專利名稱：一種內(nèi)燃機活塞的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種內(nèi)燃機活塞，具體為具有頭部硬質(zhì)陽極氧化和裙部噴涂M。S2的活塞。
技術(shù)背景活塞是發(fā)動機的核心部件，隨著發(fā)動機向低油耗、低噪音、低排 放目標的發(fā)展，對活塞的質(zhì)量要求越來越高。內(nèi)燃機活塞要求工作溫 度高，熱沖擊大，速度高摩擦頻繁，普通活塞難以滿足工況惡劣的條 件下工作，長期制約發(fā)動機綜合性能的提高。為此國內(nèi)外科技人員實 施了各種舉措如"活塞整體陽極化處理""Ni-SiC復(fù)合電鍍""等 離子氣相沉積陶瓷化處理"、"噴涂聚四氟乙烯處理"等，渴望能夠解 決以上難點，但結(jié)果只是單方面的解決難點，并未從總體上解決上述 難點?；钊谙鄳?yīng)的電解液中，在特定的工作條件下，在外加電流的作 用下，在陽極上形成氧化膜的過程，稱做陽極氧化.活塞合金經(jīng)氧化反 應(yīng)后生成Al2O3氧化膜，該膜硬度很高，維氏顯微硬度可達250HV-500HV， 故稱硬質(zhì)陽極氧化。該氧化膜熔點高達205(TC，導(dǎo)熱系數(shù)小于 0. 16w/m2 4,可使活塞頭部燃燒室承受瞬時高溫，并可起絕熱作用。實 踐證明，用直流電源進行陽極氧化可以得到優(yōu)質(zhì)氧化膜?；钊麡悠贩?入電解質(zhì)水溶液中，通電后，表面立即生成很薄的一層高絕緣性能的 氧化膜，隨著氧化膜的生成，電解液對膜的溶解作用也就開始了。由 于膜不均勻，膜薄的地方首先被溶解，形成了孔隙。電解液通過孔隙 到達表面，使電化學(xué)反應(yīng)繼續(xù)進行。因為溶解總是在氧化膜相對薄弱 的部位發(fā)生，當氧化物絕緣膜被溶解后，在該部位生成新的氧化膜，溶解點轉(zhuǎn)移到其它相對薄弱的區(qū)域，氧化膜的生成伴隨著氧化膜的溶 解，當膜的生成速度大于溶解速度，膜層逐漸增厚，最終形成的氧化 膜是均勻的。這種氧化膜是由A1A組成，可以獲得較高的耐磨性、耐 腐蝕性、耐熱沖擊性，提高發(fā)動機的壽命和效率。硬質(zhì)陽極氧化裝置主要有電源及調(diào)壓控制系統(tǒng)、電解槽、攪拌系 統(tǒng)冷卻系統(tǒng)四部分組成。電源及調(diào)壓控制系統(tǒng)提供了硬質(zhì)陽極氧化所 需的高壓電，電解槽通常由鉛板制成，兼做陰極，內(nèi)盛硬質(zhì)陽極氧化電解質(zhì)水溶液；攪拌系統(tǒng)可以提高溶液中電解質(zhì)的均勻性；冷卻系統(tǒng)可以保證電解液所需的工作溫度。目前國內(nèi)活塞生產(chǎn)企業(yè)有部分廠家 只是單純將陽極氧化工藝應(yīng)用于活塞頭部，但大部分的的膜層較薄只有5-12ym。二硫化鉬涂層是一種優(yōu)質(zhì)的潤滑劑，具有摩擦系數(shù)小(0. 05左右) 減磨性好等優(yōu)點，活塞裙部噴涂二硫化鉬它能改善磨合狀況及減小拉 缸故障，并可使缸套的耐磨性提高l-2倍，另外二硫化鉬涂層的摩擦系數(shù)隨負荷的提高而逐步降低，并且成膜性好。如果活塞同時頭部表面釆用硬質(zhì)陽極氧化，裙部表面采用噴涂 M。S2技術(shù)必將大大提高活塞的綜合性能。但截止目前，活塞同時頭部 表面采用硬質(zhì)陽極氧化，裙部采用表面噴涂M。S2的案例尚未報道。發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是將活塞表面硬質(zhì)陽極氧化技術(shù)和活塞表面 噴涂M。S2技術(shù)結(jié)合，應(yīng)用于同一個活塞，使活塞的綜合性能大大提高。本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的 一種內(nèi)燃機活塞，其基質(zhì)為 Al-Si合金,其特征在于活塞頭部表面有厚度為10-30pm的氧化膜層， 活塞裙部表面有厚度為0. 01-0. 03mm的M。S2涂層?；钊^部表面有厚度為15-30ym的氧化膜層。一種內(nèi)燃機活塞的表面處理技術(shù)，其特征在于它以Al-Si合金活塞為基礎(chǔ)，將活塞頭部用直流電源陽極氧化，自動控制包括電流、電壓、氧化溶液成分配比及氧化溶液溫度的氧化工藝條件，生成10-30 jum的氧化膜層；在活塞的裙部表面噴涂厚度為0. 01-0. 03mm的M。S2 涂層。所述的活塞頭部陽極氧化控制的工藝條件為電壓45-55V，氧化 電流密度4-6A/dm2,氧化溶液溫度-5-(TC，氧化時間30-60分鐘；所 用的氧化溶液濃度為硫酸200-225g/L、草酸20g/L。所述的活塞裙部噴涂工藝為加工完畢的活塞先清洗后進行預(yù) 熱，預(yù)熱溫度120-14(TC,將環(huán)槽、銷孔等不需噴涂的部位保護好后 置于噴涂機上，用噴槍將MoS2噴涂液噴到活塞裙部上，最后烘烤該 噴涂層。在活塞裙部噴涂前，所述的活塞清洗方法是先擦洗去油、塵等污 物，再用四氯乙烯或三氯乙烯的蒸氣脫脂清洗。計算活塞頭部表面積，在恒溫室中測量活塞頭部厚度和裙部型線 尺寸、清洗活塞表面，優(yōu)選各項工藝參數(shù)，配制合適的氧化液成份和 組分，設(shè)定電壓至45-55V，電流密度在4-6A/d nf，啟動電解液冷卻和攪拌系統(tǒng)。此值隨氧化膜層厚度，氧化時間的變化而變化，注意控 制氧化膜層形成的最佳生成速度，氧化電流密度、氧化液的成分、電 壓的控制、氧化時間的控制是提高活塞頭部膜層厚度和質(zhì)量的關(guān)鍵。 氧化電壓控制在45-55 V范圍內(nèi)變化，氧化電流密度控制在4-6A/d m2范圍內(nèi)變化，氧化液溫度控制在-5-(TC范圍內(nèi)變化.浸泡在氧化液 中的零件表面在電壓施加下，使其表面初始生成一層膜層，隨著氧化 膜的生成，電解液對膜的溶解作用也就開始了。由于膜不均勻，膜薄 的地方首先被溶解，形成了孔隙。電解液通過孔隙到達表面，使電化 學(xué)反應(yīng)繼續(xù)進行。因為溶解總是在氧化膜相對薄弱的部位發(fā)生，當氧化物絕緣膜被溶解后，在該部位生成新的氧化膜。通過優(yōu)化氧化膜層 的生長過程的電流密度與氧化時間的工藝參數(shù)，最終獲取最佳經(jīng)濟厚度10-30 jam耐腐蝕，耐高溫沖擊氧化膜層。本實用新型的活塞頭部氧化膜層厚度大，耐高溫沖擊性更好，裙 部噴涂MoS2均勻，耐磨性會大大提高，使活塞整體上綜合性能大大提 高。制造方法中，活塞頭部硬質(zhì)陽極氧化工藝和裙部噴涂二硫化鉬工 藝主要優(yōu)點是工藝容易掌握和實現(xiàn)參數(shù)自動控制，易于組織工業(yè)化大 生產(chǎn)，設(shè)備占地面積小，處理能力強，生產(chǎn)效率高，在不降低材質(zhì)性 能及不改變合金工件原幾何尺寸、表面粗糙度的條件下，可大幅度提 高活塞的耐磨、耐腐蝕、抗高溫沖擊性能，滿足各種惡劣工況條件下 的需要。上述方法制造的活塞裝機后，Q扭矩提高4Nm、功率提高2Kw 以上；②耐久性提高，大修里程延長50%-100%。③機械效率提高2% 以上；④尾氣排放C0、 HC含量明顯下降。


以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型做進一步說明。 圖l是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是本實用新型制造方法所用設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。 圖中a.活塞頭部區(qū)域，b.活塞裙部區(qū)域，l.氧化膜層，2.活塞 基體，3. MoS2噴涂層，4.陽極接線柱，5.陰極鉛板，6.絕緣槽， 7.攪拌系統(tǒng)，8.工裝，9.活塞，10.電解液，11.電源，12.控制系統(tǒng)， 13.冷凍機。
具體實施方式
如圖1所示的一種內(nèi)燃機活塞，其基質(zhì)(2)為Al-Si合金，活 塞頭部(a)表面有厚度為10-30jum的氧化膜層(1),活塞裙部(b) 表面有厚度為0. 01-0. 03mm的M。S2噴涂層(3 )。上述活塞的制造方法，以Al-Si合金活塞為基礎(chǔ)，將活塞頭部用 直流電源陽極氧化，自動控制包括電流、電壓、氧化溶液成分配比及氧化溶液溫度的氧化工藝條件，生成10-30jum的氧化膜層；在活塞 的裙部表面噴涂厚度為0. 01-0. 03腿的M。S2涂層。所述的活塞頭部陽 極氧化控制的具體工藝條件為電壓45-55V,氧化電流密度4-6A/dm2， 氧化溶液溫度-5-(TC,氧化時間50分鐘；所用的氧化溶液濃度為硫 酸210g/L、草酸20g/L。所述的活塞裙部噴涂工藝為加工完畢的活塞先清洗后進行預(yù) 熱，預(yù)熱溫度120-14(TC,將環(huán)槽、銷孔等不需噴涂的部位保護好后 置于噴涂機上，用噴槍將MoS2噴涂液噴到活塞裙部上，最后烘烤該 噴涂層。所述的活塞裙部噴涂液配方為每100ML溶劑中含有4 g硼酸、 10ml氟硅酸鉛[Pb[siF6]2和8g的MoS2;噴涂時活塞的溫度120-140 °C;烘烤分兩次， 一次烘烤溫度130-140°C，持續(xù)時間25-30分鐘， 取出擦去表面過剩的粉末，然后進行二次烘烤，二次烘烤在125-135 'C下持續(xù)30分鐘。烘烤溫度和時間是決定噴涂膜層質(zhì)量的關(guān)鍵因素， 溫度過高，厚度易超過。溫度過低，二硫化鉬粘結(jié)不良，且厚度不均。在活塞裙部噴涂前，所述的活塞清洗方法是先擦洗去油、塵等污 物，再用四氯乙烯或三氯乙烯的蒸氣脫脂清洗。
權(quán)利要求1.一種內(nèi)燃機活塞，其基質(zhì)為Al-Si合金，其特征在于活塞頭部表面有厚度為10-30μm的氧化膜層，活塞裙部表面有厚度為0.01-0.03mm的M0S2涂層。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種內(nèi)燃機活塞，其特征在于活塞頭部 表面有厚度為15-30/am的氧化膜層。
專利摘要本實用新型涉及一種內(nèi)燃機活塞，內(nèi)燃機活塞的基質(zhì)為Al-Si合金，活塞頭部表面有厚度為10-30μm的氧化膜層活塞裙部表面有厚度為0.01-0.03mm的MoS2涂層。活塞頭部表面硬質(zhì)陽極氧化工藝包括控制電壓、氧化電流、氧化溶液溫度和濃度、氧化時間；活塞裙部噴涂工藝為活塞預(yù)熱、噴涂MoS2、兩次烘烤。本實用新型①活塞扭矩提高4Nm、功率提高2Kw以上；②耐久性提高，大修里程延長50％-100％。③機械效率提高2％以上；④尾氣排放CO、HC含量明顯下降。
文檔編號F02F3/10GK201103487SQ200720030769
公開日2008年8月20日 申請日期2007年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月20日
發(fā)明者宋文啟, 張書民, 顏君衡 申請人:曲阜金皇活塞股份有限公司