CN107377973A - 合金组件及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种合金组件及其制备方法和应用，其中，所述方法包括：(1)将合金料进行熔炼和精炼处理，以便得到精炼合金液；(2)将所述精炼合金液进行喷射沉积，以便得到组件毛坯；(3)将所述组件毛坯进行致密化处理和热处理，以便得到合金组件。该方法通过采用喷射沉积的工艺对精炼合金液进行处理，使得得到的合金组件具有超细化的组织结构，成分均匀且少偏析或无偏析，将其用于制备压缩机中压缩组件，所得压缩组件具有轻量化的优势，从而可以最大限度的减少压缩机运动部件的功耗，进而改善制冷设备能效，同时改善噪音品质。

Description

合金组件及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于压缩机技术领域，具体而言，本发明涉及合金组件及其制备方法和应用。
背景技术
压缩机泵体压缩组件中的部件一般采用实心铸件，重量大，且是采用铸造的方式成型，而铸造生产工序较多，工艺控制较难，易产生偏析、气孔等缺陷，影响材料的强度及疲劳特性。同时铸造的精度较差，要达到要求的精度会导致加工余量较多，从而浪费材料。
压缩机泵体运动部件如要求轻量化或耐磨，采用一般的铸造方法很难控制其成分及将不同种类的材料相混合，耐磨要求材料如陶瓷增强金属由两种熔点不一且很难实现两种材料优点的材料结合而成；轻量化要求材料如铝合金，线膨胀系数与一般铁铸件难匹配，需要调整其中含硅量才能达到与铁金属相当的线膨胀系数，然而采用铸造工艺，在含硅量总量高达15％时会出现偏析，晶粒粗大等现象。
因此，现有的压缩机泵体压缩组件中的部件制备技术有待进一步改进。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种合金组件及其制备方法和应用，该方法通过采用喷射沉积的工艺对精炼合金液进行处理，使得得到的合金组件具有超细化的组织结构，成分均匀且少偏析或无偏析，从而使得得到的合金组件具有优异的力学性能，将其用于制备压缩机中压缩组件，所得压缩组件具有轻量化的优势，从而可以最大限度的减少压缩机运动部件的功耗，进而改善制冷设备能效，同时改善噪音品质。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种制备合金组件的方法。根据本发明的实施例，所述方法包括：
(1)将合金料进行熔炼和精炼处理，以便得到精炼合金液；
(2)将所述精炼合金液进行喷射沉积，以便得到组件毛坯；
(3)将所述组件毛坯进行致密化处理和热处理，以便得到合金组件。
根据本发明实施例的制备合金组件的方法通过采用喷射沉积的工艺对精炼合金液进行处理，与传统的采用铸造工艺相比，本申请得到的合金组件具有超细化的组织结构，成分均匀且少偏析或无偏析，从而使得得到的合金组件具有优异的力学性能，并且该方法工艺流程短，成本较低，将采用该方法所得合金组件用于制备压缩机中压缩组件，使得所得压缩组件具有轻量化的优势，从而可以最大限度的减少压缩机运动部件的功耗，进而改善制冷设备能效，同时改善噪音品质。
另外，根据本发明上述实施例的制备合金组件的方法还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，在步骤(1)中，所述合金料包括铝合金料和镁合金料中的至少之一。由此，可以保证所得合金组件具有优异轻量化性能。
在本发明的一些实施例中，所述铝合金料包括：0～50重量份的Si；0.5～6.0重量份的Fe；0.5～5.0重量份的Cu；0～0.9重量份的Mn；1.0～3.0重量份的Mg；0.1重量份的Cr；0.25～6.1重量份的Zn；以及余量的Al。由此，进一步保证所得合金组件具有优异轻量化性能。
在本发明的一些实施例中，所述镁合金料包括：0.1～10重量份的Al；0.1～10重量份的Zn；0～0.5重量份的Cu；0～1.0重量份的Mn；0～3.0重量份的稀土元素；以及余量的Mg。由此，进一步保证所得合金组件具有优异轻量化性能。
在本发明的一些实施例中，在步骤(2)中，所述喷射沉积的凝固速度不低于103℃/s。由此，可以保证得到的合金组件具有超细化的组织结构，成分均匀且少偏析或无偏析，从而保证所得合金组件具有优异的力学性能。
在本发明的再一个方面，本发明提出了一种合金组件。根据本发明的实施例，所述合金组件是采用上述所述方法制备得到的。由此，该合金组件具有超细化的组织结构，成分均匀且少偏析或无偏析，从而使得该合金组件具有优异的力学性能，并且将其用于制备压缩机中压缩组件，使得所得压缩组件具有轻量化的优势，从而可以最大限度的减少压缩机运动部件的功耗，进而改善制冷设备能效，同时改善噪音品质。
另外，根据本发明上述实施例的合金组件还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述合金组件的抗拉强度为200～800MPa。由此，可以保证采用该合金组件得到的压缩机中的压缩组件具有较高的品质。
在本发明的一些实施例中，所述合金组件的热膨胀系数为7～24×10-6/℃。由此，可以保证所得合金组件具有优异轻量化性能。
在本发明的又一个方面，本发明提出了一种压缩机。根据本发明的实施例，所述压缩机包括：电机和压缩组件，所述压缩组件包括气缸、上轴承、下轴承、活塞、滑片和曲轴，所述气缸、上轴承、下轴承、活塞、滑片和曲轴中的至少之一由合金组件制备而成，其中，所述合金组件为采用上述所述方法得到的合金组件或上述所述合金组件。由此，该压缩组件具有轻量化的优势，从而可以最大限度的减少压缩机运动部件的功耗，进而改善制冷设备能效，同时改善噪音品质。
在本发明的第四个方面，本发明提出了一种制备设备。根据本发明的实施例，所述制冷设备具有上述所述的压缩机。由此，该制冷设备具有较高的能效以及较低的噪音品质。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的制备合金组件的方法流程示意图；
图2是根据本发明一个实施例的压缩机的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
现有技术中，压缩机泵体压缩组件中的部件一般采用实心铸件，重量大，且是采用铸造的方式成型，而铸造生产工序较多，工艺控制较难，易产生偏析、气孔等缺陷，影响材料的强度及疲劳特性。同时铸造的精度较差，要达到要求的精度会导致加工余量较多，从而浪费材料。同时压缩机泵体运动组件要求轻量化或耐磨，采用一般的铸造方法很难控制其成分及将不同种类的材料相混合。本申请的发明人通过对压缩机压缩组件的制备工艺进行积极探索，旨在解决现有技术中的缺陷，得到具有轻量化优势的压缩组件。
为此，在本发明的第一个方面，本发明提出了一种制备合金组件的方法。根据本发明的实施例，参考图1，该方法包括：
S100：将合金料进行熔炼和精炼处理
该步骤中，将合金料在中频电磁感应炉中进行熔炼和精炼处理，以便得到精炼合金液。根据本发明的一个实施例，合金料的具体类型并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，合金料可以为选自铝合金料和镁合金料中的至少之一。发明人发现，铝合金和镁合金由于其密度小，应用在机械运动部件中可以显著降低功耗，提高设备性能，尤其将所得合金组件应用于制备压缩机上的压缩组件可以最大限度的减少压缩机运动部件的功耗，进而改善制冷设备能效，同时改善噪音品质。
根据本发明的一个具体实施例，铝合金料的具体组成并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体示例，铝合金料可以包括0～50重量份的Si、0.5～6.0重量份的Fe、0.5～5.0重量份的Cu、0～0.9重量份的Mn、1.0～3.0重量份的Mg、0.1重量份的Cr、0.25～6.1重量份的Zn以及余量的Al。发明人发现，Si可以使得合金液的流动性得到改善，减少热裂倾向，提供合金的铸造性能，同时，由于Si晶体具有较高的硬度，合金的耐磨性得到改善，但随着Si含量提高，采用常规的熔铸会析出粗大的初晶硅，影响基体连续性；添加Cu、Mg元素可以使合金在热挤压及热处理过程中析出均匀细小的颗粒状，对常温基体起到好的强化作用，提高合金的耐磨性能和强度；Fe元素添加可以使合金具有热稳定性，提高合金高温性能；添加Mn元素可改善富铁相的形态，提高合金的力学性能；Cr元素添加可形成化合物，强化合金，且改善合金韧性；Zn元素添加可提高合金致密性。而发明人通过大量意外发现，采用该组成的铝合金料可以保证所得合金组件具有优异轻量化和耐磨等性能，并且将所得合金组件应用于制备压缩机上的压缩组件可以最大限度的减少压缩机运动部件的功耗，进而改善制冷设备能效，同时改善噪音品质。
根据本发明的再一个具体实施例，镁合金料的具体组成并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体示例，镁合金料可以包括：0.1～10重量份的Al；0.1～10重量份的Zn；0～0.5重量份的Cu；0～1.0重量份的Mn；0～3.0重量份的稀土；以及余量的Mg。发明人发现，Al元素添加可增大镁合金的固溶度，而且还可以进行淬火、热处理，产生沉淀强化；Zn元素添加可提高合金致密性；Mn元素添加可以细化晶粒，提高镁合金的耐腐蚀性能；稀土元素添加到镁合金强化时效效果，且使温度区间变窄，提高致密度；Cu元素添加可提高镁合金高温强度，过多会降低镁合金的抗腐蚀性能。而发明人通过大量意外发现，采用该组成的镁合金料可以保证所得合金组件具有优异轻量化和耐磨等性能，并且将所得合金组件应用于制备压缩机上的压缩组件可以最大限度的减少压缩机运动部件的功耗，进而改善制冷设备能效，同时改善噪音品质。
根据本发明的再一个实施例，熔炼和精炼处理的条件并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，铝合金料熔炼和精炼处理的温度可以为720～780℃，镁合金料熔炼和精炼处理的温度可以为680～740℃。
需要说明的是，该过程中合金料的具体组成可以根据合金组件的不同需求而定，例如对于用作运动部件的合金组件，需要小间隙配合的，选择含硅量较高的铝合金料。
S200：将精炼合金液进行喷射沉积
该步骤中，将上述得到的精炼合金液通过喷射沉积的装置雾化沉积到接收的设备上，以便得到组件毛坯。具体的，组件毛坯的具体形状可以根据合金组件的具体用途而选择，例如可以做成气缸毛坯、上轴承毛坯、下轴承毛坯、活塞毛坯、滑片毛坯或曲轴毛坯。发明人发现，通过采用喷射沉积的工艺对精炼合金液进行处理，与传统的采用铸造工艺相比，本申请得到的合金组件具有超细化的组织结构，成分均匀且少偏析或无偏析，从而使得所得合金组件具有优异的力学性能，并且可以获得传统铸造工艺不能获得的成分均匀、相结构稳定和微观组织缺陷低的合金组件，并且该方法工艺流程短，成本较低，近终成型，可以直接形成多种接近零件实际形状的大截面尺寸的挤压锻造或轧制坯件，甚至直接成为零件使用，减少机械加工工序，而将采用该方法所得合金组件用于制备压缩机中压缩组件，所得压缩组件具有轻量化的优势，从而可以最大限度的减少压缩机运动部件的功耗，进而改善制冷设备能效，同时改善噪音品质。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要对喷射沉积过程参数进行选择，铝合金料喷射沉积过程的温度可以为1200～1500℃，压力可以为0.6～1.0MPa，镁合金料喷射沉积过程的温度可以为830～1000℃，压力可以为0.5～0.8MPa。
根据本发明的一个实施例，喷射沉积的凝固速度不低于103℃/s。发明人发现，该喷射沉积凝固速度下，使得喷射出的精炼合金液快速由液相转化为固相，从而可以获得传统铸造工艺无法获得的成分均匀、相结构稳定和微观组织缺陷低的组件毛坯，进而将所得合金组件用于制备压缩机中压缩组件，所得压缩组件具有轻量化的优势，从而可以最大限度的减少压缩机运动部件的功耗，进而改善制冷设备能效，同时改善噪音品质。
S300：将组件毛坯进行致密化处理和热处理
该步骤中，将上述所得组件毛坯进行致密化处理和热处理，以便得到合金组件，并且可以根据实际需要加工为所需要尺寸。具体的，喷射沉积坯体中存在数量不等的孔隙，通过致密化和热处理，例如采用热挤压，热挤压会使覆盖于颗粒在剪切力的作用下重新分布从而得到致密产品。
根据本发明实施例的制备合金组件的方法通过采用喷射沉积的工艺对精炼合金液进行处理，与传统的采用铸造工艺相比，本申请得到的合金组件具有超细化的组织结构，成分均匀且少偏析或无偏析，从而使得所得合金组件具有优异的力学性能，并且可以获得传统铸造工艺不能获得的成分均匀、相结构稳定和微观组织缺陷低的合金组件，并且该方法工艺流程短，成本较低，近终成型，可以直接形成多种接近零件实际形状的大截面尺寸的挤压锻造或轧制坯件，甚至直接成为零件使用，减少机械加工工序，而将采用该方法所得合金组件用于制备压缩机中压缩组件，所得压缩组件具有轻量化的优势，从而可以最大限度的减少压缩机运动部件的功耗，进而改善制冷设备能效，同时改善噪音品质，继而可以显著提高客户的满意度。
在本发明的第二个方面，本发明提出了一种合金组件。根据本发明的实施例，该合金组件是采用上述方法制备得到的。发明人发现，采用上述方法所得合金组件具有超细化的组织结构，成分均匀且少偏析或无偏析，从而使其具有优异的力学性能，并且将其用于制备压缩机中压缩组件，使得所得压缩组件具有轻量化的优势，从而可以最大限度的减少压缩机运动部件的功耗，进而改善制冷设备能效，同时改善噪音品质，继而可以显著提高客户的满意度。需要说明的是，上述针对制备合金组件的方法所描述的特征和优点同样适用于该合金组件，此处不再赘述。
根据本发明的一个实施例，上述合金组件的抗拉强度可以为200～800MPa。由此，可以保证采用该合金组件得到的压缩机中的压缩组件具有较高的品质。
根据本发明的再一个实施例，上述合金组件的热膨胀系数可以为7～24×10-6/℃。发明人发现，该热膨胀系数的合金组件可以与铁铸件良好匹配，从而实现部件轻量化要求。
在本方发明的第三个方面，本发明提出了一种压缩机。根据本发明的实施例，参考图2，压缩机包括电机100和压缩组件200，压缩组件200包括气缸21、上轴承22、下轴承23、活塞24、滑片(未示出)和曲轴25，其中，气缸21、上轴承22、下轴承23、活塞24、滑片(未示出)和曲轴25中的至少之一由合金组件制备而成，其中，该合金组件为采用上述所述方法得到的合金组件或上述所述合金组件。由此，通过采用上述方法得到的合金组件或上述的合金组件制备压缩组件，由于该合金组件具有超细化的组织结构，成分均匀且少偏析或无偏析，使得压缩组件具有轻量化的优势，从而可以最大限度的减少压缩机运动部件的功耗，进而改善制冷设备能效，同时改善噪音品质，继而可以显著提高客户的满意度。需要说明的是，上述针对制备合金组件的方法和合金组件所描述的特征和优点同样适用于该压缩机，此处不再赘述。
在本发明的第四个方面，本发明提出了一种制冷设备。根据本发明的实施例，该制冷设备具有上述所述的压缩机。由此，通过采用上述的功耗低的压缩机，可以使得该制冷设备具有较高的制冷设备能效和较低的噪音品质，进而可以显著提高客户的满意度。
下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。
实施例1
铝合金料组分包括：0.2重量份的Si、4.5～5.0重量份的Fe、2.5～3重量份的Cu、1.0～2.0重量份的Mg、1.0～2.0重量份的Mg、0.1重量份的Cr、0.25重量份的Zn以及余量的Al。
制备方法：将铝合金料在中频电磁感应炉进行熔炼和精炼处理，熔炼和精炼处理的温度为730±10℃，得到精炼合金液，然后将精炼合金液通过喷射沉积的装置雾化沉积到接收的设备上，喷射沉积过程的温度可以为1400～1500℃，压力可以为0.8～1MPa，分别得到滑片毛坯和活塞毛坯，接着将滑片毛坯和活塞毛坯进行热挤压(热挤压温度为500±10℃，时间为0.5～1小时)，最后对其进行尺寸加工，得到滑片和活塞。并对活塞和滑片力学性能进行测试，其抗拉强度为350MPa，屈服强度为320MPa，室温下的热膨胀系数为23.5×10-6/℃。同时装所得滑片装在压缩机内进行力学性能及噪音性能试验。验证后表明，运动部件滑片活塞采用铝合金，其压缩机功耗下降，整个压缩机能效提升，滑片减轻，压缩机滑片音有很大改善，整个压缩机低频的噪音有改善。
实施例2
镁合金料组分包括：8.5～9.5重量份的Al；0.6～0.9重量份的Zn；0.01～0.05重量份的Cu；0.2～0.4重量份的Mn；0.002～0.01重量份的稀土元素以及余量的Mg。
制备方法：将镁合金料在中频电磁感应炉进行熔炼和精炼处理，熔炼和精炼处理温度为690±10℃，得到精炼合金液，然后将精炼合金液通过喷射沉积的装置雾化沉积到接收的设备上，喷射温度850～900℃，压力可以为0.6～0.8MPa，分别得到滑片毛坯和活塞毛坯，接着将滑片毛坯和活塞毛坯进行热挤压处理(热挤压温度为300±10℃，时间为0.5～1小时)，最后对其进行尺寸加工，得到滑片和活塞。并对活塞和滑片力学性能进行测试，其抗拉强度为420MPa，屈服强度为360MPa。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种制备合金组件的方法，其特征在于，包括：
(1)将合金料进行熔炼和精炼处理，以便得到精炼合金液；
(2)将所述精炼合金液进行喷射沉积，以便得到组件毛坯；
(3)将所述组件毛坯进行致密化处理和热处理，以便得到合金组件。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述合金料包括铝合金料和镁合金料中的至少之一。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述铝合金料包括：
0～50重量份的Si；
0.5～6.0重量份的Fe；
0.5～5.0重量份的Cu；
0～0.9重量份的Mn；
1.0～3.0重量份的Mg；
0.1重量份的Cr；
0.25～6.1重量份的Zn；以及
余量的Al。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述镁合金料包括：
0.1～10重量份的Al；
0.1～10重量份的Zn；
0～0.5重量份的Cu；
0～1.0重量份的Mn；
0～3.0重量份的稀土元素；以及
余量的Mg。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述喷射沉积的凝固速度不低于103℃/s。
6.一种合金组件，其特征在于，所述合金组件是采用权利要求1-5中任一项所述的方法制备得到的。
7.根据权利要求6所述的合金组件，其特征在于，所述合金组件的抗拉强度为200～800MPa。
8.根据权利要求6或7所述的合金组件，其特征在于，所述合金组件的热膨胀系数为7～24×10-6/℃。
9.一种压缩机，所述压缩机包括电机和压缩组件，所述压缩组件包括气缸、上轴承、下轴承、活塞、滑片和曲轴，其特征在于，所述气缸、上轴承、下轴承、活塞、滑片和曲轴中的至少之一由合金组件制备而成，其中，所述合金组件为采用权利要求1-5中任一项所述方法得到的合金组件或权利要求6-8中任一项所述合金组件。
10.一种制冷设备，其特征在于，所述制冷设备具有权利要求9所述的压缩机。
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