CN107739905A - 一种鼓风机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种鼓风机及其制备工艺,属于金属材料技术领域。鼓风机的原料成分及百分含量为:Li:0.5‑1.5%、Pt:0.1‑0.3%、Ir:0.1‑0.3%、Ni:2‑4%、Mg:0.5‑1.5%、Cu:1‑5%、余量为Al和杂质。原料中的锂的化学活性较强,会与合金中的氢、氧、硫、氮等气体元素发生反应生成密度小而熔点低的化合物,消除金属中的气泡及其它缺陷。铂与铱容易形成铂‑铱二元合金相,其膨胀系数较小,能增强铝合金抵抗热胀冷缩的能力。同时,通过固溶处理、时效处理工艺来细化晶粒,使得合金本身获得良好的力学性能。并通过微弧氧化在产品表面形成一层均匀、致密的类陶瓷膜,使产品在面对复杂多变的环境时,拥有极强的抗性。
Description
技术领域
本发明涉及一种鼓风机及其制备工艺,属于金属材料领域。
背景技术
从古至今,冶金行业一直备受重视,而相应的辅助设备也是日新月异,从最早的嘴吹式鼓气到后来的鼓风机鼓气,我们对于鼓气设备的要求也越来越高,所以鼓风机的材料成分就彰显出其重要性。鼓风机通常是以合金钢或铝合金材质制成。
铝合金是指以铝为基础,加入一定量的镁、硅、钼、铬、锰等元素并控制杂质元素含量而组成的合金体系。铝合金具有高强度、高硬度、重量轻和良好的延展性,特别适合于作结构材料,因此被广泛应用于国防工业和民用工业中,尤其在汽车、摩托车、枪械和家电行业中占有重要地位。
传统的铝制鼓风机通常采用压力加工,使被加工的铝(坯、锭等)产生塑性变形,然后根据铝材加工温度不同分冷加工和热加工两种。铝材的主要加工方法有:轧制、锻造、挤压等。一般的合金材料和加工方法可以满足普通环境下的使用,但是在提升铝合金的性能上(如强度、硬度)依然需要深入研究。
针对传统铝合金裂纹多、延伸率差等缺点,公开号106048379A公开了一种通过在铝合金中加入稀土、锶等元素来提高产品的韧性、延伸率。然而,仅仅提升铝合金的韧性、延伸率等性能并不能使铝合金应对复杂的环境。
发明内容
针对上述存在的问题,本发明提供一种高强度、高硬度、耐蚀鼓风机。
为了实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种鼓风机,所述的鼓风机由铝合金制成,铝合金由如下成分及其质量百分比组成:Li:0.5-1.5%、Pt:0.1-0.3%、Ir:0.1-0.3%、Ni:2-4%、Mg:0.5-1.5%、Cu:1-5%、余量为Al和杂质。
在现有的铝合金原料配比中,通常使用锰作为脱氧剂和脱硫剂,虽然锰具有资源丰富、效能多样的特点,但是锰会增加铝合金晶粒粗化的倾向和回火脆性的敏感。本发明铝合金的原材料中加入脱气剂锂,因锂的化学活性较强,将锂加入熔融的铝合金中,锂就会与合金中的氢、氧、硫、氮等气体元素发生反应生成密度小而熔点低的化合物,不仅除去这些气体,更使得金属变得致密,还能消除金属中的气泡及其它缺陷,从而改善金属的晶粒结构,提高金属的机械性能。铂、铱元素的含量虽然较少,但是作用巨大,在铝合金成分中,铂与铱容易形成铂-铱二元合金相,其膨胀系数较小,能增强铝合金抵抗热胀冷缩的能力,同时,其也赋予铝合金极高的强度、硬度和耐蚀性能,延长产品寿命。
作为优选,在铝合金成分中,所述杂质包括H<0.018%、O<0.016%、S<0.015%、N<0.02。铝合金中的气体元素容易造成材料内部细小空隙,从而降低产品性能,在制备过程中,应时刻注意空气的混入。
本发明在合理选用材料配比的同时还提供了另一种技术方案:
一种鼓风机的制备工艺,所述的方法包括如下步骤:
(1)熔炼:按上述铝合金的成分及其质量百分比称取原料,将原料熔炼成铝合金液并浇注成铝合金板;
(2)热处理:将铝合金板进行固溶处理、时效处理;
(3)成型:将热处理后的铝合金板进行切削、机加工后得鼓风机半成品;
(4)表面处理:将鼓风机半成品进行微弧氧化处理得鼓风机成品。
具有高强度兼有高韧性、低脆性转变温度的铝合金是较理想的结构材料,而晶粒细化是最直接有效的途径。本发明通过固溶处理、时效处理工艺来细化晶粒,使得合金本身获得良好的力学性能。同时,本发明通过微弧氧化处理,使用降低铝合金摩擦系数效果最好的石墨作为添加剂,在产品表面形成一层均匀、致密的类陶瓷膜,使产品在面对复杂多变的环境时,拥有极强的抗性。
作为优选,在步骤(2)中,热处理中所述固溶处理的温度为温度为500-600℃,固溶处理的时间为0.5-1.5h,再进行水淬处理。固溶处理可以使合金产品获得适宜的晶粒度,以保证合金高温抗蠕变性能,水淬能快速降低合金的温度,提高合金的强度和硬度。
作为优选,在步骤(2)中,热处理中所述时效处理具体为:将固溶处理后的铝合金板加热至170-200℃,保持20-40min,然后进行水淬处理,再将铝合金板加热至500-700℃,保持1-5min,自然冷却后再将铝合金板加热至120-140℃,保持20-30h,然后缓慢升温至150-170℃,保持40-50h。本发明通过预时效、水淬、回归短时时效、多级断续时效相结合的方法,避免传统中断人工时效在低温长时间停留的工序,加快合金的二次时效硬化响应。采用多级断续时效处理后的合金具有良好的塑性,因此在满足强度要求的条件下,采用合理的多级断续时效工艺有利于产品在硬化状态下直接成形,避免零件热处理后再校形工序,降低制造成本。
进一步优选,所述水淬都是在室温下完成。比较合金的热处理温度和室温,因两者差距较大,降温至室温已经足够使得合金的温度发生剧烈变化,提升其性能。
作为优选,在步骤(4)中,表面处理中所述微弧氧化的电解液包括硅酸钠5-12g/l、氢氧化钠0.5-3.5g/l、石墨粉2-6g/l。使用石墨作为添加剂,能有效降低铝合金摩擦系数。
作为优选,在步骤(4)中,表面处理中所述微弧氧化具体为:先用砂纸除去鼓风机半成品表面的氧化膜,洗净,将鼓风机半成品和不锈钢针浸入电解液中,外接电源,其中不锈钢针接电源正极,鼓风机半成品接电源负极,设置电流密度为1.5-9.5A/dm2,通电时间为1-60min进行微弧氧化。产品表面微弧氧化能形成保护膜,隔绝金属与空气、水等的接触,延长产品使用寿命。
与现有技术相比,本发明具有如下优点:
(1)原料中的锂加入熔融的铝合金中,与合金中的氢、氧、硫、氮等气体元素发生反应生成密度小而熔点低的化合物,不仅除去这些气体,更使得金属变得致密。
(2)原料中的铂与铱容易形成铂-铱二元合金相,其膨胀系数较小,能增强铝合金抵抗热胀冷缩的能力,也增强铝合金的强度、硬度和耐蚀性能,延长产品寿命。
(3)通过预时效、水淬、回归短时时效、多级断续时效工艺来细化晶粒,既可获得良好的力学性能,同时又避免传统中断人工时效在低温长时间停留的工序,并加快合金的二次时效硬化响应。
(4)本发明通过微弧氧化处理,使用降低铝合金摩擦系数的石墨作为添加剂,在产品表面形成一层均匀、致密的类陶瓷膜,使产品在面对复杂多变的环境时,拥有极强的抗性。
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。
实施例1
熔炼:按上述铝合金的成分及其质量百分比称取原料,包括Li:1%、Pt:0.2%、Ir:0.2%、Ni:3%、Mg:1%、Cu:3%、余量为Al和杂质,其中杂质包括H<0.018%、O<0.016%、S<0.015%、N<0.02。将原料放入中频感应炉中熔炼成铝合金液并浇注成铝合金板。
热处理:将铝合金板加热至550℃,保温1h,再浸入含有过锝酸钠的水中进行水淬处理,取出烘干,再将铝合金板加热至185℃,保温30min后水淬处理,继续将铝合金板加热至600℃,保温3min,自然冷却后再将铝合金板加热至130℃,保温25h,然后缓慢升温至160℃,保温45h。
成型:将热处理后的铝合金板进行切削、机加工后得鼓风机半成品。
表面处理:先用砂纸除去鼓风机半成品表面的氧化膜,洗净,将鼓风机半成品和不锈钢针浸入含硅酸钠8g/l、氢氧化钠2g/l、石墨粉4g/l的电解液中,外接电源,其中不锈钢针接电源正极,鼓风机半成品接电源负极,设置电流密度为1.5A/dm2,通电时间为5min,同时电流密度以0.3A×dm-2/min的速率增长,进行微弧氧化得鼓风机成品。
实施例2
熔炼:按上述铝合金的成分及其质量百分比称取原料,包括Li:0.5%、Pt:0.1%、Ir:0.1%、Ni:2%、Mg:0.5%、Cu:1%、余量为Al和杂质,其中杂质包括H<0.018%、O<0.016%、S<0.015%、N<0.02。将原料放入中频感应炉中熔炼成铝合金液并浇注成铝合金板。
热处理:将铝合金板加热至550℃,保温1h,再浸入含有过锝酸钠的水中进行水淬处理,取出烘干,再将铝合金板加热至185℃,保温30min后水淬处理,继续将铝合金板加热至600℃,保温3min,自然冷却后再将铝合金板加热至130℃,保温25h,然后缓慢升温至160℃,保温45h。
成型:将热处理后的铝合金板进行切削、机加工后得鼓风机半成品。
表面处理:先用砂纸除去鼓风机半成品表面的氧化膜,洗净,将鼓风机半成品和不锈钢针浸入含硅酸钠8g/l、氢氧化钠2g/l、石墨粉4g/l的电解液中,外接电源,其中不锈钢针接电源正极,鼓风机半成品接电源负极,设置电流密度为1.5A/dm2,通电时间为5min,同时电流密度以0.3A×dm-2/min的速率增长,进行微弧氧化得鼓风机成品。
对比例3
熔炼:按上述铝合金的成分及其质量百分比称取原料,包括Li:1.5%、Pt:0.3%、Ir:0.3%、Ni:4%、Mg:1.5%、Cu:5%、余量为Al和杂质,其中杂质包括H<0.018%、O<0.016%、S<0.015%、N<0.02。将原料放入中频感应炉中熔炼成铝合金液并浇注成铝合金板。
热处理:将铝合金板加热至550℃,保温1h,再浸入含有过锝酸钠的水中进行水淬处理,取出烘干,再将铝合金板加热至185℃,保温30min后水淬处理,继续将铝合金板加热至600℃,保温3min,自然冷却后再将铝合金板加热至130℃,保温25h,然后缓慢升温至160℃,保温45h。
成型:将热处理后的铝合金板进行切削、机加工后得鼓风机半成品。
表面处理:先用砂纸除去鼓风机半成品表面的氧化膜,洗净,将鼓风机半成品和不锈钢针浸入含硅酸钠8g/l、氢氧化钠2g/l、石墨粉4g/l的电解液中,外接电源,其中不锈钢针接电源正极,鼓风机半成品接电源负极,设置电流密度为1.5A/dm2,通电时间为5min,同时电流密度以0.3A×dm-2/min的速率增长,进行微弧氧化得鼓风机成品。
实施例4
熔炼:按上述铝合金的成分及其质量百分比称取原料,包括Li:1%、Pt:0.2%、Ir:0.2%、Ni:3%、Mg:1%、Cu:3%、余量为Al和杂质,其中杂质包括H<0.018%、O<0.016%、S<0.015%、N<0.02。将原料放入中频感应炉中熔炼成铝合金液并浇注成铝合金板。
热处理:将铝合金板加热至500℃,保温0.5h,再浸入含有过锝酸钠的水中进行水淬处理,取出烘干,再将铝合金板加热至170℃,保温20min后水淬处理,继续将铝合金板加热至500℃,保温1min,自然冷却后再将铝合金板加热至120℃,保温20h,然后缓慢升温至150℃,保温40h。
成型:将热处理后的铝合金板进行切削、机加工后得鼓风机半成品。
表面处理:先用砂纸除去鼓风机半成品表面的氧化膜,洗净,将鼓风机半成品和不锈钢针浸入含硅酸钠8g/l、氢氧化钠2g/l、石墨粉4g/l的电解液中,外接电源,其中不锈钢针接电源正极,鼓风机半成品接电源负极,设置电流密度为1.5A/dm2,通电时间为5min,同时电流密度以0.3A×dm-2/min的速率增长,进行微弧氧化得鼓风机成品。
对比例5
熔炼:按上述铝合金的成分及其质量百分比称取原料,包括Li:1%、Pt:0.2%、Ir:0.2%、Ni:3%、Mg:1%、Cu:3%、余量为Al和杂质,其中杂质包括H<0.018%、O<0.016%、S<0.015%、N<0.02。将原料放入中频感应炉中熔炼成铝合金液并浇注成铝合金板。
热处理:将铝合金板加热至600℃,保温1.5h,再浸入含有过锝酸钠的水中进行水淬处理,取出烘干,再将铝合金板加热至200℃,保温40min后水淬处理,继续将铝合金板加热至700℃,保温5min,自然冷却后再将铝合金板加热至140℃,保温30h,然后缓慢升温至170℃,保温50h。
成型:将热处理后的铝合金板进行切削、机加工后得鼓风机半成品。
表面处理:先用砂纸除去鼓风机半成品表面的氧化膜,洗净,将鼓风机半成品和不锈钢针浸入含硅酸钠8g/l、氢氧化钠2g/l、石墨粉4g/l的电解液中,外接电源,其中不锈钢针接电源正极,鼓风机半成品接电源负极,设置电流密度为1.5A/dm2,通电时间为5min,同时电流密度以0.3A×dm-2/min的速率增长,进行微弧氧化得鼓风机成品。
实施例6
熔炼:按上述铝合金的成分及其质量百分比称取原料,包括Li:1%、Pt:0.2%、Ir:0.2%、Ni:3%、Mg:1%、Cu:3%、余量为Al和杂质,其中杂质包括H<0.018%、O<0.016%、S<0.015%、N<0.02。将原料放入中频感应炉中熔炼成铝合金液并浇注成铝合金板。
热处理:将铝合金板加热至550℃,保温1h,再浸入含有过锝酸钠的水中进行水淬处理,取出烘干,再将铝合金板加热至185℃,保温30min后水淬处理,继续将铝合金板加热至600℃,保温3min,自然冷却后再将铝合金板加热至130℃,保温25h,然后缓慢升温至160℃,保温45h。
成型:将热处理后的铝合金板进行切削、机加工后得鼓风机半成品。
表面处理:先用砂纸除去鼓风机半成品表面的氧化膜,洗净,将鼓风机半成品和不锈钢针浸入含硅酸钠5g/l、氢氧化钠0.5g/l、石墨粉2g/l的电解液中,外接电源,其中不锈钢针接电源正极,鼓风机半成品接电源负极,设置电流密度为1.5A/dm2,通电时间为15min,同时电流密度以0.3A×dm-2/min的速率增长,进行微弧氧化得鼓风机成品。
实施例7
熔炼:按上述铝合金的成分及其质量百分比称取原料,包括Li:1%、Pt:0.2%、Ir:0.2%、Ni:3%、Mg:1%、Cu:3%、余量为Al和杂质,其中杂质包括H<0.018%、O<0.016%、S<0.015%、N<0.02。将原料放入中频感应炉中熔炼成铝合金液并浇注成铝合金板。
热处理:将铝合金板加热至550℃,保温1h,再浸入含有过锝酸钠的水中进行水淬处理,取出烘干,再将铝合金板加热至185℃,保温30min后水淬处理,继续将铝合金板加热至600℃,保温3min,自然冷却后再将铝合金板加热至130℃,保温25h,然后缓慢升温至160℃,保温45h。
成型:将热处理后的铝合金板进行切削、机加工后得鼓风机半成品。
表面处理:先用砂纸除去鼓风机半成品表面的氧化膜,洗净,将鼓风机半成品和不锈钢针浸入含硅酸钠12g/l、氢氧化钠3.5g/l、石墨粉6g/l的电解液中,外接电源,其中不锈钢针接电源正极,鼓风机半成品接电源负极,设置电流密度为1.5A/dm2,通电时间为20min,同时电流密度以0.3A×dm-2/min的速率增长,进行微弧氧化得鼓风机成品。
对比例1
与实施例1的区别仅在于,对比例1原料中不含Li。
对比例2
与实施例1的区别仅在于,对比例2原料中不含Pt。
对比例3
与实施例1的区别仅在于,对比例3原料中不含Ir。
对比例4
与实施例1的区别仅在于,对比例4热处理仅进行固溶处理与一级时效处理。
对比例5
与实施例1的区别仅在于,对比例5表面处理的电解液不含石墨粉。
对比例6
与实施例1的区别仅在于,对比例6表面处理的电流密度为0.5A/dm2,通电时间20min,同时电流密度以0.3A×dm-2/min的速率增长。
将实施例1-7及对比例1-6中的产品进行测试,测试其强度、耐腐蚀性、硬度和表面成膜效果,结果如表1所示:
表1:实施例1-7及对比例1-6中产品的性能
从表中数据可以看出,若材料中缺少Li,则会造成杂质元素含量过高,对产品的性能有较大影响,而缺少Pt或Ir,则无法形成二元合金相,合金的强度与硬度会有较大的降低。同时,通过预时效、水淬、回归短时时效、多级断续时效相结合的方法,加快合金的二次时效硬化响应并使合金具有良好的塑性。最后,通过微弧氧化处理,使用降低铝合金摩擦系数的石墨作为添加剂,在产品表面形成一层均匀、致密的类陶瓷膜,使产品在面对腐蚀性较强的环境时,拥有极强的抗性。
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 (9)
1.一种鼓风机,其特征在于,所述的鼓风机由铝合金制成,铝合金由如下成分及其质量百分比组成:Li:0.5-1.5%、Pt:0.1-0.3%、Ir:0.1-0.3%、Ni:2-4%、Mg:0.5-1.5%、Cu:1-5%、余量为Al和杂质。
2.根据权利要求1所述的一种鼓风机,其特征在于,所述杂质包括H<0.018%、O<0.016%、S<0.015%、N<0.02。
3.一种鼓风机的制备工艺,其特征在于,所述的方法包括如下步骤:
(1)熔炼:按权利要求1中铝合金的成分及其质量百分比称取原料,将原料熔炼成铝合金液并浇注成铝合金板;
(2)热处理:将铝合金板进行固溶处理、时效处理;
(3)成型:将热处理后的铝合金板进行切削、机加工后得鼓风机半成品;
(4)表面处理:将鼓风机半成品进行微弧氧化处理得鼓风机成品。
4.根据权利要求3所述的一种鼓风机的制备工艺,其特征在于,热处理中所述固溶处理的温度为500-600℃,固溶处理的时间为0.5-1.5h,固溶处理后再进行水淬处理。
5.根据权利要求3所述的一种鼓风机的制备工艺,其特征在于,热处理中所述时效处理具体为:将固溶处理后的铝合金板加热至170-200℃,保持20-40min,然后进行水淬处理,再将铝合金板加热至500-700℃,保持1-5min,自然冷却后再将铝合金板加热至120-140℃,保持20-30h,然后缓慢升温至150-170℃,保持40-50h。
6.根据权利要求4或5所述的一种鼓风机的制备工艺,其特征在于,水淬处理皆为室温条件。
7.根据权利要求3所述的一种鼓风机的制备工艺,其特征在于,表面处理中所述微弧氧化的电解液包括硅酸钠5-12g/l、氢氧化钠0.5-3.5g/l、石墨粉2-6g/l。
8.根据权利要求3所述的一种鼓风机的制备工艺,其特征在于,表面处理中所述微弧氧化具体为:先除去鼓风机半成品表面的氧化膜,将鼓风机半成品和不锈钢针浸入电解液,外接电源,控制电流密度与通电时间进行微弧氧化。
9.根据权利要求8所述的一种鼓风机的制备工艺,其特征在于,微弧氧化的电流密度为1.5-9.5A/dm2,通电时间为1-60min。
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- 2017-11-27 CN CN201711203433.7A patent/CN107739905A/zh active Pending
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