CN106270487B - 一种电磁连接阀 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电磁连接阀，属于粉末冶金技术领域。电磁连接阀包括圆盘形的主体以及设置在主体上的轴突，所述主体与轴突同轴设置，所述主体与轴突相连接的一侧具有阶梯形，所述轴突在远离主体端外侧具有环形卡槽，所述的电磁连接阀包括如下成分及其重量份数：胶体石墨1‑5份、铜粉2‑6份、镍粉3‑5份、钼粉1‑3份、铬粉0.5‑2份、润滑剂0.5‑3份、氟化钙1‑5份、水雾化铁粉60‑100份，其中水雾化铁粉由两种不同粒径的水雾铁粉复配而成，其中粒径为50‑120μm的水雾化铁粉20‑40份，粒径为10‑30μm的水雾化铁粉40‑60份。本发明电磁连接阀具有较高的硬度和强度。

Description

一种电磁连接阀
技术领域
本发明涉及一种电磁连接阀，属于粉末冶金技术领域。
背景技术
众所周知，随着时代的发展与进步。材料、能源和信息已经被称为当代科学技术的三大支柱。对于材料，特别是先进材料的认识水平、掌握和运用的能力，对一个现代国家的科学技术和经济实力，综合国力以及社会文明进步都将产生至关重要的影响，材料的发展和国民经济产业发展密切相关。粉末冶金是用金属材料(或金属粉末与非金属粉末的混合物)作为原料，经过成形和烧结制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺过程。粉末冶金法与生产陶瓷有相似的地方，因此也叫金属陶瓷法。
粉末冶金在技术和经济上具有一系列特点：首先，粉末冶金在生产零件时成本低。与铸造方法相比，粉末冶金方法在精密度和成本这两方面非常有竞争力。铸造中的一些问题，如偏析、机加工量大等，用粉末冶金方法则可以减少或避免。用粉末冶金生产制品时，金属的总损耗只有1％-5％。其次，粉末冶金方法能生产用普通熔炼法无法生产的、具有特殊性能的材料：例如多孔材料、氧化物弥散强化合金、钨.铜假合金型电触头材料、陶瓷和硬质合金以及各种复合材料等。另外，粉末冶金方法也可以制取高纯度材料，而不给材料带来污染。
粉末冶金可直接制成多种机械零件，如在汽车摩擦片、刹车片、各种齿轮、凸轮、链轮、连接阀、减震器等零件中应用。现有的技术中，对这种零部件的加工主要采用铸造和切削加工，但无论是铸造还是机械加工都具有浪费原材料的缺陷，另外从零件的质量方面考虑，铸造加工出来的质量也无法满足要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种硬度、强度高的电磁连接阀。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种电磁连接阀，包括圆盘形的主体以及设置在主体上的轴突，所述主体与轴突同轴设置，所述主体与轴突相连接的一侧具有阶梯形，所述轴突在远离主体端外侧具有环形卡槽；
所述的电磁连接阀包括如下成分及其重量份数：
胶体石墨 1-5份
铜粉 2-6份
镍粉 3-5份
钼粉 1-3份
铬粉 0.5-2份
润滑剂 0.5-3份
氟化钙 1-5份
水雾化铁粉 60-100份，
其中水雾化铁粉由两种不同粒径的水雾铁粉复配而成，其中粒径为50-120μm的水雾化铁粉20-40份，粒径为10-30μm的水雾化铁粉40-60份。
铜粉含量的增加能直接提高产品的抗弯强度，却由于其塑性较差，会降低产品的洛氏硬度；而石墨含量的增加对产品机械性能的影响则与铜粉相反，其能显著增加产品的洛氏硬度却降低抗弯强度，本发明以水雾化铁粉为主，通过合理配置铜粉和石墨的配比，加入适量的铜粉、石墨、镍粉、钼粉、铬粉，直接采用粉状材料，无需初级粉碎，通过一次成型压制即可制得致密性好的电磁连接阀，且电磁连接阀的洛氏硬度和抗弯强度保持在较平衡状态。本发明采用胶体石墨取代传统粉末冶金过程中使用的普通石墨，在压制成型过程中能减少润滑剂的使用，在烧结过程中，能提高烧结成型的良率。本发明所采用的水雾化铁粉是两种不同粒径的水雾化铁粉复配而成，不用粒径的混合物可使电磁连接阀的粉末颗粒在一次压制成型过程中更加均匀地分布，提高电磁连接阀的诱导内应力，提高电磁连接阀的表面硬度，降低表层气孔率，提高电磁连接阀的致密性。
作为优选，所述的润滑剂为聚乙烯基异丁醚、金属氧化物微粒、硬脂酸锌、脂肪酸双酰胺按比例混合通过石蜡粉包裹制成的润滑剂颗粒，所述润滑剂颗粒中各成分所占的质量百分比分别为：聚乙烯基异丁醚40-50％、金属氧化物微粒10-12％、硬脂酸锌5-8％、脂肪酸双酰胺30-45％。润滑剂颗粒中含有多种润滑成分，更容易随润滑剂颗粒在粉末材料中均匀分布，润滑剂颗粒外表由石蜡层所覆盖，压坯的过程中石蜡层被破坏，有利于顺利脱模。
进一步优选，所述的金属氧化物微粒为氧化钙和/或氧化铝。
本发明的另一个目的在于提供一种上述电磁连接阀的制备方法，所述的制备方法包括如下步骤：
S1、混料：按所述电磁连接阀的成分及其重量份称取原料，将称取好的原料倒入粉末混料机混合，得均匀的铁基粉末混合物；
S2、压制成型：将铁基粉末混合物送入成型机中，采用一次压制成型法制得电磁连接阀坯件；
S3、振荡压力烧结：将电磁连接阀坯件通过振荡压力烧结得电磁连接阀半成品；
S4、后处理：将电磁连接阀半成品用研磨剂进行共振研磨，然后依次经过超声波清洗、蒸汽处理得本发明电磁连接阀。
本发明电磁连接阀的制备方法通过一次压制成型，然后进行振荡压力烧结，与现有技术中普通的烧结不同，本发明烧结过程中施加振荡压力强化了高温下晶粒的塑性形变和晶界滑移等现象，抑制了晶界迁移，从而抑制了晶粒的过快生长。且本发明振荡压力又为粉体致密化提供了较高的驱动力，通过重排、扩散和迁移等机制甲酸了坯体的致密化进程，同时，振荡压力加速了烧结后期晶界处关闭气孔的排出，进而提高了电磁连接阀材料的致密性、强度，尤其是断裂强度和抗老化强度。
在上述电磁连接阀的制备方法中，作为优选，步骤S2中压制成型的压力为220-280MPa，压制温度为130-150℃，模具温度为150-170℃。
进一步优选，压制成型在氢气和氮气的混合气体中进行，氢气和氮气的体积百分比为1-3.8％∶96.2-99％。
压制成形时，压制压力基本和最终产品密度成正比。压力刚开始增大时，使得粉末体内的拱桥被破坏，粉末颗粒发生位移彼此填充空隙，重新排列位置增加接触，产品密度急剧增加。压力急剧增大至超过粉末颗粒的临界压力后，粉末颗粒开始变形，产品密度继续增加。压力超过粉末临界压力后，继续提高压力对产品密度改良效果减小。为节约成本，节省装备购置费用，本发明选取的压制的压力、温度控制在上述范围。
在上述电磁连接阀的制备方法中，作为优选，步骤S3中振荡压力烧结具体为：
氩气作保护气体，施加预压力3-8MPa，缓慢升温，升温速率为50-80℃/h；
当温度达到550-600℃后保温40-60min；
将恒定压力增加到12-15MPa，以50-80℃/h的升温速率继续升温至820-880℃，保温20-40min；
将恒定压力增加到20-25MPa，以20-30℃/min的速率升温至950-1050℃；
当温度达到1100-1180℃后施加振荡压力，振荡压力变化范围为5-10MPa，频率为35-60Hz，保温时间为30-50min；
保温完成后以50-80℃/h的速率降温至850-880℃，并卸压，然后自然冷却至室温。
本发明在烧结后逐步降温到稍低的温度，也有利于排气和产品整体的均匀冷却，从而避免冷热不均，从而提高产品烧结的成品率，防止发生龟裂和形变，提高电磁连接阀的致密性、强度、韧性。
在上述电磁连接阀的制备方法中，作为优选，步骤S4中研磨剂的用量与电磁连接阀半成品的质量比为2-4:1。进一步优选，所述研磨剂的粒径为50-120μm。再进一步优选，所述研磨剂为二氧化硅磨料、碳化硅磨料、白刚玉磨料中的一种或多种。将研磨料的粒径控制在0.5-2.5μm可以提高诱导的内应力，进而提高电磁连接阀的机械负荷能力，提高其强度，延长其使用寿命。
共振研磨过程中还可以加入防锈剂、光亮剂等，在研磨过程中有效去除毛刺的同时有效的防止零件在研磨过程发生氧化，并使零件表面光亮。
与现有技术相比，本发明电磁连接阀通过合理配伍其原料，尤其是选用了不同粒径的水雾化铁粉以及含多种成分的润滑剂，并利用粉末冶金方法先一体压制成型，然后通过振荡压力烧结，降低表层气孔率，缩小尺寸公差，提高电磁连接阀的密度，提高电磁连接阀硬度和强度，进而提高其使用寿命。
附图说明
图1为本发明电磁连接阀的剖视图。
图中，1、主体；2、轴突；3、环形卡槽。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例结合附图说明，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。
如图1所示，一种电磁连接阀，包括圆盘形的主体1以及设置在主体上的轴突2，所述主体1与轴突2同轴设置，所述主体1与轴突2相连接的一侧具有阶梯形，所述轴突2在远离主体端外侧具有环形卡槽3；
电磁连接阀包括如下成分及其重量份数：
胶体石墨 1-5份
铜粉 2-6份
镍粉 3-5份
钼粉 1-3份
铬粉 0.5-2份
润滑剂 0.5-3份
氟化钙 1-5份
水雾化铁粉 60-100份，
其中水雾化铁粉由两种不同粒径的水雾铁粉复配而成，其中粒径为50-120μm的水雾化铁粉20-40份，粒径为10-30μm的水雾化铁粉40-60份。
表1：实施例1-4中电磁连接阀的成分及其质量份数
实施例1
混料：按表1实施例1中所述电磁连接阀的成分及其重量份称取原料，将称取好的原料倒入粉末混料机混合，得均匀的铁基粉末混合物；所述的润滑剂为聚乙烯基异丁醚、金属氧化物微粒、硬脂酸锌、脂肪酸双酰胺按比例混合通过石蜡粉包裹制成的润滑剂颗粒，所述润滑剂颗粒中各成分所占的质量百分比分别为：聚乙烯基异丁醚45％、金属氧化物微粒11％、硬脂酸锌6％、脂肪酸双酰胺38％；所述的金属氧化物微粒为氧化钙5％与氧化铝6％(占润滑剂颗粒总质量的质量百分比)。
压制成型：将铁基粉末混合物送入成型机中，在氢气和氮气的混合气体下(氢气和氮气的体积百分比为1-3.8％∶96.2-99％)采用一次压制成型法制得电磁连接阀坯件；压制成型的压力为250MPa，压制温度为140℃，模具温度为160℃。
振荡压力烧结：在氩气保护下，将电磁连接阀坯件置于烧结炉中，先施加预压力5MPa，缓慢升温，升温速率为60℃/h；当温度达到570℃后保温50min；将恒定压力增加到13MPa，以60℃/h的升温速率继续升温至850℃，保温30min；将恒定压力增加到22MPa，以25℃/min的速率升温至1000℃；当温度达到1150℃后施加振荡压力，振荡压力变化范围为8MPa(即在14-30MPa之间循环震动)，频率为50Hz，保温时间为40min；保温完成后以60℃/h的速率降温至860℃，并卸压，然后自然冷却至室温，得电磁连接阀半成品。
后处理：将电磁连接阀半成品用研磨剂(研磨剂的用量与电磁连接阀半成品的质量比为3:1，所述研磨剂的粒径为50-120μm，研磨剂为二氧化硅磨料)进行共振研磨，然后依次经过超声波清洗、蒸汽处理得本发明电磁连接阀。
实施例2
混料：按表1实施例2中所述电磁连接阀的成分及其重量份称取原料，将称取好的原料倒入粉末混料机混合，得均匀的铁基粉末混合物；所述的润滑剂为聚乙烯基异丁醚、金属氧化物微粒、硬脂酸锌、脂肪酸双酰胺按比例混合通过石蜡粉包裹制成的润滑剂颗粒，所述润滑剂颗粒中各成分所占的质量百分比分别为：聚乙烯基异丁醚48％、金属氧化物微粒11％、硬脂酸锌7％、脂肪酸双酰胺34％；所述的金属氧化物微粒为氧化钙5％和氧化铝6％(占润滑剂颗粒总质量的质量百分比)。
压制成型：将铁基粉末混合物送入成型机中，在氢气和氮气的混合气体下(氢气和氮气的体积百分比为1-3.8％∶96.2-99％)采用一次压制成型法制得电磁连接阀坯件；压制成型的压力为240MPa，压制温度为145℃，模具温度为155℃。
振荡压力烧结：在氩气保护下，将电磁连接阀坯件置于烧结炉中，先施加预压力6MPa，缓慢升温，升温速率为70℃/h；当温度达到580℃后保温45min；将恒定压力增加到14MPa，以70℃/h的升温速率继续升温至860℃，保温25min；将恒定压力增加到24MPa，以28℃/min的速率升温至1020℃；当温度达到1130℃后施加振荡压力，振荡压力变化范围为6MPa(即在18-30MPa之间循环震动)，频率为40Hz，保温时间为45min；保温完成后以70℃/h的速率降温至870℃，并卸压，然后自然冷却至室温，得电磁连接阀半成品。
后处理：将电磁连接阀半成品用研磨剂(研磨剂的用量与电磁连接阀半成品的质量比为2.5:1，所述研磨剂的粒径为50-120μm，研磨剂为白刚玉磨料)进行共振研磨，然后依次经过超声波清洗、蒸汽处理得本发明电磁连接阀。
实施例3
混料：按表1实施例3中所述电磁连接阀的成分及其重量份称取原料，将称取好的原料倒入粉末混料机混合，得均匀的铁基粉末混合物；所述的润滑剂为聚乙烯基异丁醚、金属氧化物微粒氧化钙、硬脂酸锌、脂肪酸双酰胺按比例混合通过石蜡粉包裹制成的润滑剂颗粒，所述润滑剂颗粒中各成分所占的质量百分比分别为：聚乙烯基异丁醚40％、金属氧化物微粒氧化钙12％、硬脂酸锌8％、脂肪酸双酰胺40％。
压制成型：将铁基粉末混合物送入成型机中，在氢气和氮气的混合气体下(氢气和氮气的体积百分比为1-3.8％∶96.2-99％)采用一次压制成型法制得电磁连接阀坯件；压制成型的压力为280MPa，压制温度为150℃，模具温度为170℃。
振荡压力烧结：在氩气保护下，将电磁连接阀坯件置于烧结炉中，先施加预压力8MPa，缓慢升温，升温速率为80℃/h；当温度达到600℃后保温40min；将恒定压力增加到15MPa，以80℃/h的升温速率继续升温至880℃，保温20min；将恒定压力增加到25MPa，以30℃/min的速率升温至1050℃；当温度达到1180℃后施加振荡压力，振荡压力变化范围为10MPa(即在15-35MPa之间循环震动)，频率为35Hz，保温时间为30min；保温完成后以80℃/h的速率降温至880℃，并卸压，然后自然冷却至室温，得电磁连接阀半成品。
后处理：将电磁连接阀半成品用研磨剂(研磨剂的用量与电磁连接阀半成品的质量比为4:1，所述研磨剂的粒径为50-120μm，研磨剂为碳化硅磨料，还根据情况加入适量的防锈剂、光亮剂)进行共振研磨，然后依次经过超声波清洗、蒸汽处理得本发明电磁连接阀。
实施例4
混料：按表1实施例4中所述电磁连接阀的成分及其重量份称取原料，将称取好的原料倒入粉末混料机混合，得均匀的铁基粉末混合物；所述的润滑剂为聚乙烯基异丁醚、金属氧化物微粒氧化铝、硬脂酸锌、脂肪酸双酰胺按比例混合通过石蜡粉包裹制成的润滑剂颗粒，所述润滑剂颗粒中各成分所占的质量百分比分别为：聚乙烯基异丁醚50％、金属氧化物微粒氧化铝10％、硬脂酸锌5％、脂肪酸双酰胺35％。
压制成型：将铁基粉末混合物送入成型机中，在氢气和氮气的混合气体下(氢气和氮气的体积百分比为1-3.8％∶96.2-99％)采用一次压制成型法制得电磁连接阀坯件；压制成型的压力为220MPa，压制温度为130℃，模具温度为150℃。
振荡压力烧结：在氩气保护下，将电磁连接阀坯件置于烧结炉中，先施加预压力3MPa，缓慢升温，升温速率为50℃/h；当温度达到550℃后保温60min；将恒定压力增加到12MPa，以50℃/h的升温速率继续升温至820℃，保温40min；将恒定压力增加到20MPa，以20℃/min的速率升温至950℃；当温度达到1100℃后施加振荡压力，振荡压力变化范围为5MPa(即在15-25MPa之间循环震动)，频率为60Hz，保温时间为30min；保温完成后以50℃/h的速率降温至850℃，并卸压，然后自然冷却至室温，得电磁连接阀半成品。
后处理：将电磁连接阀半成品用研磨剂(研磨剂的用量与电磁连接阀半成品的质量比为2:1，所述研磨剂的粒径为50-120μm，研磨剂为二氧化硅磨料，还可以根据情况加入适量的防锈剂、光亮剂等)进行共振研磨，然后依次经过超声波清洗、蒸汽处理得本发明电磁连接阀。
对比例1
与实施例1的区别仅在于，该对比例中的水雾化铁粉为单一粒径水雾化铁粉，且润滑剂为普通常规的润滑剂，其他与实施例1相同，此处不再累述。
对比例2
与实施例1的区别仅在于，该对比例中仅是加热至1100-1180℃进行烧结(即没有使用振荡压力烧结)，其他与实施例1相同，此处不再累述。
在本发明中，除了特别说明，其他所述的工艺均为常规工艺，如共振研磨、超声波清洗、蒸汽处理等，其他所示的试剂均为常规试剂，如防锈剂、光亮剂等。
将实施例1-4及对比例1-2中的电磁连接阀进行性能测试，测试结果如表2所示。
表2：实施例1-4及对比例1-2中电磁连接阀的性能测试结果
综上所述，本发明电磁连接阀通过合理配伍其原料，尤其是选用了不同粒径的水雾化铁粉以及含多种成分的润滑剂，并利用粉末冶金方法先一体压制成型，然后通过振荡压力烧结，降低表层气孔率，缩小尺寸公差，提高电磁连接阀的密度，提高电磁连接阀硬度和强度，进而提高其使用寿命。
本处实施例对本发明要求保护的技术范围中点值未穷尽之处以及在实施例技术方案中对单个或者多个技术特征的同等替换所形成的新的技术方案，同样都在本发明要求保护的范围内；同时本发明方案所有列举或者未列举的实施例中，在同一实施例中的各个参数仅仅表示其技术方案的一个实例(即一种可行性方案)，而各个参数之间并不存在严格的配合与限定关系，其中各参数在不违背公理以及本发明述求时可以相互替换，特别声明的除外。
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。

Claims (8)

1.一种电磁连接阀，其特征在于，包括圆盘形的主体以及设置在主体上的轴突，所述主体与轴突同轴设置，所述主体与轴突相连接的一侧具有阶梯形，所述轴突在远离主体端外侧具有环形卡槽，所述的电磁连接阀包括如下成分及其重量份数：
胶体石墨1-5份
铜粉2-6份
镍粉3-5份
钼粉1-3份
铬粉0.5-2份
润滑剂0.5-3份
氟化钙1-5份
水雾化铁粉60-100份，
其中水雾化铁粉由两种不同粒径的水雾铁粉复配而成，其中粒径为50-120μm的水雾化铁粉20-40份，粒径为10-30μm的水雾化铁粉40-60份；
所述电磁连接阀的制备方法，包括如下步骤：
S1、混料：按上述电磁连接阀的成分及其重量份称取原料，将称取好的原料倒入粉末混料机混合，得均匀的铁基粉末混合物；
S2、压制成型：将铁基粉末混合物送入成型机中，采用一次压制成型法制得电磁连接阀坯件；
S3、振荡压力烧结：将电磁连接阀坯件通过振荡压力烧结得电磁连接阀半成品；
S4、后处理：将电磁连接阀半成品用研磨剂进行共振研磨，然后依次经过超声波清洗、蒸汽处理得电磁连接阀；
所述步骤S3中的振荡压力烧结具体为：
氩气作保护气体，施加预压力3-8MPa，缓慢升温，升温速率为50-80℃/h；
当温度达到550-600℃后保温40-60min；
将恒定压力增加到12-15MPa，以50-80℃/h的升温速率继续升温至820-880℃，保温20-40min；
将恒定压力增加到20-25MPa，以20-30℃/min的速率升温至950-1050℃；
当温度达到1100-1180℃后施加振荡压力，振荡压力变化范围为5-10MPa，频率为35-60Hz，保温时间为30-50min；
保温完成后以50-80℃/h的速率降温至850-880℃，并卸压，然后自然冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的电磁连接阀，其特征在于，所述的润滑剂为聚乙烯基异丁醚、金属氧化物微粒、硬脂酸锌、脂肪酸双酰胺按比例混合通过石蜡粉包裹制成的润滑剂颗粒，所述润滑剂颗粒中各成分所占的质量百分比分别为：聚乙烯基异丁醚40-50％、金属氧化物微粒10-12％、硬脂酸锌5-8％、脂肪酸双酰胺30-45％。
3.根据权利要求2所述的电磁连接阀，其特征在于，所述的金属氧化物微粒为氧化钙和/或氧化铝。
4.根据权利要求1所述的电磁连接阀，其特征在于，步骤S2中所述压制成型的压力为220-280MPa，压制温度为130-150℃，模具温度为150-170℃。
5.根据权利要求1所述的电磁连接阀，其特征在于，步骤S2中的压制成型在氢气和氮气的混合气体中进行，氢气和氮气的体积百分比为1-3.8％∶96.2-99％。
6.根据权利要求1所述的电磁连接阀，其特征在于，步骤S4中研磨剂的用量与电磁连接阀半成品的质量比为2-4:1。
7.根据权利要求1或6所述的电磁连接阀，其特征在于，所述研磨剂的粒径为50-120μm。
8.根据权利要求6所述的电磁连接阀，其特征在于，研磨剂为二氧化硅磨料、碳化硅磨料、白刚玉磨料中的一种或多种。
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