CN107779682A - 一种真空泵 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种真空泵及其制备方法，属于金属材料技术领域。真空泵的原料成分及百分含量为：Rh：0.2‑0.4％、Ru：0.2‑0.4％、Cu：0.5‑1.5％、Ni：0.5‑1.5％、Ba：0.4‑0.6％、Mn：1‑3％、余量为Al和杂质。原料中的锰能极大地降低合金中杂质元素硫的含量并细化晶粒，钡能迅速与合金中的杂质氧形成钡氧化物。钌、铑能在合金中形成钌‑铑二元合金体系，使得合金的强度与硬度成倍增加。同时，结合白铜在合金表面的浇注，在合金表面形成多元合金相，极大地增强铝合金的机械性能、加工性能和耐腐蚀性能。

Description

一种真空泵
技术领域
本发明涉及一种真空泵及其制备方法，属于金属材料技术领域。
背景技术
真空泵是指利用机械、物理、化学或物理化学的方法对被抽容器进行抽气而获得真空的器件或设备。真空泵的使用环境复杂多变，常常需要在不同的领域进行操作，这就对真空泵的材料有所要求。一般情况下，真空泵常常选用合金钢、铝合金等材料加工而成。
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。铝合金以其高强度、低密度、耐蚀性好而被广泛使用。
传统的铝合金制品通常采用压力加工，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、耐蚀以及低杂质元素的真空泵。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种真空泵，所述的真空泵由铝合金制成，铝合金由如下成分及其质量百分比组成：Rh：0.2-0.4％、Ru：0.2-0.4％、Cu：0.5-1.5％、Ni：0.5-1.5％、Ba：0.4-0.6％、Mn：1-3％、余量为Al和杂质。
原料中的锰作为一种脱硫剂，其具有强烈的与硫形成化合物的倾向，能极大地降低合金中杂质元素硫的含量，同时，锰在铝合金中形成MnAl6弥散质点，阻止再结晶的粗大化，细化晶粒，提升合金强度。钡作为一种强还原剂，能迅速与合金中的杂质氧形成钡氧化物，避免氧以各种夹杂的形式存在，从而降低合金的韧性及塑性。钌、铑的含量虽然较低，但是两者能在合金中形成钌-铑二元合金体系，在浇注成型过程中均匀分布于合金内部体系，使得合金的强度与硬度成倍增加。铜与镍虽然不是直接混合在合金体系内部，但是本发明利用两者形成的白铜合金液，浇在合金体系表面，利用两者的温度差，在合金体系浅表层与表层形成多元合金相，使铝合金拥有良好的表面机械性能以及优异的耐腐蚀性能。
作为优选，在所述铝合金成分中，所述杂质包括S＜0.004％、O＜0.006％。铝合金中的杂质能极大地影响合金综合性能，在配方的选择上，本发明有针对地加入强力去杂质金属，同时也依靠添加金属来提升合金综合性能。
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：
一种真空泵的制备工艺，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，将除Cu、Ni外的金属混合熔融成铝合金液并浇入真空泵模具中得真空泵模架，然后将Cu、Ni混合熔融成Cu-Ni合金液；
(2)热处理：将真空泵模架加热至100-500℃，再浇上Cu-Ni合金液，快速冷却；
(3)成型：将热处理后的真空泵模架进行切削、机加工后得真空泵半成品；
(4)表面处理：向真空泵半成品表面喷涂液态玻璃膜得真空泵成品。
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。本发明通过合理调整配方材料，使铝合金各金属元素在熔融、凝固过程中自发进行晶粒细化以达到产品所需要求，同时，结合白铜在铝合金表面和浅表面形成的Cu-Ni-Al三元合金体系，其中Ni与Al的质量百分比在8-12:1最佳，极大地增强铝合金的机械性能、加工性能和耐腐蚀性能。
最后，本发明通过在合金表面喷涂液态玻璃膜作为防护，其厚度可以达到百万分之一毫米，具有高度柔韧性的无形隔层，对水、灰尘等具有排斥性，但却可以抗热、抗酸、抗紫外辐射。
作为优选，在步骤(1)中，熔炼所述Cu-Ni合金液的温度为850-950℃。控制Cu-Ni合金液的温度可以确保其与真空泵模架的温度相差不会太大，避免造成模架比例失调。
作为优选，在步骤(2)中，热处理为真空环境，所述快速冷却具体为：在浇上Cu-Ni合金液的同时鼓吹惰性气体，气体流速为25-45l/min，待其凝固后，将真空泵模架颠倒，重复浇合金液、鼓吹惰性气体操作直至真空泵模架表面浇盖完全。真空环境可以确保在浇注和凝固过程中，合金液不与空气发生反应，避免杂质元素带入合金体系中而造成产品质量下降。
作为优选，在步骤(4)中，表面处理中液态玻璃膜的成分为高纯SiO2。液态玻璃膜几乎由纯二氧化硅构成，就像普通玻璃一样，因此惰性十足，对环境没有不良影响。
作为优选，在步骤(4)中，表面处理中液态玻璃膜的厚度为1×10-6-3×10-6mm。几乎感觉不到触感的表面保护膜，却拥有高度柔韧性，对水、灰尘等具有排斥性，同时可以抗热、抗酸、抗紫外辐射。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)原料中的锰作为一种脱硫剂，其具有强烈的与硫形成化合物的倾向，能极大地降低合金中杂质元素硫的含量。
(2)原料中的锰在铝合金中形成MnAl6弥散质点，阻止再结晶的粗大化，细化晶粒，提升合金强度。
(3)钌、铑能在合金中形成钌-铑二元合金体系，在浇注成型过程中均匀分布于合金内部体系，使得合金的强度与硬度成倍增加。
(4)白铜在铝合金表面和浅表面形成的Cu-Ni-Al三元合金体系，极大地增强铝合金的机械性能、加工性能和耐腐蚀性能。
(5)液态玻璃膜作为防护层，其厚度可以达到百万分之一毫米，具有高度柔韧性的无形隔层，对水、灰尘等具有排斥性，同时可以抗热、抗酸、抗紫外辐射。
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Rh：0.3％、Ru：0.3％、Cu：1％、Ni：1％、Ba：0.5％、Mn：2％、余量为Al和杂质，其中杂质包括S＜0.004％、O＜0.006％。将除Cu、Ni外的金属混合熔融成铝合金液并浇入真空泵模具中，经冷却后得真空泵模架待用，再将Cu、Ni金属混合熔融成Cu-Ni合金液，保持Cu-Ni合金液的温度为900℃待用。
热处理：将上述真空泵模架加热至300℃，再浇上Cu-Ni合金液，同时外部鼓吹氮气，控制气体流速35l/min，待其冷却凝固后，将真空泵模架颠倒，重复模架加热、浇合金液、鼓吹氮气，直至真空泵模架表面浇盖完全。
成型：将热处理后的真空泵模架进行切削、打磨等机加工后得真空泵半成品。
表面处理：向真空泵半成品表面喷涂厚度为2×10-6mm的高纯SiO2液态玻璃膜得真空泵成品。
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Rh：0.2％、Ru：0.2％、Cu：0.5％、Ni：0.5％、Ba：0.4％、Mn：1％、余量为Al和杂质，其中杂质包括S＜0.004％、O＜0.006％。将除Cu、Ni外的金属混合熔融成铝合金液并浇入真空泵模具中，经冷却后得真空泵模架待用，再将Cu、Ni金属混合熔融成Cu-Ni合金液，保持Cu-Ni合金液的温度为850℃待用。
热处理：将上述真空泵模架加热至300℃，再浇上Cu-Ni合金液，同时外部鼓吹氮气，控制气体流速35l/min，待其冷却凝固后，将真空泵模架颠倒，重复模架加热、浇合金液、鼓吹氮气，直至真空泵模架表面浇盖完全。
成型：将热处理后的真空泵模架进行切削、打磨等机加工后得真空泵半成品。
表面处理：向真空泵半成品表面喷涂厚度为2×10-6mm的高纯SiO2液态玻璃膜得真空泵成品。
实施例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Rh：0.4％、Ru：0.4％、Cu：1.5％、Ni：1.5％、Ba：0.6％、Mn：3％、余量为Al和杂质，其中杂质包括S＜0.004％、O＜0.006％。将除Cu、Ni外的金属混合熔融成铝合金液并浇入真空泵模具中，经冷却后得真空泵模架待用，再将Cu、Ni金属混合熔融成Cu-Ni合金液，保持Cu-Ni合金液的温度为950℃待用。
热处理：将上述真空泵模架加热至300℃，再浇上Cu-Ni合金液，同时外部鼓吹氮气，控制气体流速35l/min，待其冷却凝固后，将真空泵模架颠倒，重复模架加热、浇合金液、鼓吹氮气，直至真空泵模架表面浇盖完全。
成型：将热处理后的真空泵模架进行切削、打磨等机加工后得真空泵半成品。
表面处理：向真空泵半成品表面喷涂厚度为2×10-6mm的高纯SiO2液态玻璃膜得真空泵成品。
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Rh：0.3％、Ru：0.3％、Cu：1％、Ni：1％、Ba：0.5％、Mn：2％、余量为Al和杂质，其中杂质包括S＜0.004％、O＜0.006％。将除Cu、Ni外的金属混合熔融成铝合金液并浇入真空泵模具中，经冷却后得真空泵模架待用，再将Cu、Ni金属混合熔融成Cu-Ni合金液，保持Cu-Ni合金液的温度为900℃待用。
热处理：将上述真空泵模架加热至100℃，再浇上Cu-Ni合金液，同时外部鼓吹氮气，控制气体流速25l/min，待其冷却凝固后，将真空泵模架颠倒，重复模架加热、浇合金液、鼓吹氮气，直至真空泵模架表面浇盖完全。
成型：将热处理后的真空泵模架进行切削、打磨等机加工后得真空泵半成品。
表面处理：向真空泵半成品表面喷涂厚度为1×10-6mm的高纯SiO2液态玻璃膜得真空泵成品。
实施例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Rh：0.3％、Ru：0.3％、Cu：1％、Ni：1％、Ba：0.5％、Mn：2％、余量为Al和杂质，其中杂质包括S＜0.004％、O＜0.006％。将除Cu、Ni外的金属混合熔融成铝合金液并浇入真空泵模具中，经冷却后得真空泵模架待用，再将Cu、Ni金属混合熔融成Cu-Ni合金液，保持Cu-Ni合金液的温度为900℃待用。
热处理：将上述真空泵模架加热至500℃，再浇上Cu-Ni合金液，同时外部鼓吹氮气，控制气体流速45l/min，待其冷却凝固后，将真空泵模架颠倒，重复模架加热、浇合金液、鼓吹氮气，直至真空泵模架表面浇盖完全。
成型：将热处理后的真空泵模架进行切削、打磨等机加工后得真空泵半成品。
表面处理：向真空泵半成品表面喷涂厚度为3×10-6mm的高纯SiO2液态玻璃膜得真空泵成品。
对比例1
与实施例1的区别仅在于，对比例1中原料不含Ru。
对比例2
与实施例1的区别仅在于，对比例2中原料不含Rh。
对比例3
与实施例1的区别仅在于，对比例3中原料Rh与Ru的百分含量为1％。
对比例4
与实施例1的区别仅在于，对比例4熔炼时直接将所有金属混合熔融。
对比例5
与实施例1的区别仅在于，对比例5中产品表面采用喷漆处理。
将实施例1-5及对比例1-5中的产品进行测试，测试其强度、耐腐蚀性和硬度，结果如表1所示：
表1：实施例1-5及对比例1-5中产品的性能
从表中数据可以看出，原料中缺少Rh、Ru元素，铝合金的性能会有极大的降低，其强度、硬度都受到不小的影响，同时，Rh、Ru只需要较少的含量，就能明显增强合金的性能，而一旦含量过高，反而抑制其他合金元素对铝合金的有益提升。液态玻璃膜的创新应用，不仅提高产品的耐腐蚀性，同时使得产品的应用领域获得扩展。
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 (7)

1.一种真空泵，其特征在于，所述的真空泵由铝合金制成，铝合金由如下成分及其质量百分比组成：Rh：0.2-0.4％、Ru：0.2-0.4％、Cu：0.5-1.5％、Ni：0.5-1.5％、Ba：0.4-0.6％、Mn：1-3％、余量为Al和杂质。
2.根据权利要求1所述的一种真空泵，其特征在于，所述杂质包括S＜0.004％、O＜0.006％。
3.一种真空泵的制备工艺，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，将除Cu、Ni外的金属混合熔融成铝合金液并浇入真空泵模具中得真空泵模架，然后将Cu、Ni混合熔融成Cu-Ni合金液；
(2)热处理：将真空泵模架加热至100-500℃，再浇上Cu-Ni合金液，快速冷却；
(3)成型：将热处理后的真空泵模架进行切削、机加工后得真空泵半成品；
(4)表面处理：向真空泵半成品表面喷涂液态玻璃膜得真空泵成品。
4.根据权利要求3所述的一种真空泵的制备工艺，其特征在于，熔炼中所述Cu-Ni合金液的温度为850-950℃。
5.根据权利要求3所述的一种真空泵的制备工艺，其特征在于，热处理为真空环境，所述快速冷却具体为：在浇上Cu-Ni合金液的同时鼓吹惰性气体，气体流速为25-45l/min，待其凝固后，将真空泵模架颠倒，重复浇合金液、鼓吹惰性气体操作直至真空泵模架表面浇盖完全。
6.根据权利要求3所述的一种真空泵的制备工艺，其特征在于，表面处理中液态玻璃膜的成分为高纯SiO2。
7.根据权利要求3所述的一种真空泵的制备工艺，其特征在于，表面处理中液态玻璃膜的厚度为1×10-6-3×10-6mm。
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