本发明涉及一种耐腐蚀的弹簧悬架，属于合金材料加工技术领域。
背景技术：
钢铁应用于工业生产和生活中的各个方面，在人类的生活和工作中有着十分重要的作用，是科技发展的基础，但钢铁在大气中易锈蚀且锈蚀过程相当复杂，对工业生产及人们的生活产生不同程度的不利影响，带来不必要的经济损失。在我国，据中国工业和自然环境腐蚀调查项目组2008年调查结果显示，由腐蚀造成的直接经济损失达2300亿元，间接经济损失为5000～6000亿元，相当于当年我国国民生产总值的5％。因此，研究防止钢铁腐蚀的方法就变得很重要。
汽车弹簧悬架是车架(或承载式车身)与车桥(或车轮)之间的一切传力连接装置的总称。悬架的主要作用是把路面作用于车轮上的垂直反力(支承力)、纵向反力(驱动力和制动力)和侧向反力以及这些反力所形成的力矩传递到车架(或承载式车身)上，以保证汽车的正常行驶。现有技术中的弹簧悬架一般采用普通合金钢通过普通的成型工艺制成，其性能较为一般，尤其是强度、耐磨性、耐腐蚀性都较低。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种同时具有较高耐腐蚀性和机械性能的弹簧悬架。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种耐腐蚀的弹簧悬架，所述的耐腐蚀的弹簧悬架由合金钢制成，所述合金钢的组成元素及其质量百分比为：C：0.10-0.15％、Cr：0.4-0.6％、Si：0.14-0.20％、Mn：0.8-1.15％、Al：0.03-0.05％、N：0.008-0.015％、Mo：0.25-0.35％、Cu：0.025-0.04％、S：0.005-0.022％、V：0.08-0.15％、RE：0.08-0.15％、P≤0.015％，余量为Fe及不可避免的杂质。
本发明耐磨弹簧悬架的合金钢中降低了碳含量、铬含量，并添加了稀土元素，通过各元素之间产生的协同作用提高弹簧悬架的综合性能。在合金钢中加入低含量铬的同时，加入Cu、Mn、Mo、Al、Si、V等合金元素，放弃加入镍、钨等贵重金属元素，能够强化基体，获得MoC、VC等特殊碳化物和合金碳化物，从而提高弹簧悬架合金钢的组织稳定性。Cu、Al的加入可以提高弹簧悬架合金钢的散热性能。Cr、Si、Al能够提高合金钢的抗生长与抗氧化能力。散热性能、抗生长和抗氧化能力的提高又能进一步提高合金钢的高温性能，使其在高温环境下使用的寿命有所提高。Mn、Si等元素的加入能够提高钢液的流动性。稀土的影响与合金元素进行配合，进一步提高弹簧悬架合金钢的强韧性。在本发明弹簧悬架的合金钢中若碳含量过低，在加工中的深冷处理会严重影响强度和硬度，若碳含量过高，塑性低，还会影响后续的成型及电镀过程中的性能，造成开裂等问题。为了避免在渗层中发生内氧化形成“黑色网状组织”缺陷，本发明弹簧悬架合金钢中Si含量要求控制在0.20％以下。当加入0.14-0.20％Si可以提高弹簧悬架的强度，若Si含量低于0.14％，则会影响弹簧悬架的屈服强度。尽管Mn是固溶强化元素，但在本发明弹簧悬架合金钢中，若锰含量大于1.15％，则会大幅度降低弹簧悬架的塑性和韧性。弹簧悬架合金钢的耐热性随着Mo含量的增加而增强，此外Cr、Si、Al都可生成致密的氧化物，形成保护膜。铝是最基本、最有效的细化晶粒元素，在钢中主要以AlN形式存在。AlN主要分布于晶界，起到钉扎晶界阻止晶粒长大的作用。当合金钢中铝含量较高，但氮含量较低时，则不能形成足够的AlN使其均匀的分布于奥氏体晶界。AlN数量较少必然导致其分布较多的位置钉扎晶界作用明显，较少的位置则不能钉扎晶界阻止奥氏体晶粒的长大，这也是产生混晶，即晶粒局部异常长大的主要原因。经不断试验发现，在本发明弹簧悬架合金钢中铝含量为0.03-0.05％时，控制Al/N≥3能够保证在在后续的热处理时不发生混晶现象。本发明弹簧悬架合金钢中加入0.08-0.15％V细化组织晶粒，提高强度和韧性。钒不仅是强化合物形成元素，还是钢材优良的脱氧剂，能与碳的结合，形成高熔点、高硬度、高弥散度且稳定的VC碳化物，且0.08-0.15％V与0.8-1.15％Mn起协同作用，共同提高钢的强度和硬度，其原因在于V与Mn配合使用不仅可以细化晶粒，还可以得到更高体积分数的弥散分布析出颗粒，同时起到细晶强化和弥散强化的作用，还可以提高弹簧悬架的强度、韧性以及抗腐蚀能力。且本发明弹簧悬架合金钢中由于0.08-0.15％稀土的存在，与0.08-0.15％V一起增强了弹簧悬架合金钢组织细化的程度，从而使其扩散系数降低，减轻其氧化程度。同时碳化物在回火的过程中析出速度和长大速度都较为缓慢，提高了钢的强度和抗回火稳定性。
未加入稀土时，合金钢组织非常不均匀，相对碳化合物尺寸较大，网状二次碳化合物较为明显。加入少量的稀土时，合金钢二次碳化合物断网明显。一定范围内稀土含量越高，组织越来越均匀，越来越细。稀土含量的增加使得碳化合物支晶和莱氏体网格越来越细，进而提高合金钢的冲击韧性。含稀土越多，碳化物尺寸越小，这种特征在提高放大倍数后非常明显。此外稀土元素还可融入碳化合物中，或者与氧、磷、硫、硅、铝发生反应生成氧化物等，降低有害杂质对脆性的影响。经不断试验发现，在本发明弹簧悬架合金钢中添加0.08-0.15％稀土对碳化合物尺寸的减小，与合金元素的配合，在晶界处的分布以及减小有害物质的影响等综合效果较为明显。
一般的合金钢中，硫、磷等杂质元素的非金属夹杂会破坏钢的基体连续性，在静载荷和动载荷的作用下，往往成为裂纹的起点，影响合金钢的性能，但是本发明为了提高弹簧悬架切削性，需要添加一定的硫含量。
本发明还提供一种耐腐蚀的弹簧悬架的加工工艺，所述的加工工艺包括如下步骤：
按耐腐蚀的弹簧悬架所用合金钢的组成元素及质量百分比配料，将原料熔炼成钢水，钢水经真空冶炼、浇注、轧制成钢板，并将钢板加工成型，得弹簧悬架坯件；
将弹簧悬架坯件在-138～-170℃下深冷处理1-1.5h，然后在230-250℃下低温回火处理120-145min，得弹簧悬架半成品；
将弹簧悬架半成品在20-30℃的电镀液中处理50-120min，经钝化处理、封闭处理得耐腐蚀的弹簧悬架成品。
本发明先采用深冷处理，使残余奥氏体向马氏体转变，促使马氏体孪晶细化并析出超微细碳化物，提高材料硬度与耐磨性。未经深冷处理后的合金钢在其表面的硬度较低，容易出现低头现象，而经过深冷处理后的合金钢，表层中原先较多的残余奥氏体在深冷处理中继续向马氏体转变，增加有效硬化层深度，提高了表面硬度，产品表层的硬度可提高25-40％左右，因此消除了低头现场。马氏体和残余奥氏体是不稳定的相，有自发地向铁素体+渗碳体组织转变的趋势。本发明在深冷处理后再经低温回火，碳原子偏聚形成富碳原子团，马氏体开始分解，马氏体中溶解的过饱和碳浓度下降，正方度减少，并有碳化物析出形成回火马氏体。在230-250℃回火时，残余奥氏体也发生转变生成回火马氏体，进一步提高弹簧悬架的表面硬度与耐磨性。
另外，本发明原料炼钢中采用真空冶炼。合金钢中的氧含量和非金属夹杂物，尤其是氧化物，对弹簧悬架合金钢的疲劳寿命有着相当大的影响，因此，本发明采用真空冶炼，提高合金钢的纯净度，进而提高弹簧悬架的接触疲劳性能，提高其使用寿命。通过真空冶炼氧含量从28mg/kg降低到16mg/kg，氧化物总量从64.9mg/kg降低到44.8mg/kg，存活率为50％时的接触疲劳寿命提高了29％，存活率为95％时接触疲劳寿命提高了20％。
在上述弹簧悬架的加工工艺中，深冷处理后的升温速率为3-5℃/min。即深冷处理后，以3-5℃/min的速率升温至230-250℃进行回火处理。
在上述弹簧悬架的加工工艺中，电镀液的成分为：锌离子15-25g/L，镍离子1.8-2.8g/L，氢氧化钠150-200g/L，四乙烯五胺10-15g/L，乙烯亚胺8-15ml/L，柠檬酸5-6g/L，酒石酸钾钠15-20g/L。
锌-镍合金镀层之所以有优良的耐蚀性是因为合金镀层的稳定电位介于锌和基体(钢铁)之间，较小的电位差导致镀层腐蚀较慢。锌-镍合金的腐蚀产物主要是ZnCl2·4Zn(oH)2。该腐蚀产物均匀、致密地覆盖在镀层表面，不易导电，有很好的保护作用；而锌镀层的腐蚀产物主要是ZnO，结构疏松，起不到保护作用。此外，本发明电镀锌-镍合金层中，锌-镍合金属于y相(金属间化合物)，具有最高的热力学稳定性，因而耐蚀性较好；而锌镀层是叩相结构(紧密六方晶系)，热力学稳定性较差。本发明在弹簧悬架坯件表面通过上述的电镀工艺电镀锌-镍合金层具有如下几个优点：1、镀层沉积速率快；2、镀液的均镀能力高；3、电流效率高；4、镀液电流密度范围宽，镍共析率稳定，分散能力及深镀能力优异，对设备腐蚀性小；5、锌-镍合金镀层中的锌、镍含量直接影响压弹簧悬架的耐腐蚀性能(劣化率)，而镀层中锌、镍的含量受镀液成分的影响，本发明镀层中镍的质量分数可严格控制，溶液中的成分便于稳定控制，钝化膜不易变色，且废水处理简单；6、本发明电镀液稳定，可保持长期使用，大大提高了电镀原材料的利用率。
锌离子源为能在该电解液的碱性介质中溶解的锌化合物，如氧化锌、硫酸锌、碳酸锌、氨基磺酸锌、醋酸锌中的一种或多种，在镀液中锌是以锌酸根离子的形式存在。镍离子源为能在该碱性电解液中溶解的镍化合物，如硫酸镍、碳酸镍、醋酸镍、氨基磺酸镍、甲酸镍中的一种或多种。
本发明电镀液中的乙烯亚胺与四乙烯五胺一起作添加剂，起着与镍离子络合的作用。所述的电镀液中还可以添加光亮剂。
作为优选，电镀时依次分三阶段进行电镀，第一阶段的电流密度为2.0-2.5A/dm2，电镀时间为5-8min，第二阶段的电流密度为2.5-3.5A/dm2，电镀时间为15-30min，第二阶段的电流密度为3.6-3.8A/dm2，电镀时间为10-12min。
在不同的阶段采用不同的电流密度，随时间逐渐加大电流密度，有利于膜的均匀沉积，防止沉积不均匀导致的脱落现象。
在上述弹簧悬架的加工工艺中，封闭处理为将弹簧悬架半成品先浸入硅烷试剂中进行硅烷化处理，取出干燥后再在封闭液中处理50-150s，其中封闭液的成分为7-11g/L的Na2MoO4.H2O，10-15g/L磷酸盐，10-30g/L磷酸，pH为4.2-4.6，封闭处理的温度为55-62℃。
本发明弹簧悬架加工中在钼酸盐溶液封闭处理前先进行硅烷化处理，进一步改善其耐腐蚀性能。经钼酸盐溶液封闭处理后，弹簧悬架表面膜层较为连续完整致密。钼酸盐较好地填充了硅烷膜的针孔和微裂纹，对基体起到了很好的物理屏障作用，降低了基体被腐蚀的可能性。随着钼酸盐封闭时间的延长，腐蚀面积先减小，耐蚀性提高。但是当封闭时间超过120s后，腐蚀面积增大，耐蚀性逐渐下降。其原因在于硅烷化的镀锌-镍弹簧悬架浸入到钼酸盐溶液中后首先填充了硅烷膜的孔隙，耐蚀能力提高；随着封闭处理时间的增加，钼酸盐转化膜的厚度不断增加，耐蚀能力继续增加，到封闭处理100s时达到最佳状态；其后随着封闭处理时间的继续增加超过150s，转化膜会发生开裂现象，且逐渐成为耐蚀性的主控因素，导致弹簧悬架表面膜层抗蚀性能整体性呈现下降趋势。
作为优选，硅烷化处理时的温度为32-38℃，pH为3.5-4.5，时间为80-100s。
进一步优选，所述的硅烷试剂通过7％乙烯基三甲氧基硅烷的甲醇溶液与去离子水按体积比为(4-8):(92-96)混合搅拌水解1-2h制得。
本发明中使用的硅烷试剂合成简单，该无污染，硅烷化处理过程简单，该硅烷试剂的分子含有X3Si(CH2)nY结构(其中，X代表可水解基团，Y代表有机官能团)。有机官能团硅烷可水解为硅醇Si-OH，硅醇羟基在金属基体表面形成氢键，进一步脱水形成Si-O-M(M为金属基体)，以共价键结合，同时硅醇分子间相互缩合成Si-O-Si链，最终聚合形成较厚的三维网络结构膜层，覆盖在金属基体表面，从而大幅度提高弹簧悬架基体的耐蚀性。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明弹簧悬架的成分配伍合理，通过其组成元素及其元素之间产生的协同作用，提高弹簧悬架的硬度、强度、耐腐蚀性等性能。
2、本发明弹簧悬架通过先深冷处理+低温回火，再在其表面电镀锌-镍合金层，经钝化后进行硅烷化处理的封闭处理，进一步提高弹簧悬架的耐腐蚀性及机械性能。
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。
实施例1
原料炼钢：按弹簧悬架所用合金钢的组成元素及质量百分比配料：C：0.12％、Cr：0.5％、Si：0.16％、Mn：0.98％、Al：0.042％、N：0.012％、Mo：0.28％、Cu：0.035％、S：0.015％、V：0.12％、RE：0.12％、P≤0.015％，余量为Fe及不可避免的杂质；将原料熔炼成钢水，钢水经真空冶炼、浇注、轧制成钢板，并将钢板加工成型，得弹簧悬架坯件。
将弹簧悬架坯件在-150℃下深冷处理1.2h，然后以4℃/min的速率升温至240℃进行低温回火处理135min，得弹簧悬架半成品。
将弹簧悬架半成品在42℃的电镀液中处理40min，电镀液的成分为：锌离子20g/L，镍离子2.4g/L，氢氧化钠180g/L，四乙烯五胺12g/L，乙烯亚胺10ml/L，柠檬酸5.5g/L，酒石酸钾钠18g/L；电镀时依次分三阶段进行电镀，第一阶段的电流密度为2.2A/dm2，电镀时间为6min，第二阶段的电流密度为2.8A/dm2，电镀时间为22min，第二阶段的电流密度为3.7A/dm2，电镀时间为11min；然后将电镀后的半成品先钝化处理，再浸入硅烷试剂(硅烷试剂通过7％乙烯基三甲氧基硅烷的甲醇溶液与去离子水按体积比为6:94混合搅拌水解1.5h制得)中在36℃，pH为4.0的条件下进行硅烷化处理90s，取出干燥后再在封闭液中处理100s即可得本发明耐腐蚀的弹簧悬架成品，其中封闭液的成分为8g/L的Na2MoO4.H2O，12g/L磷酸盐，20g/L磷酸，pH为4.4，封闭处理的温度为58℃。
实施例2
原料炼钢：按弹簧悬架所用合金钢的组成元素及质量百分比配料：C：0.14％、Cr：0.45％、Si：0.18％、Mn：1.05％、Al：0.038％、N：0.010％、Mo：0.28％、Cu：0.038％、S：0.018％、V：0.1％、RE：0.14％、P≤0.015％，余量为Fe及不可避免的杂质；将原料熔炼成钢水，钢水经真空冶炼、浇注、轧制成钢板，并将钢板加工成型，得弹簧悬架坯件。
将弹簧悬架坯件在-160℃下深冷处理1.4h，然后以3.8℃/min的速率升温至238℃进行低温回火处理140min，得弹簧悬架半成品。
将弹簧悬架半成品在40℃的电镀液中处理45min，电镀液的成分为：锌离子22g/L，镍离子2.0g/L，氢氧化钠160g/L，四乙烯五胺14g/L，乙烯亚胺10ml/L，柠檬酸5.2g/L，酒石酸钾钠16g/L；电镀时依次分三阶段进行电镀，第一阶段的电流密度为2.4A/dm2，电镀时间为7min，第二阶段的电流密度为3.2A/dm2，电镀时间为18min，第二阶段的电流密度为3.6A/dm2，电镀时间为11min；然后将电镀后的半成品先钝化处理，再浸入硅烷试剂(硅烷试剂通过7％乙烯基三甲氧基硅烷的甲醇溶液与去离子水按体积比为5:95混合搅拌水解1.2h制得)中在34℃，pH为4.2的条件下进行硅烷化处理85s，取出干燥后再在封闭液中处理120s即可得本发明耐腐蚀的弹簧悬架成品，其中封闭液的成分为10g/L的Na2MoO4.H2O，14g/L磷酸盐，16g/L磷酸，pH为4.5，封闭处理的温度为60℃。
实施例3
原料炼钢：按弹簧悬架所用合金钢的组成元素及质量百分比配料：C：0.15％、Cr：0.4％、Si：0.20％、Mn：0.8％、Al：0.05％、N：0.015％、Mo：0.25％、Cu：0.04％、S：0.005％、V：0.15％、RE：0.08％、P≤0.015％，余量为Fe及不可避免的杂质；将原料熔炼成钢水，钢水经真空冶炼、浇注、轧制成钢板，并将钢板加工成型，得弹簧悬架坯件。
将弹簧悬架坯件在-138℃下深冷处理1.5h，然后以3℃/min的速率升温至250℃进行低温回火处理120min，得弹簧悬架半成品。
将弹簧悬架半成品在45℃的电镀液中处理30min，电镀液的成分为：锌离子15g/L，镍离子2.8g/L，氢氧化钠150g/L，四乙烯五胺15g/L，乙烯亚胺8ml/L，柠檬酸6g/L，酒石酸钾钠15g/L；电镀时依次分三阶段进行电镀，第一阶段的电流密度为2.5A/dm2，电镀时间为5min，第二阶段的电流密度为3.5A/dm2，电镀时间为15min，第二阶段的电流密度为3.8A/dm2，电镀时间为10min；然后将电镀后的半成品先钝化处理，再浸入硅烷试剂(硅烷试剂通过7％乙烯基三甲氧基硅烷的甲醇溶液与去离子水按体积比为4:96混合搅拌水解2h制得)中在32℃，pH为3.5的条件下进行硅烷化处理100s，取出干燥后再在封闭液中处理150s即可得本发明耐腐蚀的弹簧悬架成品，其中封闭液的成分为11g/L的Na2MoO4.H2O，10g/L磷酸盐，30g/L磷酸，pH为4.2，封闭处理的温度为55℃。
实施例4
原料炼钢：按弹簧悬架所用合金钢的组成元素及质量百分比配料：C：0.10％、Cr：0.6％、Si：0.14％、Mn：1.15％、Al：0.03％、N：0.008％、Mo：0.35％、Cu：0.025％、S：0.022％、V：0.08％、RE：0.15％、P≤0.015％，余量为Fe及不可避免的杂质；将原料熔炼成钢水，钢水经真空冶炼、浇注、轧制成钢板，并将钢板加工成型，得弹簧悬架坯件。
将弹簧悬架坯件在-170℃下深冷处理1h，然后以5℃/min的速率升温至230℃进行低温回火处理145min，得弹簧悬架半成品。
将弹簧悬架半成品在38℃的电镀液中处理50min，电镀液的成分为：锌离子25g/L，镍离子1.8g/L，氢氧化钠200g/L，四乙烯五胺10g/L，乙烯亚胺15ml/L，柠檬酸5g/L，酒石酸钾钠20g/L；电镀时依次分三阶段进行电镀，第一阶段的电流密度为2.0A/dm2，电镀时间为8min，第二阶段的电流密度为2.5A/dm2，电镀时间为30min，第二阶段的电流密度为3.6A/dm2，电镀时间为12min；然后将电镀后的半成品先钝化处理，再浸入硅烷试剂(硅烷试剂通过7％乙烯基三甲氧基硅烷的甲醇溶液与去离子水按体积比为8:92混合搅拌水解1h制得)中在38℃，pH为4.5的条件下进行硅烷化处理80s，取出干燥后再在封闭液中处理50s即可得本发明耐腐蚀的弹簧悬架成品，其中封闭液的成分为7g/L的Na2MoO4.H2O，15g/L磷酸盐，10g/L磷酸，pH为4.6，封闭处理的温度为62℃。
对比例1
与实施例1的区别仅在于，采用普通合金钢加工弹簧悬架。
对比例2
与实施例1的区别仅在于，采用普通电镀工艺(如电镀锌或电镀铬)加工弹簧悬架。
对比例3
与实施例1的区别仅在于，采用普通的封闭剂进行处理，即未经过硅烷化处理。
在上述实施例中未明确说明的工艺均为现有技术中普通常规的工艺，如熔炼、浇注、轧制、钝化处理等。上述实施例中所述的锌离子源为氧化锌、硫酸锌、碳酸锌、氨基磺酸锌、醋酸锌中的一种或多种；硫酸镍、碳酸镍、醋酸镍、氨基磺酸镍、甲酸镍中的一种或多种。
将实施例1-4及对比例1-3中加工得到的弹簧悬架进行性能测试，测试结果如表1所示。
表1：实施例1-4及对比例1-3中加工得到的弹簧悬架的性能测试
从表1可知，本发明弹簧悬架采用配伍合理的合金钢加工成，先深冷处理+低温回火，再在其表面电镀锌-镍合金层，经钝化后进行硅烷化处理的封闭处理，进一步提高弹簧悬架的耐腐蚀性及机械性能。
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。