本發(fā)明涉及一種鉭、鉭鈮合金或鉭鈮鎢合金噴絲頭的表面處理方法。
背景技術(shù):
噴絲頭是化纖紡織企業(yè)的重要紡絲基礎(chǔ)原件,其質(zhì)量的好壞直接影響到化纖紡絲機(jī)的機(jī)械性能。制造噴絲頭的材料主要有金-鉑(au-pt)、鉭等材料,要求噴絲頭具有高硬度、高耐磨性、表面粗糙度好、有良好的可紡性。由于噴絲頭是長(zhǎng)期在強(qiáng)酸強(qiáng)堿環(huán)境中工作,要求其有很強(qiáng)的抗腐蝕能力,由于金鉑噴絲頭價(jià)格昂貴,國(guó)內(nèi)企業(yè)用鉭噴絲頭表面滲氮或鉭噴絲頭預(yù)先表面滲氮在陽(yáng)極氧化處理,但經(jīng)過(guò)陽(yáng)極氧化處理的噴絲頭孔道粗糙度降低,使噴絲頭的可紡性和使用不如金鉑噴絲頭,也有廠家滲氮后在表面生成一層鉭酸鋰膜,這樣使得噴絲頭的硬度提高并經(jīng)融鹽反應(yīng)后表面粗糙度稍好于滲氮并陽(yáng)極氧化的噴絲頭,但其抗腐蝕能力還是不如金鉑合金的噴絲頭。
噴絲頭在設(shè)計(jì)合理的情況下,判別噴絲頭的質(zhì)量好壞,使用壽命的長(zhǎng)短主要有如下幾個(gè)因素:
1、噴絲頭孔道和出絲面必須光滑,孔口必須無(wú)缺口、無(wú)毛刺等缺陷,孔圈距、間距必須滿足設(shè)計(jì)要求。
2、必須要有足夠的硬度和強(qiáng)度,使噴絲頭表面有較強(qiáng)的抗變形和抗劃傷能力。
3、由于在強(qiáng)酸強(qiáng)堿環(huán)境中工作,材質(zhì)必須要求有很強(qiáng)的抗腐蝕性。
人們一直在研究怎樣提高噴絲頭的可紡性,延長(zhǎng)噴絲頭的使用壽命降低噴絲頭的生產(chǎn)成本。與噴絲頭長(zhǎng)期在強(qiáng)酸強(qiáng)堿的環(huán)境中工作,在30年前一直是用造價(jià)比較昂貴的金鉑合金材料來(lái)做噴絲頭,由于造價(jià)高,硬度低,抗劃傷能力也相應(yīng)降低,并且不好管理。人們開始用鉭材料來(lái)做噴絲頭,但鉭材硬度很低,需要在鉭材上研究一種提高硬度的表面處理方法,經(jīng)過(guò)不斷研究人們開始用滲氮處理的方法來(lái)提高鉭噴絲頭的硬度,在低真空下滲氮能使鉭噴絲頭表面硬度提高至hv700左右,但可紡性還是不如黃鉑合金噴絲頭,后來(lái)又有人們?cè)阢g噴絲頭表面生成鉭酸鋰膜,這種硬度在hv400左右,由于有比較合適的電極電位,使得噴絲頭可紡性比直接滲氮的鉭噴絲頭要好一些,近兩年人們研究出在鉭噴絲頭表面滲氮后在生成鉭酸鋰膜,滲氮會(huì)孔道粗糙度降低,生成鉭酸鋰膜后,硬度在hv500-600,會(huì)比直接在鉭噴絲頭表面生成鉭酸鋰膜的粗糙度會(huì)好一些,所以可紡性比前者都會(huì)好一些,但使用一段時(shí)間后會(huì)出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象,在可紡性和使用壽命方面還是不能取代金鉑合金噴絲頭。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足,提供一種鉭、鉭鈮合金或鉭鈮鎢合金噴絲頭的表面處理方法。
為了達(dá)到上述目的,本發(fā)明提供的技術(shù)方案為:
所述鉭、鉭鈮合金或鉭鈮鎢合金噴絲頭的表面處理方法包括如下步驟:
(1)將鉭、鉭鈮合金或鉭鈮鎢合金材料做成噴絲頭;
(2)將噴絲頭的表面拋光后進(jìn)行清洗并烘干;
(3)將經(jīng)過(guò)步驟(2)處理的噴絲頭放入真空爐內(nèi)進(jìn)行氮碳共滲處理,使噴絲頭表面形成
氮碳層;
(4)將經(jīng)過(guò)步驟(3)處理的噴絲頭清洗并烘干,然后放入由硝酸鹽組成的熔融鹽浴中,
用電化學(xué)方法在噴絲頭表面鍍鉭酸鋰膜;
(5)將鉭酸鋰膜拋掉,在噴絲頭表面留下氮碳層和鍍鉭酸鋰膜時(shí)產(chǎn)生的過(guò)渡層。
優(yōu)選地,步驟(2)所述的表面拋光是將噴絲頭表面的粗糙度拋至0.02μm以上。
優(yōu)選地,步驟(3)所述的氮碳共滲處理是將爐內(nèi)抽真空至真空度為5×102—8×102pa,升溫至450—900℃,優(yōu)選為850-900℃,保溫0.5—4h后加入乙炔和氮?dú)猓鲆胰埠偷捏w積比為(2—5.5):1,然后冷卻待爐內(nèi)溫度降至100℃以下時(shí)取出噴絲頭。
優(yōu)選地,步驟(4)所述硝酸鹽為硝酸鋰,或硝酸鋰和硝酸鉀的混合溶液。
優(yōu)選地,步驟(4)所述的電化學(xué)方法是將熔融鹽浴升溫至400—600℃,控制電壓為1—30v,控制電流密度為1—800ma,恒壓0.5—5h,優(yōu)選為1—5h。
優(yōu)選地,在步驟(4)所述的電化學(xué)方法鍍膜是采用磁攪拌。
下面結(jié)合原理對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明:
試驗(yàn)表明,氮碳共滲時(shí)間越長(zhǎng),深層越深硬度越高,但會(huì)使得鍍膜時(shí)表面的碳原子與溶液里的氧產(chǎn)生反應(yīng),所以要適當(dāng)控制氮碳共滲時(shí)間,噴絲頭表面有一層氮碳層后,會(huì)使得膜層增長(zhǎng)緩慢,所以時(shí)間要比鉭基體的噴絲頭要長(zhǎng)溫度要高,才能得到可紡性優(yōu)良的膜層。
鉭在真空下400℃以上開始吸氮,但鉭要在800℃才能吸碳,所以溫度控制在850-900℃比較合適,溫度再高會(huì)使得鉭基體的晶粒長(zhǎng)達(dá),光潔度降低。
在鍍膜時(shí),溶液的溫度是關(guān)鍵因素之一,溫度越高反應(yīng)速度越快,膜層厚度就越不易控制,使得膜層增長(zhǎng)不均勻,晶粒偏粗,因此鍍膜溫度最好不超過(guò)600℃。生成膜層的電壓也是關(guān)鍵因素之一,電壓升高反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng),過(guò)渡層會(huì)增厚(過(guò)渡層在金屬里面,是鉭酸鋰膜成長(zhǎng)時(shí)產(chǎn)生的,過(guò)渡層含有金屬、氮碳和鉭酸鋰三種成分的混合),使其硬度、膜層、強(qiáng)度、絕緣性增加,于此同時(shí)膜層的晶粒也會(huì)增加,這樣會(huì)降低膜層的光潔度,使其可紡性下降。降低溶液溫度和降低電壓,這樣反應(yīng)速度降低,會(huì)使得膜層增長(zhǎng)緩慢、膜層變薄,膜層光潔度上升,但硬度、強(qiáng)度等都會(huì)降低。所以提高膜層光潔度采用磁攪拌方法比較合適。
在溫度400-600℃之間,電壓1-30v,采用磁攪拌裝置放入溶液里,使溶液產(chǎn)生振動(dòng),使溶液的反應(yīng)溫度和溶液成分更加均勻,使其溶液里的空氣不斷排出。這樣生成的膜層更加結(jié)實(shí)牢固,膜層晶粒也更加細(xì)膩,提高了表面光潔度和可紡性。
本發(fā)明的鉭及鉭合金噴絲頭的表面處理方法,采用氮碳共滲技術(shù),首先在加工好的噴絲頭表面進(jìn)行氮碳共滲處理,然后放入熔融鹽(硝酸鋰和硝酸鉀)浴里加直流電壓,使其生成適合噴絲頭使用的一層鉭酸鋰膜,使其硬度在原來(lái)的hv400-600提高到hv600-1200,提高了hv200-600左右,顯著提高了噴絲頭的硬度、耐磨性、抗劃傷和抗磨性,并大大提高了噴絲頭的使用壽命和紡絲的產(chǎn)品質(zhì)量。
總之,本發(fā)明通過(guò)在鉭噴絲頭表面氮碳共滲后再生成鉭酸鋰膜的方法,使得碳大幅進(jìn)入噴絲頭表面,不僅可以大幅提高硬度,最關(guān)鍵碳對(duì)強(qiáng)酸強(qiáng)堿不產(chǎn)生反應(yīng),大大增加了噴絲頭對(duì)強(qiáng)酸強(qiáng)堿的抗腐蝕能力,從而噴絲頭的抗劃傷能力和可紡性,提高紡絲質(zhì)量,從而真正的取代黃鉑合金噴絲頭,大大降低生產(chǎn)成本。
具體實(shí)施方式
所述鉭、鉭鈮合金或鉭鈮鎢合金噴絲頭的表面處理方法包括如下步驟:
(1)將鉭、鉭鈮合金、鉭鈮鎢合金片加工成噴絲頭,直徑為ф16,微孔數(shù)量為2100孔,微孔孔徑為0.058±0.001mm;
(2)將噴絲頭表面的粗糙度拋光至0.02μm以上噴絲頭的表面拋光后進(jìn)行清洗并烘干;
(3)氮碳共滲:采用武漢生產(chǎn)的ldmc-75fc-2型離子氮碳共滲爐,將步驟(2)制作的噴絲頭做陰極,爐溫升溫至500-700℃,保溫1-3h,加入乙炔和氮?dú)猓獨(dú)夂鸵胰驳谋壤秊?2-5.5):1。真空冷卻至100℃取出,測(cè)得氮碳共滲后噴絲頭的硬度為hv300-600,使得噴絲頭表面含有一層氮碳層,內(nèi)部為鉭基體層;
(4)鍍膜:將經(jīng)過(guò)步驟(3)處理的噴絲頭清洗并烘干,然后放在400-600℃熔融硝酸鋰溶液里,加1-30v電壓,恒壓1-5小時(shí),制得表面含有碳酸鋰膜的膜層,使其鍍膜后孔徑為0.055±0.001mm;
(5)拋光:將噴絲頭出絲面的鉭酸鋰膜層拋掉,留下氮碳層和鍍鉭酸鋰膜時(shí)產(chǎn)生的過(guò)渡層,實(shí)際測(cè)得噴絲頭的硬度為hv600-780。