一種電磁連接閥的製作方法

2023-04-29 02:02:01

本發明涉及一種電磁連接閥，屬於粉末冶金技術領域。

背景技術：

眾所周知，隨著時代的發展與進步。材料、能源和信息已經被稱為當代科學技術的三大支柱。對於材料，特別是先進材料的認識水平、掌握和運用的能力，對一個現代國家的科學技術和經濟實力，綜合國力以及社會文明進步都將產生至關重要的影響，材料的發展和國民經濟產業發展密切相關。粉末冶金是用金屬材料(或金屬粉末與非金屬粉末的混合物)作為原料，經過成形和燒結製造金屬材料、複合材料以及各種類型製品的工藝過程。粉末冶金法與生產陶瓷有相似的地方，因此也叫金屬陶瓷法。

粉末冶金在技術和經濟上具有一系列特點：首先，粉末冶金在生產零件時成本低。與鑄造方法相比，粉末冶金方法在精密度和成本這兩方面非常有競爭力。鑄造中的一些問題，如偏析、機加工量大等，用粉末冶金方法則可以減少或避免。用粉末冶金生產製品時，金屬的總損耗只有1％-5％。其次，粉末冶金方法能生產用普通熔煉法無法生產的、具有特殊性能的材料：例如多孔材料、氧化物彌散強化合金、鎢.銅假合金型電觸頭材料、陶瓷和硬質合金以及各種複合材料等。另外，粉末冶金方法也可以製取高純度材料，而不給材料帶來汙染。

粉末冶金可直接製成多種機械零件，如在汽車摩擦片、剎車片、各種齒輪、凸輪、鏈輪、連接閥、減震器等零件中應用。現有的技術中，對這種零部件的加工主要採用鑄造和切削加工，但無論是鑄造還是機械加工都具有浪費原材料的缺陷，另外從零件的質量方面考慮，鑄造加工出來的質量也無法滿足要求。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種硬度、強度高的電磁連接閥。

本發明的目的可通過下列技術方案來實現：一種電磁連接閥，包括圓盤形的主體以及設置在主體上的軸突，所述主體與軸突同軸設置，所述主體與軸突相連接的一側具有階梯形，所述軸突在遠離主體端外側具有環形卡槽；

所述的電磁連接閥包括如下成分及其重量份數：

膠體石墨 1-5份

銅粉 2-6份

鎳粉 3-5份

鉬粉 1-3份

鉻粉 0.5-2份

潤滑劑 0.5-3份

氟化鈣 1-5份

水霧化鐵粉 60-100份，

其中水霧化鐵粉由兩種不同粒徑的水霧鐵粉復配而成，其中粒徑為50-120μm的水霧化鐵粉20-40份，粒徑為10-30μm的水霧化鐵粉40-60份。

銅粉含量的增加能直接提高產品的抗彎強度，卻由於其塑性較差，會降低產品的洛氏硬度；而石墨含量的增加對產品機械性能的影響則與銅粉相反，其能顯著增加產品的洛氏硬度卻降低抗彎強度，本發明以水霧化鐵粉為主，通過合理配置銅粉和石墨的配比，加入適量的銅粉、石墨、鎳粉、鉬粉、鉻粉，直接採用粉狀材料，無需初級粉碎，通過一次成型壓制即可製得緻密性好的電磁連接閥，且電磁連接閥的洛氏硬度和抗彎強度保持在較平衡狀態。本發明採用膠體石墨取代傳統粉末冶金過程中使用的普通石墨，在壓製成型過程中能減少潤滑劑的使用，在燒結過程中，能提高燒結成型的良率。本發明所採用的水霧化鐵粉是兩種不同粒徑的水霧化鐵粉復配而成，不用粒徑的混合物可使電磁連接閥的粉末顆粒在一次壓製成型過程中更加均勻地分布，提高電磁連接閥的誘導內應力，提高電磁連接閥的表面硬度，降低表層氣孔率，提高電磁連接閥的緻密性。

作為優選，所述的潤滑劑為聚乙烯基異丁醚、金屬氧化物微粒、硬脂酸鋅、脂肪酸雙醯胺按比例混合通過石蠟粉包裹製成的潤滑劑顆粒，所述潤滑劑顆粒中各成分所佔的質量百分比分別為：聚乙烯基異丁醚40-50％、金屬氧化物微粒10-12％、硬脂酸鋅5-8％、脂肪酸雙醯胺30-45％。潤滑劑顆粒中含有多種潤滑成分，更容易隨潤滑劑顆粒在粉末材料中均勻分布，潤滑劑顆粒外表由石蠟層所覆蓋，壓坯的過程中石蠟層被破壞，有利於順利脫模。

進一步優選，所述的金屬氧化物微粒為氧化鈣和/或氧化鋁。

本發明的另一個目的在於提供一種上述電磁連接閥的製備方法，所述的製備方法包括如下步驟：

S1、混料：按所述電磁連接閥的成分及其重量份稱取原料，將稱取好的原料倒入粉末混料機混合，得均勻的鐵基粉末混合物；

S2、壓製成型：將鐵基粉末混合物送入成型機中，採用一次壓製成型法製得電磁連接閥坯件；

S3、振蕩壓力燒結：將電磁連接閥坯件通過振蕩壓力燒結得電磁連接閥半成品；

S4、後處理：將電磁連接閥半成品用研磨劑進行共振研磨，然後依次經過超聲波清洗、蒸汽處理得本發明電磁連接閥。

本發明電磁連接閥的製備方法通過一次壓製成型，然後進行振蕩壓力燒結，與現有技術中普通的燒結不同，本發明燒結過程中施加振蕩壓力強化了高溫下晶粒的塑性形變和晶界滑移等現象，抑制了晶界遷移，從而抑制了晶粒的過快生長。且本發明振蕩壓力又為粉體緻密化提供了較高的驅動力，通過重排、擴散和遷移等機制甲酸了坯體的緻密化進程，同時，振蕩壓力加速了燒結後期晶界處關閉氣孔的排出，進而提高了電磁連接閥材料的緻密性、強度，尤其是斷裂強度和抗老化強度。

在上述電磁連接閥的製備方法中，作為優選，步驟S2中壓製成型的壓力為220-280MPa，壓制溫度為130-150℃，模具溫度為150-170℃。

進一步優選，壓製成型在氫氣和氮氣的混合氣體中進行，氫氣和氮氣的體積百分比為1-3.8％∶96.2-99％。

壓製成形時，壓制壓力基本和最終產品密度成正比。壓力剛開始增大時，使得粉末體內的拱橋被破壞，粉末顆粒發生位移彼此填充空隙，重新排列位置增加接觸，產品密度急劇增加。壓力急劇增大至超過粉末顆粒的臨界壓力後，粉末顆粒開始變形，產品密度繼續增加。壓力超過粉末臨界壓力後，繼續提高壓力對產品密度改良效果減小。為節約成本，節省裝備購置費用，本發明選取的壓制的壓力、溫度控制在上述範圍。

在上述電磁連接閥的製備方法中，作為優選，步驟S3中振蕩壓力燒結具體為：

氬氣作保護氣體，施加預壓力3-8MPa，緩慢升溫，升溫速率為50-80℃/h；

當溫度達到550-600℃後保溫40-60min；

將恆定壓力增加到12-15MPa，以50-80℃/h的升溫速率繼續升溫至820-880℃，保溫20-40min；

將恆定壓力增加到20-25MPa，以20-30℃/min的速率升溫至950-1050℃；

當溫度達到1100-1180℃後施加振蕩壓力，振蕩壓力變化範圍為5-10MPa，頻率為35-60Hz，保溫時間為30-50min；

保溫完成後以50-80℃/h的速率降溫至850-880℃，並卸壓，然後自然冷卻至室溫。

本發明在燒結後逐步降溫到稍低的溫度，也有利於排氣和產品整體的均勻冷卻，從而避免冷熱不均，從而提高產品燒結的成品率，防止發生龜裂和形變，提高電磁連接閥的緻密性、強度、韌性。

在上述電磁連接閥的製備方法中，作為優選，步驟S4中研磨劑的用量與電磁連接閥半成品的質量比為2-4:1。進一步優選，所述研磨劑的粒徑為50-120μm。再進一步優選，所述研磨劑為二氧化矽磨料、碳化矽磨料、白剛玉磨料中的一種或多種。將研磨料的粒徑控制在0.5-2.5μm可以提高誘導的內應力，進而提高電磁連接閥的機械負荷能力，提高其強度，延長其使用壽命。

共振研磨過程中還可以加入防鏽劑、光亮劑等，在研磨過程中有效去除毛刺的同時有效的防止零件在研磨過程發生氧化，並使零件表面光亮。

與現有技術相比，本發明電磁連接閥通過合理配伍其原料，尤其是選用了不同粒徑的水霧化鐵粉以及含多種成分的潤滑劑，並利用粉末冶金方法先一體壓製成型，然後通過振蕩壓力燒結，降低表層氣孔率，縮小尺寸公差，提高電磁連接閥的密度，提高電磁連接閥硬度和強度，進而提高其使用壽命。

附圖說明

圖1為本發明電磁連接閥的剖視圖。

圖中，1、主體；2、軸突；3、環形卡槽。

具體實施方式

以下是本發明的具體實施例結合附圖說明，對本發明的技術方案作進一步的描述，但本發明並不限於這些實施例。

如圖1所示，一種電磁連接閥，包括圓盤形的主體1以及設置在主體上的軸突2，所述主體1與軸突2同軸設置，所述主體1與軸突2相連接的一側具有階梯形，所述軸突2在遠離主體端外側具有環形卡槽3；

電磁連接閥包括如下成分及其重量份數：

膠體石墨 1-5份

銅粉 2-6份

鎳粉 3-5份

鉬粉 1-3份

鉻粉 0.5-2份

潤滑劑 0.5-3份

氟化鈣 1-5份

水霧化鐵粉 60-100份，

其中水霧化鐵粉由兩種不同粒徑的水霧鐵粉復配而成，其中粒徑為50-120μm的水霧化鐵粉20-40份，粒徑為10-30μm的水霧化鐵粉40-60份。

表1：實施例1-4中電磁連接閥的成分及其質量份數

實施例1

混料：按表1實施例1中所述電磁連接閥的成分及其重量份稱取原料，將稱取好的原料倒入粉末混料機混合，得均勻的鐵基粉末混合物；所述的潤滑劑為聚乙烯基異丁醚、金屬氧化物微粒、硬脂酸鋅、脂肪酸雙醯胺按比例混合通過石蠟粉包裹製成的潤滑劑顆粒，所述潤滑劑顆粒中各成分所佔的質量百分比分別為：聚乙烯基異丁醚45％、金屬氧化物微粒11％、硬脂酸鋅6％、脂肪酸雙醯胺38％；所述的金屬氧化物微粒為氧化鈣5％與氧化鋁6％(佔潤滑劑顆粒總質量的質量百分比)。

壓製成型：將鐵基粉末混合物送入成型機中，在氫氣和氮氣的混合氣體下(氫氣和氮氣的體積百分比為1-3.8％∶96.2-99％)採用一次壓製成型法製得電磁連接閥坯件；壓製成型的壓力為250MPa，壓制溫度為140℃，模具溫度為160℃。

振蕩壓力燒結：在氬氣保護下，將電磁連接閥坯件置於燒結爐中，先施加預壓力5MPa，緩慢升溫，升溫速率為60℃/h；當溫度達到570℃後保溫50min；將恆定壓力增加到13MPa，以60℃/h的升溫速率繼續升溫至850℃，保溫30min；將恆定壓力增加到22MPa，以25℃/min的速率升溫至1000℃；當溫度達到1150℃後施加振蕩壓力，振蕩壓力變化範圍為8MPa(即在14-30MPa之間循環震動)，頻率為50Hz，保溫時間為40min；保溫完成後以60℃/h的速率降溫至860℃，並卸壓，然後自然冷卻至室溫，得電磁連接閥半成品。

後處理：將電磁連接閥半成品用研磨劑(研磨劑的用量與電磁連接閥半成品的質量比為3:1，所述研磨劑的粒徑為50-120μm，研磨劑為二氧化矽磨料)進行共振研磨，然後依次經過超聲波清洗、蒸汽處理得本發明電磁連接閥。

實施例2

混料：按表1實施例2中所述電磁連接閥的成分及其重量份稱取原料，將稱取好的原料倒入粉末混料機混合，得均勻的鐵基粉末混合物；所述的潤滑劑為聚乙烯基異丁醚、金屬氧化物微粒、硬脂酸鋅、脂肪酸雙醯胺按比例混合通過石蠟粉包裹製成的潤滑劑顆粒，所述潤滑劑顆粒中各成分所佔的質量百分比分別為：聚乙烯基異丁醚48％、金屬氧化物微粒11％、硬脂酸鋅7％、脂肪酸雙醯胺34％；所述的金屬氧化物微粒為氧化鈣5％和氧化鋁6％(佔潤滑劑顆粒總質量的質量百分比)。

壓製成型：將鐵基粉末混合物送入成型機中，在氫氣和氮氣的混合氣體下(氫氣和氮氣的體積百分比為1-3.8％∶96.2-99％)採用一次壓製成型法製得電磁連接閥坯件；壓製成型的壓力為240MPa，壓制溫度為145℃，模具溫度為155℃。

振蕩壓力燒結：在氬氣保護下，將電磁連接閥坯件置於燒結爐中，先施加預壓力6MPa，緩慢升溫，升溫速率為70℃/h；當溫度達到580℃後保溫45min；將恆定壓力增加到14MPa，以70℃/h的升溫速率繼續升溫至860℃，保溫25min；將恆定壓力增加到24MPa，以28℃/min的速率升溫至1020℃；當溫度達到1130℃後施加振蕩壓力，振蕩壓力變化範圍為6MPa(即在18-30MPa之間循環震動)，頻率為40Hz，保溫時間為45min；保溫完成後以70℃/h的速率降溫至870℃，並卸壓，然後自然冷卻至室溫，得電磁連接閥半成品。

後處理：將電磁連接閥半成品用研磨劑(研磨劑的用量與電磁連接閥半成品的質量比為2.5:1，所述研磨劑的粒徑為50-120μm，研磨劑為白剛玉磨料)進行共振研磨，然後依次經過超聲波清洗、蒸汽處理得本發明電磁連接閥。

實施例3

混料：按表1實施例3中所述電磁連接閥的成分及其重量份稱取原料，將稱取好的原料倒入粉末混料機混合，得均勻的鐵基粉末混合物；所述的潤滑劑為聚乙烯基異丁醚、金屬氧化物微粒氧化鈣、硬脂酸鋅、脂肪酸雙醯胺按比例混合通過石蠟粉包裹製成的潤滑劑顆粒，所述潤滑劑顆粒中各成分所佔的質量百分比分別為：聚乙烯基異丁醚40％、金屬氧化物微粒氧化鈣12％、硬脂酸鋅8％、脂肪酸雙醯胺40％。

壓製成型：將鐵基粉末混合物送入成型機中，在氫氣和氮氣的混合氣體下(氫氣和氮氣的體積百分比為1-3.8％∶96.2-99％)採用一次壓製成型法製得電磁連接閥坯件；壓製成型的壓力為280MPa，壓制溫度為150℃，模具溫度為170℃。

振蕩壓力燒結：在氬氣保護下，將電磁連接閥坯件置於燒結爐中，先施加預壓力8MPa，緩慢升溫，升溫速率為80℃/h；當溫度達到600℃後保溫40min；將恆定壓力增加到15MPa，以80℃/h的升溫速率繼續升溫至880℃，保溫20min；將恆定壓力增加到25MPa，以30℃/min的速率升溫至1050℃；當溫度達到1180℃後施加振蕩壓力，振蕩壓力變化範圍為10MPa(即在15-35MPa之間循環震動)，頻率為35Hz，保溫時間為30min；保溫完成後以80℃/h的速率降溫至880℃，並卸壓，然後自然冷卻至室溫，得電磁連接閥半成品。

後處理：將電磁連接閥半成品用研磨劑(研磨劑的用量與電磁連接閥半成品的質量比為4:1，所述研磨劑的粒徑為50-120μm，研磨劑為碳化矽磨料，還根據情況加入適量的防鏽劑、光亮劑)進行共振研磨，然後依次經過超聲波清洗、蒸汽處理得本發明電磁連接閥。

實施例4

混料：按表1實施例4中所述電磁連接閥的成分及其重量份稱取原料，將稱取好的原料倒入粉末混料機混合，得均勻的鐵基粉末混合物；所述的潤滑劑為聚乙烯基異丁醚、金屬氧化物微粒氧化鋁、硬脂酸鋅、脂肪酸雙醯胺按比例混合通過石蠟粉包裹製成的潤滑劑顆粒，所述潤滑劑顆粒中各成分所佔的質量百分比分別為：聚乙烯基異丁醚50％、金屬氧化物微粒氧化鋁10％、硬脂酸鋅5％、脂肪酸雙醯胺35％。

壓製成型：將鐵基粉末混合物送入成型機中，在氫氣和氮氣的混合氣體下(氫氣和氮氣的體積百分比為1-3.8％∶96.2-99％)採用一次壓製成型法製得電磁連接閥坯件；壓製成型的壓力為220MPa，壓制溫度為130℃，模具溫度為150℃。

振蕩壓力燒結：在氬氣保護下，將電磁連接閥坯件置於燒結爐中，先施加預壓力3MPa，緩慢升溫，升溫速率為50℃/h；當溫度達到550℃後保溫60min；將恆定壓力增加到12MPa，以50℃/h的升溫速率繼續升溫至820℃，保溫40min；將恆定壓力增加到20MPa，以20℃/min的速率升溫至950℃；當溫度達到1100℃後施加振蕩壓力，振蕩壓力變化範圍為5MPa(即在15-25MPa之間循環震動)，頻率為60Hz，保溫時間為30min；保溫完成後以50℃/h的速率降溫至850℃，並卸壓，然後自然冷卻至室溫，得電磁連接閥半成品。

後處理：將電磁連接閥半成品用研磨劑(研磨劑的用量與電磁連接閥半成品的質量比為2:1，所述研磨劑的粒徑為50-120μm，研磨劑為二氧化矽磨料，還可以根據情況加入適量的防鏽劑、光亮劑等)進行共振研磨，然後依次經過超聲波清洗、蒸汽處理得本發明電磁連接閥。

對比例1

與實施例1的區別僅在於，該對比例中的水霧化鐵粉為單一粒徑水霧化鐵粉，且潤滑劑為普通常規的潤滑劑，其他與實施例1相同，此處不再累述。

對比例2

與實施例1的區別僅在於，該對比例中僅是加熱至1100-1180℃進行燒結(即沒有使用振蕩壓力燒結)，其他與實施例1相同，此處不再累述。

在本發明中，除了特別說明，其他所述的工藝均為常規工藝，如共振研磨、超聲波清洗、蒸汽處理等，其他所示的試劑均為常規試劑，如防鏽劑、光亮劑等。

將實施例1-4及對比例1-2中的電磁連接閥進行性能測試，測試結果如表2所示。

表2：實施例1-4及對比例1-2中電磁連接閥的性能測試結果

綜上所述，本發明電磁連接閥通過合理配伍其原料，尤其是選用了不同粒徑的水霧化鐵粉以及含多種成分的潤滑劑，並利用粉末冶金方法先一體壓製成型，然後通過振蕩壓力燒結，降低表層氣孔率，縮小尺寸公差，提高電磁連接閥的密度，提高電磁連接閥硬度和強度，進而提高其使用壽命。

本處實施例對本發明要求保護的技術範圍中點值未窮盡之處以及在實施例技術方案中對單個或者多個技術特徵的同等替換所形成的新的技術方案，同樣都在本發明要求保護的範圍內；同時本發明方案所有列舉或者未列舉的實施例中，在同一實施例中的各個參數僅僅表示其技術方案的一個實例(即一種可行性方案)，而各個參數之間並不存在嚴格的配合與限定關係，其中各參數在不違背公理以及本發明述求時可以相互替換，特別聲明的除外。

本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發明精神作舉例說明。本發明所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種修改或補充或採用類似的方式替代，但並不會偏離本發明的精神或者超越所附權利要求書所定義的範圍。