2:2:(1~3):1:(0.6~1)。
22、进一步的,聚苯胺cas号:5612-44-2,来源于湖北隆信化工实业有限公司;
23、水性环氧树脂cas号:38891-59-7,粘度:500~3000mpa·s,来源于广州碳华材料有限公司;
24、固化剂为2,4,6-三(二甲基氨基甲基)苯酚,cas号:90-72-2,胺值:600~630mgkoh/g,来源于新典化学。
25、进一步的,改性氧化铈由氧化石墨烯、氧化铈制得,具体工艺如下:
26、将氧化石墨烯、氧化铈、柠檬酸混合,置于磁力搅拌器上加热搅拌,得到混合物,将混合物置于干燥箱干燥,再用马弗炉煅烧,得到改性氧化铈。
27、进一步的,氧化石墨烯、氧化铈、柠檬酸质量比为(1~5):(1~4):20。
28、进一步的,柠檬酸以水溶液的形式加入,溶液浓度为0.6mol/l;柠檬酸cas号:77-92-9,来源于苏州仁品化工科技有限公司。
29、进一步的,氧化石墨烯厚度0.55~1.2nm,直径0.5~3μm,货号:102740,来源于北京德科岛金科技有限公司;
30、氧化铈粒度15μm,来源于淄博市荣瑞达粉体材料厂。
31、进一步的,搅拌时温度为160~200℃,搅拌时间为80~100min;
32、干燥箱温度为90~100℃,时间为20~24h;
33、煅烧温度为480~500℃,时间为0.8~1h。
34、在上述技术方案中,氧化铈对金属有缓蚀作用,但容易团聚,致密性不强,添加氧化石墨烯,能在提高氧化铈颗粒的分散稳定性以及相容性的同时,进一步增强涂层的致密性,阻止腐蚀介质对涂层的渗入。聚苯胺对金属有钝化作用,能延缓腐蚀,聚苯胺与水性环氧树脂形成更强的化学界面,提高了涂层的阻隔性能。
35、进一步的,所述二硫化钼复合材料由二硫化钼、石墨烯组成,具体工艺如下:
36、将石墨烯与去离子水混合,超声处理1.5~2h,再加入四水合钼酸铵、硫脲和十六烷基三甲基溴化铵,得到混合溶液,超声处理0.5~1h,超声过程中搅拌混合溶液,用浓盐酸调节ph至0.5~1,将混合溶液转移至反应釜中,置于烘箱中加热,对反应后的溶液进行离心处理,后用去离子水洗涤3次,得到前驱体溶液,将前驱体溶液放入低温冰箱中进行预冻处理,完成后放入真空冷冻干燥机中处理,得到二硫化钼复合材料。
37、进一步的,石墨烯、去离子水、四水合钼酸铵、硫脲、十六烷基三甲基溴化铵质量比为(0.03~0.05):(10~16):(0.5~1):(1~3):(0.02~0.05)。
38、进一步的,烘箱温度为200~240℃,加热时间为20~24h;
39、低温冰箱温度为-10~-20℃,预冻处理时间为10~15h;
40、真空冷冻干燥机温度为-50~-60℃,时间为8~12h。
41、进一步的,石墨烯cas号:7440-44-0,厚度1~6nm,来源于江苏先丰纳米材料有限公司;
42、四水合钼酸铵cas号:12054-85-2,来源于广东翁江化学试剂有限公司;
43、硫脲cas号:62-56-6,来源于青州市金汇化工厂;
44、十六烷基三甲基溴化铵cas号:57-09-0,来源于湖北雅迈德生物医药有限公司;
45、浓盐酸cas号:7647-01-0,来源于默克试剂。
46、在上述技术方案中,二硫化钼易发生团聚,在涂层中的分散稳定性降低,且二硫化钼表面较多的悬键使其在摩擦过程、高温环境中容易氧化,通过冷冻干燥法将石墨烯负载在二硫化钼上,提高了二硫化钼的分散稳定性,还有利于防止二硫化钼在摩擦期间氧化,使得制备出的复合材料具有更好的减磨、抗磨性能。
47、与现有技术相比,本发明所达到的有益效果是:
48、1、氧化铈本身对金属有缓蚀作用,但容易团聚,致密性不强,在环氧树脂中的分散性和相容性较差,添加氧化石墨烯,能在提高氧化铈颗粒的分散稳定性和相容性的同时,增强涂层的致密性,还能阻止腐蚀介质对涂层的渗入。聚苯胺自身对金属有钝化作用,能够延缓腐蚀,水性环氧树脂的加入形成了更强的化学界面,提高了涂层的阻隔性能。
49、2、通过冷冻干燥法将石墨烯负载在二硫化钼上,能提高二硫化钼的分散稳定性,改善了二硫化钼易团聚的缺点,还有利于防止二硫化钼在高温环境、摩擦过程中氧化,使制得的复合材料具有更好的减磨、抗磨性能,进一步提高其润滑性能。
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