CN101713298B - 具有纳米石墨层摩擦副的液压马达及纳米石墨层加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有纳米石墨层摩擦副的液压马达及纳米石墨层加工方法。所述液压马达有一壳体，该壳体在径向上均布有数个缸体，每一缸体内有一柱塞与之滑接，曲轴通过轴承支承在壳体与轴承盖上，曲轴的曲柄部分沿径向均匀铰接有与所述缸体相同数量的连杆，每一连杆一端与曲柄对应部分铰接，另一端与对应一柱塞铰接，其中所述曲轴与连杆、连杆与柱塞、柱塞与缸体活动连接部分所形成的摩擦副至少一摩擦表面设置有自润滑的纳米石墨层。所述纳米石墨层的加工方法，包括下列步骤：1)涂漆；2)表面脱脂；3)水洗；4)活化去绣；5)敏化处理；6)退膜处理；7)化学沉积。其优点是：形成的纳米石墨层具有减摩抗磨、耐热和自润滑性，使承载能力、机械效率、寿命提高。

Description

具有纳米石墨层摩擦副的液压马达及纳米石墨层加工方法

技术领域

本发明涉及液压马达及金属表面处理方法，特别涉及具有纳米石墨层摩擦副的液压马达及纳米石墨层加工方法。 

背景技术

液压马一般主要由曲轴、柱塞、连杆、壳体、配流壳体、配流轴和轴承盖等组成。从上个世纪的六、七十年代至今，国内外生产的液压马达中，其带有液压流道的壳体分别与缸盖、轴承盖和配流壳体固定。这种液压马达的柱塞上设有一小孔，使柱塞与连杆球铰副与柱塞缸孔相通以改善润滑散热条件，同时连杆上也同样设有小孔，其内并设有带微小孔的阻尼堵，使连杆与曲轴间的摩擦副形成静压支承。虽在滑靴底部涂覆耐磨材料如巴氏合金，但因比压大，摩擦磨损依然严重，机械效率低，马达的低速性能和启动性能差，甚至发生胶合失效，限制了马达压力和速度的进一步提高。意大利人将这一摩擦副改为了滚动轴承，使其结构变得较为复杂，并导致液压马达的体积与重量较大、制造成本高，而且当马达的排量较大时，其工作的可靠性和寿命问题难以解决。 

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种传动效率高、摩擦小、噪声低、便于加工制造且制造成本较低的具有纳米石墨层摩擦副的液压马达及纳米石墨层加工方法。 

上述发明目的通过下述技术方案予以实施： 

所述液压马达有一壳体，该壳体在径向上均布有数个缸体，每一缸体内有一柱塞与之滑接，缸体外端部有一缸盖封合，轴承盖和配流体分别连接在壳体的一端面上，曲轴通过轴承支承在壳体与轴承盖上，曲轴的曲柄部分沿径向均匀铰接有与所述缸体相同数量的连杆，每一连杆一端与曲柄对应部分铰接，另一端与对应一柱塞铰接，其中所述曲轴与连杆、连杆与柱塞、柱塞与缸体活动连接部分所形成的摩擦副至少一摩擦表面设置有自润滑的纳米石墨层。 

所述连杆一端设有滑靴，曲轴对应部分设有两个连杆挡圈，连杆与曲轴通过所述滑靴与连杆挡圈的配合实现活动连接，所述滑靴的表面设置有自润滑的纳米石墨层。 

所述连杆另一端设有球头，柱塞对应部分设有半球状孔，连杆上球头的球面支承于柱塞端部的半球状孔内，实现二者的铰接，所述球头或半球状孔的表面设置有自润滑的纳米石墨层。 

所述柱塞外表面设置有自润滑的纳米石墨层。 

所述纳米石墨层的加工方法，包括下列步骤： 

1)涂漆，将工件上不需要镀纳米石墨层的部分表面涂上环氧树脂漆，晾干。 

2)脱脂：在每升水中加入22～28g氢氧化钠、27～33g碳酸钠和27～33g磷酸三钠并搅拌均匀形成脱脂夜，并加热至60～70℃，将待加工的工件放入该脱脂夜中，浸泡10～15分钟； 

3)水洗：将工件从脱脂液中取出，用流动自来水漂洗；4)活化：在每升水中加入60～90g磷酸二氢锌、60～100g硝酸锌和3～6g氟化钠并搅拌均匀形成去锈活化液，将漂洗后的工件在放入常温状态下的去锈活化液中浸泡5～8分钟后取出； 

5)敏化：在每升水中加入4～10g五水硫酸铜、1～5g七水硫酸镍、4～10g 柠檬酸钠、4～10g酒石酸和4～10g氨基磺酸并搅拌均匀形成敏化液，并使该敏化液温度保持在30～35℃，将从去锈活化液中取出的工件放入该敏化液中，浸泡5～8分钟后取出； 

6)退膜：将退膜剂和水按1∶2～1∶3的体积配比混合，形成退膜液，并加热至86～95℃，将待加工的工件放入该退膜液中，浸泡5～8分钟后取出； 

所述退膜剂为氢氧化钠NaOH或磷酸三钠Na3PO4或亚硝酸钠NaNO2。 

7)化学沉积：用氨水或柠檬酸调节纳米碳化硅沉积镀液，使该镀液的PH值为4.6～4.8，并加温至75～85℃将工件放入镀液中1～2小时，工件的金属表面沉积10～20微米厚度的纳米石墨与金属合金的复合的所述纳米石墨层。 

本发明液压马达对其中的往复运动零件——连杆、柱塞上有相对运动的摩擦面设置纳米石墨层。利用本发明方法在运动摩擦面上沉积生成10～20微米厚度且十分牢固的纳米石墨层。该纳米石墨层具有良好的耐磨、耐热、减摩抗磨性能，且还具有比表面积大、高扩散性、易烧结性、熔点低等特性。本发明的纳米石墨层形成摩擦副中新型润滑材料，以取代传统的减摩方式。纳米石墨层不但可以在摩擦表面形成一层易剪切的薄膜，降低摩擦系数，而且可以对摩擦表面进行一定程度的填补和修复，起到抗磨作用，从而使液压马达在高速运转的同时，能保持长期良好的润滑性能和耐磨性能，由此产生这样的有益效果：具有耐磨、耐热以及减摩抗磨性能，并能保持长期良好的润滑性能，从而提高了马达的承载能力和机械效率；具有较高的工作可靠性和寿命；马达的工作压力可以比原来有所提高，同时排除了马达加工中巴氏合金对环境的污染，降低了生产成本。 

附图说明

图1为本发明的结构示意图。 

图2为图1的剖视图。 

图3柱塞的的结构示意图。 

图4连杆的的结构示意图。 

图中，1曲轴，2轴承盖，4缸盖，5柱塞，6连杆，6a球头，6b滑靴，10连杆挡圈，11壳体，13配流体，14配流轴，I a、II a、IIIa纳米石墨层。 

具体实施方式

对照图1，本发明液压马达主要由壳体、缸盖、配流体、柱塞、曲轴和轴承组成。壳体11的两端面分别连接配流体13和轴承盖2，壳体11的内腔置有曲轴1，曲轴1的二端分别通过圆锥滚子轴承支承在壳体11和轴承盖2上。 

壳体11在径向上均布有5个缸体，请参见图2。每一缸体外端有一缸盖4盖合，缸体内置有一与之动配合的柱塞5，柱塞5在缸体内往复滑动，柱塞5与缸体内腔形成滑动摩擦副I。 

柱塞5的内端设有半球状孔，连杆6的一端设球头，球头置于柱塞5的半球状孔中，这样球头通过其上支承面与半球状孔的配合使连杆能相对柱塞转动，形成一转动摩擦副II。 

连杆6的另一端与曲轴1连接。5个连杆均布在曲轴1的径向方向上，在对应每一连杆6位置的左右两侧分别设置有连杆挡圈，对应端部设置有滑靴与该两挡圈铰接，使连杆6与曲轴1能相对转动，形成一转动摩擦副。 

在形成上述滑动摩擦副的摩擦表面之一的柱塞5的外表面设置有自润滑的纳米石墨层I a，请参见图3。在形成上述转动摩擦副II、转动摩擦副III的摩擦表面之一的连杆6一端的球头6a的球面和另一端的滑靴6b的表面分别设置有自润滑的纳米石墨层II a、IIIa请参见图4。这样，在缸体和柱塞之间、柱塞与连杆之间、连杆与曲轴之间形成一自润滑摩擦副。 

本发明液压马达工作时，通过配流体13中的配流轴14控制高压的液压油有序的推动五个柱塞5在缸体内往复运动，通过对应的转动摩擦副I带动连杆6，该连杆通过转动摩擦副II推动曲轴1转动，输出扭矩。由于在上述摩擦副中采用了自润滑的纳米石墨层，不再需要现有技术中的自润滑***，使液压马达的结构更加简单。 

本发明液压马达中的柱塞5和连杆6上所对应摩擦面上的纳米石墨层的形成方如下： 

实施例1 

本实施例为对柱塞外表面的进行纳米石墨层的加工。 

1.涂漆 

将柱塞和连杆上不需要镀纳米石墨层的部分表面涂上环氧树脂漆，晾干。 

2.脱脂 

按每升水中加入22g氢氧化钠、27g碳酸钠和27g磷酸三钠的浓度进行配制，并搅拌均匀形成脱脂液。将该脱脂液加热至60℃，将柱塞放入该脱脂液中，浸泡15分钟； 

3.水洗 

将柱塞从脱脂液中取出，用流动自来水漂洗。 

4.活化 

按每升水中加入60g磷酸二氢锌、60g硝酸锌和3g氟化钠的浓度进行配制，并搅拌均匀形成去锈活化液。将漂洗后的柱塞在放入常温状态下的去锈活化液中浸泡5分钟后取出。 

5.敏化 

按每升水中加入4g五水硫酸铜(CuSO4·5H2O)、1g七水硫酸镍(NiSO4·7H2O)、4g柠檬酸钠、4酒石酸和4g氨基磺酸的浓度进行配制，并搅拌均匀形成敏化液，使该敏化液温度保持在30℃，将从锈活化液中取出的柱塞放入该敏化液中，浸泡8分钟后取出。 

6.退膜：将0.5％浓度的磷酸三钠Na3PO4和水按1∶3的体积配比混合，形成退膜液，并加热至86℃，将待加工的连杆放入该退膜液中，浸泡5分钟后取出； 

7.化学沉积 

用氨水调节纳米碳化硅镀液的PH值，使该镀液的PH值为4.7，并加温至75℃将工件放入镀液中1小时，工件的金属表面沉积10.50微米厚度的纳米石墨与金属合金的复合的所述纳米石墨层。 

实施例2 

本实施例为对连杆一端球头的球面及另一端滑靴的凹弧面进行纳米石墨层的加工。 

1.涂漆 

将连杆上不需要镀纳米石墨层的部分表面涂上环氧树脂柒，晾干。 

2.脱脂 

按每升水中加入25g氢氧化钠、30g碳酸钠和30g磷酸三钠的浓度进行配制，并搅拌均匀形成脱脂夜。将该脱脂夜加热至65℃，将连杆放入该脱脂夜中，浸泡12分钟； 

3.水洗 

将连杆从脱脂夜中取出，用流动自来水漂洗。 

4.活化 

按每升水中加入75g磷酸二氢锌、80g硝酸锌和4g氟化钠的浓度进行配制，并搅拌均匀形成去锈活化液。将漂洗后的连杆在放入常温状态下的去锈活化液中浸泡7分钟后取出。 

5.敏化 

按每升水中加入7g五水硫酸铜、3g七水硫酸镍、7g柠檬酸钠、7g酒石酸和7g氨基磺酸的浓度进行配制，并搅拌均匀形成敏化液，使该敏化液温度保持在33℃，将从锈活化液中取出的连杆放入该敏化液中，浸泡6分钟后取出。 

6.退膜：将0.8％浓度的磷酸三钠Na3PO4和水按1∶3的体积配比混合均匀，形成退膜液，并加热至91℃，将从敏化液中取出的连杆放入该退膜液中，浸泡6分钟后取出。 

7.化学沉积 

用柠檬酸调节纳米碳化硅镀液的PH值，使该镀液的PH值为4.8，并加温至80℃将工件放入镀液中1.5小时，连杆球头及滑靴金属表面沉积15.30微米厚度的纳米石墨与金属合金的复合的所述纳米石墨层。 

实施例3 

本实施例为对连杆一端球头的球面及另一端滑靴的凹弧面进行纳米石墨层的加工。 

1.涂漆 

将连杆上不需要镀纳米石墨层的部分表面涂上环氧树脂柒，晾干。 

2.脱脂 

按每升水中加入28g氢氧化钠、33g碳酸钠和33g磷酸三钠的浓度进行配制，并搅拌均匀形成脱脂夜。将该脱脂夜加热至70℃，将连杆放入该脱脂夜中，浸泡10分钟； 

3.水洗 

将连杆从脱脂夜中取出，用流动自来水漂洗。 

4.活化 

按每升水中加入在每升水中加入90g磷酸二氢锌、100g硝酸锌和6g氟化钠的浓度进行配制，并搅拌均匀形成去锈活化液。将漂洗后的连杆在放入常温状态下的去锈活化液中浸泡8分钟后取出。 

5.敏化 

按每升水中加入10g五水硫酸铜、5g七水硫酸镍、10g柠檬酸钠、10g酒石酸和10g氨基磺酸的浓度进行配制，并搅拌均匀形成敏化液，使该敏化液温度保持在35℃，将从锈活化液中取出的连杆放入该敏化液中，浸泡5分钟后取出。 

6.退膜：将1.0％浓度的磷酸三钠Na3PO4和水按1∶3的体积配比混合均匀，形成退膜液，并加热至91℃，将从敏化液中取出的连杆放入该退膜液中，浸泡8分钟后取出。 

7.化学沉积 

用氨水调节纳米碳化硅镀液的PH值，使该镀液的PH值为4.6，并加温至85℃将工件放入镀液中2小时，工件的金属表面沉积18.80微米厚度的纳米石墨与金属合金的复合的所述纳米石墨层。 

上述实施例中的纳米碳化硅镀液是由上海路丰助剂有限公司提供，该镀液的配置方法已由该公司向中国专利局提出发明专利申请，其公开号为CN101167860。 

Claims (6)

1.具有纳米石墨层摩擦副的液压马达，有一壳体，该壳体在径向上均布有数个缸体，每一缸体内有一柱塞与之滑接，缸体外端部有一缸盖封合，轴承盖和配流体分别连接在壳体的一端面上，曲轴通过轴承支承在壳体与轴承盖上，曲轴的曲柄部分沿径向均匀铰接有与所述缸体相同数量的连杆，每一连杆一端与曲柄对应部分铰接，另一端与对应一柱塞铰接，其特征在于所述曲轴与连杆、连杆与柱塞、柱塞与缸体两有相对运动零件的活动连接部分所形成的摩擦副的至少一摩擦表面设置有自润滑的纳米石墨层。

2.根据权利要求1所述的具有纳米石墨层摩擦副的液压马达，其特征在于所述连杆一端设有滑靴，曲轴对应部分设有两个连杆挡圈，连杆与曲轴通过所述滑靴与连杆挡圈的配合实现活动连接，所述滑靴的表面设置有自润滑的纳米石墨层。

3.根据权利要求1所述的具有纳米石墨层摩擦副的液压马达，其特征在于所述连杆另一端设有球头，柱塞对应部分设有半球状孔，连杆上球头的球面支承于柱塞端部的半球状孔内，实现二者的铰接，所述球头或半球状孔的表面设置有自润滑的纳米石墨层。

4.根据权利要求1所述的具有纳米石墨层摩擦副的液压马达，其特征在于所述柱塞外表面设置有自润滑的纳米石墨层。

5.如权利要求1所述液压马达的所述零件的纳米石墨层的加工方法，其特征在于包括下列步骤：

1)涂漆，将工件上不需要镀纳米石墨层的部分表面涂上环氧树脂柒，晾干。

2)脱脂：在每升水中加入22～28g氢氧化钠、27～33g碳酸钠和27～33g磷酸三钠并搅拌均匀形成脱脂夜，并加热至60～70℃，将待加工的工件放入该脱脂夜中，浸泡10～15分钟；

3)水洗：将工件从脱脂夜中取出，用流动自来水漂洗；

4)活化：在每升水中加入60～90g磷酸二氢锌、60～100g硝酸锌和3～6g氟化钠并搅拌均匀形成去锈活化液，将漂洗后的工件在放入常温状态下的去锈活化液中浸泡5～8分钟后取出；

5)敏化：在每升水中加入4～10g五水硫酸铜、1～5g七水硫酸镍、4～10g柠檬酸钠、4～10g酒石酸和4～10g氨基磺酸并搅拌均匀形成敏化液，使该敏化液温度保持在30～35℃，将从锈活化液中取出的工件放入该敏化液中，浸泡5～8分钟后取出；

6)退膜：将退膜剂和水按1∶2～1∶3的体积配比混合，形成退膜液，并加热至86～95℃，将待加工的工件放入该退膜液中，浸泡5～8分钟后取出；

7)化学沉积：用氨水或柠檬酸调节纳米碳化硅镀液的PH值，使该镀液的PH值为4.6～4.8，并加温至75～85℃将工件放入镀液中1～2小时，工件的金属表面沉积10～20微米厚度的纳米石墨与金属合金的复合的所述纳米石墨层。

6.根据权利要求1所述的纳米石墨层的加工方法，其特征在于所述退膜剂为氢氧化钠NaOH或磷酸三钠Na3PO4或亚硝酸钠NaNO2。

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