內(nèi)燃機(jī)氣缸套內(nèi)表面耐磨涂層的塑變壓力加工方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機(jī)氣缸套內(nèi)表面耐磨涂層的塑變壓力加工方法，屬于材料工程【技術(shù)領(lǐng)域】。其加工方法為：首先，在氣缸套內(nèi)表面熱噴涂0.1-3mm厚的金屬、合金或金屬陶瓷涂層；然后，對(duì)熱噴涂涂層進(jìn)行塑變壓力加工。涂層塑變壓力加工時(shí)，氣缸套在裝置的夾具中固定并隨裝置的轉(zhuǎn)盤一起旋轉(zhuǎn)，裝置的內(nèi)滾輪和涂層直接接觸并施加進(jìn)給量對(duì)涂層產(chǎn)生擠壓，同時(shí)沿涂層在豎直方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明通過塑變壓力加工，使熱噴涂涂層發(fā)生再結(jié)晶，生成細(xì)小均勻的再結(jié)晶組織，涂層組織無孔隙和空洞缺陷，涂層和基體之間無明顯界面，顯微硬度達(dá)到1200HV以上。
【專利說明】?jī)?nèi)燃機(jī)氣缸套內(nèi)表面耐磨涂層的塑變壓力加工方法
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002] 本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機(jī)氣缸套內(nèi)表面耐磨涂層的塑變壓力加工方法，屬于材料工程【技術(shù)領(lǐng)域】。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004]氣缸套是鑲嵌在內(nèi)燃機(jī)缸體內(nèi)的圓筒形零件，與活塞、活塞環(huán)組成了內(nèi)燃機(jī)的燃燒室。氣缸套作為發(fā)動(dòng)機(jī)中的一個(gè)關(guān)鍵零部件，決定著發(fā)動(dòng)機(jī)的性能與壽命。氣缸套在高溫高壓的惡劣環(huán)境下承受著活塞、活塞環(huán)的高速滑動(dòng)摩擦。因此，氣缸套是內(nèi)燃機(jī)容易磨損的零件，當(dāng)其磨損量達(dá)到一定值時(shí)就會(huì)使內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力下降、燃油消耗量增加、排放的尾氣污染超標(biāo)。為了延長(zhǎng)氣缸套使用壽命，縮短發(fā)動(dòng)機(jī)大修周期，必須提高內(nèi)燃機(jī)氣缸套的內(nèi)表面硬度，達(dá)到提高氣缸套的抗摩擦磨損性能。
[0005]表面改性技術(shù)是提高內(nèi)燃機(jī)氣缸套內(nèi)表面硬度，改善耐磨性的有效途徑，主要方法有:高頻淬火、激光淬火、等離子淬火、高溫氮化、多元合金共滲和熱噴涂等。這些方法中，熱噴涂制備耐磨涂層的材料可以靈活設(shè)計(jì)，因此能夠獲得最佳的摩擦學(xué)特征。
[0006]熱噴涂技術(shù)是一種利用某種形式的熱源將待噴材料加熱至熔融或半熔融狀態(tài)，再經(jīng)高速氣流或焰流霧化，將熔融、半熔融液滴加速噴射到經(jīng)預(yù)處理的零件表面，使材料表面得到加工和改性，從而獲得具有防腐、耐磨、抗高溫等功能的表面的應(yīng)用性很強(qiáng)的材料表層復(fù)合技術(shù)。
[0007]但是，熱噴涂技術(shù)存在嚴(yán)重的不足，主要問題是:(1)噴涂層是由無數(shù)變形粒子相互交錯(cuò)呈波浪式堆疊在一起的層狀組織結(jié)構(gòu)，涂層中顆粒與顆粒之間不可避免地存在一些孔隙和空洞，并伴有氧化物夾雜。(2)碰撞成扁平狀并隨基體表面起伏的顆粒和凹凸不平的表面相互嵌合，以顆粒的機(jī)械聯(lián)鎖而形成的結(jié)合(拋錨效應(yīng))，一般來說，涂層與基體的結(jié)合以機(jī)械結(jié)合為主，結(jié)合強(qiáng)度低。(3)當(dāng)熔融顆粒碰撞基體表面時(shí)，在產(chǎn)生變形的同時(shí)受到激冷而凝固，從而產(chǎn)生收縮應(yīng)力。涂層的外層受拉應(yīng)力，基體，有時(shí)也包括涂層的內(nèi)層則產(chǎn)生壓應(yīng)力，涂層中的這種殘余應(yīng)力是由熱噴涂條件及噴涂材料與基體材料的物理性質(zhì)的差異造成的，影響了涂層的質(zhì)量、限制了涂層的厚度。
[0008]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于提供一種內(nèi)燃機(jī)氣缸套內(nèi)表面耐磨涂層的塑變壓力加工方法。采用本發(fā)明的方法，可以消除內(nèi)燃機(jī)氣缸套內(nèi)表面熱噴涂涂層的層狀組織、孔隙、空洞及殘余應(yīng)力，大幅度提聞涂層和基體的結(jié)合強(qiáng)度。
[0010]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種內(nèi)燃機(jī)氣缸套內(nèi)表面耐磨涂層的塑變壓力加工方法，包括以下步驟:
(1)內(nèi)燃機(jī)氣缸套內(nèi)表面除油和噴砂
除油采用3-4%NaCl水溶液浸泡10-20分鐘,再用清水清洗；噴砂采用棕色氧化招砂粒，粒度為500-550 u m,噴砂機(jī)噴嘴出口壓力為0.6-0.7MPa，噴嘴與內(nèi)燃機(jī)氣缸套內(nèi)表面的距離為 25-30 mm ；
(2)內(nèi)燃機(jī)氣缸套內(nèi)表面熱噴涂制備耐磨涂層
對(duì)經(jīng)過表面除油和噴砂處理的內(nèi)燃機(jī)氣缸套內(nèi)表面進(jìn)行熱噴涂，獲得0.l-3mm涂層；
(3)熱噴涂涂層的塑變壓力加工
內(nèi)燃機(jī)氣缸套在裝置的夾具中固定并隨裝置的轉(zhuǎn)盤一起旋轉(zhuǎn)，裝置的內(nèi)滾輪和涂層直接接觸并施加進(jìn)給量對(duì)涂層產(chǎn)生擠壓，同時(shí)沿涂層在豎直方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
[0011]所述熱噴涂為氧-乙炔火焰噴涂、等離子噴涂、電弧噴涂或超音速火焰噴涂。
[0012]所述熱噴涂用原材料為金屬、合金或金屬陶瓷。
[0013]所述熱噴涂涂層塑變壓力加工時(shí)，其裝置主軸轉(zhuǎn)速為200-800rpm，裝置的滾輪直徑為4 10-4 100_，其移動(dòng)速度為10-100mm/min。
[0014]所述內(nèi)燃機(jī)氣缸套內(nèi)表面耐磨涂層的塑變壓力加工裝置示意圖見圖1。裝置的主軸帶動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)，內(nèi)燃機(jī)氣缸套在夾具中固定并隨轉(zhuǎn)盤一起旋轉(zhuǎn)。裝置中設(shè)有二對(duì)滾輪且沿內(nèi)燃機(jī)氣缸套的周向均勻分布，內(nèi)外兩滾輪的中心線必須經(jīng)過氣缸套的中心。滾輪和涂層直接接觸并施加進(jìn)給量對(duì)涂層產(chǎn)生擠壓，同時(shí)沿涂層在豎直方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明通過塑變壓力加工，使熱噴涂涂層發(fā)生再結(jié)晶，生成細(xì)小均勻的再結(jié)晶組織，涂層組織無孔隙和空洞缺陷，顯微硬度達(dá)到1200HV以上，涂層和基體之間無明顯界面，如圖2所示。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是內(nèi)燃機(jī)氣缸套內(nèi)表面耐磨涂層的塑變壓力加工裝置的示意圖。其中I是氣缸套，2是外滾輪，3是 內(nèi)滾輪，4是外輪架，5是內(nèi)輪架，6是夾具，7是轉(zhuǎn)盤，8是底座，9是主軸。
[0017]圖2是實(shí)施例2制備的涂層經(jīng)過塑變壓力加工后，涂層及界面的組織形貌。
[0018]
【具體實(shí)施方式】
[0019]以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。
[0020]以下是本發(fā)明的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步作描述，但是本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于這些實(shí)施例。凡是不背離本發(fā)明構(gòu)思的改變或等同替代均包括在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0021]實(shí)施例1內(nèi)燃機(jī)氣缸套內(nèi)表面耐磨涂層的塑變壓力加工方法 基體材料:鋁合金。
[0022]涂層粉末材料:高速鋼粉末。粉末粒度20 ii m-50 ii m。
[0023]涂層制備方法:氧-乙炔火焰噴涂。涂層厚度:0.1mm。
[0024]塑變壓力加工工藝參數(shù):裝置主軸的轉(zhuǎn)速為200rpm，滾輪直徑為4 10mm，滾輪移動(dòng)速度為10mm/min。
[0025]實(shí)施例2內(nèi)燃機(jī)氣缸套內(nèi)表面耐磨涂層的塑變壓力加工方法 基體材料:20鋼。
[0026]涂層粉末材料:三元硼化物金屬陶瓷粉末。粉末粒度20 ii m-50 ii m。
[0027]涂層制備方法:等離子噴涂。涂層厚度:0.2mm。
[0028]塑變壓力加工工藝參數(shù):裝置主軸的轉(zhuǎn)速為600rpm，滾輪直徑為4 40mm，滾輪移動(dòng)速度為30mm/min。
[0029]實(shí)施例3內(nèi)燃機(jī)氣缸套內(nèi)表面耐磨涂層的塑變壓力加工方法 基體材料:灰鑄鐵。
[0030]涂層粉末材料:鈷基合金粉末。粉末粒度20 ii m-50 ii m。
[0031]涂層制備方法:超音速火焰噴涂。涂層厚度:3mm。
[0032]塑變壓力加工工藝參數(shù):裝置主軸的轉(zhuǎn)速為800rpm，滾輪直徑為4 100mm，滾輪移動(dòng)速度為100mm/min。
[0033]以實(shí)施例2為例，本發(fā)明加工的涂層的形貌見圖2。由圖2可知，所制備的涂層組織無孔隙和空洞缺陷，涂層和基體之間無明顯界面。所制備涂層的顯微硬度達(dá)到1200HV以上。
[0034]上述實(shí)施例中涂層制·備方法可用電弧噴涂或其他熱噴涂法替代。
【權(quán)利要求】
1.一種內(nèi)燃機(jī)氣缸套內(nèi)表面耐磨涂層的塑變壓力加工方法，包括以下步驟: (1)內(nèi)燃機(jī)氣缸套內(nèi)表面除油和噴砂 除油采用3-4%NaCl水溶液浸泡10-20分鐘,再用清水清洗；噴砂采用棕色氧化招砂粒，粒度為500-550 u m,噴砂機(jī)噴嘴出口壓力為0.6-0.7MPa，噴嘴與內(nèi)燃機(jī)氣缸套內(nèi)表面的距離為 25-30 mm ； (2)內(nèi)燃機(jī)氣缸套內(nèi)表面熱噴涂制備耐磨涂層 對(duì)經(jīng)過表面除油和噴砂處理的內(nèi)燃機(jī)氣缸套內(nèi)表面進(jìn)行熱噴涂，獲得0.l-3mm涂層； (3)熱噴涂涂層塑變壓力加工 內(nèi)燃機(jī)氣缸套在裝置的夾具中固定并隨裝置的轉(zhuǎn)盤一起旋轉(zhuǎn)，裝置的內(nèi)滾輪和涂層直接接觸并施加進(jìn)給量對(duì)涂層產(chǎn)生擠壓，同時(shí)沿涂層在豎直方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種內(nèi)燃機(jī)氣缸套內(nèi)表面耐磨涂層的塑變壓力加工方法，其特征在于:所述熱噴涂為氧-乙炔火焰噴涂、等離子噴涂、電弧噴涂或超音速火焰噴涂。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)氣缸套內(nèi)表面耐磨涂層的塑變壓力加工方法，其特征在于:所述熱噴涂用原材料為金屬、合金或金屬陶瓷。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)氣缸套內(nèi)表面耐磨涂層的塑變壓力加工方法，其特征在于:所述熱噴涂涂層塑變壓力加工進(jìn)行時(shí)，其裝置主軸的轉(zhuǎn)速為200-800rpm，滾輪直徑為4 10-4 100mm,滾輪移·動(dòng)速度為10-100mm/min。
【文檔編號(hào)】C23C4/18GK103572194SQ201310584101
【公開日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月20日
【發(fā)明者】周小平, 王小軍, 朱理奎 申請(qǐng)人:湖北工業(yè)大學(xué)