高耐磨抗剥落腐蚀型铝合金桥梁支座球冠衬板的制备方法

本发明属于桥梁支座球冠，更具体地，涉及高耐磨抗剥落腐蚀型铝合金桥梁支座球冠衬板的制备方法。

背景技术：

1、随着国内已建和在建的铁路线路稳步提速，以及沿海高氯离子环境的沿海铁路的规划和建设，对建设铁路桥梁系统的安全性和稳定性提出了更高的要求。同时沿海各高速公路桥梁、过江跨海大桥的桥墩梁也需要大量使用桥梁支座来支撑桥梁，维持桥梁系统的稳定性。桥梁支座是连接桥梁上部结构和下部结构的重要部件,其质量和性能将直接影响到整座桥梁的实用性和耐久性。通常桥梁支座设计的使用寿命和桥梁主体的使用寿命为同寿命设计，球冠衬板作为桥梁支座的核心部件，其与耐磨板配合，起到关节的作用，以适应桥梁的竖向承载、温度位移、转角等要求。

2、传统的桥梁支座的球冠衬板常常在球冠基板凸球面焊接包覆不锈钢板或者镀铬后，与耐磨材料组合形成摩擦副，球冠基板为q355钢板或锻件或铸钢。采用球冠基板凸球面焊接包覆不锈钢板存在如下问题：

3、(1)不锈钢板经压力成型成球型后，与球冠衬板焊接，存在球冠基板与不锈钢板间存在空鼓、不密贴的情况，同时焊接工艺复杂，产品质量的一致性和稳定性难以把控。(2)球冠基板与不锈钢板焊缝易生锈影响桥梁支座的耐久性。(3)特别是对于大吨位球型支座其球面不锈钢板尺寸可能超出了常规尺寸，定制非标尺寸价格贵，超出非标尺寸极有可能无法采购，只能采用拼接方式，拼接工艺复杂，同时拼接质量影响球面成型轮廓度。同时球面不锈钢板成型模具成本将极高。

4、采用镀铬的方式同样存在如下问题：

5、(1)球冠衬板为球面镀铬时，其铬层厚度不均。(2)则镀铬件边缘区域铬层容易产生气孔和脱落，气孔和脱落处易发生电化学反应，导致球冠衬板基板腐蚀，(3)镀铬为高耗能产业，也会产生严重的环境污染问题。

6、为了解决上述问题，因铝合金具备重量轻、易机加工、耐腐蚀、无需包覆不锈钢、无需镀铬处理、机加工性能好等优点，其制备的球冠衬板与耐磨板之间具有摩擦系数低，磨耗小，可以采用一种新的铝合金材料制备球冠衬板替代传统的焊接包覆不锈钢板和镀铬的方式。但常规铝合金具有偏软硬度较低耐摩擦性较差、耐氯离子抗剥落性腐蚀能力较差的缺点。而桥梁支座球冠衬板长期处于高压高摩擦高腐蚀的服役环境中，这对制备球冠衬板材料的性能提出了极高的要求，要求合金材料具有高的强度高的硬度高耐磨性、以及高韧性和高抗疲劳性能、高抗剥落腐蚀的性能。因此，亟待提对铝合金的合金成分、合金冶炼过程、铝合金球冠衬板制备过程进行新的设计和改进，提高铝合金的硬度耐磨性、耐氯离子抗剥落腐蚀等方面的性能，开发出一种高耐磨抗剥落腐蚀型铝合金桥梁支座球冠衬板及其制备方法，逐步取代传统的球面焊接包覆不锈钢板或镀铬的球冠衬板。

技术实现思路

1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种高耐磨抗剥落腐蚀型铝合金桥梁支座球冠衬板的制备方法，添加了少量的合金化元素zr,zr元素可以与其他合金化元素如cr、ti、al等元素共同作用，在铝合金的表面生成一层致密的氧化物，该致密的氧化物可以有效地抵抗高盐雾环境中的cl-的对高致密的钝化膜层的侵蚀和破坏。此外，添加的合金化元素zr、cr、ti、si、mg等元素在经过热轧变形、固溶淬火、时效等处理过后，析出细小弥散的强化析出相，使铝合金的强度得到极大地提高，铝合金同时保持高的韧性；同时因为经固溶时效热处理过后，可以有效地抑制这些细小弥散固溶强化析出相在铝合金的晶界位置处富集长大成连续网络状导致铝合金的耐蚀性降低，固溶淬火时效热处理可以有效地提高铝合金桥梁支座球冠衬板的抗剥落性腐蚀性能，从而使经该过程处理后的铝合金桥梁支座球冠衬板具有高的抗剥落性腐蚀性能。

2、为实现上述目的，本发明提出了一种高耐磨抗剥落腐蚀型铝合金桥梁支座球冠衬板的制备方法，包括以下步骤：

3、(1)铝合金原材料的准备：将铝合金的各组分按100wt％的质量分数分别进行称量配料；

4、(2)合金的熔炼铸造：将上述铝合金的组分进行熔化后，再加入精炼剂经过精炼处理后拔除铝合金熔液中的氧化渣；其后对铝合金熔液进行浇铸，在冷凝结晶器中得到铝合金铸锭；

5、(3)热轧变形：铸造得到的铝合金铸锭经成分均匀化热处理过后，进行热轧变形，得到热轧铝合金板材；

6、(4)切割热挤压模压成型：热轧变形得到的铝合金板坯,经过切割得到目标尺寸重量的桥梁球冠衬板用铝合金圆板，经热挤压模压成型得到目标形状尺寸的铝合金桥梁支座球冠衬板毛坯；

7、(5)固溶时效热处理：模压成型得到的铝合金支座球冠衬板毛坯经固溶保温处理过后，快速水淬冷却，固溶水淬冷却过后的铝合金桥梁球冠衬板毛坯经时效热处理后得到高强高硬高耐磨、高抗剥落性腐蚀的铝合金桥梁球冠支座衬板毛坯；

8、(6)机加工：固溶时效热处理过后得到的高强高硬高耐磨、高抗剥落性腐蚀的铝合金桥梁球冠支座衬板毛坯，进行粗铣削加工、精铣削加工、等线速滚压处理过后得到镜面的精加工铝合金桥梁球冠支座衬板。

9、作为进一步优选的，所述铝合金的各个合金元素成分的百分比如下所示：si0.6％-1.3％、cu 0.02-0.1wt％、mn 0.4-1.0wt％、mg 0.8-2.0wt％、cr 0.1-0.25wt％、fe0.01-0.5wt％、zn 0.1-0.2wt％、ti 0.02-0.1wt％、zr 0.02-0.25wt％,其余的余量元素为al。

10、作为进一步优选的，所述合金的熔炼铸造中，用中频炉或电阻丝加热炉先将铝元素熔化，依次加入颗粒状或块状的各种合金化元素；待各钟合金化元素充分熔化后，启动铝合金熔液搅拌装置使各种合金化元素搅拌均匀形成成分均匀的铝合金熔液并在720-780℃保温半小时，再加入精炼剂经过精炼处理后拔除铝合金熔液中的氧化渣；其后对铝合金熔液进行浇铸，在冷凝结晶器中得到铝合金铸锭。

11、作为进一步优选的，所述热轧变形过程中，铸造得到的铝合金铸锭在440-480℃经4-15小时的成分均匀化热处理过后，在430-480℃进行热轧变形，得到热轧铝合金板材。

12、作为进一步优选的，所述切割热挤压模压成型过程中，热轧变形得到的铝合金板坯,经过切割得到目标尺寸重量的桥梁球冠衬板用铝合金圆板，铝合金圆板在430-480℃保温1-4小时后在预热至430-480℃的热挤压成型模具中进行热挤压变形，得到目标形状尺寸的铝合金桥梁支座球冠板材毛坯。

13、作为进一步优选的，所述固溶时效热处理中，经热挤压模压成型得到的铝合金桥梁支座球冠衬板毛坯，在510-540℃经1-4小时的固溶保温处理过后，快速水淬冷却，固溶水淬冷却过后的铝合金桥梁球冠衬板毛坯在150-180℃的热处理炉中保温6-20小时，经时效热处理后得到高强高硬高耐磨、高抗剥落性腐蚀的铝合金桥梁球冠支座衬板毛坯。

14、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

15、1.本发明方法可以极大的提高铝合金桥梁支座球冠衬板的硬度和耐摩擦性能，大大的提高铝合金桥梁支座球冠衬板在沿海高氯离子环境中服役过程中的耐氯离子侵蚀、抗剥落腐蚀的能力。经合金配料、合金熔炼、铸锭、成分均匀化热处理、热轧、下料、模压成型、固溶时效、机加工、等线速度滚压后呈现为镜面的球冠衬板表面的硬度达到hbw85以上、抗剥落腐蚀能力达到n级以上、抗拉强度达到310mpa以上。