CN108677102A - 一种高性能减振器活塞本体材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高性能减振器活塞本体材料的制备方法。属于粉末冶金技术领域。将硫酸铜、硫酸钇加入到轧钢硫酸酸洗废液中，得到含铜、钇的硫酸亚铁酸洗废液，将酸洗废液浓缩后经焙烧炉喷嘴雾化喷洒成微小液滴，经焙烧、选择性还原获得纳米氧化钇弥散强化铁铜合金粉，与石墨烯粉末混合、压制、烧结获得高性能减振器活塞本体材料。本发明方法制造成本低，适合大规模生产，制备的减振器活塞本体材料室温抗拉强度可达800 MPa以上，使用寿命增长。

Description

一种高性能减振器活塞本体材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种高性能减振器活塞本体材料的制备方法，属于粉末冶金技术领域。
背景技术
减振器活塞是保障汽车、高速列车、船舶等运输主体安全性、可靠性、舒适性的关键部件，尤其是在砂石、陡坡、急弯等恶劣情况下受到强烈交变冲击载荷和超高频摩擦磨损作用时，迅速缓解冲击，吸收颠簸时产生的振动，使恢复到平稳行驶状态。随着汽车、高速列车、船舶等对减振器的动力性、经济性、环保性、可靠性的要求越来越严格，活塞关键材料必须具有高强度、优异的摩擦磨损性能，以保证活塞的耐磨性、平稳的导向性和良好的密封功能，减少减振器的摩擦功损失，降低噪声和排放。
强化基体是提高活塞本体性能的重要手段，通常向活塞本体中加入Cr、Ni、Mo等合金元素，通过合金强化来提高强度和耐磨耐腐蚀性，但提升幅度有限，并且合金元素会增加原料成本，一般生产企业难以接受。弥散强化是金属强化方式中最有效的手段，一般通过粉末冶金方法在基体中引入弥散分布的第二相纳米粒子（含量不超过基体的1 wt%），钉扎位错，细化晶粒，从而获得优异的综合性能。铁基材料中稳定的弥散强化相是Y2O3，即氧化物弥散强化（ODS）。目前国内外主要通过机械合金化（MA）手段来制备ODS铁基材料，但MA技术要求严格，且产量较低，不适合工业化大规模生产。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高性能减振器活塞本体材料的工业化制备方法，解决现有减振器活塞强度和气密性不足、使用寿命短等问题。
为此本发明采用的技术方案是：一种高性能减振器活塞本体材料的制备方法，其特征在于，所述减振器活塞本体材料由以下组分制成（质量分数）：Cu 0.8~1.5%，C 0.3~0.6%，Y2O3 0.2~1%，余量为Fe及不可避免的杂质元素。
一种高性能减振器活塞本体材料的制备方法，
步骤（1）：将硫酸铜、硫酸钇加入到酸液中，得到含铜、钇的硫酸亚铁酸洗液，将酸洗液浓缩后雾化成微小液滴，在600~900℃温度下进行焙烧，生成二氧化硫气体和氧化铁、氧化铜、氧化钇的共氧化物；
步骤（2）：将共氧化物在800~900℃氢气气氛中还原，还原时间为90~150 min，得到纳米氧化钇弥散强化铁铜合金粉末；
步骤（3）：将弥散强化铁铜合金粉末与石墨烯、硬脂酸锌混合均匀，模压成型，经烧结获得高性能减振器活塞本体材料。
所述步骤（1）中，二氧化硫气体回收制成硫酸重新利用。
所述步骤（1）中，所述酸液为轧钢硫酸酸洗废液。
所述（1）步骤中，将酸洗液浓缩后经焙烧炉喷嘴雾化喷洒成微小液滴。
所述（3）步骤中，在800~1000 MPa压力下模压成型。
步骤（3）所述石墨烯为还原石墨烯，二维方向的长度为1~10 μm，片层厚度小于5nm。
步骤（3）所述烧结采用真空或还原气氛，真空度为10-1~10-2 Pa，还原气氛为干氢、湿氢和分解氨中的一种或几种，烧结温度为1150~1350 ℃，保温时间为1~3 h。
本发明的原理是：基于轧钢工业中采用的Ruthner-喷雾焙烧技术工艺对酸洗废液进行处理，将硫酸铜、硫酸钇加入到硫酸酸洗废液中，利用酸洗废液回收过程的喷雾焙烧过程，混合溶液被雾化成为微小液滴，液滴中的水分被加热成为水蒸气挥发，其他组分加热反应成为二氧化硫气体和金属氧化物，二氧化硫气体经回收制得硫酸重新利用，从而获得含有纳米氧化钇的金属共氧化物粉末。将所得超细共氧化物粉末在氢气中选择性还原后得到纳米氧化钇弥散强化铁铜合金粉。
将石墨烯作为碳源，一方面作为碳元素可促进烧结，另一方面由于石墨烯粉末厚度方向为纳米级尺度，而本发明制备的弥散强化铁铜合金粉末也非常细，二者粒度相匹配，才有利于提高碳的扩散速度。弥散分布在基体中的纳米氧化物颗粒可以阻碍晶粒长大，容易获得稳定的晶粒尺寸，因此在冷压烧结时可采用较高的烧结温度得到高致密度。
采用以上技术方案，本发明的有益效果在于：
（1）制造成本低，适合大规模生产。
（2）制备的减振器活塞本体材料具有高强度和优良的耐磨损性能，其室温抗拉强度可达800 MPa以上，使用寿命延长。
具体实施方式
实施例1
Fe-0.8%Cu-0.3%C-1%Y2O3减振器活塞本体材料：
（1）按成分配比，将硫酸铜、硫酸钇加入到热轧钢板硫酸酸洗废液中，得到含铜、钇的硫酸亚铁酸洗废液，将酸洗废液浓缩后经焙烧炉喷嘴雾化喷洒成微小液滴，在900℃温度进行焙烧，生成二氧化硫气体和氧化铁、氧化铜、氧化钇的共氧化物，二氧化硫气体回收制成硫酸重新利用；
（2）将共氧化物在900℃氢气气氛中还原，还原时间为90 min，得到纳米氧化钇弥散强化铁铜合金粉末；
（3）将弥散强化铁铜合金粉末与石墨烯、适量硬脂酸锌混合均匀，石墨烯选择二维方向长度为1 μm，片层厚度约为3 nm，在1000 MPa压力下模压成型，经真空烧结（真空度为10-2Pa），烧结温度为1350 ℃，保温时间为1 h，获得高性能减振器活塞本体材料，室温抗拉强度达873 MPa。
实施例2
Fe-1.5%Cu-0.6%C-0.2%Y2O3减振器活塞本体材料：
（1）将硫酸铜、硫酸钇加入到含铁的热轧钢板硫酸酸洗废液中，得到含铜、钇的硫酸亚铁酸洗废液，将酸洗废液浓缩后经焙烧炉喷嘴雾化喷洒成微小液滴，在600℃温度进行焙烧，生成二氧化硫气体和氧化铁、氧化铜、氧化钇的共氧化物，二氧化硫气体回收制成硫酸重新利用；
（2）将共氧化物在800℃氢气气氛中还原，还原时间为150 min，得到纳米氧化钇弥散强化铁铜合金粉末；
（3）将弥散强化铁铜合金粉末与石墨烯、适量硬脂酸锌混合均匀，石墨烯选择二维方向长度为10 μm，片层厚度约为2 nm，在800 MPa压力下模压成型，经湿氢烧结，烧结温度为1150 ℃，保温时间为3 h，获得高性能减振器活塞本体材料，室温抗拉强度达804 MPa。
实施例3
Fe-1.2%Cu-0.4%C-0.5%Y2O3减振器活塞本体材料：
（1）将硫酸铜、硫酸钇加入到含铁的热轧钢板硫酸酸洗废液中，得到含铜、钇的硫酸亚铁酸洗废液，将酸洗废液浓缩后经焙烧炉喷嘴雾化喷洒成微小液滴，在750℃温度进行焙烧，生成二氧化硫气体和氧化铁、氧化铜、氧化钇的共氧化物，二氧化硫气体回收制成硫酸重新利用；
（2）将共氧化物在850℃氢气气氛中还原，还原时间为120 min，得到纳米氧化钇弥散强化铁铜合金粉末；
（3）将弥散强化铁铜合金粉末与石墨烯、适量硬脂酸锌混合均匀，石墨烯选择二维方向长度为6 μm，片层厚度约为2 nm，在900 MPa压力下模压成型，经分解氨气氛烧结，烧结温度为1240 ℃，保温时间为2 h，获得高性能减振器活塞本体材料，室温抗拉强度达830 MPa。

Claims (8)

1.一种高性能减振器活塞本体材料的制备方法，其特征在于，所述减振器活塞本体材料按质量分数由以下组分制成：Cu ：0.8~1.5%，C： 0.3~0.6%，Y2O3： 0.2~1%，余量为Fe及不可避免的杂质元素。
2.一种高性能减振器活塞本体材料的制备方法，其特征在于，
步骤（1）：将硫酸铜、硫酸钇加入到酸液中，得到含铜、钇的硫酸亚铁酸洗液，将酸洗液浓缩后雾化成微小液滴，在600~900℃温度下进行焙烧，生成二氧化硫气体和氧化铁、氧化铜、氧化钇的共氧化物；
步骤（2）：将共氧化物在800~900℃氢气气氛中还原，还原时间为90~150 min，得到纳米氧化钇弥散强化铁铜合金粉末；
步骤（3）：将弥散强化铁铜合金粉末与石墨烯、硬脂酸锌混合均匀，模压成型，经烧结获得高性能减振器活塞本体材料。
3.根据权利要求2所述的一种高性能减振器活塞本体材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，二氧化硫气体回收制成硫酸重新利用。
4.根据权利要求2所述的一种高性能减振器活塞本体材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，所述酸液为轧钢硫酸酸洗废液。
5.根据权利要求2所述的一种高性能减振器活塞本体材料的制备方法，其特征在于，所述（1）步骤中，将酸洗液浓缩后经焙烧炉喷嘴雾化喷洒成微小液滴。
6.根据权利要求2所述的一种高性能减振器活塞本体材料的制备方法，其特征在于，所述（3）步骤中，在800~1000 MPa压力下模压成型。
7.根据权利要求2所述的一种高性能减振器活塞本体材料的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述石墨烯为还原石墨烯，二维方向的长度为1~10 μm，片层厚度小于5 nm。
8.根据权利要求2所述一种高性能减振器活塞本体材料的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述烧结采用真空或还原气氛，真空度为10-1~10-2 Pa，还原气氛为干氢、湿氢和分解氨中的一种或几种，烧结温度为1150~1350 ℃，保温时间为1~3 h。
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