一種陶瓷汽缸及其製備技術的製作方法
2023-05-15 22:24:06 2
專利名稱：一種陶瓷汽缸及其製備技術的製作方法
技術領域：
本發明屬於鋁合金缸體及內表面硬化處理技術，特別涉及鉬合金 缸體內表面的陶瓷化處理工藝。
技術背景鋁合金由於其輕質易成型、比輕度高、導熱性能好，成為汽油發 動機缸套的主要材料之一。但由於發動機活塞是在汽缸內做快速往復 運動，鋁合金缸體的耐磨性、耐衝擊性、耐腐蝕性等性能較差而限制 了鋁合金在發動機缸體上作為直接磨擦副的應用。鋁合金缸體必須進 行適當的內表面硬化處理。汽缸要求工作溫度高，熱衝擊大，速度高 速磨擦頻繁，普通汽缸難以滿足工況惡劣的條件下工作，長期制約著 發動機綜合性能的提高。常用的鑲鑄鐵套氣缸製備工藝複雜、界面結合質量穩定性較差；鍍鎳、鉻工藝及複合鍍工藝對境汙染嚴重，達不到環境友好的要求。還有碳化矽複合陶瓷(專利號93115277.1 ),需要高溫二次燒結，工藝難度大。發明內容本發明的主要目的是，消除現有鋁合金複合材料活塞汽缸技術中， 成本高、汙染重的缺點，提供一種操作簡便又穩定，無汙染，具有非 常好的耐磨性、耐腐蝕、抗高溫衝擊性好的複合陶瓷層的鋁合金基體 氣缸及其製備技術。本發明的方案是 一種陶瓷汽缸，在基質材料為ADC12或AC4A 的汽缸內壁上，有一層陶瓷層，其特徵在於所述陶瓷層為微弧氧化陶
瓷層，其組分包括Y-Al203、 a- A1 203，陶瓷層的厚度為15-120jLim。 上述ADC12的化學成分為Cu: 1. 5-3. 5， Si: 9. 6-12, Mg: 0..3, Zn: 1， Fe:1.3, Mn: 0. 5， Ni: 0. 5，餘量Al。 AC4A的化學成分為Cu: 0. 25， Si:8-10, Mg:O. 3-0. 6, Zn:O. 25, Fe: 0. 55, Mn: 0. 3—0. 6, Ni:O. 1， Ti: 0. 2餘量Al。珩磨加工完後的所述陶瓷層厚度可為15-50 jum。 上述陶瓷汽缸的製備技術，其特徵在於工藝過程是將待處理的 缸體作為陽極、內置不鏽鋼管作為陰極，將以鹼性電解溶液從缸體一 端通過缸體，從缸體的另一端流出；工藝過程中控制的條件為電壓 450V-750V,電流密度為20-40 A/dm2，時間是40-90min,所述電源採 用不對稱的正負脈衝高壓電源；鹼性電解溶液成份為Na2Si03: 4-8g/L、 NaOH: 2-5g/L Na3A103: l-3 g/L， Na2W042-4g/L, EDT 二鈉1-3 g/L， 電解液PH值為9-13。溶液溫度控制在10-50°C。陶瓷化處理裝置主要有電源及調壓控制系統、冷卻系統、電解槽、 攪拌系統、汽缸屏蔽工裝等部分組成。電源及調壓控制系統提供了處 理所需的高壓電；冷卻系統可以保證電解液的溫度在工藝範圍內；電 解槽通常由不鏽鋼製成，兼做陰極，內盛電解溶液；攪拌系統可以提 高溶液中電解液的均勻性；汽缸屏蔽工裝可以保證非處理面不得與電 解液接觸。本發明釆用100-300 KW特殊電源及自動控制系統及去離子水配製 成不同組份的電解液。根據技術要求，在電解液中加入鋁酸鹽、鎢酸 鈉等不同添加劑，目的為了提高陶瓷層的順應性、嵌藏性、耐磨性， 及耐熱衝擊性。在一般情況下，電解液PH值最大為9-12，電解液組
分組成可為Na2Si03 : 4-8g/L 、 NaOH 2-5g/L : Na3A103: 1-3 g/L,Na2W04:2-4g/L,電解液PH值為9-13。優化工藝電流密度、電壓、 時間控制等工藝參數本發明陶瓷化處理電流密度、電壓、時間控制、 電解液溫度的控制是提高汽缸工作表面生成陶瓷層質量的關鍵。要求 分別設置恆電流、恆電壓控制裝置和電解熱交換溫控裝置工藝電壓 一般控制在450-750V範圍內，電流密度控制在20-40A/dm2，電解液溫 度一般控制在10-5(TC範圍內。隨著處理時間的延長陶瓷層也隨之不 斷形成及增加厚度，處理時間越長，陶瓷層的厚度越厚,但表面的粗糙 度也隨之增加。可根據汽缸的陶瓷層厚度要求來決定參數的調整，一 般陶瓷層厚度為50-120 jum。汽缸珩磨後可獲得15-50 jum的陶瓷層本發明的汽缸陶瓷化處理操作簡便又穩定，在整個陶瓷化處理過 程中，不需改變電解液的濃度，可重複使用，獲得的複合陶瓷層汽缸 膜層厚、緻密度高、硬度高、具有非常好的耐磨性，耐腐蝕、抗高溫 衝擊性。
圖1為內孔帶微弧氧化陶瓷層的鋁合金陶瓷汽缸示意圖。 圖2為汽缸內孔陶瓷化裝置示意圖。圖中，l.汽缸基體，2.陶瓷層，3.內孔表面，4.陽極接線柱，5. 電解槽，6.絕緣槽，7.攪拌系統，8.陽極電極棒，9.工裝，10.汽缸， 11.電解液，12.高壓電源，13.控制系統。
具體實施方式
實施例一以ADC12材質汽缸為例電解液(11)為以水玻璃為主要成分，各 成分與總體積比配置溶液，Na2Si03: 7 g/L、 NaOH 4g/L、 Na3A103 2 g/L、 Na2W04:4 g/L EDT二鈉3 g/L，將PH值調整在13。將配置好的電 解溶液從缸體下部的導進管流進，從上部的口管流出，溶液通過循環 冷卻系統在缸體內流動。內置不鏽鋼管接電源陰極，缸體接電源陽極。 開始4分鐘內，通過電源對缸體施加電流密度為20 A/dm2， 4分鐘後 通過電源對缸體施加電流密度為20-28 A/dm2，處理結東前電流密度隨 著陶瓷層厚度的增加而變化。利用氣泵的攪拌冷卻電解液溫度為 45-55°C,處理時間55分鐘，在缸體內表面原位生長一層緻密的A1203 陶瓷層。經測量厚度為100-llOjum,經過銜磨可以獲得經濟的陶瓷層 厚度。實施例二以AC4A材質汽缸為例電解液為以水玻璃為主要成分，各成分與 總體積比配置溶液，Na2Si03: 4 ml/L、 NaOH 2. 5g/L、 Na3A103 2. 5 g/L、 Na2W04: 3 g/L EDT二鈉2. 5 g/L，將PH值調整在IO。將配置好的電 解溶液從缸體下部的導進管流進，從上部的口管流出，溶液通過循環 冷卻系統在缸體內流動。內置不鏽鋼管接電源陰極，缸體接電源陽極。 開始8分鐘內，通過電源對缸體施加電流密度為22 A/dm2， 8分鐘後 通過電源對缸體施加電流密度為25-30 A/dm2,處理結東前電流密度隨 著陶瓷層厚度的增加而變化。利用氣泵的攪拌冷卻電解液溫度為 25-35 °C，處理時間40分鐘就會在缸體內表面原位生長一層緻密的 A1A陶瓷層。經測量厚度為65-75 經過珩磨可以獲得經濟的陶瓷 層厚度。根據不同需要，可以控制陶瓷層的厚度，綜合考慮發動機性 能和經濟性，最佳厚度單邊為60-120 jum,銜磨後的最佳經濟厚度為
15—50 |um。對上述兩種處理工藝後的陶瓷層進行硬度和耐磨試驗其顯微硬 度均在HV900以上，耐磨試驗時間達到600小時以上。
權利要求
1.一種陶瓷汽缸，在基質材料為ADC12或AC4A的汽缸內壁上，有一層陶瓷層，其特徵在於所述陶瓷層為微弧氧化陶瓷層，陶瓷層組分包括γ-Al2O3、α-Al2O3，陶瓷層的厚度為15-120μm。
2. 如權利要求1所述的陶瓷汽缸，其特徵在於所述陶瓷層厚度為 15-50 jum。
3. —種陶瓷汽缸的製備技術，其特徵在於工藝過程是將待處理 的缸體作為陽極、內置不鏽鋼管作為陰極，將以鹼性電解溶液從缸體 一端通過缸體，從缸體的另一端流出；工藝過程中控制的條件為電 壓450V-750V,電流密度為20-40 A/dm2,時間是40-90min，所述電源採用不對稱的正負脈衝高壓電源；鹼性電解溶液成份為Na2Si03: 4-8g/L、 NaOH: 2-5g/L Na3A103: 1-3 g/L,: Na2W042-4g/L， EDT 二鈉 1-3 g/L,電解液PH值為9-13。溶液溫度控制在10-50°C。
4. 如權利要求3所述的一種陶瓷汽缸的製備技術，其特徵在於工 藝過程所需陶瓷化處理裝置主要有電源及調壓控制系統、冷卻系統、 電解槽、攪拌系統、汽缸屏蔽工裝。
全文摘要
一種陶瓷汽缸及其製備技術，屬於鋁合金缸體及內表面硬化處理技術。該陶瓷汽缸的基質材料為ADC12或AC4A，在汽缸內壁上有一層微弧氧化陶瓷層，陶瓷層組分包括γ-Al2O3、α-Al2O3，厚度為15-120μm。微弧氧化處理工藝過程是將待處理的缸體作為陽極、內置不鏽鋼管作為陰極，將以鹼性電解溶液從缸體一端通過缸體，從缸體的另一端流出；工藝過程中控制的條件為電壓450V-750V，電流密度為20-40A/dm2，時間是40-90min；鹼性電解溶液成分為Na2SiO34-8g/L、NaOH2-5g/L、Na3AlO31-3g/L，Na2WO42-4g/L，EDT二鈉1-3g/L，電解液PH值為9-13。溶液溫度控制在10-50℃。本發明的汽缸陶瓷化處理操作簡便又穩定，獲得的複合陶瓷層汽缸膜層厚、緻密度高、硬度高、具有非常好的耐磨性，耐腐蝕、抗高溫衝擊性。
文檔編號F16J10/00GK101158401SQ200710114379
公開日2008年4月9日 申請日期2007年11月20日 優先權日2007年11月20日
發明者孔令東, 宋文啟, 張書民, 張魯京, 顏君衡 申請人:曲阜金皇活塞股份有限公司