CN107470633B - 一种减震器阀座 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种减震器阀座，属于粉末冶金技术领域。所述的减震器阀座包括如下重量份数的组分：胶体石墨粉：1‑3份、铜粉：20‑40份、镍粉3‑8份、硅粉：5‑10份、硫化钼粉：1‑5份、硬脂酸锌：3‑8份、Bi2(SO4)3粉：0.02‑0.05份，铁粉：50‑100份。本发明减震器阀座通过合理配伍其原料，通过大压力下的整形使其具有极好的强度、硬度、耐磨性，使制得的阀座密度大于6.7g/cm3，硬度大于90HRF，强度大于665MPa，从而大大提高减震器阀座的使用寿命。

Description

一种减震器阀座
技术领域
本发明涉及一种减震器阀座，属于粉末冶金技术领域。
技术背景
减震器是汽车使用过程中的易损配件，主要作用是当车身和车桥或车轮和车身之间受振动出现相对运动时，减震器通过其内部活塞的上下移动使其中的压力油反复地从减震器工作缸经过不同的节流孔流入减震器储油缸内。减震器的好坏直接影响汽车行驶的平稳性和其它机件的寿命。
传统的压缩阀座采用锌合金压铸成形，经机加工、钻孔、清洗包装后成品，但是锌合金本身硬度低，易变形，抗冲击能力差，所以机加工后凡尔线表面粗糙度不光滑，凡尔线与阀片的接触时，由于硬度低和不光滑的原因，易导致减震器的压缩力值不稳定而失效。且锌合金模具成形的精度低，相关的重要尺寸都要通过机加工来完成，工艺较复杂，能耗高。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供一种不需要机加工，且强度高、抗冲击的减震器阀座。
本发明的上述目的通过如下技术方案来实现：一种减震器阀座，所述的减震器阀座包括如下重量份数的组分：胶体石墨粉：1-3份、铜粉：20-40份、镍粉3-8份、硅粉：5-10份、硫化钼粉：1-5份、硬脂酸锌：3-8份、Bi2(SO4)3粉：0.02-0.05份，铁粉：50-100份。
本发明减震器阀座中适量的胶体石墨在压制和烧结过程中提供了良好的润滑作用，使得压制和烧结更容易进行，且在烧结后一部分胶体石墨和铁粉形成渗碳体这一高硬度相，从而提高产品的综合性能。铜粉比铁粉柔软，具有更好的塑性，铜粉和铁粉在压制过程中能具有较好的压制性，并且铜粉在铁粉中有一定的溶解度，添加铜粉后具有固溶强化作用。而碳粉主要是因为其和铁粉能形成渗碳体这一高硬度相，对提高最终工件的力学综合性能具有很好的作用，因此碳粉在各类粉末冶金工件的制备过程中是必不可少的组分。铜粉的含量还会影响产品的密度，这是因为铜与铁的扩散性质不同，铜在铁中的扩散比铁在铜中的扩散快，铜溶解于铁形成置换固溶体，置换固溶体的体积较大。现有技术中阀座的粉末冶金中会综合考虑铜粉与石墨粉的配比，一般讲铜粉与石墨粉的质量比控制在1-5:1中，而本发明大幅度提高铜粉的含量(优选铜粉与碳粉的质量比7-11:1)，用以提高阀座的摩擦性能和耐蚀性，然而在本发明阀座中若铜粉的含量过高则会使合金的凝固区间变宽，容易产生烧结缺陷，又会影响阀座的密度，进而影响阀座的强度和硬度。加入适量的镍粉在保证基体铁素体的延伸率和韧性的前提下产生固溶强化作用，促进烧结致密化，减少孔隙，提高密度，进而提高阀座的强度和硬度，但是过量的镍粉会降低本发明阀座的耐蚀性。硅粉在粉末冶金中与镍粉一起作用，进一步提高阀座的耐磨性，且本发明阀座中含有硅粉能在蒸汽处理中使其表面形成SiO2保护膜，进一步提高阀座的硬度和耐磨性。硫化钼具有与石墨相似的六方晶系层状结构，二者协同作用，可以明显改善材料的润滑性能和摩擦性能，一部分硫化钼在烧结过程中产生了分解，并与铜粉及石墨粉等形成了铜钼硫化合物、铜硫化合物、钼碳化合物等：其中铜硫化合物具有与硫化钼相类似的层状结构，起润滑作用，但是铜硫化合物生成量过高，会降低产品的强度和韧性；钼碳化合物具有较高的硬度、良好的热稳定性能及抗磨蚀性能，有助于减少产品的摩擦损耗，但是钼碳化合物生成过多，会大大削弱基体中金属颗粒的联结，影响材料成形性和烧结过程中的致密化，降低材料的力学强度和疲劳性能，反而导致材料的磨损量增加，耐磨性降低。特别地，尽管Bi2(SO4)3粉体是无机粉体，但是经不断试验发现，在本发明中加入极少量的Bi2(SO4)3粉体，就可大幅度提高阀座的强度、硬度、耐磨性以及清洁度，然而若在本发明阀座中加入过量的Bi2(SO4)3粉体则会大大影响阀座的性能，尤其是影响阀座的强度、硬度和耐磨性。
在上述减震器阀座中，所述的减震器阀座包括如下重量份数的组分：胶体石墨粉：1-3份、铜粉：25-35份、镍粉4-6份、硅粉：6-8份、硫化钼粉：2-4份、硬脂酸锌：4-7份、Bi2(SO4)3粉：0.03-0.05份，铁粉：60-80份。
在上述减震器阀座中，所述的铜粉、镍粉、硅粉、硫化钼粉的粒径均为10-30μm。合适的粒径可以充分减少材料间的空隙，提高产品密度。
在上述减震器阀座中，所述的Bi2(SO4)3粉的粒径为30-50μm，所述的硬脂酸锌的粒径为30-70μm。
Bi2(SO4)3粉体的粒度过小会导致在分散在原料过程中发生团聚，不利于分散，不利于发挥Bi2(SO4)3的作用，而如果粒度过大，由于无机粉体与金属粉末之间硬度相差较大，无机粉体金属粉末的力学性能，如果粒度过大则会降低阀座强度、硬度等力学性能，也会影响阀座的清洁度、精度和耐磨性。
Bi2(SO4)3粉体可通过如下方法制得：将等量的Na2SO4和Bi(CH3COO)3分别溶解于PEG200溶液中，制成Na2SO4溶液与Bi(CH3COO)3溶液；在Na2SO4溶液依次加入甲基丙烯酸(MAA)和柠檬酸，搅拌均匀得到前驱体溶液；在前驱体溶液中加入Bi(CH3COO)3溶液，搅拌反应得到沉淀，将所述沉淀室温干燥后得到Bi2(SO4)3粉体。
在上述减震器阀座中，所述的铁粉为占铁粉总质量30-40％水雾化铁粉与60-70％还原铁粉的混合物。普通的粉末冶金工艺通常采用纯铁粉或雾化铁粉，铁粉在粉末冶金过程中需要先进行粉末还原步骤，本发明采用水雾化铁粉与还原铁粉的混合物，进一步提高阀座的综合性能。
进一步优选，所述的水雾化铁粉的粒径为10-50μm的水雾化铁粉，还原铁粉的粒径为80-120μm。本发明所采用的铁粉是两种不同粒径的水雾化铁粉与还原铁粉的混合物，不同种类的铁粉以及不同粒径的混合物铁粉可使铁基粉末冶金的粉末颗粒在成型过程中更加均匀地分布，进而提高阀座的综合性能。
本发明还提供一种上述减震器阀座的加工方法，所述的加工方法包括如下步骤：
压制成型：按减震器阀座的组分称取原料，将混料压制成型得阀座毛坯；
烧结：将阀座毛坯放入网带式烧结炉内，在气体保护下在1100-1180℃下进行烧结，得阀座半成品；
蒸汽处理：将阀座半成品先整形、钻孔，然后进行蒸汽处理，在阀座半成品表面形成厚度为3-5μm的保护膜，得减震器阀座成品。
现有技术中阀座的加工方法都需要加工，而本申请通过配伍上述的组分后不需要进行机加工，只需要整形处理即可制得性能优异的阀座。
在上述减震器阀座的加工方法中，压制成型的压力为75-77KN。
在上述减震器阀座的加工方法中，烧结过程中，网速为5-20cm/min，气体中主氮气流量为3-6m3/h，尾氮气流量为6-12m3/h，氮气纯度大于99％。烧结过程中烧结气氛能影响到烧结体的孔隙率、致密度、强度和硬度等。一般烧结中是通过氨气分解成氮气和氢气，氢气是还原性气氛，能保护金属不被氧化和压坯中金属氧化物被还原，且氢气气体原子尺寸小，扩散系数大，有利于烧结气孔排除。氮气是一种惰性气氛，能够使炉内毛坯件不被氧化和环境中的杂质黏着。
在上述减震器阀座的加工方法中，整形的压力为85-100KN。本发明采用整形的压力较大，一般材质的阀座在整形上冲很容易崩裂，而本发明减震器阀座采用特定配方，组分中不仅加入了适量的硅粉、镍粉、及Bi2(SO4)3粉，还提高了铜粉的含量，打破了现有粉末冶金中铜粉、碳粉质量含量比相似的比例，因此在大压力下整形就可以得到性能优异的阀座，且不仅不会崩裂还可以提高密度。
在上述减震器阀座的加工方法中，所述的蒸汽处理具体步骤为将整形后的阀座半成品置于反应炉中，先升温至500-600℃，然后通入氮气30-50min，接着进行二段式通入水蒸气。
作为优选，所述的二段式通入水蒸气中第一段的炉胆压力为1-5Kpa时，水蒸汽通入时间为80-150min；第二段的炉胆压力为25-35Kpa，水蒸汽通入时间为60-120min。
进一步优选，所述的保护膜为Fe3O4和SiO2的混合物。
蒸汽处理是在产品表面形成一层致密、连续、分布均匀的保护膜，提高表面光洁度硬度、气密性、耐磨性和耐腐蚀性等。但由于Fe在不同的条件下，会生成三种氧化物，即FeO、Fe2O3、Fe3O4，FeO不稳定，且具有多孔结构，Fe2O3是非常疏松的氧化物，它们两者与铁基体的结合力都不强，不利于提高零件的硬度、气密性，所以本发明在蒸汽处理时通过将温度、时间、反应压力控制在上述范围内，来得到理想的Fe3O4氧化膜，且因为本发明减震器阀座中含有硅粉，因此在蒸汽处理后表面还形成有SiO2膜，提高阀座表面的硬度和耐磨性。
与现有技术相比，本发明减震器阀座通过合理配伍其原料，通过大压力下的整形使其具有极好的强度、硬度、耐磨性，使制得的阀座密度大于6.7g/cm3，硬度大于90HRF，强度大于665MPa，从而大大提高减震器阀座的使用寿命。
附图说明
图1为本发明减震器阀座的示意图。
图中，100、主阀座；200、中心孔。
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，一种减震器阀座，包括：圆环状的主阀座，所主阀座上设置有供活塞杆穿设的中心孔。
表1：实施例1-实施例5中减震器阀座的组分及其重量份
在实验中原料的粒径并不可能直接限定到某一特定值，只能是粉碎研磨至一定范围，因此表1中铜粉、镍粉、硅粉、硫化钼粉的粒径均为10-30μm；所述的Bi2(SO4)3粉的粒径为30-50μm；水雾化铁粉的粒径为10-50μm的水雾化铁粉，还原铁粉的粒径为80-120μm。
实施例6
压制成型：按表1实施例1中所述减震器阀座的组分及其重量份数称取原料并混合均匀，将混合后的原料在76KN下压制成型得阀座毛坯；
烧结：将阀座毛坯放入网带式烧结炉内，在气体保护下在1140℃下进行烧结，得阀座半成品，烧结过程中，网速为10cm/min，气体中主氮气流量为5m3/h，尾氮气流量为10m3/h，氮气纯度大于99％；
蒸汽处理：将阀座半成品先在92KN下整形，再钻孔，然后进行蒸汽处理，所述的蒸汽处理具体步骤为将整形后的阀座半成品置于反应炉中，先升温至550℃，然后通入氮气40min，接着进行二段式通入水蒸气：第一段的炉胆压力为3Kpa时，水蒸汽通入处理120min；第二段的炉胆压力为28Kpa，水蒸汽通入处理80min，在阀座半成品表面形成厚度为4μm的保护膜，得减震器阀座成品。
实施例7
压制成型：按表1实施例2中所述减震器阀座的组分及其重量份数称取原料并混合均匀，将混合后的原料在76KN下压制成型得阀座毛坯；
烧结：将阀座毛坯放入网带式烧结炉内，在气体保护下在1120℃下进行烧结，得阀座半成品，烧结过程中，网速为6cm/min，气体中主氮气流量为4m3/h，尾氮气流量为9m3/h，氮气纯度大于99％；
蒸汽处理：将阀座半成品先在88KN下整形，再钻孔，然后进行蒸汽处理，所述的蒸汽处理具体步骤为将整形后的阀座半成品置于反应炉中，先升温至520℃，然后通入氮气45min，接着进行二段式通入水蒸气：第一段的炉胆压力为2Kpa时，水蒸汽通入处理40min；第二段的炉胆压力为32Kpa，水蒸汽通入处理70min，在阀座半成品表面形成厚度为4μm的保护膜，所述的保护膜为Fe3O4和SiO2的混合物，得减震器阀座成品。
实施例8
压制成型：按表1实施例3中所述减震器阀座的组分及其重量份数称取原料并混合均匀，将混合后的原料在75KN下压制成型得阀座毛坯；
烧结：将阀座毛坯放入网带式烧结炉内，在气体保护下在1160℃下进行烧结，得阀座半成品，烧结过程中，网速为15cm/min，气体中主氮气流量为4m3/h，尾氮气流量为8m3/h，氮气纯度大于99％；
蒸汽处理：将阀座半成品先在95KN下整形，再钻孔，然后进行蒸汽处理，所述的蒸汽处理具体步骤为将整形后的阀座半成品置于反应炉中，先升温至580℃，然后通入氮气35min，接着进行二段式通入水蒸气：第一段的炉胆压力为4Kpa时，水蒸汽通入处理100min；第二段的炉胆压力为28Kpa，水蒸汽通入处理100min，在阀座半成品表面形成厚度为4μm的保护膜，所述的保护膜为Fe3O4和SiO2的混合物，得减震器阀座成品。
实施例9
压制成型：按表1实施例4中所述减震器阀座的组分及其重量份数称取原料并混合均匀，将混合后的原料在77KN下压制成型得阀座毛坯；
烧结：将阀座毛坯放入网带式烧结炉内，在气体保护下在1100℃下进行烧结，得阀座半成品，烧结过程中，网速为18cm/min，气体中主氮气流量为6m3/h，尾氮气流量为12m3/h，氮气纯度大于99％；
蒸汽处理：将阀座半成品先在85KN下整形，再钻孔，然后进行蒸汽处理，所述的蒸汽处理具体步骤为将整形后的阀座半成品置于反应炉中，先升温至600℃，然后通入氮气30min，接着进行二段式通入水蒸气：第一段的炉胆压力为5Kpa时，水蒸汽通入处理80min；第二段的炉胆压力为35Kpa，水蒸汽通入处理60min，在阀座半成品表面形成厚度为3μm的保护膜，所述的保护膜为Fe3O4和SiO2的混合物，得减震器阀座成品。
实施例10
压制成型：按表1实施例5中所述减震器阀座的组分及其重量份数称取原料并混合均匀，将混合后的原料在75KN下压制成型得阀座毛坯；
烧结：将阀座毛坯放入网带式烧结炉内，在气体保护下在1180℃下进行烧结，得阀座半成品，烧结过程中，网速为20cm/min，气体中主氮气流量为3m3/h，尾氮气流量为6m3/h，氮气纯度大于99％；
蒸汽处理：将阀座半成品先在100KN下整形，再钻孔，然后进行蒸汽处理，所述的蒸汽处理具体步骤为将整形后的阀座半成品置于反应炉中，先升温至500℃，然后通入氮气50min，接着进行二段式通入水蒸气：第一段的炉胆压力为1Kpa时，水蒸汽通入处理150min；第二段的炉胆压力为25Kpa，水蒸汽通入处理120min，在阀座半成品表面形成厚度为5μm的保护膜，所述的保护膜为Fe3O4和SiO2的混合物，得减震器阀座成品。
对比例1
与实施例6的区别仅在于，对比例1中不含有Bi2(SO4)3粉。
对比例2
与实施例6的区别仅在于，对比例2中的铜粉为8份。
对比例3
与实施例6的区别仅在于，对比例3中的整形压力为70KN。
对比例4
与实施例6的区别仅在于，对比例4中蒸汽处理为常规的一段式处理法。
对比例5
与实施例6的区别仅在于，对比例5中的阀座采用现有技术中的原料通过如实施例6所述的加工方法制得。
将实施例6-10及对比例1-5中减震器阀座进行性能测试，测试结果如表2所示。
表2：实施例6-10及对比例1-5中减震器阀座的性能
其中，磨损量的测试为将连续工作120h后的减震器导向器进行检测。
综上所述，本发明减震器阀座通过合理配伍其原料，通过大压力下的整形使其具有极好的强度、硬度、耐磨性，从而大大提高减震器阀座的使用寿命。
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各样的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 (6)

1.一种减震器阀座，其特征在于，所述的减震器阀座包括如下重量份数的组分：胶体石墨粉：1-3份、铜粉：20-40份、镍粉3-8份、硅粉：5-10份、硫化钼粉：1-5份、硬脂酸锌：3-8份、Bi2(SO4)3粉：0.02-0.05份，铁粉：50-100份；
所述减震器阀座的加工方法包括如下步骤：
压制成型：按减震器阀座的组分称取原料，将混料压制成型得阀座毛坯；
烧结：将阀座毛坯放入网带式烧结炉内，在气体保护下在1100-1180℃下进行烧结，得阀座半成品；
蒸汽处理：将阀座半成品先整形、钻孔，然后进行蒸汽处理，在阀座半成品表面形成厚度为3-5μm的保护膜，得减震器阀座成品；整形的压力为85-100 KN；所述的蒸汽处理具体步骤为将整形后的阀座半成品置于反应炉中，先升温至500-600℃，然后通入氮气30-50min，接着进行二段式通入水蒸汽；所述的二段式通入水蒸汽中第一段的炉胆压力为1-5Kpa时，水蒸汽通入时间为80-150min；第二段的炉胆压力为25-35Kpa，水蒸汽通入时间为60-120min。
2.根据权利要求1所述的减震器阀座，其特征在于，所述的铜粉、镍粉、硅粉、硫化钼粉的粒径均为10-30μm。
3.根据权利要求1所述的减震器阀座，其特征在于，所述的Bi2(SO4)3粉的粒径为30-50μm，所述的硬脂酸锌的粒径为30-70μm。
4.根据权利要求1所述的减震器阀座，其特征在于，所述的铁粉为占铁粉总质量30-40％水雾化铁粉与60-70％还原铁粉的混合物。
5.根据权利要求4所述的减震器阀座，其特征在于，所述的水雾化铁粉的粒径为10-50μm的水雾化铁粉，还原铁粉的粒径为80-120μm。
6.根据权利要求1所述的减震器阀座，其特征在于，压制成型的压力为75-77KN。
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