CN115677350B - 一种新能源汽车电子水泵用碳轴套的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新能源汽车电子水泵用碳轴套的制备方法，包括将经过混捏处理的沥青焦、天然石墨、硅粉和粘接剂的混合料粉进行轧辊处理，冷却后进行磨粉处理，制成压粉；然后将压粉依次进行压制成型处理、焙烧处理、石墨化处理、浸渍处理、固化处理、机加工处理，制成成品碳轴套，本发明方法制备的碳轴套密度高，致密性好，产品强度高，硬度大，且产品是各向同性，产品各个方向的性能均匀，解决了碳轴套和与之配套使用的轴的偏磨问题；碳轴套的使用寿命长。
Description
技术领域
本发明涉及一种轴套的制备方法，特别涉及一种碳轴套的制备方法，属于机械领域，本发明方法制备的碳轴套广泛应用于汽车电子水泵、机械密封、工业水泵。
背景技术
目前中国汽车产业面临着产业升级，而节能减排、轻量化、电气化成为了主流趋势，新能源汽车正在逐步替代传统燃油车。电子水泵是新能源汽车的关键零部件，受益于中国新能源汽车的快速发展，汽车电子水泵的需求也在快速上升。
碳轴套是套在转轴上的筒状机械零件，是电子水泵的重要部件，其主要作用是固定位置、减少轴的磨损，且碳轴套是一个薄壁件，因此，要求碳轴套有较高的机械强度和较好的润滑性。
轴套为整体式轴瓦，整个套在轴上的圆柱型管件，现有碳轴套的成型方法基本是采用模压成型，现有的碳轴套产品的密度低、产品致密度低，并且模压成型的碳轴套存在各向异性，各个方向的性能差异较大，使用过程存在偏磨问题(个别方向磨损较大)，且耐磨性差，无法满足新能源汽车电子水泵要求的寿命。
本发明采用等静压成型，制备的碳轴套产品密度比模压高，产品致密度好，耐磨性更好；提高了产品强度(抗折强度和硬度)，且产品是各向同性(即每个方向的性能基本一样)；等静压成型的产品各个方向的性能更均匀，尤其是硬度，可以解决偏磨和长寿命问题。
本发明的碳轴套中加入适量的硅粉，在高温焙烧和石墨化时，硅和碳反应生成碳化硅，生成的碳化硅作为耐磨剂增加产品的耐磨性，且在形成的碳化硅周围有少量未反应的石墨粉和硅粉，这些未反应的石墨和硅可以做为润滑剂，提升产品寿命的同时降低产品对水泵轴的磨损。
发明内容
本发明的目的是针对现有汽车电子水泵用碳轴套存在的技术问题，提供一种新能源汽车电子水泵用碳轴套的制备方法，本发明方法制备的碳轴套的机械强度高，耐磨性能好；增加其自润滑性，减少碳轴套和旋转轴的磨损；而且产品是各向同性，产品各个方向的性能均匀，尤其是硬度，解决了碳轴套和与之配套使用的轴的偏磨问题。
为实现本发明的目的，本发明一方面提供一种新能源汽车电子水泵用碳轴套的制备方法，包括：将经过混捏处理的沥青焦、天然石墨、硅粉和粘接剂的混合料粉进行轧辊处理，冷却后进行磨粉处理，制成压粉；然后将压粉依次进行压制成型处理、焙烧处理、石墨化处理、浸渍处理、固化处理、机加工处理，制成成品碳轴套。
其中，所述沥青焦、天然石墨、硅粉和粘接剂的重量份配比为：
特别是，所述沥青焦、天然石墨、硅粉和粘接剂的重量份配比优选为：
尤其是，所述原料中硅粉的重量份配比优选为4-6。
特别是，所述粘接剂选择沥青，优选为中温沥青。
尤其是，所述沥青焦：灰分≤1％；挥发分≤2％；水分≤2％；粒度D50 10--15μm；所述天然石墨：碳含量≥95％；粒度D50 40--50μm；所述硅粉：硅含量≥95％；粒度D50 40--50μm；所述中温沥青：挥发分60--70％；软化点75-90℃。
其中，浸渍处理为对石墨化后的产品浸渍于树脂中，浸渍的树脂选择呋喃树脂、环氧树脂或酚醛树脂中的一种或多种，优选为呋喃树脂。
特别是，所述压粉的颗粒：D50 15-25μm，优选为15-20μm。
本发明另一方面，提供一种新能源汽车电子水泵用碳轴套的制备方法，包括如下步骤：
1)将沥青焦、天然石墨、硅粉放入混捏锅内进行第一混捏处理，制得第一混捏料；
2)将粘接剂加热熔化后加入到混捏锅内与第一混捏料混合，进行第二混捏处理，制得第二混捏料；
3)对第二混捏料进行轧辊处理，制成片状混合轧片，混合轧片冷却后进行磨粉处理，制成压粉；
4)将压粉依次进行压制成型处理、焙烧处理、石墨化处理、浸渍处理、固化处理、机加工处理，制成成品碳轴套。
其中，步骤1)中所述沥青焦、天然石墨、硅粉的重量份配比为：沥青焦80-95、天然石墨1-5、硅粉2-15，优选为沥青焦85-95、天然石墨4-5、硅粉3-10。
特别是，第一混捏处理的温度为室温，通常为10-35℃；混捏处理时间为20-30min。
室温状态的第一混捏处理的主要作用是先让原材料混捏均匀再加沥青。
其中，步骤2)中所述粘接剂选择沥青，优选为中温沥青。
特别是，步骤2)中所述中温沥青的重量份配比为：中温沥青35-45，优选为38-42，进一步优选为40。
特别是，步骤2)中原料的重量份配比为：沥青焦80-95、天然石墨1-5、硅粉2-15、沥青35-45，优选为沥青焦85-95、天然石墨4-5、硅粉3-10、沥青38-42。
尤其是，第二混捏处理的温度为160-180℃；混捏处理时间为90-120min。
特别是，步骤2)中所述第二混捏处理包括如下步骤：
2A)加热第一混捏料，直至第一混捏料的温度达到100-120℃时，加入熔化成液态的中温沥青；
2B)继续加热，混捏锅内的物料温度达到160-180℃，并在保持温度为160-180℃的条件下，继续混捏90-120min，制得第二混捏料。
其中，步骤3)中所述轧辊处理过程中控制轧辊温度为140-150℃；制得的混合轧片的厚度为1-3mm。
特别是，混合轧片冷却至室温后再进行所述的磨粉处理。
尤其是，所述的压粉颗粒：D50 15-25μm，优选为15-20μm。
其中，步骤4)中所述的压制处理为等静压压制成型处理。
特别是，步骤4)中所述压制成型处理过程中控制相对压力为110-130MPa。
尤其是，将压粉装入规定尺寸的塑料套里，将装有压粉的塑料套放入等静压机，用等静压机对塑料套施加压力。
特别是，等静压处理过程中的相对压力为110--130MPa；压制成型的碳轴套生坯的密度为1.50-1.60g/cm3，优选为1.55-1.57g/cm3。
其中，步骤4)中所述焙烧处理包括如下步骤：
4A)将压制成型的碳轴套初坯置于焙烧炉内，加热升温至200±5℃，进行第一阶段的升温处理；其中第一阶段升温处理的升温速率为10-20℃/h；
4B)当温度达到200±5℃后，按照5-15℃/h的升温速率进行第二阶段升温处理，直至温度升高至500±5℃；
4C)当温度升高至500±5℃后，在温度保持为500±5℃的条件下，进行第一保温处理；
4D)在第一保温处理3-5h(优选为4h)后，按照2-7℃/h的升温速率进行第三阶段升温处理，直至温度升高至1100±5℃；
4E)当温度升高至1100±5℃后，在温度保持为1100±5℃的条件下，进行第二保温处理；
4F)在第二保温处理15-25h后，自然冷却，获得碳轴套焙烧毛坯。
特别是，步骤4A)中第一阶段升温处理的升温速率为15℃/h；步骤4B)中第二阶段升温处理的升温速率为10℃/h；步骤4D)中第一保温处理时间优选为4h；第三阶段升温处理的升温速率优选为5℃/h；步骤4F)中第二保温处理时间优选为20h。
其中，步骤4)中所述石墨化处理包括如下步骤：将焙烧处理后的碳轴套焙烧毛坯放入石墨化炉(例如艾奇逊石墨化炉)，在温度为2800--3000℃的条件下，进行石墨化处理80-100h，制成碳轴套石墨化坯。
特别是，在石墨化处理过程中，以石英砂作为填料，填料将碳轴套焙烧坯覆盖，通电，加热，在温度为2800--3000℃的条件下，进行石墨化处理80-100h。
其中，步骤4)中所述浸渍处理包括如下步骤：
4-1)将石墨化处理后的碳轴套石墨化坯放入浸渍罐内，用真空泵对浸渍罐进行抽真空，直至浸渍罐内相对压力降低并保持为-0.08MPa以下，在保持相对压力低于-0.08MPa的条件下，抽真空处理1-3h；
4-2)在抽真空处理后，向浸渍罐内加入浸渍树脂，并淹没碳轴套石墨化坯；
4-3)向浸渍罐内通入压缩空气，使得浸渍罐内相对压力升高并保持为0.5-1.5MPa，进行加压处理2.5-3.5h，制得碳轴套浸渍坯。
特别是，步骤4-1)中浸渍罐内的相对压力优选为-0.08～-0.1MPa，抽真空处理时间优选为2h；步骤4-2)中所述浸渍树脂为呋喃树脂、环氧树脂或酚醛树脂中的一种或多种，优选为呋喃树脂。
尤其是，步骤4-1)中，还包括将石墨化处理后的碳轴套石墨化坯根据成品规格切割成需要规格的条状或圆柱状后，再放入浸渍罐内，进行所述的抽真空处理；步骤4-2)中所述浸渍树脂的树脂固含量为35-45％，优选为38-42％。
特别是，所述呋喃树脂的树脂含量为35-45％，优选为38-42％。
尤其是，步骤4-3)中所述加压处理时间优选为2.5-3h；相对压力优选为1MPa。
其中，步骤4)中所述固化处理.过程中固化温度为160-200℃；固化时间为8-10h。
特别是，将浸渍处理后的碳轴套浸渍品置于空气中进行晾干至少24h，通常为24-48h后，再进行所述的固化处理。
尤其是，所述固化处理是将碳轴套浸渍品置于烘箱中，加热。
本发明再一方面提供一种按照上述方法制备而成的新能源汽车电子水泵用碳轴套。
新能源汽车电子水泵用碳轴套，包括原料：沥青焦、天然石墨、硅粉、粘接剂。
其中，所述原料的重量份配比为：
特别是，所述原料的重量份配比优选为
尤其是，所述原料中硅粉的重量份配比优选为4-6；所述粘接剂选择沥青，优选为中温沥青。
特别是，所述沥青焦：灰分≤1％；挥发分≤2％；水分≤2％；粒度D50 10--15μm；所述天然石墨：碳含量≥95％；粒度D50 40--50μm；所述硅粉：硅含量≥95％；粒度D50 40--50μm；所述中温沥青：挥发分60--70％；软化点75-90℃。
尤其是，还包括原料：浸渍树脂，其中所述浸渍树脂选择呋喃树脂、环氧树脂或酚醛树脂中的一种或多种，优选为呋喃树脂。
将沥青焦、天然石墨和硅粉放入混捏锅常温混捏20--30分钟后，混捏锅开始加热混捏，锅内物料温度在100--120℃时，将熔化后的液态中温沥青加入混捏锅，混捏锅加热混捏90--120分钟(锅内物料温度控制在160--180℃)后，将料粉从混捏锅内卸出，经轧辊和冷却后，用气流磨粉机将料粉磨细(磨后的压粉颗粒：D50 15-20μm)制成压粉，压粉经等静压成型、焙烧、浸渍呋喃树脂、固化和机加工制得成品。
加入适量的硅粉，在高温焙烧和石墨化处理过程中，部分硅和碳反应生成碳化硅，生成的碳化硅作为耐磨剂增加产品的耐磨性，且在形成的碳化硅周围有少量未反应的石墨粉和硅粉，这些未反应的石墨和硅可以做为润滑剂，提升产品寿命的同时降低产品对水泵轴的磨损。本专利加入适量的硅粉，既提高了产品强度，增加产品硬度，又提高了产品的耐磨性。硅粉加入量推荐为3％--10％，加入量太少，生成的碳化硅量少，耐磨性差；加入量太多，产品硬度太高，容易将轴磨损。加入适量的天然石墨，天然石墨具有自润滑作用，可以降低碳轴套对轴的磨损。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明方法制备的碳轴套的硬度高，硅粉与碳在高温焙烧处理过程中，生成碳化硅，增加了产品的硬度和耐磨性能，肖氏硬度达到82以上，既保证了碳轴套的硬度高，又确保碳轴套不因硬度太高而导致磨损。
本发明方法制备的碳轴套的耐磨性能高，延长了碳轴套和与碳轴套配合使用的轴的使用寿命，使用本发明碳轴套时，碳轴套和轴的磨损量均显著减少，碳轴套的平均磨损量低于0.104mm/1000hr，轴磨损量低于0.042mm。
本发明方法在制备碳轴套过程中添加天然石墨，不仅提高碳轴套的耐磨性能，而且还可以减少与碳轴套配套使用的轴的磨损。
本发明方法制备的碳轴套不仅适用于汽车电子水泵，也适用于洗碗机、咖啡机、净水器的水泵等，只是根据不同的使用工况，调整成型密度(气孔率)或浸渍树脂的量(浸渍后的气孔率)以及浸渍的树脂型号等。
本发明方法，采用等静压成型处理，制备的碳轴套的成型密度高于模压成型的密度，既保证了产品的各向同性，又提高了产品强度，从而提高了产品的耐磨性。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
实施例1
1、按照如下重量备料(kg)
2、将沥青焦、天然石墨和硅粉放入混捏锅，于常温(20-25℃)下进行第一混捏处理，制得第一混捏料，其中第一混捏时间为25min(通常为20-30min)；
3、第一混捏处理25min后，关闭混捏锅盖，开启混捏锅底部的导热油加热装置，直至第一混捏料的温度达到110℃(通常为100-120℃)时，加入熔化的液态中温沥青，继续加热，直至混捏锅内物料温度达到并保持为170℃(通常为160--180℃)的条件下，继续混捏110min(通常为90-120min)，制得第二混捏料；
4、将第二混捏料从混捏锅卸出，送入轧辊机，进行轧辊处理，其中轧辊处理，制成片状的混合轧片，其中轧辊处理过程中辊轮温度为145℃(通常为140-150℃)；混合轧片的厚度为2mm(通常为1-3mm)；
5、混合轧片冷却后，送入气流磨粉机中进行磨粉处理，得到压粉，其中压粉颗粒的粒径控制在D50为15-20μm；
第一混捏时间以25min为例进行说明，其他时间如20-30min也适用于本发明；加入融化沥青时物料的温度以110℃为例，其他温度如100-120℃时加入融化沥青也适用于本发明；第二混捏温度以170℃为例，其他温度如160--180℃也适用于本发明；第二混捏时间以110min为例，其他时间如90-120min也适用于本发明；轧辊处理温度以145℃为例，其他温度如140-150℃也适用于本发明；混合轧片的厚度以2mm为例，其他厚度如1-3mm也适用于本发明；磨粉处理制得的压粉的粒径以D50为15-20μm为例，其他粒径如D50为15-25μm均适用于本发明。
6、将压粉送入等静压机中，进行等静压压制成型处理，得到碳轴套生坯，其中压制成型处理的相对压力为120MPa(通常为110-130MPa)；制得的碳轴套生坯的密度为1.56g/cm3(通常为1.50-1.60g/cm3，优选为1.55-1.57g/cm3)。
等静压压制成型处理过程中，相对压力以120MPa为例，其他相对压力如110-130MPa也适用于本发明；制备的碳轴套生坯的密度以1.56g/cm3为例，其他密度如1.50-1.60g/cm3，优选为1.55-1.57g/cm3均适用于本发明。
7、将压制成型的碳轴套生坯置于焙烧炉中，加热升温，以15℃/h(通常为10-20℃/h)的升温速率进行第一阶段的升温处理，直至温度升高至200±5℃；在温度温度达到200±5℃后，以10℃/h(通常为5-15℃/h)的升温速率升温进行第二阶段升温处理，直至温度升高至500±5℃；在温度保持为500±5℃的条件下，进行第一保温处理；在第一保温处理4h(通常为3-5h)后，以5℃/h(通常为2-7℃/h)的升温速率进行第三阶段升温处理，直至温度升高至1100±5℃；在温度保持为1100±5℃的条件下，进行第二保温处理；第二保温处理20h(通常为15-25h)后，自然冷却至室温，制得碳轴套焙烧毛坯。
焙烧处理过程中，第一阶段升温处理的升温速率以15℃/h为例，其他升温速率如10-20℃/h均适用于本发明；第二阶段升温处理的升温速率以10℃/h为例，其他升温速率如5-15℃/h均适用于本发明；第一保温处理时间以4h为例，其他保温时间如3-5h均适用于本发明；第三阶段升温处理的升温速率以5℃/h为例，其他升温速率如2-7℃/h均适用于本发明；第二保温处理时间以20h为例，其他时间如15-25h均适用于本发明。
焙烧处理过程中，200℃以下，主要是沥青里小分子有机物碳化；200℃以上主要是大分子有机物碳化；在升温处理过程中由于制品的表面、内部存在温度差，升温速率太快，如果受热不匀，导致制品收缩不一致，容易造成产品内部裂缝，开裂。
焙烧升温过程中，采用不同温度进行保温处理，以确保产品内部温度和表面温度相一致，避免产品开裂，导致残次品率升高。
8、将焙烧处理后的碳轴套焙烧毛坯放入艾奇逊石墨化炉内，以石英砂作为填料，并将焙烧毛坯用石英砂填料覆盖，开启电源，通电、加热，在温度为2900℃(通常为2800-3000℃)的条件下，进行石墨化处理90h(通常为80-100h)，制得碳轴套石墨化坯；
本发明实施例中，石墨化处理温度以2900℃为例进行说明，其他2800-3000℃也适用于本发明；石墨化处理时间以90h为例，其他时间80-100h也适用于本发明。
9、将碳轴套石墨化坯根据成品规格切割成要求尺寸的条状或圆柱状后置于浸渍罐内，开启抽真空泵抽真空，直至罐内的相对压力降低至-0.1MPa(即真空泵表压为-0.1MPa，通常为-0.08～-0.1MPa)，在保持浸渍罐内相对压力为-0.1MPa的条件下，抽真空处理2h(通常为1-3h)后，向浸渍罐内注入呋喃树脂溶液，其中呋喃树脂的固含量为40％(通常为35-45％，以下为38-42％)，待呋喃树脂溶液浸没碳轴套石墨化毛坯后，向浸渍罐内注入压缩空气，进行加压处理，直至罐内相对压力达到并保持为1MPa(通常为0.5-1.5MPa)，在保持压力为1MPa(通常为0.5-1.5MPa)的条件下，加压浸渍处理2.5h(通常为2.5-3.5h)，制得碳轴套浸渍品；
浸渍处理过程中，抽真空至浸渍罐内相对压力(即表压)降低至-0.1MPa为例，其他相对压力如-0.08～-0.1MPa均适用于本发明；抽真空处理时间以2h为例，其他抽真空1-3h均适用于本发明；浸渍使用的液态树脂以呋喃树脂为例，其他液体酚醛树脂、环氧树脂均适用于本发明；呋喃树脂的固含量以40％为例，其他固含量如35-45％，优选为38-42％均适用于本发明；加压处理阶段，浸渍罐内相对压力以1MPa为例，其他相对压力如0.5-1.5MPa均适用于本发明；加压浸渍处理时间以2.5h为例，其他浸渍时间如2.5-3.5h均适用于本发明。
本发明中浸渍树脂用于提高碳轴套的机械强度对和耐磨性，树脂浸渍进入碳轴套焙烧毛坯，通过调整浸渍树脂的固含量、浸渍压力和浸渍时间控制碳轴套的气孔率，从而提高产品的强度。
10、将碳轴套浸渍品取出并于空气中晾干24h(通常为至少24h，优选为24-48h)，然后放入烘箱内，加热，进行固化处理，其中固化温度180±5℃(通常为160-200℃)；固化时间为9h(通常为8-10h)，制得碳轴套固化品；
本发明将碳轴套浸渍品于空气中晾干的作用是：避免在后续固化处理过程中，由于树脂碳化将产品粘连在一起；以及达到晾干后，表面的树脂部分固化，避免在固化过程，浸渍在产品里的树脂受热溢出，造成浸渍量不够，气孔率大。
固化处理过程中，碳轴套浸渍品在空气中晾干时间以24h为例，其他时间如24-48h也适用于本发明；固化温度以180±5℃为例，其他固化温度如160-200℃均适用于本发明；固化时间以9h为例，其他固化时间如8-10h也适用于本发明。
11、对固化后的碳轴套进行机加工，制成碳轴套产品。
按照JBT8133.1《电炭制品物理化学性能试验方法第1部分：试样加工技术规定》对固化后的取样进行试样加工；加工后的试样按JBT8133.4测试肖氏硬度、按JBT8133.7测试抗折强度、按JBT8133.14测试体积密度和按JBT8133.15测试开口气孔率，测试结果如表1所示，结果为平均值。
实施例2
1、按照如下重量备料(kg)
步骤2-10)与实施例1相同，制备的碳轴套生坯的密度为1.57g/cm3(通常为1.50-1.60g/cm3，优选为1.55-1.57g/cm3)。
按照JBT8133.1《电炭制品物理化学性能试验方法第1部分：试样加工技术规定》对固化后的取样进行试样加工；加工后的试样按JBT8133.4测试肖氏硬度、按JBT8133.7测试抗折强度、按JBT8133.14测试体积密度和按JBT8133.15测试开口气孔率，测试结果如表1所示，结果为平均值。
实施例2A
1、按照如下重量备料(kg)
除了步骤6)中等静压成型处理的相对压力为130MPa，制备的碳轴套生坯密度为1.60g/cm3；步骤7)中第一阶段升温处理的升温速率为10℃/h；第二升温阶段的升温速率为5℃/h；第一保温处理时间为3h；第三升温阶段的升温速率为7℃/h；第二保温处理时间为25h；步骤9)中保持浸渍罐内相对压力为-0.099MPa时抽真空2h；呋喃树脂固含量为42％；在保持相对压力为1.5MPa的条件下加压浸渍3.5h之外，其余与实施例1相同。
按照JBT8133.1《电炭制品物理化学性能试验方法第1部分：试样加工技术规定》对固化后的取样进行试样加工；加工后的试样按JBT8133.4测试肖氏硬度、按JBT8133.7测试抗折强度、按JBT8133.14测试体积密度和按JBT8133.15测试开口气孔率，测试结果如表1所示，结果为平均值。
实施例3
1、按照如下重量备料(kg)
步骤2-10)与实施例1相同，制备的碳轴套生坯的密度为1.55g/cm3(通常为1.50-1.60g/cm3，优选为1.55-1.57g/cm3)。
按照JBT8133.1《电炭制品物理化学性能试验方法第1部分：试样加工技术规定》对固化后的取样进行试样加工；加工后的试样按JBT8133.4测试肖氏硬度、按JBT8133.7测试抗折强度、按JBT8133.14测试体积密度和按JBT8133.15测试开口气孔率，测试结果如表1所示，结果为平均值。
实施例3A
1、按照如下重量备料(kg)
除了步骤6)中等静压成型处理的相对压力为110MPa，制备的碳轴套生坯密度为1.53g/cm3；步骤7)中第一阶段升温处理的升温速率为20℃/h；第二升温阶段的升温速率为15℃/h；第一保温处理时间为5h；第三升温阶段的升温速率为2℃/h；第二保温处理时间为15h；步骤9)中保持浸渍罐内相对压力为-0.099MPa时抽真空3h；呋喃树脂固含量为38％；在保持相对压力为1.5MPa的条件下加压浸渍3.5h之外，其余与实施例1相同。
按照JBT8133.1《电炭制品物理化学性能试验方法第1部分：试样加工技术规定》对固化后的取样进行试样加工；加工后的试样按JBT8133.4测试肖氏硬度、按JBT8133.7测试抗折强度、按JBT8133.14测试体积密度和按JBT8133.15测试开口气孔率，测试结果如表1所示，结果为平均值。
实施例4
1、按照如下重量备料(kg)
沥青焦 95
天然石墨 5
中温沥青 40
除了步骤2中不加入硅粉，制备的碳轴套生坯的密度为1.55g/cm3之外，其余与实施例1相同。
按照JBT8133.1《电炭制品物理化学性能试验方法第1部分：试样加工技术规定》对固化后的取样进行试样加工；加工后的试样按JBT8133.4测试肖氏硬度、按JBT8133.7测试抗折强度、按JBT8133.14测试体积密度和按JBT8133.15测试开口气孔率，测试结果如表1所示，结果为平均值。
实施例5
1、按照如下重量备料(kg)
沥青焦 95
硅粉 5
中温沥青 40
除了步骤2中不加入天然石墨，制备的碳轴套生坯的密度为1.57g/cm3之外，其余与实施例1相同。
按照JBT8133.1《电炭制品物理化学性能试验方法第1部分：试样加工技术规定》对固化后的取样进行试样加工；加工后的试样按JBT8133.4测试肖氏硬度、按JBT8133.7测试抗折强度、按JBT8133.14测试体积密度和按JBT8133.15测试开口气孔率，测试结果如表1所示，结果为平均值。
表1碳轴套产品的物理性能测定结果
从表1的测定结果可知：本发明的碳轴套中随着硅粉加入量增加，碳轴套样品的肖氏硬度和抗折强度也增加；
本发明的碳轴套的硬度高，肖氏硬度达到82以上，达到82-98；抗折强度高，达到到65MPa以上，达到65-86MPa；
试验例碳轴套使用寿命测试
将实施例1-5制备的碳轴套装配在新能源汽车的电子水泵里，使用“电动水泵耐久试验台”对碳轴套进行寿命测试，其中，测试条件如下
介质：乙二醇/水的混合液(体积比为60:40)；
介质温度：恒温90℃；
环境温度：恒温80℃；
水泵开启时间：工作59.5min，休息0.5min；
水泵参数：扬程11米；流量＞1200L/h；电子水泵的功率为120W。
测试结果如表2：
表2电子水泵中碳轴套的使用测试结果
表2的测试结果表明：
1、本发明的碳轴套中加入适量的天然石墨，有利于降低水泵轴的磨损量；
2、本发明的碳轴套中加入适量的硅粉，有利于提高产品的耐磨性，但硅粉加入量太多，水泵轴的磨损量增加。
本发明所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离技术方案的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。
Claims (6)
1.一种新能源汽车电子水泵用碳轴套的制备方法，其特征是，包括如下步骤：
1)将沥青焦、天然石墨、硅粉放入混捏锅内进行第一混捏处理，制得第一混捏料，其中：沥青焦、天然石墨、硅粉的重量份配比为：沥青焦80-95、天然石墨1-5、硅粉2-15；
2)将粘接剂加热熔化后加入到混捏锅内与第一混捏料混合，进行第二混捏处理，制得第二混捏料，其中，粘接剂选择沥青，其重量份配比为35-45；
3)对第二混捏料进行轧辊处理，制成片状混合轧片，混合轧片冷却后进行磨粉处理，制成压粉；
4)将压粉依次进行压制成型处理、焙烧处理、石墨化处理、浸渍处理、固化处理、机加工处理，制成成品碳轴套，其中：所述压制成型处理为等静压压制成型，并且在压制成型处理过程中控制相对压力为110-130MPa；所述石墨化处理的温度为2800-3000℃。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征是，步骤2)中所述粘接剂为中温沥青。
3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征是，所述沥青焦、天然石墨、硅粉和粘接剂的重量份配比为：沥青焦85-95、天然石墨4-5、硅粉3-10、粘接剂38-42。
4.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征是，步骤3)中所述压粉的颗粒：D50 15-25μm。
5.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征是，步骤3)中所述压粉的颗粒：D50为15-20μm。
6.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征是，步骤4)中所述浸渍处理包括如下步骤：
4-1)将石墨化处理后的碳轴套石墨化坯放入浸渍罐内，用真空泵对浸渍罐进行抽真空，直至浸渍罐内相对压力降低并保持为-0.08MPa以下，在保持相对压力低于-0.08MPa的条件下，抽真空处理1-3h；
4-2)在抽真空处理后，向浸渍罐内加入浸渍树脂，并淹没碳轴套石墨化坯；
4-3)向浸渍罐内通入压缩空气，使得浸渍罐内相对压力升高并保持为0.5-1.5MPa，进行加压处理2.5-3.5h，制得碳轴套浸渍坯。
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Citations (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4046863A (en) * | 1974-08-29 | 1977-09-06 | Director-General Of The Agency Of Industrial Science And Technology | Process for the production of shaped articles of high density graphite |
| US4690909A (en) * | 1982-12-06 | 1987-09-01 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Silicon carbide-graphite composite material and process for producing same |
| JPH03255212A (ja) * | 1990-03-06 | 1991-11-14 | Kawatetsu Galvanizing Co Ltd | 溶融金属浴中ロールの軸受 |
| US5294460A (en) * | 1991-11-20 | 1994-03-15 | Japan As Represented By Director General Of Agency Of Industrial Science And Technology | Method for the preparation of silicon carbide-carbon fiber composite |
| JPH08109083A (ja) * | 1992-08-25 | 1996-04-30 | Toyo Tanso Kk | 複合材料、その製造方法及びその複合材料から成る摺動封止用部材 |
| US5939185A (en) * | 1996-12-23 | 1999-08-17 | Elektroschmelzwerk Kempten Gmbh | Bearing material of silicon carbide |
| DE10113918A1 (de) * | 2001-03-07 | 2002-10-10 | Becorit Gmbh | Gesinterte anorganische Granulate und Formkörper auf Basis von Kohlenstoff und/oder Molybdänverbindungen in einer keramischen Matrix |
| CN102887497A (zh) * | 2011-07-19 | 2013-01-23 | 无锡中强电碳有限公司 | 碳石墨材料一次成型的生产方法 |
| CN103121671A (zh) * | 2013-03-15 | 2013-05-29 | 四川广汉士达炭素股份有限公司 | 一种等静压石墨的制备方法 |
| CN103964438A (zh) * | 2013-02-03 | 2014-08-06 | 无锡市前洲电碳厂 | 一种碳硅复合材料的制造方法 |
| CN109265171A (zh) * | 2018-12-03 | 2019-01-25 | 大同新成新材料股份有限公司 | 一种地铁用纯碳滑条及其制备方法 |
| CN111153706A (zh) * | 2020-01-16 | 2020-05-15 | 三峡大学 | 一种石墨基碳化硅陶瓷复合隔热材料及其制备方法 |
| CN113788703A (zh) * | 2021-10-26 | 2021-12-14 | 西安交通大学 | 通过碳源改性和反应熔渗制备硅化石墨的方法及硅化石墨 |
| CN115231922A (zh) * | 2022-05-07 | 2022-10-25 | 自贡格然法特复合材料制品有限公司 | 一种石墨制品的制备方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040258518A1 (en) * | 2003-06-18 | 2004-12-23 | Steven Buchanan | Self-lubricating ceramic downhole bearings |
-
2022
- 2022-11-22 CN CN202211466022.8A patent/CN115677350B/zh active Active
Patent Citations (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4046863A (en) * | 1974-08-29 | 1977-09-06 | Director-General Of The Agency Of Industrial Science And Technology | Process for the production of shaped articles of high density graphite |
| US4690909A (en) * | 1982-12-06 | 1987-09-01 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Silicon carbide-graphite composite material and process for producing same |
| JPH03255212A (ja) * | 1990-03-06 | 1991-11-14 | Kawatetsu Galvanizing Co Ltd | 溶融金属浴中ロールの軸受 |
| US5294460A (en) * | 1991-11-20 | 1994-03-15 | Japan As Represented By Director General Of Agency Of Industrial Science And Technology | Method for the preparation of silicon carbide-carbon fiber composite |
| JPH08109083A (ja) * | 1992-08-25 | 1996-04-30 | Toyo Tanso Kk | 複合材料、その製造方法及びその複合材料から成る摺動封止用部材 |
| US5939185A (en) * | 1996-12-23 | 1999-08-17 | Elektroschmelzwerk Kempten Gmbh | Bearing material of silicon carbide |
| DE10113918A1 (de) * | 2001-03-07 | 2002-10-10 | Becorit Gmbh | Gesinterte anorganische Granulate und Formkörper auf Basis von Kohlenstoff und/oder Molybdänverbindungen in einer keramischen Matrix |
| CN102887497A (zh) * | 2011-07-19 | 2013-01-23 | 无锡中强电碳有限公司 | 碳石墨材料一次成型的生产方法 |
| CN103964438A (zh) * | 2013-02-03 | 2014-08-06 | 无锡市前洲电碳厂 | 一种碳硅复合材料的制造方法 |
| CN103121671A (zh) * | 2013-03-15 | 2013-05-29 | 四川广汉士达炭素股份有限公司 | 一种等静压石墨的制备方法 |
| CN109265171A (zh) * | 2018-12-03 | 2019-01-25 | 大同新成新材料股份有限公司 | 一种地铁用纯碳滑条及其制备方法 |
| CN111153706A (zh) * | 2020-01-16 | 2020-05-15 | 三峡大学 | 一种石墨基碳化硅陶瓷复合隔热材料及其制备方法 |
| CN113788703A (zh) * | 2021-10-26 | 2021-12-14 | 西安交通大学 | 通过碳源改性和反应熔渗制备硅化石墨的方法及硅化石墨 |
| CN115231922A (zh) * | 2022-05-07 | 2022-10-25 | 自贡格然法特复合材料制品有限公司 | 一种石墨制品的制备方法 |
Non-Patent Citations (9)
| Title |
|---|
| （美）彼得森等.磨损控制手册.机械工业出版社,1994,439. * |
| 以石油焦和高温煤沥青制备各向同性石墨材料的研究;方登科;杨栋梁;杨侨;李轩科;;武汉科技大学学报(第04期);全文 * |
| 屏蔽泵滑动轴承的材料选择;朱庆高,张志勤,张翠萍;水泵技术(第06期);全文 * |
| 成来飞.复合材料原理及工艺.西北工业大学出版社,2018,266. * |
| 王振廷.石墨深加工技术.哈尔滨工业出版社,2017,70. * |
| 电泵轴承运行寿命的提高;张祺;;电工文摘(第05期);全文 * |
| 石墨化温度及掺硅组分对再结晶石墨传导性能及微观结构的影响;邱海鹏;宋永忠;刘朗;郭全贵;史景利;翟更太;功能材料;20021231(006);全文 * |
| 许斌等.炭材料生产技术600问.冶金工业出版社,2006,232. * |
| 韩永军.高强石墨基复合材料的低成本制备与性能研究.全文. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115677350A (zh) | 2023-02-03 |
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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