鉻基陶瓷複合鍍層的活塞環的製作方法
2023-05-11 15:22:56 2
專利名稱：鉻基陶瓷複合鍍層的活塞環的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種發動機活塞環，尤其涉及一種汽車發動機鉻基陶瓷複合鍍層的活 塞環。
背景技術：
隨著發動機、尤其是車用柴油發動機向高壓縮比、高輸出功率、低排放、長壽命方 向發展，增壓中冷、電控高壓噴射等技術的使用越來越廣泛，作為發動機心臟部件的活塞 環，尤其是第一道環，其所承受的熱負荷及機械負荷越來越大。以目前使用最廣泛的外圓鍍 鉻活塞環為例，在熱負荷以及機械負荷超過鉻層所能正常承受極限的情況下，尤其是活塞 環與缸壁間油膜達到臨界狀態下，會導致磨損惡化，活塞環使用壽命達不到要求，嚴重的還 會產生熔著磨損，出現「拉缸」甚至鉻層脫落。
發明內容
本發明的目的在於提供一種可使發動機在整個工作過程均保持良好的狀態、同 時又能解決活塞環磨粒磨損問題的鉻基陶瓷複合鍍層活塞環。本發明通過以下方案實現包括以下部分第一道氣環採用梯形半鑲嵌偏桶面，即該環的截面呈梯形，外圓面部分鑲嵌陶瓷 微粒。可與氣缸壁凸圓弧面接觸，使活塞上下移動時均能形成油楔作用，改善潤滑，避免稜 緣負荷，能很好適應活塞的擺動及氣缸表面且擁有良好的刮油性能和密封性能。第二道氣環採用反扭曲錐面環；其密封性、磨合性好(線接觸)，可防止「泵油」， 並形成油楔，改善潤滑和提高刮油能力；外圓面氮化，極大提高表面硬度，降低摩擦係數，增 強耐磨性，抗腐蝕性能好，導熱性能好。油環合件異向倒角螺旋彈簧油環，油環內的彈簧節距可調；具有較高的彈性保 持性，提高了環的徑向壓力(800 1200MPA)，保證油環與氣缸壁均勻而穩定的貼合，能減 小磨損及降低機油消耗量；外圓面鍍鉻，極大提高了抗磨料磨損性能和改善耐熔著性能。三道環平行裝配在活塞環槽中，第一道氣環和第二道氣環開口錯開位置設置，油 環合件安裝時油環本體和彈簧開口錯開位置設置。本發明所述第一道氣環外圓面鍍有鉻基陶瓷複合鍍層。第二道氣環外圓面經氮化 處理過。油環本體外圓面覆蓋有鍍鉻層。本發明所述鉻基陶瓷複合鍍層中陶瓷微粒含量高達5_6%，且陶瓷微粒分布於鉻 層網紋及孔隙中。本發明所述陶瓷微微粒為三氧化二鋁微粒。本發明所述第一道氣環和第二道氣環開口夾角為90-180°，油環本體和彈簧開口 夾角為90-180°。本發明所述三氧化二鋁微粒的粒徑為2-6微米。本發明可使活塞環能夠承受較大的熱負荷和機械負荷，即使在活塞環與缸壁油膜
3處於邊界狀態下，也不會發生「拉缸」；同時由於嵌入了高硬度的陶瓷微粒，耐磨性能也得到 極大提高，能夠滿足現代發動機高性能要求，達到長壽命、低排放、高性能。1、採用特殊工 藝，使鉻層中陶瓷微粒含量高達5 6%，且陶瓷微粒分布於鉻層網紋及孔隙中，不會增加 鉻層脆性，保證加工性能。2、可改善鍍層性能，如耐磨性、耐蝕性等。3、具有優良的綜合性 能，成本增加少。4、從性能上比較初期磨合性能達到特種珩磨，而在整個工作過程中儲油 性均達到松孔鍍鉻活塞環水平，而松孔鍍鉻活塞環僅在使用初期起作用；抗拉缸性能強於 噴鉬活塞環；承受高熱負荷、機械負荷能力更是噴鉬、鍍鉻活塞環所不能相比的；耐磨性較 噴鉬、鍍鉻活塞環提高明顯。
圖1為本發明活塞環的總體結構示意圖；圖2為本發明第一道氣環的端面結構示意圖；圖3為本發明第二道氣環的端面結構示意圖；圖4為本發明油環合件的端面結構示意圖；圖5 為本發明第一道氣環工作面陶瓷元素麵分布圖(在掃描電鏡下)；圖6 為本發明第一道氣環斷面陶瓷元素麵分布圖(在掃描電鏡下)；圖7 為本發明第一道氣環鍍層表面網紋(X500倍顯微鏡下)；圖8 為本發明第一道氣環鍍層斷面孔隙(X100倍顯微鏡下)。
具體實施例方式以下結合實施例對本發明進行詳細說明。實施例1 參見附圖1-4，本實施例為<2 93mm活塞環，包括第一道氣環1、第二道氣環2、油環 合件3組成，其中油環合件3由油環本體6和彈簧7組成。三道活塞環平行地裝配在活塞 環槽中，第一道氣環1和第二道氣環2開口夾角180°，油環合件安裝時油環本體和彈簧開 口夾角為180°，以防開口重疊時，混合氣從開口處串入曲軸箱內，影響發動機的動力性和 潤滑油的質量。第一道氣環採用梯形半鑲嵌偏桶面結構，該環的截面4呈梯形，外圓面5部 分鑲嵌2 4微米的陶瓷微粒；第二道氣環採用反扭曲錐面環結構，外圓面經氮化處理過。 油環合件3採用成型磨削異向倒角螺旋彈簧油環結構，油環內的彈簧7節距可調。第一道氣環的外圓面鍍有鉻基陶瓷複合鍍層，具體步驟如下取<2 93mm活塞環，在900升鍍鉻液中，其中鉻酐200克/升，硫酸2克/升，三價 鉻2. 5克/升，催化劑AFC 5克/升，電流密度80A/平方分米，電鍍時間12分鐘，先鍍一層 20微米硬鉻；物化法加工鉻層網紋，密度100條/毫米，寬2微米，深10微米，將三氧化二 鋁陶瓷微粒嵌入網格中固定；在900升鍍鉻液中(組份同上)，電流密度80A/平方分米，電 鍍時間5分鐘，進行封閉；再從頭開始重複20次，鉻基陶瓷複合鍍層厚度為300微米。第一 道氣環經加工成品後，鉻基陶瓷複合鍍層厚度為160微米，由多層單元複合層組成，層狀結 構陶瓷微粒含量工作面5.3%，斷面5.8%，分布在鉻層的微裂紋及其交叉形成的空隙中。本發明能夠滿足現代發動機高性能要求，達到長壽命、低排放、高性能。實施例2第一道氣環1和第二道氣環2開口夾角120°，第一道氣環外圓面5部分鑲嵌2
46微米的陶瓷微粒，其它結構與實施例1相同。
權利要求
一種鉻基陶瓷複合鍍層的活塞環，其特徵在於包括以下部分第一道氣環採用梯形半鑲嵌偏桶面，即該環的截面呈梯形，外圓面部分鑲嵌陶瓷微粒；第二道氣環為反扭曲錐面環；油環合件為異向倒角螺旋彈簧油環，由油環本體和彈簧組成，油環本體內的彈簧節距可調；三道環平行裝配在活塞環槽中，第一道氣環和第二道氣環開口錯開位置設置，油環合件安裝中油環本體和彈簧開口錯開位置設置。
2.根據權利要求1所述的鉻基陶瓷複合鍍層的活塞環，其特徵在於所述第一道氣環 外圓面鍍有鉻基陶瓷複合鍍層。
3.根據權利要求1所述的鉻基陶瓷複合鍍層的活塞環，其特徵在於第二道氣環外圓 面經氮化處理過。
4.根據權利要求1或2或3所述的鉻基陶瓷複合鍍層的活塞環，其特徵在於油環外圓面覆蓋有鍍鉻層。
5.根據權利要求2所述的鉻基陶瓷複合鍍層的活塞環，其特徵在於鉻基陶瓷複合鍍 層中陶瓷微粒含量高達5-6%，且陶瓷微粒分布於鉻層網紋及孔隙中。
6.根據權利要求5所述的鉻基陶瓷複合鍍層的活塞環，其特徵在於陶瓷微微粒為三氧化二鋁微粒。
7.根據權利要求1或2或3所述的鉻基陶瓷複合鍍層的活塞環，其特徵在於第一道氣 環和第二道氣環開口夾角為90-180°，油環合件中油環本體和彈簧開口夾角為90-180°。
8.根據權利要求6所述的鉻基陶瓷複合鍍層的活塞環，其特徵在於三氧化二鋁微粒 的粒徑為2-6微米。
全文摘要
本發明公開了一種鉻基陶瓷複合鍍層的活塞環，包括以下部分第一道氣環採用梯形半鑲嵌偏桶面，即該環的截面呈梯形，外圓面部分鑲嵌陶瓷微粒。第二道氣環採用反扭曲錐面環；油環合件為異向倒角螺旋彈簧油環，油環內的彈簧節距可調；三道環平行裝配在活塞環槽中，第一道氣環和第二道氣環開口錯開位置設置。本發明所述第一道氣環外圓面鍍有鉻基陶瓷複合鍍層。鉻基陶瓷複合鍍層中陶瓷微粒含量高達5-6％。本發明可使活塞環能夠承受較大的熱負荷和機械負荷，即使在活塞環與缸壁油膜處於邊界狀態下，也不會發生「拉缸」；同時由於嵌入了高硬度的陶瓷微粒，耐磨性能也得到極大提高，能夠滿足現代發動機高性能要求，達到長壽命、低排放、高性能。
文檔編號F02F5/00GK101929405SQ20101025202
公開日2010年12月29日 申請日期2010年8月12日 優先權日2010年8月12日
發明者盧川, 曾小春, 段翔 申請人:江鈴汽車股份有限公司