一种防汽车前轴主销孔疲劳断裂的前轴主销及其制作方法
一种防汽车前轴主销孔疲劳断裂的前轴主销及其制作方法
【专利摘要】一种防汽车前轴主销孔疲劳断裂的前轴主销，包括主销孔及其内部的主销，所述主销的外表面为层状结构，依次包括主销基体、锰盐磷化膜层、二硫化钼层，锰盐磷化膜层的底部与主销基体的顶部相互嵌入，锰盐磷化膜层的顶部与二硫化钼层的底部以相啮合的方式相互嵌入。制作时，先通过预处理工艺对主销的表面进行清洁与活化，再依次通过锰盐磷化工艺、二硫化钼喷涂工艺在主销的表面形成锰盐磷化膜层、二硫化钼层相啮合的嵌入结构。本设计不仅能在不改变产品结构的前提下，通过表面工程就能提高前轴主销孔的疲劳强度，而且能提高膜层之间的附着力，确保这种复合膜层具有良好的减摩效果。
【专利说明】一种防汽车前轴主销孔疲劳断裂的前轴主销及其制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于金属制品表面工程领域，涉及一种防汽车前轴主销孔疲劳断裂的前轴 主销及其制作方法，具体适用于在不改变产品结构的前提下，通过表面工程达到减摩的效 果，提高汽车前轴主销孔的微动疲劳寿命。
【背景技术】
[0002] 某型工程车在作业时，因载荷大，前轴主销孔屡次发生早期断裂，限制了其承载能 力，经分析确认主销孔的断裂模式系微动疲劳断裂。
[0003] 主销与主销孔之间通过锥销定位，过渡配合，来自车轮的弯矩通过转向节作用于 主销的两端，进而作用于主销孔，在主销孔壁上造成拉应力，导致主销孔的椭圆化变形，这 时，在主销孔椭圆的短轴对应的区域，主销与主销孔之间将产生相对位移，发生滑动摩擦。 在实际工况中，来自车轮的弯矩是变化的，属于疲劳载荷，导致应力和摩擦也将动态变化， 从而形成了微动疲劳载荷机制。为了减小主销与主销孔之间的微动摩擦，改善其服役条件， 以有效提高其疲劳寿命，相应的技术途径包括减小主销与主销孔之间的相对滑移距离，和 减小二者之间的摩擦系数，前者需要改变前轴结构尺寸，这对于已经批量投放的车辆和公 司现有的前轴生产工艺流程而言都是非常不经济的。
[0004] 因而，采用减摩措施来防止已经投放和正在生产的前轴的这种潜在失效模式，将 是最为经济和有效的措施。
[0005] 中国专利，申请公布号为CN102358107A，申请公布日为2012年2月22人的发明专 利申请公开了一种前轴，包括本体，所述本体两端设置有用于与汽车转向节连接的主销孔， 所述本体中部对称设置有两个用于安装汽车悬架的安装座，位于所述安装座之间的本体侧 壁形成有加强筋。虽然该发明通过加强筋能降低汽车在制动时出现的制动应力峰值效果， 从而提高主销孔的疲劳强度，但该设计对产品结构做出了改变，不能满足现有的需求。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是克服现有技术中存在的对产品结构做出改变才能提高主销孔疲 劳强度的缺陷与问题，提供一种在不改变产品结构的前提下，通过表面工程就能提高主销 孔疲劳强度的防汽车前轴主销孔疲劳断裂的前轴主销及其制作方法。
[0007] 为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：一种防汽车前轴主销孔疲劳断裂的 前轴主销，包括主销孔与主销，所述主销孔位于汽车前轴的两端，主销孔的内壁与主销的外 表面过渡配合； 所述主销的外表面为层状结构，依次包括主销基体、锰盐磷化膜层、二硫化钥层，所述 锰盐磷化膜层的底部与主销基体的顶部相互嵌入，锰盐磷化膜层的顶部与二硫化钥层的底 部相互嵌入。
[0008] 所述锰盐磷化膜层由多个高弥散度分布的磷化颗粒堆积而成，且在锰盐磷化膜层 上形成有多个微孔，所述二硫化钥层由多个二硫化钥颗粒堆积而成； 所述锰盐磷化膜层顶部、二硫化钥层底部之间的嵌入方式是相啮合，位于锰盐磷化膜 层顶部的微孔的内部填充有位于二硫化钥层底部的二硫化钥颗粒。
[0009] 所述锰盐磷化膜层的厚度是二硫化钥层厚度的1 - 2倍。
[0010] 所述锰盐磷化膜层的厚度是8 - 10微米，二硫化钥层的厚度是5 - 8微米。
[0011] 一种上述防汽车前轴主销孔疲劳断裂的前轴主销的制作方法；所述制作方法依次 包括以下步骤： 预处理工艺：先将未处理的主销置于酒精溶液中进行清洗，清洗晾干后再进行喷砂处 理，然后进行脱脂、水洗处理，再对水洗处理后的主销进行表调，表调后即可得到预处理后 的主销； 锰盐磷化工艺：先将预处理后的主销放入含磷酸二氢盐的酸性溶液中进行搅拌磷化， 再对磷化后的主销进行水洗并吹干，以得到锰盐磷化后的主销；所述含磷酸二氢盐的酸性 溶液的PH值为1 - 3,溶质是磷酸二氢盐，溶剂是水； 二硫化钥喷涂工艺：先采用二硫化钥涂料对上述锰盐磷化后的主销的表面进行喷涂， 喷涂次数为3 - 4次，喷涂后，再将其置于70 - 80°C的干燥炉中进行固化处理，以得到喷涂 后的主销； 后续处理工艺：先对上述喷涂后的主销进行膜厚检测，检测合格后，再将主销用柔软的 包装油纸进行包装，此时，本制作方法结束。
[0012] 所述二硫化钥喷涂工艺中： 所述喷涂是指：先将上述锰盐磷化后的主销悬置在可旋转的夹具上，再在距离主销表 面15 - 25cm范围内，将搅拌均匀的二硫化钥涂料对主销的表面进行均匀喷涂，一次喷涂后 自然干燥10 - 30分钟后再进行二次喷涂。
[0013] 所述预处理工艺中： 所述喷砂处理是指：将主销悬置于喷砂装置内对主销表面进行喷砂处理； 所述脱脂是指：先将脱脂剂加热，再将主销放置于脱脂剂中进行脱脂处理，且在处理过 程中，主销不能与容器壁相接触； 所述表调是指：将水洗处理后的主销置于表调液中进行表调处理，表调过程中，主销要 不断的转动，以防主销表面的表调液浓度被降低。
[0014] 所述锰盐磷化工艺中：所述磷化的时间是10分钟。
[0015] 与现有技术相比，本发明的有益效果为： 1、本发明一种防汽车前轴主销孔疲劳断裂的前轴主销及其制作方法中主销的外表面 为层状结构，依次包括主销基体、锰盐磷化膜层、二硫化钥层，锰盐磷化膜层的底部与主销 基体的顶部相互嵌入，锰盐磷化膜层的顶部与二硫化钥层的底部相互嵌入，该设计的优点 如下：首先，锰盐磷化膜层具有特殊的高弥散微孔结构，比常规磷化膜的硬度和耐磨性更 高，二硫化钥层则是热固化的以M 〇S2为基本成分，并且含有有机粘结剂的固体润滑剂，能减 小摩擦；其次，二硫化钥粒径很小，能填充锰盐磷化膜层上的高弥散微孔结构，增强整个膜 层的结合性能，即使长久与其结合的表面进行摩擦，也不会因摩擦升温而脱落，确保了整体 零件的耐磨性，从而使得主销的表面摩擦系数控制在0. 04 - 0. 06,具备很好的减摩耐磨作 用。因此，本发明能在不改变产品结构的前提下，通过对主销的表面进行表面工程处理，从 而提高汽车前轴主销孔的疲劳强度。
[0016] 2、本发明一种防汽车前轴主销孔疲劳断裂的前轴主销及其制作方法中的制作方 法主要通过依次进行的锰盐磷化工艺、二硫化钥喷涂工艺在主销上形成了 "锰盐磷化膜 层+二硫化钥层"的相互啮合的复合层状结构，其中，锰盐磷化工艺是为了获得细致、均匀 的，与基体结合良好的、具备高弥散微孔结构的锰盐磷化膜层；二硫化钥喷涂工艺则一方面 通过喷涂使得二硫化钥涂层、锰盐磷化膜层相啮合，提高耐磨能力与结合性能，另一方面则 通过固化处理提高二硫化钥涂层的硬度及其与锰盐磷化膜层的附着力。因此，本发明不仅 能实现"在不改变产品结构的前提下，通过对主销进行表面工程处理从而提高前轴主销孔 疲劳强度"，而且能提高膜层之间的附着力，确保这种复合膜层具有良好的减摩效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 图1是本发明的结构示意图。
[0018] 图2是图1中主销的外表面的膜层结构示意图。
[0019] 图3是前轴主销未处理时的主销孔疲劳断裂形貌的示意图。
[0020] 图4是图3中主销孔内壁的结构示意图。
[0021] 图5是本发明经前轴台架试验后主销孔的形貌的示意图。
[0022] 图6、图7是图5中主销孔内壁的结构示意图。
[0023] 图8是本发明应用在主销上经前轴台架试验后的形貌的示意图。
[0024] 图中：主销基体1、锰盐磷化膜层2、磷化颗粒21、微孔22、二硫化钥层3、二硫化钥 颗粒31。
【具体实施方式】
[0025] 以下结合【专利附图】
【附图说明】和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
[0026] 参见图1 -图2,一种防汽车前轴主销孔疲劳断裂的前轴主销，包括主销孔与主 销，所述主销孔位于汽车前轴的两端，主销孔的内壁与主销的外表面过渡配合； 所述主销的外表面为层状结构，依次包括主销基体1、锰盐磷化膜层2、二硫化钥层3， 所述锰盐磷化膜层2的底部与主销基体1的顶部相互嵌入，锰盐磷化膜层2的顶部与二硫 化钥层3的底部相互嵌入。
[0027] 所述锰盐磷化膜层2由多个高弥散度分布的磷化颗粒21堆积而成，且在锰盐磷化 膜层2上形成有多个微孔22,所述二硫化钥层3由多个二硫化钥颗粒31堆积而成； 所述锰盐磷化膜层2顶部、二硫化钥层3底部之间的嵌入方式是相啮合，位于锰盐磷化 膜层2顶部的微孔22的内部填充有位于二硫化钥层3底部的二硫化钥颗粒31。
[0028] 所述锰盐磷化膜层2的厚度是二硫化钥层3厚度的1 - 2倍。
[0029] 所述锰盐磷化膜层2的厚度是8 - 10微米，二硫化钥层3的厚度是5 - 8微米。
[0030] 一种上述防汽车前轴主销孔疲劳断裂的前轴主销的制作方法；所述制作方法依次 包括以下步骤： 预处理工艺：先将未处理的主销置于酒精溶液中进行清洗，清洗晾干后再进行喷砂处 理，然后进行脱脂、水洗处理，再对水洗处理后的主销进行表调，表调后即可得到预处理后 的主销； 锰盐磷化工艺：先将预处理后的主销放入含磷酸二氢盐的酸性溶液中进行搅拌磷化， 再对磷化后的主销进行水洗并吹干，以得到锰盐磷化后的主销；所述含磷酸二氢盐的酸性 溶液的PH值为1 - 3,溶质是磷酸二氢盐，溶剂是水； 二硫化钥喷涂工艺：先采用二硫化钥涂料对上述锰盐磷化后的主销的表面进行喷涂， 喷涂次数为3 - 4次，喷涂后，再将其置于70 - 80°C的干燥炉中进行固化处理，以得到喷涂 后的主销； 后续处理工艺：先对上述喷涂后的主销进行膜厚检测，检测合格后，再将主销用柔软的 包装油纸进行包装，此时，本制作方法结束。
[0031] 所述二硫化钥喷涂工艺中： 所述喷涂是指：先将上述锰盐磷化后的主销悬置在可旋转的夹具上，再在距离主销表 面15 - 25cm范围内，将搅拌均匀的二硫化钥涂料对主销的表面进行均匀喷涂，一次喷涂后 自然干燥10 - 30分钟后再进行二次喷涂。
[0032] 所述预处理工艺中： 所述喷砂处理是指：将主销悬置于喷砂装置内对主销表面进行喷砂处理； 所述脱脂是指：先将脱脂剂加热，再将主销放置于脱脂剂中进行脱脂处理，且在处理过 程中，主销不能与容器壁相接触； 所述表调是指：将水洗处理后的主销置于表调液中进行表调处理，表调过程中，主销要 不断的转动，以防主销表面的表调液浓度被降低。
[0033] 所述锰盐磷化工艺中：所述磷化的时间是10分钟。
[0034] 本发明的原理说明如下： 1、锰盐磷化膜层、二硫化钥层相啮合结构： 与主销基体结合的第一层膜是锰盐磷化膜层，锰盐磷化膜层具有特殊的高弥散微孔结 构，膜层比常规磷化膜的硬度和耐磨性更高，该膜层由无数个高弥散磷化晶粒紧密堆集形 成(该膜层用肉眼观察是齐整致密的一层膜，微观上则是一个个高弥散度分布的磷化颗粒， 且凹凸不平）；第二层的二硫化钥层是热固化的以二硫化钥（M 〇S2)为基本成分，并且含有有 机粘结剂的固体润滑剂，二硫化钥层均匀分布在锰盐磷化膜层上，二硫化钥粒径很小，部分 细小的二硫化钥颗粒会填充锰盐磷化膜层上形成的微孔，这样二硫化钥层与锰盐磷化膜层 之间是相互嵌入，互相交叉存在的，即啮合状态，从而提高膜层的附着力，使整个膜层结合 性能良好，耐磨损性能佳，提供非常好的使用寿命，在高负荷应用场合中表现得尤为出色。
[0035] 2、预处理工艺： 预处理工艺是主销获得高质量锰盐磷化膜层的基础，是锰盐磷化膜层与主销基体结合 力好坏的前提。预处理工艺能改变金属表面状态，加速磷化过程，降低磷化液温度，促使形 成结晶细微的磷化膜。
[0036] 清洗：主要是去除主销加工时留在主销表面的污渍及主销在运转过程中沾的污 渍，清洗溶剂一般选用酒精溶液。
[0037] 喷砂处理：将主销悬置于喷砂装置内进行主销表面喷砂处理，目的一方面是进一 步清除主销表面的油脂、油污，另一方面是活化主销表面，为后续进行磷化时形成的磷化膜 能与主销基体更好的结合。
[0038] 脱脂、水洗：脱脂目的是更进一步除去主销表面的油脂，水洗是清洗掉主销表面的 脱脂剂，防止把脱脂剂带到下个工序，污染下到工序。脱脂的具体操作是指：先将脱脂剂加 热（目的：提高脱脂效率和速度)，再将主销放置于脱脂剂中进行脱脂处理(一般为6分钟左 右)，注意工件不能与容器壁接触(主要是更好的能清除工件表面油污)。
[0039] 表调：目的是改善工件表面状态，使后续的磷化结晶细密，改善磷化质量。表调的 具体操作是指：将清洗干净的主销置于表调液中进行表调处理，表调过程中，主销要不断的 转动，以防主销表面的表调液浓度被降低，导致主销表面表调不均匀，影响后续工艺。
[0040] 3、锰盐磷化工艺： 含磷酸二氢盐的酸性溶液中，磷酸二氢盐是溶质，水是溶剂，所组成的这种酸性溶液PH 值在1 - 3。主销浸入该酸性溶液中发生化学反应，最终在零件表面沉积形成一层不溶于水 的结晶型磷酸盐转化膜。
[0041] 4、二硫化钥喷涂工艺： 二硫化钥涂料是热固化的以二硫化钥（M〇S2)为基本成分，并且含有有机粘结剂的固体 润滑剂。涂层厚度根据钢件的不同要求，可以进行多次涂覆，一般需要涂3 - 4次，这样既均 匀，厚度又有所保证，减摩耐磨性良好。
[0042] 固化处理：其目的一方面使二硫化钥层的硬度提高，另一方面则增加二硫化钥层 与磷化膜的附着力。限定"70 - 80°C "的处理温度是为了使二硫化钥层与磷化层之间的附 着力最好。
[0043] 实施例1 : 参见图1 -图2, 一种防汽车前轴主销孔疲劳断裂的前轴主销，包括主销孔与主销，所 述主销孔位于汽车前轴的两端，主销孔的内壁与主销的外表面过渡配合；所述主销的外表 面为层状结构，依次包括主销基体1、锰盐磷化膜层2、二硫化钥层3,所述锰盐磷化膜层2由 多个高弥散度分布的磷化颗粒21堆积而成，锰盐磷化膜层2上形成有多个微孔22,所述二 硫化钥层3由多个二硫化钥颗粒31堆积而成，锰盐磷化膜层2的底部与主销基体1的顶部 相互嵌入，锰盐磷化膜层2的顶部与二硫化钥层3的底部以相啮合的方式相互嵌入，位于锰 盐磷化膜层2顶部的微孔22的内部填充有位于二硫化钥层3底部的二硫化钥颗粒31。 [0044] 一种上述防汽车前轴主销孔疲劳断裂的前轴主销的制作方法；所述制作方法依次 包括以下步骤： 预处理工艺：先将未处理的主销置于酒精溶液中进行清洗，清洗晾干后再进行喷砂处 理，然后进行脱脂、水洗处理，再对水洗处理后的主销进行表调，表调后即可得到预处理后 的主销；所述喷砂处理是指将主销悬置于喷砂装置内对主销表面进行喷砂处理；所述脱脂 是指先将脱脂剂加热，再将主销放置于脱脂剂中进行脱脂处理，且在处理过程中，主销不能 与容器壁相接触；所述表调是指将水洗处理后的主销置于表调液中进行表调处理，表调过 程中，主销要不断的转动，以防主销表面的表调液浓度被降低，导致主销表面表调不均匀， 影响后续工艺； 锰盐磷化工艺：先将预处理后的主销放入加热到30°C左右的含磷酸二氢盐的酸性溶 液中进行搅拌磷化，再对磷化后的主销进行水洗并吹干，以得到锰盐磷化后的主销；所述含 磷酸二氢盐的酸性溶液的PH值为1 - 3,溶质是磷酸二氢盐，溶剂是水；所述磷化的时间是 10分钟； 二硫化钥喷涂工艺：先采用二硫化钥涂料对上述锰盐磷化后的主销的表面进行喷涂， 喷涂次数为3 - 4次，喷涂后，再将其置于70 - 80°C的干燥炉中进行固化处理，以得到喷涂 后的主销；所述喷涂是指：先将上述锰盐磷化后的主销悬置在可旋转的夹具上，再在距离 主销表面15 - 25cm的范围内，将搅拌均匀的二硫化钥涂料对主销的表面进行均匀喷涂，一 次喷涂后自然干燥10 - 30分钟后再进行二次喷涂； 后续处理工艺：先对上述喷涂后的主销进行膜厚检测，检测合格后，再将主销用柔软的 包装油纸进行包装，此时，本制作方法结束。
[0045] 将上述主销用于前轴总成的安装，随后将前轴总成进行台架疲劳试验。图3是前 轴主销未处理时的主销孔疲劳断裂形貌的示意图，图4是图3中主销孔内壁的结构示意图， 图5是本发明中的主销孔经前轴台架试验后的形貌的示意图，图6、图7是图5中主销孔内 壁的结构示意图，图8是本发明中的主销经前轴台架试验后的形貌的示意图。从试验结果 看，经过本发明处理的主销安装于汽车前轴上，前轴主销孔并未发生微动疲劳断裂现象，这 层复合膜从主销表面虽然有部分的磨损，但磨损掉的这层膜层也会大部分黏附于主销孔内 壁上，填充了销孔内壁加工时存在的"凹"处刀痕，增大了主销与主销孔表面的接触面积，同 时这层膜在主销与主销孔的摩擦过程中，仍具有一定的减摩效果，所以该层复合膜仍具有 一定的保护作用，对提高前轴的使用寿命具有一定的意义。
【权利要求】
1. 一种防汽车前轴主销孔疲劳断裂的前轴主销，包括主销孔与主销，所述主销孔位于 汽车前轴的两端，主销孔的内壁与主销的外表面过渡配合，其特征在于： 所述主销的外表面为层状结构，依次包括主销基体（1)、锰盐磷化膜层（2)、二硫化钥 层（3)，所述锰盐磷化膜层（2)的底部与主销基体（1)的顶部相互嵌入，锰盐磷化膜层（2)的 顶部与二硫化钥层（3)的底部相互嵌入。
2. 根据权利要求1所述的一种防汽车前轴主销孔疲劳断裂的前轴主销，其特征在于： 所述锰盐磷化膜层（2)由多个高弥散度分布的磷化颗粒（21)堆积而成，且在锰盐磷 化膜层（2)上形成有多个微孔（22)，所述二硫化钥层（3)由多个二硫化钥颗粒（31)堆积而 成； 所述锰盐磷化膜层（2)顶部、二硫化钥层（3)底部之间的嵌入方式是相啮合，位于锰 盐磷化膜层（2)顶部的微孔（22)的内部填充有位于二硫化钥层（3)底部的二硫化钥颗粒 (31)。
3. 根据权利要求1或2所述的一种防汽车前轴主销孔疲劳断裂的前轴主销，其特征在 于：所述锰盐磷化膜层（2)的厚度是二硫化钥层（3)厚度的1 - 2倍。
4. 根据权利要求3所述的一种防汽车前轴主销孔疲劳断裂的前轴主销，其特征在于： 所述锰盐磷化膜层（2)的厚度是8 - 10微米，二硫化钥层（3)的厚度是5 - 8微米。
5. -种权利要求1所述的防汽车前轴主销孔疲劳断裂的前轴主销的制作方法，其特征 在于：所述制作方法依次包括以下步骤： 预处理工艺：先将未处理的主销置于酒精溶液中进行清洗，清洗晾干后再进行喷砂处 理，然后进行脱脂、水洗处理，再对水洗处理后的主销进行表调，表调后即可得到预处理后 的主销； 锰盐磷化工艺：先将预处理后的主销放入含磷酸二氢盐的酸性溶液中进行搅拌磷化， 再对磷化后的主销进行水洗并吹干，以得到锰盐磷化后的主销；所述含磷酸二氢盐的酸性 溶液的PH值为1 - 3,溶质是磷酸二氢盐，溶剂是水； 二硫化钥喷涂工艺：先采用二硫化钥涂料对上述锰盐磷化后的主销的表面进行喷涂， 喷涂次数为3 - 4次，喷涂后，再将其置于70 - 80°C的干燥炉中进行固化处理，以得到喷涂 后的主销； 后续处理工艺：先对上述喷涂后的主销进行膜厚检测，检测合格后，再将主销用柔软的 包装油纸进行包装，此时，本制作方法结束。
6. 根据权利要求5所述的一种防汽车前轴主销孔疲劳断裂的前轴主销的制作方法，其 特征在于：所述-硫化钥嗔涂工艺中： 所述喷涂是指：先将上述锰盐磷化后的主销悬置在可旋转的夹具上，再在距离主销表 面15 - 25cm的范围内，将搅拌均匀的二硫化钥涂料对主销的表面进行均匀喷涂，一次喷涂 后自然干燥10 - 30分钟后再进行二次喷涂。
7. 根据根据权利要求5或6所述的一种防汽车前轴主销孔疲劳断裂的前轴主销的制作 方法，其特征在于：所述预处理工艺中： 所述喷砂处理是指：将主销悬置于喷砂装置内对主销表面进行喷砂处理； 所述脱脂是指：先将脱脂剂加热，再将主销放置于脱脂剂中进行脱脂处理，且在处理过 程中，主销不能与容器壁相接触； 所述表调是指：将水洗处理后的主销置于表调液中进行表调处理，表调过程中，主销要 不断的转动，以防主销表面的表调液浓度被降低。
8.根据根据权利要求5或6所述的一种防汽车前轴主销孔疲劳断裂的前轴主销的制作 方法，其特征在于：所述锰盐磷化工艺中：所述磷化的时间是10分钟。
【文档编号】C23C22/18GK104088878SQ201410278068
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年6月20日 优先权日:2014年6月20日
【发明者】高亮庆, 张峰 申请人:东风商用车有限公司
【专利摘要】一种防汽车前轴主销孔疲劳断裂的前轴主销，包括主销孔及其内部的主销，所述主销的外表面为层状结构，依次包括主销基体、锰盐磷化膜层、二硫化钼层，锰盐磷化膜层的底部与主销基体的顶部相互嵌入，锰盐磷化膜层的顶部与二硫化钼层的底部以相啮合的方式相互嵌入。制作时，先通过预处理工艺对主销的表面进行清洁与活化，再依次通过锰盐磷化工艺、二硫化钼喷涂工艺在主销的表面形成锰盐磷化膜层、二硫化钼层相啮合的嵌入结构。本设计不仅能在不改变产品结构的前提下，通过表面工程就能提高前轴主销孔的疲劳强度，而且能提高膜层之间的附着力，确保这种复合膜层具有良好的减摩效果。
【专利说明】一种防汽车前轴主销孔疲劳断裂的前轴主销及其制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于金属制品表面工程领域，涉及一种防汽车前轴主销孔疲劳断裂的前轴 主销及其制作方法，具体适用于在不改变产品结构的前提下，通过表面工程达到减摩的效 果，提高汽车前轴主销孔的微动疲劳寿命。
【背景技术】
[0002] 某型工程车在作业时，因载荷大，前轴主销孔屡次发生早期断裂，限制了其承载能 力，经分析确认主销孔的断裂模式系微动疲劳断裂。
[0003] 主销与主销孔之间通过锥销定位，过渡配合，来自车轮的弯矩通过转向节作用于 主销的两端，进而作用于主销孔，在主销孔壁上造成拉应力，导致主销孔的椭圆化变形，这 时，在主销孔椭圆的短轴对应的区域，主销与主销孔之间将产生相对位移，发生滑动摩擦。 在实际工况中，来自车轮的弯矩是变化的，属于疲劳载荷，导致应力和摩擦也将动态变化， 从而形成了微动疲劳载荷机制。为了减小主销与主销孔之间的微动摩擦，改善其服役条件， 以有效提高其疲劳寿命，相应的技术途径包括减小主销与主销孔之间的相对滑移距离，和 减小二者之间的摩擦系数，前者需要改变前轴结构尺寸，这对于已经批量投放的车辆和公 司现有的前轴生产工艺流程而言都是非常不经济的。
[0004] 因而，采用减摩措施来防止已经投放和正在生产的前轴的这种潜在失效模式，将 是最为经济和有效的措施。
[0005] 中国专利，申请公布号为CN102358107A，申请公布日为2012年2月22人的发明专 利申请公开了一种前轴，包括本体，所述本体两端设置有用于与汽车转向节连接的主销孔， 所述本体中部对称设置有两个用于安装汽车悬架的安装座，位于所述安装座之间的本体侧 壁形成有加强筋。虽然该发明通过加强筋能降低汽车在制动时出现的制动应力峰值效果， 从而提高主销孔的疲劳强度，但该设计对产品结构做出了改变，不能满足现有的需求。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是克服现有技术中存在的对产品结构做出改变才能提高主销孔疲 劳强度的缺陷与问题，提供一种在不改变产品结构的前提下，通过表面工程就能提高主销 孔疲劳强度的防汽车前轴主销孔疲劳断裂的前轴主销及其制作方法。
[0007] 为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：一种防汽车前轴主销孔疲劳断裂的 前轴主销，包括主销孔与主销，所述主销孔位于汽车前轴的两端，主销孔的内壁与主销的外 表面过渡配合； 所述主销的外表面为层状结构，依次包括主销基体、锰盐磷化膜层、二硫化钥层，所述 锰盐磷化膜层的底部与主销基体的顶部相互嵌入，锰盐磷化膜层的顶部与二硫化钥层的底 部相互嵌入。
[0008] 所述锰盐磷化膜层由多个高弥散度分布的磷化颗粒堆积而成，且在锰盐磷化膜层 上形成有多个微孔，所述二硫化钥层由多个二硫化钥颗粒堆积而成； 所述锰盐磷化膜层顶部、二硫化钥层底部之间的嵌入方式是相啮合，位于锰盐磷化膜 层顶部的微孔的内部填充有位于二硫化钥层底部的二硫化钥颗粒。
[0009] 所述锰盐磷化膜层的厚度是二硫化钥层厚度的1 - 2倍。
[0010] 所述锰盐磷化膜层的厚度是8 - 10微米，二硫化钥层的厚度是5 - 8微米。
[0011] 一种上述防汽车前轴主销孔疲劳断裂的前轴主销的制作方法；所述制作方法依次 包括以下步骤： 预处理工艺：先将未处理的主销置于酒精溶液中进行清洗，清洗晾干后再进行喷砂处 理，然后进行脱脂、水洗处理，再对水洗处理后的主销进行表调，表调后即可得到预处理后 的主销； 锰盐磷化工艺：先将预处理后的主销放入含磷酸二氢盐的酸性溶液中进行搅拌磷化， 再对磷化后的主销进行水洗并吹干，以得到锰盐磷化后的主销；所述含磷酸二氢盐的酸性 溶液的PH值为1 - 3,溶质是磷酸二氢盐，溶剂是水； 二硫化钥喷涂工艺：先采用二硫化钥涂料对上述锰盐磷化后的主销的表面进行喷涂， 喷涂次数为3 - 4次，喷涂后，再将其置于70 - 80°C的干燥炉中进行固化处理，以得到喷涂 后的主销； 后续处理工艺：先对上述喷涂后的主销进行膜厚检测，检测合格后，再将主销用柔软的 包装油纸进行包装，此时，本制作方法结束。
[0012] 所述二硫化钥喷涂工艺中： 所述喷涂是指：先将上述锰盐磷化后的主销悬置在可旋转的夹具上，再在距离主销表 面15 - 25cm范围内，将搅拌均匀的二硫化钥涂料对主销的表面进行均匀喷涂，一次喷涂后 自然干燥10 - 30分钟后再进行二次喷涂。
[0013] 所述预处理工艺中： 所述喷砂处理是指：将主销悬置于喷砂装置内对主销表面进行喷砂处理； 所述脱脂是指：先将脱脂剂加热，再将主销放置于脱脂剂中进行脱脂处理，且在处理过 程中，主销不能与容器壁相接触； 所述表调是指：将水洗处理后的主销置于表调液中进行表调处理，表调过程中，主销要 不断的转动，以防主销表面的表调液浓度被降低。
[0014] 所述锰盐磷化工艺中：所述磷化的时间是10分钟。
[0015] 与现有技术相比，本发明的有益效果为： 1、本发明一种防汽车前轴主销孔疲劳断裂的前轴主销及其制作方法中主销的外表面 为层状结构，依次包括主销基体、锰盐磷化膜层、二硫化钥层，锰盐磷化膜层的底部与主销 基体的顶部相互嵌入，锰盐磷化膜层的顶部与二硫化钥层的底部相互嵌入，该设计的优点 如下：首先，锰盐磷化膜层具有特殊的高弥散微孔结构，比常规磷化膜的硬度和耐磨性更 高，二硫化钥层则是热固化的以M 〇S2为基本成分，并且含有有机粘结剂的固体润滑剂，能减 小摩擦；其次，二硫化钥粒径很小，能填充锰盐磷化膜层上的高弥散微孔结构，增强整个膜 层的结合性能，即使长久与其结合的表面进行摩擦，也不会因摩擦升温而脱落，确保了整体 零件的耐磨性，从而使得主销的表面摩擦系数控制在0. 04 - 0. 06,具备很好的减摩耐磨作 用。因此，本发明能在不改变产品结构的前提下，通过对主销的表面进行表面工程处理，从 而提高汽车前轴主销孔的疲劳强度。
[0016] 2、本发明一种防汽车前轴主销孔疲劳断裂的前轴主销及其制作方法中的制作方 法主要通过依次进行的锰盐磷化工艺、二硫化钥喷涂工艺在主销上形成了 "锰盐磷化膜 层+二硫化钥层"的相互啮合的复合层状结构，其中，锰盐磷化工艺是为了获得细致、均匀 的，与基体结合良好的、具备高弥散微孔结构的锰盐磷化膜层；二硫化钥喷涂工艺则一方面 通过喷涂使得二硫化钥涂层、锰盐磷化膜层相啮合，提高耐磨能力与结合性能，另一方面则 通过固化处理提高二硫化钥涂层的硬度及其与锰盐磷化膜层的附着力。因此，本发明不仅 能实现"在不改变产品结构的前提下，通过对主销进行表面工程处理从而提高前轴主销孔 疲劳强度"，而且能提高膜层之间的附着力，确保这种复合膜层具有良好的减摩效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 图1是本发明的结构示意图。
[0018] 图2是图1中主销的外表面的膜层结构示意图。
[0019] 图3是前轴主销未处理时的主销孔疲劳断裂形貌的示意图。
[0020] 图4是图3中主销孔内壁的结构示意图。
[0021] 图5是本发明经前轴台架试验后主销孔的形貌的示意图。
[0022] 图6、图7是图5中主销孔内壁的结构示意图。
[0023] 图8是本发明应用在主销上经前轴台架试验后的形貌的示意图。
[0024] 图中：主销基体1、锰盐磷化膜层2、磷化颗粒21、微孔22、二硫化钥层3、二硫化钥 颗粒31。
【具体实施方式】
[0025] 以下结合【专利附图】
【附图说明】和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
[0026] 参见图1 -图2,一种防汽车前轴主销孔疲劳断裂的前轴主销，包括主销孔与主 销，所述主销孔位于汽车前轴的两端，主销孔的内壁与主销的外表面过渡配合； 所述主销的外表面为层状结构，依次包括主销基体1、锰盐磷化膜层2、二硫化钥层3， 所述锰盐磷化膜层2的底部与主销基体1的顶部相互嵌入，锰盐磷化膜层2的顶部与二硫 化钥层3的底部相互嵌入。
[0027] 所述锰盐磷化膜层2由多个高弥散度分布的磷化颗粒21堆积而成，且在锰盐磷化 膜层2上形成有多个微孔22,所述二硫化钥层3由多个二硫化钥颗粒31堆积而成； 所述锰盐磷化膜层2顶部、二硫化钥层3底部之间的嵌入方式是相啮合，位于锰盐磷化 膜层2顶部的微孔22的内部填充有位于二硫化钥层3底部的二硫化钥颗粒31。
[0028] 所述锰盐磷化膜层2的厚度是二硫化钥层3厚度的1 - 2倍。
[0029] 所述锰盐磷化膜层2的厚度是8 - 10微米，二硫化钥层3的厚度是5 - 8微米。
[0030] 一种上述防汽车前轴主销孔疲劳断裂的前轴主销的制作方法；所述制作方法依次 包括以下步骤： 预处理工艺：先将未处理的主销置于酒精溶液中进行清洗，清洗晾干后再进行喷砂处 理，然后进行脱脂、水洗处理，再对水洗处理后的主销进行表调，表调后即可得到预处理后 的主销； 锰盐磷化工艺：先将预处理后的主销放入含磷酸二氢盐的酸性溶液中进行搅拌磷化， 再对磷化后的主销进行水洗并吹干，以得到锰盐磷化后的主销；所述含磷酸二氢盐的酸性 溶液的PH值为1 - 3,溶质是磷酸二氢盐，溶剂是水； 二硫化钥喷涂工艺：先采用二硫化钥涂料对上述锰盐磷化后的主销的表面进行喷涂， 喷涂次数为3 - 4次，喷涂后，再将其置于70 - 80°C的干燥炉中进行固化处理，以得到喷涂 后的主销； 后续处理工艺：先对上述喷涂后的主销进行膜厚检测，检测合格后，再将主销用柔软的 包装油纸进行包装，此时，本制作方法结束。
[0031] 所述二硫化钥喷涂工艺中： 所述喷涂是指：先将上述锰盐磷化后的主销悬置在可旋转的夹具上，再在距离主销表 面15 - 25cm范围内，将搅拌均匀的二硫化钥涂料对主销的表面进行均匀喷涂，一次喷涂后 自然干燥10 - 30分钟后再进行二次喷涂。
[0032] 所述预处理工艺中： 所述喷砂处理是指：将主销悬置于喷砂装置内对主销表面进行喷砂处理； 所述脱脂是指：先将脱脂剂加热，再将主销放置于脱脂剂中进行脱脂处理，且在处理过 程中，主销不能与容器壁相接触； 所述表调是指：将水洗处理后的主销置于表调液中进行表调处理，表调过程中，主销要 不断的转动，以防主销表面的表调液浓度被降低。
[0033] 所述锰盐磷化工艺中：所述磷化的时间是10分钟。
[0034] 本发明的原理说明如下： 1、锰盐磷化膜层、二硫化钥层相啮合结构： 与主销基体结合的第一层膜是锰盐磷化膜层，锰盐磷化膜层具有特殊的高弥散微孔结 构，膜层比常规磷化膜的硬度和耐磨性更高，该膜层由无数个高弥散磷化晶粒紧密堆集形 成(该膜层用肉眼观察是齐整致密的一层膜，微观上则是一个个高弥散度分布的磷化颗粒， 且凹凸不平）；第二层的二硫化钥层是热固化的以二硫化钥（M 〇S2)为基本成分，并且含有有 机粘结剂的固体润滑剂，二硫化钥层均匀分布在锰盐磷化膜层上，二硫化钥粒径很小，部分 细小的二硫化钥颗粒会填充锰盐磷化膜层上形成的微孔，这样二硫化钥层与锰盐磷化膜层 之间是相互嵌入，互相交叉存在的，即啮合状态，从而提高膜层的附着力，使整个膜层结合 性能良好，耐磨损性能佳，提供非常好的使用寿命，在高负荷应用场合中表现得尤为出色。
[0035] 2、预处理工艺： 预处理工艺是主销获得高质量锰盐磷化膜层的基础，是锰盐磷化膜层与主销基体结合 力好坏的前提。预处理工艺能改变金属表面状态，加速磷化过程，降低磷化液温度，促使形 成结晶细微的磷化膜。
[0036] 清洗：主要是去除主销加工时留在主销表面的污渍及主销在运转过程中沾的污 渍，清洗溶剂一般选用酒精溶液。
[0037] 喷砂处理：将主销悬置于喷砂装置内进行主销表面喷砂处理，目的一方面是进一 步清除主销表面的油脂、油污，另一方面是活化主销表面，为后续进行磷化时形成的磷化膜 能与主销基体更好的结合。
[0038] 脱脂、水洗：脱脂目的是更进一步除去主销表面的油脂，水洗是清洗掉主销表面的 脱脂剂，防止把脱脂剂带到下个工序，污染下到工序。脱脂的具体操作是指：先将脱脂剂加 热（目的：提高脱脂效率和速度)，再将主销放置于脱脂剂中进行脱脂处理(一般为6分钟左 右)，注意工件不能与容器壁接触(主要是更好的能清除工件表面油污)。
[0039] 表调：目的是改善工件表面状态，使后续的磷化结晶细密，改善磷化质量。表调的 具体操作是指：将清洗干净的主销置于表调液中进行表调处理，表调过程中，主销要不断的 转动，以防主销表面的表调液浓度被降低，导致主销表面表调不均匀，影响后续工艺。
[0040] 3、锰盐磷化工艺： 含磷酸二氢盐的酸性溶液中，磷酸二氢盐是溶质，水是溶剂，所组成的这种酸性溶液PH 值在1 - 3。主销浸入该酸性溶液中发生化学反应，最终在零件表面沉积形成一层不溶于水 的结晶型磷酸盐转化膜。
[0041] 4、二硫化钥喷涂工艺： 二硫化钥涂料是热固化的以二硫化钥（M〇S2)为基本成分，并且含有有机粘结剂的固体 润滑剂。涂层厚度根据钢件的不同要求，可以进行多次涂覆，一般需要涂3 - 4次，这样既均 匀，厚度又有所保证，减摩耐磨性良好。
[0042] 固化处理：其目的一方面使二硫化钥层的硬度提高，另一方面则增加二硫化钥层 与磷化膜的附着力。限定"70 - 80°C "的处理温度是为了使二硫化钥层与磷化层之间的附 着力最好。
[0043] 实施例1 : 参见图1 -图2, 一种防汽车前轴主销孔疲劳断裂的前轴主销，包括主销孔与主销，所 述主销孔位于汽车前轴的两端，主销孔的内壁与主销的外表面过渡配合；所述主销的外表 面为层状结构，依次包括主销基体1、锰盐磷化膜层2、二硫化钥层3,所述锰盐磷化膜层2由 多个高弥散度分布的磷化颗粒21堆积而成，锰盐磷化膜层2上形成有多个微孔22,所述二 硫化钥层3由多个二硫化钥颗粒31堆积而成，锰盐磷化膜层2的底部与主销基体1的顶部 相互嵌入，锰盐磷化膜层2的顶部与二硫化钥层3的底部以相啮合的方式相互嵌入，位于锰 盐磷化膜层2顶部的微孔22的内部填充有位于二硫化钥层3底部的二硫化钥颗粒31。 [0044] 一种上述防汽车前轴主销孔疲劳断裂的前轴主销的制作方法；所述制作方法依次 包括以下步骤： 预处理工艺：先将未处理的主销置于酒精溶液中进行清洗，清洗晾干后再进行喷砂处 理，然后进行脱脂、水洗处理，再对水洗处理后的主销进行表调，表调后即可得到预处理后 的主销；所述喷砂处理是指将主销悬置于喷砂装置内对主销表面进行喷砂处理；所述脱脂 是指先将脱脂剂加热，再将主销放置于脱脂剂中进行脱脂处理，且在处理过程中，主销不能 与容器壁相接触；所述表调是指将水洗处理后的主销置于表调液中进行表调处理，表调过 程中，主销要不断的转动，以防主销表面的表调液浓度被降低，导致主销表面表调不均匀， 影响后续工艺； 锰盐磷化工艺：先将预处理后的主销放入加热到30°C左右的含磷酸二氢盐的酸性溶 液中进行搅拌磷化，再对磷化后的主销进行水洗并吹干，以得到锰盐磷化后的主销；所述含 磷酸二氢盐的酸性溶液的PH值为1 - 3,溶质是磷酸二氢盐，溶剂是水；所述磷化的时间是 10分钟； 二硫化钥喷涂工艺：先采用二硫化钥涂料对上述锰盐磷化后的主销的表面进行喷涂， 喷涂次数为3 - 4次，喷涂后，再将其置于70 - 80°C的干燥炉中进行固化处理，以得到喷涂 后的主销；所述喷涂是指：先将上述锰盐磷化后的主销悬置在可旋转的夹具上，再在距离 主销表面15 - 25cm的范围内，将搅拌均匀的二硫化钥涂料对主销的表面进行均匀喷涂，一 次喷涂后自然干燥10 - 30分钟后再进行二次喷涂； 后续处理工艺：先对上述喷涂后的主销进行膜厚检测，检测合格后，再将主销用柔软的 包装油纸进行包装，此时，本制作方法结束。
[0045] 将上述主销用于前轴总成的安装，随后将前轴总成进行台架疲劳试验。图3是前 轴主销未处理时的主销孔疲劳断裂形貌的示意图，图4是图3中主销孔内壁的结构示意图， 图5是本发明中的主销孔经前轴台架试验后的形貌的示意图，图6、图7是图5中主销孔内 壁的结构示意图，图8是本发明中的主销经前轴台架试验后的形貌的示意图。从试验结果 看，经过本发明处理的主销安装于汽车前轴上，前轴主销孔并未发生微动疲劳断裂现象，这 层复合膜从主销表面虽然有部分的磨损，但磨损掉的这层膜层也会大部分黏附于主销孔内 壁上，填充了销孔内壁加工时存在的"凹"处刀痕，增大了主销与主销孔表面的接触面积，同 时这层膜在主销与主销孔的摩擦过程中，仍具有一定的减摩效果，所以该层复合膜仍具有 一定的保护作用，对提高前轴的使用寿命具有一定的意义。
【权利要求】
1. 一种防汽车前轴主销孔疲劳断裂的前轴主销，包括主销孔与主销，所述主销孔位于 汽车前轴的两端，主销孔的内壁与主销的外表面过渡配合，其特征在于： 所述主销的外表面为层状结构，依次包括主销基体（1)、锰盐磷化膜层（2)、二硫化钥 层（3)，所述锰盐磷化膜层（2)的底部与主销基体（1)的顶部相互嵌入，锰盐磷化膜层（2)的 顶部与二硫化钥层（3)的底部相互嵌入。
2. 根据权利要求1所述的一种防汽车前轴主销孔疲劳断裂的前轴主销，其特征在于： 所述锰盐磷化膜层（2)由多个高弥散度分布的磷化颗粒（21)堆积而成，且在锰盐磷 化膜层（2)上形成有多个微孔（22)，所述二硫化钥层（3)由多个二硫化钥颗粒（31)堆积而 成； 所述锰盐磷化膜层（2)顶部、二硫化钥层（3)底部之间的嵌入方式是相啮合，位于锰 盐磷化膜层（2)顶部的微孔（22)的内部填充有位于二硫化钥层（3)底部的二硫化钥颗粒 (31)。
3. 根据权利要求1或2所述的一种防汽车前轴主销孔疲劳断裂的前轴主销，其特征在 于：所述锰盐磷化膜层（2)的厚度是二硫化钥层（3)厚度的1 - 2倍。
4. 根据权利要求3所述的一种防汽车前轴主销孔疲劳断裂的前轴主销，其特征在于： 所述锰盐磷化膜层（2)的厚度是8 - 10微米，二硫化钥层（3)的厚度是5 - 8微米。
5. -种权利要求1所述的防汽车前轴主销孔疲劳断裂的前轴主销的制作方法，其特征 在于：所述制作方法依次包括以下步骤： 预处理工艺：先将未处理的主销置于酒精溶液中进行清洗，清洗晾干后再进行喷砂处 理，然后进行脱脂、水洗处理，再对水洗处理后的主销进行表调，表调后即可得到预处理后 的主销； 锰盐磷化工艺：先将预处理后的主销放入含磷酸二氢盐的酸性溶液中进行搅拌磷化， 再对磷化后的主销进行水洗并吹干，以得到锰盐磷化后的主销；所述含磷酸二氢盐的酸性 溶液的PH值为1 - 3,溶质是磷酸二氢盐，溶剂是水； 二硫化钥喷涂工艺：先采用二硫化钥涂料对上述锰盐磷化后的主销的表面进行喷涂， 喷涂次数为3 - 4次，喷涂后，再将其置于70 - 80°C的干燥炉中进行固化处理，以得到喷涂 后的主销； 后续处理工艺：先对上述喷涂后的主销进行膜厚检测，检测合格后，再将主销用柔软的 包装油纸进行包装，此时，本制作方法结束。
6. 根据权利要求5所述的一种防汽车前轴主销孔疲劳断裂的前轴主销的制作方法，其 特征在于：所述-硫化钥嗔涂工艺中： 所述喷涂是指：先将上述锰盐磷化后的主销悬置在可旋转的夹具上，再在距离主销表 面15 - 25cm的范围内，将搅拌均匀的二硫化钥涂料对主销的表面进行均匀喷涂，一次喷涂 后自然干燥10 - 30分钟后再进行二次喷涂。
7. 根据根据权利要求5或6所述的一种防汽车前轴主销孔疲劳断裂的前轴主销的制作 方法，其特征在于：所述预处理工艺中： 所述喷砂处理是指：将主销悬置于喷砂装置内对主销表面进行喷砂处理； 所述脱脂是指：先将脱脂剂加热，再将主销放置于脱脂剂中进行脱脂处理，且在处理过 程中，主销不能与容器壁相接触； 所述表调是指：将水洗处理后的主销置于表调液中进行表调处理，表调过程中，主销要 不断的转动，以防主销表面的表调液浓度被降低。
8.根据根据权利要求5或6所述的一种防汽车前轴主销孔疲劳断裂的前轴主销的制作 方法，其特征在于：所述锰盐磷化工艺中：所述磷化的时间是10分钟。
【文档编号】C23C22/18GK104088878SQ201410278068
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年6月20日 优先权日:2014年6月20日
【发明者】高亮庆, 张峰 申请人:东风商用车有限公司
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