专利名称：一种用于压缩机的粉末冶金材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种金属材料，特别涉及一种用于旋叶式汽车空调压缩机的可以增加材料强度、耐磨性以及降低膨胀系数的粉末冶金材料。
背景技术：
旋叶式汽车空调压缩机是一种先进技术的汽车空调压缩机，应用非常广泛。这种压缩机的特点是结构简单、性能可靠、环保节能，特适用于中小排量汽车。其工作原理是当转子1在外力作用下旋转时，转子上的五个叶片2由于受到离心力和油压差的共同作用，使其边缘紧贴在气缸3内壁，与端板4组成封闭的容积。转子的旋转使封闭容积不断发生变化，从而实现气缸上的吸气孔6吸气，气体压缩，排气孔7排气等功能(参见图2a)。目前这种产品的转子和气缸等都是钢铁材料，叶片采用的是一种高硅变形铝合金材料——Y430。但Y430材料在实际应用中却存在不理想的地方如膨胀系数偏高、强度不足等。为此，在产品设计上采用增加叶片高度来改变受力情况，以及增加长度方向与端板4的间隙(参见图2b)的方法进行弥补。而增加叶片高度，会使叶片停留在转子槽内的部分增加；增加叶片长度方向的间隙，会使气缸的内泄漏增大。这些都将导致压缩机性能的降低。
如果将压缩机的转子和气缸等材料由钢铁改为铝合金，不仅使压缩机重量减轻20％，还使压缩机的性能得到一定的提升如功耗下降，噪音降低等。另外铝合金零件的成型及加工性能也优于钢铁零件，可降低加工成本。
若将压缩机的转子和气缸等材料由钢铁改为铝合金，会使原来的压缩机叶片材料(Y430)不再适合新的工况，必须开发新的高强度叶片材料进行替代。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于压缩机的粉末冶金材料，它在保证较高力学性能的前提下，具有高耐磨性、高温稳定性和尺寸稳定性，适用于制作活塞、叶片等高精度运动型承载零件。
本发明的技术方案是，本发明材料由Si、Cu、Mg、Fe、Mn、Ni、Ti、Al组成，其各组分质量百分含量为Si17.5～20％；Cu3～5％；Mg1～1.5％；Fe4.5～6.5％；Mn＜0.1％；Ni＜0.1％；Ti＜0.1％；剩余部分为Al。
上述材料较好的组成为(质量百分含量)Si20％；Cu4％；Mg1.5％；Fe5％；Mn＜0.1％；Ni＜0.1％；Ti＜0.1％；剩余部分为Al。
按照通常的粉末冶金材料的制备方法，对上述成分的材料进行熔炼、喷粉，然后粉末预成型、挤压、固容、时效，即可得到本发明所述材料。所得材料用于加工活塞、叶片等零件，可以满足高精度运动型承载零件的工艺要求。
本发明的优点如下由于采用粉末冶金成型工艺制备，可使合金在含有大量Si和Fe的同时，不会产生粗大的硅相和针状β(Al9Fe2Si)相等不利组织。本发明采用常规的粉末冶金材料的冶炼方法，在喷粉过程中，合金的冷却速度达到了104～106℃/秒，抑制了粗大相的形成。取而代之的是具有高体积分数，弥散分布的第二相，极大改善了合金的力学性能和物理性能。
Si的作用主要是提高合金的耐磨性、尺寸稳定性和降低膨胀系数。Fe会形成β(Al9Fe2Si)相和Al8FeMg3Si6相，可以提高合金硬度(特别是高温抗软化性能)，同时对合金耐磨性，尺寸稳定性有进一步改善。
Cu和Mg在合金中的作用同在其它普通合金中的作用一样，是合金的强化元素。
将汽车空调压缩机中包括转子和气缸在内的零件改变为铝合金时，采用本发明所述材料制作的叶片，不仅缩短了高度，长度方向的间隙也减小了。工作中叶片停留在转子槽内的部分相应减少，内泄漏的降低，都使得压缩机可靠性增强，性能得以大大提升。
采用本发明所述材料制作的旋叶式汽车空调压缩机叶片，其抗拉强度提升了5％，硬度提升了17％，平均线膨胀系数降低了11.6％。叶片的耐磨性更好，延长了压缩机寿命。
图1为本发明材料的微观组织结构照片；图2a为汽车空调压缩机的工作原理示意图；图2b为汽车空调压缩机的结构示意图；图3a为采用Y430材料制作叶片时，转子与叶片在汽车空调压缩机中的位置关系示意图；图3b为采用本发明材料加工叶片时，转子与叶片在汽车空调压缩机中的位置关系示意图。
图中，1为转子，2为叶片，3为气缸，4为端板，5为转子槽，6为吸气孔，7为排气孔。
具体实施例方式
用表1所述配方，按照粉末冶金材料的通常冶炼方法，进行熔炼、喷粉，然后粉末预成型、挤压、固容、时效，即可得到本发明所述材料。(以下为质量百分含量)表1
按照上述配方用下面方法制备得到本发明材料在950～1100℃温度下的高频炉内快速熔炼20～40分钟，然后采用高压氮气喷粉，得到颗粒直径为10～20μm的粉末，以104～106℃/秒的冷却速度将粉末冷却至室温。将粉末预成型后，在挤压机上通过模具用350～450吨压力直接压出。随后进行470～505℃下固容和160～200℃下时效的热处理，即得本发明所述高强度耐磨粉末冶金材料——ASCM-P。所得高强度耐磨粉末冶金材料——ASCM-P的微观组织结构参见图1。所得材料制作的叶片可以提高旋叶式汽车空调压缩机性能。
将Y430材料与本发明所述高强度耐磨粉末冶金材料ASCM-P进行比较(见表2)表2
参见图3。采用本发明材料，申请人实际应用中，将包括转子1和气缸在内的零件变为了铝合金，叶片的高度缩短了1.7cm(这种变更是基于叶片材料强度的提高)，使得叶片2停留在转子槽5内的部分相应减少。同时可以将原来叶片长度方向与端板的配合间隙减小21μm(参见图2b)，以降低内泄漏，因此使压缩机的性能得以相应提升。
结论采用本发明所述材料制作的叶片，其强度和耐磨性显著提高，可适应更恶劣工况；由于膨胀系数减小，叶片的结构和间隙可以做到更小，提升了压缩机性能。
本发明所述材料可以用于制备其它旋叶式空气压缩机的叶片，有本发明所述同样的效果。
权利要求
1.一种用于压缩机的粉末冶金材料，其特征在于由Si、Cu、Mg、Fe、Mn、Ni、Ti、Al组成，其各组分质量百分含量为Si 17.5～20％；Cu 3～5％；Mg 1～1.5％；Fe 4.5～6.5％；Mn ＜0.1％；Ni ＜0.1％；Ti ＜0.1％；剩余部分为Al。
2.根据权利要求所述的用于压缩机的粉末冶金材料，其特征在于各组分质量百分含量为Si20％；Cu4％；Mg1.5％；Fe5％；Mn＜0.1％；Ni＜0.1％；Ti＜0.1％；剩余部分为Al。
全文摘要
本发明涉及一种用于压缩机的粉末冶金材料，其特征在于由Si、Cu、Mg、Fe、Mn、Ni、Ti、Al组成，其各组分质量百分含量为Si17.5～20％；Cu3～5％；Mg1～1.5％；Fe4.5～6.5％；Mn＜0.1％；Ni＜0.1％；Ti＜0.1％；剩余部分为Al。本发明材料在保证较高力学性能的前提下，具有高耐磨性、高温稳定性和尺寸稳定性，适用于制作活塞、叶片等高精度运动型承载零件。
文档编号F01B9/00GK101020992SQ200710078288
公开日2007年8月22日 申请日期2007年3月14日 优先权日2007年3月14日
发明者罗方清 申请人:重庆建设摩托车股份有限公司