CN105463271A

CN105463271A - 一种铝合金滑阀

Info

Publication number: CN105463271A
Application number: CN201510822377.XA
Authority: CN
Inventors: 施红飞
Original assignee: NINGBO HONGBO MACHINERY MANUFACTURE CO Ltd
Current assignee: NINGBO HONGBO MACHINERY MANUFACTURE CO Ltd
Priority date: 2015-11-24
Filing date: 2015-11-24
Publication date: 2016-04-06

Abstract

本发明涉及一种铝合金滑阀，包括阀体和阀芯，阀体和阀芯均由铝合金材料制成，铝合金由以下成分(以质量百分比计)组成：Mg：1.0-1.5％，Si：0.6-1.0％，Cu：0.3-0.5％，Zn：0.1-0.3％，Mn：0.1-0.3％，Cr：0.05-0.2％，Ti：0.05-0.1％，Fe：0.3-0.6％，Zr：0.15-0.5％，Nb：0.05-0.3％，Bi：0.5-0.8％，稀土元素：0.3-1％，硼酸铝晶须：10-30％，余量为Al以及不可避免的杂质元素。本发明滑阀的阀体和阀芯采用铝合金材料制备而成，具有质量轻、强度高、耐腐蚀等效果。

Description

一种铝合金滑阀

技术领域

本发明涉及一种滑阀，尤其涉及一种铝合金滑阀。

背景技术

滑阀是利用阀芯(柱塞、阀瓣)在阀体的密封面上滑动，改变流体进出口通道位置以控制流体流向的分流阀，常用于蒸汽机、液压和气压等装置，使运动机构获得预定方向和行程的动作或者实现自动连续运转。

现有技术中，由于滑阀中的阀芯(柱塞、阀瓣)在阀体的密封面上滑动，会由于摩擦力较大而易磨损，影响滑阀的使用寿命。

发明内容

本发明目的是为了提供一种机械性能较好、耐磨损、使用寿命久的铝合金滑阀。

本发明的上述目的可通过下列技术方案来实现：一种铝合金滑阀，包括阀体和阀芯，阀体和阀芯均由铝合金材料制成，铝合金由以下成分(以质量百分比计)组成：Mg：1.0-1.5％，Si：0.6-1.0％，Cu：0.3-0.5％，Zn：0.1-0.3％，Mn：0.1-0.3％，Cr：0.05-0.2％，Ti：0.05-0.1％，Fe：0.3-0.6％，Zr：0.15-0.5％，Nb：0.05-0.3％，Bi：0.5-0.8％，稀土元素：0.3-1％，硼酸铝晶须：10-30％，余量为Al以及不可避免的杂质元素。

本发明铝合金的主要合金元素是Mg与Si，形成Mg₂Si相，使铝合金具有较佳的加工性能、良好的抗腐蚀性、韧性高、加工后不变形、材料致密无缺陷、易于抛光、上色膜容易、氧化效果极佳等优良特点。因此，本发明滑阀的阀体和阀芯采用该铝合金材料制备而成，具有质量轻、强度高、耐腐蚀等效果。

而本发明的铝合金中，含有的Mn与Cr可以中和Fe的有害影响；Cu和Zn可以提高强度，而又不使耐腐蚀性有明显降低；Ti能细化晶粒与控制再结晶组织。

本发明还在铝合金中添加了Zr和Nb，Zr和Nb分别可以和Al元素形成Al₃Zr和Al₃Nb两种金属间化合物，而这两种金属间化合物和Al之间的原子间距错配和面间距错配值都很小，且这两种金属间化合物与Al之间存在良好的晶粒取向关系，所以，可以作为铝合金晶粒异质形核的细化剂，细化铝合金的晶粒，而铝合金晶粒细化后，可以增强其耐腐蚀性等性能。而且，Zr元素的微合金化作用还可以使铝合金的显微硬度值达150HV左右，提高约13％左右。

本发明还在铝合金中添加了Bi，现有技术中，一般仅认为添加Bi可以改善铝合金的切削性能。但是，其实Bi是一种良好的自润滑元素，当铝合金中含有适当的Bi后，可以使铝合金具有低的摩擦系数和高的抗咬合负载。而且，Bi在铝合金基体中弥散分布还可以形成较强韧的油膜，从而提高铝合金的耐磨性。另外，Bi在凝固过程中的膨胀还可以补充铝合金的收缩，使铝合金获得良好的尺寸稳定性。因此，本发明将Bi的添加量控制在上述的范围内，从而可以获得耐磨性和尺寸稳定性更好的铝合金。

本发明还在铝合金中添加了稀土元素，主要起到减小原子间的电荷转移量，降低Zn、Al电极电位差，从而达到抑制晶间腐蚀的目的。因此，本发明进一步优选稀土元素由La和Y按质量比为(1.3-1.8)：1组成。

另外，稀土元素的加入还可以起到微合金化的作用，还能与氢等气体和许多非金属有较强的亲和力，能生成熔点高的化合物，有一定的除氢、精炼、净化作用。同时，还可以在长大的晶粒界面上选择性地吸附，阻碍晶粒的生长，使晶粒细化，有变质的作用。从而提高铝合金的强度、耐磨性和耐腐蚀性等性能。

本发明还在铝合金中添加了硼酸铝晶须，硼酸铝晶须的机械性能优越、稳定、可适用性大，作为本发明铝合金的主要补强材料添加到铝合金基体中。

在上述的一种铝合金滑阀中，铝合金由以下成分(以质量百分比计)组成：Mg：1.2-1.3％，Si：0.8-0.9％，Cu：0.4-0.5％，Zn：0.2-0.3％，Mn：0.1-0.2％，Cr：0.1-0.15％，Ti：0.06-0.08％，Fe：0.4-0.5％，Zr：0.3-0.4％，Nb：0.1-0.2％，Bi：0.6-0.8％，稀土元素：0.5-0.8％，硼酸铝晶须：15-25％，余量为Al以及不可避免的杂质元素。

在上述的一种铝合金滑阀中，铝合金滑阀通过以下方法制备得到：

S1、按照上述组成成分及其质量百分比配料、熔炼，熔炼成铝液后进行扒渣、除气精炼，静置后进行除渣；

S2、将上述除渣后的铝液倒入压室内，在压射速度下充填进模具的型腔进行浇注，使铝液在压射压力下凝固成型得阀体铸件和阀芯铸件；

S3、将上述阀体铸件和阀芯铸件进行热处理、滚压和硬质阳极氧化处理，得到阀体和阀芯；

S4、将上述得到的阀体和阀芯组装成滑阀成品。

在上述的一种铝合金滑阀中，步骤S1熔炼过程中施加超声振动，超声波功率为500-800W，频率为20-30kHz。本发明在铝合金原料熔炼过程中施加了超声波处理，可以明显细化合金晶粒，与不施加超声波处理相比，晶粒尺寸减小了50％左右，从而改善其微观组织，并且，施加超声波处理还能使铝合金晶界更清晰，晶粒圆整度更好。从而有效改善铝合金的机械性能。

在上述的一种铝合金滑阀中，步骤S2中的压射速度为80-90L/min，压射压力为60-80MPa。

在上述的一种铝合金滑阀中，步骤S3中的热处理包括固溶处理和双级时效处理，固溶处理为梯度固溶处理，梯度固溶处理为420-450℃时保温5-10min，升温至450-490℃时保温5-10min，升温至490-530℃时保温5-10min，升温至530-550℃时保温10-15min。高温短时的梯度固溶处理可以获得比相同时间高温单级固溶更加细小的晶粒组织和相当的溶质原子过饱和度，使时效过程能够获得足够高的析出强化效应。而且，本发明的固溶处理对硬质阳极氧化处理得到的氧化膜层的质量影响较大，如果固溶处理不当，会导致在后的硬质阳极氧化过程中的氧化膜的成长速度不一致，使生长快的氧化膜和生长慢的氧化膜之间存在一定的内应力，而这种内应力在一定条件下会转化为微裂纹，使得氧化膜层质量下降，硬度降低。

在上述的一种铝合金滑阀中，双级时效处理包括在160-200℃的温度下处理8-10h，和在200-230℃的温度下处理1-3h。本发明将阀体铸件和阀芯铸件在固溶处理后进行双级时效处理，不仅可以细化组织晶粒，还可以改善阀体铸件和阀芯铸件的抗晶间腐蚀性能，使阀体铸件和阀芯铸件的腐蚀形貌由典型的晶间腐蚀转变为轻微点蚀，提高了阀体铸件和阀芯铸件的耐腐蚀性能。

在上述的一种铝合金滑阀中，步骤S3中的滚压的滚压力为50-80N，滚压次数为1-5次。在润滑条件下，滚压处理后阀体铸件和阀芯铸件平均磨损体积比未滚压的阀体铸件和阀芯铸件的平均磨损体积减少20％左右。而经本发明滚压处理后，阀体铸件和阀芯铸件可以得到最小的磨损体积，相比未经滚压处理的阀体铸件和阀芯铸件平均磨损体积减小50％左右。

在上述的一种铝合金滑阀中，步骤S3中硬质阳极氧化处理后得到的氧化膜层的厚度为30-50μm。硬质阳极氧化处理后得到的氧化膜层对阀体铸件和阀芯铸件起到了保护作用，可以提高阀体铸件和阀芯铸件的耐蚀性、耐磨性、耐候性、绝缘性和外观等性能。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.本发明滑阀的阀体和阀芯采用铝合金材料制备而成，具有质量轻、强度高、耐腐蚀等效果。

2.本发明合理配伍了铝合金的组成成分及其质量百分比，提高了铝合金的强度、耐磨性和耐腐蚀性等性能。

3.本发明在铝合金原料熔炼过程中施加了超声波处理，可以明显起到细化合金晶粒的效果。

4.本发明阀体铸件和阀芯铸件的热处理包括高温短时的梯度固溶处理和双级时效处理，不仅可以提高阀体铸件和阀芯铸件的机械性能，还能将阀体铸件和阀芯铸件的腐蚀形貌由典型的晶间腐蚀转变为轻微点蚀，提高了阀体铸件和阀芯铸件的耐腐蚀性能。

5.本发明阀体铸件和阀芯铸件还进行了滚压处理，减小了阀体铸件和阀芯铸件的平均磨损体积。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

表1：本发明实施例1-5制备阀体和阀芯的铝合金的组成成分及其质量百分比

实施例1：

首先，按照表1中实施例1铝合金的组成成分及其质量百分比配料、熔炼，在熔炼过程中施加超声振动，超声振动的超声波功率为500W，频率为20kHz。熔炼成铝液后进行扒渣、除气精炼，静置后进行除渣。

然后将除渣后的铝液倒入压室内，在80L/min的压射速度下充填进模具的型腔进行浇注，使铝液在60MPa压射压力下凝固成型得阀体铸件和阀芯铸件。再将得到的阀体铸件和阀芯铸件进行热处理，热处理包括固溶处理和双级时效处理，固溶处理为梯度固溶处理，梯度固溶处理为在420℃时保温10min，升温至450℃时保温10min，升温至490℃时保温10min，升温至530℃时保温15min。双级时效处理包括在160℃的温度下处理10h，和在200℃的温度下处理3h。热处理后将阀体铸件和阀芯铸件在滚压力为50N的条件下滚压5次。滚压后将阀体铸件和阀芯铸件进行硬质阳极氧化处理，在阀体铸件和阀芯铸件表面形成厚度为30μm的氧化膜层，得到最终的阀体和阀芯。

最后将得到的阀体和阀芯组装成滑阀成品。

实施例2：

首先，按照表1中实施例2铝合金的组成成分及其质量百分比配料、熔炼，在熔炼过程中施加超声振动，超声振动的超声波功率为600W，频率为23kHz。熔炼成铝液后进行扒渣、除气精炼，静置后进行除渣。

然后将除渣后的铝液倒入压室内，在82L/min的压射速度下充填进模具的型腔进行浇注，使铝液在65MPa压射压力下凝固成型得阀体铸件和阀芯铸件。再将得到的阀体铸件和阀芯铸件进行热处理，热处理包括固溶处理和双级时效处理，固溶处理为梯度固溶处理，梯度固溶处理为在430℃时保温9min，升温至460℃时保温9min，升温至500℃时保温9min，升温至535℃时保温14min。双级时效处理包括在170℃的温度下处理9h，和在210℃的温度下处理3h。热处理后将阀体铸件和阀芯铸件在滚压力为60N的条件下滚压4次。滚压后将阀体铸件和阀芯铸件进行硬质阳极氧化处理，在阀体铸件和阀芯铸件表面形成厚度为35μm的氧化膜层，得到最终的阀体和阀芯。

最后将得到的阀体和阀芯组装成滑阀成品。

实施例3：

首先，按照表1中实施例3铝合金的组成成分及其质量百分比配料、熔炼，在熔炼过程中施加超声振动，超声振动的超声波功率为650W，频率为25kHz。熔炼成铝液后进行扒渣、除气精炼，静置后进行除渣。

然后将除渣后的铝液倒入压室内，在85L/min的压射速度下充填进模具的型腔进行浇注，使铝液在70MPa压射压力下凝固成型得阀体铸件和阀芯铸件。再将得到的阀体铸件和阀芯铸件进行热处理，热处理包括固溶处理和双级时效处理，固溶处理为梯度固溶处理，梯度固溶处理为在435℃时保温8min，升温至470℃时保温8min，升温至510℃时保温8min，升温至540℃时保温13min。双级时效处理包括在180℃的温度下处理9h，和在215℃的温度下处理2h。热处理后将阀体铸件和阀芯铸件在滚压力为70N的条件下滚压3次。滚压后将阀体铸件和阀芯铸件进行硬质阳极氧化处理，在阀体铸件和阀芯铸件表面形成厚度为40μm的氧化膜层，得到最终的阀体和阀芯。

最后将得到的阀体和阀芯组装成滑阀成品。

实施例4：

首先，按照表1中实施例4铝合金的组成成分及其质量百分比配料、熔炼，在熔炼过程中施加超声振动，超声振动的超声波功率为700W，频率为28kHz。熔炼成铝液后进行扒渣、除气精炼，静置后进行除渣。

然后将除渣后的铝液倒入压室内，在88L/min的压射速度下充填进模具的型腔进行浇注，使铝液在75MPa压射压力下凝固成型得阀体铸件和阀芯铸件。再将得到的阀体铸件和阀芯铸件进行热处理，热处理包括固溶处理和双级时效处理，固溶处理为梯度固溶处理，梯度固溶处理为在440℃时保温6min，升温至480℃时保温6min，升温至520℃时保温6min，升温至545℃时保温12min。双级时效处理包括在190℃的温度下处理8h，和在220℃的温度下处理2h。热处理后将阀体铸件和阀芯铸件在滚压力为75N的条件下滚压2次。滚压后将阀体铸件和阀芯铸件进行硬质阳极氧化处理，在阀体铸件和阀芯铸件表面形成厚度为45μm的氧化膜层，得到最终的阀体和阀芯。

最后将得到的阀体和阀芯组装成滑阀成品。

实施例5：

首先，按照表1中实施例5铝合金的组成成分及其质量百分比配料、熔炼，在熔炼过程中施加超声振动，超声振动的超声波功率为800W，频率为30kHz。熔炼成铝液后进行扒渣、除气精炼，静置后进行除渣。

然后将除渣后的铝液倒入压室内，在90L/min的压射速度下充填进模具的型腔进行浇注，使铝液在80MPa压射压力下凝固成型得阀体铸件和阀芯铸件。再将得到的阀体铸件和阀芯铸件进行热处理，热处理包括固溶处理和双级时效处理，固溶处理为梯度固溶处理，梯度固溶处理为在450℃时保温5min，升温至490℃时保温5min，升温至530℃时保温5min，升温至550℃时保温10min。双级时效处理包括在200℃的温度下处理8h，和在230℃的温度下处理1h。热处理后将阀体铸件和阀芯铸件在滚压力为80N的条件下滚压1次。滚压后将阀体铸件和阀芯铸件进行硬质阳极氧化处理，在阀体铸件和阀芯铸件表面形成厚度为50μm的氧化膜层，得到最终的阀体和阀芯。

最后将得到的阀体和阀芯组装成滑阀成品。

实施例6：

实施例6与实施例3的区别仅在于，实施例6的铝合金中的稀土元素La由等量的Y代替。

实施例7：

实施例7与实施例3的区别仅在于，实施例7的铝合金中的稀土元素Y由等量的La代替。

实施例8：

实施例8与实施例3的区别仅在于，实施例8的铝合金中的稀土元素La与Y的质量比为1:1。

实施例9：

实施例9与实施例3的区别仅在于，实施例9的铝合金中的稀土元素La与Y的质量比为2:1。

对比例1：

对比例1的滑阀采用市售6061铝合金材料按实施例3的制备方法制成。

对比例2：

对比例2与实施例3的区别仅在于，对比例2的铝合金中不含有Nb元素。

对比例3：

对比例3与实施例3的区别仅在于，对比例3的铝合金中不含有Zr元素。

对比例4：

对比例4与实施例3的区别仅在于，对比例4的铝合金中Bi元素的含量仅为0.1％。

对比例5：

对比例5与实施例3的区别仅在于，对比例3的铝合金中不含有硼酸铝晶须。

对比例6：

对比例6与实施例3的区别仅在于，对比例6中在熔炼过程中没有施加超声振动。

对比例7：

对比例7与实施例3的区别仅在于，对比例7的固溶处理为单级固溶处理，温度为460℃，时间为60min。

对比例8：

对比例8与实施例3的区别仅在于，对比例8的时效处理为单级时效处理，温度为180℃，时间为10h。

对比例9：

对比例9与实施例3的区别仅在于，对比例9的没有经过滚压处理。

对比例10：

对比例10与实施例3的区别仅在于，对比例10的没有经过硬质阳极氧化处理。

将上述实施例1-9和对比例1-10制成的滑阀进行力学性能测试，测试结果如表2和表3所示。

表2：实施例1-9滑阀性能测试结果

表3：对比例1-10滑阀性能测试结果

从表2和表3的测试结果可知，采用本发明组成成分及其质量百分比配伍而成的铝合金，并运用本发明的制备方法制备而成的滑阀在性能上要优于采用普通铝合金或者采用现有制备方法制备而成的滑阀的性能。

将本发明实施例和对比例制备得到的滑阀进行耐磨性和耐腐蚀性测试。

耐磨性测试采用磨耗试验机试验。经统计，在相同条件下，对比例制备得到的滑阀的磨耗量始终要高于实施例制备得到的滑阀的磨耗。且随着磨耗试验次数的增加，对比例滑阀和实施例滑阀的磨耗量的差值呈扩大走势。本发明的磨耗试验对滑阀摩擦从100次增加到3000次，对比例与实施例的磨耗量平均差值从1.3g扩大到12.7g。实施例的磨耗量在相同情况下均不超过对比例的磨耗量的40％。

耐腐蚀性测试采用湿热试验和盐雾腐蚀试验。经统计：在相同湿热试验条件下，本发明实施例制备得到的滑阀在960h后均未出现腐蚀现象，继续试验，在1120h后实施例制备得到的滑阀出现腐蚀现象；而对比例制备得到的滑阀在960h后均出现腐蚀现象，腐蚀时间最早的出现在850h。在相同盐雾试验条件下，本发明实施例制备得到的滑阀在50h后均未出现腐蚀现象，继续试验，在62h后实施例制备得到的滑阀出现腐蚀现象；而对比例制备得到的滑阀在50h后均出现腐蚀现象，腐蚀时间最早的出现在38h。对腐蚀的滑阀进行分析，发现本发明实施例制备得到的滑阀的腐蚀均为点蚀，腐蚀深度平均为45μm；而对比例的滑阀腐蚀出现点蚀或者晶间腐蚀的情况，腐蚀深度从50-300μm不等。

由此可知，采用本发明组成成分及其质量百分比配伍而成的铝合金，并运用本发明的制备方法制备而成的滑阀在耐磨性和耐腐蚀性方面也要优于采用普通铝合金或者采用现有制备方法制备而成的滑阀的性能。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims

1.一种铝合金滑阀，包括阀体和阀芯，其特征在于，所述阀体和阀芯均由铝合金材料制成，所述铝合金由以下成分(以质量百分比计)组成：Mg：1.0-1.5％，Si：0.6-1.0％，Cu：0.3-0.5％，Zn：0.1-0.3％，Mn：0.1-0.3％，Cr：0.05-0.2％，Ti：0.05-0.1％，Fe：0.3-0.6％，Zr：0.15-0.5％，Nb：0.05-0.3％，Bi：0.5-0.8％，稀土元素：0.3-1％，硼酸铝晶须：10-30％，余量为Al以及不可避免的杂质元素。

2.根据权利要求1所述的一种铝合金滑阀，其特征在于，所述铝合金由以下成分(以质量百分比计)组成：Mg：1.2-1.3％，Si：0.8-0.9％，Cu：0.4-0.5％，Zn：0.2-0.3％，Mn：0.1-0.2％，Cr：0.1-0.15％，Ti：0.06-0.08％，Fe：0.4-0.5％，Zr：0.3-0.4％，Nb：0.1-0.2％，Bi：0.6-0.8％，稀土元素：0.5-0.8％，硼酸铝晶须：15-25％，余量为Al以及不可避免的杂质元素。

3.根据权利要求1所述的一种铝合金滑阀，其特征在于，所述铝合金滑阀通过以下方法制备得到：

S1、按照权利要求1所述铝合金的组成成分及其质量百分比配料、熔炼，熔炼成铝液后进行扒渣、除气精炼，静置后进行除渣；

S4、将上述得到的阀体和阀芯组装成滑阀成品。

4.根据权利要求3所述的一种铝合金滑阀，其特征在于，步骤S1所述熔炼过程中施加超声振动。

5.根据权利要求4所述的一种铝合金滑阀，其特征在于，所述超声振动的超声波功率为500-800W，频率为20-30kHz。

6.根据权利要求3所述的一种铝合金滑阀，其特征在于，步骤S2中所述的压射速度为80-90L/min，压射压力为60-80MPa。

7.根据权利要求3所述的一种铝合金滑阀，其特征在于，步骤S3中所述的热处理包括固溶处理和双级时效处理，固溶处理为梯度固溶处理，梯度固溶处理为在420-450℃时保温5-10min，升温至450-490℃时保温5-10min，升温至490-530℃时保温5-10min，升温至530-550℃时保温10-15min。

8.根据权利要求7所述的一种铝合金滑阀，其特征在于，所述双级时效处理包括在160-200℃的温度下处理8-10h，和在200-230℃的温度下处理1-3h。

9.根据权利要求3所述的一种铝合金滑阀，其特征在于，步骤S3中所述的滚压的滚压力为50-80N，滚压次数为1-5次。

10.根据权利要求3所述的一种铝合金滑阀，其特征在于，步骤S3中所述硬质阳极氧化处理后得到的氧化膜层的厚度为30-50μm。