CN107110356A - 活塞杆 - Google Patents

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Abstract

液压缸的活塞杆具备具有棒状的形状的主体部(21)、配置于主体部(21)的长度方向的端部的头部。在主体部(21)的外周面(21A)形成有被膜(92)。被膜(92)包含以截面的面积比计56.1％以上且84.4％以下的碳化铬相，剩余部分由镍基合金相及氧化物相构成。碳化铬相的面积比也可以是61.7％以上。

Description

活塞杆
技术领域
本发明涉及活塞杆。
背景技术
构成液压缸的活塞杆的外周面作为滑动面发挥功能。因此，作为活塞杆的外周面要求优异的滑动特性、耐磨损性等。为了与这种要求对应，公知的是在活塞杆的外周面实施镀铬的技术(例如，参照日本特开2005-105313号公报(专利文献1)及日本特开2006-97875号公报(专利文献2))。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2005-105313号公报；
专利文献2:日本特开2006-97875号公报。
发明内容
发明所要解决的课题
但是，在更严酷的环境下所使用的活塞杆中，有时要求超过实施了镀铬情况的高耐磨损性等。例如，作业机械的液压缸在土砂及水能透入的环境下反复伸缩。因此，作为活塞杆要求高的耐磨损性及耐腐蚀性。另外，在这种环境下使用液压缸时，有时土砂所含的石粒等硬质的物体与活塞杆冲撞。因此，在活塞杆的外周面形成被膜的情况下，作为该被膜，要求对硬质物体冲撞的耐久性。
本发明的目的之一在于提供一种活塞杆，其形成有耐磨损性及耐腐蚀性优异、且对硬质物体冲撞的耐久性优异的被膜。
用于解决课题的技术方案
根据本发明的活塞杆是液压缸的活塞杆。该活塞杆具备具有棒状形状的主体部、和配置于主体部的长度方向的端部的头部。在主体部的外周面形成有被膜。被膜构成为包含以截面的面积比计56.1％以上且84.4％以下的碳化铬相，剩余部分由镍基合金相及氧化物相构成。
本发明的发明人为了提高活塞杆的耐久性，对耐磨损性及耐腐蚀性优异、且对硬质物体冲撞的耐久性优异的被膜进行了研究。其结果，得到通过包含碳化铬相和镍基合金相的被膜能够达到上述要求的见解。而且，考虑耐磨损性及耐腐蚀性、对硬质的物体的冲撞耐久性，发现通过构成为包含以截面的面积比计56.1％以上且84.4％以下的碳化铬相，剩余部分由镍基合金相及氧化物相构成，从而得到耐磨损性及耐腐蚀性优异、且对硬质物体的冲撞耐久性优异的被膜。
在本发明的活塞杆中，以覆盖主体部的外周面的方式形成被膜。该被膜包含以截面的面积比计为56.1％以上且84.4％以下的碳化铬相，剩余部分由镍基合金相及氧化物相构成。因此，根据本发明的活塞杆，可以提供形成有耐磨损性及耐腐蚀性优异、且对硬质物体的冲撞耐久性优异的被膜的活塞杆。
在上述活塞杆中，碳化铬相的面积比也可以是61.7％以上。如此地，可以使被膜的耐磨损性及耐腐蚀性更优异、且对硬质物体的冲撞耐久性更优异。
在上述活塞杆中，上述碳化铬相由碳化铬粒层叠而成，上述镍基合金相及上述氧化物相也可以填充碳化铬相的间隙。具有这种结构的被膜为耐磨损性及耐腐蚀性优异、且对硬质物体的冲撞耐久性优异的被膜。
发明的效果
如根据以上的说明所明确的那样，根据本发明的活塞杆，可以提供形成有耐磨损性及耐腐蚀性优异、且对硬质物体的冲撞耐久性优异的被膜的活塞杆。
附图说明
图1是表示液压缸的结构的概要图；
图2是表示活塞杆的表面附近的结构的概要截面图；
图3是表示活塞杆的制造方法的概要的流程图；
图4是表示碳化铬相的面积比和极限高度及硬度的关系的图；
图5是表示镍基合金相的面积比和极限高度及硬度的关系的图；
图6是表示堆焊层的截面的碳化铬相的分布的EPMA图像；
图7是表示堆焊层的截面的氧化物相的分布的EPMA图像；
图8是表示堆焊层的截面的镍基合金相的分布的EPMA图像；
图9是与被膜的表面垂直的截面的光学显微镜照片。
符号说明
1液压缸、10气缸、11主体部、11A内周面、12第一油路、13第一油导入部、14第二油导入部、15第二油路、16气缸底、16A连接孔、17气缸盖、17A内周面、20活塞杆、21主体部、21A外周面、22活塞保持部、22A外周面、23螺纹部、23A外周面、24活塞、24A外周面、24B内周面、25螺母、26接合部、27头部、27A连接孔、31第一油室、32第二油室、91基座部、91A外周面、92被膜。
具体实施方式
以下，对本发明的实施方式进行说明。需要说明的是，在以下的附图中，在相同或相当的部分标注相同的参照编号，不再重复说明。
图1表示包含本发明一实施方式的活塞杆的液压缸的结构。参照图1，液压缸1包含具有棒状、更具体而言为圆筒状形状的主体部21的活塞杆20、包含具有包围活塞杆20的主体部21的外周面21A的中空圆筒状形状的气缸主体部11的气缸10。
活塞杆20包含具有棒状形状的主体部21、配置于主体部21的长度方向一端部的作为连接部的头部27。在头部27形成有用于连接其它部件和活塞杆20的贯通孔即连接孔27A。主体部21和头部27在接合部26接合。主体部21和头部27通过例如焊接接合。接合部26是通过例如焊接形成的焊接部。
在主体部21的长度方向的另一端部形成有活塞保持部22及螺纹部23。活塞保持部22及螺纹部23与主体部21的其它区域相比，是直径小的小径部。从活塞保持部22观察，螺纹部23位于与头部27相反一侧。以与活塞保持部22的外周面22A接触的方式配置活塞24。活塞24具有中空圆筒状的形状。
活塞24以在内周面24B内与活塞保持部22的外周面22A接触的方式嵌入活塞保持部22。活塞保持部22贯通活塞24。活塞24的外周面24A与气缸主体部11的内周面11A的整个表面接触。活塞24在活塞杆20的长度方向相对于气缸主体部11的内周面11A可滑动。在螺纹部23的外周面23A形成有螺旋状的螺纹槽。在螺纹部23上螺合螺母25。通过螺母25，将活塞24固定于活塞杆20的长度方向。
气缸10包括具有中空圆筒状形状的气缸主体部11、配置于气缸主体部11的长度方向的一端部且具有中空圆筒状的形状的气缸盖17、配置于气缸主体部11的长度方向的另一端部的气缸底16。气缸底16上形成有用于连接其它部件和气缸10的贯通孔即连接孔16A。
气缸盖17的内径比气缸主体部11的内径小。气缸盖17的内周面17A与活塞杆20的主体部21的外周面21A的整个表面接触。活塞杆20的主体部21在活塞杆20的长度方向相对于气缸盖17的内周面17A可滑动。
气缸盖17的外径在气缸10的长度方向的气缸底16侧比其它区域小。气缸盖17相对于缸主体部11固定，从而使该区域的外周面和气缸主体部11的内周面11A接触。活塞杆20的主体部21贯通气缸盖17，***气缸主体部11内。
在气缸主体部11的外周面形成有规定径向贯通气缸主体部11的贯通孔即第一油路12的第一油导入部13。第一油路12是活塞杆20的主体部21的外周面21A和气缸主体部11的内周面11A的间隙，与夹持在气缸盖17和活塞24的区域即第一油室31连通。
在气缸主体部11的外周面形成有规定径向贯通气缸主体部11的贯通孔即第二油路15的第二油导入部14。第二油路15在活塞杆20的长度方向，从活塞24观察在与气缸盖17相反一侧，与被气缸主体部11的内壁面所包围的区域即第二油室32连通。
在第一油导入部13及第二油导入部14分别连接有液压软管(无图示)。由此，可以通过第一油路12及第二油路15向第一油室31及第二油室32供给工作油，从第一油室31及第二油室32排出工作油。
通过第二油路15向第二油室32供给工作油时，活塞24通过该液压以趋近于气缸盖17的方式移动。其结果是，活塞杆20的头部27和气缸10的气缸底16的距离增大，液压缸1为伸长状态。此时，第一油室31内的工作油通过第一油路12排出。
通过第一油路12向第一油室31供给工作油时，活塞24通过该液压以远离气缸盖17的方式移动。其结果是，活塞杆20的头部27和气缸10的气缸底16的距离减小，液压缸1为收缩状态。此时，第二油室32内的工作油通过第二油路15排出。
图2是放大表示与活塞杆20的主体部21的外周面21A附近的外周面21A垂直的截面的概要截面图。参照图2，在活塞杆20的主体部21形成有覆盖外周面21A的被膜92。活塞杆20的主体部21包括由钢制成的具有棒状的形状的基座部91、在基座部91的外周面91A上形成的被膜92。被膜92包含以与外周面21A垂直的截面的面积比计为56.1％以上且84.4％以下的碳化铬(Cr3C2)相，剩余部分由镍基合金相及氧化物相构成。
由此，本实施方式的活塞杆20为具有耐磨损性及耐腐蚀性优异且对硬质物体的冲撞耐久性优异的被膜92的活塞杆。
构成镍基合金相的镍基合金可以是例如含有26质量％以上且30质量％以下的钼、2质量％以上且8质量％以下的铁，剩余部分由镍及不可避免的杂质构成的合金；或者，也可以是含有13质量％以上且20质量％以下的钼、13质量％以上且18质量％以下的铬、2质量％以上且8质量％以下的铁、2质量％以上且5质量％以下的钨，剩余部分由镍及不可避免的杂质构成的合金。
构成镍基合金相的镍基合金也可以是例如含有14质量％以上且17质量％以下的铬、5质量％以上且10质量％以下的铁，剩余部分由镍及不可避免的杂质构成的合金。
构成镍基合金相的镍基合金可以是例如含有14质量％以上且17质量％以下的铬、5质量％以上且10质量％以下的铁，剩余部分由镍及不可避免的杂质构成的合金；或者，也可以是含有14质量％以上且17质量％以下的铬、5质量％以上且10质量％以下的铁，并含有选自下组中的一种以上，且剩余部分由镍及不可避免的杂质构成的合金：2质量％以上且3质量％以下的钛、0.4质量％以上且1质量％以下的铝、及铌和钽的至少任一种(铌和钽合计为0.7质量％以上且1.2质量％以下)。
构成镍基合金相的镍基合金可以是例如含有20质量％以上且23质量％以下的铬、8质量％以上且10质量％以下的钼，剩余部分由镍及不可避免的杂质构成的合金；或者，也可以是含有20质量％以上且23质量％以下的铬、8质量％以上且10质量％以下的钼，并且含有合计3质量％以上且4.5质量％以下的铌及钽的至少任一种、5质量％以下的铁，剩余部分由镍及不可避免的杂质构成的合金。
构成氧化物相的氧化物是构成镍基合金的元素的氧化物。作为构成基座部91的钢，可以采用例如机械结构用碳钢或机械结构用合金钢。构成基座部91的钢是例如JIS标准S45C。将构成基座部91的钢淬火固化。
被膜92的截面的碳化铬相的面积比也可以是61.7％以上。如此地，可以得到耐磨损性更优异且对硬质物体的冲撞耐久性优异的被膜92。
本实施方式的活塞杆20适合作为在土砂及水存在的环境下中使用的液压缸的活塞杆。活塞杆20适合作为例如用于驱动自卸车转向杆、自卸车悬架、液压挖掘机铲斗等的作业机械用液压缸的活塞杆。
接着，对本实施方式的活塞杆20的制造方法，说明其一例。图3是表示活塞杆的制造方法的概要的流程图。参照图3，在本实施方式的活塞杆20的制造方法中，首先，作为工序(S10)实施原料准备工序。在该工序(S10)中，例如作为原料准备机械结构用碳钢即S45C的棒材。
接着，作为工序(S20)实施切削加工工序。在该工序(S20)中，对在工序(S10)中准备的棒材进行切削加工。具体而言，参照图1，将所准备的棒材切断成适于活塞杆20的主体部21的长度。在主体部21的一端部形成有活塞保持部22及螺纹部23。
接着，作为工序(S30)实施头部接合工序。在该工序(S30)中，在工序(S20)中与形成有活塞保持部22及螺纹部23侧相反一侧的主体部21的端部通过例如焊接接合另外准备的头部27。
接着，作为工序(S40)实施淬火固化工序。在该工序(S40)中，对在工序(S30)中接合了头部27的主体部21实施淬火固化处理。淬火固化处理例如可以通过高频淬火实施。实施了淬火固化处理后，以适当的温度实施回火处理。由此，得到调整为适当的硬度的主体部21。
接着，作为工序(S50)实施底切工序。在该工序(S50)中，通过切削去除包含与后述工序(S70)中形成有被膜92的区域对应的主体部21的外周面21A部分，该区域的主体部21的直径小径化。该工序(S50)不是必须的工序，但通过实施该工序，容易调整喷镀后的主体部21的直径。
接着，作为工序(S60)实施抛丸工序。在该工序(S60)中，在与后述工序(S70)中形成有被膜92的区域对应的主体部21的外周面21A实施抛丸处理。由此，主体部21的外周面21A的表面粗糙度增加。该工序(S60)不是必须的工序，但通过实施该工序，可以抑制在后述工序(S70)中通过喷镀形成的被膜92从基座部91剥离。
接着，作为工序(S70)实施喷镀工序。在该工序(S70)中，通过实施喷镀，以覆盖主体部21的外周面21A(基座部91的外周面91A)的方式形成被膜92。喷镀可以通过例如HVOF(High Velocity Oxygen Fuel)喷镀实施。
作为喷镀材料，可以使用在碳化铬粉末中添加上述镍基合金作为粘合剂而制作的粉末(喷镀粉末)。喷镀粉末中可以添加15.9质量％以上且68.6质量％以下的上述镍基合金。
作为喷镀粉末，可以采用含有15.9质量％以上且68.6质量％以下的上述镍基合金，剩余部分由碳化铬构成的粉末。通过使用该喷镀粉末实施HVOF喷镀，形成包含碳化铬和镍基合金、且镍基合金的一部分被氧化的作为喷镀膜的被膜92。
被膜92以覆盖外周面21A的方式形成，所述被膜92包含以与外周面21A垂直的截面的面积比计56.1％以上且84.4％以下的碳化铬(Cr3C2)相，剩余部分由镍基合金相及氧化物相构成。HVOF喷镀的框架优选为还原框架(包含完全燃烧的状态)。由此，容易将氧化物相的面积比设为适当的范围(16.2％以下)。
接着，作为工序(S80)实施平滑化工序。在该工序(S80)中，工序(S70)中形成的被膜92的表面被平滑化。例如对被膜92实施磨削加工及超精加工。磨削加工例如使用金刚石砂轮(金刚石粒配置于磨削面的磨削砂轮)实施。另外，超精加工例如可以使用金刚石膜(金刚石粒配置于表面研磨膜)实施。
接着，作为工序(S90)实施封孔处理工序。在该工序(S90)中，实施工序(S80)中表面被平滑化的被膜92的封孔处理。封孔处理可以使用例如由无机系高分子构成的封孔剂实施。作为无机系高分子，可以采用例如烷氧基硅烷聚合物。
然后，参照图1，将活塞24安装在活塞保持部22，通过螺母25将其固定，由此完成本实施方式的活塞杆20。另外，通过将该活塞杆20与另外准备的气缸10组合，可以得到本实施方式的液压缸1。
实施例1
通过与上述实施方式说明的制造方法同样的方法形成被膜，进行调查其耐久性的实验。实验的顺序如下所述。准备由S45C构成的基座部件，所述S45C具有纵50mm、横10mm的长方形形状的表面，实施淬火处理及回火处理而将该表面的硬度调整为50HRC以上。表面的粗糙度为3.2s。而且，在该表面上以与上述实施方式的工序(S70)同样的顺序，通过HVOF喷镀形成被膜，作为样品。
喷镀粉末所包含的镍基合金采用含有13质量％以上且20质量％以下的钼、13质量％以上且18质量％以下的铬、2质量％以上且8质量％以下的铁、2质量％以上且5质量％以下的钨，剩余部分由镍及不可避免的杂质构成的合金。
镍基合金的比率为15.9质量％、26.5质量％、31.8质量％、37.1质量％、52.8质量％及68.6质量％(实施例A、B、C、D、E及F)。
为了比较，准备在同样的基座部件的表面通过镀铬形成了被膜的样品。被膜的厚度为40μm、100μm及200μm(比较例A、B及C)。以使被膜的表面相对于铅直方向45°倾斜的方式固定上述实施例及比较例的样品，以与该表面冲撞的方式使直径20mm的钢球自由落下，调查在被膜上没产生破裂或变形的极限的落下高度(极限高度)。
对于实施例的样品，在与表面垂直的面切断被膜，调查截面的碳化铬(Cr3C2)相、氧化物相、镍(Ni)基合金相的面积比，并且测定被膜的硬度(显微维氏硬度)。实验结果表示表1及图4～图8。
[表1]
图4中，横轴表示碳化铬相的面积比。图5中，横轴表示镍基合金相的面积比。另外，图4及图5中，纵轴表示极限高度及硬度。
图4及图5的虚线表示形成40μm、100μm及200μm的厚度的镀铬的比较例A、B及C的极限高度。参照图4、图5及表1，极限高度随着碳化铬相的面积比增加、镍基合金相的面积比降低而增加。
另一方面，在实施了镀铬的比较例中，随着镀铬的厚度增加，极限高度增加。厚度200μm的镀铬相当于厚镀铬。在实施例A～F的任一例中，都得到比相当于厚镀铬的比较例C高的极限高度。
另外，参照图4，碳化铬相的面积比小于56.1％时，认为极限高度比厚镀铬低。
因此，为了得到厚镀铬以上的极限高度，碳化铬相的面积比可以说应该为56.1％以上(镍基合金相的面积比为37.6％以下，参照图5)。
另一方面，因喷镀粉末的粘合剂即镍基合金的比率过小，难以进行喷镀粉末的制造，所以难以使碳化铬相的面积比大于84.4％。因此，可以说碳化铬相的面积为84.4％以下(镍基合金相的面积比为10.4％以上)是妥当的。
另外，参照图4及图5，可知通过将碳化铬相的面积比设为61.7％以上(镍基合金相的面积比为16.2％以下)，得到相对于厚镀铬明确高的极限高度，并且得到更高的硬度。
图6、图7及图8是使与实施例B的被膜的表面垂直的截面的EPMA(Electron ProbeMicro Analysis)像黑白二值化的图。图6中能看到白色的部分对应于碳化铬相，在图7中看到白色的部分对应于氧化物相，图8中看到黑色的部分对应于镍基合金相。参照图6～图8，被膜为镍基合金相及氧化物相填充碳化铬相的间隙的结构。
图9是与实施例B的被膜的表面垂直的截面的光学显微镜照片。参照图9，在被膜中，碳化铬相α由碳化铬粒致密地层叠构成，镍基合金相β及氧化物相γ填充碳化铬相α的间隙。
这是因为通过喷镀，喷镀粉末所含有的碳化铬粒保持其形状并附着于基座部件的表面构成碳化铬相，并且软化的镍基合金填充碳化铬相的间隙时，其一部分和氧反应成为氧化物相。具有这种结构的被膜的耐磨损性及耐腐蚀性优异、且对硬质物体的冲撞的耐久性优异。
实施例2
利用和在上述实施方式中说明的制造方法同样的方法制作形成被膜的样品，进行确认其耐腐蚀性的实验。具体而言，在与上述实施例1的实施例B同样的条件下，通过进行喷镀形成被膜，实施CASS试验(CASS test，copper-accelerated acetic acid salt spraytest)，调查至锈产生为止的时间(锈产生时间)(实施例)。为了比较，对于镀铬(被膜的厚度40μm)，也在相同的条件下实施CASS试验(比较例)。实验的结果示于表2。
[表2]
参照表2，在比较例的样品中经过50小时后产生了锈。实施例的样品上即使经过324小时后，也未产生锈。实施例的锈产生时间至少是比较例的6倍以上。
由此，确认了形成于本发明的活塞杆的被膜不仅耐磨损性优异、且对硬质物体的冲撞的耐久性优异，而且与镀铬相比在耐腐蚀性上也明显优异。
实施例3
在变更构成被膜的镍基合金相组成的情况下，进行了确认被膜耐久性的实验。具体而言，在与上述实施例2同样的方法中，将镍基合金变更为含有20质量％以上且23质量％以下的铬、8质量％以上且10质量％以下的钼，并含有合计3质量％以上且4.5质量％以下的铌及钽的至少任一种、5质量％以下的铁，剩余部分由镍及不可避免的杂质构成的合金，测定被膜的硬度，并在与实施例2同样的条件下供CASS试验。
其结果是，被膜的硬度与实施例1的情况同等。另外，对于本实施例的样品，经过324小时也不产生锈。因此，确认了即使在变更镍基合金相的组成的情况下，也得到具有同等的耐久性的被膜。
此次公开的实施方式及实施例在所有方面都是例示，应该理解为不从任何方面限制。本发明的范围并不是上述的说明，而是包含由权利要求范围规定，和与权利要求范围均等的意思及范围内的全部的变更。
工业实用性
本发明的活塞杆特别能够有利地适用于除耐磨损性、耐腐蚀性外在会和硬质的物体的冲撞的环境下使用的活塞杆。

Claims (3)

1.一种液压缸的活塞杆，该活塞杆具备：
主体部，所述主体部具有棒状的形状；
头部，所述头部配置于所述主体部的长度方向的端部，
在所述主体部的外周面形成有被膜，
所述被膜包含以截面的面积比计为56.1％以上且84.4％以下的碳化铬相，
剩余部分由镍基合金相及氧化物相构成。
2.根据权利要求1所述的活塞杆，其中，所述碳化铬相的面积比为61.7％以上。
3.根据权利要求1或2所述的活塞杆，其中，
所述碳化铬相由碳化铬粒层叠而成，
所述碳化铬相的间隙填充有所述镍基合金相及所述氧化物相。
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