CN1718809A - 金属陶瓷化动力机械产品的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明为金属陶瓷化动力机械产品的制造方法，包括如下步骤：(1)熔炼合金，合金的组成：重量％、铝50－70、锌15－30、钛0.5－5、铜1－8、硅5－10、氮0.005－0.03合金的熔炼工艺为传统方法，其温度≥1600℃时加入氮气，(2)将合金在1700℃时浇铸成工件坯件，将坯件通过机械加工成工件，(3)将工件微弧氧化、清洗、后处理得成品。

Description

金属陶瓷化动力机械产品的制造方法

技术领域：

本发明与作相对运动的动力机械产品的制造方法有关。

背景技术：

动力机械产品中，作相对运动的如活塞环、缸体、陶体等零件的使用寿命长短决定动力机械产品寿命长短，最大程度提高活塞、缸体的表面硬度、提高活塞、缸体的耐蚀性，就能够最大程度延长产品的使用寿命。传统的动力机械行业生产活塞环、缸体基材采用高性能合金钢，经过机械加工，热处理，或热喷涂、电镀硬铬，精加工后成为产品。其材料价格高，加工工艺复杂，设备利用率低，生产周期长，生产成本高。传统的如活塞环、缸体、阀体等零件表面硬度一般为HV800-900，零件与硬度高于HV800-900的工作面摩擦使用几百小时失效。采用热喷涂工艺提高表面硬度后，零件的基体与表面涂层临界荷载Lc≤17N，致使零件不能满足高压力工况。没有抗NO_X、Cl^-、SO₄ ^2-、PO_x、OH^-、H⁺等腐蚀能力，特别是在40℃温度以上在上述介质中零件会很快的在短期内失效。

发明的内容：

本发明的目的是提供一种产品具有高的抗拉强度、表面硬度，能满足高温、高压力工况，耐蚀性好的金属陶瓷化动力机械产品的制造方法。

本发明是这样实现的：

1、金属陶瓷化动力机械产品的制造方法，包括如下步骤：

(1)熔炼合金，合金的组成：重量％

铝                       50-70

锌                       15-30

钛                       0.5-5

铜                       1-8

硅                       5-10

氮                       0.005-0.03

合金的熔炼工艺为传统方法，熔炼温度≥1500℃时加入氮气，

(2)将合金在1600℃-1800℃时浇铸成工件坯件，将坯件通过机械加工成工件，

(3)将工件微弧氧化、清洗、后处理得成品。

步骤(2)中将工件作为阳极，不锈钢板作为阴极电解，电解液的组成为：K₂SiO₃ 5-10g/L，Na₂O₂ 4-6g/L，NaF 0.5-1g/L，CH₃COONa 2-3g/L，Na₃VO₃ 1-3g/L，电解液pH为11-13，温度为20-50℃，电解方式为先将电压迅速上升至300V，并保持5-10s，然后将阳极电压上升至450V，电解5-10min。

步骤(3)中将工件作为阳极，不锈钢板作为阴极，第一步将工件在200g/L的K₂O·nSiO₂水溶液中以1A/dm³的阳极电流处理5min，第二步将工件水洗后在70g/L的Na₃P₂O₇水溶液中以1A/dm³的阳极电流处理15min，溶液温度为20-50℃。

成品的基材抗拉强度为300-480MPa，表面硬度为HV800-2500，基体与表面涂层临界荷载LC为30-40N。

采用本发明技术生产的机械零件由于熔炼时加入的氮气和部分金属化合，增加了基材的强度，基材抗拉强度为300-480MPa；经微弧氧化处理后，表面硬度可为是、HV800-2500，零件的基体与表面涂层临界荷载Lc可达40N，零件能满足高压力工况；耐蚀性，中性盐雾试验达2000小时。零件可在同时具有480MPa的工作压力、500℃的环境温度，pH值为9-14的强碱或pH值＜5的强酸，与硬度为HV800-2500的工作介质的条件下长时间稳定工作。可以大幅度提升动力机械产品质量，保证产品在高温、高压、高腐蚀、高耐磨的工况要求条件下长时间稳定工作。

用本方法生产所及动力机械零件可取代传统材料，如：耐高温高硬度合金、合金钢、高铬铸铁等，具有加工工艺简单，设备和材料利用率高，生产周期短，生产成本比传统低20-40％。零件使用寿命如比传统石油井泥浆泵缸套提高2-5倍，比传统天然气、汽油内燃机缸套使用寿命提高2-5倍。可广泛用于动力机械产品的活塞、活塞环、缸体、阀体等。

具体实施方式：

实施例1：

本发明是以50％的铝、30％的锌、5％的钛、8％的铜、6.97％的硅、0.03％的氮组成的合金，比重为3.0-4.0之间。

合金的浇铸温度1700℃，制造工艺为：模型浇铸成型坯件→粗车→精车→冷挤压→抛光→化除油→清洗→微弧氧化→清洗→后处理→成品检验。

微弧氧化电解液组成及工艺条件：

电解液组成：K₂SiO₃ 5-10g/L，Na₂O₂ 4-6g/L，NaF 0.5-1g/L，CH₃COONa 2-3g/L，Na₃VO₃ 1-3g/L，溶液pH为11-13，温度为20-50℃；阴极材料为不锈钢板；电解方式为先将电压迅速上升至300V，并保持5-10s，然后将阳极氧化电压上升至450V，电解5-10min。

实施例2：

本发明是以60％的铝、25％的锌、0.5％的钛、4.495％的铜、10％的硅、0.005％的氮组成的合金，或者是以70％的铝，14.5％的锌，4.49％的钛，1％的铜，10％的硅，0.01％的氮组成的合金。熔炼工艺为传统熔炼方法，在1600℃时加入氮气，在1700℃浇铸工件坯件，坯件的加工方法同实施例1，只是微弧氧化处理采用两步电解法，第一步：将工件在200g/L的K₂O·nSiO₂水溶液中以1A/dm³的阳极电流5处理min，第二步：将经第一步微弧氧化后的工件水洗后在70g/L的Na₃P₂O₇水溶液中以1A/dm³的阳极电流处理15min，阴极材料为：不锈钢板：溶液温度为20-50℃。

微弧氧化电源设备：

微弧氧化电源设备是一种高压大电流输出的直流加正脉冲、负脉冲的特殊大功率直流电源设备，输出电压范围一般为0～600V；输出电流的容量视加工工件的表面积而定。

Claims (4)

1、金属陶瓷化动力机械产品的制造方法，包括如下步骤：

(1)熔炼合金，合金的组成：重量％

铝                       50-70

锌                       15-30

钛                       0.5-5

铜                       1-8

硅                       5-10

氮                       0.005-0.03

合金的熔炼工艺为传统方法，熔炼温度≥1500℃时加入氮气，

(2)将合金在1600℃-1800℃时浇铸成工件坯件，将坯件通过机械加工成工件，

(3)将工件微弧氧化、清洗、后处理得成品。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(3)中将工件作为阳极，不锈钢板作为阴极电解，电解液的组成为：K₂SiO₃ 5-10g/L，Na₂O₂ 4-6g/L，NaF 0.5-1g/L，CH₃COONa 2-3g/L，Na₃VO₃ 1-3g/L，电解液pH为11-13，温度为20-50℃，电解方式为先将电压迅速上升至300V，并保持5-10s，然后将阳极电压上升至450V，电解5-10min。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(3)中将工件作为阳极，不锈钢板作为阴极，第一步将工件在200g/L的K₂O·nSiO₂水溶液中以1A/dm³的阳极电流处理5min，第二步将工件水洗后在70g/L的Na₃P₂O₇水溶液中以1A/dm³的阳极电流处理15min，溶液温度为20-50℃。

4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于成品的基材抗拉强度为300-480MPa，表面硬度为HV800-2500，基体与表面涂层临界荷载LC为30-40N。