CN107312978B - 一种汽车用水泵及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种汽车用水泵，包括壳体和设置于壳体内的叶轮，叶轮包括叶轮本体和设置于叶轮本体表面的防护层，叶轮本体由不锈钢制成的，不锈钢包括以下组分：按重量百分比计，Cr17.13‑17.85％，Ni5.42‑5.63％，Mn1.09‑1.21％，C0.048‑0.062％，Si0.89‑0.95％，P0.026‑0.041％，Ti0.108‑0.147％，余量为Fe；防护层是按照以下组分制备而成：按重量百分比计，正丙醇锆0.56‑1.87％、正丙醇30.24‑40.27％、乙酰丙酮0.51‑1.67％、氧化钇6.26‑8.93％，余量为去离子水。本发明能够提高水泵的耐腐蚀性和耐高温性能。

Description

一种汽车用水泵及其制备方法
技术领域
本发明涉及汽车制备技术领域，具体涉及一种汽车用水泵及其制备方法。
背景技术
汽车水泵是汽车的重要部件，叶轮是水泵工作的核心。由于受水泵空间位置的限制，散热面积小，叶轮通常需要承受较高的温度，并且叶轮表面也极易腐蚀。鉴于汽车水泵的工作环境的特殊性，因此如何提高汽车用水泵的耐高温和耐腐蚀性是目前亟待解决的问题。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种汽车用水泵，其耐高温、耐腐蚀性好。
本发明的另一个目的在于提供一种汽车用水泵的制备方法，其能够提高水泵的耐腐蚀性和耐高温性能。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种汽车用水泵，包括：壳体和设置于壳体内的叶轮，叶轮包括叶轮本体和设置于叶轮本体表面的防护层，其中
叶轮本体由不锈钢制成的，不锈钢包括以下组分：按重量百分比计，Cr 17.13-17.85％，Ni 5.42-5.63％，Mn 1.09-1.21％，C 0.048-0.062％，Si 0.89-0.95％，P 0.026-0.041％，Ti 0.108-0.147％，余量为Fe；
防护层是按照以下组分制备而成：按重量百分比计，正丙醇锆0.56-1.87％、正丙醇30.24-40.27％、乙酰丙酮0.51-1.67％、氧化钇6.26-8.93％，余量为去离子水。
本发明叶轮本体的化学组分除Fe以外，主要以Cr为添加元素。铬为铁素体形成的元素之一，其能够显著提高不锈钢合金的强度、耐腐蚀性，但同时也会降低不锈钢的塑性和韧性。在不锈钢中，铬含量太低，无法体现出其抗腐蚀性能，含量太高，则会导致不锈钢中铁素体含量增加而降低不锈钢的强度。本发明结合不锈钢各组分之间的配比关系将铬的含量确定在17.13-17.85％之间，既能够满足对不锈钢的强度要求，保证叶轮具有足够强度，又可以提高不锈钢的耐腐蚀性，延长叶轮的使用寿命。
同时，本发明再在不锈钢合金成分中添加了5.42-5.63％的Ni，其有助于提高不锈钢中奥氏体组织的稳定性，提高不锈钢的强度并且保持良好的塑性和韧性。而且镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力，可以进一步提高叶轮的耐腐蚀性能。
本发明还在合金成分中增加了Ti元素，其目的在于，在升温处理过程中，Ti能够与C形成弥散的小颗粒，对奥氏体晶界起到固定作用，阻碍奥氏体晶界的迁移，有效组织奥氏体晶粒粗化；同时，在降温处理过程中，钛与碳形成的化合物在奥氏体向铁素体转变之前析出，成为铁素体的形核质点，使铁素体的晶粒细化，从而提高不锈钢的强度。本发明将Ti的加量确定在0.108-0.147％的范围内，更有利于形成形核质点，帮助奥氏体转变为铁素体，并且获得更加均匀细化的晶粒。
为了进一步提高水泵叶轮的耐高温和耐腐蚀性能，本发明在叶轮本体的表面涂覆一层防护层。本发明的防护层与现有的陶瓷粉体涂层不同，其将防护层制成溶胶的形式涂覆在叶轮本体的表面。在制备过程中，对设备要求低、晶相转变温度低、涂层纯度高、耐腐蚀性能以及耐高温氧化性能好。本发明在防护层中添加氧化钇，其具有活性元素的作用，使得叶轮本体表面发生选择性氧化，迅速形成致密的具有保护作用的氧化膜，从而表现出更加优异的耐高温氧化性能。
本发明通过改良制备叶轮本体的不锈钢成分以及在叶轮本体表面设置防护层来提高汽车用水泵的耐腐蚀和耐高温性能，尤其是通过防护层提高水泵叶轮的耐高温性能，效果明显。
本发明通过控制制备叶轮本体的不锈钢合金成分，
一种制备权利要求1的汽车用水泵的方法，包括：
(1)按照上述比例配制不锈钢合金，将不锈钢合金材料在温度为1820-1850℃的条件下熔炼，得到合金液，将合金液在1760-1800℃的条件下浇注至叶轮模具中，脱模后得到叶轮毛坯；对叶轮毛坯进行加热，以320-350℃/h的速率升温至1200-1300℃，保温3-5h，再以120-150℃/h的速率降温至400-450℃，保温1.5-2.5h；重复该过程2-4次；然后，退火处理，制得叶轮本体；以及
(2)按照上述比例，将正丙醇锆和正丙醇混合后缓慢滴加乙酰丙酮、氧化钇以及去离子水，搅拌溶液2-2.5h，陈化24h后，得到防护溶胶；采用浸渍-提拉技术将防护溶胶涂覆在叶轮本体的表面形成防护层，制得叶轮。
本发明在制备叶轮本体的过程中，通过多次升温、降温热处理，有效细化晶粒，提高叶轮本体的力学性能。
进一步地，在本法明较佳的实施例中，步骤(1)还包括在退火处理后的以下步骤：
(11)对退火处理后的工件在910-950℃下进行锻造处理；以及
(12)将进过锻造处理后的工件加热至1200-1250℃，保温2-3h后冷却。
进一步地，在本法明较佳的实施例中，将叶轮本体在防护溶胶中浸渍-提拉16-32次，提拉速度为0.1-0.2mm/s，每次提拉完成后在温度为280-300℃的条件下干燥15-20min，完成最后一次浸渍-提拉后在温度为520-540℃的条件下处理2-3h。
本发明具有以下有益效果：
本发明制备工艺简单、易控制，能够提高水泵叶轮的耐腐蚀和耐高温性能。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1：
汽车用水泵，包括：壳体和设置于壳体内的叶轮，叶轮包括叶轮本体和设置于叶轮本体表面的防护层。
叶轮本体由不锈钢制成的，不锈钢包括以下组分：按重量百分比计，Cr 17.13％，Ni 5.42％，Mn 1.09％，C 0.048％，Si 0.89％，P 0.026％，Ti 0.108％，余量为Fe。
防护层是按照以下组分制备而成：按重量百分比计，正丙醇锆0.56％、正丙醇30.24％、乙酰丙酮0.51％、氧化钇6.26％，余量为去离子水。
制备上述汽车用水泵的方法，包括：
(1)按照上述比例配制不锈钢合金，将不锈钢合金材料在温度为1820℃的条件下熔炼，得到合金液，将合金液在1760℃的条件下浇注至叶轮模具中，脱模后得到叶轮毛坯。对叶轮毛坯进行加热，以320℃/h的速率升温至1200℃，保温5h，再以120℃/h的速率降温至400℃，保温2.5h；重复该过程3次；然后，退火处理，制得叶轮本体。
(2)按照上述比例，将正丙醇锆和正丙醇混合后缓慢滴加乙酰丙酮、氧化钇以及去离子水，搅拌溶液2.5h，陈化24h后，得到防护溶胶。采用浸渍-提拉技术将防护溶胶涂覆在叶轮本体的表面形成防护层，制得叶轮。
实施例2：
汽车用水泵，包括：壳体和设置于壳体内的叶轮，叶轮包括叶轮本体和设置于叶轮本体表面的防护层。
叶轮本体由不锈钢制成的，不锈钢包括以下组分：按重量百分比计，Cr 17.85％，Ni 5.63％，Mn 1.21％，C 0.062％，Si 0.95％，P 0.041％，Ti 0.147％，余量为Fe；
防护层是按照以下组分制备而成：按重量百分比计，正丙醇锆1.87％、正丙醇40.27％、乙酰丙酮1.67％、氧化钇8.93％，余量为去离子水。
制备上述汽车用水泵的方法，包括：
(1)按照上述比例配制不锈钢合金，将不锈钢合金材料在温度为1820-1850℃的条件下熔炼，得到合金液，将合金液在1800℃的条件下浇注至叶轮模具中，脱模后得到叶轮毛坯；对叶轮毛坯进行加热，以350℃/h的速率升温至1300℃，保温3h，再以150℃/h的速率降温至450℃，保温1.5h；重复该过程2次；然后，退火处理，制得叶轮本体。
(11)对退火处理后的工件在910℃下进行锻造处理；以及
(12)将进过锻造处理后的工件加热至1200℃，保温2-3h后冷却。
(2)按照上述比例，将正丙醇锆和正丙醇混合后缓慢滴加乙酰丙酮、氧化钇以及去离子水，搅拌溶液2.5h，陈化24h后，得到防护溶胶；采用浸渍-提拉技术将防护溶胶涂覆在叶轮本体的表面形成防护层，制得叶轮。具体地，将叶轮本体在防护溶胶中浸渍-提拉16次，提拉速度为0.1mm/s，每次提拉完成后在温度为280℃的条件下干燥20min，完成最后一次浸渍-提拉后在温度为520℃的条件下处理3h。
实施例3：
汽车用水泵，包括：壳体和设置于壳体内的叶轮，叶轮包括叶轮本体和设置于叶轮本体表面的防护层。
叶轮本体由不锈钢制成的，不锈钢包括以下组分：按重量百分比计，Cr 17.65％，Ni 5.53％，Mn 1.11％，C 0.052％，Si 0.91％，P 0.035％，Ti 0.127％，余量为Fe；
防护层是按照以下组分制备而成：按重量百分比计，正丙醇锆1.45％、正丙醇38.57％、乙酰丙酮1.26％、氧化钇7.23％，余量为去离子水。
制备上述汽车用水泵的方法，包括：
(1)按照上述比例配制不锈钢合金，将不锈钢合金材料在温度为1830℃的条件下熔炼，得到合金液，将合金液在1780℃的条件下浇注至叶轮模具中，脱模后得到叶轮毛坯；对叶轮毛坯进行加热，以330℃/h的速率升温至1260℃，保温4h，再以140℃/h的速率降温至420℃，保温2h；重复该过程4次；然后，退火处理，制得叶轮本体。
(11)对退火处理后的工件在950℃下进行锻造处理；以及
(12)将进过锻造处理后的工件加热至1250℃，保温2h后冷却。
(2)按照上述比例，将正丙醇锆和正丙醇混合后缓慢滴加乙酰丙酮、氧化钇以及去离子水，搅拌溶液2h，陈化24h后，得到防护溶胶；采用浸渍-提拉技术将防护溶胶涂覆在叶轮本体的表面形成防护层，制得叶轮。具体地，将叶轮本体在防护溶胶中浸渍-提拉32次，提拉速度为0.2mm/s，每次提拉完成后在温度为300℃的条件下干燥15min，完成最后一次浸渍-提拉后在温度为540℃的条件下处理2h。
实施例4：
汽车用水泵，包括：壳体和设置于壳体内的叶轮，叶轮包括叶轮本体和设置于叶轮本体表面的防护层。
叶轮本体由不锈钢制成的，不锈钢包括以下组分：按重量百分比计，Cr 17.68％，Ni 5.59％，Mn 1.18％，C 0.057％，Si 0.93％，P 0.037％，Ti 0.137％，余量为Fe；
防护层是按照以下组分制备而成：按重量百分比计，正丙醇锆1.49％、正丙醇35.84％、乙酰丙酮1.58％、氧化钇8.56％，余量为去离子水。
制备上述汽车用水泵的方法，包括：
(1)按照上述比例配制不锈钢合金，将不锈钢合金材料在温度为1835℃的条件下熔炼，得到合金液，将合金液在1785℃的条件下浇注至叶轮模具中，脱模后得到叶轮毛坯；对叶轮毛坯进行加热，以340℃/h的速率升温至1280℃，保温3.5h，再以130℃/h的速率降温至440℃，保温2h；重复该过程3次；然后，退火处理，制得叶轮本体。
(11)对退火处理后的工件在930℃下进行锻造处理；以及
(12)将进过锻造处理后的工件加热至1220℃，保温2.5h后冷却。
(2)按照上述比例，将正丙醇锆和正丙醇混合后缓慢滴加乙酰丙酮、氧化钇以及去离子水，搅拌溶液2.5h，陈化24h后，得到防护溶胶；采用浸渍-提拉技术将防护溶胶涂覆在叶轮本体的表面形成防护层，制得叶轮。具体地，将叶轮本体在防护溶胶中浸渍-提拉34次，提拉速度为0.15mm/s，每次提拉完成后在温度为295℃的条件下干燥18min，完成最后一次浸渍-提拉后在温度为530℃的条件下处理2.5h。
对比例1
本对比例为现有汽车用水泵，其叶轮的不锈钢组分为：按质量百分比计，
C 0.07％，Cr 18％，Ni 9％，Ti 0.05％，S 0.03％，Mn 2％，P 0.035％，余量为铁。
对比例2
本对比例的叶轮的不锈钢组分与实施例1相同，区别在于，本对比例的叶轮不包括防护层。
试验1耐腐蚀性能测试
试验方法：利用恒电位法在PS-268A型电化学测量仪上进行电化学腐蚀试验，腐蚀溶液分别为0.6mol/L HCl溶液、4wt％NaCl溶液、0.6mol/L NaOH溶液。取大小相同的上述实施例1-4和对比例1-2的试样块用超声清洗干净后烘干，保留其有效工作面积为1cm2(其余非工作面用石蜡密封)。将前述试样块浸没在各腐蚀液中，参比电极为饱和甘汞电极，辅助电极为铂电极，试样块为研究电极，用盐桥连接参比电极和研究电极，鲁金毛细管与试样之间的距离为2mm，稳定10min后开始进行阴极与阳极极化。电位扫描速率为60mV/min。利用法拉第定律计算试样的腐蚀速率。测试结果见表1-3。
表1在0.6mol/L HCl溶液中电化学测试结果
表2在4wt％NaCl溶液中电化学测试结果
表3在0.6mol/L NaOH溶液中电化学测试结果
从表1至表3中可以看出，本发明实施例1-4的相较于现有不锈钢的对比例1，无论是对酸、碱或盐溶液，其自腐蚀电位均增大明显，说明本发明实施例和对比例1相比，更难被腐蚀。并且仅采用本发明实施例1不锈钢组分的对比例2，其自腐蚀电位也相较于对比例1有大幅度提升，说明本发明实施例的不锈钢组分通过优化设计后，确实能够提高不锈钢的耐腐蚀性能力。对比例2没有表现出如实施例1-4那样突出的耐腐蚀性能，是因为对比例2没有设置防护层，从侧面反映出本发明的防护层，对不锈钢的耐腐蚀性能有进一步的提高。
试验2耐高温性能测试
试验方法：在静态空气中进行高温氧化试验，将同样大小的上述实施例1-4和对比例1和2的试样块分别置于同一规格且预先焙烧的氧化铝坩埚中，然后在电阻炉中加热到1200℃，保温20h后，取出并冷却至室温，用电子天平进行称量。根据高温氧化国标(GB/T13303-1991)进行重量测试。测试结果见表4。
表4氧化物增加量(mg/m2)
从表4可以看出，本发明实施例1-4和对比例2的氧化物增加量均小于对比例1，说明采用本发明实施例的不锈钢组分和防护层制得的叶轮，确实能够提高叶轮的耐高温性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (3)

1.一种汽车用水泵，其特征在于，包括：壳体和设置于所述壳体内的叶轮，所述叶轮包括叶轮本体和设置于所述叶轮本体表面的防护层，其中
所述叶轮本体由不锈钢制成的，所述不锈钢包括以下组分：按重量百分比计，Cr17.13－17.85％，Ni 5.42－5.63％，Mn 1.09－1.21％，C 0.048－0.062％，Si 0.89－0.95％，P 0.026－0.041％，Ti0.108－0.147％，余量为Fe；
所述防护层是按照以下组分的防护溶胶制备而成：按重量百分比计，正丙醇锆0.56－1.87％、正丙醇30.24－40.27％、乙酰丙酮0.51－1.67％、氧化钇6.26－8.93％，余量为去离子水；
将所述叶轮本体在所述防护溶胶中浸渍－提拉16－32次，提拉速度为0.1－0.2mm/s，每次提拉完成后在温度为280－300℃的条件下干燥15－20min，完成最后一次浸渍－提拉后在温度为520－540℃的条件下处理2－3h。
2.一种制备权利要求1所述的汽车用水泵的方法，其特征在于，包括：
(1)按照重量百分比计，Cr 17.13－17.85％，Ni5.42－5.63％，Mn 1.09－1.21％，C0.048－0.062％，Si 0.89－0.95％，P 0.026－0.041％，Ti0.108－0.147％，余量为Fe配制不锈钢合金，将不锈钢合金材料在温度为1820－1850℃的条件下熔炼，得到合金液，将所述合金液在1760－1800℃的条件下浇注至叶轮模具中，脱模后得到叶轮毛坯；对所述叶轮毛坯进行加热，以320－350℃/h的速率升温至1200－1300℃，保温3－5h，再以120－150℃/h的速率降温至400－450℃，保温1.5－2.5h；重复该过程2－4次；然后，退火处理，制得所述叶轮本体；以及
(2)按照重量百分比计，正丙醇锆0.56－1.87％、正丙醇30.24－40.27％、乙酰丙酮0.51－1.67％、氧化钇6.26－8.93％，余量为去离子水，将正丙醇锆和正丙醇混合后缓慢滴加乙酰丙酮、氧化钇以及去离子水，搅拌溶液2－2.5h，陈化24h后，得到防护溶胶；采用浸渍－提拉技术将所述防护溶胶涂覆在所述叶轮本体的表面形成防护层，将所述叶轮本体在所述防护溶胶中浸渍－提拉16－32次，提拉速度为0.1－0.2mm/s，每次提拉完成后在温度为280－300℃的条件下干燥15－20min，完成最后一次浸渍－提拉后在温度为520－540℃的条件下处理2－3h，制得叶轮。
3.根据权利要求2所述的制备汽车用水泵的方法，其特征在于，步骤(1)还包括在退火处理后的以下步骤：
(11)对退火处理后的工件在910－950℃下进行锻造处理；以及
(12)将进过锻造处理后的工件加热至1200－1250℃，保温2－3h后冷却。
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