CN114540741A - 一种熔涂-调质一体化处理的氮气弹簧活塞杆 - Google Patents
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Abstract
本发明一种熔涂‑调质一体化处理的氮气弹簧活塞杆，包括活塞杆基体、熔涂‑调质一体化处理外层特种强化层，经熔涂强化在活塞杆基体和外层特种涂层之间形成的冶金界面层，所述熔涂‑调质一体化处理外层熔涂层由金属复合底层和金属陶瓷复合工作层组成。熔涂层厚度为0.2～0.5mm，其中金属复合底层在0.05～0.2mm之间，金属陶瓷复合工作层的厚度满足涂层总厚度要求；界面层厚度在3um～20um之间。其工艺步骤包括活塞杆基体前加工、涂层预制备、真空重熔‑淬火、真空高温回火、活塞杆后精加工过程。本发明通过特种熔涂层的高硬耐磨抗蚀与活塞杆基体高强韧性相统一的结构设计，制备出了高性能的氮气弹簧活塞杆，显著延长了其使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及氮气弹簧表面涂层强化及热处理技术领域，具体为一种熔涂-调质一体化处理的氮气弹簧活塞杆。
背景技术
氮气弹簧是一种具有弹性功能的零部件，它将高压氮气密封在确定的容器中，外力通过柱塞杆将氮气压缩，当外力去除时依靠高压氮气膨胀来获得一定的弹压力，这种部件称为氮气缸或气体弹簧。这些弹性元件在工业领域中已经得到了广泛的应用，高效解决了各种弹性储能的需要。氮气弹簧可以应用于模具、汽车等多个领域，氮气弹簧柱塞作为其核心部件，许多研究者和生产企业通过多种表面处理工艺，以保证弹簧具有较长的使用寿命及稳定的效果。专利申请号201820908443.4和201620013306.5分别提供了“一种活塞杆渗氮处理的氮气弹簧”和“一种活塞杆面采用TD处理的氮气弹簧”，通过实施渗氮和TD 表面处理工艺，以提高其耐磨损及抗腐蚀性能。然而，实践证明，当前所采用的工艺所处理的氮气弹簧柱塞，表面渗氮层或镀层与基体金属间的界面结合强度较低，表面粗糙导致摩擦系数大、强化层厚度不足导致耐磨抗蚀及抗疲劳性能差，致使弹簧柱塞实际使用寿命短，不能满足终端客户的应用需求。
发明内容
本发明针对现有技术中的不足，提供一种熔涂-调质一体化处理的氮气弹簧活塞杆，通过基于氮气弹簧活塞杆适用条件的特种熔涂层的高硬度、耐磨损、抗腐蚀、抗疲劳性能与活塞杆基体高强韧性相统一的结构设计，制备出的氮气弹簧活塞杆界面冶金结合且界面厚度灵活可控，实现了高耐磨抗蚀抗疲劳、低摩擦系数，有效确保了氮气弹簧活塞杆的长寿命化，并使与之配合的缸体摩擦副得到有效保护，能够显著提升氮气弹簧的使用寿命。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种熔涂-调质一体化处理的氮气弹簧活塞杆，包括活塞杆基体、熔涂- 调质一体化处理外层特种强化层，经熔涂强化在活塞杆基体和外层特种涂层之间形成的冶金界面层，所述熔涂-调质一体化处理外层熔涂层由金属复合底层和金属陶瓷复合工作层组成，位于氮气弹簧活塞杆基体外圆和底平面。
进一步，所述氮气弹簧活塞杆基体为中碳合金钢，所述熔涂层厚度为 0.2～0.5mm，其中金属复合底层在0.05～0.2mm之间，金属陶瓷复合工作层的厚度满足涂层总厚度要求；所述界面层厚度在3um～20um之间，界面层是由金属复合底层及活塞杆基体经熔涂工艺形成的以冶金结合为主的过渡层。
进一步，所述金属复合底层由硬度为HRC40～55之间的镍基自熔性合金粉末制成，金属陶瓷复合工作层由镍基自熔性合金粉末、碳化物、氮化物组成的金属陶瓷复合粉末制成，其中碳化物质量含量为10～50％之间，由WC、 TiC等中的一种或多种组成，氮化物总体质量含量在0.5～10％之间，由过渡金属氮化物中的一种或多种组成，其余为镍基自熔性合金粉末。
进一步，所述的一种熔涂-调质一体化处理的氮气弹簧活塞杆的制作方法，主要包括以下步骤：
S1将所述的活塞杆基体前加工：按设计图纸进行活塞杆前加工，确保活塞杆外圆及底平面成品加工后涂层厚度在0.2～0.5mm之间。
】S2涂层预制备：将所述的活塞杆基体外圆和底平面待熔涂部位进行喷砂洁净粗糙化处理，除油除锈并粗糙化，达到sa3.2的要求；而后通过高能火焰喷涂的优化工艺，将指定的粉末对活塞杆基体外圆和底平面依次按规定厚度标准进行底层和工作层喷涂。
S3真空重熔-淬火处理：利用真空加热设备，将喷涂后的活塞杆加热至 990～1090℃，保温10～60分钟，使喷涂后的涂层重熔，使活塞杆基体和底层之间的界面发生冶金反应，形成强结合界面层，随炉冷却至810～850℃后，采用气冷或油冷进行淬火。采用油冷淬火时，油温控制在220～320℃，持续60～180 分钟后空冷至室温。
S4真空高温回火：将活塞杆置于真空回火炉中，回火温度为600～650℃，回火保温时间为60～180分钟。
S5活塞杆后精加工：将熔涂-调质一体化处理的活塞杆，通过机床进行后精加工处理，达到图纸规定的尺寸、精度、同心度、粗糙度等技术要求，至此完成氮气弹簧活塞杆加工的整个工序过程。
本发明的有益效果：本发明提供的一种熔涂-调质一体化处理的氮气弹簧活塞杆，根据基于氮气弹簧活塞的工况条件、配套氮气弹簧缸体间配套摩擦副的使用特性，将特种熔涂层的高硬耐磨抗蚀、抗疲劳特性与基体的高强高韧性相统一，进行活塞杆的结构设计，通过活塞杆的真空熔涂-调质处理一体化工艺，既可实现满足高速循环运动和高速冲击工况条件的活塞杆基体的足够的强度、韧性和刚度，又可使活塞杆摩擦部位的高耐磨性、高抗蚀性，以及基体与熔涂层部位界面的冶金结合，并与配套氮气弹簧缸体间配套摩擦副之间低的摩擦系数、高的抗疲劳摩擦，从而达到氮气弹簧活塞杆及整体氮气弹簧的长寿命化，满足氮气弹簧的应用需求。
附图说明
附图1为本发明创造的氮气弹簧活塞杆结构示意图；
附图2为本发明创造的氮气弹簧熔涂层结构局部放大示意图；
附图3为本发明创造的氮气弹簧活塞杆工艺流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
实施例1一种熔涂-调质一体化处理的氮气弹簧活塞杆，如附图1和附图2，包括活塞杆基体1、熔涂-调质一体化处理外层特种强化层2，经熔涂强化在活塞杆基体和外层特种涂层之间形成的冶金界面层3，所述熔涂-调质一体化处理外层熔涂层1由金属复合底层2-1和金属陶瓷复合工作层2-2组成，位于氮气弹簧活塞杆1外圆4和底平面5。
进一步，所述氮气弹簧活塞杆基体1为中碳合金钢，所述熔涂层厚度为0.2mm，其中金属复合底层2-1在0.05～0.1mm之间，金属陶瓷复合工作层 2-2的厚度满足涂层总厚度要求；所述界面层厚度在3um～20um之间，界面层 3是由金属复合底层2-1及活塞杆基体1经熔涂工艺形成的冶金过渡层。
进一步，所述金属复合底层2-1由硬度为HRC40～55之间的镍基自熔性合金粉末制成，金属陶瓷复合工作层2-2由镍基自熔性合金粉末、碳化物、氮化物组成的金属陶瓷复合粉末制成，其中碳化物质量含量为10～50％之间，由 WC、TiC等中的一种或多种组成，氮化物总体质量含量在0.5～10％之间，由过渡金属氮化物中的一种或多种组成，其余为镍基自熔性合金粉末。
进一步，所述的一种熔涂-调质一体化处理的氮气弹簧活塞杆的制作方法，如附图3所示，主要包括以下步骤：
S1将所述的活塞杆基体1前加工：按设计图纸，进行活塞杆基体1前加工，确保活塞杆基体1外圆4及底平面5加工后确保活塞杆成品的熔涂层厚度等于0.2mm。
S2涂层预制备：将所述的活塞杆基体1的外圆4和底平面5待熔涂部位进行喷砂洁净粗糙化处理，除油除锈并粗糙化，达到sa3.2的要求；而后通过高能火焰喷涂的优化工艺，将指定的粉末对活塞杆基体1外圆4和底平面5依次按规定厚度标准喷涂底层2-1和工作层2-2。
S3真空重熔-淬火处理：利用真空加热设备，将喷涂后的活塞杆加热至 990℃，保温10分钟，使喷涂后的涂层形成重熔熔涂层2，并使活塞杆基体1和底层2-1之间的界面发生冶金反应，形成强结合界面层3，随炉冷却至810℃后采用氮气冷却进行淬火。
S4真空高温回火：将活塞杆置于真空回火炉中，回火温度为600℃，回火保温时间为60分钟。
S5活塞杆后精加工：将熔涂-调质一体化处理的活塞杆，通过机床进行后精加工处理，达到图纸规定的尺寸、精度、同心度、粗糙度等技术要求，至此完成氮气弹簧活塞杆加工的整个工序过程。
实施例2一种熔涂-调质一体化处理的氮气弹簧活塞杆，如附图1和附图2，包括活塞杆基体1、熔涂-调质一体化处理外层特种强化层2，经熔涂强化在活塞杆基体和外层特种涂层之间形成的冶金界面层3，所述熔涂-调质一体化处理外层熔涂层1由金属复合底层2-1和金属陶瓷复合工作层2-2组成，位于氮气弹簧活塞杆1外圆4和底平面5。
进一步，所述氮气弹簧活塞杆基体1为中碳合金钢，所述熔涂层厚度为0.5mm，其中金属复合底层2-1在0.05～0.2mm之间，金属陶瓷复合工作层 2-2的厚度满足涂层总厚度要求；所述界面层厚度在3um～20um之间，界面层 3是由金属复合底层2-1及活塞杆基体1经熔涂工艺形成的冶金过渡层。
进一步，所述金属复合底层2-1由硬度为HRC40～55之间的镍基自熔性合金粉末制成，金属陶瓷复合工作层2-2由镍基自熔性合金粉末、碳化物、氮化物组成的金属陶瓷复合粉末制成，其中碳化物质量含量为10～50％之间，由 WC、TiC等中的一种或多种组成，氮化物总体质量含量在0.5～10％之间，由过渡金属氮化物中的一种或多种组成，其余为镍基自熔性合金粉末。
进一步，所述的一种熔涂-调质一体化处理的氮气弹簧活塞杆的制作方法，如附图3所示，主要包括以下步骤：
S1将所述的活塞杆基体1前加工：按设计图纸，进行活塞杆基体1前加工，确保活塞杆基体1外圆4及底平面5加工后确保活塞杆成品的熔涂层厚度等于0.5mm。
S2涂层预制备：将所述的活塞杆基体1的外圆4和底平面5待熔涂部位进行喷砂洁净粗糙化处理，除油除锈并粗糙化，达到sa3.2的要求；而后通过超音速火焰喷涂的优化工艺，将指定的粉末对活塞杆基体1外圆4和底平面5 依次按规定厚度标准进行喷涂底层2-1和工作层2-2。
S3真空重熔-淬火处理：利用真空加热设备，将喷涂后的活塞杆加热至 1090℃，保温60分钟，使喷涂后的涂层形成重熔熔涂层2，并使活塞杆基体1 和底层2-1之间的界面发生冶金反应，形成强结合界面层3，随炉冷却至850℃后采用油冷却进行淬火。将活塞杆置于油温为280℃的淬火油中，并持续保温 180分钟，而后空冷至室温。
S4真空高温回火：将活塞杆置于真空回火炉中，回火温度为650℃，回火保温时间为180分钟。
S5活塞杆后精加工：将熔涂-调质一体化处理的活塞杆，通过机床进行后精加工处理，达到图纸规定的尺寸、精度、同心度、粗糙度等技术要求，至此完成氮气弹簧活塞杆加工的整个工序过程。
以上公开的仅为本发明的两个具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种熔涂-调质一体化处理的氮气弹簧活塞杆，其特征在于：包括活塞杆基体、熔涂-调质一体化处理外层特种强化层，经熔涂强化在活塞杆基体和外层特种涂层之间形成的冶金界面层，所述熔涂-调质一体化处理外层熔涂层由金属复合底层和金属陶瓷复合工作层组成，位于氮气弹簧活塞杆基体外圆和底平面。
2.根据权利要求1所述的一种熔涂-调质一体化处理的氮气弹簧活塞杆，其特征在于：所述氮气弹簧活塞杆基体为中碳合金钢，所述熔涂层厚度为0.2～0.5mm，其中金属复合底层在0.05～0.2mm之间，金属陶瓷复合工作层的厚度满足涂层总厚度要求；所述界面层厚度在3um～20um之间，界面层是由金属复合底层及活塞杆基体经熔涂工艺形成的以冶金结合为主的过渡层。
3.根据权利要求1所述的一种熔涂-调质一体化处理的氮气弹簧活塞杆，其特征在于：所述金属复合底层由硬度为HRC40～55之间的镍基自熔性合金粉末制成，金属陶瓷复合工作层由镍基自熔性合金粉末、碳化物、氮化物组成的金属陶瓷复合粉末制成，其中碳化物质量含量为10～50％之间，由WC、TiC等中的一种或多种组成，氮化物总体质量含量在0.5～10％之间，由过渡金属氮化物中的一种或多种组成，其余为镍基自熔性合金粉末。
4.根据权利要求1所述的一种熔涂-调质一体化处理的氮气弹簧活塞杆，其特征在于：所述的一种熔涂-调质一体化处理的氮气弹簧活塞杆的制作方法，主要包括以下步骤：
1)将所述的活塞杆基体前加工：按设计图纸进行活塞杆前加工，确保活塞杆外圆及底平面成品加工后涂层厚度在0.2～0.5mm之间。
2)涂层预制备：将所述的活塞杆基体外圆和底平面待熔涂部位进行喷砂洁净粗糙化处理，除油除锈并粗糙化，达到sa3.2的要求；而后通过高能火焰喷涂的优化工艺，将指定粉末对活塞杆基体外圆和底平面依次按规定厚度标准进行底层和工作层喷涂。
3)真空重熔-淬火处理：利用真空加热设备，将喷涂后的活塞杆加热至990～1090℃，保温10～60分钟，使喷涂后的涂层重熔，使活塞杆基体和底层之间的界面发生冶金反应，形成强结合界面层，随炉冷却至810～850℃后，采用氮气冷却或油冷进行淬火。其中采用油冷淬火时，油温控制在220～320℃，持续60～180分钟后空冷至室温。
4)真空高温回火：将活塞杆置于真空回火炉中，回火温度为600～650℃，回火保温时间为60～180分钟。
5)活塞杆后精加工：将熔涂-调质一体化处理的活塞杆，通过机床进行后精加工处理，达到图纸规定的尺寸、精度、同心度、粗糙度等技术要求，至此完成氮气弹簧活塞杆加工的整个工序过程。
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|---|---|---|---|---|
| CN116603708A (zh) * | 2023-04-25 | 2023-08-18 | 东华隆（广州）表面改质技术有限公司 | 一种深海钻井设备用的连接插销的涂层生产方法 |
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2021
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