一种电动真空泵用石墨转子的制备方法与流程

文档序号:16888676发布日期:2019-02-15 22:52阅读:588来源:国知局

本发明涉及真空泵技术领域,具体涉及一种电动真空泵用石墨转子的制备方法。



背景技术:

现代车辆大多采用真空助力器作为制动系统的辅助助力方式,真空助力器通过单向阀与发动机进气歧管相通,当发动机运转时,产生负压,进而在助力器膜片两端形成压力差,从而达到减轻制动踏板操作力的作用,真空度的大小直接影响制动效果,因此真空度对于制动系统起着重要作用。

对于传统汽车,随着对发动机排放标准的提高及用户对于汽车性能要求的提升,涡轮增加技术日益普及,为了保证涡轮增压发动机在各种工作条件下均能满足真空度的要求,各大汽车公司纷纷研究相应的解决方案,电动真空泵的作为辅助真空助力泵使用,较好地满足了各种要求,其应用范围也日益扩大。电动真空泵作为涡轮增压汽车的辅助真空泵使用时,抽真空时间为10~12秒,累计工作时间大于600小时,一般采用五片式石墨转子。

对于电动汽车,发动机被电机取代,没有可供助力器使用的真空源,即不能产生助力的作用,此时的真空助力器不能为驾驶者提供必要助力保证,电动汽车的安全行驶成为一个必需解决的问题,而电动真空泵通过传感器的检测以及逻辑的判断,能很好地解决这种难题。电动真空泵作为新能源汽车独立真空泵使用时,抽真空时间为5~7秒,累计工作时间大于1200小时,一般采用八片式石墨转子。

电动真空泵是涡轮增压汽车和新能源汽车刹车系统的重要部件,而石墨转子则是旋片式电动真空泵的关键零件,因此要求石墨转子具有优良的机械强度和耐磨性。现有石墨转子一般采用等静压石墨或模压石墨等特种石墨坯料经机械加工制备而成。特种石墨材料的制备工序复杂、制备周期长,同时还具有非均质性的缺点,同一块坯料不同部位的密度和强度等指标存在差异,因此即使是同一块坯料制备的产品,其最终的磨损值和使用寿命也有波动,不同坯料间的波动更大,这种波动会增大真空泵出现极限真空度不足的几率,甚至会出现石墨转子破碎的情况,最终影响汽车的刹车性能。此外,石墨转子具有叶片槽、定位孔、中心孔、台阶等复杂结构,加工量大,加工效率低,需要投入大量的加工设备,不易实现大批量生产,材料利用率低,制造成本高。



技术实现要素:

本发明实施例的目的在于提供一种近净成型、性能优良、加工效率高、成本低的电动真空泵用石墨转子的制备方法,用以解决现有技术存在的问题。

为实现上述目的,本发明实施例的第一方面提供了一种电动真空泵用石墨转子的制备方法,包括如下步骤:

1)包括以下重量份数的原料:20~30份石墨、30~60份煅后焦、20~40份改质沥青、1~5份润滑剂和1~5份耐磨剂,经配料、混捏、磨粉后得到粉料;

2)将步骤1)得到的粉料、水、粘结剂添加至快速搅拌制粒机内进行造粒,得到造粒料,其中,粉料、水和粘结剂的质量比为100:30~100:0.1~1;

3)将步骤2)的造粒料在液压机上近净成型,得到石墨转子生坯;

4)烧成;

5)精加工。

优选地,步骤1)中,所述石墨选自天然石墨、人造石墨中的一种或两种,平均颗粒粒径为10~50μm。

优选地,步骤1)中,所述煅后焦选自煅后石油焦、煅后沥青焦中的一种或两种,平均颗粒粒径为10~50μm。

优选地,步骤1)中,所述改质沥青的软化点为105~120℃,喹啉不溶物含量为6~10%,甲苯不溶物含量为20~30%。

优选地,步骤1)中,所述润滑剂选自二硫化钨、二硫化钼中的一种或两种;所述耐磨剂选自碳化硅、二氧化硅、氧化铝、磷酸二氢铝、硅酸镁、硅灰石中的一种或多种;步骤2)中,所述粘结剂选自聚丙烯酸氨、聚乙烯醇、聚氯乙烯、甘油乙醇、石蜡乙醚中的一种或多种。

优选地,步骤1)中,所述原料还包括0.1~10重量份数的喷雾碳黑。

优选地,步骤1)中,所述原料还包括0.1~5重量份数的短切碳纤维,所述短切碳纤维长度为1~5mm。

优选地,步骤2)中,所述快速搅拌制粒机内进一步添加脱膜剂,所述脱膜剂与粉料的重量比为0.1~1:100,所述脱膜剂选自硬脂酸、油酸、n,n'-乙撑双硬脂酰胺、石蜡、硬脂酸锌中的一种或多种。

优选地,步骤1)中,所述粉料的平均粒径为5~35μm;步骤2)中,所述快速搅拌制粒机的电机转速为5000~30000转/分钟,搅拌时间为0.5~2小时,搅拌温度为100~120℃,所述造粒料的平均粒径为30~80μm;步骤3)中,所述近净成型的压力为100~300mpa;步骤4)中,所述烧成温度为800~1200℃,保温时间为1~5h。

本发明实施例的第二方面提供了上述任一制备方法制得的电动真空泵用石墨转子。

本发明实施例具有如下优点:

1、本发明的石墨转子采用近净成型的方式,生坯的表面积大,烧结时有利于挥发物的排放,产品不易开裂,可以实现快速烧结;同时能够极大的减少加工量,提高材料利用率,降低生产成本,易于实现大批量生产。

2、本发明通过对粉体进行造粒处理,改善了粉体的流动性,粉体能够更均匀的填充到成型模具中,压制时在模具内部也能够更好的进行流动,提高了产品的稳定性。

3、本发明对石墨转子粉料原料的组成及含量进行选择,经混料、造粒、近净成型、烧成等工序,使制得的石墨转子的强度、耐磨性等性能得到大幅提高,增加了产品的可靠性,适用于电动真空泵。

4、本发明采用石墨和煅后焦作为主要原料,采用焙烧后具有高残碳值和高强度的改质沥青作为粘结剂,制备出来的碳-石墨材料,即具备碳材料高强度、高硬度的特性,又具有石墨材料的润滑特性,添加的耐磨剂和润滑剂进一步提升了材料的耐磨损性能,能够适用于真空泵运行时的长期的干摩擦环境。

5、对于要求真空泵运行时间在1500小时以上的真空泵,为了确保石墨转子的可靠性,可以添加喷雾碳黑和碳纤维作为增强成分,喷雾碳黑可以进一步的提升材料的耐磨性能,而短切碳纤维在提高强度的同时也能够适度的提高材料的耐磨性,这两种添加剂作为碳质原料都不会改变最终材料中碳的百分含量。

具体实施方式

下面通过具体的实施例进一步说明本发明,但是,应当理解为,这些实施例仅仅是用于更详细具体地说明之用,而不应理解为用于以任何形式限制本发明。

本部分对本发明试验中所使用到的材料以及试验方法进行一般性的描述。虽然为实现本发明目的所使用的许多材料和操作方法是本领域公知的,但是本发明仍然在此作尽可能详细描述。本领域技术人员清楚,在上下文中,如果未特别说明,本发明所用材料和操作方法是本领域公知的。无特殊说明,以下实施例中的“份”均指“重量份数”。

实施例1

本实施例的电动真空泵用石墨转子,按如下步骤制备:

1)按将25份天然石墨、37份煅后石油焦、32份改质沥青、2份二硫化钨和4份碳化硅经配料、混捏和磨粉后得到平均粒径为34.8μm为粉料,天然石墨的平均颗粒粒径为35.2μm,煅后石油焦的平均颗粒粒径为18.6μm,改质沥青软化点为106℃,喹啉不溶物含量为8.5%,甲苯不溶物含量为28.3%;

2)将100份粉料、50份水、0.5份聚丙烯酸氨添加至快速搅拌制粒机内进行造粒,得到平均粒径为65.7μm的造粒料,快速搅拌制粒机电机转速为8000转/分钟,搅拌时间为2小时,搅拌温度为105℃;

3)将造粒料在液压机上近净成型,成型压力为200mpa,得到石墨转子生坯;

4)将石墨转子生坯在1100℃下进行烧成处理,1100℃保温时间为2h;

5)精加工。

实施结果:石墨转子的体积密度为1.72g/cm3,肖氏硬度为65(hsd),电阻率为35μωm,弹性模量为15gpa,按照qc/t1004-2015《汽车电动真空泵性能要求及台架试验方法》中的工作耐久性测试方法,经过60万次循环后真空泵的极限真空度为87.1%(合格值为大于86%),石墨转子端面磨损量为0.124mm。

实施例2

本实施例的电动真空泵用石墨转子,按如下步骤制备:

1)将30份人造石墨、32份煅后沥青焦、24份改质沥青、1份二硫化钼和3份硅酸镁经配料、混捏和磨粉后得到平均粒径为28.5μm为粉料,天然石墨的平均颗粒粒径为28.8μm,煅后石油焦的平均颗粒粒径为25.5μm,改质沥青软化点为112℃,喹啉不溶物含量为6.8%,甲苯不溶物含量为22.5%;

2)将100份粉料、38份水、0.8份石蜡乙醚和0.9份硬脂酸锌添加至快速搅拌制粒机内进行造粒,得到平均粒径为55.8μm的造粒料,快速搅拌制粒机电机转速为10000转/分钟,搅拌时间为1.5小时,搅拌温度为105℃;

3)将造粒料在液压机上近净成型,成型压力为180mpa,得到石墨转子生坯;

4)将石墨转子生坯在1000℃下进行烧成处理,1000℃保温时间为3.5h;

5)精加工。

实施结果:石墨转子的体积密度为1.75g/cm3,肖氏硬度为69(hsd),电阻率为24μωm,弹性模量为12gpa,按照qc/t1004-2015《汽车电动真空泵性能要求及台架试验方法》中的工作耐久性测试方法,经过60万次疲劳测试循环后真空泵的极限真空度为87.5%(合格值为大于86%),石墨转子端面磨损量为0.097mm。

实施例3

本实施例的电动真空泵用石墨转子,按如下步骤制备:

1)将22份人造石墨、45份煅后石油焦、28份改质沥青、1份二硫化钨、1份氧化铝、1份二氧化硅和2份短切碳纤维经配料、混捏和磨粉后得到平均粒径为12.5μm的粉料,人造石墨的平均颗粒粒径为22.3μm,煅后石油焦的平均颗粒粒径为15.7μm,改质沥青软化点为108℃,喹啉不溶物含量为7.6%,甲苯不溶物含量为26.4%,短切碳纤维长度为2mm;

2)将100份粉料、70份水、0.2份聚乙烯醇和0.5份硬脂酸添加至快速搅拌制粒机内进行造粒,得到平均粒径为47.6μm的造粒料,快速搅拌制粒机电机转速为15000转/分钟,搅拌时间为1小时,搅拌温度为102℃;

3)将造粒料在液压机上近净成型,成型压力为150mpa,得到石墨转子生坯;

4)将石墨转子生坯在1000℃下进行烧成处理,1000℃保温时间为3h;

5)精加工。

实施结果:石墨转子的体积密度为1.72g/cm3,肖氏硬度为72(hsd),电阻率为47μωm,弹性模量为19gpa,按照qc/t1004-2015《汽车电动真空泵性能要求及台架试验方法》中的工作耐久性测试方法,经过60万次疲劳测试循环后真空泵的极限真空度为87.9%(合格值为大于86%),石墨转子端面磨损量为0.089mm。

实施例4

本实施例的电动真空泵用石墨转子,按如下步骤制备:

1)将15份人造石墨、10份天然石墨、58份煅后沥青焦、38份改质沥青、2份二硫化钨、2份sio2和5份喷雾碳黑经配料、混捏和磨粉后得到平均粒径为21.2μm的粉料,人造石墨和天然石墨的混合物的平均颗粒粒径为28.2μm,煅后石油焦的平均颗粒粒径为18.9μm,改质沥青软化点为117℃,喹啉不溶物含量为8.2%,甲苯不溶物含量为35.8%;

2)将100份粉料、85份水、0.7份石蜡乙醚和0.3份硬脂酸锌添加至快速搅拌制粒机内进行造粒,得到平均粒径为72.4μm的造粒料,快速搅拌制粒机电机转速为8000转/分钟,搅拌时间为2小时,搅拌温度为118℃;

3)将造粒料在液压机上近净成型,成型压力为220mpa,得到石墨转子生坯;

4)将石墨转子生坯在900℃下进行烧成处理,900℃保温时间为4h;

5)精加工。

实施结果:石墨转子的体积密度为1.68g/cm3,肖氏硬度为75(hsd),电阻率为45μωm,弹性模量为22gpa,按照qc/t1004-2015《汽车电动真空泵性能要求及台架试验方法》中的工作耐久性测试方法,经过60万次疲劳测试循环后真空泵的极限真空度为88.5%(合格值为大于86%),石墨转子端面磨损量为0.063mm。

实施例5

本实施例的电动真空泵用石墨转子,按如下步骤制备:

1)将12份人造石墨、16份天然石墨、52份煅后石油焦、36份改质沥青、4份二硫化钼、1份碳化硅、2份喷雾碳黑和3份短切碳纤维经配料、混捏和磨粉后得到平均粒径为21.2μm的粉料,人造石墨和天然石墨的混合物的平均颗粒粒径为48.5μm,煅后石油焦的平均颗粒粒径为25.4μm,改质沥青软化点为117℃,喹啉不溶物含量为8.2%,甲苯不溶物含量为24.3%,短切碳纤维长度为4mm;

2)将100份粉料、60份水、0.5份聚丙烯酸氨和0.4份n,n'-乙撑双硬脂酰胺添加至快速搅拌制粒机内进行造粒,得到平均粒径为61.5μm的造粒料,快速搅拌制粒机电机转速为15000转/分钟,搅拌时间为1.5小时,搅拌温度为110℃;

3)将造粒料在液压机上近净成型,成型压力为280mpa,得到石墨转子生坯;

4)将石墨转子生坯在1100℃下进行烧成处理,1100℃保温时间为3h;

5)精加工。

实施结果:石墨转子的体积密度为1.79g/cm3,肖氏硬度为75(hsd),电阻率为31μωm,弹性模量为16gpa,按照qc/t1004-2015《汽车电动真空泵性能要求及台架试验方法》中的工作耐久性测试方法,经过60万次疲劳测试循环后真空泵的极限真空度为90.8%(合格值为大于86%),石墨转子端面磨损量为0.049mm。

实施例6

本实施例的电动真空泵用石墨转子,按如下步骤制备:

1)将12份人造石墨、8份天然石墨、36份煅后沥青焦、33份改质沥青、3份二硫化钼、3份磷酸二氢铝、5份喷雾碳黑和1份短切碳纤维经配料、混捏和磨粉后得到平均粒径为21.2μm的粉料,人造石墨和天然石墨的混合物的平均颗粒粒径为41.5μm,煅后石油焦的平均颗粒粒径为38.2μm,改质沥青软化点为115℃,喹啉不溶物含量为9.3%,甲苯不溶物含量为29.2%,短切碳纤维长度为5mm;

2)将100份粉料、55份水、0.5份聚氯乙烯和0.7份油酸添加至快速搅拌制粒机内进行造粒,得到平均粒径为33.4μm的造粒料,快速搅拌制粒机电机转速为12000转/分钟,搅拌时间为1.5小时,搅拌温度为105℃;

3)将造粒料在液压机上近净成型,成型压力为250mpa,得到石墨转子生坯;

4)将石墨转子生坯在900℃下进行烧成处理,900℃保温时间为5h;

5)精加工。

实施结果:石墨转子的体积密度为1.82g/cm3,肖氏硬度为81(hsd),电阻率为39μωm,弹性模量为14gpa,按照qc/t1004-2015《汽车电动真空泵性能要求及台架试验方法》中的工作耐久性测试方法,经过60万次疲劳测试循环后真空泵的极限真空度为91.7%(合格值为大于86%),石墨转子端面磨损量为0.035mm。

对比例1

本对比例的电动真空泵用石墨转子的步骤方法与实施例1的区别仅在于:步骤1)中,粉料的原料包括25份天然石墨、37份煅后石油焦、32份中温煤沥青、2份二硫化钨和4份碳化硅。

实施结果:石墨转子的体积密度为1.65g/cm3,肖氏硬度为55(hsd),电阻率为33μωm,弹性模量为18gpa,按照qc/t1004-2015《汽车电动真空泵性能要求及台架试验方法》中的工作耐久性测试方法,经过60万次疲劳测试循环后真空泵的极限真空度为83.9%(合格值为大于86%),石墨转子端面磨损量为0.506mm。

对比例2

本对比例的电动真空泵用石墨转子的步骤方法与实施例1的区别仅在于:步骤1)中,粉料的原料包括15份天然石墨、70份煅后石油焦、15份改质沥青、2份二硫化钨和4份碳化硅。

实施结果:石墨转子在压制过程中开裂。

对比例3

本对比例的电动真空泵用石墨转子的步骤方法与实施例1的区别仅在于:步骤2)中,将100份粉料、50份水、0.5份聚丙烯酸氨添加至搅拌机内,搅拌机电机转速为8000转/分钟,搅拌时间为2小时,搅拌温度为105℃。

实施结果:石墨转子的体积密度为1.68g/cm3,肖氏硬度为63(hsd),电阻率为41μωm,弹性模量为16gpa,按照qc/t1004-2015《汽车电动真空泵性能要求及台架试验方法》中的工作耐久性测试方法,经过60万次疲劳测试循环后真空泵的极限真空度为86.1%(合格值为大于86%),石墨转子端面磨损量为0.198mm。

对比例4

本对比例的电动真空泵用石墨转子采用传统的特种石墨材料,选用经过等静压成型、两次浸渍、三次焙烧和石墨化处理的等静压石墨坯料,坯料先经专用机床掏出棒料,将棒料切割成圆饼,再将圆饼在数控机床上加工沟槽、台阶和定位孔,制得石墨转子。

实施结果:石墨转子的体积密度为1.81g/cm3,肖氏硬度为48(hsd),电阻率为11μωm,弹性模量为10gpa,按照qc/t1004-2015《汽车电动真空泵性能要求及台架试验方法》中的工作耐久性测试方法,经过60万次疲劳测试循环后真空泵的极限真空度为86.5%(合格值为大于86%),石墨转子端面磨损量为0.274mm。

虽然,上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述,但在本发明基础上,可以对之作一些修改或改进,这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此,在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进,均属于本发明要求保护的范围。

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