一種螺栓的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種緊固件，特別是一種螺栓。
【背景技術(shù)】
[0002]緊固件在市場上也稱為標準件，是將兩個或兩個以上的零件(或構(gòu)件)緊固連接成為一件整體時所采用的一類機械零件的總稱。它的特點是品種規(guī)格繁多，性能用途各異，而且標準化、系列化、通用化的程度極高。緊固件是應(yīng)用最廣泛的機械基礎(chǔ)件，需求量很大。常用的緊固件包括螺栓、螺栓等。
[0003]螺栓是一種機械零件，配用螺母的圓柱形帶螺紋的緊固件。由頭部和螺桿(帶有外螺紋的圓柱體)兩部分組成的一類緊固件，需與螺母配合，用于緊固連接兩個帶有通孔的零件。這種連接形式稱螺栓連接。如把螺母從螺栓上旋下，又可以使這兩個零件分開，故螺栓連接是屬于可拆卸連接。
[0004]現(xiàn)有的螺栓都是采用整體金屬結(jié)構(gòu)，質(zhì)量重，用料成本高，作為設(shè)備連接緊固件，在設(shè)備中所占重量比較大，不利于降低設(shè)備的整體質(zhì)量，影響生產(chǎn)、運輸和使用等各個環(huán)
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【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述問題，本發(fā)明公開了一種螺栓，具有質(zhì)量輕便，整體平均密度小，牢固耐用，具有良好的強度和質(zhì)量穩(wěn)定性，連接質(zhì)量好，機械性能穩(wěn)定，重心穩(wěn)定，作為連接緊固件在整臺設(shè)備中占用質(zhì)量比例明顯降低。
[0006]本發(fā)明公開的螺栓，包括螺栓帽、螺桿，螺桿包括陶瓷填充部、設(shè)置在陶瓷填充部外層的金屬層以及設(shè)置在螺桿最外側(cè)至少部分區(qū)域的陶瓷保護層，陶瓷填充部至少部分為氮化硅陶瓷，陶瓷填充部的表面粗糙度范圍為0.2-2微米，陶瓷保護層至少表層材質(zhì)為氮化硅陶瓷。針對螺栓這種起到連接緊固作用的連接結(jié)構(gòu)件，其在現(xiàn)有技術(shù)中均為全金色整體結(jié)構(gòu)，由此毫無疑問地無論材料何種材質(zhì)，無論是銅、鐵、鋼、招等等，均具有等同于該金屬的質(zhì)量和密度，本方案中通過在螺栓的金屬結(jié)構(gòu)中以至少部分的氮化硅陶瓷結(jié)構(gòu)件來對螺栓的金屬結(jié)構(gòu)來進行改善，以降低螺栓的質(zhì)量，同時氮化硅陶瓷(特別是熱壓氮化硅)具有極高的硬度，在溫度不太高的環(huán)境下具有良好的機械強度，即便是溫度達到數(shù)百度(氮化硅陶瓷在工作溫度達到1200度時，才會隨著使用時間的增加而損傷)仍可以正常使用，故而能夠在一定程度上增加螺栓的高溫使用性能。
[0007]本發(fā)明公開的螺栓的一種改進，陶瓷填充部包括至少一根柱形的陶瓷橫棒，所述陶瓷橫棒沿螺桿軸向設(shè)置。本方案中，通過設(shè)置的陶瓷橫棒，通過對橫棒的設(shè)置方向和尺寸進行限定，在起到軸向替換加強。
[0008]本發(fā)明公開的螺栓的一種改進，陶瓷橫棒的直徑不小于螺桿最小半徑的五分之一且不大于螺桿最小半徑的三分之一。
[0009]本發(fā)明公開的螺栓的一種改進，陶瓷填充部還包括陶瓷豎棒，所述陶瓷豎棒垂直于螺桿軸向設(shè)置且陶瓷豎棒與金屬層表層的最小距離為1.5-2mm。本方案通過設(shè)置的陶瓷豎棒，在垂直于螺桿軸向的法向方向進行替換，可以有效改善螺桿在法向的硬度，從而降低使用中在法向受力而發(fā)生形變彎曲的幾率。
[0010]本發(fā)明公開的螺栓的一種改進，陶瓷填充部還包括陶瓷斜棒，所述陶瓷斜棒與陶瓷橫棒和陶瓷豎棒均傾斜。本方案通過設(shè)置的陶瓷斜棒，其與陶瓷橫棒和陶瓷豎棒均傾斜，從而在螺桿內(nèi)軸向以及法向以外的方向進行增強，避免螺栓因內(nèi)部在軸向以及法向填充而導致應(yīng)力響應(yīng)不一致而發(fā)生各向異性的應(yīng)力激變而出現(xiàn)裂紋錯位等損傷，從而提高了螺栓的使用安全性和便利性。
[0011]本發(fā)明公開的螺栓的一種改進，陶瓷斜棒不突出螺桿的表面。本方案使得陶瓷斜棒在螺桿中不突出其表面一一即露出或者掩埋在螺桿中，不僅僅方便螺栓的使用方便釘入連接工件中，同時還可以在不影響軸向和徑向性能的前提下進一步地降低整體的質(zhì)量，以及改善表面磨損性能，并且降低意外因素(施力方向不對或者工件材質(zhì)變化)而發(fā)生彎曲形變的幾率。
[0012]本發(fā)明公開的螺栓的一種改進，陶瓷填充部分為以碳化硅陶瓷為主體以及在主體外層至少部分為氮化硅陶瓷表層。本方案通過采用以碳化硅陶瓷為主體，并在主體表層設(shè)置至少部分氮化硅陶瓷表層的方案，在考慮到氮化硅陶瓷高成本的同時，充分利用氮化硅高硬度的性質(zhì)，為陶瓷填充部的主體提供保護，不僅僅改善結(jié)構(gòu)硬度和組織相容性，同時還可以在一定程度上提升螺栓的高溫使用性能，通過提升螺栓自身結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，從而提升其在高溫使用環(huán)境下的適應(yīng)性，擴展螺栓的使用范圍。
[0013]本發(fā)明公開的螺栓的一種改進，氮化硅陶瓷的原料組成包括(以重量份數(shù)計):硅粉4-5、凹凸棒土 10-13、鈦酸酯2-3、二氧化錫4-6、a -Si3N4粉70-78、聚乙烯醇1-2、碳硅硼8-12、乙炔炭黑2-3、氟鋯酸鉀3-4、硫酸鋯3-4、正硅酸乙酯3_4、氫氧化鉀1_2、助劑4_6 ;所述助劑包括下列重量份的組成:高嶺土 3-4、四鹽基鉻酸鋅0.3-0.4、硅烷偶聯(lián)劑kh-550
0.6-0.8、聚乙二醇 0.3-0.4、水 7-11。
[0014]本發(fā)明公開的螺栓的一種改進，氮化硅陶瓷的制備方法為:(1)將硅粉、凹凸棒土、二氧化錫、聚乙烯醇、碳硅硼混合，球磨，過200目篩，加入助劑，送入球磨機中繼續(xù)球磨24-27個小時，再加入氫氧化鉀的乙醇溶液，繼續(xù)球磨2-3個小時，水洗至PH值為8_9，過濾，得到濾餅；(2)將第(1)步得到的濾餅粉碎，在氮氣氛圍下，850-900°C下煅燒2-3個小時，取出粉碎，過50目篩，得到顆粒；(3)取30-40重量份的乙醇，加入正硅酸乙酯，攪拌至溶解，加入鈦酸酯、乙炔炭黑、氟鋯酸鉀、硫酸鋯，攪拌得到混合物料，將a -Si3N4粉邊翻騰攪拌邊噴入混合物料，加熱至70-8(TC，持續(xù)翻騰攪拌至乙醇完全蒸發(fā)，粉碎，過50目篩，得到顆粒；⑷將第⑵步和第⑶步得到的顆粒與其他剩余成分混合，按料:球:水=1:1.4:0.7，球磨24-30個小時，造型成坯，在氮氣氛圍中，700-800°C下預燒1.5-2個小時，再在1680-1720°C下煅燒4-5個小時。
[0015]本發(fā)明公開的螺栓，通過設(shè)置的陶瓷填充部分，在螺桿的金屬結(jié)構(gòu)中起到局部增強和替換減重，調(diào)整螺栓的整體平均密度，降低螺栓在整個安裝設(shè)備結(jié)構(gòu)中的占重，在減輕螺栓質(zhì)量的同時，還可以與常規(guī)緊固件(即普通的純金屬緊固件)配合使用來調(diào)節(jié)整個安裝設(shè)備結(jié)構(gòu)的重心，以提高穩(wěn)定性和使用安全性，同時降低構(gòu)建安裝的難度和基礎(chǔ)要求。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合【具體實施方式】，進一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解下述【具體實施方式】僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。
[0017]實施例1
[0018]本實施例中螺栓包括螺栓帽、螺桿，螺桿包括陶瓷填充部、設(shè)置在陶瓷填充部外層的金屬層以及設(shè)置在螺桿最外側(cè)至少部分區(qū)域的陶瓷保護層，陶瓷填充部至少部分為氮化硅陶瓷(即陶瓷填充部的局部或者全部為氮化硅陶瓷)，陶瓷填充部的表面粗糙度為
0.2微米(陶瓷填充部的表面粗糙部還可以為0.25,0.3,0.31,0.36,0.4,0.44,0.5,0.56、
0.6、0.66、0.7、0.74、0.78、0.8、0.84、0.9、0.92、1.0、1.03、1.12、1.2、1.24、1.3、1.36、1.4、
1.44、1.5、1.58、1.6、1.65、1.7、1.72、1.8、1.88、1.9、1.98、2.0 以及 0.2-2 微米范圍內(nèi)的其它任意值)，陶瓷保護層至少表層材質(zhì)為氮化硅陶瓷(即陶瓷保護層可以為最外表一層為氮化硅陶瓷層，其它部分為包括氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷、普通硅酸鹽陶瓷、氧化鋁陶瓷等在內(nèi)的其它陶瓷層；也可以為整體為氮化硅陶瓷層)。
[0019]實施例2
[0020]本實施例與實施例1的區(qū)別僅在于:陶瓷填充部包括一根(還可以為以下任一情況:陶瓷橫棒設(shè)置有兩根、三根、四根、五根或者更多并列規(guī)則設(shè)置或者不規(guī)則設(shè)置)柱形(柱形包括圓柱、橢圓柱、棱柱以及其它不規(guī)則柱形中的任意值一種，棱柱包括三棱柱、四棱柱、五棱柱等等)的陶瓷橫棒，陶瓷橫棒沿螺桿軸向設(shè)置。
[0021]實施例3
[0022]本實施例與實施例2的區(qū)別僅在于:陶瓷橫棒的直徑為螺桿最小半徑的五分之一(陶瓷橫棒的直徑還可以為以下任一情形:螺桿最小半徑的四分之一、十分之三、三分之一以及五分之一到三分之一范圍內(nèi)的其它任意值)。
[0023]實施例4
[0024]本實施例與實施例2的區(qū)別僅在于:陶瓷填充部還包括陶瓷豎棒，所述陶瓷豎棒垂直于螺桿軸向設(shè)置且陶瓷豎棒與金屬層表層的最小距離為1.5-2mm。
[0025]實施例5
[0026]本實施例與實施例3的區(qū)別僅在于:陶瓷填充部還包括陶瓷豎棒，所述陶瓷豎棒垂直于螺桿軸向設(shè)置且陶瓷豎棒與金屬層表層的最小距離為1.5-2mm。
[0027]實施例6
[0028]本實施例與實施例4的區(qū)別僅在于:陶瓷填充部還包括陶瓷斜棒，陶瓷斜棒與陶瓷橫棒和陶瓷豎棒均傾斜。本實施例中陶瓷斜棒可以突出螺桿表面。
[0029]實施例7
[0030]本實施例與實施例5的區(qū)別僅在于:陶瓷填充部還包括陶瓷斜棒，陶瓷斜棒與陶瓷橫棒和陶瓷豎棒均傾斜。本實施例中陶瓷斜棒可以突出螺桿表面。
[0031]實施例8
[0032]本實施例與實施例6的區(qū)別僅在于:陶瓷斜棒不突出螺桿的表面。
[0033]實施例9
[0034]本實施例與實施例7的區(qū)別僅在于:陶瓷斜棒不突出螺桿的表面。
[0035]實施例10
[0036]本實施例與實施例8的區(qū)別僅在于:陶瓷填充部分為以碳化硅陶瓷為主體以及在主體外層至少部分為氮化硅陶瓷表層(即在主體表面的某塊區(qū)域或者某幾塊區(qū)域或者全面表面有氮化硅陶瓷表層)。
[0037]實施例11
[0038]本實施例與實施例9的區(qū)別僅在于:陶瓷填充部分為以碳化硅陶瓷為主體以及在主體外層至少部分為氮化硅陶瓷表層(即在主體表面的某塊區(qū)域或者某幾塊區(qū)域或者全面表面有氮化硅陶瓷表層)。
[0039]包括而不限于以下有關(guān)氮化硅陶瓷組成和制備實施例的技術(shù)方案均適用于包括而不限于上述實施例在內(nèi)的螺栓的實施方案，并且無論其單獨或者組合均不超出本發(fā)明所要求的范圍。
[0040]氮化硅陶瓷組成實施例1
[0041]本實施例中氮化硅陶瓷的原料組成包括(以重量份數(shù)計):硅粉4、凹凸棒土 12、鈦酸酯2.3、二氧化錫5.2、a -Si3N4粉77、聚乙烯醇1.6、碳硅硼10、乙炔炭黑2.8、氟鋯酸鉀3.4、硫酸鋯3.7、正硅酸乙酯3.8、氫氧化鉀1.4、助劑4.4 ;所述助劑包括下列重量份的組成:高嶺土 3.7、四鹽基鉻酸鋅0.3、硅烷偶聯(lián)劑kh-550 0.75、聚乙二醇0.3、水11。
[0042]氮化硅陶瓷組成實施例2
[0043]本實施例中氮化硅陶瓷的原料組成包括(以重量份數(shù)計):硅粉5、凹凸棒土 10、鈦酸酯2.7、二氧化錫6、a -Si3N4粉70、聚乙烯醇1.2、碳硅硼11、乙炔炭黑3、氟鋯酸鉀3.3、硫酸鋯3、正硅酸乙酯4、氫氧化鉀2、助劑6 ;所述助劑包括下列重量份的組成:高嶺土 3.3、四鹽基鉻酸鋅0.35、硅烷偶聯(lián)劑kh-550 0.65、聚乙二醇0.3