一种高耐磨真空泵的制作方法

文档序号：14171360阅读：166来源：国知局

本发明涉及一种高耐磨真空泵，属于零部件材料技术领域。

背景技术：

真空泵是指利用机械、物理、化学或物理化学的方法对被抽容器进行抽气而获得真空的器件或设备。通俗来讲，真空泵是用各种方法在某一封闭空间中改善、产生和维持真空的装置。真空泵中包括泵轴和密封圈，现有技术中的泵轴与密封圈在快速运转中因为彼此之间的摩擦，进而影响真空泵的使用寿命。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提出了高耐磨的真空泵。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种高耐磨真空泵，所述的高耐磨真空泵中设有泵轴，所述的泵轴包括泵轴主体以及设置在泵轴主体表面的耐磨层，所述的泵轴主体由铝合金制成，所述的耐磨层的材质为ptfe复合材料。

本发明真空泵中的泵轴通过配比合理的铝合金制成主体，然后在主体表面设置一层由ptfe复合材料制得的耐磨层，进一步提高泵轴的耐磨性，进而提高真空泵的使用寿命。

在上述的高耐磨真空泵中，所述泵轴铝合金由如下成分及其质量百分比组成：si：0.12-0.3％、c：0.3-0.5％、n：0.05-0.25％、mg：0.25-0.5％、mn：1.2-1.5％、b：0.25-0.6％、ti：0.2-0.25％、ta：0.05-0.15％、hf：0.08-0.22％，余量为al及不可避免的杂质。

本发明中适量的si与al可形成al+si共晶液相，有助于提高铝合金铸造流动性；mg与基体al元素生成大量mg5al和mg5al8相，通过热处理能使mg5al和mg5al8相固溶到铝合金基体α相中，从而提高铝合金的常温力学性能，但是过多的mg5al和mg5al8相难以实现全部固溶，容易聚集在基体晶界间，会降低铝合金的整体力学性能，mg也可与si形成mg2si强化相，明显增强铝合金的抗拉强度和屈服强度，过多的mg2si相会造成铝合金的脆性并降低铝合金的韧性，因此本发明中严格控制各元素的含量。适量的mn可在铝合金中形成硬质点相，从而提高铝合金的耐磨性能，降低摩擦系数，提高基体的热强性，但是过多的mn容易与其它元素形成过大硬质点，降低铝合金的力学性能和导热性。

在本发明泵轴主体中加入适量的ti，ti与c、n和b形成弥散分布的碳氮硼化合物，这些碳氮硼化合物可以发挥固溶强化效果，以间隙固溶体的形式熔入晶格结构中，从而产生了向其中引入应变，以强化间隙固溶体的作用；且因这些碳氮硼化合物熔点很高，故能在后续的制备过程中起外来晶核的作用，从而细化晶粒。且n会与al形成aln，进一步提高泵轴铝合金的强度和韧性。本发明在泵轴铝合金中加入适量的ta和hf，钽本身具有加工性能好、化学稳定性高、抗液态金属腐蚀能力强等优异性能，其与c形成的二元合金相，结构稳定，增强铝合金的强度和耐蚀性。hf为高硬度元素，还具有延展性、抗氧化性和耐高温等特性，是一种良好的合金材料，b元素能够插入到hf密排六方结构中的间隙位置从而形成的硼化物，hf的硼化物属于高硬质相，其存在能够有效提高组织的强度，且hf与ta会形成二元合金体系，使得铝合金进一步提高泵轴主体的高蠕变强度。另外，hf具有很强的吸氢性，能起到净化铝成分的作用，进一步提升泵轴的性能。

在上述的高耐磨真空泵中，所述耐磨层的厚度为80-150μm。若耐磨层的厚度过小则会影响耐磨层材料的耐磨性，而若耐磨层的厚度过大，一则增加成本，二则会在泵轴运转中容易变形，进而影响真空泵的使用。

在上述的高耐磨真空泵中，所述的ptfe复合材料包括ptfe、碳纤维、聚苯醚、二硫化钼、pbwo4粉体、h2ircl6·h2o。

其中，所述的ptfe复合材料中碳纤维、聚苯醚、二硫化钼、pbwo4粉体和h2ircl6·h2o分别占复合材料总质量的2-5％、5-8％、1-2％、0.5-3％和3-5％，余量为ptfe。

现有技术中已经有在ptfe中加入15％左右的聚苯酯以及3％左右的二硫化钼(mos2)，由于聚苯酯在体系中和聚四氟乙烯是物理混合，基体聚四氟乙烯和填充材料聚苯酯之间的界面存在一定的缺陷，界面之间既无化学作用又没有其他相互作用将填料与基体连接在一起，因此在受到外力拉伸时，界面结合处容易产生空穴，并在空穴最多处断裂。mos2虽然可以填补聚苯酯与ptfe之间的空穴，但是聚苯酯和mos2的共同作用，会降低材料的拉伸强度仍和断裂伸长率。本发明在不断试验后发现，在原有用聚苯酯及二硫化钼加入到ptfe中的基础上，调整两者的含量，并配合碳纤维、pbwo4粉体以及h2ircl6·h2o可以大幅度提高复合材料的性能，尤其是大幅度降低材料表面的磨损。在本发明耐磨层ptfe材料中加入5-8％聚苯酯虽略有降低了复合材料的拉伸强度和断裂伸长率，提高了球压痕硬度；加入1-2％mos2可使铝合金表面形成均匀连续的转移膜，表面光滑，改善了对复合材料对摩时的摩擦学性能。本发明耐磨层复合材料中还加入有适量的pbwo4粉体，pbwo4粉体作为无机材料，不仅可以吸收环境中的辐射，提高耐磨层的抗老化能力，还可大幅度提高密封圈的强度、硬度、耐磨性以及清洁度，然而若加入过量的pbwo4粉体则会大大影响耐磨的性能，进而影响真空泵的强度、硬度和耐磨性。

在上述的高耐磨真空泵中，所述的泵轴由如下方法制得：

称取泵轴铝合金的成分及其质量百分比，在惰性气体下加热熔炼，然后进行浇铸得到铸件；

将铸件经过热锻压、机加工，再经热处理，得泵轴主体；

按照ptfe复合材料的组成称取原料，混料后将ptfe复合材料通过粉末喷涂工艺喷涂到经处理后的泵轴主体表面，得主体表面具有耐磨层的泵轴成品。

在泵轴的制备中，所述的热处理包括固溶处理与时效处理，所述的固溶处理为840-880℃，固溶处理的保温时间为1-3h，固溶处理的冷却速度为30-40℃/min，水冷。固溶处理可以使合金产品获得适宜的晶粒度，以保证合金高温抗蠕变性能。所述的时效处理为220-250℃，时效处理的保温时间为1-2h，自然冷却。时效处理可以消除铝合金板的内应力，稳定其组织和尺寸，改善其机械性能等。

在泵轴的制备中，所述的喷涂工艺的电压为50-60kv，电流为5-8μa，流速压力0.2-0.3mpa。正常的喷涂工艺中的电压一般较高为70-90kv，电流也较大为15-20a，流速压力0.35-0.55mpa，然而因为本发明耐磨层的ptfe复合材料中含有ptfe、碳纤维、聚苯醚、二硫化钼、pbwo4粉体、h2ircl6·h2o，若用正常喷涂工艺的电压、电流和流速压力则会影响碳纤维、聚苯醚、二硫化钼、pbwo4粉体、h2ircl6·h2o的作用，经不断试验发现，在略低的电压、电流和流速压力下则能更好地发挥ptfe复合材料中各成分的作用，进而提高耐磨层的耐磨性。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、本发明真空泵中的泵轴通过配比合理的铝合金制成主体，然后在主体表面设置一层由ptfe复合材料制得的耐磨层，进一步提高泵轴的耐磨性，进而提高真空泵的使用寿命。

2、本发明真空泵的泵轴主体由特定配比的铝合金制成，不仅合理配比了c、n、b与ti等元素之间的比例，还加入适量的ta和hf，大幅度提高了泵轴主体的强度和耐磨性。

3、本发明真空泵采用添加有碳纤维、聚苯醚、二硫化钼、pbwo4粉体和h2ircl6·h2o的ptfe复合材料制成，本发明的密封圈与铝合金制成的泵轴相互作用时，可大幅度降低之间的磨损率，从而提高真空泵的性能，进而提高真空泵的使用寿命。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，并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

一种高耐磨真空泵，所述的高耐磨真空泵中设有泵轴，所述的泵轴包括泵轴主体以及设置在泵轴主体表面的厚度为120μm的耐磨层，所述的泵轴主体由如下铝合金制成：si：0.22％、c：0.4％、n：0.15％、mg：0.38％、mn：1.35％、b：0.42％、ti：0.22％、ta：0.1％、hf：0.15％，余量为al及不可避免的杂质；耐磨层由如下ptfe复合材料制成：碳纤维3％、聚苯醚6％、二硫化钼1.5％、pbwo4粉体1.8％和h2ircl6·h2o4％，余量为ptfe。

其中上述的泵轴由如下方法制得：