一種缸套內壁雷射合金化工藝的製作方法

2023-05-23 07:49:11 1

專利名稱：一種缸套內壁雷射合金化工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及金屬材料表面加工技術領域，具體是指一種缸套內壁雷射合金化工 藝。技術背景
缸套是內燃機、汽油發動機、液壓設備的核心零部件，活塞在缸套中作高速往復運 動造成缸套內壁的磨損。並且由於缸套內的環境惡劣，存在大量高溫、高壓油氣，直接致使 缸套表面的氧化和硫化，破壞了缸套內壁金屬表面的性質，尤其是產生的硫化物等將導致 缸套內壁金屬的腐蝕。在缸套的使用過程中，磨損是導致其失效的主要原因，所以對缸套內 壁進行強化加工處理，以大幅度提高其耐磨性是提高缸套壽命的主要手段。與此同時，也需 要能提高缸套內壁的耐高溫、耐腐蝕性。
現有技術中，一般採用雷射淬火工藝對缸套內壁進行強化，並且淬火帶呈網狀結 構。經過雷射淬火工藝處理後的缸套內壁在摩擦過程中，未經雷射處理的基體部分最先因 摩擦而凹陷，形成菱形的儲油結構，從而降低缸套與活塞之間的摩擦係數，並且儲油結構還 可以儲存雜質和磨粒。同時，網狀淬火帶由於硬度大幅度提高，缸套內壁的耐磨性能也得到 了提高。但目前採用雷射淬火來提高缸套的耐磨性已經達到了工藝極限，對缸套內壁的耐 磨性、耐高溫性和耐腐蝕性的提高均有限。同時鑄鋼件的表面存在氣泡，也影響缸套內壁的 耐磨性。發明內容
本發明的目的是針對上述背景技術存在的不足，提供一種可以顯著提高缸套內壁 耐磨性、耐高溫性和耐腐蝕性，同時補償鑄鋼件表面的氣泡，從而延長缸套內壁使用壽命的 缸套內壁雷射合金化工藝。
為實現上述目的，本發明採用如下技術方案一種缸套內壁雷射合金化工藝，其 步驟包括將粒徑為200-900nm的固體合金化粉末與水或酒精或丙酮混合後得到的雷射 合金化塗料噴塗在缸套內壁，形成噴塗層，再在高能密度雷射的作用下，使塗料與基材熔 合，形成合金化帶；所述固體合金化粉末成分的質量分數為Si =21-30%, Ti =18-23%, V 0. 3-0. 8%, Cr :16-24%, Fe :12-18%, Co 5-7%, W :6-10%, Mo 3. 8-5. 0%o
所述噴塗層的厚度為30-150 μ m。
所述高能密度雷射是指從(X)2雷射功率為1600-2200W的雷射，
雷射光斑尺寸為Φ3. 5_5mm。
所述合金化帶呈沿活塞行程方向前密後疏的螺旋條紋狀。
本發明利用粒徑為超微的雷射合金化塗料在雷射作用下與基材熔合，在缸套表層 形成合金化層，向內逐漸過渡到淬火層，然後是基材。合金化層組織細密，且合金粉末中的 各種耐高溫、耐腐蝕的合金元素均勻分散並熔滲入合金化層，大大提高了合金化層的耐高 溫、耐腐蝕性能，因此合金化層具有優異的耐磨、耐高溫和耐腐蝕性能。次表層的淬火層對合金化層有很好的支撐和緩衝作用，防止在突然受力的情況下因合金化層硬度高而出現開 裂現象。同時，沿活塞行程方向上密下疏的螺旋條紋狀合金化層，可以根據缸套的工作狀 況，在活塞與缸套內壁作用頻繁及作用力較大的區域增加了合金化帶與缸套內壁的面積 比，從而增加了耐磨性，有效提高了缸套內壁的壽命；同時在不需要高面積比的區域又可有 效提高加工效率，減少稀有貴重合金元素的消耗。這樣，普通鑄鋼缸套內壁經過雷射合金化 處理後可達到整體合金鑄鐵缸套的性能，節約了大量昂貴的金屬材料，具有很強的實用性。 另外，添加的超微固體合金化粉末也可以補償鑄鋼缸套表面的氣泡。


圖1為本發明的螺旋條紋狀合金化帶展開示意圖2為本發明的合金化帶的橫截面示意圖3為實施例1中合金化帶的硬度與合金化帶內部至表面的關係；
1.缸套內壁、2.基材、3.合金化層、4.淬火層。
具體實施方式
以下結合具體實施例進一步說明本發明，但它們並不構成對本發明的限定，僅作 舉例
實施例一
將粒徑為200nm的固體合金化粉末與水按質量比2 1混合後得到的雷射合金化 塗料噴塗在缸套內壁，形成150 μ m厚的噴塗層，再在從(X)2雷射器發射的功率為2000W的 雷射作用下，使塗料與基材熔合，雷射光斑尺寸為Φ 3. 5mm，形成寬度為3. 5mm的合金化帶， 所述合金化帶沿活塞行程方向呈前密後疏的螺旋條紋狀。所述固體合金化粉末成分的質量 分數為 Si 25%, Ti :21%，V :0· 5%，Cr :20%，Fe :15%，Co :6%，W :8%，Mo :4· 5%。
如圖1所示，本發明的合金化帶呈上密下疏的螺旋條紋狀。可根據缸套工作狀況 靈活調整合金化帶與缸套內壁的面積比。在活塞與缸套內壁作用頻繁及作用力較大的區域 適當增加合金化帶與缸套內壁的面積比，增強缸套耐磨性，有效提高缸套內壁的壽命，同時 在不需要高面積比的區域減小合金化帶與缸套內壁的面積比，有效提高了加工效率，減少 了稀有貴重合金元素的消耗，因此具有很高的經濟性和實用性。
如圖2所示，缸套內壁合金化後，表層為合金化層，縱深方向逐漸過渡到淬火層， 然後是基材。合金化層組織細密，具有優異的耐磨、耐高溫和耐腐蝕性能，次表層的淬火層 對合金化層有很好的支撐和緩衝作用，防止在突然受力的情況下因合金化層硬度高而出現 開裂現象。
如圖3所示，合金化帶的硬度達到了 HV1050，而灰鑄鐵缸套內壁經雷射淬火後的 硬度一般為HV700左右。故缸套內壁經雷射合金化後的硬度遠遠超過雷射淬火所能達到的 硬度極限，大幅度提高了缸套內壁的耐磨性能。同時，本發明的硬化層較深，超過1.0mm，且 分布呈現一定的梯度，耐衝擊性能更好，更加適合缸套內惡劣的工作環境。
實施例2
將粒徑為500nm的固體合金化粉末與酒精按質量比2 1混合後得到的雷射合金 化塗料噴塗在缸套內壁，形成80 μ m厚的噴塗層，再在從(X)2雷射器發射的功率為1800W的4雷射作用下，使塗料與基材熔合，雷射光斑尺寸為Φ4πιπι，形成寬度為4mm的合金化帶，所述 合金化帶呈沿活塞行程方向前密後疏的螺旋條紋狀。所述固體合金化粉末成分的質量分數 為 Si :21%，Ti :23%，V :0· 3%，Cr :18%，Fe :12%，Co :5%，W :8· 9%，Mo :3· 8%。
在此工藝條件下，得到的合金化帶顯微硬度可達HV972，硬化層深度可達0. 8mm, 缸套內壁的耐磨性能提高了 1. 2倍。
實施例3
將粒徑為900nm的固體合金化粉末與丙酮按質量比2 1混合後得到的雷射合金 化塗料噴塗在缸套內壁，形成100 μ m厚的噴塗層，再在從CO2雷射器發射的功率為2000W的 雷射作用下，使塗料與基材熔合，雷射光斑尺寸為Φ4. 2mm，形成寬度為4. 2mm的合金化帶， 所述合金化帶呈沿活塞行程方向前密後疏的螺旋條紋狀。所述固體合金化粉末成分的質量 分數為 Si 30%, Ti 20%, V 0. 8%, Cr 16%, Fe 18%, Co 5%, W 6%, Mo 4. 2% ο
在此工藝條件下，得到的合金化帶顯微硬度可達HV880，硬化層深度可達1.0mm， 缸套內壁的耐磨性能提高了 1. 32倍。
實施例4
將粒徑為300nm的固體合金化粉末與水按質量比2 1混合後得到的雷射合金化 塗料噴塗在缸套內壁，形成120 μ m厚的噴塗層，再在從CO2雷射器發射的功率為2200W的激 光作用下，使塗料與基材熔合，雷射光斑尺寸為Φ4. 5mm，形成寬度為4. 5mm的合金化帶，所 述合金化帶呈沿活塞行程方向前密後疏的螺旋條紋狀。所述固體合金化粉末成分的質量分 數為 Si 28%, Ti 20. 6%, V 0. 4%, Cr 17%, Fe 16. 8%, Co 6%, W 6. 2%, Mo 5. 0%
在此工藝條件下，得到的合金化帶顯微硬度可達HV940，硬化層深度可達1. Imm, 缸套內壁的耐磨性能提高了 1.4倍。
實施例5
將粒徑為300nm的固體合金化粉末與水按質量比2 1混合後得到的雷射合金化 塗料噴塗在缸套內壁，形成30 μ m厚的噴塗層，再在從(X)2雷射器發射的功率為1600W的激 光作用下，使塗料與基材熔合，雷射光斑尺寸為5mm，形成寬度為5mm的合金化帶，所述合金 化帶呈沿活塞行程方向前密後疏的螺旋條紋狀。所述固體合金化粉末成分的質量分數為 Si :21%，Ti :18%，V :0. 5%，Cr :24%，Fe :15. 5%，Co :7%，W :10%，Mo :4. 0%。
在此工藝條件下，得到的合金化帶顯微硬度可達HV860，硬化層深度可達0. 92mm, 缸套內壁的耐磨性能提高了 1. 3倍。
權利要求
1.一種缸套內壁雷射合金化工藝，其步驟包括將粒徑為200-900nm的固體合金化粉 末與水或酒精或丙酮混合後得到的雷射合金化塗料噴塗在缸套內壁，形成噴塗層，再在高 能密度雷射的作用下，使塗料與基材熔合，形成合金化帶；所述固體合金化粉末成分的質量 分數為 Si :21-30%, Ti :18-23%, V :0. 3-0. 8%, Cr :16-24%, Fe :12-18%, Co 5-7%, W 6-10%, Mo 3. 8-5. 0%。
2.根據權利要求1所述的缸套內壁雷射合金化工藝，其特徵在於所述噴塗層的厚度 為 30-150 μ m。
3.根據權利要求1所述的缸套內壁雷射合金化工藝，其特徵在於所述高能密度雷射 是指從CD2雷射功率為1600-2200W的雷射，雷射光斑尺寸為Φ 3. 5_5mm。
4.根據權利要求1所述的缸套內壁雷射合金化工藝，其特徵在於所述合金化帶呈沿 活塞行程方向前密後疏的螺旋條紋狀。
全文摘要
一種缸套內壁雷射合金化工藝，其步驟包括將粒徑為200-900nm的固體合金化粉末與水或酒精或丙酮混合後得到的雷射合金化塗料噴塗在缸套內壁，形成噴塗層，再在高能密度雷射的作用下，使塗料與基材熔合，形成合金化帶；所述固體合金化粉末成分的質量分數為Si21-30％，Ti18-23％，V0.3-0.8％，Cr16-24％，Fe12-18％，Co5-7％，W6-10％，Mo3.8-5.0％。普通缸套內壁經過本發明的雷射合金化處理後可達到整體合金鑄鐵缸套的性能，節約了大量昂貴的金屬材料，具有很強的實用性。
文檔編號C22C30/00GK102031515SQ20101058327
公開日2011年4月27日 申請日期2010年12月9日 優先權日2010年12月9日
發明者張政, 王愛華, 韓甜 申請人:華中科技大學