CN107584109A - 一种汽车减震器导向器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种汽车减震器导向器及其制备方法，属于粉末冶金技术领域。本发明的汽车减震器导向器由以下质量百分比的原料烧结而成：胶体石墨粉1.2‑2.0％、铜粉3.5‑4.5％、镍粉0.5‑3％、硅粉4‑6％、Al₂O₃粉2.5‑5.0％、铋锰铁合金粉1.5‑3.0％、钛粉2.5‑3.0％、硬脂酸锌0.1‑0.5％，余量为铁粉。本发明制得的汽车减震器导向器具有强度高、韧性好、耐磨的优点。

Description

一种汽车减震器导向器及其制备方法

技术领域

本发明属于粉末冶金技术领域，涉及一种汽车减震器导向器及其制备方法。

背景技术

减震器是汽车使用过程中的易损配件，主要作用是当车身和车桥或车轮和车身之间受振动出现相对运动时，减震器通过其内部活塞的上下移动使其中的压力油反复地从减震器工作缸经过不同的节流孔流入减震器储油缸内。此时孔壁与液压油之间的摩擦和液压油分子间的内摩擦对振动形成阻尼力，使汽车振动能量转化为油液热能，再由减震器吸收散发到大气中。减震器的好坏直接影响汽车行驶的平稳性和其它机件的寿命。

减震器上装配有导向器，作用是对滑动安装在减震器工作缸中的活塞杆起导向作用，保证活塞在运行过程中的平顺性，以及在活塞运动过程中通过导向器的过油孔将多余的减震器油输送到储油缸中，保证工作缸与储油缸的连通。由于减震器导向器处在一个不断震动的环境中，需要多次往返运动，因此需要有较好的强度、韧性和耐磨性。现有公开号为CN102335744公开了一种汽车减震器导向器生产工艺，其通过混料、压制、烧结、精整、发蓝来获得减震器导向器，该工艺通过采用粉末冶金一体成型的方式制备减震器导向器，能提高工作效率，但其强度和耐磨性没有提高。公开号为CN101386073公开了一种粉末冶金导向器的制造方法，其通过在配方中增加还原铁粉来提高产品密度，此种方式不仅增加了产品的成本并且对常规的粉末冶金工艺未做改进。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种强度高、韧性好、耐磨的汽车减震器导向器。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种汽车减震器导向器，所述汽车减震器导向器由以下质量百分比的原料烧结而成：胶体石墨粉1.2-2.0％、铜粉3.5-4.5％、镍粉0.5-3％、硅粉4-6％、Al₂O₃粉2.5-5.0％、铋锰铁合金粉1.5-3.0％、钛粉2.5-3.0％、硬脂酸锌0.1-0.5％，余量为铁粉。

本发明合理配伍汽车减震器导向器的原料组分及其质量百分比，使制得的导向器具有优异的强度、韧性及耐磨性，更能适应减震器震动的环境，延长了使用寿命。在本发明中，适量的胶体石墨在压制和烧结过程中提供了良好的润滑作用，使得压制和烧结更容易进行，且在烧结后一部分胶体石墨和铁粉形成渗碳体这一高硬度相，从而提高产品的综合性能。铜粉在铁粉中有一定的溶解度，在烧结体中具有固溶强化作用，添加适量的铜粉可以提高产品的韧性和强度，但是过多的Cu会使合金的凝固区间变宽，容易产生烧结缺陷。适量的Ni和Fe形成具有弥散强化作用的耐热相Al₉FeNi，能阻止高温下的位错攀移，有效提高产品的抗拉强度耐热性能，但是过量的Ni会降低产品的耐蚀性。Al₂O₃具有较高的强度和硬度，烧结后作为摩擦组元镶嵌在烧结体中，形成硬质点突出的固相夹杂，强化了烧结体，在导向器使用的摩擦过程中消耗大量的能量，保证摩擦表面适当啮合，有效降低产品的粘着磨损和犁削磨损，使产品表面产生较小的擦伤和磨损；随着Al₂O₃含量增加，产品的摩擦因数增加，但是Al₂O₃含量过高，会增加产品使用时表面啮合面积，使粘着磨损和犁削磨损程度变得剧烈，显著增大磨损量，并且大大削弱基体中金属颗粒的联结，影响材料成形性和烧结过程中的致密化，降低材料的力学强度和疲劳性能。适量铋的加入有促进压制、细化晶粒、提高产品韧性、抗冲击力，以及提高润滑、降低摩擦损耗的作用，还能与硅产生协同作用促进烧结。适量的铋与Al₂O₃配合使用，使产品的摩擦系数保持在适当的范围内，减少使用时因摩擦产生的热量。但是铋的含量过高，会降低产品的抗拉强度、伸长度及硬度等性能。由于铋熔点较低，单独加入进行烧结容易产生烧损，造成浪费和污染，增加成本，因此本发明将铋以合金粉的形式加入，由于合金粉中含有大量的熔点比纯铋高的BiMn化合物，可降低铋元素的烧损，提高收率。Ti与C在基体组织中形成弥散分布的TiC相，与铋一起起到良好的晶粒细化作用，还具有有抗细化衰退作用。

作为优选，铋锰铁合金粉中各元素的质量百分比为：铋30-50％，锰20-30％，余量为铁。

本发明的铋锰铁合金粉中铋的含量较锰含量高，因此在烧结后，铋除了以BiMn合金的形式存在于烧结体组织当中，还有一定量的纯铋均匀地分散在烧结体组织当中，由于铋熔点较低，在摩擦时会熔融渗出起润滑作用，从而起到降低摩擦的作用。

作为优选，所述铜粉、镍粉、硅粉、铋锰铁合金粉、钛粉、铁粉的粒度均为30-60μm。

在相同的压制力作用和烧结条件下，原料粉末越细，越容易填充粉末之间堆积而成的孔隙，从而增加烧结体的致密度，使产品具有良好的性能；但是粒度过小，原料粉末过细，流动性差，颗粒间容易形成搭桥孔洞，搭桥和相互粘附，妨碍了颗粒相互移动，压制和烧结时容易在坯体内部和表面形成过多孔洞，反而会降低烧结体的致密度，降低产品性能。

作为优选，所述Al₂O₃粉的粒度为10-20μm。

Al₂O₃粒度较金属粉末粒度小，可填充在金属粉末形成的孔隙之间，进一步提高原料粉的松装密度，较小的Al₂O₃粒度提高了产品表面光滑度，减小了摩擦系数，降低了摩擦损耗；但是粒度过小，不利于分散和烧结。

本申请的另一目的在于提供一种汽车减震器导向器的制备方法，所述的制备方法包括以下步骤：

S1、混料，将各原料按比例混合均匀，得到混匀后的原料粉；

S2、压制，将混匀后的原料粉在40-45T/cm²的压力下压制成生坯；

S3、烧结，将生坯置于烧结炉中，抽真空至10^-3-10^-2Pa，充保护气体至10-500Pa进行烧结，先将温度以2-3℃/min的速率升至550-650℃烧结2.5-4h，再以6-8℃/min的速率升至1030-1050℃烧结2.5-3h，然后冷却得到烧结好的熟坯；

S4、将熟坯进行浸油、精整、检验和包装，得到汽车减震器导向器。

本发明将烧结过程的压力设置在10-500Pa，防止在高真空环境下(小于10Pa)低蒸汽压元素铋的损失。本发明在烧结过程中先以较低的升温速率升至550-650℃进行烧结，较低的升温速率有助于生坯中的各组分充分反应融合，形成适量的强化相，并有助于烧结体中晶粒的初步生长，然后再以较快的升温速率升至1030-1050℃进行烧结，此时较快的升温速率有助于晶粒的细化，防止晶粒过度生长，从而得到性能较好的烧结体。在保护气氛下，烧结温度大于1050℃，达到了过烧状态，会造成产品晶粒粗大，致密度下降，内部缺陷增多的问题，从而导致产品力学性能大幅降低。

作为优选，所述步骤S1中混料的转速为18-25转/min，混合时间均为100-150min。

混料时混料机的回转速度和混合时间是影响混合均匀度的重要因素，理论上较大的转速可以缩短混合时间，但是转速过大会导致离心力太大，原料粉末附着在混料机内壁上，随同混料机一起回转，降低混合均匀性。

作为优选，所述混料的过程为，先将胶体石墨粉、铜粉、镍粉、硅粉、Al₂O₃粉、铋锰铁合金粉和硬脂酸锌按比例加入到1/3重量的铁粉中混匀，再加入另外2/3重量的铁粉混匀，得到混匀后的原料粉。

由于铁粉量较大，将所有物料一次性混合较难混匀，因此本发明先将少量的铁粉与其它原料粉一起混匀，然后再与剩下的铁粉一起混合，大大提高了混合效率，减少了混合时间。

作为优选，所述步骤S1中混匀后的原料粉的松装密度为3.5-4.0g/cm³，振实密度为4.5-5.0g/cm³。

原料粉的松装密度和振实密度对压制成形、烧结过程及产品的性能都有重要的影响，在本发明中，松装密度和振实密度过小，则说明原料粉之间的粘附力较小，孔隙较多或较大，不易烧结，且会导致烧结体的硬度和韧性等性能较差，松装密度和振实密度过大，烧结体脆性较大，摩擦性能较差。

作为优选，所述步骤S3中的保护气体为N₂和Ar的混合气体，N₂和Ar的体积比为(67-75):(25-33)。

本发明中的生坯在上述比例范围的N₂和Ar混合气体保护下进行烧结能有效促使生坯在较低的温度下提高产品的致密化程度，降低烧结温度，提高烧结体孔隙的细密度、圆滑性和分布均匀性，并具有细化晶粒的作用，从而提高产品的强度、韧性、拉伸性等性能。在适量的N₂气氛中，原料中的硅元素与N₂发生反应生成硬质相Si₃N₄，弥散分布在烧结体中，与其它强化相一起，起强化作用，增强产品抗冲击性能、高温性能和减少产品磨损的作用，但是N₂含量过高生成过多Si₃N₄，会增大烧结体脆性，降低韧性，反而会降低产品的整体性能。

作为优选，所述步骤S3中冷却的过程为，先以8-10℃/min的速率冷却到870-900℃，保温20-30min，然后以30-50℃/min的速率冷却到300-350℃，再置于空气中自然冷却至室温。

本发明在冷却过程中，先以较低的降温速率冷却到870-900℃，目的是使烧结过程中产生的大量奥氏体在下一阶段更快的冷却到奥氏体分解温度，此时熟坯内部的组织结构还未发生变化，较低的降温速率可防止烧结过程中生成的细化晶粒发生变化；然后进入快速冷却阶段，熟坯内部组织由奥氏体分解为珠光体，此时较快的冷却速度(30-50℃/min)有助于形成细小珠光体组织，冷却到300-350℃时，珠光体基本全部形成，再以自然冷却的方式冷却至室温，可降低能耗，且不会对产品结构造成影响。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明在现有技术的基础上合理配伍了汽车减震器导向器的原料组分及其质量百分比，并通过特定的烧结方法制成，使烧结体内部组织具有良好的微观形态，从而使制成的导向器具有优异的强度、韧性及耐磨性能。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

下面通过具体实施例1-17对本发明中汽车减震器导向器的原料和制备方法作进一步解释。

实施例1-6

实施例1-6中的汽车减震器导向器由以下质量百分比的原料烧结而成：胶体石墨粉1.2-2.0％、铜粉3.5-4.5％、镍粉0.5-3％、硅粉4-6％、Al₂O₃粉2.5-5.0％、铋锰铁合金粉1.5-3.0％、钛粉2.5-3.0％、硬脂酸锌0.1-0.5％，余量为铁粉。铋锰铁合金粉中各元素的质量百分比为：铋30-50％，锰20-30％，余量为铁。铜粉、镍粉、硅粉、铋锰铁合金粉、钛粉的粒度均为30-60μm。Al₂O₃粉的粒度为10-20μm。

实施例1-6中各原料的质量百分比如表1所示，铋锰铁合金粉中各元素的质量百分比如表2所示，各原料的粒度如表3所示。

表1：实施例1-6中各原料的质量百分比

表2：实施例1-6中铋锰铁合金粉中各元素的质量百分比

表3：实施例1-6中各原料的粒度

实施例7

本实施例中汽车减震器导向器的制备方法包括以下步骤：

(1)混料，按实施例3中原料的质量百分比进行配料，先将胶体石墨粉、铜粉、镍粉、硅粉、Al₂O₃粉、铋锰铁合金粉和硬脂酸锌按比例加入到1/3重量的铁粉中，以18转/min的转速混合60min，再加入另外2/3重量的铁粉，以18转/min的转速混合90min，得到混匀后的原料粉，混匀后的原料粉的松装密度为3.5g/cm³，振实密度为4.5g/cm³。

(2)压制，将混匀后的原料粉在40T/cm²的压力下压制成生坯；

(3)烧结，将生坯置于烧结炉中，抽真空至10^-3Pa，充保护气体至10Pa进行烧结，先将温度以2℃/min的速率升至550℃烧结4h，再以6℃/min的速率升至1030℃烧结3h，然后先以8℃/min的速率冷却到900℃，保温20min，然后以30℃/min的速率冷却到350℃，再置于空气中自然冷却至室温，得到烧结好的熟坯；保护气体为N₂和Ar的混合气体，N₂和Ar的体积比为75:25；

(4)将熟坯进行浸油、精整、检验和包装，得到汽车减震器导向器。

实施例8

本实施例中汽车减震器导向器的制备方法包括以下步骤：

(1)混料，按实施例3中原料的质量百分比进行配料，先将胶体石墨粉、铜粉、镍粉、硅粉、Al₂O₃粉、铋锰铁合金粉和硬脂酸锌按比例加入到1/3重量的铁粉中，以19转/min的转速混合55min，再加入另外2/3重量的铁粉，以19转/min的转速混合85min，得到混匀后的原料粉，混匀后的原料粉的松装密度为3.6g/cm³，振实密度为4.6g/cm³。

(2)压制，将混匀后的原料粉在41T/cm²的压力下压制成生坯；

(3)烧结，将生坯置于烧结炉中，抽真空至10^-3-10^-2Pa，充保护气体至100Pa进行烧结，先将温度以2℃/min的速率升至580℃烧结3.5h，再以6.5℃/min的速率升至1030℃烧结3h，然后先以8℃/min的速率冷却到900℃，保温20min，然后以35℃/min的速率冷却到350℃，再置于空气中自然冷却至室温，得到烧结好的熟坯；保护气体为N₂和Ar的混合气体，N₂和Ar的体积比为72:28；

(4)将熟坯进行浸油、精整、检验和包装，得到汽车减震器导向器。

实施例9

本实施例中汽车减震器导向器的制备方法包括以下步骤：

(1)混料，按实施例3中原料的质量百分比进行配料，先将胶体石墨粉、铜粉、镍粉、硅粉、Al₂O₃粉、铋锰铁合金粉和硬脂酸锌按比例加入到1/3重量的铁粉中，以20转/min的转速混合50min，再加入另外2/3重量的铁粉，以20转/min的转速混合80min，得到混匀后的原料粉，混匀后的原料粉的松装密度为3.7g/cm³，振实密度为4.7g/cm³。

(2)压制，将混匀后的原料粉在42T/cm²的压力下压制成生坯；

(3)烧结，将生坯置于烧结炉中，抽真空至10^-3-10^-2Pa，充保护气体至200Pa进行烧结，先将温度以2.5℃/min的速率升至600℃烧结3.5h，再以7℃/min的速率升至1040℃烧结2.8h，然后先以9℃/min的速率冷却到880℃，保温25min，然后以40℃/min的速率冷却到330℃，再置于空气中自然冷却至室温，得到烧结好的熟坯；保护气体为N₂和Ar的混合气体，N₂和Ar的体积比为72:28；

(4)将熟坯进行浸油、精整、检验和包装，得到汽车减震器导向器。

实施例10

本实施例中汽车减震器导向器的制备方法包括以下步骤：

(1)混料，按实施例3中原料的质量百分比进行配料，先将胶体石墨粉、铜粉、镍粉、硅粉、Al₂O₃粉、铋锰铁合金粉和硬脂酸锌按比例加入到1/3重量的铁粉中，以22转/min的转速混合50min，再加入另外2/3重量的铁粉，以22转/min的转速混合75min，得到混匀后的原料粉，混匀后的原料粉的松装密度为3.8g/cm³，振实密度为4.8g/cm³。

(2)压制，将混匀后的原料粉在43T/cm²的压力下压制成生坯；

(3)烧结，将生坯置于烧结炉中，抽真空至10^-3-10^-2Pa，充保护气体至300Pa进行烧结，先将温度以2.5℃/min的速率升至600℃烧结3h，再以7.5℃/min的速率升至1040℃烧结2.8h，然后先以8℃/min的速率冷却到880℃，保温25min，然后以40℃/min的速率冷却到320℃，再置于空气中自然冷却至室温，得到烧结好的熟坯；保护气体为N₂和Ar的混合气体，N₂和Ar的体积比为70:30；

(4)将熟坯进行浸油、精整、检验和包装，得到汽车减震器导向器。

实施例11

本实施例中汽车减震器导向器的制备方法包括以下步骤：

(1)混料，按实施例3中原料的质量百分比进行配料，先将胶体石墨粉、铜粉、镍粉、硅粉、Al₂O₃粉、铋锰铁合金粉和硬脂酸锌按比例加入到1/3重量的铁粉中，以23转/min的转速混合45min，再加入另外2/3重量的铁粉，以23转/min的转速混合70min，得到混匀后的原料粉，混匀后的原料粉的松装密度为3.9g/cm³，振实密度为4.9g/cm³。

(2)压制，将混匀后的原料粉在44T/cm²的压力下压制成生坯；

(3)烧结，将生坯置于烧结炉中，抽真空至10^-3-10^-2Pa，充保护气体至400Pa进行烧结，先将温度以3℃/min的速率升至630℃烧结3h，再以7.5℃/min的速率升至1050℃烧结2.5h，然后先以10℃/min的速率冷却到870℃，保温30min，然后以45℃/min的速率冷却到320℃，再置于空气中自然冷却至室温，得到烧结好的熟坯；保护气体为N₂和Ar的混合气体，N₂和Ar的体积比为70:30；

(4)将熟坯进行浸油、精整、检验和包装，得到汽车减震器导向器。

实施例12

本实施例中汽车减震器导向器的制备方法包括以下步骤：

(1)混料，按实施例3中原料的质量百分比进行配料，先将胶体石墨粉、铜粉、镍粉、硅粉、Al₂O₃粉、铋锰铁合金粉和硬脂酸锌按比例加入到1/3重量的铁粉中，以25转/min的转速混合40min，再加入另外2/3重量的铁粉，以25转/min的转速混合60min，得到混匀后的原料粉，混匀后的原料粉的松装密度为4.0g/cm³，振实密度为5.0g/cm³。

(2)压制，将混匀后的原料粉在45T/cm²的压力下压制成生坯；

(3)烧结，将生坯置于烧结炉中，抽真空至10^-3-10^-2Pa，充保护气体至500Pa进行烧结，先将温度以3℃/min的速率升至650℃烧结2.5h，再以8℃/min的速率升至1050℃烧结2.5h，然后先以10℃/min的速率冷却到870℃，保温30min，然后以50℃/min的速率冷却到300℃，再置于空气中自然冷却至室温，得到烧结好的熟坯；保护气体为N₂和Ar的混合气体，N₂和Ar的体积比为67:33；

(4)将熟坯进行浸油、精整、检验和包装，得到汽车减震器导向器。

实施例13-17

分别按实施例1、2、4、5、6中原料的质量百分比进行配料，按实施例7中的制备方法进行制备。

对比例1

现有技术中普通市售的汽车减震器导向器。

对比例2

采用普通合金粉末通过本发明实施例9中的制备方法制得汽车减震器导向器。

对比例3

采用本发明实施例3中汽车减震器导向器的原料通过普通粉末冶金制备得汽车减震器导向器。

将本发明实施例7-17、对比例1-3中制得的汽车减震器导向器的性能进行比较，结果如表4所示。

表4：实施例7-17、对比例1-3中制得的汽车减震器导向器的性能

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (9)

1.一种汽车减震器导向器，其特征在于，所述汽车减震器导向器由以下质量百分比的原料烧结而成：胶体石墨粉1.2-2.0％、铜粉3.5-4.5％、镍粉0.5-3％、硅粉4-6％、Al₂O₃粉2.5-5.0％、铋锰铁合金粉1.5-3.0％、钛粉2.5-3.0％、硬脂酸锌0.1-0.5％，余量为铁粉。

2.根据权利要求1所述的汽车减震器导向器，其特征在于，铋锰铁合金粉中各元素的质量百分比为：铋30-50％，锰20-30％，余量为铁。

3.根据权利要求1所述的汽车减震器导向器，其特征在于，所述铜粉、镍粉、硅粉、铋锰铁合金粉、钛粉、铁粉的粒度为30-60μm。

4.根据权利要求1所述的汽车减震器导向器，其特征在于，所述Al₂O₃粉的粒度为10-20μm。

5.一种如权利要求1-4任一权利要求所述的汽车减震器导向器的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括以下步骤：

S1、混料，将各原料按比例混合均匀，得到混匀后的原料粉；

S2、压制，将混匀后的原料粉在40-45T/cm2的压力下压制成生坯；

S3、烧结，将生坯置于烧结炉中，抽真空至10^-3-10^-2Pa，充保护气体至10-500Pa进行烧结，先将温度以2-3℃/min的速率升至550-650℃烧结2.5-4h，再以6-8℃/min的速率升至1030-1050℃烧结2.5-3h，然后冷却得到烧结好的熟坯；

S4、将熟坯进行浸油、精整、检验和包装，得到汽车减震器导向器。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中混料的转速为18-25转/min，混合时间均为100-150min。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中混匀后的原料粉的松装密度为3.5-4.0g/cm³，振实密度为4.5-5.0g/cm³。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中的保护气体为N₂和Ar的混合气体，N₂和Ar的体积比为(67-75):(25-33)。

9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中冷却的过程为，先以8-10℃/min的速率冷却到870-900℃，保温20-30min，然后以30-50℃/min的速率冷却到300-350℃，再置于空气中自然冷却至室温。