[发明专利]圆钢凸轮轴的表面处理方法以及圆钢凸轮轴

说明书

技术领域

本发明涉及金属表面处理工艺，特别是涉及圆钢凸轮轴的表面处理方法以及圆钢凸轮轴。

背景技术

凸轮作为发动机的重要部件，负责发动机各缸进、排气门的定时开启与关闭。虽然在四冲程发动机里凸轮轴的转速是曲轴的一半（在二冲程发动机中凸轮轴的转速与曲轴相同），但通常它的转速依然很高，而且需要承受很大的扭矩，因此设计中对凸轮轴在强度和支撑方面的要求很高。凸轮轴的材质可以采用圆钢。通常情况下，需要对圆钢凸轮轴工作面采用冷激处理，冷激层的厚度大约在4mm左右。通过冷激处理可以提高凸轮桃尖工作表面的硬度，增加耐磨性。但冷激过程中的内部应力很难消除彻底，在长期运转过程中应力释放后会导致凸轮形线变化从而导致磨损加剧，影响发动机性能和寿命。此外，凸轮轴几乎位于发动机润滑系统的末端，如果机油泵因为使用时间过长等原因出现供油压力不足，或润滑油道堵塞造成润滑油无法到达凸轮轴，或轴承盖紧固螺栓拧紧力矩过大造成润滑油无法进入凸轮轴间隙，均会造成凸轮轴的异常磨损。并且，由于凸轮轴位置离机油泵最远，建立油压滞后，在初期启动时也存在0.2秒左右的干摩擦，对凸轮轴的磨损较为严重。

表面发黑技术是碳钢表面处理最常用的技术之一，主要包括常温发黑工艺和高温碱性氧化工艺两类。发黑处理的作用主要有以下三点：1）对金属表面起防锈作用；2）增加金属表面的美观及光泽；3）发黑时间的加热有助于减少工件中应力。虽然常温发黑工艺相对高温碱性氧化工艺成本更低，操作更简单，但高温碱性氧化工艺处理的质量明显好于常温发黑工艺。因此，直到如今高温碱性氧化工艺还在被广泛采用。高温碱性氧化工艺主要是把氢氧化钠、硝酸钠、亚硝酸钠和其他一些添加剂等原料按比例混合配成溶液，然后在140℃左右的温度下将钢铁浸入溶液中进行表面处理，得到Fe₃O₄黑色涂层。但亚硝酸钠是一种致癌的高毒物质。因此，开发新型无亚硝酸钠的发黑技术已成为今后发黑技术发展的方向。中国发明专利200710069984.9公开了一种碳钢表面发黑的方法。其发黑液包括亚铁盐、强碱以及水合肼，发黑采用水热法在高压釜中100-250℃温度下进行。但一般水热法所使用的高压釜容积很小，不适合于大零部件发黑处理，且水热法在高温情况下容易出现爆炸等危险情况，因此该技术无法实现工业化应用。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中存在的上述缺陷，提供一种圆钢凸轮轴的表面处理方法。本发明还提供了一种经过该表面处理过的圆钢凸轮轴。

按照本发明的一个方面，本发明提供了一种圆钢凸轮轴的表面处理方法，包括：

在碱性发黑液中加热圆钢凸轮轴，在所述圆钢凸轮轴表面生成亚铁酸钠和铁酸钠；

通过所述亚铁酸钠和所述铁酸钠与水作用在所述圆钢凸轮轴表面生成磁性氧化铁膜层；

所述碱性发黑液的组成为，在1L蒸馏水或去离子水中含有：

氢氧化钠    600-650g；

硝酸钠      100-150g；

碳酸氢钠    20-30g；

草酸钠      10-20g。

优选地，所述碱性发黑液的组成为，在1L蒸馏水或去离子水中含有：

氢氧化钠    630g；

硝酸钠      120g；

碳酸氢钠    25g；

草酸钠      15g。

优选地，所述加热的温度可以为130-135℃，所述加热的时间可以为10-20min。

优选地，所述在碱性发黑液中加热圆钢凸轮轴的步骤之前还可以包括：对所述圆钢凸轮轴进行冷激处理步骤。

优选地，所述在碱性发黑液中加热圆钢凸轮轴的步骤之后还可以包括：清洗及干燥步骤。

按照本发明的另一个方面，本发明提供了一种圆钢凸轮轴，凸轮轴表面具有使用前述的表面处理方法制备的能够对机油产生吸附作用的磁性氧化铁膜层。

优选地，所述磁性氧化铁膜层的厚度可以为0.6-0.8um。

优选地，所述磁性氧化铁为四氧化三铁。

本发明通过结合氢氧化钠、硝酸钠、碳酸氢钠以及草酸钠作为发黑液，在降低溶液的成本与环境污染的同时，提高了20Mn圆钢凸轮轴表面氧化膜的致密性，提高耐蚀性，且发黑后零件表面光泽较好。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本发明的技术方案进行详细描述。