专利名称：一种带复合层的内燃机活塞的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种内燃机活塞，具体为一种带复合层的内燃机活塞。
背景技术：
活塞是内燃机的关键零部件，它是在高温(350 0C以上)、摩擦条件下工作的，活塞性能及使用状况对能耗、尾气排放、噪音等都有很大的影响，提高活塞的高温强度及耐磨性，减小膨胀系数、改善体积稳定性，减轻重量，是国内外活塞研究的重要趋势。随着节 能、环保要求的日益迫切，提高燃烧温度、减小配缸间隙、降低油耗已成为发动机设计的重要趋势。为此国内外科技人员实施了各种举措如“活塞整体阳极化处理”、“Ni-SiC复合电镀”、“等离子气相沉积陶瓷化处理”、“喷涂聚四氟乙烯处理”等，但考虑工艺复杂程度、成本控制、使用条件等因素，以上方法各自有不同的应用范围局限。
实用新型内容本实用新型的的目的是克服内燃机活塞应对温度高、热冲击大、速度高、摩擦频繁中出现的不足，将活塞整体磷化、裙部外圆丝网印刷石墨、顶部陶瓷化处理技术应用于同一只活塞，提供一种带复合层的内燃机活塞，使活塞的综合性能得到提高。本实用新型的目的是这样实现的一种带复合层的内燃机活塞，其基体材质为Al-Si合金，活塞整体基体外表有磷化处理层作为粘附层，活塞裙部磷化处理层外表面有石墨层，活塞顶部磷化处理层外表面有陶瓷层。所述磷化层厚度为l-3um，陶瓷层厚度为40_150um，印刷石墨层厚度为10_15um。一种带复合层的内燃机活塞的方法，活塞外表面采用整体磷化处理，活塞头部采用电镀陶瓷化处理，活塞裙部采用丝网印刷石墨处理。所述的磷化具体工艺流程为化学除油-冷水洗-磷化-冷水洗-蒸馏水洗-烘干；磷化工艺条件包括清洗时间、磷化溶液温度、磷化时间、蒸馏水电导率、烘干温度、烘干时间；所述的磷化的工艺条件为清洗时间2_3min，磷化溶液温度50_70°C，磷化时间2-3min，蒸馏水电导率彡30us，烘干温度150_170°C，烘干时间10_15min。磷化是金属与稀磷酸或磷酸盐溶液反应在其表面形成磷酸盐膜的保护过程，由于反应生成的磷化膜和基体结合牢固，且有微孔结构，具有良好的吸附性能，大量用做涂料底层，并有一定的防腐性能。铝活塞的磷化不仅能提高石墨层与金属铝的结合强度，还对铝及镶嵌的其他黑色金属均能起到防护作用。所述的裙部丝网印刷石墨工艺流程为超声波除油-清洗-热水洗-冷水洗(蒸馏水)-烘干-恒温-印刷涂层-放置-固化；丝网印刷工艺条件包括清洗时间、烘干温度、烘干时间、恒温温度、活塞温度、环境温度、刮板压力、相对湿度、固化温度、固化时间。所述活塞裙部丝网印刷石墨的工艺条件为清洗时间2-3min，烘干温度150-170°C，烘干时间10-15min，恒温温度50_70°C，活塞温度50_70°C，环境温度22_28°C，刮板压力O. 8-lMPa，固化温度190±10°C，固化时间50_70min。活塞裙部丝网印刷的原理是丝网印版的部分孔隙能够透过涂料漏承印物上，印版上其余部分的网孔需要堵住，不能通过涂料在承印物上形成空白。当承印物直接放在带有模板的丝网下面时，丝网印刷涂料在刮墨刀的挤压下穿过丝网中间的网孔，印刷到承印物上。印刷时的丝网印版的一端加入涂料，涂料在无外力的作用下不会自行通过网孔漏在承印物上，当用刮墨板以一定的倾斜角度及压力刮动涂料时，涂料通过网版转移到网版下的承印物上。所述活塞顶部电镀陶瓷化处理工艺流程为化学除油-热水洗-冷水洗-烘干-镀陶处理-冷水洗-烘干；顶部陶瓷化处理工艺条件包括烘干温度、烘干时间、电解液温度、镀陶时间、镀陶电压、镀陶电流密度；所述活塞顶部电镀陶瓷化处理工艺条件为烘干温度7 O -15 (TC，烘干时间10-15min,电解液温度〈38 °C，镀陶时间35_45min，镀陶电压500-700V，镀陶电流密度20-30A/dm2。·电镀陶瓷化处理更具体的为将屏蔽处理后的活塞放入电解液当中，通电后在基体金属表面立即生成一层疏松的氧化物绝缘膜。随着电压的升高，电解液与基体金属界面处O. 5mm的范围内电压急剧增加，导致界面附近场强达到106v/m量级氧化物薄膜层以及附近的气体膜层被击穿，可以看到活塞工件表面上有许多游动的发光斑点，这就是微弧放电现象.这些微弧快速产生并消失，寿命只有10_4s-10_5s，放电使基体的温度升高至IOO0C -150°c，但是在通道内部的温度和压强分别可达6800K-9500K和IO2Pa-IO3，测定这些火花具有的电流密度为2. 8X104A/ cm2，在瞬间可达2000K的高温。形成完整的绝缘膜是进行微弧氧化的处理的必要条件。当工件上施加的某一临界值时，这层绝缘膜上的某些薄弱环节被击穿，发生微弧放电现象，浸在溶液的工件上可以看到无数个游动的弧点和火花。因此击穿总是在氧化膜相对薄弱的部位发生，当氧化物绝缘膜被击穿后，在该部位形成新的氧化膜，击穿点转移到其他相对薄弱区域，因此最终形成的氧化膜是均匀的。由于这种小区域内高温的产生，使常温下不可能发生的反应成为可能，最终在基体金属表面形成连续的均匀的陶瓷层。这种陶瓷层是由Y-A1203、a- Al2O3组成，可以获得较高的耐磨性、耐腐蚀性、耐热冲击性，提高发动机的寿命和效率。本实用新型的有益效果是活塞整体活塞由于反应生成的磷化膜有微孔结构，具有良好的吸附性能，用做涂料底层，有一定的防腐性能，活塞头部电镀陶瓷层，耐高温冲击性更好，裙部丝网印刷石墨，石墨层均匀，耐磨性、润滑性明显提高，活塞的整体性能得到提高，更能适应发动机恶劣的环境。活塞装机后，I、机械效率提高2. 5%以上。2、尾气排放CO、HC含量明显下降。3、耐久性提高，大修里程延长50-100%。
图I为本实用新型活塞示意图；图2为本实用新型活塞裙部丝网印刷处理示意图；图3为本实用新型活塞头部陶瓷化处理屏蔽工装示意图；图中，a.活塞裙部，I.陶瓷层，2.石墨层，3.刮刀，4.石墨，5.丝网板，6.网板支架，7.屏蔽工装。
具体实施方式
一种带复合层的内燃机活塞，其基体材质为Al-Si合金，活塞整体外表面有厚度l-3um的磷化层，活塞裙部a外表面有厚度10_15un的石墨层2，活塞顶部外表面有厚度40-150um的陶瓷层I。
一种带复合层的内燃机活塞，活塞整体外表面采用磷化处理，活塞裙部采用丝网印刷处理，活塞顶部采用电镀陶瓷化处理。
权利要求1.一种带复合层的内燃机活塞，其基体材质为Al-Si合金，其特征在于活塞整体基体外表有磷化处理层作为粘附层，活塞裙部磷化处理层外表面有石墨层，活塞顶部磷化处理层外表面有陶瓷层。
2.如权利要求I所述的一种带复合层的内燃机活塞，其特征在于所述磷化层厚度为l-3um，所述石墨层厚度10-15um，所述陶瓷层厚度40_150um。
专利摘要一种带复合层的内燃机活塞，其基体材质为Al-Si合金，活塞外表面有磷化层，作为涂料底层，然后在活塞头部外表面有陶瓷层，裙部外表面有石墨层，具体地，所述磷化层厚度为1-3um，所述石墨层厚度10-15um，所述陶瓷层厚度40-150um。本实用新型有益效果是产品耐磨、耐腐蚀、抗高温冲击性能更好，润滑性提高；活塞装机后，机械效率提高、尾气排放CO、HC含量下降、耐久性提高。
文档编号F02F3/10GK202673474SQ201220274608
公开日2013年1月16日 申请日期2012年6月12日 优先权日2012年6月12日
发明者张鲁京, 颜君衡, 孔德芬, 颜鲁滨, 齐鹏, 孙国臣, 魏运财, 金峰 申请人:曲阜金皇活塞股份有限公司