CN104389780A - 一种高压泵、柱塞及柱塞表面强化处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压泵的柱塞，用于与柱塞杆连接且在缸体内运动，包括柱塞本体以及热喷涂在所述柱塞本体表面的镍铬合金层。本发明还公开了一种高压泵的柱塞表面强化处理工艺，柱塞与柱塞杆连接，柱塞在柱塞杆带动下在缸体内运动，包括：1)加工出柱塞本体；2)对所述柱塞本体表面进行热喷涂镍铬合金处理。采用该表面强化处理工艺的柱塞有效地提高了柱塞表面的耐磨性及红硬性，提高了柱塞使用寿命等问题。

Description

一种高压泵、柱塞及柱塞表面强化处理工艺

技术领域

本发明涉及柱塞泵生产技术领域，特别是涉及一种高压泵、柱塞及其柱塞表面强化处理工艺。

背景技术

柱塞泵是液压系统的重要装置，尤其高压柱塞泵具有额定压力高、效率高等优点，被广泛应用于高压、大流量的场合，诸如液压机、工程机械和船舶中。

柱塞泵依靠柱塞在缸体中往复运动，使密封工作容腔的容积发生变化来实现吸油、压油。因此，柱塞是柱塞泵的关键部件，系统运行过程中柱塞频繁动作，柱塞表面不耐磨、易点蚀、使用寿命较短。为了提高柱塞的使用寿命，现有技术中在柱塞表面电镀硬铬层，但其镀铬层厚度为0.15mm，表面硬度为HRC45～50，其表面硬度不高，同时镀铬层的耐腐蚀性不强，红硬性也不是很高。柱塞镀铬层易磨损、脱落，表面经常被划出槽，出现点腐蚀现象，柱塞使用寿命较短，以致要频繁的更换密封及导向套，生产成本较高。

综上所述，如何有效地提高柱塞表面的耐磨性及红硬性，从而提高柱塞使用寿命等问题，是目前本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种高压泵的柱塞及其柱塞表面强化处理工艺，有效地提高了柱塞表面的耐磨性及红硬性，提高了柱塞使用寿命等问题；本发明的另一目的是提供一种包括上述柱塞的高压泵。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种高压泵的柱塞，用于与柱塞杆连接且在缸体内运动，包括柱塞本体以及热喷涂在所述柱塞本体表面的镍铬合金层。

优选地，所述热喷涂的方法具体为氧乙炔火焰粉末喷焊。

优选地，所述镍铬合金层为Ni60层，其厚度为0.2～0.5mm。

优选地，形成所述镍铬合金层的镍铬合金粉末喷出时的温度为1000～1300℃。

本发明还提供一种高压泵的柱塞表面强化处理工艺，柱塞与柱塞杆连接，柱塞在柱塞杆带动下在缸体内运动，包括：

1)加工出柱塞本体；

2)对所述柱塞本体表面进行热喷涂镍铬合金处理。

优选地，所述步骤1)后还包括对所述柱塞本体表面进行净化、打磨粗化处理。

优选地，所述步骤2)前还包括预热所述柱塞本体和镍铬合金并将所述镍铬合金加热到1000～1300℃。

优选地，所述步骤2)中热喷涂镍铬合金处理具体为氧乙炔火焰喷焊镍铬合金粉末处理，喷焊层厚度为0.2～0.5mm。

优选地，所述步骤2)后还包括对所述柱塞表面进行打磨、抛光处理。

本发明提供的高压泵的柱塞，柱塞与柱塞杆连接，两者在动力能源的驱动下在缸体内运动，柱塞包括柱塞本体以及采用热喷涂的方法喷涂在柱塞本体表面的镍铬合金层。

本发明对柱塞表面强化处理工艺进行了改造，将现有技术中的在柱塞表面电镀硬铬层更改为热喷涂镍铬合金层。柱塞表面经镍铬合金粉末热喷涂后，其合金粉末涂层非常致密，表面硬度HRC大于56，柱塞表面硬度加强，不易被划出槽，还具有表面光滑，耐磨、耐腐蚀、抗氧化等优点，柱塞表面的耐磨性以及红硬性明显提高，平均使用寿命提高了2倍多，而成本费用仅增加不到30％。

柱塞使用寿命提高后，与其相关配合的填料及导向套的更换频率大大降低，更换周期提高了2个月以上，生产成本大幅降低，劳动强度大大降低。

本发明还提供一种高压泵，该高压泵包括上述任一种的柱塞。由于上述的柱塞具有上述技术效果，具有该柱塞的高压泵也应具有相应的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中一种具体实施方式所提供的柱塞采用不同表面强化处理工艺的耐磨性比较图；

图2为本发明中一种具体实施方式所提供的柱塞表面强化处理工艺流程图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种高压泵的柱塞及其柱塞表面强化处理工艺，有效地提高了柱塞表面的耐磨性及红硬性，提高了柱塞使用寿命等问题；本发明的另一核心是提供一种包括上述柱塞的高压泵。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1，图1为本发明中一种具体实施方式所提供的柱塞采用不同表面强化处理工艺的耐磨性比较图。

在一种具体实施方式中，本发明所提供的高压泵的柱塞，柱塞与柱塞杆连接，两者在动力能源的驱动下在缸体内运动，柱塞包括柱塞本体以及采用热喷涂的方法喷涂在柱塞本体表面的镍铬合金层。

柱塞是高压泵的关键部件，柱塞泵依靠柱塞在缸体中往复运动，使密封工作容腔的容积发生变化来实现吸油、压油。柱塞的主要功用是传递动力，其工作时需承受冲击载荷，要求有较高的强度和刚度，保持配合的精确性。由于柱塞在移动过程中有滑动摩擦，所以表面必须有足够的硬度。因此柱塞通常选用45钢，并且最好先进行调质，表面再进行淬火，提高其硬度。柱塞本体的整体形状一般为圆柱形的，本发明对此不做进一步限制，只要能满足要求，其它形状的柱塞也在保护范围内。

系统运行过程中柱塞频繁动作，柱塞表面的硬度、耐磨性、使用寿命的长短直接关系到整个高压泵的寿命。为了提高柱塞的使用寿命，需要在柱塞本体表面热喷涂一层镍铬合金层。热喷涂枪由燃料气、电弧或等离子弧提供必需的热量，将热喷涂材料加热到塑态或熔融态，再经受压缩空气的加速，使受约束的颗粒束流冲击到基体表面上。冲击到表面的颗粒，因受冲压而变形，形成叠层薄片，粘附在经过制备的基体表面，随之冷却并不断堆积，最终形成一种层状的涂层。涂层材料可以是粉状、带状、丝状或棒状，还可以是其它适宜的形状。热喷涂合金粉末很多，其中镍基是比较常见的，但不限于此，还有其它的，比如说铁基、钴基合金粉末等。一般根据应用于机械零部件的功能不同，修理或防护，选择涂层硬度不同的热喷涂合金粉末。本发明中采用的是镍基合金粉末，在柱塞表面热喷涂镍铬合金层就相当于喷涂了一层防护层和强化层，可以有效提高柱塞表面的硬度、耐磨性以及红硬性，如图1所示。

图1中横坐标为时间，纵坐标为柱塞在不同表面强化处理工艺下随时间的磨损量。柱塞本体的材料为45号钢，曲线A为柱塞本体采用淬火+350℃回火表面强化处理工艺后随时间的磨损量、曲线B为柱塞本体采用电镀硬铬表面强化处理工艺后随时间的磨损量和曲线C为柱塞本体采用镍铬合金粉末热喷涂表面强化处理工艺后随时间的磨损量。从图中可以看出：柱塞本体采用镍铬合金粉末热喷涂表面强化处理工艺后的磨损量最少，耐磨性最好。

下表为柱塞分别采用电镀硬铬和镍铬合金粉末热喷涂表面强化处理工艺的硬度比较：

表面强化处理工艺	表面涂覆深度	涂覆层硬度HV
			电镀硬铬	0.5mm	900
镍铬合金热喷涂	0.5mm	1230

从表中可以看出：在表面涂覆深度相同的情况下，柱塞本体采用镍铬合金粉末热喷涂表面强化处理工艺后的硬度比采用电镀硬铬表面强化处理工艺后的硬度值大很多，硬度较好。

为了提高柱塞使用寿命，热喷涂的方法具体为氧乙炔火焰粉末喷焊。热喷涂的类型很多，具体有火焰喷涂、氧—乙炔火焰喷涂、电弧喷涂、等离子弧喷涂、爆炸波喷涂等。氧乙炔火焰喷焊，也就是氧乙炔火焰喷涂，是最早、最常用的一种热喷涂方法。它是利用氧和乙炔的燃烧火焰将粉末状或丝状、棒状的涂层材料加热到熔融或半熔融状态后喷向基体表面而形成涂层的一种方法，其设备简单、工艺成熟、操作灵活、投资少、见效快，可以制备各种金属、合金、陶瓷及塑料涂层，在实际生产中得到相当广泛的应用，能满足制备其它材料涂层的情况，也在本发明的保护范围内。利用氧乙炔火焰喷焊技术，在柱塞表面可以制备出具有优良耐磨性能的喷焊层，大大提高了柱塞的使用寿命。

为了进一步优化上述技术方案，镍铬合金层可以为Ni60层，具体的，在柱塞本体表面上喷焊Ni60自熔合金，自熔性合金粉末是热喷焊技术所采用的主要材料，可以制备耐磨、耐腐蚀、抗氧化和耐热等表面强化和表面防护涂层。当然，镍铬合金层不限于为Ni60层，还可以是材料的镍铬合金层，综合考虑Ni60的价格与使用性能，选择Ni60是最优的。镍铬合金层厚度可以为0.2～0.5mm，优选地，厚度为0.3～0.4mm，此时，柱塞表面硬度HRC大于56，柱塞表面硬度加强，不易被划出槽，使用寿命是柱塞表面电镀硬铬的2倍以上，而价格只增长不到30％。

在上述具体实施方式的基础上，本领域技术人员可以根据具体场合的不同，进行若干改变，形成镍铬合金层的镍铬合金粉末喷出时的温度可以为1000～1300℃，对金属进行热喷涂时最好使用高温热喷涂。比如，在柱塞本体表面上喷焊Ni60自熔合金，含有的硼和硅降低铁、镍和钴的熔点，氧化硼的熔点约为450℃度，而大多数其它金属氧化物的熔点在1000℃度以上，对经预热的自溶性合金粉末涂层要加热至1000～1300℃，才能使Ni60颗粒充分熔化，使颗粒间和柱塞本体表面达到良好结合。

请参考图2，图2为本发明中一种具体实施方式所提供的柱塞表面强化处理工艺流程图。

一种高压泵的柱塞表面强化处理工艺，柱塞与柱塞杆连接，柱塞在柱塞杆带动下在缸体内运动，包括：

1)加工出柱塞本体；

2)对柱塞本体表面进行热喷涂镍铬合金处理。

柱塞与柱塞杆以及缸体相配合，根据配合关系确定柱塞的尺寸，根据加工工艺，对柱塞毛坯进行粗车、半精车，甚至精车的加工工艺，以达到柱塞表面的精度。对于要求不高的两端面，可以只需粗车加工一遍，从而加工出合格的柱塞本体。

柱塞表面经镍铬合金粉末热喷涂后，其合金粉末涂层非常致密，表面硬度HRC大于56，柱塞表面硬度加强，不易被划出槽，还具有表面光滑，耐磨、耐腐蚀、抗氧化等优点，柱塞表面的耐磨性以及红硬性明显提高，平均使用寿命提高了2倍多，而成本费用仅增加不到30％。柱塞使用寿命提高后，与其相关配合的填料及导向套的更换频率大大降低，更换周期提高了2个月以上，生产成本大幅降低，劳动强度大大降低。

在上述具体实施方式的基础上，对柱塞表面强化处理工艺做进一步优化，在步骤1)后对柱塞本体表面进行净化、打磨粗化处理。为了使涂层与柱塞本体材料很好地结合，柱塞表面必须清洁及粗糙。净化和粗化表面的方法很多，方法的选择要根据涂层的设计要求及柱塞本体的材质、形状、厚薄、表面原始状况以及施工条件等因素而定。净化处理可以除去柱塞本体表面的所有污垢，如氧化皮、油渍、油漆及其它污物，关键是除去柱塞本体表面和渗入其中的油脂。对柱塞本体进行热喷涂处理前一定要保证其表面的洁净，此时粘结效果比较好。可以通过溶剂清洗法、蒸汽清洗法、碱洗法及加热脱脂法等净化柱塞本体，当然，只要能达到净化柱塞本体的目的，还可以采用其它方法，本发明对此不做进一步限定。

粗化处理可以增加涂层与柱塞本体间接触面的粗糙度，增大涂层与柱塞本体的机械咬合力，使净化处理过的表面更加活化，以提高涂层与柱塞本体表面的结合强度。粗化处理的方法有喷砂、电拉毛，还可以是其它方法，比如车螺纹、滚花等机械加工法。其中喷砂处理是最常用的粗化处理方法，常用的喷砂介质有氧化铝、碳化硅和冷硬铸铁等。喷砂时，喷砂介质的种类和粒度、喷砂时风压的大小等条件必须根据工件材质的硬度、工件的形状和尺寸等进行合理的选择。特别值得注意的一点是，用于喷砂的压缩空气一定要是无水无油的，否则会严重影响涂层的质量。对于一些与柱塞本体粘结不好的涂层材料，还应选择一种与柱塞本体材料粘结好的材料喷涂一层过渡层，称为粘结底层，使涂层与柱塞本体更好地粘结在一起。

本发明所提供的高压泵的柱塞，在其它部件不改变的情况下，在步骤2)前可以预热柱塞本体和镍铬合金并将镍铬合金加热到1000～1300℃。预热可以消除柱塞本体表面的水分和湿气，提高喷涂粒子与柱塞本体接触时的界面温度，以提高涂层与柱塞本体的结合强度；减少因柱塞本体与涂层材料的热膨胀差异造成的应力而导致的涂层开裂。预热温度取决于柱塞本体的大小、形状和材质，以及柱塞本体和涂层材料的热膨胀系数等因素，一般情况下预热温度控制在60～120℃之间。

为了进一步优化上述技术方案，在步骤2)中热喷涂镍铬合金处理具体可以为氧乙炔火焰喷焊镍铬合金粉末处理，喷焊层厚度为0.2～0.5mm，优选地，厚度为0.3～0.4mm。氧乙炔火焰喷焊成的表层薄而均匀，结构致密，不仅节约材料，还能提高柱塞的寿命。

进一步优化上述具体实施方式，在步骤2)后可以对柱塞表面进行打磨、抛光处理。喷涂所得涂层有时不能直接使用，必须进行一系列的后处理。为了防止腐蚀介质透过涂层的孔隙到达柱塞本体引起柱塞本体的腐蚀，必须对涂层进行封孔处理。用作封孔剂的材料很多，有石腊、环氧树脂、硅树脂等有机材料及氧化物等无机材料，可以根据工件的工作介质、环境、温度及成本等多种因素选择合适的封孔剂。对于承受高应力载荷或冲击磨损的柱塞本体，为了提高涂层的结合强度，要对喷涂层进行重熔处理，具体可以为火焰重熔、感应重熔、激光重熔以及热等静压等，使多孔的且与柱塞本体仅以机械结合的涂层变为与柱塞本体呈冶金结合的致密涂层。有尺寸精度要求的，可以选用合理的加工方法和相应的工艺参数对涂层进行机械加工，保证达到所要求的尺寸精度。

基于上述实施例中提供的柱塞，本发明还提供了一种高压泵，该高压泵包括上述实施例中任意一种柱塞。由于该高压泵采用了上述实施例中的柱塞，所以该高压泵的有益效果请参考上述实施例。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种高压泵的柱塞，用于与柱塞杆连接且在缸体内运动，其特征在于，包括柱塞本体以及热喷涂在所述柱塞本体表面的镍铬合金层。

2.根据权利要求1所述的柱塞，其特征在于，所述热喷涂的方法具体为氧乙炔火焰粉末喷焊。

3.根据权利要求2所述的柱塞，其特征在于，所述镍铬合金层为Ni60层，其厚度为0.2～0.5mm。

4.根据权利要求1所述的柱塞，其特征在于，形成所述镍铬合金层的镍铬合金粉末喷出时的温度为1000～1300℃。

5.一种高压泵，其特征在于，包括如权利要求1-4任一项所述的柱塞。

6.一种高压泵的柱塞表面强化处理工艺，柱塞与柱塞杆连接，柱塞在柱塞杆带动下在缸体内运动，其特征在于，包括：

1)加工出柱塞本体；

2)对所述柱塞本体表面进行热喷涂镍铬合金处理。

7.根据权利要求6所述的柱塞表面强化处理工艺，其特征在于，所述步骤1)后还包括对所述柱塞本体表面进行净化、打磨粗化处理。

8.根据权利要求6所述的柱塞表面强化处理工艺，其特征在于，所述步骤2)前还包括预热所述柱塞本体和镍铬合金并将所述镍铬合金加热到1000～1300℃。

9.根据权利要求6所述的柱塞表面强化处理工艺，其特征在于，所述步骤2)中热喷涂镍铬合金处理具体为氧乙炔火焰喷焊镍铬合金粉末处理，喷焊层厚度为0.2～0.5mm。

10.根据权利要求6所述的柱塞表面强化处理工艺，其特征在于，所述步骤2)后还包括对所述柱塞表面进行打磨、抛光处理。