一種滲浸陶瓷活塞環及其滲浸陶瓷的方法
2023-07-08 11:56:36
專利名稱：一種滲浸陶瓷活塞環及其滲浸陶瓷的方法
技術領域：
本發明涉及發動機零部件及其表面處理工藝，具體涉及一種滲浸陶瓷活塞環及其滲浸陶瓷的方法。
背景技術：
活塞環是往復活塞式發動機的關鍵零件，其質量直接影響到發動機的整體性能， 如功率、耗油量和尾氣排放等。活塞環包括氣環和油環，安裝在活塞上與氣缸配合，活塞的頂部與氣缸蓋、氣缸壁共同組成燃燒室；活塞的主要作用是承受氣缸中的氣體壓力，並將此壓力通過活塞銷傳遞給連杆，以推動曲軸旋轉。氣環的主要作用保證活塞與氣缸壁間的密封，防止高溫、高壓燃氣大量漏入曲軸箱，同時還將活塞頂部的大部分熱量傳遞到氣缸壁， 再由空氣或冷卻水帶走；密封是導熱的前提，如果氣環密封不好，高壓燃氣將直接從氣環的外圓表面漏入曲軸箱，這樣不但由於氣環和氣缸壁貼合不嚴而不能很好地散熱，相反地氣環的外圓表面還要接收附加的熱量，導致油耗上升、排除尾氣中的有害物質增多，最後，必將導致活塞和氣環燒壞。氣缸內的高壓燃氣漏入曲軸箱的主要通路是活塞氣環的切口，而普通的活塞氣環為開有直切口的單片環，裝在活塞上與氣缸壁配合後，切口兩端雖然接觸， 但仍然存在間隙；為了加強對氣缸體的密封，通常在活塞上裝有2 - 3這種單片氣環，並使各氣環的切口相互錯開，形成「迷宮」式的密封結構；實踐證明這種「迷宮」式的密封結構還是存在環間竄氣的缺陷，特別是在使用過程中，會出現各環切口相互靠近甚至對齊，造成短路漏氣的情況發生，密封效果顯著變差。為了改善活塞氣環的密封性，人們提出了多種改進活塞氣環結構和切口形狀的技術方案如將單片環的直切口改為斜切口或者階梯切口、 將單片環改為兩片切口錯開的雙片組合環，等等。為了延長活塞環的使用壽命，人們對活塞氣環的材料進行了研究，如將合金鑄鐵改為不鏽鋼；有的對活塞環的表面進行強化處理，如 CN 20131953 Y公告的「一種噴鉬活塞環」，它在活塞外圓面上布滿許多細小的鑲嵌槽，鑲嵌槽外再噴塗NiCrAl過度層和鉬層。這些技術方案雖然對活塞環都有一定加強密封和延長使用壽命的效果，但有的效果不理想，有的工藝複雜且可靠性差，有的密封效果較好而耐磨性、彈性模量和熱穩定性較差使用壽命短，都沒有很好地解決現有活塞氣環存在的漏氣和使用壽命問題。本發明的目的是提供一種滲浸陶瓷活塞環，它密封可靠、導熱性好，彈性好而且耐磨、使用壽命長，能改善和提高發動機的整機性能，降低能耗，減少排除廢氣中的有害物質含量。本發明所述的一種滲浸陶瓷活塞環，包括用不鏽鋼製作的活塞環本體和封口件， 活塞環本體呈開口圓環狀，封口件設在活塞環本體開口處的一端上，其特徵是在活塞環本體的外圓柱面上附著有陶瓷薄膜層，在陶瓷薄膜層之後有擴散層；陶瓷薄膜層的厚度為 5 - 10 μ m，擴散層的厚度為30 — 60μπι。所述的一種滲浸陶瓷活塞環，其所述封口件為長方形封口片或者為「L」形封口片。
所述的一種滲浸陶瓷活塞環，其所述活塞環本體的材質為6Crl3M0不鏽鋼。所述的一種滲浸陶瓷活塞環，其所述活塞環本體為一單片開口圓環，在開口處的兩端部上分別設有軸向槽口，長方形封口片的一部分與一端部上的軸向槽口固定連接、另一部分與另一端部上的軸向槽口對應配合。所述的一種滲浸陶瓷活塞環，其所述活塞環本體為一片呈開口圓環狀的下環和一片呈開口圓環狀的上環組成；所述下環開口處的一端部上設有軸向槽口，「L」形封口片的水平部分插入軸向槽口內並固定連接，且「L」形封口片的右端與該軸向槽口齊平，「L」形封口片的豎直部分凸出於下環的上面；所述上環開口處的兩端部上分別設有軸向槽口，上環重疊在下環的上面，上環兩端部上的軸向槽口與「L」形封口片的豎直部分配合，上環的開口與下環的開口相互錯開。所述的一種滲浸陶瓷活塞環，其所述下環和上環的厚度相等。本發明的另一個目的是提供一種活塞環滲浸陶瓷的方法，通過該方法能提高活塞環的耐磨性、熱穩定性，延長使用壽命。本發明所述的一種活塞環滲浸陶瓷的方法，其步驟如下
第一步，清洗乾燥，用120 #溶劑清洗開口處固定連接有封口件的活塞環本體，去除油汙和雜物顆粒，然後，用熱風吹乾；
第二步，裝爐預熱，將吹乾後的活塞環本體重疊裝在圓筒夾具上，放置在熱處理真空爐中，並使圓筒夾具之間保持一定間隔，以保證加熱均勻；然後，通電預熱1 一 2小時，溫度升至 200°C— 250°C 士5°C ；
第三步，抽真空，開啟真空泵，使熱處理真空爐的真空控制在50 - 55Pa的範圍內； 第四步，通入氮氣、矽烷、硼烷，按80 — 85%的氮氣、5 — 10%的矽烷、10 — 15%的硼烷通入熱處理真空爐內，並控制流量，保持爐內的真空度；
第五步，保溫滲陶，將熱處理真空爐的爐溫控制在250°C 士5°C的範圍內，保溫8. 5小時一10小時；
第六步，冷卻出爐。所述的一種活塞環滲浸陶瓷的方法，其所述的所述活塞環本體為一單片開口圓環，在開口處的兩端部上分別設有軸向槽口，長方形封口片的一部分與一端部上的軸向槽口固定連接、另一部分與另一端部上的軸向槽口對應配合；
或者所述活塞環本體為一片呈開口圓環狀的下環和一片呈開口圓環狀的上環組成；所述下環開口處的一端部上設有軸向槽口，「L」形封口片的水平部分插入軸向槽口內並固定連接，且「L」形封口片的右端與該軸向槽口齊平，「L」形封口片的豎直部分凸出於下環的上面；所述上環開口處的兩端部上分別設有軸向槽口。本發明和現有技術相比具有以下優點它密封可靠、導熱性好，彈性好而且耐磨、 使用壽命長，能改善和提高發動機的整機性能，降低能耗，減少排除廢氣中的有害物質含量。排除廢氣中的HC在200 - 550ppm的範圍內(標準值< 1200ppm)、CO在1 一 2. 2%的範圍內(標準值<4.5% )。
圖1是本發明為一單片結構的使用狀態示意圖；圖2是圖1的俯視圖； 圖3是圖1的A部剖視圖4是本發明為一單片開口圓環的自由狀態示意圖； 圖5是本發明為一片下環和一片上環組合結構的使用狀態示意圖； 圖6是圖5的俯視圖； 圖7是圖5的A部剖視圖； 圖8是上環自由狀態的示意圖； 圖9是圖8的俯視圖； 圖10是下環自由狀態的示意圖； 圖11是圖10的俯視圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明作進一步的說明。實施例一參見圖1、圖2、圖3和圖4所示的為單片結構的滲浸陶瓷活塞環，包括用6Crl3M0不鏽鋼製作的活塞環本體1和長方形封口片4，活塞環本體呈開口圓環狀，在開口處的兩端部上分別設有軸向槽口，長方形封口片4的一部分與一端部上的軸向槽口固定連接、另一部分與另一端部上的軸向槽口對應配合；在活塞環本體1的外圓柱面上附著有陶瓷薄膜層2，在陶瓷薄膜層之後有擴散層3 ；陶瓷薄膜層2的厚度為8 μ m，擴散層的厚度為 45 μ m0上述單片結構的活塞環滲浸陶瓷的方法步驟如下
第一步，清洗乾燥，用120 #溶劑清洗開口處固定連接有封口件的活塞環本體1，去除油汙和雜物顆粒，然後，用熱風吹乾；
第二步，裝爐預熱，將吹乾後的活塞環本體1重疊裝在圓筒夾具上，放置在熱處理真空爐中，並使圓筒夾具之間保持一定間隔，以保證加熱均勻；然後，通電預熱2小時，溫度升至 2300C 士5°C ；
第三步，抽真空，開啟真空泵，使熱處理真空爐的真空控制在50 - 55Pa的範圍內； 第四步，通入氮氣、矽烷、硼烷，按80%的氮氣、5%的矽烷、15%的硼烷通入熱處理真空爐內，並控制流量，保持爐內的真空度；
第五步，保溫滲陶，將熱處理真空爐的爐溫控制在230°C 士5°C的範圍內，保溫8. 5小
時；
第六步，冷卻出爐。實施例二 參見圖5、圖6、圖7、圖8、圖9、圖10和圖11所示的為兩片組合結構的滲浸陶瓷活塞環，活塞環本體1為一片呈開口圓環狀的下環1 一 1和一片呈開口圓環狀的上環1 一 2組成，材質為6Crl3M0不鏽鋼；所述下環1 一 1開口處的一端部上設有軸向槽口，「L」形封口片5的水平部分插入軸向槽口內並固定連接，且「L」形封口片的右端與該軸向槽口齊平，「L」形封口片5的豎直部分凸出於下環1 一 1的上面；所述上環1 一 2開口處的兩端部上分別設有軸向槽口，上環1 一 2重疊在下環1 一 1的上面，上環兩端部上的軸向槽口與「L」形封口片5的豎直部分配合，上環1 一 2的開口與下環1 一 1的開口相互錯開； 所述下環1一 1和上環1一 2的厚度相等。在下環1一 1和上環1一 2的外圓柱面上附著
6有陶瓷薄膜層2，在陶瓷薄膜層之後有擴散層3 ；陶瓷薄膜層2的厚度為10 μ m，擴散層的厚度為60ymo 上述兩片組合結構的活塞環滲浸陶瓷的方法步驟如下
第一步，清洗乾燥，用120 #溶劑清洗下環1 一 1和上環1 一 2，去除油汙和雜物顆粒， 然後，用熱風吹乾；
第二步，裝爐預熱，將吹乾後的活塞環本體1重疊裝在圓筒夾具上，放置在熱處理真空爐中，並使圓筒夾具之間保持一定間隔，以保證加熱均勻；然後，通電預熱1. 5小時，溫度升至 250°C 士5°C ；
第三步，抽真空，開啟真空泵，使熱處理真空爐的真空控制在50 - 55Pa的範圍內； 第四步，通入氮氣、矽烷、硼烷，按80%的氮氣、10%的矽烷、10%的硼烷通入熱處理真空爐內，並控制流量，保持爐內的真空度；
第五步，保溫滲陶，將熱處理真空爐的爐溫控制在250°C 士5°C的範圍內，保溫9小時； 第六步，冷卻出爐。
權利要求
1.一種滲浸陶瓷活塞環，包括用不鏽鋼製作的活塞環本體(1)和封口件，活塞環本體呈開口圓環狀，封口件設在活塞環本體開口處的一端上，其特徵是在活塞環本體(1)的外圓柱面上附著有陶瓷薄膜層(2)，在陶瓷薄膜層之後有擴散層(3)；陶瓷薄膜層(2)的厚度為5 - 10 μ m，擴散層的厚度為30 - 60ymo
2.根據權利要求1所述的一種滲浸陶瓷活塞環，其特徵是所述封口件為長方形封口片(4)或者為「L」形封口片(5)。
3.根據權利要求1或2所述的一種滲浸陶瓷活塞環，其特徵是所述活塞環本體(1)的材質為6Crl3M0不鏽鋼。
4.根據權利要求1或2所述的一種滲浸陶瓷活塞環，其特徵是所述活塞環本體(1)為一單片開口圓環，在開口處的兩端部上分別設有軸向槽口，長方形封口片(4)的一部分與一端部上的軸向槽口固定連接、另一部分與另一端部上的軸向槽口對應配合。
5.根據權利要求1或2所述的一種滲浸陶瓷活塞環，其特徵是所述活塞環本體(1)為一片呈開口圓環狀的下環(1 一 1)和一片呈開口圓環狀的上環(1 - 2)組成；所述下環(1 -1)開口處的一端部上設有軸向槽口，「L」形封口片(5)的水平部分插入軸向槽口內並固定連接，且「L」形封口片的右端與該軸向槽口齊平，「L」形封口片(5)的豎直部分凸出於下環 (1 - 1)的上面；所述上環(1 - 2)開口處的兩端部上分別設有軸向槽口，上環(1 一 2)重疊在下環(1 - 1)的上面，上環兩端部上的軸向槽口與「L」形封口片(5)的豎直部分配合， 上環(1 - 2)的開口與下環(1 - 1)的開口相互錯開。
6.根據權利要求5所述的一種滲浸陶瓷活塞環，其特徵是所述下環(1- 1)和上環 (1 一 2)的厚度相等。
7.一種活塞環滲浸陶瓷的方法，其步驟如下第一步，清洗乾燥，用120 #溶劑清洗開口處固定連接有封口件的活塞環本體(1)，去除油汙和雜物顆粒，然後，用熱風吹乾；第二步，裝爐預熱，將吹乾後的活塞環本體(1)重疊裝在圓筒夾具上，放置在熱處理真空爐中，並使圓筒夾具之間保持一定間隔，以保證加熱均勻；然後，通電預熱1 一 2小時，溫度升至 200 °C— 250 °C 士 5°C ；第三步，抽真空，開啟真空泵，使熱處理真空爐的真空控制在50Pa - 55Pa的範圍內；第四步，通入氮氣、矽烷、硼烷，按80 — 85%的氮氣、5 — 10%的矽烷、10 — 15%的硼烷通入熱處理真空爐內，並控制流量，保持爐內的真空度；第五步，保溫滲陶，將熱處理真空爐的爐溫控制在250°C 士5°C的範圍內，保溫8. 5小時一10小時；第六步，冷卻出爐。
8.根據權利要求7所述的一種活塞環滲浸陶瓷的方法，其特徵是所述的所述活塞環本體(1)為一單片開口圓環，在開口處的兩端部上分別設有軸向槽口，長方形封口片(4)的一部分與一端部上的軸向槽口固定連接、另一部分與另一端部上的軸向槽口對應配合；或者所述活塞環本體(1)為一片呈開口圓環狀的下環(1 - 1)和一片呈開口圓環狀的上環(1 - 2)組成；所述下環(1 - 1)開口處的一端部上設有軸向槽口，「L」形封口片(5) 的水平部分插入軸向槽口內並固定連接，且「L」形封口片的右端與該軸向槽口齊平，「L」形封口片(5)的豎直部分凸出於下環(1 - 1)的上面；所述上環(1 一 2)開口處的兩端部上分別設有軸向槽口。
全文摘要
本發明公開一種滲浸陶瓷活塞環，包括用不鏽鋼製作的活塞環本體和封口件，活塞環本體呈開口圓環狀，封口件設在活塞環本體開口處的一端上，其特徵是在活塞環本體的外圓柱面上附著有陶瓷薄膜層，在陶瓷薄膜層之後有擴散層；陶瓷薄膜層的厚度為5－10μm，擴散層的厚度為30－60μm。還公開一種活塞環滲浸陶瓷的方法，其步驟如下清洗乾燥，裝爐預熱，抽真空，通入氮氣、矽烷、硼烷，保溫滲陶，冷卻出爐。本發明和現有技術相比具有以下優點它密封可靠、導熱性好，彈性好而且耐磨、使用壽命長，能改善和提高發動機的整機性能，降低能耗，減少排除廢氣中的有害物質含量。排除廢氣中的HC在200－550ppm的範圍內、CO在1－2.2％的範圍內。
文檔編號F02F5/00GK102182580SQ201110094509
公開日2011年9月14日 申請日期2011年4月15日 優先權日2011年4月15日
發明者孔凡魯 申請人:孔凡魯