CN108679136B - 减震器弹簧盘 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种减震器弹簧盘，属于减震器部件技术领域，所述减震器弹簧盘由如下质量百分比的原料组分通过粉末冶金制得：石墨粉：0.2‑0.5％、铝粉：0.1‑0.3％、铌粉：0.002‑0.05％、铜粉：0.02‑0.2％、纳米NiB：0.5‑1.5％、邻苯二甲酸二辛酯：0.1‑0.5％、乙烯‑丙烯酸共聚物蜡：0.05‑0.35％，余量为Fe粉及不可避免的杂质。采用温压成型工艺将所述原料组分的合金粉末压制成型，再对生坯进行脱脂处理、烧结、脉冲电镀铬，制得的减震器弹簧盘具有优异的力学性能、机械加工性能及耐腐蚀性。

Description

减震器弹簧盘

技术领域

本发明涉及一种减震器弹簧盘，属于减震器部件技术领域。

背景技术

减震器，主要用来抑制弹簧吸震后反弹时的震荡及来自路面的冲击。在经过不平路面时，虽然吸震弹簧可以过滤路面的震动，但弹簧自身还会有往复运动，而减震器就是用来抑制这种弹簧跳跃的。通常，减震器采用弹簧盘来安装减震器用弹簧，同时对减震器实施辅助固定的作用。另外，随着对汽车减震方面要求的不断提高，汽车减震器弹簧盘也越来越功能化，虽然现有的减震器弹簧盘种类繁多，但因其选材不同，减震效果也不尽相同，弹簧盘是直接安装在车外的，弹簧盘本身的性能将会直接影响环境对弹簧盘的腐蚀速度，进而影响弹簧盘和减震器的使用寿命，增加车辆的使用成本。

传统的减震器弹簧盘一般使用材料为冷轧钢板，其弹性模量E为210Gpa，屈服极限和强度极限分别是221Mpa和300Mpa。冷轧钢板因为没有经过退火处理，其硬度很高(HRB大于90)，但力学性能及机械加工性能极差，只能进行简单的有方向性的小于90度的折弯加工(垂直于卷取方向)，现有制备工艺中，为了改善合金钢的力学性能，一般采用复压复烧的工艺，该工艺虽能大幅度提高合金钢的力学性能，但其操作复杂，成本较高，另外现有工艺中一般不注重对减震器弹簧盘做耐腐蚀性保护，或者只是采用一般的方法来提高其耐蚀性，但效果不明显，如此就极大的限制了减震器弹簧盘的应用，进而影响减震器发挥功能。

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，提供一种力学性能、机械加工性能、耐腐蚀性能良好的减震器弹簧盘。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种减震器弹簧盘，所述减震器弹簧盘由如下质量百分比的原料组分通过粉末冶金制得：石墨粉：0.2-0.5％、铝粉：0.1-0.3％、铌粉：0.002-0.05％、铜粉：0.02-0.2％、纳米NiB：0.5-1.5％、邻苯二甲酸二辛酯：0.1-0.5％、乙烯-丙烯酸共聚物蜡：0.05-0.35％，余量为Fe粉及不可避免的杂质。

本发明以适量的石墨粉作为碳源，其与Cu粉协同作用，有利于增加烧结体中化合碳的含量，促进珠光体向马氏体转变，进而提高产品的硬度和强度。随着石墨粉含量的增加，虽马氏体的量增加，但同时残留奥氏体的量也增加，且晶粒与晶粒间形成网状渗碳体，导致产品强度急剧降低，因此石墨粉的含量不易过高(超过0.5％)。铜粉除了与石墨粉产生协同作用，部分溶解在铁粉中还可以固溶强化烧结体，提高产品的韧性和强度，但是过量的Cu粉会使合金钢的凝固区间变宽而产生烧结缺陷，易使烧结材料的尺寸胀大，从而使得合金钢的的塑性明显下降。本发明添加适量纳米NiB，一方面，纳米NiB中的Ni与Fe、Al形成具有弥散强化作用的耐热相Al₉FeNi，能阻止高温下的位错攀移，有效提高合金钢的抗拉强度及耐热性能，另一方面，在烧结过程中，纳米NiB中的B和Fe反应形成具有更高扩散速度的Fe₂B相，强化烧结体，但镍的存在又会降低合金钢的耐蚀性，因此，本发明原料中加入了铌粉，铌粉不仅能细化晶粒和降低合金钢的过热敏感性及回火脆性，提高合金钢强度，还可以防止晶间腐蚀现象，提高合金钢产品的抗大气腐蚀及高温下抗氢、氮、氨腐蚀能力，但铌粉的加入使得产品塑性和韧性有所下降，进一步的，为了弥补铌粉的不足本发明在原料中加入了铝粉，少量的铝粉，不仅可以协同铌粉细化晶粒，还可以提高产品的冲击韧性，同时铝粉还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，显著提高合金钢的高温不起皮性能和耐高温腐蚀能力，但过量的铝粉(超过0.2％)的会影响合金钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。

本发明原料中还加入了适量的邻苯二甲酸二辛酯。邻苯二甲酸二辛酯属于高分子聚合物，其密度远低于金属粉末的密度，过量时(超过0.5％)，将导致压坯的无孔隙密度降低，形成一些不规则的粉末颗粒聚集体，降低了粉末的流动性，进而影响合金钢微观结构的均匀性。

由于本发明中的纳米NiB极易发生团聚，在邻苯二甲酸二辛酯的粘结作用下，其在合金粉末中的分散效果更差，因此，本发明添加了分散剂乙烯-丙烯酸共聚物蜡，一方面其分子链结构中含极性丙烯酸链段，该链段与纳米NiB极性表面有较好的亲和力，另一方面分子链中的聚乙烯链段又与邻苯二甲酸二辛酯具有较好的相容性，故该分散剂能够在纳米NiB与邻苯二甲酸二辛酯之间形成良好的界层，包覆在纳米NiB表面，利于纳米NiB的分散，防止纳米NiB的二次团聚。

本发明还提供了一种上述减震器弹簧盘的加工方法，所述的加工方法包括如下步骤：

S1、按上述减震器弹簧盘的原料组分的质量百分比称取原料并于混料机中混合均匀，得混合料；

S2、将混合料在温压条件下压制成生坯，并进行脱脂处理；

S3、将脱脂后的生坯置于烧结炉中于保护气氛下进行烧结，冷却得熟坯；

S5、对熟坯表面进行脉冲电镀铬，得减震器弹簧盘成品。

现有技术中为了获得高性能和高致密性的合金材料，多采用复压复烧，不仅操作复杂成本高，且使用的粘结剂和润滑剂不能发挥最大作用，也不能完全消除，残留于合金制品中影响合金的综合性能，为此本发明选择具有一次压制和烧结过程的温压成型工艺进行混料压制。温压成型工艺中，混料间发生重排列现象，以获得最大程度的颗粒填充密度，这是合金材料具有高致密性的主导因素，同时温压所得生坯脱模力低，强度大，成品率高，且比冷压成形相同压力下的制品力学性能大幅提高，对生坯进行脱脂处理，能大大提高减震器弹簧盘的成品率。通过脉冲电镀铬镀层基本无裂纹，孔隙率低、致密性好，镀层硬度高、无铬瘤、表面光滑，在保护合金钢基体的同时，还大幅度提高了减震器弹簧盘的耐磨损和耐腐蚀性能。

在上述减震器弹簧盘的加工方法中，混料机回转速度为：25-35r/min。混料机回转速度和混合时间是影响混合均匀度的重要因素，在本发明中转速大时，虽可以缩短混料时间，但回转速度过大时(超过35r/min)，由于离心力太大，粉末将附着在混料机内壁上，随同混料机一起回转，从而使混合均匀性降低。

在上述减震器弹簧盘的加工方法中，所述的温压温度为：90-130℃，温压压力为：500-700MPa。

本发明将温压温度控制在粘结剂的玻璃化温度之上一定温度范围，此温度范围内(90-130℃)粘结剂处于粘流态，可在粉体表面铺展或流动，在颗粒表面形成润滑膜，从而降低颗粒之间的摩擦，有利于在压制压力下颗粒的紧密排列，提高压坯密度。但是，当温压温度继续升高时(超过130℃)，粘结剂粘度降低，甚至熔化，增加了颗粒粘结的趋势，反而不利于压坯密度的升高。温压压力(500-700MPa)为粉末颗粒的结合提供适当的外力，粉末颗粒在外力作用下发生位移和变形，表面上的原子彼此接近，当进入引力范围之内时，粉末颗粒便由于引力作用而联结起来，使压坯有一定的强度，生坯强度的提高可以降低生坯部件在自动机械搬运过程中造成的废品率，且减少烧结体裂纹的出现。

在上述减震器弹簧盘的加工方法中，所述脱脂处理的脱脂液温度为30-60℃，脱脂时间为10-20min。本发明粘结剂邻苯二甲酸二辛酯中的高分子组元及高分子链结构在脱脂液的溶解作用下开始软化和变松散，使坯体体积膨胀(即为溶胀)，当脱脂温度高于60℃，脱脂时间超过20min时，邻苯二甲酸二辛酯在脱脂液中的溶解速度急剧增大，导致坯体溶胀开裂，进而影响成品率。

作为优选，所述脱脂液为环己烷、异丙醇、醋酸乙酯、三乙醇胺中的一种或多种。

在上述减震器弹簧盘的加工方法中，所述烧结的工艺为：先将温度以2-4℃/min的速率升至550-650℃烧结2-3h，再以5-9℃/min的速率升至1100-1250℃烧结4-5h。

在烧结过程中先以较低的升温速率升温至550-650℃进行烧结，较低的升温速率有助于生坯中的各组分充分反应融合，形成适量的强化相，并有助于烧结体中晶粒的初步生长，然后再以较快的升温速率升至1100-1250℃进行烧结，此时较快的升温速率有助于晶粒的细化，防止晶粒过度生长，从而得到性能较好的烧结体。在保护气氛下，烧结温度大于1250℃，达到了过烧状态，会造成减震器弹簧盘内部晶粒粗大，致密度下降，缺陷增多的问题，从而导致减震器弹簧盘力学性能大幅降低。

在上述减震器弹簧盘的加工方法中，所述脉冲电流密度为70-80A/dm²，脉冲电流频率为0.5-1Hz，占空比为40-50％。当脉冲电流小于70A/dm²，脉冲电流频率小于0.5Hz，占空比不足40％时，晶种的形成速度小于晶体长大的速度，不能使镀层结晶细化，所得镀层排列疏松，孔隙较多。当脉冲电流密度超过80A/dm²，脉冲频率超过1Hz，占空比高于50％时合金钢表面开始出现边缘效应，随着数值的升高，边缘效应严重，甚至棱角处出现枝晶，严重影响镀层与合金钢基体的结合，且所得镀铬层外观不好。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1.本发明原料配伍合理，通过在合金粉末中添加纳米NiB、邻苯二甲酸二辛酯、乙烯-丙烯酸共聚物蜡，有利于提高混料的流动性，增加松装密度，降低脱模力，提高坯体的烧结收缩率，强化烧结体，最终使得减震器弹簧盘具有高强度、良好的韧性及耐磨性。

2.本发明采用简单易行温压成型工艺，与现有技术中的冷压相比大幅度提高了减震器弹簧盘的力学性能，对生坯进行脱脂处理；脉冲电镀铬保护层进一步提高了减震器弹簧盘的耐磨性及耐蚀性。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，并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。

实施例1-6

实施例1-6中所述的减震器弹簧盘的原料组分及质量百分比如表1所示。

脉冲电镀铬液为现有技术中的标准镀铬液。

表1：实施例1-6中各原料的质量百分比

实施例7

按实施例1中原料组分的质量百分比称取原料，先将石墨粉、铁粉、铝粉、铌粉、铜粉、纳米NiB粉末在25r/min混料机中混合20min，再将邻苯二甲酸二辛酯加入混合料中混合20min，然后加入乙烯-丙烯酸共聚物蜡混合20min，得均匀混合料；

将混合料在90℃，500MPa温压条件下压制成生坯，并于30℃的醋酸乙酯溶剂中脱脂10min；

将脱脂后的生坯置于烧结炉中在H₂气氛下烧结，先将温度以2℃/min的速率升至550℃烧结2h，再以7℃/min的速率升至1100℃烧结4h，冷却得熟坯；

对熟坯表面进行脉冲电镀铬，得减震器弹簧盘成品，其中脉冲电流密度为70A/dm²，脉冲电流频率为0.5Hz，占空比为40％。

实施例8

按实施例2中原料组分的质量百分比称取原料，先将石墨粉、铁粉、铝粉、铌粉、铜粉、纳米NiB粉末在28r/min混料机中混合25min，再将邻苯二甲酸二辛酯加入混合料中混合25min，然后加入乙烯-丙烯酸共聚物蜡混合25min，得均匀混合料；

将混合料在100℃，550MPa温压条件下压制成生坯，并于40℃的环己烷、异丙醇混合溶剂中脱脂12min；

将脱脂后的生坯置于烧结炉中在H₂气氛下烧结，先将温度以2.5℃/min的速率升至570℃烧结2h，再以6℃/min的速率升至1130℃烧结4h，冷却得熟坯；

对熟坯表面进行脉冲电镀铬，得减震器弹簧盘成品，其中脉冲电流密度为72A/dm²，脉冲电流频率为0.6Hz，占空比为43％。

实施例9

按实施例3中原料组分的质量百分比称取原料，先将石墨粉、铁粉、铝粉、铌粉、铜粉、纳米NiB粉末在30r/min混料机中混合30min，再将邻苯二甲酸二辛酯加入混合料中混合30min，然后加入乙烯-丙烯酸共聚物蜡混合30min，得均匀混合料；

将混合料在110℃，600MPa温压条件下压制成生坯，并于45℃的环己烷、异丙醇、醋酸乙酯、三乙醇胺混合溶剂中脱脂15min；

将脱脂后的生坯置于烧结炉中在H₂气氛下烧结，先将温度以3℃/min的速率升至600℃烧结2.5h，再以7℃/min的速率升至1150℃烧结4.5h，冷却得熟坯；

对熟坯表面进行脉冲电镀铬，得减震器弹簧盘成品，其中脉冲电流密度为75A/dm²，脉冲电流频率为0.7Hz，占空比为45％

实施例10

本实施例按实施例4中原料组分的质量百分比称取原料，先将石墨粉、铁粉、铝粉、铌粉、铜粉、纳米NiB粉末在26r/min混料机中混合28min，再将邻苯二甲酸二辛酯加入混合料中混合28min，然后加入乙烯-丙烯酸共聚物蜡混合28min，得均匀混合料；

将混合料在115℃，630MPa温压条件下压制成生坯，并于50℃的异丙醇、三乙醇胺混合溶剂中脱脂16min；

将脱脂后的生坯置于烧结炉中在H₂气氛下烧结，先将温度以3.5℃/min的速率升至590℃烧结3h，再以6.5℃/min的速率升至1160℃烧结4h，冷却得熟坯；

对熟坯表面进行脉冲电镀铬，得减震器弹簧盘成品，其中脉冲电流密度为76A/dm²，脉冲电流频率为0.8Hz，占空比为46％。

实施例11

按实施例5中原料组分的质量百分比称取原料，先将石墨粉、铁粉、铝粉、铌粉、铜粉、纳米NiB粉末在32r/min混料机中混合35min，再将邻苯二甲酸二辛酯加入混合料中混合35min，然后加入乙烯-丙烯酸共聚物蜡混合35min，得均匀混合料；

将混合料在120℃，680MPa温压条件下压制成生坯，并于60℃的三乙醇胺、异丙醇溶剂中脱脂18min；

将生坯置于烧结炉中在H₂气氛下烧结，先将温度以2℃/min的速率升至630℃烧结2h，再以8℃/min的速率升至1200℃烧结4.5h，冷却得熟坯；

对熟坯表面进行脉冲电镀铬，得减震器弹簧盘成品，其中所述脉冲电流密度为78A/dm²，脉冲电流频率为0.9Hz，占空比为48％。

实施例12

按实施例6中原料组分的质量百分比称取原料，先将石墨粉、铁粉、铝粉、铌粉、铜粉、纳米NiB粉末在35r/min混料机中混合40min，再将邻苯二甲酸二辛酯加入混合料中混合40min，然后加入乙烯-丙烯酸共聚物蜡混合40min，得均匀混合料；

将混合料在130℃，700MPa温压条件下压制成生坯，并于60℃的异丙醇溶剂中脱脂20min；；

将脱脂后的生坯置于烧结炉中在H₂气氛下烧结，先将温度以4℃/min的速率升至650℃烧结3h，再以9℃/min的速率升至1250℃烧结5h，冷却得熟坯；

对熟坯表面进行脉冲电镀铬，得减震器弹簧盘成品，其中脉冲电流密度为80A/dm²，脉冲电流频率为1Hz，占空比为50％。

对比例1

本对比例与实施例7的区别仅在于，称取原料中未含有纳米NiB。

对比例2

本对比例与实施例7的区别仅在于，称取原料中未含有邻苯二甲酸二辛酯。

对比例3

本对比例与实施例7的区别仅在于，称取原料中未含有乙烯-丙烯酸共聚物蜡。

对比例4

本对比例与实施例7的区别仅在于，将称取原料一次性混合。

对比例5

本对比例与实施例7的区别仅在于，采用现有技术中的普通压制工艺。

对比例6

本对比例与实施例7的区别仅在于，未对生坯进行脱脂处理。

对比例7

本对比例与实施例7的区别仅在于，未对熟坯表面进行脉冲镀铬处理。

对比例8

对减震器弹簧盘环表面进行普通直流电镀铬。

对比例9

现有技术中的普通市售减震器弹簧盘。

对实施例7-12和对比例1-9所述的减震器弹簧盘进行性能测试的结果如表1所示。

表1：实施例7-12和对比例1-9中减震器弹簧盘性能测试结果

综合以上因素，本申请的发明效果为：通过在原料中添加纳米NiB、邻苯二甲酸二辛酯、乙烯-丙烯酸共聚物蜡，促进合金粉末的有效结合及均匀分布，同时强化烧结体，再通过对温压成型的坯体进行脱脂处理、烧结、脉冲电镀铬，最终获得了高强度、耐蚀性、耐磨性及韧性良好的减震器弹簧盘。

本处实施例对本发明要求保护的技术范围中点值未穷尽之处以及在实施例技术方案中对单个或者多个技术特征的同等替换所形成的新的技术方案，同样都在本发明要求保护的范围内，并且本发明方案所有涉及的参数间如未特别说明，则相互之间不存在不可替换的唯一性组合。

Claims (6)

1.一种减震器弹簧盘，其特征在于，所述减震器弹簧盘由如下质量百分比的原料组分通过粉末冶金制得：石墨粉：0.2-0.5%、铝粉：0.1-0.3%、铌粉：0.002-0.05%、铜粉：0.02-0.2%、纳米NiB：0.5-1.5%、邻苯二甲酸二辛酯：0.1-0.5%、乙烯-丙烯酸共聚物蜡：0.05-0.35%，余量为Fe粉及不可避免的杂质；

所述的减震器弹簧盘的加工方法包括如下步骤：

S1、按质量百分比称取减震器弹簧盘的原料组分并于混料机中混合均匀，得混合料；

S2、将混合料在温压条件下压制成生坯，并进行脱脂处理；

S2、将脱脂后的生坯置于烧结炉中在保护气氛下进行烧结，冷却得熟坯；

S4、对熟坯表面进行脉冲电镀铬，得减震器弹簧盘成品；所述脉冲电流密度为70-80A／dm²，脉冲电流频率为0.5-1.0Hz，占空比为40-50％。

2.根据权利要求1所述的减震器弹簧盘，其特征在于，所述混料机的回转速度为25-35r/min。

3.根据权利要求1所述的减震器弹簧盘，其特征在于，所述温压的温度为90-130℃，压力为500-700MPa。

4.根据权利要求1所述的减震器弹簧盘，其特征在于，所述脱脂处理的脱脂液温度为30-60℃，脱脂时间为10-20min。

5.根据权利要求4所述的减震器弹簧盘，其特征在于，所述脱脂液为环己烷、异丙醇、醋酸乙酯、三乙醇胺中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的减震器弹簧盘，其特征在于，所述烧结的工艺为：先将温度以2-4℃/min的速率升至550-650℃烧结2-3h，再以5-9℃/min的速率升至1100-1250℃烧结4-5h。