內燃機氣缸套內表面耐磨涂層的塑變壓力加工方法
【專利摘要】本發明涉及一種內燃機氣缸套內表面耐磨涂層的塑變壓力加工方法，屬于材料工程【技術領域】。其加工方法為：首先，在氣缸套內表面熱噴涂0.1-3mm厚的金屬、合金或金屬陶瓷涂層；然后，對熱噴涂涂層進行塑變壓力加工。涂層塑變壓力加工時，氣缸套在裝置的夾具中固定并隨裝置的轉盤一起旋轉，裝置的內滾輪和涂層直接接觸并施加進給量對涂層產生擠壓，同時沿涂層在豎直方向往復運動。本發明通過塑變壓力加工，使熱噴涂涂層發生再結晶，生成細小均勻的再結晶組織，涂層組織無孔隙和空洞缺陷，涂層和基體之間無明顯界面，顯微硬度達到1200HV以上。
【專利說明】內燃機氣缸套內表面耐磨涂層的塑變壓力加工方法
[0001]
【技術領域】
[0002] 本發明涉及一種內燃機氣缸套內表面耐磨涂層的塑變壓力加工方法，屬于材料工程【技術領域】。
[0003]
【背景技術】
[0004]氣缸套是鑲嵌在內燃機缸體內的圓筒形零件，與活塞、活塞環組成了內燃機的燃燒室。氣缸套作為發動機中的一個關鍵零部件，決定著發動機的性能與壽命。氣缸套在高溫高壓的惡劣環境下承受著活塞、活塞環的高速滑動摩擦。因此，氣缸套是內燃機容易磨損的零件，當其磨損量達到一定值時就會使內燃機動力下降、燃油消耗量增加、排放的尾氣污染超標。為了延長氣缸套使用壽命，縮短發動機大修周期，必須提高內燃機氣缸套的內表面硬度，達到提高氣缸套的抗摩擦磨損性能。
[0005]表面改性技術是提高內燃機氣缸套內表面硬度，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計，因此能夠獲得最佳的摩擦學特征。
[0006]熱噴涂技術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，再經高速氣流或焰流霧化，將熔融、半熔融液滴加速噴射到經預處理的零件表面，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用性很強的材料表層復合技術。
[0007]但是，熱噴涂技術存在嚴重的不足，主要問題是:(1)噴涂層是由無數變形粒子相互交錯呈波浪式堆疊在一起的層狀組織結構，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，以顆粒的機械聯鎖而形成的結合(拋錨效應)，一般來說，涂層與基體的結合以機械結合為主，結合強度低。(3)當熔融顆粒碰撞基體表面時，在產生變形的同時受到激冷而凝固，從而產生收縮應力。涂層的外層受拉應力，基體，有時也包括涂層的內層則產生壓應力，涂層中的這種殘余應力是由熱噴涂條件及噴涂材料與基體材料的物理性質的差異造成的，影響了涂層的質量、限制了涂層的厚度。
[0008]

【發明內容】

[0009]本發明的目的在于提供一種內燃機氣缸套內表面耐磨涂層的塑變壓力加工方法。采用本發明的方法，可以消除內燃機氣缸套內表面熱噴涂涂層的層狀組織、孔隙、空洞及殘余應力，大幅度提聞涂層和基體的結合強度。
[0010]本發明的技術方案是:一種內燃機氣缸套內表面耐磨涂層的塑變壓力加工方法，包括以下步驟:
(1)內燃機氣缸套內表面除油和噴砂
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,噴砂機噴嘴出口壓力為0.6-0.7MPa，噴嘴與內燃機氣缸套內表面的距離為 25-30 mm ；
(2)內燃機氣缸套內表面熱噴涂制備耐磨涂層
對經過表面除油和噴砂處理的內燃機氣缸套內表面進行熱噴涂，獲得0.l-3mm涂層；
(3)熱噴涂涂層的塑變壓力加工
內燃機氣缸套在裝置的夾具中固定并隨裝置的轉盤一起旋轉，裝置的內滾輪和涂層直接接觸并施加進給量對涂層產生擠壓，同時沿涂層在豎直方向往復運動。
[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，其裝置主軸轉速為200-800rpm，裝置的滾輪直徑為4 10-4 100_，其移動速度為10-100mm/min。
[0014]所述內燃機氣缸套內表面耐磨涂層的塑變壓力加工裝置示意圖見圖1。裝置的主軸帶動裝置的轉盤旋轉，內燃機氣缸套在夾具中固定并隨轉盤一起旋轉。裝置中設有二對滾輪且沿內燃機氣缸套的周向均勻分布，內外兩滾輪的中心線必須經過氣缸套的中心。滾輪和涂層直接接觸并施加進給量對涂層產生擠壓，同時沿涂層在豎直方向往復運動。
[0015]本發明的有益效果是:本發明通過塑變壓力加工，使熱噴涂涂層發生再結晶，生成細小均勻的再結晶組織，涂層組織無孔隙和空洞缺陷，顯微硬度達到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是內燃機氣缸套內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 內滾輪，4是外輪架，5是內輪架，6是夾具，7是轉盤，8是底座，9是主軸。
[0017]圖2是實施例2制備的涂層經過塑變壓力加工后，涂層及界面的組織形貌。
[0018]
【具體實施方式】
[0019]以下結合附圖和實施例對本發明做進一步的說明。
[0020]以下是本發明的具體實施例，對本發明的技術方案做進一步作描述，但是本發明的保護范圍并不限于這些實施例。凡是不背離本發明構思的改變或等同替代均包括在本發明的保護范圍之內。
[0021]實施例1內燃機氣缸套內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:裝置主軸的轉速為200rpm，滾輪直徑為4 10mm，滾輪移動速度為10mm/min。
[0025]實施例2內燃機氣缸套內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:裝置主軸的轉速為600rpm，滾輪直徑為4 40mm，滾輪移動速度為30mm/min。
[0029]實施例3內燃機氣缸套內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:裝置主軸的轉速為800rpm，滾輪直徑為4 100mm，滾輪移動速度為100mm/min。
[0033]以實施例2為例，本發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到1200HV以上。
[0034]上述實施例中涂層制·備方法可用電弧噴涂或其他熱噴涂法替代。
【權利要求】
1.一種內燃機氣缸套內表面耐磨涂層的塑變壓力加工方法，包括以下步驟: (1)內燃機氣缸套內表面除油和噴砂 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,噴砂機噴嘴出口壓力為0.6-0.7MPa，噴嘴與內燃機氣缸套內表面的距離為 25-30 mm ； (2)內燃機氣缸套內表面熱噴涂制備耐磨涂層 對經過表面除油和噴砂處理的內燃機氣缸套內表面進行熱噴涂，獲得0.l-3mm涂層； (3)熱噴涂涂層塑變壓力加工 內燃機氣缸套在裝置的夾具中固定并隨裝置的轉盤一起旋轉，裝置的內滾輪和涂層直接接觸并施加進給量對涂層產生擠壓，同時沿涂層在豎直方向往復運動。
2.根據權利要求1所述的一種內燃機氣缸套內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.根據權利要求1所述的內燃機氣缸套內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.根據權利要求1所述的內燃機氣缸套內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行時，其裝置主軸的轉速為200-800rpm，滾輪直徑為4 10-4 100mm,滾輪移·動速度為10-100mm/min。
【文檔編號】C23C4/18GK103572194SQ201310584101
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年11月20日 優先權日:2013年11月20日
【發明者】周小平, 王小軍, 朱理奎 申請人:湖北工業大學