CN112941353A - 一种高强度钨合金高压油泵柱塞耦件及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种高强度钨合金高压油泵柱塞耦件及制备方法，所述方法包括，氧化钨粉末、四氧化三钴粉末、硝酸铬粉末和粉黑粉末在球磨机中球磨混合，混合均匀后在真空烧结炉中进行烧结，得到WC‑Co‑Cr3C2复合粉体，再将WC‑Co‑Cr3C2复合粉体、Fe3Al粉末和Ni3Al粉末在球磨机中进行球磨混合，球磨混合后填充在模具内，通过微波烧结炉进行高温烧结得到的钨合金材料，对钨合金材料进行精车处理得到柱塞耦件粗品，再将柱塞耦件粗品进行热处理得到柱塞耦件成品。本发明的采用钨合金制备柱塞耦件，所得到的柱塞耦件具有良好的高温强度，具有更好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及高压油泵设备生产技术领域，尤其涉及一种高强度钨合金高压油泵柱塞耦件及制备方法。
背景技术
高压油泵的柱塞耦件是一种用于发动机供油的重要零件，其通过凸轮进行驱动，凸轮转动从而驱动其沿轴向做往复运动，通过循环往复运动达到循环供油的目的，因此其在工作的过程中会长期与嵌套在其外侧的柱塞套进行摩擦，为了保证柱塞耦件能够长期稳定地工作，其选用的材料需要具有非常高的耐磨性和高的磨损疲劳强度。
现有技术中，柱塞耦件通常选用的材料包括GCr15轴承钢和CrWMn钢，其中CrWMn钢具有较高的硬度和较好的尺寸稳定性，但是其金属纯净度相对较差，因此长期使用后极易出现磨损报废，GCr15轴承钢更加复合柱塞耦件的使用条件，其耐磨性好、金属的纯净度相对更高，但是使用过程中发现，若燃油的油品存在问题时，燃油中的积垢容易对GCr15轴承钢的表面造成破坏，降低其使用寿命，积垢在柱塞高速运动的过程中会对柱塞的表面和端部造成破坏，分析原因，这可能是因为GCr15轴承钢的高温条件下金属的强度不足导致的。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种在高温环境下具有更高强度的钨合金高压油泵柱塞耦件及制备方法。
本发明的技术方案是这样实现的：本发明提供了一种高强度钨合金高压油泵柱塞耦件的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、将氧化钨粉末、四氧化三钴粉末、硝酸铬粉末和粉黑粉末在球磨机中球磨混合，混合均匀后在真空烧结炉中进行烧结，得到WC-Co-Cr3C2复合粉体；
步骤二、混合步骤一所得WC-Co-Cr3C2复合粉体、Fe3Al粉末和Ni3Al粉末在球磨机中进行球磨混合，球磨混合后填充在模具内，通过微波烧结炉进行高温烧结；
步骤三、将步骤二烧结后得到的钨合金材料进行精车处理得到柱塞耦件粗品，再将柱塞耦件粗品进行热处理得到柱塞耦件成品。
在以上技术方案的基础上，优选的，步骤一中，按重量份数计算，所述氧化钨：四氧化三钴：硝酸铬：炭黑的用量比为(85-90)：(0.5-1.5)：(0.01-0.5)：(10-20)。
在以上技术方案的基础上，优选的，步骤一中，所述球磨混合的球料比为(20-25)：1，球磨时间为5-8h，球磨介质为无水乙醇，球磨的转速为300-500r/min。
在以上技术方案的基础上，优选的，步骤二中，按重量份数计算，所述WC-Co-Cr3C2复合粉体、Fe3Al粉末和Ni3Al粉末的用量比为(95-98)：(0.1-1)：(0.1-1)。
更进一步优选的，步骤二中，所述球磨混合的球料比为(27-30):1，球磨时间为10-20h，球磨介质为无水乙醇，球磨的转速为300-500r/min。
在以上技术方案的基础上，优选的，微波烧结炉的微波波长为1mm-1m，工作频率为0.85-2.45GHz，功率为1-4KW，微波烧结温度为1300-1350℃，微波烧结的时间为0.5-1.5h。
在以上技术方案的基础上，优选的，微波烧结的过程中，使用红外线加热管对模具外侧进行加热，所述模具为透明石英坩埚。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述透明石英坩埚的内表面涂覆有远红外辐射涂层。
在以上技术方案的基础上，优选的，微波烧结的过程中，对模具所处位置施加1-3T的磁场。
本发明还提供一种采用过上述制备方法制备得到的高强度钨合金高压油泵柱塞耦件。
本发明的高强度钨合金高压油泵柱塞耦件及其制备方法相对于现有技术具有以下有益效果：
(1)本发明采用钨合金作为高压油泵柱塞耦件的原料，大幅度提升柱塞耦件的高温性能，同时在制备的过程中，采用还原碳化法制备得到钨合金的粘结相，采用球磨的方式可以让各种组分混合更加均匀；
(2)进一步的，采用微波烧结法进行烧结处理，可以有效降低金属晶粒的大小，烧结更加均匀，合金组织更加紧密，同时为了进一步避免微波烧结时晶粒尺寸的增大，还在粘结相中掺入了Fe3Al和Ni3Al，从而在粘结相中弥散分布出纳米级的Fe3Al和Ni3Al，避免晶粒尺寸的增大，同时还加强了合金的抗磨性能和额抗氧化性；
(3)进一步的，由于微波烧结法存在内部加热效果强于表面的情况，导致表面的硬度不足，因此本发明在微波烧结的同时还辅助了红外加热，使柱塞耦件的表现得到补偿加热，进一步的，为了提高补偿加热的效果，采用透明石英坩埚作为模具，在透明石英坩埚的内表面涂覆远红外辐射涂层，增强吸热效果。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
实施例1
分别称取氧化钨85kg、四氧化三钴0.5kg、硝酸铬0.01kg和炭黑10kg，投入至球磨机中进行球磨混合，球磨混合的球料比为20:1，球磨转速为300r/min，球磨时间为5h，球磨时加入一定的无水乙醇作为球磨介质，球磨完毕，得到WC-Co-Cr3C2复合粉体，再称取95kgWC-Co-Cr3C2复合粉体、0.1kgFe3Al粉末和0.1kgNi3Al粉末混合后投入球磨机中进行漆膜混合，球磨混合的球料比为27:1，球磨的转速为300r/min，球磨时间为10h，球磨时加入一定的无水乙醇作为球磨介质，球磨完毕，将混合粉料填充在模具内，通过微波烧结炉对模具内的粉料进行高温烧结，微波烧结炉的工作频率为0.85GHz，功率为1KW，升温至1300℃后微波烧结30min得到钨合金棒材，将钨合金棒材进行精车处理，得到柱塞耦件粗品，再将柱塞耦件粗品经过淬火和回火处理后得到柱塞耦件。
实施例2
分别称取氧化钨86kg、四氧化三钴0.8kg、硝酸铬0.05kg和炭黑12kg，投入至球磨机中进行球磨混合，球磨混合的球料比为21:1，球磨转速为400r/min，球磨时间为6h，球磨时加入一定的无水乙醇作为球磨介质，球磨完毕，得到WC-Co-Cr3C2复合粉体，再称取96kgWC-Co-Cr3C2复合粉体、0.3kgFe3Al粉末和0.3kgNi3Al粉末混合后投入球磨机中进行漆膜混合，球磨混合的球料比为28:1，球磨的转速为400r/min，球磨时间为13h，球磨时加入一定的无水乙醇作为球磨介质，球磨完毕，将混合粉料填充在模具内，通过微波烧结炉对模具内的粉料进行高温烧结，微波烧结炉的工作频率为1GHz，功率为2KW，升温至1320℃后微波烧结40min得到钨合金棒材，将钨合金棒材进行精车处理，得到柱塞耦件粗品，再将柱塞耦件粗品经过淬火和回火处理后得到柱塞耦件。
实施例3
分别称取氧化钨87kg、四氧化三钴1kg、硝酸铬0.1kg和炭黑14kg，投入至球磨机中进行球磨混合，球磨混合的球料比为22:1，球磨转速为500r/min，球磨时间为7h，球磨时加入一定的无水乙醇作为球磨介质，球磨完毕，得到WC-Co-Cr3C2复合粉体，再称取97kgWC-Co-Cr3C2复合粉体、0.5kgFe3Al粉末和0.5kgNi3Al粉末混合后投入球磨机中进行漆膜混合，球磨混合的球料比为29:1，球磨的转速为500r/min，球磨时间为15h，球磨时加入一定的无水乙醇作为球磨介质，球磨完毕，将混合粉料填充在模具内，通过微波烧结炉对模具内的粉料进行高温烧结，微波烧结炉的工作频率为1.5GHz，功率为3KW，升温至1330℃后微波烧结50min得到钨合金棒材，将钨合金棒材进行精车处理，得到柱塞耦件粗品，再将柱塞耦件粗品经过淬火和回火处理后得到柱塞耦件。
实施例4
分别称取氧化钨88kg、四氧化三钴1.2kg、硝酸铬0.3kg和炭黑18kg，投入至球磨机中进行球磨混合，球磨混合的球料比为24:1，球磨转速为400r/min，球磨时间为8h，球磨时加入一定的无水乙醇作为球磨介质，球磨完毕，得到WC-Co-Cr3C2复合粉体，再称取98kgWC-Co-Cr3C2复合粉体、0.8kgFe3Al粉末和0.8kgNi3Al粉末混合后投入球磨机中进行漆膜混合，球磨混合的球料比为30:1，球磨的转速为400r/min，球磨时间为18h，球磨时加入一定的无水乙醇作为球磨介质，球磨完毕，将混合粉料填充在透明石英坩埚内，通过微波烧结炉对透明石英坩埚内的粉料进行高温烧结，微波烧结炉的工作频率为2GHz，功率为4KW，升温至1340℃后微波烧结60min得到钨合金棒材，在透明石英坩埚的外侧设置红外线加热管，对透明石英坩埚的表面进行加热，将钨合金棒材进行精车处理，得到柱塞耦件粗品，再将柱塞耦件粗品经过淬火和回火处理后得到柱塞耦件。
实施例5
分别称取氧化钨90kg、四氧化三钴1.5kg、硝酸铬0.5kg和炭黑20kg，投入至球磨机中进行球磨混合，球磨混合的球料比为25:1，球磨转速为400r/min，球磨时间为6h，球磨时加入一定的无水乙醇作为球磨介质，球磨完毕，得到WC-Co-Cr3C2复合粉体，再称取97kgWC-Co-Cr3C2复合粉体、1kgFe3Al粉末和1kgNi3Al粉末混合后投入球磨机中进行漆膜混合，球磨混合的球料比为28:1，球磨的转速为400r/min，球磨时间为20h，球磨时加入一定的无水乙醇作为球磨介质，球磨完毕，将混合粉料填充在透明石英坩埚内，透明石英坩埚内表面涂覆有一层远红外辐射涂层，通过微波烧结炉对透明石英坩埚内的粉料进行高温烧结，微波烧结炉的工作频率为2.45GHz，功率为3KW，升温至1350℃后微波烧结1.5h得到钨合金棒材，在透明石英坩埚的外侧设置红外线加热管，对透明石英坩埚的表面进行加热，将钨合金棒材进行精车处理，得到柱塞耦件粗品，再将柱塞耦件粗品经过淬火和回火处理后得到柱塞耦件。
对比例
采用外购于德国MAN公司生产的GCr15轴承钢材质的柱塞耦件。
分别将上述实施例1-5制备得到的柱塞耦件以及对比例的柱塞耦件进行高温强度测试，分别测试600℃下柱塞耦件的抗拉强度、屈服强度和表面硬度，检测结果如下表所示：
以上数据结果表明，采用本发明的高强度钨合金制备得到的高压油泵柱塞耦件具有相对更好的高温强度性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高强度钨合金高压油泵柱塞耦件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、将氧化钨粉末、四氧化三钴粉末、硝酸铬粉末和粉黑粉末在球磨机中球磨混合，混合均匀后在真空烧结炉中进行烧结，得到WC-Co-Cr3C2复合粉体；
步骤二、混合步骤一所得WC-Co-Cr3C2复合粉体、Fe3Al粉末和Ni3Al粉末在球磨机中进行球磨混合，球磨混合后填充在模具内，通过微波烧结炉进行高温烧结；
步骤三、将步骤二烧结后得到的钨合金材料进行精车处理得到柱塞耦件粗品，再将柱塞耦件粗品进行热处理得到柱塞耦件成品。
2.如权利要求1所述的高强度钨合金高压油泵柱塞耦件的制备方法，其特征在于，步骤一中，按重量份数计算，所述氧化钨：四氧化三钴：硝酸铬：炭黑的用量比为(85-90)：(0.5-1.5)：(0.01-0.5)：(10-20)。
3.如权利要求1所述的高强度钨合金高压油泵柱塞耦件的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述球磨混合的球料比为(20-25)：1，球磨时间为5-8h。
4.如权利要求1所述的高强度钨合金高压油泵柱塞耦件的制备方法，其特征在于，步骤二中，按重量份数计算，所述WC-Co-Cr3C2复合粉体、Fe3Al粉末和Ni3Al粉末的用量比为(95-98)：(0.1-1)：(0.1-1)。
5.如权利要求1所述的高强度钨合金高压油泵柱塞耦件的制备方法，其特征在于，步骤二中，所述球磨混合的球料比为(27-30):1，球磨时间为10-20h。
6.如权利要求1所述的高强度钨合金高压油泵柱塞耦件的制备方法，其特征在于，微波烧结炉的微波波长为1mm-1m，工作频率为0.85-2.45GHz，功率为1-4KW，微波烧结温度为1300-1350℃，微波烧结的时间为0.5-1.5h。
7.如权利要求1所述的高强度钨合金高压油泵柱塞耦件的制备方法，其特征在于，微波烧结的过程中，使用红外线加热管对模具外侧进行加热，所述模具为透明石英坩埚。
8.如权利要求7所述的高强度钨合金高压油泵柱塞耦件的制备方法，其特征在于，所述透明石英坩埚的内表面涂覆有远红外辐射涂层。
9.如权利要求1所述的高强度钨合金高压油泵柱塞耦件的制备方法，其特征在于，微波烧结的过程中，对模具所处位置施加1-3T的磁场。
10.采用权利要求1-9中任一所述的高强度钨合金高压油泵柱塞耦件的制备方法制备得到的柱塞耦件。
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