【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及金屬摩擦副制備，具體涉及長壽命線性斯特林制冷機活塞與氣缸套金屬摩擦副。
技術介紹
1、斯特林制冷機作為一種高效、環保的制冷設備，在低溫科學、空間觀測、偵察、固體電子學及低溫生物等領域具有廣泛的應用前景，摩擦副是指兩個既直接接觸又產生相對摩擦運動的物體所構成的體系，制冷機中的活塞是一種典型的滑動摩擦副。
2、目前制冷機中的活塞主要采用涂(鍍)層的表面處理，氣缸與活塞基體為異種金屬材料，熱膨脹系數不同，且活塞表面涂層一般為聚四氟乙烯基的高分子復合材料，其熱膨脹系數比金屬材料大10多倍，在活塞進行長時間工作時，其溫度逐漸升高，活塞表面的涂層發生熱膨脹，很難保持比較小的動密封間隙，也就導致了活塞的磨損，并且，涂層存在于活塞基體結合力低、開裂、質量不穩定、工序時間長，并且磨屑以粉末形式脫落而污染工質和阻塞回熱通道，降低制冷效率。
3、針對此方面的技術缺陷，現提出一種解決方案。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于提供長壽命線性斯特林制冷機活塞與氣缸套金屬摩擦副，用于解決現有技術中摩擦副的耐摩擦性能與耐高低溫性能有待進一步提高的技術問題。
2、本專利技術的目的可以通過以下技術方案實現：長壽命線性斯特林制冷機活塞與氣缸套金屬摩擦副，包括：
3、活塞，所述活塞由活塞體與活塞堵頭通過激光焊接連接而成，且活塞體的兩端分別設置有尾端錐面和前端錐面，其中，所述活塞體由活塞體胚件經過表面處理后得到；
4、氣缸套，所述氣缸套與活塞配合
5、進一步的，所述尾端錐面和前端錐面均為圓錐面，且圓錐面的半頂角為3～5°，圓錐面高度為3～5mm。
6、進一步的，所述活塞體、活塞堵頭和氣缸套均采用高速鋼材料制成，所述活塞體與氣缸套的壁厚相同，所述活塞體與氣缸套的直徑配合間隙為6～8μm，所述活塞體與氣缸套的圓柱度、同軸度為0～5μm。
7、進一步的，所述活塞體的尾端設置有連接螺紋，所述活塞體外表面周向間隔開設有若干圈u型槽，所述u型槽的槽深為0.2～0.4mm，槽寬為0.2～0.4mm。
8、進一步的，所述表面處理方法包括以下步驟：
9、a1、對活塞體胚件進行預處理，得到預處理胚件；
10、a2、將預處理胚件置于離子滲氮爐底部的陰極盤上，以預處理胚件作為陰極，爐壁作為陽極，進行滲氮處理，在預處理活塞體胚件上形成厚度為10-15μm的滲氮層，得到滲氮胚件；
11、a3、將滲氮胚件置于低溫離子滲硫爐中，以滲氮胚件為陰極，爐壁為陽極，進行滲硫處理，在滲氮胚件上形成厚度為5-8μm的滲硫層，得到活塞體。
12、進一步的，步驟a2中，所述滲氮時間為8h，滲氮爐中的氣體氛圍由氮氣與氫氣按體積比1:3組成，陰極溫度為450-500℃，陰極與陽極的電壓為680v，滲氮爐壓力為180-200pa，步驟a3中，所述滲硫爐的真空度達到8-10pa，陰極與陽極的電壓為700-900v，滲硫爐中反應氣體為硫蒸汽，滲硫爐內溫度為250-300℃，保溫處理時間為4-5h。
13、進一步的，步驟a1中的預處理包括以下步驟：
14、b1、使用氣動式噴丸機對活塞體胚件進行噴丸處理，得到噴丸活塞體胚件；
15、b2、使用1000#砂紙將噴丸活塞體胚件表面減薄25-30μm后，將其置于乙醇溶液中，超聲清洗20-30min，擦干，得到預處理胚件。
16、進一步的，步驟b1中，所述噴丸處理使用的鋼丸由直徑為0.8mm的大鋼球和直徑為0.1mm的小鋼球按重量比3:1組成，噴丸速度為80-110m/s，噴丸處理時間為10-13min。
17、本專利技術具備下述有益效果：
18、1、本專利技術的活塞與氣缸套選取同一種高速鋼材料并對其進行合適的熱處理、精密加工、表面強化與結構優化，降低了活塞與氣缸的摩擦阻力和磨損率，避免了在不同工作溫度環境下卡死，保持相對不變的動密封間隙，滿足制冷機高效率、長壽命工作需求；在摩擦副制備過程中，省略了活塞表面耐磨涂層的制備工序，轉而以對活塞表面進行滲氮和滲硫處理，以適應摩擦副在制冷機的不同環境溫度下保持良好的制冷效率，降低制冷機的功耗。
19、2、本專利技術的活塞與氣缸套金屬摩擦副，在結構上，通過在端面設置的錐度，避免其在高溫環境中膨脹量比其他地方大而導致卡死在氣缸套內，另外在活塞快速往復運動過程起到氣體動力潤滑作用，減少磨損，u型槽起到容納微量磨屑和迷宮密封作用，通過對活塞體進行噴丸處理，優化噴丸工藝，在活塞體中引入較高的殘余壓應力，優化微觀組織結構，提高活塞耐磨性與疲勞壽命，滲氮后，氮化物層能夠大幅度提高活塞表面的硬度，減少因金屬摩擦而產生的磨損和熱量，進一步提高活塞表面的硬度與耐磨性，從而延長活塞的使用壽命；滲硫層具有良好的減摩性，能夠顯著降低摩擦系數，滲氮處理形成的氮化物層已經提供了良好的耐磨性基礎，而滲硫處理則進一步降低了摩擦系數并提高了抗粘著磨損能力，兩者共同作用使活塞的耐磨性和表面潤滑性能顯著提高，減少摩擦和噪音，提高摩擦副的整體性能。
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1.長壽命線性斯特林制冷機活塞與氣缸套金屬摩擦副，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的長壽命線性斯特林制冷機活塞與氣缸套金屬摩擦副，其特征在于，所述尾端錐面(11)和前端錐面(13)均為圓錐面，且圓錐面的半頂角為3～5°，圓錐面高度為3～5mm。
3.根據權利要求1所述的長壽命線性斯特林制冷機活塞與氣缸套金屬摩擦副，其特征在于，所述活塞體(16)、活塞堵頭(14)和氣缸套(2)均采用高速鋼材料制成，所述活塞體(16)與氣缸套(2)的壁厚相同，所述活塞體(16)與氣缸套(2)的直徑配合間隙為6～8μm，所述活塞體(16)與氣缸套(2)的圓柱度、同軸度為0～5μm。
4.根據權利要求1所述的長壽命線性斯特林制冷機活塞與氣缸套金屬摩擦副，其特征在于，所述活塞體(16)的尾端設置有連接螺紋(15)，所述活塞體(16)外表面周向間隔開設有若干圈U型槽(12)，所述U型槽(12)的槽深為0.2～0.4mm，槽寬為0.2～0.4mm。
5.根據權利要求1所述的長壽命線性斯特林制冷機活塞與氣缸套金屬摩擦副，其特征在于，所述表面處理方法包括以
6.根據權利要求5所述的長壽命線性斯特林制冷機活塞與氣缸套金屬摩擦副，其特征在于，步驟A2中，所述滲氮時間為8h，滲氮爐中的氣體氛圍由氮氣與氫氣按體積比1:3組成，陰極溫度為450-500℃，陰極與陽極的電壓為680V，滲氮爐壓力為180-200Pa，步驟A3中，所述滲硫爐的真空度達到8-10Pa，陰極與陽極的電壓為700-900V，滲硫爐中反應氣體為硫蒸汽，滲硫爐內溫度為250-300℃，保溫處理時間為4-5h。
7.根據權利要求5所述的長壽命線性斯特林制冷機活塞與氣缸套金屬摩擦副，其特征在于，步驟A1中的預處理包括以下步驟：
8.根據權利要求7所述的長壽命線性斯特林制冷機活塞與氣缸套金屬摩擦副，其特征在于步驟B1中，所述噴丸處理使用的鋼丸由直徑為0.8mm的大鋼球和直徑為0.1mm的小鋼球按重量比3:1組成，噴丸速度為80-110m/s，噴丸處理時間為10-13min。
...【技術特征摘要】
1.長壽命線性斯特林制冷機活塞與氣缸套金屬摩擦副，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的長壽命線性斯特林制冷機活塞與氣缸套金屬摩擦副，其特征在于，所述尾端錐面(11)和前端錐面(13)均為圓錐面，且圓錐面的半頂角為3～5°，圓錐面高度為3～5mm。
3.根據權利要求1所述的長壽命線性斯特林制冷機活塞與氣缸套金屬摩擦副，其特征在于，所述活塞體(16)、活塞堵頭(14)和氣缸套(2)均采用高速鋼材料制成，所述活塞體(16)與氣缸套(2)的壁厚相同，所述活塞體(16)與氣缸套(2)的直徑配合間隙為6～8μm，所述活塞體(16)與氣缸套(2)的圓柱度、同軸度為0～5μm。
4.根據權利要求1所述的長壽命線性斯特林制冷機活塞與氣缸套金屬摩擦副，其特征在于，所述活塞體(16)的尾端設置有連接螺紋(15)，所述活塞體(16)外表面周向間隔開設有若干圈u型槽(12)，所述u型槽(12)的槽深為0.2～0.4mm，槽寬為0.2～0.4mm。
5.根據權利要求1所述...
【專利技術屬性】
技術研發人員：請求不公布姓名，請求不公布姓名，請求不公布姓名，請求不公布姓名，
申請(專利權)人：合肥航譜時代科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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