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CN110293230A - 一种新型内齿轮泵月牙板及其制备方法 - Google Patents

一种新型内齿轮泵月牙板及其制备方法 Download PDF

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焦生炉
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朱真才
姜伟
李剑锋
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Abstract

本发明涉及一种新型内齿轮泵月牙板，其中，月牙板由铜粉和镍包覆二硒化铌制成，其中，铜粉的质量占比为85％～95％，镍包覆二硒化铌的质量占比为5％～15％；针对此月牙板，本发明还涉及其制备方法，依次执行配料混合、压制成型、密闭空间无压烧结，最终获得所设计内齿轮泵月牙板；整个设计方案采用全新组分结构进行配比制备，所制备出的月牙板具有优异的物理性能和机械性能，拥有强度高，摩擦系数低，抗磨磨损性能好等优点；并且基于全新组分配比设计的制备方法，整个过程工艺简单、可操作性强，成本相对较低，在机械制造工业领域具有广泛用途。

Description

一种新型内齿轮泵月牙板及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种新型内齿轮泵月牙板及其制备方法，属于粉末冶金技术领域。
背景技术
在现代工业生产中，对于机械设备中零件摩擦的工作过程，由于在各类不同条件下，摩擦零部件很少具有自润滑功能，摩擦磨损是造成材料损耗的重要原因之一，通过使用润滑材料，减少摩擦与磨损，以尽可能地减少无用的能量消耗，延长摩擦件的使用寿命，降低使用成本，节省能源等，摩擦学者、润滑工程师、设计者和工程师通过润滑以达到减摩抗磨的理论与实例研究一直没有停止过。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种新型内齿轮泵月牙板，能够有效提高月牙板的机械性能、耐磨损性能、以及环境适应性。
本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种新型内齿轮泵月牙板，月牙板由铜粉和镍包覆二硒化铌制成，其中，铜粉的质量占比为85％～95％，镍包覆二硒化铌的质量占比为5％～15％。
作为本发明的一种优选技术方案：所述月牙板中，铜粉的质量占比为85％，镍包覆二硒化铌的质量占比为15％。
作为本发明的一种优选技术方案：所述镍包覆二硒化铌中，镍和二硒化铌的质量比为1:1。
作为本发明的一种优选技术方案：所述月牙板中，铜粉的纯度和镍包覆二硒化铌的纯度均大于99％。
与上述相对应，本发明还要解决的技术问题是提供一种针对新型内齿轮泵月牙板的制备方法，包括如下步骤：
步骤A1.按质量百分比配比、称取铜粉和镍包覆二硒化铌，并采用行星式球磨机进行均匀混合，获得混合配料；
步骤A2.将混合配料放入模具中摇匀，并压制成型，获得成型料；
步骤A3.在密闭空间中通入惰性气体，并将成型料置于密闭空间中，按预设烧结参数，针对成型料进行无压烧结，获得内齿轮泵月牙板。
作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤A3中，按如下烧结参数：
烧结温度750℃～900℃，升温速率为9℃/min～11℃/min,压力为300MPa～500Mpa、保温时间100min～150min；
针对密闭空间中的成型料进行无压烧结，获得内齿轮泵月牙板。
作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤A3中，按如下烧结参数：
烧结温度800℃，升温速率为10℃/min,压力为400Mpa、保温时间120min；
针对密闭空间中的成型料进行无压烧结，获得内齿轮泵月牙板。
作为本发明的一种优选技术方案：所述惰性气体为氩气。
作为本发明的一种优选技术方案，所述镍包覆二硒化铌的制备，包括如下步骤：
步骤B1.将NbSe2加入到去离子水中超声预设时长，获得均匀分散的NbSe2溶液；
步骤B2.将NiSO4和EDTA·2Na·2H2O加入到NbSe2溶液中，并搅拌超声预设时长，获得初级溶液；
步骤B3.将水合肼溶液滴加到初级溶液中，并在预设温度下、继续搅拌预设时长，获得溶液产物；
步骤B4.针对溶液产物进行离心处理，并用蒸馏水洗涤预设次数，然后在预设温度的真空烘箱中干燥预设时长，即获得镍包覆二硒化铌颗粒。
本发明所述一种新型内齿轮泵月牙板及其制备方法，采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
本发明所设计新型内齿轮泵月牙板及其制备方法，采用全新组分结构进行配比制备，所制备出的月牙板具有优异的物理性能和机械性能，拥有强度高，摩擦系数低，抗磨磨损性能好等优点；并且基于全新组分配比设计的制备方法，整个过程工艺简单、可操作性强，成本相对较低，在机械制造工业领域具有广泛用途。
附图说明
图1为实施例3制备的内齿轮泵月牙板放大500倍的金相照片；
图2a为纯铜月牙板与实施例1至4基于室温状态下摩擦系数的对比示意图；
图2b为纯铜月牙板与实施例1至4基于室温状态下磨损率的对比示意图；
图3a为纯铜月牙板基于室温状态下的磨痕扫描图；
图3b为实施例1基于室温状态下的磨痕扫描图；
图3c为实施例3基于室温状态下的磨痕扫描图；
图3d为实施例4基于室温状态下的磨痕扫描图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
固体润滑材料用于范围宽、高负荷、超高真空、强氧化或还原、强辐射等苛刻环境条件中使用，能够显著降低摩擦件的摩擦因数，减少或避零部件在运动时因接触摩擦发生的磨损，延长其使用寿命。因此在机械部件减摩抗磨设计中，固体润滑材料具有与零部件材料本身同等重要的地位，这种铜基自润滑复合材料可使用在内啮合齿轮泵中的月牙板等重要的零部件。
含有固体润滑剂(镍包覆二硒化铌)的铜基自润滑复合材料，兼具基体铜和固体润滑剂的特性，而能够被广泛的应用于工业领域。NbSe2是一种层状的化合物材料，属于六方晶体结构，共价键、金属键、离子键共存，这种各层间的弱键结合类似于层状石墨，具有自润滑作用，耐高温，强度大，稳定性好，能在大负荷、真空等苛刻工况条件下使用。通过在NbSe2表面包覆一层镍，不仅可改善NbSe2与铜基体的界面结合强度，还能提高材料的硬度以及减摩耐磨性能。
基于上述特点，本发明设计一种新型内齿轮泵月牙板，月牙板由铜粉和镍包覆二硒化铌制成，其中，铜粉的质量占比为85％～95％，镍包覆二硒化铌的质量占比为5％～15％；实际应用当中，铜粉的纯度和镍包覆二硒化铌的纯度均大于99％；对于不同组分的配比，具体可以设计铜粉的质量占比为85％，镍包覆二硒化铌的质量占比为15％，并且对于镍包覆二硒化铌，采用质量比为1:1的镍和二硒化铌，构成镍包覆二硒化铌。
对于上述新型内齿轮泵月牙板的制备来说，首先按如下步骤B1至步骤B4，制备镍包覆二硒化铌。
步骤B1.将NbSe2加入到去离子水中超声预设时长，获得均匀分散的NbSe2溶液；实际应用中，诸如称0.1gNbSe2加入到50ml去离子水中超声60min，获得均匀分散的NbSe2溶液。
步骤B2.将NiSO4和EDTA·2Na·2H2O加入到NbSe2溶液中，并搅拌超声预设时长，获得初级溶液；实际应用中，诸如将0.16gNiSO4和0.08gEDTA·2Na·2H2O加入到NbSe2溶液中，并搅拌超声15min，获得初级溶液。
步骤B3.将水合肼溶液滴加到初级溶液中，并在预设温度下、继续搅拌预设时长，获得溶液产物；实际应用中，诸如将2ml水合肼溶液滴加到初级溶液中，并在30℃下、继续搅拌120min，获得溶液产物。
步骤B4.针对溶液产物进行离心处理，并用蒸馏水洗涤预设次数，然后在预设温度的真空烘箱中干燥预设时长，即获得镍包覆二硒化铌颗粒；实际应用中，诸如针对溶液产物进行离心处理，并用蒸馏水洗涤3次，然后在60℃的真空烘箱中干燥8小时，即获得镍包覆二硒化铌颗粒。
在获得镍包覆二硒化铌的基础上，按如下步骤A1至步骤A3，制备所设计的内齿轮泵月牙板。
步骤A1.按质量百分比配比、称取铜粉和镍包覆二硒化铌，并采用行星式球磨机进行均匀混合，获得混合配料。
步骤A2.将混合配料放入模具中摇匀，并压制成型，获得成型料。
步骤A3.在密闭空间中通入惰性气体，并将成型料置于密闭空间中，按预设烧结参数，针对成型料进行无压烧结，获得内齿轮泵月牙板；实际应用当中，惰性气体设计采用氩气，用于密闭空间的通入。
上述步骤A3在实际应用中，按如下烧结参数：
烧结温度750℃～900℃，升温速率为9℃/min～11℃/min,压力为300MPa～500Mpa、保温时间100min～150min。
针对密闭空间中的成型料进行无压烧结，获得内齿轮泵月牙板；并且在具体操作中，可以设定烧结温度800℃，升温速率为10℃/min,压力为400Mpa、保温时间120min。
将上述所设计新型内齿轮泵月牙板及其制备方法应用于实际当中，诸如下述实施例1至实施例4.
实施例1:
针对设计组分，按质量百分比：铜粉为95％、镍包覆二硒化铌为5％，制备新型内齿轮泵月牙板，其制作步骤如下：
步骤A1.按质量百分比铜粉95％、镍包覆二硒化铌5％，称取铜粉和镍包覆二硒化铌，并采用行星式球磨机进行均匀混合，获得混合配料，其中，球磨机转速250r/min，混合时间12h。
步骤A2.将混合配料放入模具中摇匀，并压制成型，获得成型料。
步骤A3.在密闭空间中通入氩气，并将成型料置于密闭空间中，按如下烧结参数：
烧结温度800℃，升温速率为10℃/min,压力为400Mpa、保温时间120min。
针对成型料进行无压烧结，获得内齿轮泵月牙板；实际应用当中，惰性气体设计采用氩气，用于密闭空间的通入。
实施例2:
按质量百分比：铜粉为90％、镍包覆二硒化铌为10％，以上述同样的步骤，制备新型内齿轮泵月牙板。
实施例3:
按质量百分比：铜粉为85％、镍包覆二硒化铌为15％，以上述同样的步骤，制备新型内齿轮泵月牙板。
实施例4：
按质量百分比：铜粉为85％、二硒化铌为15％，以上述同样的步骤，制备新型内齿轮泵月牙板。
如此方便获得上述实施例1至实施例4，四种配比的新型内齿轮泵月牙板，并且实施例3中所获新型内齿轮泵月牙板，密度为6.7g/cm3，维氏硬度为108HV，同样针对上述实施例1、2、4月牙板进行力学性能、摩擦学性能测试，获得如下表1所示。
序号 硬度(HV) 密度(g/cm<sup>3</sup>)
实施例1 90 7.1
实施例2 95 6.9
实施例3 108 6.7
实施例4 101 6.4
表1
摩擦学性能是在CETRRMT-2Multi-SpecimenTestSystem摩擦试验机上进行的，实验参数为载荷500g、转速200r/min，时间30min，温度为室温。
本发明所设计新型内齿轮泵月牙板，在常温下具有优异的力学性能，摩擦系数较小，磨损率较小，在常温下具有优良耐磨性能的同时实现了自润滑；如图1所示的金相照片显示了其微观组织结构，如图2a看出实施例1、2、3、4的摩擦系数相对纯铜的摩擦系数均较低，以及如图2b看出实施例1、2、3、4的磨损率相对纯铜的磨损率均较低。
并且比较图3a至图3d，可以看出实施例1、3、4的磨痕程度明显低于纯铜的磨痕程度，并且实施例3的磨痕程度明显低于实施例1、4的磨痕程度。
由此可知本发明所设计新型内齿轮泵月牙板，采用全新组分结构进行配比制备，所制备出的月牙板具有优异的物理性能和机械性能，拥有强度高，摩擦系数低，抗磨磨损性能好等优点；并且基于全新组分配比设计的制备方法，整个过程工艺简单、可操作性强，成本相对较低，在机械制造工业领域具有广泛用途。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (9)

1.一种新型内齿轮泵月牙板，其特征在于：月牙板由铜粉和镍包覆二硒化铌制成，其中，铜粉的质量占比为85%～95%，镍包覆二硒化铌的质量占比为5%～15%。
2.根据权利要求1所述一种新型内齿轮泵月牙板，其特征在于：所述月牙板中，铜粉的质量占比为85%，镍包覆二硒化铌的质量占比为15%。
3.根据权利要求1所述一种新型内齿轮泵月牙板，其特征在于：所述镍包覆二硒化铌中，镍和二硒化铌的质量比为1:1。
4.根据权利要求1所述一种新型内齿轮泵月牙板，其特征在于：所述月牙板中，铜粉的纯度和镍包覆二硒化铌的纯度均大于99%。
5.一种针对权利要求1至4中任意一项所述新型内齿轮泵月牙板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤A1. 按质量百分比配比、称取铜粉和镍包覆二硒化铌，并采用行星式球磨机进行均匀混合，获得混合配料；
步骤A2. 将混合配料放入模具中摇匀，并压制成型，获得成型料；
步骤A3. 在密闭空间中通入惰性气体，并将成型料置于密闭空间中，按预设烧结参数，针对成型料进行无压烧结，获得内齿轮泵月牙板。
6.根据权利要求5所述一种针对新型内齿轮泵月牙板的制备方法，其特征在于，所述步骤A3中，按如下烧结参数：
烧结温度750℃～900℃，升温速率为9℃/min～11℃/min , 压力为300MPa～500Mpa、保温时间100 min～150min；
针对密闭空间中的成型料进行无压烧结，获得内齿轮泵月牙板。
7.根据权利要求6所述一种针对新型内齿轮泵月牙板的制备方法，其特征在于，所述步骤A3中，按如下烧结参数：
烧结温度800℃，升温速率为10℃/min , 压力为400Mpa、保温时间120min；
针对密闭空间中的成型料进行无压烧结，获得内齿轮泵月牙板。
8.根据权利要求5所述一种针对新型内齿轮泵月牙板的制备方法，其特征在于：所述惰性气体为氩气。
9.根据权利要求5所述一种针对新型内齿轮泵月牙板的制备方法，其特征在于：所述镍包覆二硒化铌的制备，包括如下步骤：
步骤B1. 将NbSe2加入到去离子水中超声预设时长，获得均匀分散的NbSe2溶液；
步骤B2. 将NiSO4和EDTA•2Na•2H2O 加入到NbSe2溶液中，并搅拌超声预设时长，获得初级溶液；
步骤B3. 将水合肼溶液滴加到初级溶液中，并在预设温度下、继续搅拌预设时长，获得溶液产物；
步骤B4. 针对溶液产物进行离心处理，并用蒸馏水洗涤预设次数，然后在预设温度的真空烘箱中干燥预设时长，即获得镍包覆二硒化铌颗粒。
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