CN108103403A - 一种耐腐蚀液压泵 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种耐腐蚀液压泵，属于机械技术领域。本发明的液压泵，包括壳体、底座、电机，所述壳体包括基体、嵌在基体内部的缓冲层、设置在基体表面的耐蚀层，所述基体包括以下质量百分比的组分，0.15‑0.25％C、0.17‑0.37％Si、0.50‑0.80％Mn、0.80‑1.10％Cr、0.6‑0.9％Ni、0.5‑0.7％Cu、0.1‑0.5％Ag、0.3‑0.45％Mo、0.3‑0.5％N、0.1‑0.2％Gd、5.6‑8.8％纳米CBN、P≤0.030％、S≤0.030％，余量为Fe。本发明的齿轮泵具有噪声小、耐腐蚀、使用寿命长的特点。

Description

一种耐腐蚀液压泵
技术领域
本发明属于机械技术领域，涉及一种耐腐蚀液压泵。
背景技术
液压泵是将机械能转换为流体能的重要装置，是液压系统的动力元件，是靠发动机或电动机驱动，从液压油箱中吸入油液，形成压力油排出，送到执行元件的一种元件。液压泵按结构分为液压泵、柱塞泵、叶片泵和螺杆泵。现有的液压泵多采用铝合金制成，长期与输送的油液接触，油液中难以避免会有一些杂质，会对液压泵造成腐蚀，从而减少液压泵的使用寿命。如中国专利(CN201410323703.8)在泵与液体接触部位都采用316SS不锈钢或高质量的合金材料，并与各种耐腐蚀、耐酸碱、耐磨损、耐高温、耐高压的非金属材料有机组合而成，然而其耐蚀性能仍有待进一步提高。并且液压泵的在使用过程中震动较大，造成泵体噪声较大，容易造成液压泵的失效，大大降低了液压泵工作的可靠性，缩短了液压泵的使用寿命。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种噪声小、耐腐蚀、使用寿命长的液压泵。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：
一种耐腐蚀液压泵，包括壳体、底座、电机，所述壳体包括基体、嵌在基体内部的缓冲层、设置在基体表面的耐蚀层，所述基体包括以下质量百分比的组分：0.15-0.25％C、0.17-0.37％Si、0.50-0.80％Mn、0.80-1.10％Cr、0.6-0.9％Ni、0.5-0.7％Cu、0.1-0.5％Ag、0.3-0.45％Mo、0.3-0.5％N、0.1-0.2％Gd、5.6-8.8％纳米CBN、P≤0.030％、S≤0.030％，余量为Fe。
本发明对液压泵的壳体的材质进行了改进，将壳体设置为基体、内嵌在基体中的缓冲层、设置在基体表面的耐蚀层的多层结构，有效提高了壳体的抗冲击性能，降低了壳体的噪音，提高了耐蚀性。其中，本发明中基体由改进的合金钢制成，本发明在40Cr钢的基础上，降低了C元素的含量，有利于提高基体的导热性，但C元素碳量过低会降低基体的硬度和强度；提高了Ni元素的含量，有利于提高基体的耐热性能，但是Ni元素的含量不能过高，否则会造成基体的热脆性；提高了Cu元素的含量，并添加了Ag元素，能够提高基体的韧性，并提高其回火稳定性和回火温度，有利于充分消除淬火应力；提高了Mo的含量，一方面可提高基体的硬度和耐磨性能，另一方面能降低基体合金钢的时效；加入适量的Gd元素能够细化晶粒、提高基体的韧性；加入的N元素具有强化奥氏体的作用，能够有效提高基体的强度；纳米CBN具有辅助N元素强化奥氏体的作用，从而提高基体的整体性能，并且纳米CBN能够提高基体的抗冲击能力，当壳体受到较大冲击合金钢中的硬质点纳米CBN，能够将冲击能量衰减，从而达到提高抗冲击性能的目的，但是纳米CBN不能添加过多，否则会导致基体强度和韧性均有所降低。
作为优选，所述N元素以C3N4的形式加入。
本发明通过加入C3N4的方式控制基体合金钢中的氮含量，简便易控，能方便控制N的含量，避免了传统工艺中通过后处理的复杂渗碳工艺增加N含量的方法，简化了工艺，降低了能耗。
作为优选，所述纳米CBN的粒径为10-20nm。
本发明将纳米CBN的粒径控制在上述范围内，能够有效避免基体合金钢中铁素体的形成，并且具有稳定合金钢中奥氏体微观组织的效果，从而提高基体合金钢的整体性能。
作为优选，所述缓冲层包括以下质量百分比的组分：5-8％Cu、10-13％Al、2.5-3.5％Ag晶须、0.1-0.2％纳米Gd、23-35％丁腈橡胶、9-12％多孔空壳碳酸钙、9.5-18.6％植物纤维、13-18％环氧树脂粘结剂，余量为SiC晶须。
本发明缓冲层中纳米Gd的添加，有效提高了缓冲层的固化效率，并降低了环氧树脂固化后的脆性，提高了缓冲层的韧性。丁腈橡胶的添加使缓冲层具有较高的阻尼性能，从而具有较高的抗冲击性能和对冲击震动的缓冲作用，而植物纤维具有较高的柔韧性和阻尼性能，包裹在丁腈橡胶的内部，能够进一步提高缓冲层的阻性性能。SiC晶须与丁腈橡胶在热膨胀系数和收缩率上具有较大的差异，在缓冲层形成后形成较多的孔隙，在壳体受到较大冲击时能够将冲击能力进一步吸收衰减。多孔空壳碳酸钙其空壳结构能够承受较大的力，从而能够将冲击能再次进行衰减，从而提高整个缓冲层的防震性能，通过减震达到降低液压泵噪音的目的。Ag晶须的加入能够提高缓冲层的韧性，避免SiC含量较多造成的脆性。
作为优选，所述多孔空壳碳酸钙的粒径为2-5μm，孔径为20-50nm。
多孔碳酸钙的粒径和孔径的大小决定着其抗冲击性能的效果，过大的粒径使其在基体中形成孤岛的形势，无法均匀接收衰减传递而来的震动，丁腈橡胶熔液和环氧树脂粘结在缓冲层的制备过程中能够对上述孔径的多孔空壳碳酸钙形成较大的表面张力，从而阻止其进入多孔空壳碳酸钙内部，而过大的孔径在高温作用下会导致丁腈橡胶熔液和环氧树脂粘结剂的进入，从而形成实心碳酸钙，无法起到对震动的衰减作用。
作为优选，所述SiC晶须的长度为3-8μm，长径比为15-25。
SiC晶须的长径比越大，越有利于提高缓冲层的强度和韧性等力学性能，但是过大或过小的长径比和长度均不利于形成适当的孔隙以达到减震抗冲击的效果。
作为优选，所述耐蚀层为形成于基体上的纳米VC层，所述纳米VC层中纳米VC的粒径为1-8nm。
作为优选，所述耐蚀层的制备过程为，对基体表面进行激光刻蚀处理，然后在基体表面涂覆纳米VC，再进行激光熔覆处理。
本发明采用激光对基体表面进行处理产生刻蚀作用，在刻痕区形成亚晶界，耐蚀层中的纳米VC粒子在激光熔覆处理过程中能够填充在该亚晶界的交界处，从而提高了纳米VC渗入基体的深度，提高了耐蚀层与基体的附着度；激光处理还能产生活化作用，增加基体表面的活性基团，从而增加基体表面与纳米VC的结合力。纳米VC的粒径不能过大，否则难以进入亚晶界之间。
作为优选，所述耐蚀层中还包括Co和Nd，Co和Nd分别为纳米VC质量的1.6-2.8％和0.5-1.2％。
本发明在耐蚀层中添加适量的Co和Nd，能够耐蚀层的组织更加均匀细小、致密，减少气孔和夹杂等缺陷，Co能够避免因纳米VC进入亚晶界之间造成的晶格畸变，Nd能够提高激光扫描效率，减少激光刻痕处理和熔覆处理的时间。
作为优选，所述激光刻蚀处理时激光扫描功率为1.0-1.5kw，扫描速度为200-250mm/min，扫描光斑尺寸为2.5mm×2.0mm。
作为优选，所述激光熔覆处理时激光扫描功率为1.8-2.2kw，扫描速度为200-250mm/min，扫描光斑尺寸为2.5mm×2.0mm。
激光扫描功率、扫描速度、光斑尺寸是影响激光刻蚀和熔覆处理质量的主要因素。激光扫描功率过大或者扫描速度过小，会导致刻蚀过度或使耐蚀层的粉体过度燃烧，烧损大，形成表面粗糙；扫描功率过小或者扫描速度过大，则刻蚀程度不足或耐蚀层不能完全熔化，熔深过小，耐蚀层与基体之间结合力差。在上述参数范围内，基体表面可以形成面光滑、无裂纹、成分均匀的耐蚀层。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过合理设置液压泵壳体的结构层次，有效提高了壳体的抗冲击性能和耐腐蚀性能，降低了壳体的噪音。通过对壳体基体配方的改进，改善了壳体基体的强度、韧性和抗冲击性能；通过合理配伍缓冲层的配方，有效提高了缓冲层的抗冲击性能和减震效果，进而达到液压泵减震的效果；通过对耐蚀层制备过程和配方的改进，提高了耐蚀层的耐蚀效果和与基体的结合度。
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
本实施例中的耐腐蚀液压泵，包括壳体、底座、电机，壳体包括基体、嵌在基体内部的缓冲层、设置在基体表面的耐蚀层。
其中，基体包括以下质量百分比的组分：0.15％C、0.17％Si、0.50％Mn、0.80％Cr、0.6％Ni、0.5％Cu、0.1％Ag、0.3％Mo、0.3％N、0.1％Gd、5.6％纳米CBN、0.01％P、0.01％S，余量为Fe，N元素以C3N4的形式加入，纳米CBN的粒径为10-20nm。
缓冲层包括以下质量百分比的组分：7％Cu、12％Al、3.0％Ag晶须、0.2％纳米Gd、30％丁腈橡胶、10％多孔空壳碳酸钙、13％植物纤维、15％环氧树脂粘结剂，余量为SiC晶须，多孔空壳碳酸钙的粒径为2-5μm，孔径为20-50nm，植物纤维为纤维素纤维，SiC晶须的长度为3-8μm，长径比为15-25。
耐蚀层的制备过程为：对基体表面进行激光刻蚀处理，然后在基体表面涂覆纳米VC、Co和Nd的混合物，再进行激光熔覆处理；纳米VC的粒径为1-8nm，Co和Nd分别为纳米VC质量的2.0％和0.8％；激光刻蚀处理时激光扫描功率为1.3kw，扫描速度为220mm/min，扫描光斑尺寸为2.5mm×2.0mm；激光熔覆处理时激光扫描功率为2.0kw，扫描速度为230mm/min，扫描光斑尺寸为2.5mm×2.0mm。
实施例2
与实施例1不同的是，基体包括以下质量百分比的组分：0.2％C、0.25％Si、0.65％Mn、0.95％Cr、0.7％Ni、0.6％Cu、0.3％Ag、0.4％Mo、0.4％N、0.2％Gd、7.0％纳米CBN、0.02％P、0.02％S，余量为Fe，N元素以C3N4的形式加入，纳米CBN的粒径为10-20nm。
实施例3
与实施例1不同的是，基体包括以下质量百分比的组分：0.25％C、0.37％Si、0.80％Mn、1.10％Cr、0.9％Ni、0.7％Cu、0.5％Ag、0.45％Mo、0.5％N、0.2％Gd、8.8％纳米CBN、0.03％P、0.03％S，余量为Fe，N元素以C3N4的形式加入，纳米CBN的粒径为10-20nm。
实施例4
与实施例2不同的是，缓冲层包括以下质量百分比的组分：5％Cu、10％Al、2.5％Ag晶须、0.1％纳米Gd、23％丁腈橡胶、9％多孔空壳碳酸钙、9.5％植物纤维、13％环氧树脂粘结剂，余量为SiC晶须，多孔空壳碳酸钙的粒径为2-5μm，孔径为20-50nm，植物纤维为纤维素纤维，SiC晶须的长度为3-8μm，长径比为15-25。
实施例5
与实施例2不同的是，缓冲层包括以下质量百分比的组分：8％Cu、13％Al、3.5％Ag晶须、0.2％纳米Gd、35％丁腈橡胶、12％多孔空壳碳酸钙、18.6％植物纤维、18％环氧树脂粘结剂，余量为SiC晶须，多孔空壳碳酸钙的粒径为2-5μm，孔径为20-50nm，植物纤维为纤维素纤维，SiC晶须的长度为3-8μm，长径比为15-25。
实施例6
与实施例2不同的是，耐蚀层的制备过程中，Co和Nd分别为纳米VC质量的1.6％和0.5％。
实施例7
与实施例2不同的是，耐蚀层的制备过程中，Co和Nd分别为纳米VC质量的2.8％和1.2％。
实施例8
与实施例2不同的是，激光刻蚀处理时激光扫描功率为1.0kw，扫描速度为200mm/min，扫描光斑尺寸为2.5mm×2.0mm；激光熔覆处理时激光扫描功率为1.8kw，扫描速度为200mm/min，扫描光斑尺寸为2.5mm×2.0mm。
实施例9
与实施例2不同的是，激光刻蚀处理时激光扫描功率为1.5kw，扫描速度为250mm/min，扫描光斑尺寸为2.5mm×2.0mm；激光熔覆处理时激光扫描功率为2.2kw，扫描速度为250mm/min，扫描光斑尺寸为2.5mm×2.0mm。
对比例1
基体的组分中不包括纳米CBN，其他与实施例2相同。
对比例2
缓冲层的组分中不包括多孔空壳碳酸钙，其他与实施例2相同。
对比例3
缓冲层的组分中不包括丁腈橡胶，其他与实施例2相同。
对比例4
缓冲层的组分中不包括植物纤维，其他与实施例2相同。
对比例5
耐蚀层中不包括Co和Nd，其他与实施例2相同。
对比例6
耐蚀层制备过程中不包括激光中不包括激光刻蚀处理，其他与实施例2相同。
对比例7
常规合金钢制备的液压泵壳体。
将本发明实施例1-9、对比例1-7中制得的液压泵壳体的性能进行比较，比较结果如表1所示。其中，碱性试验评级采用质量浓度为100g/L的NaOH，在35℃温度下将10mgNaOH溶液滴到试样表面，24h后测量腐蚀缺陷所占总面积，盐雾试验和酸性盐雾试验分别为试验72h后。根据测量腐蚀缺陷所占总面积，按照GB/T 6461–2002《金属基体上金属和其他无机覆盖层经腐蚀试验后的试样和试件的评级》进行评级。
表1：实施例1-9、对比例1-7中液压泵壳体性能的比较
综上所述，本发明通过合理设置液压泵壳体的层次结构，并合理配伍各层材料的配方，有效提高了壳体的力学性能、抗冲击性能、以及壳体的耐腐蚀性能，并降低了液压泵在使用过程中的噪音，提高了液压泵的使用性能。
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 (10)

1.一种耐腐蚀液压泵，包括壳体、底座、电机，其特征在于，所述壳体包括基体、嵌在基体内部的缓冲层、设置在基体表面的耐蚀层，所述基体包括以下质量百分比的组分：0.15-0.25％C、0.17-0.37％Si、0.50-0.80％Mn、0.80-1.10％Cr、0.6-0.9％Ni、0.5-0.7％Cu、0.1-0.5％Ag、0.3-0.45％Mo、0.3-0.5％N、0.1-0.2％Gd、5.6-8.8％纳米CBN、P≤0.030％、S≤0.030％，余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的耐腐蚀液压泵，其特征在于，所述纳米CBN的粒径为10-20nm。
3.根据权利要求1所述的耐腐蚀液压泵，其特征在于，所述缓冲层包括以下质量百分比的组分：5-8％Cu、10-13％Al、2.5-3.5％Ag晶须、0.1-0.2％纳米Gd、23-35％丁腈橡胶、9-12％多孔空壳碳酸钙、9.5-18.6％植物纤维、13-18％环氧树脂粘结剂，余量为SiC晶须。
4.根据权利要求3所述的耐腐蚀液压泵，其特征在于，所述多孔空壳碳酸钙的粒径为2-5μm，孔径为20-50nm。
5.根据权利要求3所述的耐腐蚀液压泵，其特征在于，所述SiC晶须的长度为3-8μm，长径比为15-25。
6.根据权利要求1所述的耐腐蚀液压泵，其特征在于，所述耐蚀层为形成于基体上的纳米VC层，所述纳米VC层中纳米VC的粒径为1-8nm。
7.根据权利要求1所述的耐腐蚀液压泵，其特征在于，所述耐蚀层的制备过程为，对基体表面进行激光刻蚀处理，然后在基体表面涂覆纳米VC，再进行激光熔覆处理。
8.根据权利要求7所述的耐腐蚀液压泵，其特征在于，所述耐蚀层中还包括Co和Nd，Co和Nd分别为纳米VC质量的1.6-2.8％和0.5-1.2％。
9.根据权利要求7所述的耐腐蚀液压泵，其特征在于，所述激光刻蚀处理时激光扫描功率为1.0-1.5kw，扫描速度为200-250mm/min，扫描光斑尺寸为2.5mm×2.0mm。
10.根据权利要求7所述的耐腐蚀液压泵，其特征在于，所述激光熔覆处理时激光扫描功率为1.8-2.2kw，扫描速度为200-250mm/min，扫描光斑尺寸为2.5mm×2.0mm。
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