具有納米陶瓷塗層的活塞環的製作方法
2023-06-02 00:20:21
專利名稱：具有納米陶瓷塗層的活塞環的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及汽車發動機用活塞環的製備技術，具體涉及活塞環表面塗層的製備。
背景技術：
未來汽車發動機將向高效率、高載荷、高速度及高壽命的方向發展，這就對其耐久性及可靠性提出了更高的要求。伴隨著石油資源的緊缺，對發動機的燃油經濟性的關注程度也在不斷提高，同時世界各國對環境的保護意識在逐漸增強，相繼出臺了一系列更為嚴格的尾氣排放法規。活塞環作為直接影響發動機使用可靠性和經濟環保性的關鍵部件，其性能的優劣直接影響到發動機的整體性能，因此對活塞環表面處理技術提出了越來越高的要求。現有技術中，活塞環表面的處理技術主要有電鍍鉻、氮化以及等離子噴鑰。電鍍鉻層結構緻密，耐腐蝕性能良好，顯微硬度可達700-1000HV，能明顯改善活塞環的耐磨性，提高其使用壽命。但是，鍍鉻層的脆性極大，很容易碎裂脫落，會加劇氣缸的磨損，其抗拉缸性能也較差。此外，電鍍鉻的生產過程中耗能極大，而且具有很強的毒性，會對操作人員產生毒害，也會對環境造成汙染。活塞環氮化處理技術，以其工藝經濟可靠、對環境友好等特點受到廣泛關注，是目前活塞環表面處理的主要方法。氮化工藝雖然操作簡單，但是處理後的活塞環表面硬度不高，並且滲層厚度有限，不能滿足大功率發動機的使用要求。等離子噴塗鑰塗層活塞環，具有較低的摩擦因數和較高的液力潤滑傾向，當溫度升高時，這一傾向變得更為明顯。等離子噴鑰活塞環還能較好地適應發動機的廢氣再循環(EGR)和降低機油耗的要求。它最大的缺點就是鑰塗層的硬度較低，其耐磨性比鍍鉻層差，而且在高溫時易氧化剝落；另一方面，在缺少潤滑油或油變質的條件下，這種塗層的摩擦係數和磨損率較大，往往會影響到活塞環的正常使用。實用新型內容本實用新型的目的在於，針對現有技術中的不足，提供一種具有由熱噴塗技術構成的納米陶瓷塗層的發動機活塞環，利用其高耐磨、高抗拉缸性能和低摩擦係數性能，達到降低成本的效果。本實用新型的技術方案如下本實用新型的具有納米陶瓷塗層的活塞環，包括活塞環金屬基體，其特徵在於，所述活塞環金屬基體的表面上設有由熱噴塗技術製備的納米陶瓷塗層或納米陶瓷複合塗層，所述納米陶瓷塗層是由納米級的氧化鋁、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的混合物構成的，塗層的厚度為100-1000微米；所述納米陶瓷複合塗層由結合層和納米陶瓷塗層重疊構成，其結合層與活塞環金屬基體表面緊密接觸，它是由金屬鎳、鎳鋁、鎳鉻中的一種或幾種的微米級粉料混合構成，結合層厚度為10-100微米，所述納米陶瓷塗層覆蓋在結合層上並緊密接觸。本實用新型的具有納米陶瓷塗層的活塞環，所述的結合層與納米陶瓷塗層採用熱噴塗技術製備，是指採用火焰噴塗、電弧噴塗、等離子噴塗或超音速火焰噴塗等技術。[0011]與常規材料相比，納米陶瓷材料具有更為優異的耐磨、耐腐、耐高溫性能。通過熱噴塗技術，將納米陶瓷材料噴塗在活塞環表面，形成一種結合牢固、性能優異的工作表面，在強度、韌性、抗腐蝕、耐磨、抗熱疲勞等方面均有顯著提高。本實用新型的納米陶瓷塗層活塞環的硬度比現有的鍍鉻、氮化的更高，其硬度可達1200-1800HV。在具有高硬度的同時，納米陶瓷塗層還具有極高的韌性，使活塞環表面在有足夠的耐磨性和耐腐蝕性的同時整體具有較好的韌性和彈性。熱噴塗納米陶瓷塗層與活塞環基體能形成牢固的結合，不容易脫落。實測表明，本實用新型的納米陶瓷塗層具有很低的摩擦係數，比鍍鉻層的低，能顯著減少與氣缸的磨損，其磨損程度要比使用當前的表面處理技術降低20%-30%，同時，還具有極佳的抗高溫和耐腐蝕性能。
圖1是本實用新型一種實施方式的示意圖。圖2是本實用新型另一種實施方式的示意圖。
具體實施方式
實施例1 在表面上設有納米陶瓷塗層的活塞環參見圖1，在活塞環金屬基體I的表面上設有納米陶瓷塗層3，該納米陶瓷塗層的原料是由納米級的氧化鋁、氧化鈦、氧化矽、氧化鋯、氧化鎂組成的混合物。原料均從市場購得，用量各為20%，經噴霧造粒製成粒徑為40-100微米的複合粉料用於噴塗。使用等離子噴塗方法噴到活塞環表面上，塗層厚度約為500微米，再經機械加工得到成品。經測試，本實施例的活塞環納米陶瓷塗層的性能參數為表面硬度高於1200HV ;結合強度高於50MPa，與基體牢固結合；孔隙率低於7%，合適的孔隙能起到保持表面油膜的作用；摩擦係數小於0.1。實施例2 在表面上設有納米陶瓷塗層和結合層的活塞環參見圖2，先在活塞環金屬基體I的表面上先使用超音速噴塗技術噴塗結合層2，所用原料是金屬鎳粉料，結合層厚度為70微米，該結合層與活塞環金屬基體表面緊密接觸；在結合層上使用超音速噴塗技術噴塗納米陶瓷塗層3，二塗層緊密接觸。納米陶瓷塗層厚度為500微米，該納米陶瓷塗層的原料是市場購得的納米級氧化鋁、氧化鈦粉料的混合物，用量各為50%。經測試，本實施例的活塞環納米陶瓷塗層的性能參數為表面硬度高於1500HV ;結合強度高於80MPa ;孔隙率低於3% ;摩擦係數小於0.1。與實施例1相比，結合強度有了明顯的提高，孔隙率亦有所降低，說明本實施例的納米陶瓷塗層更加緻密，與基體結合更加牢固。
權利要求1. 一種具有納米陶瓷塗層的活塞環，包括活塞環金屬基體，其特徵在於，所述活塞環金屬基體的表面上設有由熱噴塗技術製備的納米陶瓷塗層或納米陶瓷複合塗層，所述納米陶瓷塗層是由納米級的氧化鋁、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組成，塗層的厚度為100-1000微米；所述納米陶瓷複合塗層由結合層和納米陶瓷塗層重疊構成，其結合層與活塞環金屬基體表面緊密接觸，它是由金屬鎳、鎳鋁、鎳鉻中的一種微米級粉料構成，結合層厚度為10-100微米，所述納米陶瓷塗層覆蓋在結合層上並緊密接觸。
專利摘要本實用新型涉及汽車發動機用活塞環，具體涉及具有納米陶瓷塗層的活塞環。該活塞環包括活塞環金屬基體，在活塞環金屬基體的表面上設有由熱噴塗技術製備的納米陶瓷塗層或納米陶瓷複合塗層，納米陶瓷塗層是由納米級的氧化鋁、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的混合物組成，塗層的厚度為100-1000微米；納米陶瓷複合塗層由結合層和納米陶瓷塗層重疊構成，其結合層與活塞環金屬基體表面緊密接觸，它是由金屬鎳、鎳鋁、鎳鉻中的一種或幾種的微米級粉料混合構成，結合層厚度為10-100微米。本活塞環硬度可達1200-1800HV，還具有極高的韌性，同時與活塞環基體能形成牢固的結合，不容易脫落。
文檔編號F02F5/00GK202867019SQ201220433220
公開日2013年4月10日 申請日期2012年8月29日 優先權日2012年8月29日
發明者薛衛昌, 程敬卿 申請人:蕪湖鼎恆材料技術有限公司