专利名称：一种弹簧的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种弹簧，特别是表面经过喷丸处理并附着复合强化层结构的弹簧。
技术背景随着汽车、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
实用新型内容
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，本实用新型提出了在现有喷丸强化弹簧的基础上，在喷丸强化层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。本实用新型的技术方案是一种弹簧，包括弹簧金属基体和弹簧金属基体表层的喷丸强化层，其中所述的喷丸强化层外附有复合强化层。所述的复合强化层为含有金刚砂、碳化硅、三氧化二铝、氧化钛、碳化硼之一的沉积层。所述的沉积层是由金刚砂、碳化硅、三氧化二铝、氧化钛、碳化硼之一与铬基或镍基溶液混合制成镀液，通过电沉积的方法在弹簧的喷丸强化层外形成复合强化层。所述的金刚砂、碳化硅、三氧化二铝、氧化钛、氧化硼占镀液重量的30% -50%,电沉积在40摄氏度到80摄氏度的温度下进行，效果较佳。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O. I纳米-300纳米之间。进一步，所述的弹簧可以为螺旋弹簧，如发动机气门弹簧或汽车悬架弹簧，效果明显，也可以是其他类型的弹簧。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。[0012]本实用新型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，纳米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，有效降低了高强度弹簧的成本。
图I为本实用新型所述复合强化气门弹簧的示意图。图2为本实用新型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I :用金刚砂微粒混合沉积制得的复合强化气门弹簧1，如图I、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200纳米之间的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I ;经过在ZSS-041B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I. 25 I. 83%，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复合强化气门弹簧I如图I、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ZSS-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I. 49 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I、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O. I纳米到300纳米之间的碳化硅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ZSS-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2. 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复合强化气门弹簧1，如图I、图2所示[0023]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ZSS-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I. 55 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I、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ZSS-041B型疲劳试验机上进行疲劳试验，同时装机8件，经过6. OX IO7次疲劳试验未发生断裂，P2负荷损失率为I. 25 I. 93%，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O. I纳米到300纳米之间的微粒材料后，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. OX 107次以上疲劳试验未发生断裂，最高可达6. O X 107次不断裂，远超过国际标准的3. O 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1.一种弹簧，包括弹簧金属基体和弹簧金属基体表层的喷丸强化层，其特征在于所述的喷丸强化层外附有复合强化层。
2.如权利要求I所述的弹簧，其特征在于所述的复合强化层为含有金刚砂、碳化硅、三氧化二铝、氧化钛、氧化硼之一的沉积层。
3.如权利要求2所述的弹簧，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O. I纳米一 300纳米之间。
4.如权利要求I或2或3所述的弹簧，其特征在于所述的弹簧为螺旋弹簧。
5.如权利要求I或2或3所述弹簧，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。
6.如权利要求4所述弹簧，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。
专利摘要本实用新型涉及一种弹簧，该弹簧金属基体的表层为喷丸强化层，在喷丸强化层的外面沉积复合强化层，所述的复合强化层为金刚砂微粒、碳化硅微粒、三氧化二铝微粒之一与铬基或镍基材料的混合沉积层；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F16F1/02GK202674124SQ20122001955
公开日2013年1月16日 申请日期2012年1月17日 优先权日2011年1月23日
发明者刘江涛, 刘元杰, 李和平 申请人:刘江涛, 刘元杰, 李和平