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一種環保的活塞環表面改性方法

2023-06-16 10:24:16 1

專利名稱:一種環保的活塞環表面改性方法
技術領域:
本發明涉及一種環保的活塞環表面改性方法,更確切地說是涉及一種用物理氣相沉積和雷射表面改性相結合的方法對活塞環表面進行鍍鉻,屬於材料表面工程領域。
背景技術:
活塞環是內燃機的一項重要構件,它的性能的優劣直接關係著內燃機的質量。耐磨性是活塞環材料最重要的性能之一,為提高其耐磨性,延長其使用壽命,對活塞環的表面進行處理是十分必要的。最普遍的方法是鍍硬鉻,使用鍍鉻活塞環可成倍提高活塞環的使用壽命,一般對第一道氣環及撐簧油環的外圓面鍍硬鉻,也有在此基礎上再增加側面鍍鉻的。鍍硬鉻的活塞環佔活塞環總數50%-70%,目前鍍鉻活塞環普遍採用電鍍的工藝方法。在電鍍法鍍鉻的生產工藝過程中,有大量的有害氣體排放到大氣中,影響到操作者的健康並造成大氣汙染,尤其是電鍍液中的六價鉻離子對環境的汙染非常大。隨著世界各國環保意識的增強,在保證材料具有滿意使用性能的前提下,採用各種措施降低材料在加工和使用過程中對環境的影響是材料科學工作者目前著力研究的一個方面。欲實現傳統材料工業的可持續發展,關鍵是要採用環保的技術,減輕材料生產過程中給環境增加的負擔。因此,在活塞環的表面處理技術上,發展環保的技術具有重要的意義。

發明內容
本發明的目的在於提供一種環保的活塞環表面改性方法,該改性方法具有快速、安全、過程容易控制等優點,其能夠解決電鍍工藝中鍍鉻層與活塞環基底的結合強度偏低以及造成環境汙染的問題。
為了實現上述發明目的,本發明採用如下技術方案一本環保的活塞環表面改性方法,其特徵是將物理氣相沉積和雷射表面改性相結合在活塞環表面沉積鉻,首先利用物理氣相沉積的方法在活塞環表面沉積上一層鉻,然後利用雷射器對鍍鉻層進行雷射表面改性,增加鍍層與基底的結合強度。其具體操作步驟如下1.活塞環的鍍面預處理將活塞環的鍍面進行打磨或拋光,達到一定的光潔度,然後再對活塞環進行清洗,保持活塞環表面清潔;2.鍍鉻用物理氣相沉積的方法(包括蒸發鍍膜法、濺射鍍膜法、離子鍍膜法、分子束外延鍍膜法)在活塞環表面鍍鉻;3.雷射表面改性用CO2雷射器或YAG雷射器對鍍鉻層表面採用脈衝方式進行雷射熱處理,工作氣氛為大氣或惰性氣體。
在上述的工藝中,鉻層的厚度一般為1μm-1500μm。在雷射表面改性步驟中,如果鍍鉻層發生熔融,最後還需要再進行鍍面的拋光處理,以保證鍍鉻面的光滑程度。
應用本發明提供的方法得到的鍍鉻活塞環,其鍍鉻膜面光滑且微裂紋多,利於潤滑,鍍層中的鉻能夠擴散到活塞環的基底中,因而鍍鉻層與活塞環基底的結合力優於傳統電鍍法製備的鍍鉻活塞環。由於雷射熱處理具有瞬時加熱、快速冷卻、溫度梯度大的特點,該方法不改變活塞環本身材料的微結構。此外,本發明的另一個突出優點是該方法不會對環境造成汙染,避免了電鍍工藝中有害氣體和電鍍液的排放。


圖1經雷射表面改性後濺射沉積鉻膜的掃描電鏡圖像;圖2經YAG雷射表面改性後,電子探針測得的鉻元素分布曲線,採用Co的Kα輻射。圖中橫坐標的零點為鍍鉻層的表面,橫坐標上的數據代表該點與鍍層表面的距離。
具體實施例方式
下面的實例是為了進一步闡明本發明的工藝過程特徵而非限制本發明。
取汽車活塞環材料為樣品,用細金相砂紙打磨後,再經拋光處理達到一定的光潔度。在無水乙醇中經超聲清洗後待用。將清潔的活塞環進行磁控濺射鍍鉻膜,濺射的速率為10nm/min,濺射得到鉻膜的厚度為500μm。最後用YAG雷射器對鍍膜進行表面改性,脈衝頻率為1KHz,,脈衝電流為15A,掃描速度為30mm/sec。
附圖1為經雷射表面改性後濺射沉積鉻膜的掃描電鏡圖像,可以清晰觀察到膜面上有很多對潤滑有利的微裂紋,該鉻膜與傳統電鍍法中鉻膜的微結構相近。
附圖2為經YAG雷射表面改性後鉻元素的分布曲線,從圖中可知鍍層中的鉻已向基底進行擴散,因而增加了鍍層與基底的結合力,提高了活塞環的使用壽命。
權利要求
1.一種環保的活塞環表面改性方法,其特徵在於將物理氣相沉積和雷射表面改性相結合在活塞環表面沉積鉻,首先利用物理氣相沉積的方法在活塞環表面沉積上一層鉻,然後利用雷射器對鍍鉻層進行雷射表面改性,增加鍍層與基底的結合強度。
2.如權利要求1所述的活塞環表面改性方法,其特徵在於通過如下具體步驟實現(1)活塞環的鍍面預處理將活塞環的鍍面進行打磨或拋光,達到一定的光潔度,然後再對活塞環進行清洗,保持活塞環表面清潔;(2)鍍鉻用物理氣相沉積的方法在活塞環表面鍍鉻;(3)雷射表面改性用CO2雷射器或YAG雷射器對鍍鉻層表面採用脈衝方式進行雷射熱處理,工作氣氛為大氣或惰性氣體。
3.如權利要求2所述的活塞環表面改性方法,其特徵在於物理氣相沉積的方法為蒸發鍍膜法、濺射鍍膜法、離子鍍膜法和分子束外延鍍膜法中的任何一種。
4.如權利要求2所述的活塞環表面改性方法,其特徵在於物理氣相沉積的鉻層薄膜的厚度為1μm-1500μm。
全文摘要
本發明涉及一種環保的活塞環表面改性方法,其主要特徵是用物理氣相沉積和雷射表面改性相結合的方法對活塞環表面鍍鉻,屬於材料表面工程領域。本發明首先用物理氣相沉積的方法在活塞環表面鍍鉻,鉻層的厚度為1μm-1500μm,然後用CO
文檔編號C23C14/14GK1752293SQ20051011268
公開日2006年3月29日 申請日期2005年10月14日 優先權日2005年10月14日
發明者賀淑莉, 張存林, 王一紅 申請人:首都師範大學

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