一种发动机缸套的修复方法与流程

本发明涉及设备修复再制造技术领域，具体涉及一种发动机缸套的修复方法。

背景技术

缸套是发动机的关键部件，在运行过程中与活塞环紧密配合并进行高速往复运动。由于高温、高压、冷热冲击、颗粒杂质的磨粒磨损、润滑条件不足引起的粘着磨损、腐蚀性燃气等，使得缸套发生耗油量剧增、拉缸甚至咬死而报废，每年产生的维修费用极高，同时报废数量也非常巨大。目前，对船舶与发动机车的气缸套进行适当的处理，以提高其表面耐磨性，延长使用寿命，缩短维修周期是目前生产制造的主要手段。使用的表面处理方法主要有两类：其一是通过表面改性、涂层或镀层提高气缸内表面的硬度和耐磨性，采用的方法主要包括表面淬火、电镀硬铬、化学镀金属、激光表面淬火、等离子表面淬火等；其二是通过表面的储油结构降低摩擦副间的摩擦系数，改善润滑条件，减小磨损，采用的方法包括激光刻蚀、平顶珩磨、松孔镀铬、制造凹凸表面等。一般缸套使用一个大修期后经过镗缸修复一次就会超过极限而报废，报废后的经过激光刻蚀或平顶珩磨的缸套通常直接当废品处理，没有二次利用价值。

除此之外，缸套的外部长期受冷却液的冲蚀，也称穴蚀，特别是在水流方向和速度急剧变化的区域产生严重的冲蚀孔洞，再加上如海水等腐蚀性介质，成为缸套的主要失效形式，目前可以通过阳极保护、镀铬、热喷涂、树脂涂层等表面处理工艺，或者改进冷却液的配方，来提高缸套使用中的抗冲蚀能力。

鉴于报废缸套内外表面的失效形式，报废缸套的量大且价值高，新缸套仍然存在内表面耐磨损节油、外表面抗冲蚀的问题，如何将报废气缸套绿色循环利用，提高再制造缸套的使用性能和寿命，是发动机制造领域急需解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种发动机缸套的修复方法，其采用电镀工艺在报废缸套内壁镀上耐磨层，在缸套外壁镀上耐腐蚀层，采用阳极刻蚀工艺在耐磨层上刻蚀微网纹，得到使用寿命更长、节油效果更好、使用性能更优的缸套。

本发明所述的发动机缸套的修复方法，其包括如下步骤：

步骤一，首先检查报废缸套，机械加工去除缸套内、外壁的失效部分，再对缸套进行无损检测，保证失效部分完全去除，然后进行粗加工，使得缸套内径比成品内径大100~600μm，外径比成品外径小20~150μm，内壁粗糙度为1~10μm，外壁粗糙度为3~20μm；

步骤二，对缸套进行除油、除锈处理；

步骤三，将缸套置于电镀液中进行电镀处理，

在缸套内壁镀上耐磨层，所述耐磨层为硬铬、铬镍、铬铁和铬钴合金中的一种，表面硬度为hv650~hv1100，

在缸套外壁镀上耐腐蚀层，所述耐腐蚀层为铬基金属，含铬量为70~98%；

步骤四：对缸套依次进行清洗、干燥和除氢处理；

步骤五：对缸套进行阳极刻蚀处理，在缸套内壁形成微网纹；

步骤六：对缸套进行清洗、干燥处理；

步骤七：分别对缸套内、外壁进行精加工，使得内壁粗糙度为0.3~0.8μm，外壁粗糙度为3~10μm，内径椭圆度为±3~5μm，内径垂直度为±3~10μm。

进一步，所述步骤二中的除油处理为：将缸套置于清洗液中，在温度为50~100℃的条件下除油5~30min；除锈处理为：采用酸洗、机械打磨和喷砂中的一种对缸套进行除锈。

进一步，所述步骤三中耐磨层和耐腐蚀层的电镀液的组成为：

耐腐蚀层的电镀液的组成为：铬酐的含量为180~250g/l，硫酸的含量为1~2.5g/l，酸比cro3/so4为100/1~200/1；

当耐磨层为硬铬合金时，耐磨层和耐腐蚀层的电镀液组成相同；

当耐磨层为铬镍、铬铁和铬钴合金中的一种时，电镀液组成为：铬酐的含量为180~250g/l，硫酸的含量为1~2.5g/l，酸比cro3/so4为100/1~200/1，硫酸镍10~35g/l、氯化铁/硫酸铁5~20g/l和硫酸钴5~25g/l中的一种。

优选地，所述步骤三中耐磨层和耐腐蚀层的电镀液的组成为：铬酐的含量为200g/l，硫酸的含量为2.0g/l，酸比cro3/so4为120/1。

进一步，所述步骤三中当耐磨层为硬铬合金时，耐磨层和耐腐蚀层采用独立电源在同一电镀液中同时电镀；当耐磨层为铬镍、铬铁和铬钴合金中的一种时，耐磨层和耐腐蚀层分别在相应的电镀液中进行电镀。

进一步，耐磨层的电镀工艺参数为：电镀温度为50~65℃，电流密度40~60a/dm²，电镀时间2~18h，镀层厚度为50~500μm；

耐腐蚀层的电镀工艺参数为：电镀温度为50~65℃，电流密度50~80a/dm²，电镀时间1~6h，镀层厚度为20~150μm，通过调整电镀工艺参数使得耐腐蚀层表面形成凹凸结构。

优选地，电镀耐磨层的工艺参数为：电镀温度为55℃，电流密度50a/dm²，电镀时间6h，镀层厚度为310μm。

优选地，电镀耐腐蚀层的工艺参数为：电镀温度为55℃，电流密度70a/dm²，电镀时间2h，镀层厚度为40μm。

进一步，所述步骤五中阳极刻蚀液的组成为：氢氧化钠50~100g/l，碳酸钠80~150g/l，磷酸钠2~20g/l、磷酸氢二钠1~5g/l和偏磷酸钠2~10g/l中的一种或两种。

优选地，所述步骤五中阳极刻蚀液的组成为：氢氧化钠65g/l，碳酸钠100g/l，磷酸钠2g/l。

进一步，所述步骤五中阳极刻蚀的工艺参数为：采用脉冲直流电源，脉冲频率为10~20hz，电流密度为20~40a/dm²，刻蚀时间为3~8min。

优选地，所述步骤五中阳极刻蚀的工艺参数为：采用脉冲直流电源，脉冲频率为15hz，电流密度为25a/dm²，刻蚀时间为7min。

进一步，所述步骤五中微网纹的尺寸参数为：微网纹形状为交叉网纹和/或独立沟槽，长度为0.3~12μm，深度为50~120μm，网纹密度为单位面积20%~50%。

优选地，所述步骤五中微网纹的尺寸参数为：微网纹形状为交叉网纹和/或独立沟槽，长度为8μm，深度为78μm，网纹密度为单位面积50%。

进一步，在步骤七精加工后的缸套耐腐蚀层的外表面涂覆防腐树脂涂层。涂覆防腐树脂涂层能够更好地提高缸套外壁的防腐性能，保证了防腐效果。

进一步，所述防腐树脂涂层为环氧类树脂或酚醛类树脂。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

1、本发明提高了缸套的表面硬度，增加耐磨性能，同时获得尺寸可调的储油微网纹结构，极大地改善了缸套长期服役的润滑条件和可靠性，使得机油消耗降低了50%~70%，使用寿命提高了2~4倍。

2、本发明针对船舶和内燃机车报废缸套的性能需要，采用电镀同时进行内壁耐磨层和外壁耐腐蚀层的再制造，在恢复使用尺寸的同时获得较传统珩磨或激光刻蚀工艺更抗腐蚀、更长寿命的复合缸套，减少了不必要的工艺环节和材料耗费，降低了生产成本。

3、本发明的缸套内壁的微网纹结构不限于活塞上止点和下止点的工作区域，便于后续维修再利用，返修后能快速修复并继续使用1~3个大修期，具有很高的经济效益。

附图说明

图1是本发明缸套的结构示意图；

图2是本发明的工艺流程图；

图3是本发明实施例一中缸套内壁的微网纹形貌示意图；

图4是本发明实施例二中缸套内壁的微网纹形貌示意图；

图5是本发明实施例三中缸套内壁的微网纹形貌示意图；

图6是本发明实施例四中缸套内壁的微网纹形貌示意图；

图7是本发明实施例五中缸套内壁的微网纹形貌示意图。

图中，1—缸套本体，2—耐磨层，3—耐腐蚀层，4—微网纹。

具体实施方式

实施例一，参见图2，所示的发动机缸套的修复方法，其包括如下步骤：

步骤一，首先检查报废缸套，确认报废缸套无明显变形后，机械加工去除缸套内、外壁的失效部分，再对缸套进行无损检测，保证失效部分完全去除，然后进行粗加工，使得缸套内径比成品内径大600μm，外径比成品外径小150μm，内壁粗糙度为3μm，外壁粗糙度为20μm。

步骤二，对缸套进行进行除油、除锈处理；采用氢氧化钠、碳酸钠、磷酸钠、表面活性剂和乳化剂混合水溶液在温度为80℃的条件下施加超声辅助清洗25min，然后进行除锈处理，采用10%硫酸水溶液酸洗5min，再用清水清洗3min保证无残留。

步骤三：电镀，将缸套置于电镀液中进行电镀处理，在缸套内壁镀上耐磨层，所述耐磨层为硬铬镀层，在缸套外壁镀上耐腐蚀层，所述耐腐蚀层为铬金属，耐磨层和耐腐蚀层采用独立电源在同一电镀液中同时电镀，温度为55℃，电镀液的组成为：铬酐cro3的含量为200g/l，硫酸h2so4的含量为2.0g/l，酸比cro3/so4为120/1；

耐磨层电镀工艺参数为：电流密度65a/dm²，电镀时间6h，间隔0.5h打一次毛刺，表面硬度为hv750，镀层厚度为310μm；

耐腐蚀层电镀工艺参数为：电流密度50a/dm²，电镀时间1h，镀层厚度为40μm。

步骤四：清洗，对缸套依次进行清洗、干燥和除氢处理，首先进行超声清洗，温度为50℃，清洗时间为10min，再进行干燥，然后在温度为200℃的烘箱中除氢处理3h。

步骤五：阳极刻蚀，对缸套进行阳极刻蚀处理，在缸套内壁形成微网纹；阳极刻蚀液的组成为：氢氧化钠65g/l，碳酸钠100g/l，磷酸钠2g/l；阳极刻蚀的工艺参数为：采用脉冲直流电源，脉冲频率为15hz，电流密度为25a/dm²，刻蚀时间为7min；参见图3，所示的微网纹形状为交叉网纹，长度为8μm，深度为78μm，网纹密度为单位面积50%。

步骤六：清洗，对缸套内壁进行超声清洗，温度为50℃，清洗时间为5min，然后干燥。

步骤七：精加工，分别对缸套内壁和外壁精加工；对缸套内壁采用内圆磨进行精磨处理，去除微网纹表面的微凸结构，参见图5，缸套内壁粗糙度为0.5207μm，内径椭圆度为±3μm，内径垂直度为±7μm；缸套外壁精加工至成品要求装配精度，耐腐蚀层表面粗糙度为5μm，然后在耐腐蚀层的外表面涂覆环氧树脂涂层。

参见图1，所示的修复后的发动机缸套，包括缸套本体1，在缸套本体1的内壁上电镀有耐磨层2，在缸套本体1的外壁上电镀有耐腐蚀层3，在耐磨层2上阳极刻蚀有微网纹3。耐磨层2和耐腐蚀层3的设置，提高了缸套内壁的硬度，增加了缸套内壁的耐磨性能，同时采用阳极刻蚀工艺在耐磨层上形成微网纹，改善了缸套长期服役的润滑条件和可靠性，使得机油消耗降低了50%~70%，使用寿命提高了2~4倍。

实施例二，一种发动机缸套的修复方法，其包括如下步骤：

步骤一：首先检查报废缸套，确认无明显变形，机械加工去除缸套内、外壁的失效部分，再进行粗加工，使得缸套内径比成品内径大250μm，外径比成品外径小60μm，内壁粗糙度为8μm，外壁粗糙度为10μm；

步骤二，对缸套进行无损检测，保证失效部分完全去除，采用氢氧化钠、碳酸钠、磷酸钠、表面活性剂和乳化剂混合水溶液在温度为70℃的条件下施加超声辅助清洗20min，然后进行除锈处理，采用10%硫酸水溶液酸洗3min，再用清水清洗3min保证无残留；

步骤三：电镀，将缸套置于电镀液中进行电镀处理，在缸套内壁镀上耐磨层，所述耐磨层为铬镍合金，其电镀液的组成为：铬酐cro3的含量为220g/l，硫酸h2so4的含量为2.5g/l，酸比cro3/so4为110/1，硫酸钴15g/l；耐磨层电镀工艺参数为：电镀温度为60℃，电流密度60a/dm²，电镀时间4h，间隔0.5h打一次毛刺，表面硬度为hv850，镀层厚度为130μm；

在缸套外壁镀上耐腐蚀层，所述耐腐蚀层为铬镀层，其电镀液的组成为：铬酐cro3的含量为250g/l，硫酸h2so4的含量为2.5g/l，酸比cro3/so4为100/1；

电镀耐腐蚀层的工艺参数为：电镀温度为60℃，电流密度50a/dm²，电镀时间1h，镀层厚度为32μm。

步骤四：清洗，对缸套依次进行清洗、干燥和除氢处理，首先进行超声清洗，温度为40℃，清洗时间为12min，再进行干燥，然后在温度为250℃的烘箱中除氢处理1.5h。

步骤五：阳极刻蚀，对缸套进行阳极刻蚀处理，在缸套内壁形成微网纹；阳极刻蚀液的组成为：氢氧化钠80g/l，碳酸钠85g/l，偏磷酸钠3g/l；阳极刻蚀的工艺参数为：采用脉冲直流电源，脉冲频率为18hz，电流密度为30a/dm²，刻蚀时间为6min；参见图4，所示的微网纹形状为交叉网纹，长度为6μm，深度为70μm，网纹密度为单位面积42%。

步骤六：清洗，对缸套内壁进行超声清洗，温度为50℃，清洗时间为5min，然后干燥。

步骤七：精加工，分别对缸套内壁和外壁精加工；对缸套内壁采用内圆磨进行精磨处理，去除微网纹表面的微凸结构，缸套内壁粗糙度为0.65μm，内径椭圆度为±3.2μm，内径垂直度为±5μm；缸套外壁精加工至成品要求装配精度，耐腐蚀层表面粗糙度为7μm，然后在耐腐蚀层的外表面涂覆酚醛树脂涂层。

实施例三，一种发动机缸套的修复方法，其包括如下步骤：

步骤一：首先检查报废缸套，确认无明显变形，机械加工去除缸套内、外壁的失效部分，再进行粗加工，使得缸套内径比成品内径大500μm，外径比成品外径小50μm，内壁粗糙度为4μm，外壁粗糙度为13μm。

步骤二，对缸套进行无损检测，保证失效部分完全去除，采用氢氧化钠、碳酸钠、磷酸钠、表面活性剂和乳化剂混合水溶液在温度为70℃的条件下施加超声辅助清洗30min，然后进行除锈处理，采用10%硫酸水溶液酸洗3min，再用清水清洗3min保证无残留。

步骤三：电镀，将缸套置于电镀液中进行电镀处理，在缸套内壁镀上耐磨层，所述耐磨层为铬镍合金，其电镀液的组成为：铬酐cro3的含量为180g/l，硫酸h2so4的含量为2.1g/l，酸比cro3/so4为200/1，硫酸铁18g/l；

耐磨层电镀工艺参数为：电流密度55a/dm²，电镀时间8h，间隔0.5h打一次毛刺，表面硬度为hv900，镀层厚度为260μm；

在缸套外壁镀上耐腐蚀层，所述耐腐蚀层为铬基金属；电镀液的组成为：铬酐cro3的含量为190g/l，硫酸h2so4的含量为1.9g/l，酸比cro3/so4为100/1；耐腐蚀层电镀工艺参数为：电流密度60a/dm²，电镀时间1.8h，镀层厚度为26μm。

步骤四：清洗，对缸套依次进行清洗、干燥和除氢处理，首先进行超声清洗，温度为50℃，清洗时间为8min，再进行干燥，然后在温度为250℃的烘箱中除氢处理1.5h。

步骤五：阳极刻蚀，对缸套进行阳极刻蚀处理，在缸套内壁形成微网纹；阳极刻蚀液的组成为：氢氧化钠80g/l，碳酸钠200g/l，磷酸钠1.5g/l；阳极刻蚀的工艺参数为：采用脉冲直流电源，脉冲频率为15hz，电流密度为38a/dm²，刻蚀时间为5min；参见图5，所示的微网纹形状为独立沟槽，长度为13μm，深度为85μm，网纹密度为单位面积15%。

步骤六：清洗，对缸套内壁进行超声清洗，温度为50℃，清洗时间为10min，然后干燥。

步骤七：精加工，分别对缸套内壁和外壁精加工；对缸套内壁采用内圆磨进行精磨处理，去除微网纹表面的微凸结构，缸套内壁粗糙度为0.78μm，内径椭圆度为±4μm，内径垂直度为±5μm；缸套外壁精加工至成品要求装配精度，耐腐蚀层表面粗糙度为8μm，然后在耐腐蚀层的外表面涂覆酚醛树脂涂层。

实施例四，一种发动机缸套的修复方法，其包括如下步骤：

步骤一：首先检查报废缸套，确认无明显变形，机械加工去除缸套内、外壁的失效部分，再进行粗加工，使得缸套内径比成品内径大500μm，外径比成品外径小80μm，内壁粗糙度为7μm，外壁粗糙度为12μm。

步骤二，对缸套进行无损检测，保证失效部分完全去除，采用氢氧化钠、碳酸钠、磷酸钠、表面活性剂和乳化剂混合水溶液在温度为70℃的条件下施加超声辅助清洗30min，然后进行除锈处理，采用10%硫酸水溶液酸洗5min，再用清水清洗3min保证无残留。

步骤三：电镀，将缸套置于电镀液中进行电镀处理，在缸套内壁镀上耐磨层，所述耐磨层为铬镍合金，其电镀液的组成为：铬酐cro3的含量为220g/l，硫酸h2so4的含量为2.5g/l，酸比cro3/so4为110/1，硫酸镍10g/l；耐磨层电镀工艺参数为：电流密度60a/dm²，电镀时间7.5h，间隔0.5h打一次毛刺，表面硬度为hv800，镀层厚度为255μm，温度为60℃；

在缸套外壁镀上耐腐蚀层，所述耐腐蚀层为铬镀层，其电镀液的组成为：铬酐cro3的含量为250g/l，硫酸h2so4的含量为2.5g/l，酸比cro3/so4为100/1；电镀耐腐蚀层的工艺参数为：电镀温度为55℃，电流密度50a/dm²，电镀时间1h，镀层厚度为40μm。

步骤四：清洗，对缸套依次进行清洗、干燥和除氢处理，首先进行超声清洗，温度为40℃，清洗时间为15min，再进行干燥，然后在温度为250℃的烘箱中除氢处理1.5h。

步骤五：阳极刻蚀，对缸套进行阳极刻蚀处理，在缸套内壁形成微网纹；阳极刻蚀液的组成为：氢氧化钠80g/l，碳酸钠75g/l，偏磷酸钠2.5g/l；阳极刻蚀的工艺参数为：采用脉冲直流电源，脉冲频率为10hz，电流密度为30a/dm²，刻蚀时间为6min；参见图6，所示的微网纹形状为交叉网纹，长度为5μm，深度为90μm，网纹密度为单位面积45%。

步骤六：清洗，对缸套内壁进行超声清洗，温度为50℃，清洗时间为5min，然后干燥。

步骤七：精加工，分别对缸套内壁和外壁精加工；对缸套内壁采用内圆磨进行精磨处理，去除微网纹表面的微凸结构，缸套内壁粗糙度为0.612μm，内径椭圆度为±3.5μm，内径垂直度为±5.5μm；缸套外壁精加工至成品要求装配精度，耐腐蚀层表面粗糙度为8μm，然后在耐腐蚀层的外表面涂覆环氧树脂涂层。

实施例五，一种发动机缸套的修复方法，其包括如下步骤：

步骤一：首先检查报废缸套，确认无明显变形，机械加工去除缸套内、外壁的失效部分，再进行粗加工，使得缸套内径比成品内径大400μm，外径比成品外径小100μm，内壁粗糙度为5μm，外壁粗糙度为8μm。

步骤二，对缸套进行无损检测，保证失效部分完全去除，采用氢氧化钠、碳酸钠、磷酸钠、表面活性剂和乳化剂混合水溶液在温度为60℃的条件下施加超声辅助清洗30min，然后进行除锈处理，采用10%硫酸水溶液酸洗3min，再用清水清洗3min保证无残留。

步骤三：电镀，将缸套置于电镀液中进行电镀处理，在缸套内壁镀上耐磨层，所述耐磨层为铬镍合金，耐磨层和耐腐蚀层采用独立电源在同一电镀液中同时电镀，电镀液的组成为：铬酐cro3的含量为200g/l，硫酸h2so4的含量为1.8g/l，酸比cro3/so4为110/1；耐磨层电镀工艺参数为：电镀温度为60℃，电流密度50a/dm²，电镀时间4.5h，间隔0.5h打一次毛刺，表面硬度为hv850，镀层厚度为210μm；

耐腐蚀层电镀工艺参数为：电镀温度为60℃，电流密度60a/dm²，电镀时间1.5h，镀层厚度为51μm。

步骤四：清洗，对缸套依次进行清洗、干燥和除氢处理，首先进行超声清洗，温度为60℃，清洗时间为15min，再进行干燥，然后在温度为200℃的烘箱中除氢处理2.5h。

步骤五：阳极刻蚀，对缸套进行阳极刻蚀处理，在缸套内壁形成微网纹；阳极刻蚀液的组成为：氢氧化钠100g/l，碳酸钠100g/l，磷酸二氢钠1.5g/l；阳极刻蚀的工艺参数为：采用脉冲直流电源，脉冲频率为20hz，电流密度为20a/dm²，刻蚀时间为10min；参见图7，所示的微网纹形状为独立沟槽，长度为15μm，深度为95μm，网纹密度为单位面积20%。

步骤六：清洗，对缸套内壁进行超声清洗，温度为40℃，清洗时间为10min，然后干燥。

步骤七：精加工，分别对缸套内壁和外壁精加工；对缸套内壁采用内圆磨进行精磨处理，去除微网纹表面的微凸结构，缸套内壁粗糙度为0.8μm，内径椭圆度为±3μm，内径垂直度为±5μm；缸套外壁精加工至成品要求装配精度，耐腐蚀层表面粗糙度为8μm，然后在耐腐蚀层的外表面涂覆环氧树脂涂层。