摩託車發動機內壁處理工藝的製作方法
2024-01-31 14:57:15
本發明涉及電真空工藝技術，尤其涉及一種應用真空濺鍍對摩託車發動機內壁進行處理的工藝方法。
背景技術：
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在摩託車發動機工作時，其活塞在氣缸筒內作高速的往復運動，同時缸內的溫度可達到幾百度的高溫，因而氣缸的內壁和活塞的外周均要有極好的耐磨性和潤滑性。為了提高氣缸內壁的硬度和耐磨性，改善缸筒與活塞之間的運動摩擦條件，現有技術一般均採取對氣缸內壁進行電鍍處理，鍍層一般為硬鉻層。已公開的中國專利《鋁合金髮動機氣缸內壁鎳陶(Ni-SiC)複合電鍍工藝》(申請號99113478.8)提供了一種在發動機氣缸內壁上電鍍鎳-碳化矽(Ni-SiC)的技術，其有效地提高了摩託車氣缸的耐磨性和使用壽命。然而電鍍處理存在兩大嚴重缺陷，一是電鍍工藝過程中會產生大量含有鉻或鎳等元素的廢液，即使花費高昂代價採取了三廢處理措施，也仍然會造成對環境的汙染；二是由於發動機氣缸間歇工作條件引起的熱脹冷縮，使鍍層對基體的結合牢度大大降低，經過一段運轉後會出現鍍層的脫落，從而影響氣缸的工作壽命。
技術實現要素：
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本發明所要解決的技術問題是克服現有摩託車發動機氣缸採用電鍍技術處理的缺陷，提供一種利用真空濺鍍工藝技術的摩託車發動機內壁處理工藝，其具有工藝過程無汙染、複合層結合強度高、工作壽命長和減少汙染排放的優點。
本發明解決其技術問題所採取的技術方案如下：
一種摩託車發動機內壁處理工藝，採取真空濺鍍工藝，在真空中利用電子束轟擊靶材，使之濺射到發動機氣缸內壁上形成複合層，所述靶材的成份中含有碳化矽和剛玉，其特徵在於：所述靶材成份中還含有鑭系稀土材料鐠、鏑、銪、鐿。
本發明所述的摩託車發動機內壁處理工藝所使用靶材中鑭系稀土材料成份的構成為：鐠5～30‰、鏑5～30‰、銪5～30‰、鐿5～30‰；所述複合層厚度為80mm～100mm，其表面可覆有氧化鈰，密度為0.1g/cm2～0.5g/cm2；本發明所採取的真空濺鍍工藝規範為：濺鍍靶材純度4N～8N，濺鍍靶材顆粒度≤60nm，真空度1Pa～5×10-10Pa，工作電壓4kV～6kV。
與現有發動機氣缸採用傳統的電鍍處理技術相比較，本發明應用真空濺鍍技術，在發動機氣缸內壁上濺射形成含有碳化矽(SiC)、剛玉(Al2O3)以及鑭系稀土材料鐠(Pr)、鏑(Dy)、銪(Eu)、鐿(Yb)的複合層，從而避免了電鍍工藝過程導致的環境汙染問題，還大大提高了複合層對基體的結合強度，避免了鍍層剝落，延長了發動機的工作壽命；與此同時，複合層中的鑭系稀土元素在工作時會對油氣產生催化裂解作用，從而提高爆燃效率，減少有害氣體的產生，減少對環境的汙染。本發明還在複合層表面覆有氧化鈰(CeO2)作為應力分散劑，改善了缸筒與活塞之間的摩擦條件和滑潤性。
具體實施方式：
現結合具體實施例對本發明作進一步詳細說明。
本發明所述的摩託車發動機內壁處理工藝是採用真空濺鍍工藝來實現的：在真空度為1Pa～5×10-10Pa的真空條件下，利用工作電壓為4kV～6kV的電子槍發出的高頻電子束去轟擊由碳化矽(SiC)和剛玉(Al2O3)構成的靶材，該靶材中還可以含有設定好配比成份的鑭系稀土材料鐠(Pr)、鏑(Dy)、銪(Eu)和鐿(Yb)，其靶材成份的構成為：鐠5～30‰、鏑5～30‰、銪5～30‰、鐿5～30‰，其餘的為碳化矽(SiC)和剛玉(Al2O3)，其靶材純度為4N～8N，靶材顆粒度≤60nm。電子束的轟擊使靶材材料形成等離子體濺射到摩託車發動機的氣缸內壁上，並在表面形成具有一定厚度的含有陶瓷、稀土材料((Al2O3+SiC)、(Pr+Dy+Eu+Yb))的共晶複合層，該複合層厚度為80mm～100mm。在該複合層的表面還可以覆有起應力分散作用的氧化鈰(CeO2)，覆蓋密度為0.1g/cm2～0.5g/cm2。
首先，由於本發明所述的摩託車發動機內壁處理工藝摒棄了傳統的電鍍工藝技術，因而無廢水、廢氣和廢棄物形成，具有良好的環保特點。其次，由於運用了真空濺鍍工藝，濺射到發動機氣缸內壁上的等離子狀態的複合材料會滲入到基體表面的金屬分子間隙中去，形成複合材料與基體相互牢固嵌入的複合層，因此濺射的複合層與發動機氣缸基體結合得相當牢固，不存在剝落問題，從而不僅增強了氣缸內壁的硬度、提高了耐磨性，而且大大延長了發動機的工作壽命。
與一般真空濺鍍工藝不同的是，本發明的靶材材料成份為碳化矽(SiC)和剛玉(Al2O3)，同時還採用鑭系稀土材料鐠(Pr)、鏑(Dy)、銪(Eu)和鐿(Yb)。碳化矽和剛玉提高了氣缸內壁的硬度和耐磨性，而鑭系稀土材料在高溫條件下對氣缸中的油氣發生催化作用，裂解了汽油及其硫化物、氧化氮等有害氣體的分子團結構，提高了爆燃效率，使油氣充分燃燒，降低了油耗，減少了有害氣體的產生，改善了排放對大氣的汙染。
以下提供一些應用本發明所述的摩託車發動機內壁處理工藝的工藝實施例。
實施例1：
1、靶材成份
鐠5‰、鏑15‰、銪20‰、鐿30‰，其餘為碳化矽(SiC)和剛玉(Al2O3)。
2、工藝規範
靶材純度 4N
靶材顆粒度 20nm
真空度 5×10-10Pa
工作電壓 4kV。
3、複合層厚度：80mm；氧化鈰表層密度：0.1g/cm2。
實施例2：
1、靶材成份
鐠20‰、鏑30‰、銪30‰、鐿5‰，其餘為碳化矽(SiC)和剛玉(Al2O3)。2、工藝規範
靶材純度 5N
靶材顆粒度 60nm
真空度 1×10-8Pa
工作電壓 5kV。
3、複合層厚度：90mm；氧化鈰表層密度：0.2g/cm2。
實施例3：
1、靶材成份
鐠30‰、鏑5‰、銪5‰、鐿15‰，其餘為碳化矽(SiC)和剛玉(Al2O3)。2、工藝規範
靶材純度 6N
靶材顆粒度 30nm
真空度 2.5×10-6Pa
工作電壓 6kV。
3、複合層厚度：100mm；氧化鈰表層密度：0.3g/cm2。
實施例4：
1、靶材成份
鐠5‰、鏑20‰、銪15‰、鐿30‰，其餘為碳化矽(SiC)和剛玉(Al2O3)。
2、工藝規範
靶材純度 7N
靶材顆粒度 40nm
真空度 1Pa
工作電壓 6kV。
3、複合層厚度：85mm；氧化鈰表層密度：0.4g/cm2。
實施例5：
1、靶材成份
碳化矽(SiC)、剛玉(Al2O3)。
2、工藝規範
靶材純度 8N
靶材顆粒度 50nm
真空度 2×10-3Pa
工作電壓 5kV。
3、複合層厚度：80mm。