专利名称：复合强化弹簧的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种弹簧的制造方法，特别是在普通金属弹簧表面电沉积复合强化层结构的弹簧。
背景技术：
随着汽车、动力机械等工业的发展，对汽车悬架弹簧和发动机气门弹簧提出了高应力、轻量化、长寿命的技术要求，抗疲劳制造技术成为弹簧制造的关键技术指标。目前业界主要通过开发高强度弹簧钢、喷丸强化技术、渗氮强化技术提高弹簧的疲劳性能。近年来，气门簧的表面氮化强化处理开始应用，它是一种表面化学热处理工艺，利用表面金属的化学成分和组织的变化提高材料的表面硬度，并形成较高的压应力，从而提高零件的疲劳强度。但氮化工艺也存在一些问题，需要一定的高温条件，会导致弹簧心部硬度降低，影响弹簧的抗松弛性能，还要解决环保排放及成本较高问题。喷丸强化技术是目前常用的一种弹簧强化技术，弹簧喷丸强化层是一层循环应变硬化层，其层内呈残余压应力状态，显著提高弹簧的疲劳寿命，但对于弹簧圈距较小的弹簧，如气门弹簧，由于丸粒进入弹簧内侧受阻，弹簧内侧喷丸强化不足，喷丸产生的压应力较小；因此弹簧的喷丸强化技术还存在一定的局限性。并且经过喷丸处理的弹簧表面仍有微裂纹、划痕，以及弹簧钢近表面的夹渣缺陷，存在潜在的危险疲劳源；国产弹簧一般经过 1.0X107次疲劳试验就发生断裂，与国外3. 0X107次疲劳试验不发生断裂的技术水平相差较远，进口国外优质的弹簧钢，价格昂贵。
发明内容
为了解决现有技术中弹簧的抗疲劳强度不足以及表面的潜在危险疲劳源缺陷、降低弹簧的生产成本，本发明提出了在金属弹簧表面附着复合强化层的技术方案，有效地提高了弹簧的疲劳强度和降低了生产成本。本发明的技术方案是一种复合强化弹簧的制造方法，该方法是将金属弹簧在微粒材料与铬基溶液或镍基溶液的混合物中进行电沉积，在金属弹簧表面形成复合强化层。进一步，本发明所述的金属弹簧在进行电沉积前先最好进行喷丸强化，使弹簧表层的形成循环应变硬化层结构，其层内呈残余压应力状态，显著提高弹簧的疲劳寿命。所述的微粒材料为金刚砂、碳化硅、三氧化二铝、氧化钛、氧化硼中一种，上述微粒材料的粒径范围在0. 1纳米-300纳米之间。具体而言，本发明所述的电沉积工艺是在40-80摄氏度的温度范围内进行。微粒材料占铬基溶液或镍基溶液与微粒材料混合溶液的重量的30% -50%。所述的复合强化弹簧的制造方法，所述的弹簧为螺旋弹簧，如发动机气门弹簧或汽车悬架弹簧，通过复合强化工艺处理，其抗疲劳性能得到显著增强。所述弹簧的线材截面可为圆形或椭圆形或梯形或三角形或多边形。本发明由于采用了上述的技术方案，通过在弹簧表面沉积了复合强化层，复合强化层具有金属的特征，又具有较高的硬度的强度，硬而不脆；而且复合强化层的电沉积，解决了弹簧内壁喷丸盲区的困难，微粒填充了微裂纹和划痕，消除或减少了弹簧的疲劳源，使得弹簧大大降低或消除了弹簧表面的疲劳危险缺陷，显著提高弹簧的疲劳强度，使弹簧的疲劳寿命提高一倍以上，同时提高了弹簧的耐腐蚀性，有效降低了弹簧的成本。
1、本发明所述复合强化气门弹簧的示意图。2、本发明所述复合强化气门弹簧沿A-A、向剖面所得到的线材截面的放大示意图。
具体实施例方式为了进一步说明本发明的技术效果，结合具体的实施例来对本实用新型的技术方案做进一步的阐述。实施例1 用金刚砂微粒混合沉积制得的复合强化气门弹簧1，如图1、图2所示取普通的钢质气门弹簧，经过喷丸工艺处理，在弹簧钢质基体2表面形成了喷丸强化层3，用0. 1纳米到300纳米之间纳米级金刚石和铬基溶液混合后制成镀液，其中金刚砂微粒重量占混合溶液重量的50%，在50摄氏度温度下通过电沉积的方法将上述的镀液沉积在经过喷丸工艺处理的钢质气门弹簧表面，在喷丸强化层3的表面形成复合强化层 4，得到沉积有金刚砂微粒的复合强化气门弹簧1 ；经过在^^-04让型疲劳试验机上进行疲劳试验，同时装机8件，经过3. OX IO7次疲劳试验未发生断裂，P2负荷损失率为0. 95 1.33%，疲劳试验合格。实施例2 用三氧化二铝微粒混合沉积制得的纳米复合强化气门弹簧1如图1、图 2所示取普通的钢质气门弹簧，经过喷丸工艺处理，在弹簧钢质基体2表面形成了喷丸强化层3，用80纳米到200纳米之间的三氧化二铝和镍基溶液混合后制成镀液，其中三氧化二铝微粒重量占混合溶液重量的30%，在70摄氏温度下通过电沉积的方法将上述的镀液沉积在经过喷丸工艺处理的钢质气门弹簧表面，在喷丸强化层3的表面形成复合强化层4， 得到复合强化气门弹簧1，经过在MS-041B型疲劳试验机上进行疲劳试验，同时装机8件， 经过3. OX 107次疲劳试验未发生断裂，P2负荷损失率为0. 99 2. 25%，疲劳试验合格。实施例3 用碳化硅微粒混合沉积得到的复合强化气门弹簧1，如图1、图2所示取普通的钢质气门弹簧，经过喷丸工艺处理，在弹簧钢质基体2表面形成了喷丸强化层3，用50纳米到260纳米之间的碳化硅微粒和镍基溶液混合后制成镀液，其中碳化硅微粒重量占混合溶液重量的30%，在40摄氏度下通过电沉积的方法将上述的镀液沉积在经过喷丸工艺处理的钢质气门弹簧表面，在喷丸强化层3的表面形成复合强化层4，得到复合强化气门弹簧1，经过在MS-041B型疲劳试验机上进行疲劳试验，同时装机8件，经过 3.0X107次疲劳试验未发生断裂，P2负荷损失率为3. 95 4. 33%，疲劳试验合格。实施例4 用碳化硼微粒混合沉积制得的纳米复合强化气门弹簧1，如图1、图2所示取普通的钢质气门弹簧，经过喷丸工艺处理，在弹簧钢质基体2表面形成了喷丸强化层3，用50纳米到150纳米之间碳化硼和镍基溶液混合后制成镀液，其中碳化硼微粒重量占混合溶液重量的45%，在80摄氏度温下通过电沉积的方法将上述的镀液沉积在经过喷丸工艺处理的钢质气门弹簧表面，在喷丸强化层3的表面形成复合强化层4，得到复合强化气门弹簧1，经过在MS-041B型疲劳试验机上进行疲劳试验，同时装机8件，经过 3.0X107次疲劳试验未发生断裂，P2负荷损失率为1. 25 2. 33%，疲劳试验合格。实施例5 用氧化钛微粒混合沉积制得的复合强化气门弹簧1，如图1、图2所示取普通的钢质气门弹簧，经过喷丸工艺处理，在弹簧钢质基体2表面形成了喷丸强化层3，用80纳米到150纳米之间级氧化钛和铬基溶液混合后制成镀液，其中氧化钛微粒重量占镀液的50%，在45摄氏度的温度下通过电沉积的方法将上述的镀液沉积在经过喷丸工艺处理的钢质气门弹簧表面，在喷丸强化层3的表面形成复合强化层4，制得复合强化气门弹簧1，在MS-041B型疲劳试验机上进行疲劳试验，同时装机8件，经过6. 0 X IO7次疲劳试验未发生断裂，P2负荷损失率为0. 95 1. 83%，疲劳试验合格。实施例6 在钢质气门弹簧表面直接沉积碳化硅微粒和镍基溶液复合强化层制得复合强化弹簧。取普通的钢质气门弹簧，未经过喷丸强化，用30纳米到250纳米之间碳化硅微粒和镍基溶液混合后制成镀液，其中碳化硅微粒重量占镀液的30%，在45摄氏度的温度下通过电沉积的方法将上述的镀液沉积在钢质气门弹簧表面，在钢质弹簧的表面形成复合强化层，得到复合强化气门弹簧，经过在MS-041B型疲劳试验机上进行疲劳试验，同时装机8 件，经过3. OX 107次疲劳试验未发生断裂，P2负荷损失率为4. 05 4. 73%，疲劳试验合格。通过以上实施例可以看出，金属弹簧表面附着微粒材料后，其表面的疲劳源减少， 使得弹簧大大降低或消除了弹簧表面的疲劳危险缺陷，显著提高弹簧的疲劳强度，使弹簧的疲劳寿命提高一倍以上，使普通国产弹簧经过3. 0 X 107次以上疲劳试验未发生断裂，最高可达6. 0 X 107次不断裂，远超过国际标准的3. 0 X 107次以上疲劳试验未发生断裂，该效果大大超过了本领域技术人员所能预见的效果。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求
1.一种复合强化弹簧的制造方法，其特征在于该方法是将金属弹簧在微粒材料与铬基溶液或镍基溶液的混合物中进行电沉积，在金属弹簧表面形成复合强化层。
2.如权利要求1所述的复合强化弹簧的制造方法，其特征在于所述的金属弹簧在进行电沉积前先进行喷丸强化。
3.如权利要求1或2所述的复合强化弹簧的制造方法，其特征在于所述的微粒材料的粒径范围在0. 1纳米-300纳米之间。
4.如权利要求1或2所述的复合强化弹簧的制造方法，其特征在于所述的微粒材料为金刚砂、碳化硅、三氧化二铝、氧化钛、氧化硼中一种。
5.如权利要求4所述的复合强化弹簧的制造方法，其特征在于所述的金刚砂、碳化硅、三氧化二铝、氧化钛、氧化硼的粒径范围在0. 1纳米-300纳米之间。
6.如权利要求1或2所述的复合强化弹簧的制造方法，其特征在于所述的电沉积是在40-80摄氏度的温度范围内进行。
7.如权利要求1或2所述的复合强化弹簧的制造方法，其特征在于所述的微粒材料占铬基溶液或镍基溶液与微粒材料混合溶液的重量的30% -50%。
8.如权利要求1或2所述的复合强化弹簧的制造方法，其特征在于所述的弹簧为螺旋弹簧。
9.如权利要求8所述的复合强化弹簧的制造方法，其特征在于所述的螺旋弹簧为发动机气门弹簧或汽车悬架弹簧。
10.如权利要求1或2所述的复合强化弹簧的制造方法，其特征在于所述弹簧的线材截面为圆形或椭圆形或梯形或三角形或多边形。
全文摘要
本发明涉及一种复合强化弹簧的制造方法，其将金属弹簧在微粒材料与铬基溶液或镍基溶液的混合物中进行电沉积，在金属弹簧表面形成复合强化层；所述的微粒材料为金刚砂、碳化硅、三氧化二铝、氧化钛、氧化硼中一种；采用这种表面具有复合强化结构的弹簧，其抗疲劳性能得到了有效地提高。
文档编号C25D15/00GK102586842SQ20111000128
公开日2012年7月18日 申请日期2011年1月6日 优先权日2011年1月6日
发明者刘江涛 申请人:刘江涛