專利名稱：一種用于內(nèi)燃機(jī)工作內(nèi)腔的復(fù)合鑄滲層的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)燃機(jī)機(jī)體和氣缸蓋內(nèi)腔的復(fù)合鑄滲層的制備方法，具體是利用鑄滲技術(shù)在內(nèi)燃機(jī)燃燒室、排氣道內(nèi)腔等工作環(huán)境惡劣的部位制備一層耐腐蝕、耐高溫，與基體結(jié)合緊密的復(fù)合鑄滲層的制備方法。
背景技術(shù)：
內(nèi)燃機(jī)自19世紀(jì)60年代問世以來，經(jīng)過不斷改進(jìn)和發(fā)展，已是比較完善的機(jī)械， 常見的有柴油機(jī)和汽油機(jī)等類。它通過將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，是通過做功改變內(nèi)能。其熱效率高、功率和轉(zhuǎn)速范圍寬、配套方便、機(jī)動(dòng)性好，所以獲得了廣泛的應(yīng)用。全世界各種類型的汽車、拖拉機(jī)、農(nóng)業(yè)機(jī)械、工程機(jī)械、小型移動(dòng)電站和戰(zhàn)車等都以內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力。海上商船、 內(nèi)河船舶和常規(guī)艦艇，以及某些小型飛機(jī)也都由內(nèi)燃機(jī)來推進(jìn)。世界上內(nèi)燃機(jī)的保有量在動(dòng)力機(jī)械中居首位，它在人類活動(dòng)中占有非常重要的地位。內(nèi)燃機(jī)是一種由許多機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)組成的復(fù)雜機(jī)器。要完成能量轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)工作循環(huán)，保證長時(shí)間連續(xù)正常工作，各類內(nèi)燃機(jī)都必須具備以下一些機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)曲柄連桿機(jī)構(gòu)、機(jī)體和氣缸蓋、配氣機(jī)構(gòu)、供油系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和起動(dòng)裝置等。其中，位于內(nèi)燃機(jī)機(jī)體的氣缸是一個(gè)圓筒形金屬機(jī)件，密封的氣缸是實(shí)現(xiàn)工作循環(huán)、產(chǎn)生動(dòng)力的源地。各個(gè)裝有氣缸套的氣缸安裝在機(jī)體里，它的頂端用氣缸蓋封閉著?；钊稍跉飧滋變?nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)， 并從氣缸下部封閉氣缸，從而形成容積作規(guī)律變化的密封空間——燃燒室。燃料在此空間內(nèi)燃燒，產(chǎn)生的燃?xì)鈩?dòng)力推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)。活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)經(jīng)過連桿推動(dòng)曲軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，曲軸再從飛輪端將動(dòng)力輸出。由活塞組、連桿組、曲軸和飛輪組成的曲柄連桿機(jī)構(gòu)是內(nèi)燃機(jī)傳遞動(dòng)力的主要部分?？梢?，內(nèi)燃機(jī)在工作過程中，燃燒室及排氣管內(nèi)腔始終處于高溫、高壓、 腐蝕性惡劣環(huán)境下,對這些部位的強(qiáng)度、高溫性能、耐腐蝕性能和耐磨損性能均有較高的要求，如不加以針對性的防護(hù)，在長期使用過程中極易發(fā)生失效，使缸體、缸蓋零件的可靠性和使用壽命均受到較大影響。目前，人們在生產(chǎn)實(shí)踐中，可通過各種表面工程技術(shù)在普通材料的表面上，制造一個(gè)特殊的工作表面，使其達(dá)到防腐、耐磨、減磨、抗高溫、抗氧化、隔熱、絕緣、導(dǎo)電、防微波輻射等一系列多種功能。顯然，如能將表面工程技術(shù)應(yīng)用在內(nèi)燃機(jī)工作內(nèi)腔表面上，可實(shí)現(xiàn)節(jié)約材料，降低成本甚至進(jìn)一步提高工作表面性能的目的。但是由于內(nèi)腔加工難度大，加工部位對功能層結(jié)合強(qiáng)度要求高、功能層厚度應(yīng)較大等諸多問題，以及考慮到工藝復(fù)雜性和成本等因素，一些常用表面處理工藝(如熱噴涂、離子注入法、表面熔敷法、激光表面強(qiáng)化等)難以應(yīng)用在這些部位。目前，人們通常在缸體、缸蓋使用的鑄鐵或鑄鋼材料中整體添加改性合金元素，以提高其耐高溫、耐腐蝕等工作性能，但是這樣就大大增加了零件的成本。如何經(jīng)濟(jì)有效的將表面工程技術(shù)應(yīng)用在內(nèi)燃機(jī)工作內(nèi)腔的制備中去，是當(dāng)前該領(lǐng)域所需解決的技術(shù)難題。
鑄滲又稱鑄件表面合金化，是一種在澆注過程中實(shí)現(xiàn)零件表面合金化從而使其表面具有特殊組織和性能，是表面改性與零件成形同時(shí)進(jìn)行的一種新型表面工程技術(shù)。鑄滲法是在鑄型的表面涂一層含有使鑄件表面合金化的材料，在澆注和凝固過程中，高溫金屬液與合金材料在鑄件表面發(fā)生擴(kuò)散和滲透現(xiàn)象，達(dá)到使鑄件表面合金化的目的。與以上提到的非鑄造途徑的表面工程技術(shù)相比，它具有不需要專門設(shè)備、生產(chǎn)周期短、表面處理層厚、成本低、零件不變形等優(yōu)點(diǎn)。但是目前常用鑄滲工藝也存在一定的缺點(diǎn)，限制了其在內(nèi)燃機(jī)工作內(nèi)腔的應(yīng)用， 如鑄滲合金層中易產(chǎn)生氣孔、夾渣的缺陷；滲層的厚度一般不超過10_，由于厚度限制而影響鑄件的使用壽命，不能滿足某些工況要求。其原因是構(gòu)成鑄滲層的合金顆粒粉末間的孔隙大小決定了鑄滲過程中高溫金屬液滲入滲層的難易度和滲層排氣性能的好壞，一般而言，孔隙平均大小越大，鑄滲層能達(dá)到的最大厚度就越厚，氣孔夾渣現(xiàn)象越少。顯然，孔隙大小與合金顆粒粉末粒度大小分布直接相關(guān)粒度細(xì)或大小不均則孔隙小，滲透深度淺，直徑小于O. 06mm的合金粉末不能形成合金層；粒度過大則孔隙大，但是合金顆粒不能被母材溶液完全熔化，造成滲層合金化程度差，性能不佳。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種用于內(nèi)燃機(jī)工作內(nèi)腔的復(fù)合鑄滲層的制備方法用于內(nèi)燃機(jī)工作內(nèi)腔的滲層厚、表面質(zhì)量佳、與基體結(jié)合緊密的復(fù)合鑄滲層的制備方法。本發(fā)明的技術(shù)方案為
一種用于內(nèi)燃機(jī)工作內(nèi)腔的復(fù)合鑄滲層的制備方法，包括以下步驟
(I )、準(zhǔn)備陶瓷顆粒和合金粉末，將Ni-Cr-Fe合金粉末與陶瓷顆粒按60-80% 40-20%的體積配比混合，混合均勻后再一同置入球磨機(jī)內(nèi)碾磨10-24小時(shí)，制成粒度均勻的合金包覆陶瓷表面的復(fù)合顆粒；
(2)、將溶劑、粘結(jié)劑和酒精按20-10%40-45% 40-45%的質(zhì)量百分比混合攪拌制成乳液，隨后將復(fù)合顆粒與乳液按65-75%: 35-25%的質(zhì)量百分比混合攪拌制成糊料；
(3)、將糊料在內(nèi)燃機(jī)工作內(nèi)腔的型芯表面上進(jìn)行多次涂覆，每次涂覆應(yīng)待至前次涂覆層干后進(jìn)行；
(4 )、將涂料層燃燒烘干去除水分后即可。所述的Ni-Cr-Fe合金粉末中按質(zhì)量百分比包含以下組分Ni :50-60%, Cr 20-35%, Fe :5_30%。所述的陶瓷顆粒選用三氧化二鋁、碳化硅、氮化鈦、硼化鑰或其中2種以上的混合物，顆粒大小為100-250目。所述的溶劑選用硼砂或氟化銨，所述的粘結(jié)劑為水玻璃或酚醛樹脂，所述的酒精可采用水替代。所述的糊料在涂覆前的存儲(chǔ)時(shí)間小于半小時(shí)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)
I、鑄滲工藝方法簡單易行，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，可降低內(nèi)燃機(jī)缸體、缸蓋等部件的生產(chǎn)成本，節(jié)約貴重金屬材料和能耗，并大大提高工作表面的性能；2、形成的滲層組織主要由陶瓷顆粒和Ni-Cr-Fe合金化組織構(gòu)成，其中陶瓷顆?？勺畲笙薅鹊奶嵘砻婺湍バ浴?qiáng)度、耐高溫性和耐腐蝕性，Ni-Cr-Fe合金化后同樣可大大提升金屬基體的強(qiáng)度、韌性、耐高溫和耐腐蝕等性能；
3、本發(fā)明使用合金層包覆陶瓷顆粒表面的復(fù)合顆粒，在增大顆粒尺寸的同時(shí)并不增加、甚至降低合金層的厚度，有利于高溫金屬液對合金層的熔化和相互合金化，可有效解決常用鑄滲工藝中“粒度過大則合金顆粒不能被母材溶液完全熔化，造成滲層合金化程度差， 性能不佳”的缺點(diǎn)；
4、較大的復(fù)合顆粒間形成的間隙較大，有利于金屬液進(jìn)行滲透和氣體排出。而Fe元素的加入可大大提高鑄鐵或鑄鋼金屬液同鑄滲復(fù)合顆粒間的潤濕性，提高滲層與金屬基體的結(jié)合緊密程度。綜上所述，較一般鑄滲方法而言，本發(fā)明制備的鑄滲層可滲厚度更大，結(jié)合強(qiáng)度更高，合金化程度更好，表面質(zhì)量更佳，能滿足內(nèi)燃機(jī)工作內(nèi)腔的工作性能要求，可經(jīng)濟(jì)有效的改善和提高內(nèi)燃機(jī)相應(yīng)部件的工作性能、可靠性和使用壽命。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一
一種提高內(nèi)燃機(jī)工作內(nèi)腔強(qiáng)度、耐磨性、耐高溫性和耐腐蝕性能的鑄滲方法，成品鑄件為球墨鑄鐵材質(zhì)的船用柴油機(jī)氣缸蓋，采用重力鑄造(金屬型)+樹脂砂芯方式，其鑄滲的工藝步驟包括
I、將400目左右的SiC陶瓷顆粒與Ni-Cr-Fe合金粉末按體積配比為70 30進(jìn)行混合后置入球磨機(jī)中碾磨24小時(shí)，制成粒度均勻的合金包覆陶瓷表面的復(fù)合顆粒，大小為600
目左右。2、將硼砂、水玻璃和酒精按20:40:40的質(zhì)量百分比混合攪拌制成乳液，然后將復(fù)合顆粒與乳液按70:30的質(zhì)量百分比混合攪拌制成糊料；
3、將糊料在形成氣缸蓋燃燒室和排氣道工作內(nèi)腔的型芯表面上進(jìn)行涂敷三次，每次涂敷應(yīng)待至前次涂敷層干后，整體涂層厚度為10mm，型芯使用前需點(diǎn)火烘干涂層水分。4、下芯，合模，澆注后待鑄件冷卻后出模取出鑄件，對鑄件內(nèi)腔進(jìn)行適當(dāng)清整。實(shí)施例二
I、將300目左右的氮化鈦陶瓷顆粒與Ni-Cr-Fe合金粉末按體積配比為70 30進(jìn)行混合后置入球磨機(jī)中碾磨24小時(shí)，制成粒度均勻的合金包覆陶瓷表面的復(fù)合顆粒，大小為 500目左右。2、將氟化銨、酚醛樹脂和酒精按15:40:45的質(zhì)量百分比混合攪拌制成乳液，然后將復(fù)合顆粒與乳液按70:30的質(zhì)量百分比混合攪拌制成糊料；
3、將糊料在形成氣缸蓋燃燒室和排氣道工作內(nèi)腔的型芯表面上進(jìn)行涂敷三次，每次涂敷應(yīng)待至前次涂敷層干后，整體涂層厚度為10mm，型芯使用前需點(diǎn)火烘干涂層水分。4、下芯，合模，澆注后待鑄件冷卻后出模取出鑄件，對鑄件內(nèi)腔進(jìn)行適當(dāng)清整。
權(quán)利要求
1.一種用于內(nèi)燃機(jī)工作內(nèi)腔的復(fù)合鑄滲層的制備方法，其特征在于包括以下步驟(I )、準(zhǔn)備陶瓷顆粒和合金粉末，將Ni-Cr-Fe合金粉末與陶瓷顆粒按60-80% 40-20%的體積配比混合，混合均勻后再一同置入球磨機(jī)內(nèi)碾磨10-24小時(shí)，制成粒度均勻的合金包覆陶瓷表面的復(fù)合顆粒；(2)、將溶劑、粘結(jié)劑和酒精按20-10%40-45% 40-45%的質(zhì)量百分比混合攪拌制成乳液，隨后將復(fù)合顆粒與乳液按65-75%: 35-25%的質(zhì)量百分比混合攪拌制成糊料；(3)、將糊料在內(nèi)燃機(jī)工作內(nèi)腔的型芯表面上進(jìn)行多次涂覆，每次涂覆應(yīng)待至前次涂覆層干后進(jìn)行；(4 )、將涂料層燃燒烘干去除水分后即可。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于內(nèi)燃機(jī)工作內(nèi)腔的復(fù)合鑄滲層的制備方法，其特征在于所述的Ni-Cr-Fe合金粉末中按質(zhì)量百分比包含以下組分Ni =50-60%, Cr =20-35%, Fe :5_30%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于內(nèi)燃機(jī)工作內(nèi)腔的復(fù)合鑄滲層的制備方法，其特征在于所述的陶瓷顆粒選用三氧化二鋁、碳化硅、氮化鈦、硼化鑰或其中2種以上的混合物， 顆粒大小為100-250目。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于內(nèi)燃機(jī)工作內(nèi)腔的復(fù)合鑄滲層的制備方法，其特征在于所述的溶劑選用硼砂或氟化銨，所述的粘結(jié)劑為水玻璃或酚醛樹脂，所述的酒精可采用水替代。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于內(nèi)燃機(jī)工作內(nèi)腔的復(fù)合鑄滲層的制備方法，其特征在于所述的糊料在涂覆前的存儲(chǔ)時(shí)間小于半小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于內(nèi)燃機(jī)工作內(nèi)腔的復(fù)合鑄滲層的制備方法，屬鑄造成形與表面工程技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的特征在于將鑄滲方法引入內(nèi)燃機(jī)燃燒室、排氣道等工作內(nèi)腔的制備工藝過程，并針對目前常用鑄滲工藝的缺陷進(jìn)行改進(jìn)，提供一種在工作內(nèi)腔表面制備一層耐腐蝕、耐高溫，與基體結(jié)合緊密的高性能復(fù)合鑄滲層的工藝方法。與一般鑄滲工藝相比，本發(fā)明工藝簡單，制備的鑄滲層可滲厚度更大，結(jié)合強(qiáng)度更高，合金化程度更好，表面質(zhì)量更佳，能滿足內(nèi)燃機(jī)工作內(nèi)腔的工作性能要求，可經(jīng)濟(jì)有效的改善和提高內(nèi)燃機(jī)相應(yīng)部件的工作性能、可靠性和使用壽命。
文檔編號(hào)B22D19/08GK102581217SQ20121003795
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月20日
發(fā)明者呂小杰 申請人:含山縣全興內(nèi)燃機(jī)配件有限公司