CN107130204A - 一种耐磨涂层气缸套及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及气缸套领域，特别涉及一种耐磨涂层气缸套及其制备工艺。本发明提供的一种耐磨涂层气缸套，包括气缸套基体和复合在气缸套基体内表面的涂层，所述涂层为镍碳化钨涂层，镍碳化钨涂层的孔隙率为3~8%；本发明提供的工艺制备的耐磨涂层气缸套，具有摩擦系数小，涂层与气缸套内孔表面结合强度高，耐腐蚀等优点，同时涂层的孔隙率又具有很好的储油功能，能进一步降低气缸套的磨损。
Description
技术领域
本发明涉及气缸套领域，特别涉及一种耐磨涂层气缸套及其制备工艺。
背景技术
气缸套的寿命是衡量发动机寿命的重要指标，其内表面受高温高压燃气直接作用，并始终与活塞环及活塞裙部发生高速滑动摩擦，工作环境十分恶劣；而承受高温高压和活塞环往复运动的摩擦，气缸套易产生磨料磨损、熔着磨损和腐蚀磨损。为满足工作需求，气缸套应有足够的强度、刚度和耐热性能，同时还应具有较好的耐磨性能。
现在发动机为提高排放性能已普遍运用EGR废气再循环利用技术，但是在应用过程中发动机产生的氮氧化合物与水结合会生成酸性物质，这些酸性物质进入气缸套内部会腐蚀气缸套内壁，会造成严重的腐蚀磨损，对气缸套的寿命与发动机的性能产生严重影响。表面涂覆处理，尤其是热喷涂是提高气缸套耐磨性、耐蚀性的重要手段。
热喷涂是指采用专用设备把固体材料熔化，通过高速气流使其雾化喷射在迅速喷工件表面上，形成喷涂层的一种金属表面加工方法；等离子喷涂属于热喷涂技术中的一种，它是将粉末材料送入等离子体中或等离子射流中，使粉末颗粒在其中加速、熔化或部分熔化后，在冲击力的作用下，在基底上铺展并凝固形成层片，进而通过层片叠层形成涂层的一类加工工艺。它具有生产效率高，制备的涂层质量好，喷涂的材料范围广，成本低等优点。在气缸套表面应用等离子喷涂技术喷涂一层耐腐蚀层是我们研究的方向，尤其是镍碳化钨涂层，其硬度可达800～1400HV0.1，具有摩擦系数小，耐腐蚀等优点，而涂层的孔隙率又具有很好的储油功能，又能进一步降低缸套的磨损。
发明内容
本发明的目的是针对目前气缸套磨损的问题，提供一种耐磨涂层气缸套及其制备工艺，提高气缸套内孔表面的耐磨性及润滑效果，进而降低气缸套的磨损。
为解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种耐磨涂层气缸套，包括气缸套基体和复合在气缸套基体内表面的涂层，所述涂层为镍碳化钨涂层，镍碳化钨涂层的孔隙率为3～8％。
所述镍碳化钨涂层厚度为0.2～0.4mm。
用于制备镍碳化钨涂层的镍碳化钨粉末，镍的质量百分比为75～95％，碳化钨的质量百分比为5～25％。
所述镍碳化钨粉末的粒度为40μm～90μm。
所述涂层与气缸套基体内表面的结合强度大于50Mpa。
所述气缸套基体内表面的粗糙度Rz为12～25μm，所述涂层的粗糙度Rz为60～100μm。
一种耐磨涂层气缸套的制备工艺，包括如下步骤：
1)将气缸套放入酒精中，超声清洗5-10min，随后烘箱烘干；
2)将烘干后的气缸套外表面敷上耐热胶带，随后对其进行喷丸处理，处理时间为3～10min；
3)喷涂前对内孔表面进行预热处理，预热温度为60～100℃，预热处理结束后，对气缸套基体内表面进行喷涂，气缸套旋转速度为30～70r/min，喷枪移动速度为200～300mm/min，送粉量为30～50g/min，喷枪往复2～10次；
4)喷涂结束后，对气缸套内表面进行半精珩磨和精珩磨加工，得到成品。
所述喷涂的方法为等离子喷涂。
所述半精珩磨至内孔尺寸比成品内孔尺寸小0.03～0.07mm。
本发明的有益效果是：通过上述工艺制备的耐磨涂层气缸套，其涂层为镍碳化钨，具有摩擦系数小，耐腐蚀等优点；同时涂层的孔隙率又具有很好的储油功能，能进一步降低气缸套的磨损。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。
本发明提供了一种耐磨涂层气缸套，如图1所示，该耐磨涂层气缸套包括气缸套基体1和复合在气缸套基体内表面的涂层2，气缸套内表面喷涂后，会形成较低的表面粗糙度，有利于形成液力润滑，降低气缸套的磨损；为了保证涂层与气缸套基体具有较好的界面结合性，喷涂的涂层材料需选用热膨胀系数与所喷涂基材相接近。
在本发明中，涂层2选用为镍碳化钨涂层，所述镍碳化钨涂层厚度为0.2～0.4mm；用于制备镍碳化钨涂层的镍碳化钨粉末中，镍的质量百分比为75～95％，碳化钨的质量百分比为5～25％，在本发明的一个实施例中，镍碳化钨粉末中加入有微量的铝；所述镍碳化钨粉末的粒度为40μm～90μm；所述涂层与气缸套基体内表面的结合强度大于50Mpa；所述涂层的孔隙率为3～8％；所述气缸套基体内表面的粗糙度Rz为12～25μm，所述涂层的粗糙度Rz为60～100μm。
气缸套喷涂前的加工工艺为半成品加工和精车外圆，喷涂镀陶前，气缸套的外圆尺寸即为最终成品尺寸，因此，喷涂加工时需保护气缸套外圆，常采用耐热胶带粘敷在外圆上，对其进行保护。
在本发明中，对气缸套基体内表面的喷涂的方法采用等离子喷涂。气缸套喷涂后，易形成低表面粗糙度，有利于形成液力润滑，提高耐磨性；而为了使涂层与气缸套内壁取得较高的结合强度，喷涂材料常选用热膨胀系数与所喷涂基材的热膨胀系数相接近的材质，本发明中，选用镍碳化钨作为涂层材质，其硬度可达800～1400HV0.1，具有摩擦系数小，耐腐蚀等优点，而涂层的孔隙率又具有很好的储油功能，能进一步降低气缸套的磨损。
实施例1
如图1所示，一种耐磨涂层气缸套，包括气缸套基体1和复合在气缸套基体内表面的涂层2，所述涂层2为镍碳化钨涂层；在本实施例中，对镍碳化钨涂层的不同部位取十个点测量，并计算出其平均值，测量结果如表1所示。
该实施例中，制备镍碳化钨涂层的镍碳化钨粉末中，镍的质量百分比为75％，碳化钨的质量百分比为25％，所述镍碳化钨粉末的粒度为40μm；所述涂层的孔隙率为3～8％；在对气缸套进行喷涂前，气缸套基体内表面的粗糙度Rz为12μm，喷涂处理后，对涂层取点测试并取其平均值，测得粗糙度Rz为81.1μm，同时对所述涂层与气缸套基体内表面的结合强度值进行测量，测得其结合强度值为93Mpa。
表1涂层厚度检测(μm)
上述耐磨涂层气缸套的制备工艺，包括如下步骤：
1)将气缸套放入酒精中，超声清洗10min，去除气缸套基体内表面的油污以及附着物，随后烘箱烘干；
2)将烘干后的气缸套外表面敷上耐热胶带，随后对其进行喷丸处理，处理时间为5min；
3)喷涂前对内孔表面进行预热处理，预热温度为60℃，预热处理结束后，对气缸套基体内表面进行喷涂，气缸套旋转速度为50r/min，喷枪移动速度为220mm/min，送粉量为30g/min，喷枪往复4次；
4)喷涂结束后，对气缸套内表面进行半精珩磨和精珩磨加工，得到成品。
所述喷涂的方法为等离子喷涂。
所述半精珩磨至内孔尺寸比成品内孔尺寸小0.03～0.07mm。
该制备工艺中，喷涂前，气缸套内孔比成品内孔大0.15～0.5mm；喷涂结束后，对气缸套内表面进行半精珩磨，半精珩磨加工至内孔尺寸比成品内孔尺寸小0.04mm，随后进行精珩磨加工至成品尺寸。
实施例2
如图1所示，一种耐磨涂层气缸套，包括气缸套基体1和复合在气缸套基体内表面的涂层2，所述涂层2为镍碳化钨涂层；在本实施例中，等离子喷涂后，在气缸套基体内表面形成镍碳化钨涂层，涂层厚度平均值为305μm，而用于制备镍碳化钨涂层的镍碳化钨粉末中，镍的质量百分比为80％～95％，碳化钨的质量百分比为5％～20％；本实施例中，镍碳化钨粉末中还加入有微量的铝，包覆在镍的外表面，所述镍碳化钨粉末的粒度为65μm；所述涂层的孔隙率为5％；所述气缸套进行喷涂前，气缸套基体内表面的粗糙度Rz为12μm，喷涂后，所述涂层的粗糙度为Rz为79.2μm，所述涂层与气缸套基体内表面的结合强度值为88.8Mpa。
上述耐磨涂层气缸套的制备工艺，包括如下步骤：
1)将气缸套放入酒精中，超声清洗20min，去除气缸套基体内表面的油污以及附着物，随后烘箱烘干；如若油污以及附着物的去除效果不佳，可依次采用酒精和丙醇进行超声波清洗10～20min，需要注意的是丙醇蒸汽能对眼睛、鼻子和咽喉产生轻微刺激，危害人体健康，操作时应注意防护。
2)将烘干后的气缸套外表面敷上耐热胶带，随后对其进行喷丸处理，处理时间为8min；
3)喷涂前对内孔表面进行预热处理，预热温度为80℃，预热处理结束后，对气缸套基体内表面进行喷涂，气缸套旋转速度为60r/min，喷枪移动速度为260mm/min，送粉量为40g/min，喷枪往复4次；
4)喷涂结束后，对气缸套内表面进行半精珩磨和精珩磨加工，得到成品。
在本实施例中，对气缸套基体内表面的喷涂的方法采用等离子喷涂。
该制备工艺中，喷涂前，气缸套内孔比成品内孔大0.3mm；喷涂结束后，对气缸套内表面进行半精珩磨，半精珩磨加工至内孔尺寸比成品内孔尺寸小0.04mm，随后进行精珩磨加工至成品尺寸。
实施例3
如图1所示，一种耐磨涂层气缸套，包括气缸套基体1和复合在气缸套基体内表面的涂层2，所述涂层2为镍碳化钨涂层；在本实施例中，等离子喷涂后，在气缸套基体内表面形成镍碳化钨涂层，涂层厚度为0.45mm，而用于制备镍碳化钨涂层的镍碳化钨粉末中，镍的质量百分比为85％～92％，碳化钨的质量百分比为8％～15％，本实施例中，镍碳化钨粉末中还加入有微量的铝，包覆在镍的外表面；所述镍碳化钨粉末的粒度为70～85μm；所述涂层的孔隙率为6％～8％；所述气缸套进行喷涂前，气缸套基体内表面的粗糙度Rz为20μm，喷涂后，所述涂层的粗糙度为Rz为84.3μm，所述涂层与气缸套基体内表面的结合强度值为81.6Mpa；
上述耐磨涂层气缸套的制备工艺，包括如下步骤：
1)将气缸套放入酒精中，超声清洗25min，去除气缸套基体内表面的油污以及附着物，随后烘箱烘干；如若油污以及附着物的去除效果不佳，可依次采用酒精和丙醇进行超声波清洗5～30min，需要注意的是丙醇蒸汽能对眼睛、鼻子和咽喉产生轻微刺激，危害人体健康，操作时应注意防护。
2)将烘干后的气缸套外表面敷上耐热胶带，随后对其进行喷丸处理，处理时间为8～10min；
3)喷涂前对内孔表面进行预热处理，预热温度为85-95℃，预热处理结束后，对气缸套基体内表面进行喷涂，气缸套旋转速度为65～70r/min，喷枪移动速度为260～300mm/min，送粉量为40～50g/min，喷枪往复8～10次；
4)喷涂结束后，对气缸套内表面进行半精珩磨和精珩磨加工，得到成品。
在本实施例中，对气缸套基体内表面的喷涂的方法采用等离子喷涂。
该制备工艺中，喷涂前，气缸套内孔比成品内孔大0.2～0.4mm；喷涂结束后，对气缸套内表面进行半精珩磨，半精珩磨加工至内孔尺寸比成品内孔尺寸小0.04～0.07mm，随后进行精珩磨加工直至成品尺寸。
采用本发明提供的制备工艺制得的具有内涂层的气缸套，增设的涂层，一方面可以提高气缸套内表面的耐磨性，有效提升气缸套的使用寿命，另一方面，气缸套涂层3％～8％的孔隙能很好的储存燃料油，有利于形成液力润滑，降低气缸套的磨损。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本发明保护内容的限制。
Claims (9)
1.一种耐磨涂层气缸套，包括气缸套基体和复合在气缸套基体内表面的涂层，其特征在于：所述涂层为镍碳化钨涂层，镍碳化钨涂层的孔隙率为3~8%。
2.根据权利要求1所述的一种耐磨涂层气缸套，其特征在于：所述镍碳化钨涂层厚度为0.2~0.4mm。
3.根据权利要求1所述的一种耐磨涂层气缸套，其特征在于：用于制备镍碳化钨涂层的镍碳化钨粉末，镍的质量百分比为75~95％，碳化钨的质量百分比为5~25％。
4.根据权利要求3所述的一种耐磨涂层气缸套，其特征在于：所述镍碳化钨粉末的粒度为40μm~90μm。
5.根据权利要求1至4任一所述的一种耐磨涂层气缸套，其特征在于：所述涂层与气缸套基体内表面的结合强度大于50Mpa。
6.根据权利要求1至5任一所述的一种耐磨涂层气缸套，其特征在于：所述气缸套基体内表面的粗糙度Rz为12~25μm，所述涂层的粗糙度Rz为60~100μm。
7.一种耐磨涂层气缸套的制备工艺，包括如下步骤：
1）将气缸套放入酒精中，超声清洗5~30min，随后烘箱烘干；
2）将烘干后的气缸套外表面敷上耐热胶带，随后对其进行喷丸处理，处理时间为3~10min；
3）喷涂前对内孔表面进行预热处理，预热温度为60~100℃，预热处理结束后，对气缸套基体内表面进行镍碳化钨涂层喷涂，气缸套旋转速度为30~70r/min，喷枪移动速度为200~300mm/min，送粉量为30~50g/min，喷枪往复2~10次；
4）喷涂结束后，对气缸套内表面进行半精珩磨和精珩磨加工，得到成品。
8.根据权利要求7所述的一种耐磨涂层气缸套的制备工艺，其特征在于：所述喷涂的方法为等离子喷涂。
9.根据权利要求7或8所述的一种耐磨涂层气缸套的制备工艺，其特征在于：所述半精珩磨至内孔尺寸比成品内孔尺寸小0.03~0.07mm。
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