本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種表面納米化耐蝕鋼筋的連續(xù)加工方法。表面納米化后鋼筋籍由表層的納米晶非平衡組織，在混凝土堿性環(huán)境中的鈍化性能和抗氯離子侵蝕能力得以改善，從而顯著提高了耐蝕性和服役壽命。其加工過程包括：送料輪1提供鋼筋2的自動進(jìn)給；一對高速旋轉(zhuǎn)的鋼絲輪3在鋼筋2表面的重復(fù)刮擦加工。優(yōu)化組合鋼筋送料速度、鋼絲輪的旋轉(zhuǎn)速度、鋼絲與鋼筋表面的接觸程度和加工道次四個主要參數(shù)，籍此大塑性變形實(shí)現(xiàn)鋼筋表面自納米化改性的高效率連續(xù)加工，可獲得厚度≥30μm的納米晶層。本發(fā)明專利技術(shù)生產(chǎn)效率高、工藝操作與設(shè)備要求簡單，所得鋼筋的耐蝕壽命可提升1.5倍以上，其它各項(xiàng)性能與常規(guī)產(chǎn)品保持一致，具有良好的工業(yè)應(yīng)用前景。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種通過高速旋轉(zhuǎn)絲大塑性變形實(shí)現(xiàn)表面納米化耐蝕改性的連續(xù)加工方法，屬于鋼鐵加工
技術(shù)介紹
鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中應(yīng)用最為廣泛的結(jié)構(gòu)形式。隨著跨江海大型橋梁和海港碼頭等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的逐漸開展，混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問題日益凸顯。在影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的眾多因素中，鋼筋銹蝕所導(dǎo)致的混凝土結(jié)構(gòu)劣化最為嚴(yán)重，同時也引起了業(yè)界和政府部門的高度關(guān)注陳肇元，土建結(jié)構(gòu)工程的安全性與耐久性，中國建筑工業(yè)出版社。混凝土中鋼筋銹蝕是材料和環(huán)境因素共同作用的復(fù)雜電化學(xué)腐蝕過程。一般情況下，鋼筋在混凝土高堿性條件下表面可形成致密的鈍化膜而免被侵蝕。但在氯離子的侵蝕介質(zhì)的作用下，鋼筋將會活化破鈍，最終導(dǎo)致銹蝕失效。一般而言，鋼筋銹蝕可大致分為三個階段維鈍階段、活化破鈍階段和腐蝕擴(kuò)展階段Xianming Shi, Construction andBuilding Materials, 2012, 20:125。其中維鈍階段時間由混凝土中侵蝕介質(zhì)的傳輸速度和鋼筋自身耐蝕性共同決定，其占鋼筋全壽命的時間最長，加強(qiáng)鈍化效果以延長維鈍時間即可顯著增加鋼筋壽命S. M. Abd Ei Haleem, Corrosion Science, 2010, 52:3875鋼筋一旦破鈍化后，腐蝕反應(yīng)發(fā)展迅速，腐蝕產(chǎn)物膨脹引起混凝土保護(hù)層出現(xiàn)縱筋開裂，加速鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)失效。在給定的外部環(huán)境和混凝土條件下，要延長鋼筋的維鈍時間，鋼筋自身的耐蝕性就顯得尤為重要。因此，新型耐蝕鋼筋的研究開發(fā)和應(yīng)用，對提高鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性十分重要。國內(nèi)外對耐蝕鋼筋的研發(fā)主要有兩個思路一種是合金化耐蝕鋼筋，以提高鋼筋整體的耐蝕性；另一種是表面涂鍍層鋼筋，以隔絕侵蝕介質(zhì)或提供陰極保護(hù)M. C.Garcia-Alonso, Cement and Concrete Research, 2007, 37:1463。合金耐蝕鋼筋,尤其是含大量Cr-Ni元素的不銹鋼鋼筋具有很高的耐氯離子侵蝕能力，但生產(chǎn)成本甚高。環(huán)氧涂層鋼筋和熱浸鍍鋅鋼筋等表面涂鍍層鋼筋，涂鍍層自身的老化/腐蝕問題使得此類耐蝕鋼筋的壽命仍然有限。由此可見，研發(fā)低成本長壽命的耐蝕鋼筋迫在眉睫。眾所周知，鋼筋腐蝕在表面萌生并逐漸向心部擴(kuò)展，而鋼筋耐蝕性又主要取決于其在混凝土中的鈍化效果。由此可以推斷，鋼筋表層的顯微組織耐蝕性將很大程度上決定鋼筋使用壽命。因此，采用簡單而有效的加工方法對鋼筋進(jìn)行表面改性，調(diào)整鋼筋的表層組織狀態(tài)以提高其鈍化效果和耐蝕性，將是一種有益的嘗試。納米材料，因其特異的物理/化學(xué)性能，一直以來是材料界的研究熱門。現(xiàn)有的表面改性技術(shù)，通過機(jī)械、物理、化學(xué)等方法，已可實(shí)現(xiàn)金屬材料表面組織納米化，使材料表面具有較本體更優(yōu)的工作性能。表面納米化改性的金屬工件，其表層強(qiáng)韌性、硬度和耐磨性均顯著提高，但耐蝕性變化較為復(fù)雜。王福會等人研究指出，表面納米化后活性金屬耐蝕性降低，而鈍性金屬材料在納米晶的高能非平衡組織作用下，表面更易形成耐鈍化膜，有利于其耐蝕性的提高李瑛，王福會，腐蝕與防護(hù)，2003，24:6。由上述可見，通過表面納米化改性有望改善鋼筋在混凝土中的鈍化行為和鈍化膜的穩(wěn)定性，從而延長其使用壽命。就目前而言，在傳統(tǒng)粗晶材料(晶粒尺寸> IOym)上獲得納米結(jié)構(gòu)表層有3種基本方式表面涂層或沉積、表面自納米化和復(fù)合納米化方式K. Lu, Materials Science andEngineering:A,2004, 375-377: 38。表面涂層和沉積制備的材料往往存在著表層與基體之間以及表層納米顆粒之間結(jié)合力不足的問題，而復(fù)合納米化技術(shù)是將表面納米化技術(shù)與化學(xué)處理相結(jié)合，工藝過程較為復(fù)雜。表面自納米化主要特征在于可在表面形成納米晶-亞微米晶梯度改性層，且納米結(jié)構(gòu)表層與基體之間沒有明顯的界面，處理前后工件外形尺寸基本不變。以往復(fù)大塑性變形(severe plastic deformation, SPD)為主要手段的表面機(jī)械處理技術(shù)是實(shí)現(xiàn)材料表面自納米化的主要途徑之一，此類方法通過晶粒碎化和應(yīng)變誘導(dǎo)相變的方式達(dá)到表層組織超細(xì)化，獲得納米晶-亞微米晶梯度改性層。表面機(jī)械處理納米化改性方法主要包括表面機(jī)械研磨法、超聲噴丸法、氣動噴丸法、旋轉(zhuǎn)滾壓塑性變形法、超聲表面沖擊法、超音速顆粒轟擊法、高速旋轉(zhuǎn)絲變形法等劉剛，鋼鐵研究學(xué)報，2011，23:1]高家誠，功能材料，2010，5 (41) : 741。上述的這些方法，一般只能在小工件的規(guī)則表面上實(shí)現(xiàn)納米化改性，而高速旋轉(zhuǎn)絲變形法(High-speed rotation wire-brushing deformation, HRffD)則具有優(yōu)異的適形性，可對帶肋鋼筋之類具有復(fù)雜表面的工件實(shí)現(xiàn)表面納米化改性。高速旋轉(zhuǎn)絲變形法是在室溫下利用高速旋頭驅(qū)動鋼絲輪高速旋轉(zhuǎn)，同時以一定速度沿樣品縱向運(yùn)行，使旋轉(zhuǎn)絲高速刮擦樣品表面，導(dǎo)致外加載荷不斷重復(fù)作用于樣品表面層。樣品表層組織在再結(jié)晶溫度下產(chǎn)生強(qiáng)烈的彈、塑性變形，誘發(fā)表面組織自納米化。此方法設(shè)備簡單、安全易操作，生產(chǎn)效率高，成本低、無污染，高效節(jié)能，是環(huán)保型的工藝技術(shù)。可以相信，根據(jù)高速旋轉(zhuǎn)絲變形原理，只需根據(jù)鋼筋外形特征設(shè)計(jì)出合適的鋼絲輪加工裝置并添加自動送料功能，即有望實(shí)現(xiàn)鋼筋表面納米化改性連續(xù)加工，制備出低成本長壽命的表面納米化耐蝕鋼筋。 三
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是開發(fā)一種長壽命低成本的表面納米化耐蝕鋼筋，并提供其表面納米化改性的高效率連續(xù)加工方法，藉此在不改變鋼筋其它各項(xiàng)性能的前提下，大幅度提升氯鹽侵蝕混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的耐蝕性和服役壽命。本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題是，開發(fā)通過高速旋轉(zhuǎn)絲大塑性變形實(shí)現(xiàn)鋼筋表面自納米化連續(xù)加工方法，優(yōu)化組合鋼筋送料速度、鋼絲輪的旋轉(zhuǎn)速度、鋼絲與鋼筋表面的接觸程度和加工道次這四個主要工藝參數(shù)，調(diào)控鋼筋表層組織制備納米晶/超細(xì)晶梯度改性層以提高鋼筋鈍化效果，從而實(shí)現(xiàn)其在氯鹽侵蝕混凝土結(jié)構(gòu)中耐蝕性和服役壽命的大幅度提升。本專利技術(shù)的具體方案如下 ，其特征在于對自動進(jìn)給鋼筋表面進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)絲大塑性變形實(shí)現(xiàn)自納米化的連續(xù)加工，其基本原理如圖1所示，具體加工過程包括如下步驟(1)以普通螺紋鋼筋或光圓鋼筋為原材料，利用兩組以上送料輪I實(shí)現(xiàn)鋼筋2的自動進(jìn)給，同時滿足加工過程中鋼筋的剛性要求；(2)利用一組以上高速旋轉(zhuǎn)的鋼絲輪3，在鋼筋2表面進(jìn)行重復(fù)刮擦加工，利用大塑性變形誘發(fā)鋼筋表層組織自納米化，同時去除鋼筋氧化皮。所述的鋼筋送料速度為5-lOmm/s可調(diào)，以控制單位時間內(nèi)鋼筋表面的累積應(yīng)變量和加工速度；所述的鋼絲輪轉(zhuǎn)速為5000-12000r/min可調(diào)，以控制單位時間鋼絲與鋼筋表面的刮擦加工次數(shù)；鋼絲輪軸與待加工鋼筋表面的距離可調(diào)，以控制鋼絲與鋼筋表面的接觸程度及其外加載荷量；根據(jù)改性層厚度的實(shí)際需求，調(diào)整鋼筋表面納米化改性的加工次數(shù)；優(yōu)化組合鋼筋送料速度、鋼絲輪的旋轉(zhuǎn)速度、鋼絲與鋼筋表面的接觸程度和加工道次這四個參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)鋼筋表面納米化改性的高效率連續(xù)加工，最終獲得的表面納米化鋼筋其表面無氧化皮覆蓋，表層為納米晶/超細(xì)晶梯度改性層，其中外表層為厚度^ 20 μ m、晶粒尺寸彡IOOnm的納米晶層，亞表層為厚度> IOym0藉此改性層的高本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種表面納米化耐蝕鋼筋的連續(xù)加工方法，其特征在于：包括如下步驟：（1）?以普通螺紋鋼筋或光圓鋼筋為原材料，利用兩組以上送料輪1實(shí)現(xiàn)鋼筋2的自動進(jìn)給，同時滿足加工過程中鋼筋的剛性要求；（2）利用一組以上高速旋轉(zhuǎn)的鋼絲輪3，在鋼筋2表面進(jìn)行重復(fù)刮擦加工，利用大塑性變形誘發(fā)鋼筋表層組織自納米化，同時去除鋼筋氧化皮；所述送料輪1的送料速度為5?10mm/s可調(diào)，以控制單位時間內(nèi)鋼筋表面的累積應(yīng)變量和加工速度；所述鋼絲輪3的轉(zhuǎn)速為5000?12000r/min可調(diào)，以控制單位時間鋼絲與鋼筋表面的刮擦加工次數(shù)。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種表面納米化耐蝕鋼筋的連續(xù)加工方法，其特征在于包括如下步驟(1)以普通螺紋鋼筋或光圓鋼筋為原材料，利用兩組以上送料輪I實(shí)現(xiàn)鋼筋2的自動進(jìn)給，同時滿足加工過程中鋼筋的剛性要求；(2)利用一組以上高速旋轉(zhuǎn)的鋼絲輪3，在鋼筋2表面進(jìn)行重復(fù)刮擦加工，利用大塑性變形誘發(fā)鋼筋表層組織自納米化，同時去除鋼筋氧化皮； 所述送料輪I的送料速度為5-lOmm/s可調(diào)，以控制單位時間內(nèi)鋼筋表面的累積應(yīng)變量和加工速度； ...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：宋丹，馬愛斌，江靜華，朱程承，
申請(專利權(quán))人：河海大學(xué)，常州市河海科技研究院有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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