CN103982653B - 一种防腐耐磨液压油缸柱塞及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于液压油缸领域，具体而言，涉及一种防腐耐磨液压油缸柱塞及其制作方法。该防腐耐磨液压油缸柱塞，包括液压油缸柱塞基体，所述柱塞基体的表面覆有金属陶瓷层；以质量百分比计，所述金属陶瓷层包括以下原料：铬10～30％、硅5～12％、铁30～40％、碳5～13％、镍30～40％，钼1-2％。和现有的液压油缸柱塞相比，通过本发明提供的防腐耐磨液压油缸柱塞的制作方法，制作的柱塞不仅耐磨性能好，而且综合性能稳定，连续使用的前提下，其使用寿命至少为5年以上，提高了液压油缸的工作效率，同时也降低了使用成本。
Description
技术领域
本发明属于液压油缸领域，具体而言，涉及一种防腐耐磨液压油缸柱塞及其制作方法。
背景技术
柱塞式液压缸：是一种单作用式液压缸，靠液压力只能实现一个方向的运动，柱塞回程要靠其它外力或者柱塞的自身重量回程，只有在是上移式液压缸中可以靠运动部件本身的重量回程；
柱塞只靠缸套支撑而不与缸套接触，这样缸套极易加工，故适合于做长行程液压缸，如导轨磨床，大型拉床，龙门刨床；
工作时柱塞总受压，因而它必须有足够的刚度；
柱塞重量往往较大，水平放置时容易自重面下垂，造成密封件和导向单边磨损。
同时，因为液压油缸的柱塞部分在工作状态中需要不断地伸出缸筒，伸出缸筒之后很容易会受到氧化物以及酸性气体的侵蚀，长期这样会快速缩短柱塞的寿命，进而缩短液压油缸的寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐腐蚀性能高而且耐磨性能良好，综合性能稳定，使用寿命长的一种防腐耐磨液压油缸柱塞，同时还提供这种耐磨液压油缸柱塞的制作方法。
在本发明实施例提供的一种防腐耐磨液压油缸柱塞，包括柱塞液压油缸柱塞基体，所述柱塞基体的表面覆有金属陶瓷层；
以质量百分比计，所述金属陶瓷层包括以下原料：
铬10～30％、硅5～12％、铁30～40％、碳5～13％、镍30～40％，钼1-2％；
所述防腐耐磨液压油缸柱塞通过下述方法制成：
步骤1：将所述原料制成混合粉末；
步骤2：将所述混合粉末覆盖在所述柱塞基体的表面；
步骤3：通过激光熔覆，将所述混合粉末与所述柱塞基体的表面熔凝，形成金属陶瓷层固定在所述柱塞基体的表面。
通过本发明实施例提供的一种防腐耐磨液压油缸柱塞，在液压油缸柱塞基体的表面通过激光熔覆将混合粉末熔覆在柱塞基体上，形成防腐蚀性能高，耐磨性能良好，综合性能稳定的金属陶瓷层，柱塞进而提高了液压油缸柱塞的使用寿命。
通过激光熔覆工艺，将混合粉末熔覆在柱塞基体的表面，因为混合粉末中的铬和碳的熔点较高，在激光熔覆的过程中，铬和碳形成硬质相碳化铬，成为该金属陶瓷层主要的耐磨成分，提高了金属陶瓷层的耐磨性能。
在该工艺方法中，优选地，采用同步式激光熔覆，将混合粉末直接送入激光束中，使供料和熔覆同时完成。在辐照的同时，将混合粉末熔覆在柱塞基体的表面，形成金属陶瓷层，完成熔覆。
其中使用的激光束，优选地，采用CO2激光器，其效率高，光束质量好，工作稳定。
在进行激光熔覆之后，再进行后期热处理，最终制成成品。
该工艺方法简单，产品质量好，为制作防腐耐磨液压油缸柱塞降低了制作成本。
铁、镍的熔点相对较低，在激光熔覆的过程中，为液相烧结，能够加快金属陶瓷层的成型，而且在成形的过程中，铁、镍的内部原子颗粒会进行重新整合排列，晶粒尺寸也会得到控制，进而优化铁、镍以及生成的化合物的显微结构和性能，提高金属陶瓷层的工艺加工性能，同时，在成形的过程中，能够填补大的颗粒物质之间的空隙，避免成形的金属陶瓷层出现缺陷。并且与柱塞基体形成少量化合物，提高与柱塞基体之间的结合力。
非金属材料成分硅可以提高材料成分的浸润性能和扩散速度，通过激光融覆，使混合粉末与柱塞基体形成冶金反应，有很高的结合强度，可以在柱塞基体表面形成致密的金属陶瓷层，不易从柱塞基体上脱落，减少了因涂层脱落造成的柱塞提前报废。而且因为硅具有良好的导热性能，能够提高金属陶瓷层的导热性能，使得金属陶瓷层在较高的工作温度下不易开裂，提高其使用寿命。而过渡金属钼能够全面提高金属陶瓷层的耐磨性能和耐腐蚀性能。
经测定该金属陶瓷层的洛氏硬度标准C(HRC)达到70～89，而42CrMo一般在HRC50以下，镍基耐磨合金如Ni-Cr合金、Ni-Cr-Mo合金、Ni-Cr-Fe合金、Ni-Cu合金、Ni-P和Ni-Cr-P合金、Ni-Cr-Mo-Fe合金等，一般在HRC60以下，高的硬度提高了柱塞的耐磨性能。
同时因为还具有很好地工艺加工性能，并且成形后的稳定性高，在实际应用中，比现有的柱塞的使用寿命长5倍以上。据测试，该柱塞连续使用，至少能够使用5年以上。而现有技术中使用的柱塞在不连续使用的前提下，基本上使用1年之后就必须更换，使用成本高。
所以，和现有的柱塞相比，性能更加优良，使用寿命长，而且工艺制作成本低，有利于大规模生产以及大范围使用。
进一步地，以质量百分比计，所述金属陶瓷层包括以下原料：
铬15～25％、硅7～10％、铁32～38％、碳6～10％、镍32～37％，钼1-2％。
因为化合物之间会因为加入量的不同而生成不同的产物，当铬和碳的加入量过大时，金属陶瓷层的耐磨性能虽高，但是在使用中，由于长时间的摩擦产生的热量较多，容易产生崩裂。如果加入量过少，其耐磨性能欠缺。
而铁和镍的加入量过多时，在高温下，其晶粒容易过大，进而造成金属陶瓷层的脆性较大，容易断裂。而加入量过少时，金属陶瓷层在成形过程中，容易产生空隙缺陷。
而硅能够提高金属陶瓷层的导热性，但是，加入过多时，会减弱金属陶瓷层的稳定性能，其与空气中的氧化物容易发生反应，而加入量多少时，导热性会差。
为了提高原料使用的准确率，进而提高产品的品质，优选地，各原料的使用量为：铬15～25％、硅7～10％、铁32～38％、碳6～10％、镍32～37％，钼1.4-1.6％。
进一步地，最优化地，以质量百分比计，所述金属陶瓷层包括以下原料：
铬20％、硅7％、铁31％、碳7％、镍35％，钼1.5％。
进一步地，所述原料还包括钨1.6-1.8％。
为了提高柱塞的使用性能，还可以加入钨，其加入量为1.6-1.8％。
钨尤其能够提高金属陶瓷层的稳定性，使其在高温环境中使用也不会轻易被氧化或者腐蚀。
进一步地，所述金属陶瓷层的厚度为1-2mm。
提高柱塞性能的同时，为了提高柱塞的使用效率并控制使用成本，优选地，熔覆在柱塞基体表面的金属陶瓷层的厚度控制为1-2mm即可，优选地，可以控制在1.2-1.5mm。
进一步地，步骤3中，所述激光熔覆使用的激光的波长为1020～1050nm；能量密度为62～78J/mm2；在所述金属陶瓷材料粉末上辐照的时间为4～6分钟。
为了提高激光熔覆工艺过程的稳定性，优选地，使用的激光的波长为1020～1050nm；能量密度为62～78J/mm2；在所述金属陶瓷材料粉末上辐照的时间为4～6分钟。
优选地，激光的波长为1030-1040nm。为了提高激光束照射过程中的能够分布的均匀性，优选地，能量密度为68-72J/mm2；
其照射时间不能过长，也不能过短，过长会使得金属陶瓷层成形后生成过多地杂质物质，而且一些生成的化合物的晶粒在高温长时间照射下会快速长大，进而导致金属陶瓷层易脆断，进而影响金属陶瓷层的品质。而照射时间过短时，原料不能充分地完全反应完毕，最终产品为不合格产品。所以，优选地，辐照的时间为5分钟即可。
进一步地，所述金属陶瓷材料粉末的粒度为200～300目。
为了提高金属陶瓷层的致密性，优选地，混合粉末的粒度为200～300目。最优选地，混合粉末的粒度为220～270目。
和现有的液压油缸柱塞相比，通过本发明提供的防腐耐磨液压油缸柱塞的制作方法，制作的柱塞不仅耐磨性能好，而且综合性能稳定，连续使用的前提下，其使用寿命至少为5年以上，提高了液压油缸的工作效率，同时也降低了使用成本。
附图说明
图1为本发明一个实施例提供的一种防腐耐磨液压油缸柱塞的剖面图；
图2为本发明一个实施例提供的一种防腐耐磨液压油缸柱塞的制作流程图；
1.柱塞基体，2.金属陶瓷层。
具体实施方式
下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
本发明提供了一个实施例，详细介绍一种防腐耐磨液压油缸柱塞及其制作方法，如图1所示，包括液压油缸柱塞基体1，所述柱塞基体1的表面覆盖有金属陶瓷层2；
以质量百分比计，所述金属陶瓷层2包括以下原料：
铬10～30％、硅5～12％、铁30～40％、碳5～13％、镍30～40％，钼1-2％；
如图2所示，所述防腐耐磨液压油缸柱塞通过下述方法制成：
步骤1：将所述原料制成混合粉末；
步骤2：将所述混合粉末覆盖在所述柱塞基体1的表面；
步骤3：通过激光熔覆，将所述混合粉末与所述柱塞基体1的表面熔凝，形成金属陶瓷层2固定在所述柱塞基体1的表面。
通过本发明实施例提供的一种防腐耐磨液压油缸柱塞及其制作方法，在柱塞基体1的表面通过激光熔覆将混合粉末熔覆在柱塞基体1上，形成防腐性能高，耐磨性能优异，同时，综合性能好，使用寿命长的液压油缸柱塞。
通过激光熔覆工艺，将混合粉末熔覆形成金属陶瓷层2固定在柱塞基体1的表面，因为混合粉末中的铬和碳的熔点较高，在激光熔覆的过程中，铬和碳形成硬质相碳化铬，成为该金属陶瓷层2主要的耐磨成分，提高了金属陶瓷层2的耐磨性能。
在该工艺方法中，优选地，采用同步式激光熔覆，将混合粉末直接送入激光束中，使供料和熔覆同时完成。在辐照的同时，将混合粉末熔覆在柱塞基体1的表面，形成金属陶瓷层2，完成熔覆。
其中使用的激光束，优选地，采用CO2激光器，其效率高，光束质量好，工作稳定。
在进行激光熔覆之后，再进行后期热处理，最终制成成品。
该工艺方法简单，产品质量好，为制作防腐耐磨液压油缸柱塞降低了制作成本。
铁、镍的熔点相对较低，在激光熔覆的过程中，为液相烧结，能够加快金属陶瓷层2的成型，而且在成形的过程中，铁、镍的内部原子颗粒会进行重新整合排列，晶粒尺寸也会得到控制，进而优化铁、镍以及生成的化合物的显微结构和性能，提高金属陶瓷层2的工艺加工性能，同时，在成形的过程中，能够填补大的颗粒物质之间的空隙，避免成形的金属陶瓷层2出现缺陷。并且与柱塞基体1形成少量化合物，提高与柱塞基体1之间的结合力。
非金属材料成分硅可以提高材料成分的浸润性能和扩散速度，通过激光融覆，使金属陶瓷材料与柱塞基体1形成冶金反应，有很高的结合强度，可以在柱塞基体1表面形成致密的金属陶瓷层2，不易从液压油缸柱塞基体1上脱落，减少了因涂层脱落造成的柱塞的提前报废。而且因为硅具有良好的导热性能，能够提高金属陶瓷层2的导热性能，使得金属陶瓷层2在较高的工作温度下不易开裂，提高其使用寿命。
经测定该金属陶瓷层2的洛氏硬度标准C(HRC)达到70～89，而42CrMo一般在HRC50以下，镍基耐磨合金如Ni-Cr合金、Ni-Cr-Mo合金、Ni-Cr-Fe合金、Ni-Cu合金、Ni-P和Ni-Cr-P合金、Ni-Cr-Mo-Fe合金等，一般在HRC60以下，高的硬度提高了柱塞的耐磨性能。
同时因为还具有很好地工艺加工性能，并且成形后的稳定性高，在实际应用中，比现有的柱塞的使用寿命长5倍以上。据测试，该柱塞连续使用，至少能够使用5年以上。而现有技术中使用的柱塞在不连续使用的前提下，基本上使用1年之后就必须更换，使用成本高。
所以，和现有的柱塞相比，性能更加优良，使用寿命长，而且工艺制作成本低，有利于大规模生产以及大范围使用。
因为化合物之间会因为加入量的不同而生成不同的产物，当铬和碳的加入量过大时，金属陶瓷层2的耐磨性能虽高，但是在使用中，由于长时间的摩擦产生的热量较多，容易产生崩裂。如果加入量过少，其耐磨性能欠缺。
而铁和镍的加入量过多时，在高温下，其晶粒容易过大，进而造成金属陶瓷层2的脆性较大，容易断裂。而加入量过少时，金属陶瓷层2在成形过程中，容易产生空隙缺陷。
而硅能够提高金属陶瓷层2的导热性，但是，加入过多时，会减弱金属陶瓷层2的稳定性能，其与空气中的氧化物容易发生反应，而加入量多少时，导热性会差。
为了提高原料使用的准确率，进而提高产品的品质，优选地，各原料的使用量为：铬15～25％、硅7～10％、铁32～38％、碳6～10％、镍30～37％，钼1.4-1.6％。
最优化地，以质量百分比计，所述金属陶瓷层2包括以下原料：
铬20％、硅7％、铁31％、碳7％、镍35％，钼1.5％。
为了提高柱塞的使用性能，还可以加入钨，其加入量为1.6-1.8％。
钨尤其能够提高金属陶瓷层2的稳定性，使其在高温环境中使用也不会轻易被氧化或者腐蚀。
提高柱塞性能的同时，为了提高柱塞的使用效率并控制使用成本，优选地，熔覆在柱塞基体1表面的金属陶瓷层2的厚度控制为1-2mm即可，优选地，可以控制在1.2-1.5mm。
为了提高激光熔覆工艺过程的稳定性，优选地，使用的激光的波长为1020～1050nm；能量密度为62～78J/mm2；在所述金属陶瓷材料粉末上辐照的时间为4～6分钟。
优选地，激光的波长为1030-1040nm。为了提高激光束照射过程中的能够分布的均匀性，优选地，能量密度为68-72J/mm2；
其照射时间不能过长，也不能过短，过长会使得金属陶瓷层2成形后生成过多地杂质物质，而且一些生成的化合物的晶粒在高温长时间照射下会快速长大，进而导致金属陶瓷层2易脆断，进而影响金属陶瓷层2的品质。而照射时间过短时，原料不能充分地完全反应完毕，最终产品为不合格产品。所以，优选地，辐照的时间为5分钟即可。
为了提高金属陶瓷层2的致密性，优选地，混合粉末的粒度为200～300目。最优选地，混合粉末的粒度为220～270目。
和现有的柱塞相比，通过本发明提供的防腐耐磨液压油缸柱塞及其制作方法，制作的柱塞不仅耐磨性能好，而且综合性能稳定，连续使用的前提下，其使用寿命至少为5年以上，提高液压油缸的工作效率，同时也降低了成本。
具体实施例1：
以质量百分比计，将铬10％、硅7％、铁30％、碳13％、钼1％、镍40％制成粒度为200目的混合粉末，将该混合粉末覆盖在由45号钢制成的液压油缸柱塞基体101上，使用CO2激光器进行熔覆，其中激光的波长为1020nm，能量密度为62J/mm2；辐照时间为4分钟。辐照完毕之后，形成的金属陶瓷层102与液压油缸柱塞基体101熔凝，其厚度约为1mm，再进行后期热处理即可成形。
具体实施例2：
以质量百分比计，将铬15％、硅8％、铁32％、碳10％、钼2％、镍35％制成粒度为250目的混合粉末，将该混合粉末覆盖在由45号钢制成的液压油缸柱塞基体101上，使用CO2激光器进行熔覆，其中激光的波长为1030nm，能量密度为65J/mm2；辐照时间为5分钟。辐照完毕之后，形成的金属陶瓷层102与液压油缸柱塞基体101熔凝，其厚度约为1.5mm，再进行后期热处理即可成形。
具体实施例3：
以质量百分比计，将铬20％、硅7％、铁32％、碳9％、钼1.2％、镍32％制成粒度为300目的混合粉末，将该混合粉末覆盖在由45号钢制成的液压油缸柱塞基体101上，使用CO2激光器进行熔覆，其中激光的波长为1040nm，能量密度为70J/mm2；辐照时间为6分钟。辐照完毕之后，形成的金属陶瓷层102与液压油缸柱塞基体101熔凝，其厚度约为1.3mm，再进行后期热处理即可成形。
具体实施例4：
以质量百分比计，将铬18％、硅7％、铁32％、碳6％、钼1.4％、镍37％制成粒度为280目的混合粉末，将该混合粉末覆盖在由45号钢制成的液压油缸柱塞基体101上，使用CO2激光器进行熔覆，其中激光的波长为1050nm，能量密度为75J/mm2；辐照时间为5.3分钟。辐照完毕之后，形成的金属陶瓷层102与液压油缸柱塞基体101熔凝，其厚度约为1.2mm，再进行后期热处理即可成形。
具体实施例5：
以质量百分比计，将铬20％、硅7％、铁31％、碳7％、钼1.5％、镍35％、制成粒度为280目的混合粉末，将该混合粉末覆盖在由45号钢制成的液压油缸柱塞基体101上，使用CO2激光器进行熔覆，其中激光的波长为1050nm，能量密度为75J/mm2；辐照时间为5.3分钟。辐照完毕之后，形成的金属陶瓷层102与液压油缸柱塞基体101熔凝，其厚度约为1.2mm，再进行后期热处理即可成形。
具体实施例6：
以质量百分比计，将铬24.4％、硅7％、铁30％、碳7％、钼1.6％、镍30％、钨1.6％制成粒度为300目的混合粉末，将该混合粉末覆盖在由45号钢制成的液压油缸柱塞基体101上，使用CO2激光器进行熔覆，其中激光的波长为1040nm，能量密度为72J/mm2；辐照时间为5分钟。辐照完毕之后，形成的金属陶瓷层102与45号钢的液压油缸柱塞基体101熔凝，其厚度约为1.5mm，再进行后期热处理即可成形。
具体实施例7：
以质量百分比计，将铬24.2％、硅7％、铁30％、碳7％、钼1.7％、镍30％、钨1.8％制成粒度为290目的混合粉末，将该混合粉末覆盖在由45号钢制成的液压油缸柱塞基体101上，使用CO2激光器进行熔覆，其中激光的波长为1045nm，能量密度为75J/mm2；辐照时间为5分钟。辐照完毕之后，形成的金属陶瓷层102与45号钢的液压油缸柱塞基体101熔凝，其厚度约为1.4mm，再进行后期热处理即可成形。
其中，以具体实施例5所制作的产品质量最佳。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种防腐耐磨液压油缸柱塞，其特征在于，包括液压油缸柱塞基体，所述柱塞基体的表面覆有金属陶瓷层；
以质量百分比计，所述金属陶瓷层包括以下原料：
铬10～30％、硅5～12％、铁30～40％、碳5～13％、镍30～40％，钼1-2％、钨1.6-1.8％。
2.根据权利要求1所述的一种防腐耐磨液压油缸柱塞，其特征在于，
以质量百分比计，所述金属陶瓷层包括以下原料：
铬15～25％、硅7～10％、铁32～38％、碳6～10％、镍30～37％，钼1.4-1.6％、钨1.6-1.8％。
3.根据权利要求1所述的一种防腐耐磨液压油缸柱塞，其特征在于，
以质量百分比计，所述金属陶瓷层包括以下原料：
铬20％、硅7％、铁31％、碳7％、镍35％、钼1.5％、钨1.6-1.8％。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种防腐耐磨液压油缸柱塞，其特征在于，
所述金属陶瓷层的厚度为1-2mm。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种防腐耐磨液压油缸柱塞的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：将原料混合制成混合粉末；
步骤2：将所述混合粉末覆盖在所述液压油缸柱塞基体的表面；
步骤3：通过激光熔覆，将所述混合粉末与所述液压油缸柱塞基体的表面熔凝，形成金属陶瓷层固定在所述液压油缸柱塞基体的表面。
6.根据权利要求5所述的一种防腐耐磨液压油缸柱塞的制作方法，其特征在于步骤3中，所述激光熔覆使用的激光的波长为1020～1050nm；
能量密度为62～78J/mm2；
在所述金属陶瓷材料粉末上辐照的时间为4～6分钟。
7.根据权利要求6所述的一种防腐耐磨液压油缸柱塞的制作方法，其特征在于，
所述混合粉末的粒度为200～300目。
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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Address after: 610000 Sichuan, Longquanyi economic and Technological Development Zone, No. 18 middle star road, building No. 1, building 5, building Applicant after: SICHUAN ZHONGWU ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY CO., LTD. Address before: 610000 Sichuan, Longquanyi economic and Technological Development Zone, No. 18 middle star road, building No. 1, building 5, building Applicant before: Sichuan Zhongwu Taiwo New Material Co., Ltd. |
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| COR | Change of bibliographic data | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20181019 Address after: 214000 Dacheng Industrial Park, anzhen street, Xishan District, Wuxi, Jiangsu, China Patentee after: Jiangsu Hongyu new Mstar Technology Ltd Address before: 410000 Jinsha Road, Jinzhou new district, Ningxiang, Changsha, Hunan 68 Patentee before: Hunan Hongyu Intelligent Manufacturing Co. Ltd. |
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