本发明具体涉及一种辅助汽车铸铝缸体梯度热障涂层及其制备方法。
背景技术：
zrc具有非常好的热传导和电传导性，其中导电能力和金属相当，zrc适用于发射器外壳涂层、核燃料颗粒涂层、热光电辐射器涂层以及超高温材料等许多领域，尽管zrc具有很大的应用潜能，但对它的研究并没有像ti(c,n)陶瓷那样广泛和深入。zrc具有良好的耐辐射性能，是传统包覆燃料颗粒sic涂层的一种较好的替代材料。sic(碳化硅)由于化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、耐磨性能好，除作磨料用外，还有很多其他用途，例如：以特殊工艺把碳化硅粉末涂布于水轮机叶轮或汽缸体的内壁，可提高其耐磨性而延长使用寿命1～2倍；用以制成的高级耐火材料，耐热震、体积小、重量轻而强度高，节能效果好。碳化硅陶瓷的耐化学腐蚀性好、强度高、硬度高，耐磨性能好、摩擦系数小，且耐高温，因而是制造密封环的理想材料。利用碳化硅具有耐腐蚀、耐高温、强度大、导热性能良好、抗冲击等特性，碳化硅一方面可用于各种冶炼炉衬、高温炉窑构件、碳化硅板、衬板、支撑件、匣钵、碳化硅坩埚等利用碳化硅具有耐高温，强度大，导热性能良好，抗冲击，作高温间接加热材料。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题之一，在于提供一种辅助汽车铸铝缸体梯度热障涂层。
本发明是这样实现的：一种辅助汽车铸铝缸体梯度热障涂层，包括从下至上依次设置的基底层、第一过渡层、第二过渡层和面层，各层包括重量百分数的以下各组分：
面层：zrsic合金粉末；
第二过渡层：30％nimosi2合金粉末、70％zrsic合金粉末；
第一过渡层：60％nimosi2合金粉末、40％zrsic合金粉末；
基底层：nimosi2合金粉末。
优选地，所述nimosi2合金粉末包括以下重量百分数的组分：70-80％的mosi2和20-30％的ni。
优选地，所述第一过渡层中，40％zrsic合金粉末包括以下重量百分数的组分：25％sic和15％zrc。
优选地，所述第二过渡层中，70％zrsic合金粉末包括以下重量百分数的组分：50％sic和20％zrc。
优选地，所述面层中，zrsic合金粉末包括以下重量百分数的组分：70％sic和30％zrc。
优选地，所述基底层的厚度为0.2-0.7μm，第一过渡层与第二过渡层的厚度均为0.7-1.1mm，所述面层的厚度为1-3mm。
本发明要解决的技术问题之二，在于提供一种所述的辅助汽车铸铝缸体梯度热障涂层的制备方法。
本发明是这样实现的：一种所述的辅助汽车铸铝缸体梯度热障涂层的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：对汽车铸铝缸体内表面进行预处理，清理掉灰尘、油垢和锈蚀；
步骤2：采用感应加热线圈预热汽车铸铝缸体至400℃，维持汽车铸铝缸体温度在200℃～400℃，采用高速火焰喷涂粉末方式在铸铝缸体内表面预置基底层，再经激光熔覆，得到基底层；采用同样的方式制备所述第一过渡层、第二过渡层和面层；
步骤3：将汽车铸铝缸体自然冷却至室温，然后再用感应加热线圈加热汽车铸铝缸体至600℃，并维持600℃6h，接着汽车铸铝缸体以速率5-10℃/分下降至室温，即得梯度热障涂层。
优选地，所述高速火焰喷涂的工艺参数如下：铸铝缸体预热温度25-200℃，铸铝缸体内表面粗度8-12ra，喷枪枪口与铸铝缸体之间距离为20cm，喷枪移动速度27-35m/min，甲烷流量为34-45l/min，氧气流量为35-45l/min，氮气流量为24-34l/min，合金粉末流量为35-45g/min。
优选地，所述激光熔覆的工艺参数如下：功率800-3500w，氩气流量1200-2400ml/min，扫描速度2-8mm/s，离焦量10-30mm。
本发明的优点在于：zrsic表面涂层具有高强度、抗蠕变性、高抗弯强度、优良的抗氧化性、良好的耐腐蚀性、高抗磨损以及低的摩擦系数，有足够的热疲劳和机械强度。
【具体实施方式】
一种辅助汽车铸铝缸体梯度热障涂层，包括从下至上依次设置的基底层、第一过渡层、第二过渡层和面层，各层包括重量百分数的以下各组分：
面层：zrsic合金粉末；
第二过渡层：30％nimosi2合金粉末、70％zrsic合金粉末；
第一过渡层：60％nimosi2合金粉末、40％zrsic合金粉末；
基底层：nimosi2合金粉末。
所述nimosi2合金粉末包括以下重量百分数的组分：70-80％的mosi2和20-30％的ni，如此配比使涂层具有湿润及铺展作用，建立涂层与金属间的化学兼容性作用，可缓解残余应力。
所述面层中，zrsic合金粉末包括以下重量百分数的组分：70％sic和30％zrc；如此配比可改善zrc的烧结性能，进而提高涂层抗氧化性能及断裂韧性。
所述第一过渡层中，40％zrsic合金粉末包括以下组分：25％sic和15％zrc；如此配比使sic颗粒在复合zrc的弥散分布可有效阻止zrc生长及粗化，进而提高涂层力学及抗氧化性能。
所述第二过渡层中，70％zrsic合金粉末包括以下组分：50％sic和20％zrc，如此设置有利于实现弹性模量，热膨胀系数等性能从陶瓷层至金属材料一侧的梯度过度，最终涂层的变形过度。
基底层可以缓解基体与涂层之间因热膨胀系数差异而引起的热应力集中问题,两过渡层可以有效地减少外涂层在高温条件下产生裂纹、气孔及剥离等缺陷。
所述基底层的厚度为0.2-0.7μm，第一过渡层与第二过渡层的厚度均为0.7-1.1mm，所述面层的厚度为1-3mm。各层的厚度设计，可以有效阻碍氧的扩散及zrc继续氧化，提升抗氧化性能。
上述zrsic合金粉末的制备方法：称取zrc和sic，放入刚玉坩埚中研磨搅拌，然后置于干燥箱中干燥，即得
nimosi2合金的制备方法：以纯度为99.99％的ni和mosi2为原料，按上述配比称量，将称量好的原料放入刚玉坩埚中研磨搅拌，制得复合合金粉末；将复合合金粉末置于干燥箱中，于100℃保温2h后冷却至室温，即得。
辅助汽车铸铝缸体梯度热障涂层的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：对汽车铸铝缸体内表面进行预处理，清理掉灰尘、油垢和锈蚀；
步骤2：采用感应加热线圈预热汽车铸铝缸体至400℃，维持汽车铸铝缸体温度在200℃～400℃，采用高速火焰喷涂粉末方式在铸铝缸体内表面预置基底层，再经激光熔覆，得到基底层；采用同样的方式制备所述第一过渡层、第二过渡层和面层；
汽车铸铝缸体在制备各涂层过程中温度维持在200℃～400℃，能够增强各层之间的接合力，减少层与层之间的应力，减少裂纹和降低了气孔的产生。
步骤3：将汽车铸铝缸体自然冷却至室温，然后再用感应加热线圈加热汽车铸铝缸体至600℃，并维持600℃6h，接着汽车铸铝缸体以速率5-10℃/分下降至室温，即得梯度热障涂层，此步骤可以使梯度热障涂层残余的应力减少，进一步降低裂纹的产生。
所述感应加热线圈：输入电压范围：340-420v，额定输出功率：100kw，感应频率：30-50khz。感应加热线圈能够准确把控工件的预热温度，同时能够减小激光熔覆的过程中熔池的温度梯度，使晶粒有足够时间生长，从而减少裂纹、孔洞以及熔覆层残余的应力，从而提高熔覆层致密程度，提高熔覆层的性能。
所述高速火焰喷涂的工艺参数如下：铸铝缸体预热温度25-400℃，铸铝缸体内表面粗度8-12ra，喷枪枪口与铸铝缸体之间距离为20cm，喷枪移动速度27-35m/min，甲烷流量为34-45l/min，氧气流量为35-45l/min，氮气流量为24-34l/min，合金粉末流量为35-45g/min。
所述激光熔覆的工艺参数如下：功率800-3000w，氩气流量1200-2400ml/min，扫描速度2-8mm/s，离焦量10-30mm。利用激光熔覆法制备铸铝缸体梯度涂层，可以精确地控制各梯度层的合金配比，解决涂层的剥离问题。涂层间依次形成梯度，减少了热应力的产生，可大大提高铸铝缸体的高温热效率。
本发明的汽车铸铝缸体梯度热障涂层的性能指标如下：
四点弯曲强度：达350mpa；
在温度1100℃具有抗氧化能力，质量烧蚀率相当低为-1.5×10-5g/cm2s,显示抗氧化性；
耐高温：最高可达1600℃)；
热腐蚀性能(中性盐雾试验):1500hr划痕处腐蚀蔓延小于0.5mm,涂层良好；
摩擦系数:0.2μ-0.4μ；
磨损体积:10-4mm-3级与其它涂层比相差低10倍；
汽缸体的内壁，可提高其耐磨性而延长使用寿命1～2倍，耐磨程度是普通耐磨材料的6-7倍；
本发明得到一种可以保护汽车铸铝缸体且耐抗热冲击高热传导的复合材料表面涂层，涂层体系具有高致密、耐高温性能，提高了发动机热效率、降低油耗、减少排气污染、提高易损件寿命。发动机活塞在气缸中的运动所处环境是在交变载荷下、高温高压及容易腐蚀，气缸内壁zrsic表面涂层能够耐磨和耐腐蚀，有足够的热疲劳和机械强度。
本发明的涂层具有高的抗弯强度、优良的抗氧化性、良好的耐腐蚀性、高的抗磨损以及低的摩擦系数，而且高温力学性能(高强度、抗蠕变性等)，冶金性结合，涂层不易脱落。本发明采用基底层和两过渡层作为内涂层，可以有效地减少外涂层在高温条件下产生裂纹、气孔及剥离等缺陷，然后在其表面涂覆具有良好热稳定性、兼容性和优异的高温抗氧化性能。本发明揭示了一种新型梯度热障涂层，经高速火焰喷涂预置于铸铝缸体内表面，再经激光熔覆制成zrsic涂层，制备工艺简便，制得的热障涂层可实现耐抗热冲击高热传导涂层。采用热喷涂方法铝合金或铸铁气缸内壁喷涂减摩、耐磨并耐腐蚀的涂层代替传统铸铁缸套具有广阔的应用前景。