專利名稱：復(fù)合強(qiáng)化彈簧的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種彈簧的制造方法，特別是在普通金屬彈簧表面電沉積復(fù)合強(qiáng)化層結(jié)構(gòu)的彈簧。
背景技術(shù)：
隨著汽車、動(dòng)力機(jī)械等工業(yè)的發(fā)展，對(duì)汽車懸架彈簧和發(fā)動(dòng)機(jī)氣門彈簧提出了高應(yīng)力、輕量化、長(zhǎng)壽命的技術(shù)要求，抗疲勞制造技術(shù)成為彈簧制造的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。目前業(yè)界主要通過開發(fā)高強(qiáng)度彈簧鋼、噴丸強(qiáng)化技術(shù)、滲氮強(qiáng)化技術(shù)提高彈簧的疲勞性能。近年來，氣門簧的表面氮化強(qiáng)化處理開始應(yīng)用，它是一種表面化學(xué)熱處理工藝，利用表面金屬的化學(xué)成分和組織的變化提高材料的表面硬度，并形成較高的壓應(yīng)力，從而提高零件的疲勞強(qiáng)度。但氮化工藝也存在一些問題，需要一定的高溫條件，會(huì)導(dǎo)致彈簧心部硬度降低，影響彈簧的抗松弛性能，還要解決環(huán)保排放及成本較高問題。噴丸強(qiáng)化技術(shù)是目前常用的一種彈簧強(qiáng)化技術(shù)，彈簧噴丸強(qiáng)化層是一層循環(huán)應(yīng)變硬化層，其層內(nèi)呈殘余壓應(yīng)力狀態(tài)，顯著提高彈簧的疲勞壽命，但對(duì)于彈簧圈距較小的彈簧，如氣門彈簧，由于丸粒進(jìn)入彈簧內(nèi)側(cè)受阻，彈簧內(nèi)側(cè)噴丸強(qiáng)化不足，噴丸產(chǎn)生的壓應(yīng)力較小；因此彈簧的噴丸強(qiáng)化技術(shù)還存在一定的局限性。并且經(jīng)過噴丸處理的彈簧表面仍有微裂紋、劃痕，以及彈簧鋼近表面的夾渣缺陷，存在潛在的危險(xiǎn)疲勞源；國產(chǎn)彈簧一般經(jīng)過 1.0X107次疲勞試驗(yàn)就發(fā)生斷裂，與國外3. 0X107次疲勞試驗(yàn)不發(fā)生斷裂的技術(shù)水平相差較遠(yuǎn)，進(jìn)口國外優(yōu)質(zhì)的彈簧鋼，價(jià)格昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中彈簧的抗疲勞強(qiáng)度不足以及表面的潛在危險(xiǎn)疲勞源缺陷、降低彈簧的生產(chǎn)成本，本發(fā)明提出了在金屬彈簧表面附著復(fù)合強(qiáng)化層的技術(shù)方案，有效地提高了彈簧的疲勞強(qiáng)度和降低了生產(chǎn)成本。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種復(fù)合強(qiáng)化彈簧的制造方法，該方法是將金屬彈簧在微粒材料與鉻基溶液或鎳基溶液的混合物中進(jìn)行電沉積，在金屬彈簧表面形成復(fù)合強(qiáng)化層。進(jìn)一步，本發(fā)明所述的金屬彈簧在進(jìn)行電沉積前先最好進(jìn)行噴丸強(qiáng)化，使彈簧表層的形成循環(huán)應(yīng)變硬化層結(jié)構(gòu)，其層內(nèi)呈殘余壓應(yīng)力狀態(tài)，顯著提高彈簧的疲勞壽命。所述的微粒材料為金剛砂、碳化硅、三氧化二鋁、氧化鈦、氧化硼中一種，上述微粒材料的粒徑范圍在0. 1納米-300納米之間。具體而言，本發(fā)明所述的電沉積工藝是在40-80攝氏度的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。微粒材料占鉻基溶液或鎳基溶液與微粒材料混合溶液的重量的30% -50%。所述的復(fù)合強(qiáng)化彈簧的制造方法，所述的彈簧為螺旋彈簧，如發(fā)動(dòng)機(jī)氣門彈簧或汽車懸架彈簧，通過復(fù)合強(qiáng)化工藝處理，其抗疲勞性能得到顯著增強(qiáng)。所述彈簧的線材截面可為圓形或橢圓形或梯形或三角形或多邊形。本發(fā)明由于采用了上述的技術(shù)方案，通過在彈簧表面沉積了復(fù)合強(qiáng)化層，復(fù)合強(qiáng)化層具有金屬的特征，又具有較高的硬度的強(qiáng)度，硬而不脆；而且復(fù)合強(qiáng)化層的電沉積，解決了彈簧內(nèi)壁噴丸盲區(qū)的困難，微粒填充了微裂紋和劃痕，消除或減少了彈簧的疲勞源，使得彈簧大大降低或消除了彈簧表面的疲勞危險(xiǎn)缺陷，顯著提高彈簧的疲勞強(qiáng)度，使彈簧的疲勞壽命提高一倍以上，同時(shí)提高了彈簧的耐腐蝕性，有效降低了彈簧的成本。


1、本發(fā)明所述復(fù)合強(qiáng)化氣門彈簧的示意圖。2、本發(fā)明所述復(fù)合強(qiáng)化氣門彈簧沿A-A、向剖面所得到的線材截面的放大示意圖。
具體實(shí)施例方式為了進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)效果，結(jié)合具體的實(shí)施例來對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的闡述。實(shí)施例1 用金剛砂微?；旌铣练e制得的復(fù)合強(qiáng)化氣門彈簧1，如圖1、圖2所示取普通的鋼質(zhì)氣門彈簧，經(jīng)過噴丸工藝處理，在彈簧鋼質(zhì)基體2表面形成了噴丸強(qiáng)化層3，用0. 1納米到300納米之間納米級(jí)金剛石和鉻基溶液混合后制成鍍液，其中金剛砂微粒重量占混合溶液重量的50%，在50攝氏度溫度下通過電沉積的方法將上述的鍍液沉積在經(jīng)過噴丸工藝處理的鋼質(zhì)氣門彈簧表面，在噴丸強(qiáng)化層3的表面形成復(fù)合強(qiáng)化層 4，得到沉積有金剛砂微粒的復(fù)合強(qiáng)化氣門彈簧1 ；經(jīng)過在^^-04讓型疲勞試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，同時(shí)裝機(jī)8件，經(jīng)過3. OX IO7次疲勞試驗(yàn)未發(fā)生斷裂，P2負(fù)荷損失率為0. 95 1.33%，疲勞試驗(yàn)合格。實(shí)施例2 用三氧化二鋁微?；旌铣练e制得的納米復(fù)合強(qiáng)化氣門彈簧1如圖1、圖 2所示取普通的鋼質(zhì)氣門彈簧，經(jīng)過噴丸工藝處理，在彈簧鋼質(zhì)基體2表面形成了噴丸強(qiáng)化層3，用80納米到200納米之間的三氧化二鋁和鎳基溶液混合后制成鍍液，其中三氧化二鋁微粒重量占混合溶液重量的30%，在70攝氏溫度下通過電沉積的方法將上述的鍍液沉積在經(jīng)過噴丸工藝處理的鋼質(zhì)氣門彈簧表面，在噴丸強(qiáng)化層3的表面形成復(fù)合強(qiáng)化層4， 得到復(fù)合強(qiáng)化氣門彈簧1，經(jīng)過在MS-041B型疲勞試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，同時(shí)裝機(jī)8件， 經(jīng)過3. OX 107次疲勞試驗(yàn)未發(fā)生斷裂，P2負(fù)荷損失率為0. 99 2. 25%，疲勞試驗(yàn)合格。實(shí)施例3 用碳化硅微粒混合沉積得到的復(fù)合強(qiáng)化氣門彈簧1，如圖1、圖2所示取普通的鋼質(zhì)氣門彈簧，經(jīng)過噴丸工藝處理，在彈簧鋼質(zhì)基體2表面形成了噴丸強(qiáng)化層3，用50納米到260納米之間的碳化硅微粒和鎳基溶液混合后制成鍍液，其中碳化硅微粒重量占混合溶液重量的30%，在40攝氏度下通過電沉積的方法將上述的鍍液沉積在經(jīng)過噴丸工藝處理的鋼質(zhì)氣門彈簧表面，在噴丸強(qiáng)化層3的表面形成復(fù)合強(qiáng)化層4，得到復(fù)合強(qiáng)化氣門彈簧1，經(jīng)過在MS-041B型疲勞試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，同時(shí)裝機(jī)8件，經(jīng)過 3.0X107次疲勞試驗(yàn)未發(fā)生斷裂，P2負(fù)荷損失率為3. 95 4. 33%，疲勞試驗(yàn)合格。實(shí)施例4 用碳化硼微?；旌铣练e制得的納米復(fù)合強(qiáng)化氣門彈簧1，如圖1、圖2所示取普通的鋼質(zhì)氣門彈簧，經(jīng)過噴丸工藝處理，在彈簧鋼質(zhì)基體2表面形成了噴丸強(qiáng)化層3，用50納米到150納米之間碳化硼和鎳基溶液混合后制成鍍液，其中碳化硼微粒重量占混合溶液重量的45%，在80攝氏度溫下通過電沉積的方法將上述的鍍液沉積在經(jīng)過噴丸工藝處理的鋼質(zhì)氣門彈簧表面，在噴丸強(qiáng)化層3的表面形成復(fù)合強(qiáng)化層4，得到復(fù)合強(qiáng)化氣門彈簧1，經(jīng)過在MS-041B型疲勞試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，同時(shí)裝機(jī)8件，經(jīng)過 3.0X107次疲勞試驗(yàn)未發(fā)生斷裂，P2負(fù)荷損失率為1. 25 2. 33%，疲勞試驗(yàn)合格。實(shí)施例5 用氧化鈦微粒混合沉積制得的復(fù)合強(qiáng)化氣門彈簧1，如圖1、圖2所示取普通的鋼質(zhì)氣門彈簧，經(jīng)過噴丸工藝處理，在彈簧鋼質(zhì)基體2表面形成了噴丸強(qiáng)化層3，用80納米到150納米之間級(jí)氧化鈦和鉻基溶液混合后制成鍍液，其中氧化鈦微粒重量占鍍液的50%，在45攝氏度的溫度下通過電沉積的方法將上述的鍍液沉積在經(jīng)過噴丸工藝處理的鋼質(zhì)氣門彈簧表面，在噴丸強(qiáng)化層3的表面形成復(fù)合強(qiáng)化層4，制得復(fù)合強(qiáng)化氣門彈簧1，在MS-041B型疲勞試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，同時(shí)裝機(jī)8件，經(jīng)過6. 0 X IO7次疲勞試驗(yàn)未發(fā)生斷裂，P2負(fù)荷損失率為0. 95 1. 83%，疲勞試驗(yàn)合格。實(shí)施例6 在鋼質(zhì)氣門彈簧表面直接沉積碳化硅微粒和鎳基溶液復(fù)合強(qiáng)化層制得復(fù)合強(qiáng)化彈簧。取普通的鋼質(zhì)氣門彈簧，未經(jīng)過噴丸強(qiáng)化，用30納米到250納米之間碳化硅微粒和鎳基溶液混合后制成鍍液，其中碳化硅微粒重量占鍍液的30%，在45攝氏度的溫度下通過電沉積的方法將上述的鍍液沉積在鋼質(zhì)氣門彈簧表面，在鋼質(zhì)彈簧的表面形成復(fù)合強(qiáng)化層，得到復(fù)合強(qiáng)化氣門彈簧，經(jīng)過在MS-041B型疲勞試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，同時(shí)裝機(jī)8 件，經(jīng)過3. OX 107次疲勞試驗(yàn)未發(fā)生斷裂，P2負(fù)荷損失率為4. 05 4. 73%，疲勞試驗(yàn)合格。通過以上實(shí)施例可以看出，金屬彈簧表面附著微粒材料后，其表面的疲勞源減少， 使得彈簧大大降低或消除了彈簧表面的疲勞危險(xiǎn)缺陷，顯著提高彈簧的疲勞強(qiáng)度，使彈簧的疲勞壽命提高一倍以上，使普通國產(chǎn)彈簧經(jīng)過3. 0 X 107次以上疲勞試驗(yàn)未發(fā)生斷裂，最高可達(dá)6. 0 X 107次不斷裂，遠(yuǎn)超過國際標(biāo)準(zhǔn)的3. 0 X 107次以上疲勞試驗(yàn)未發(fā)生斷裂，該效果大大超過了本領(lǐng)域技術(shù)人員所能預(yù)見的效果。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合強(qiáng)化彈簧的制造方法，其特征在于該方法是將金屬彈簧在微粒材料與鉻基溶液或鎳基溶液的混合物中進(jìn)行電沉積，在金屬彈簧表面形成復(fù)合強(qiáng)化層。
2.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合強(qiáng)化彈簧的制造方法，其特征在于所述的金屬彈簧在進(jìn)行電沉積前先進(jìn)行噴丸強(qiáng)化。
3.如權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合強(qiáng)化彈簧的制造方法，其特征在于所述的微粒材料的粒徑范圍在0. 1納米-300納米之間。
4.如權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合強(qiáng)化彈簧的制造方法，其特征在于所述的微粒材料為金剛砂、碳化硅、三氧化二鋁、氧化鈦、氧化硼中一種。
5.如權(quán)利要求4所述的復(fù)合強(qiáng)化彈簧的制造方法，其特征在于所述的金剛砂、碳化硅、三氧化二鋁、氧化鈦、氧化硼的粒徑范圍在0. 1納米-300納米之間。
6.如權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合強(qiáng)化彈簧的制造方法，其特征在于所述的電沉積是在40-80攝氏度的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。
7.如權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合強(qiáng)化彈簧的制造方法，其特征在于所述的微粒材料占鉻基溶液或鎳基溶液與微粒材料混合溶液的重量的30% -50%。
8.如權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合強(qiáng)化彈簧的制造方法，其特征在于所述的彈簧為螺旋彈簧。
9.如權(quán)利要求8所述的復(fù)合強(qiáng)化彈簧的制造方法，其特征在于所述的螺旋彈簧為發(fā)動(dòng)機(jī)氣門彈簧或汽車懸架彈簧。
10.如權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合強(qiáng)化彈簧的制造方法，其特征在于所述彈簧的線材截面為圓形或橢圓形或梯形或三角形或多邊形。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種復(fù)合強(qiáng)化彈簧的制造方法，其將金屬彈簧在微粒材料與鉻基溶液或鎳基溶液的混合物中進(jìn)行電沉積，在金屬彈簧表面形成復(fù)合強(qiáng)化層；所述的微粒材料為金剛砂、碳化硅、三氧化二鋁、氧化鈦、氧化硼中一種；采用這種表面具有復(fù)合強(qiáng)化結(jié)構(gòu)的彈簧，其抗疲勞性能得到了有效地提高。
文檔編號(hào)C25D15/00GK102586842SQ20111000128
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2011年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月6日
發(fā)明者劉江濤 申請(qǐng)人:劉江濤