具有納米合金塗層的氣缸的製作方法

2023-05-03 11:29:41

專利名稱：具有納米合金塗層的氣缸的製作方法
技術領域：
本發明涉及汽車發動機用氣缸的製備技術，具體涉及氣缸表面熱噴塗納米塗層的製備。
背景技術：
為了降低發動機重量和成本，以及獲得更好的油耗，目前汽車發動機缸體材料逐漸從鑄鐵件轉向更輕的鋁合金缸體。鋁合金缸體的主要缺點是耐磨性較差，為了提高其耐磨性，常常需要製作鋼質的缸套襯作為鋁合金缸體內壁，以提高其耐磨性能。但缸套的使用不僅増加了成本，而且減少了缸體的有效體積，影響了燃油效率。

發明內容
· 本發明的目的在幹，針對現有技術中的不足，提供ー種表面具有納米合金塗層的汽車發動機氣缸,利用其高耐磨、高抗拉缸性能和低摩擦係數性能,來提高發動機整體性能的目的。本發明的技術方案如下
本發明的具有納米合金塗層的氣缸，包括氣缸金屬基體，其特徵在於，在所述金屬基體的表面上設有納米合金塗層，該塗層由納米級的鐵、鎳、鑰、鉻、鋁或其它金屬材料中的ー種或幾種構成；或者由在納米級金屬材料中摻入納米級的氧化鋁、氧化鈦、氧化矽、氧化鋯、氧化鎂、碳化矽、碳化鎢、碳化鉻或其它陶瓷材料中的ー種或幾種構成；所述塗層的厚度為100-1000微米，塗層中金屬材料與陶瓷材料的質量比為I :(0-1)。本發明的具有納米合金塗層的氣缸中，所述的納米合金塗層採用超音速火焰噴塗技術製備；所用的金屬原料或陶瓷原料均為納米級粉料。使用時，如同現有技術，先經噴霧造粒製成粒徑為40-100微米的粉料後，再進行超音速火焰噴塗。本發明利用熱噴塗技術為發動機缸體的改進提供了一種很好的解決方案。在缸體內壁直接噴塗耐磨塗層來代替缸套，由於塗層薄，在不減少缸體的有效體積的情形下，大大減輕了缸體的重量，也減少了缸體的整體體積，因此實際使用中，可以通過緊湊的結構形式來降低整體重量和減小佔用空間。在本發明所述氣缸的納米合金塗層中，使用的鐵、鎳、鉻等金屬能夠使塗層與氣缸本體形成牢固的結合，摻入的陶瓷相材料可以有效地提高塗層的抗熱震性、表面硬度等。同吋，由於該塗層具有良好的耐磨性能，以及具有較高耐燒蝕能力和較低自身磨損的塗層系統，因此能夠降低活塞環和氣缸筒表面間的摩擦，從而減少機油消耗量。也就是說，本發明能進ー步滿足未來發動機不斷提高的低油耗、低成本、重量輕、空間小等使用要求。本發明的具有納米合金塗層的氣缸，既可用於汽油機又可用於柴油機，其納米結構塗層的製備方法簡單方便，無汙染，不會對人員和環境產生不利影響。


圖I是本發明的具有納米合金塗層的氣缸局部結構示意圖
具體實施例方式 實施例I 具有鐵-鎳-鉻-鑰(Fe-Ni-Cr-Mo)納米合金塗層的氣缸參見圖1，在氣缸體I的金屬內壁(在該金屬壁上設有冷卻水槽2)面上設有納米合金塗層3，塗層的厚度為500微米。該塗層是使用超音速噴塗技裝置噴塗的具有鐵-鎳-鉻-鑰的納米合金塗層，再經機械精加工製備出成品。噴塗原料使用市售的納米級金屬鐵、鎳、鉻、鑰(Fe-Ni-Cr-Mo)粉末。在合金粉末中，鐵、鎳、鉻、鑰的質量含量各為1/4。經測試，本實施例的納米合金塗層的性能參數為表面硬度高於800HV ;結合強度高於90MPa，孔隙率低於7%。本實施例是採用超音速噴塗技裝置噴塗得到塗層。為了比較的需要，測試時還做了使用等離子噴塗技術得到塗層的對比例，其使用原料與實施例完全相同，然後分別做耐磨性能的測試。結果表明，在同樣摩擦磨損條件下，本實施例塗層的耐磨性能比利用等離子噴塗得到的塗層提高30-40%。實施例2 摻入氧化物的鐵-鎳-鉻-鑰(Fe-Ni-Cr-Mo)納米合金塗層
在實施例I的基礎上，在噴塗原料中摻入納米級氧化鋁和納米級氧化鈦粉料，形成納米合金複合塗層。所摻入的氧化物為氧化鋁(A1203)、氧化鈦(TiO2)的質量含量分別佔噴塗原料總質量的5%。經測試，本實施例的納米結構塗層的性能參數為表面硬度高於900HV ;結合強度高於60MPa，孔隙率低於7%。實施例3 摻入碳化物的鐵-鎳-鉻-鑰(Fe-Ni-Cr-Mo )納米合金塗層
在實施例I的基礎上，向原料中摻入納米級碳化鎢和碳化鉻粉料，形成納米合金塗層。本實施例中摻入的碳化鎢、碳化鉻的質量含量分別佔噴塗原料總質量的5%。經測試，本實施例的納米結構塗層的性能參數為表面硬度高於1000HV ;結合強度高於60MPa，孔隙率低於7%。上述的實施例2和3中，也同樣做了與實施例相同的對比例測試，其結果表明，在同樣摩擦磨損條件下，實施例2、3得到的塗層的耐磨性能比利用等離子噴塗得到的塗層均提高 30-40%。以上實施例中，所用的納米金屬鐵、鎳、鉻、鑰粉料，以及納米級氧化鋁和納米級氧化鈦粉料，納米級碳化鎢和碳化鉻粉料均由市場購得。
權利要求
1.一種具有納米合金塗層的氣缸，包括氣缸金屬基體，其特徵在於，在所述金屬基體的表面上設有納米合金塗層，該塗層由納米級的鐵、鎳、鑰、鉻、鋁或其它金屬材料中的一種或幾種構成；或者由在納米級金屬材料中摻入納米級的氧化鋁、氧化鈦、氧化矽、氧化鋯、氧化鎂、碳化矽、碳化鎢、碳化鉻或其它陶瓷材料中的一種或幾種構成；所述塗層的厚度為100-1000微米，塗層中金屬材料與陶瓷材料的質量比為I :(0-1)。
2.如權利要求I的具有納米合金塗層的氣缸，其特徵在於，所述的納米合金塗層採用超音速火焰噴塗技術製備；所用的金屬原料或陶瓷原料均為納米級粉料。
全文摘要
本發明涉及汽車發動機用氣缸表面熱噴塗納米塗層的製備技術，具體涉及具有納米合金塗層的氣缸。在所述氣缸金屬基體的表面上設有納米合金塗層，該塗層由納米級的鐵、鎳、鉬、鉻、鋁或其它金屬材料中的一種或幾種構成；或者由在納米級金屬材料中摻入納米級的氧化鋁、氧化鈦、氧化矽、氧化鋯、氧化鎂、碳化矽、碳化鎢、碳化鉻或其它陶瓷材料中的一種或幾種構成；所述塗層的厚度為100-1000微米，塗層中金屬材料與陶瓷材料的質量比為1(0-1)。本發明塗層與氣缸本體牢固結合，並有高抗熱震性、表面硬度和耐磨性能，在不減少缸體的有效體積的情形下，能減輕缸體的重量和整體體積。其塗層的製備方法簡單方便，無汙染，不會對人員和環境產生不利影響。
文檔編號F02F1/00GK102787933SQ201210311729
公開日2012年11月21日 申請日期2012年8月29日 優先權日2012年8月29日
發明者程敬卿, 薛衛昌 申請人:蕪湖鼎恆材料技術有限公司