专利名称：具有纳米陶瓷涂层的活塞环的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及汽车发动机用活塞环的制备技术，具体涉及活塞环表面涂层的制备。
背景技术：
未来汽车发动机将向高效率、高载荷、高速度及高寿命的方向发展，这就对其耐久性及可靠性提出了更高的要求。伴随着石油资源的紧缺，对发动机的燃油经济性的关注程度也在不断提高，同时世界各国对环境的保护意识在逐渐增强，相继出台了一系列更为严格的尾气排放法规。活塞环作为直接影响发动机使用可靠性和经济环保性的关键部件，其性能的优劣直接影响到发动机的整体性能，因此对活塞环表面处理技术提出了越来越高的要求。现有技术中，活塞环表面的处理技术主要有电镀铬、氮化以及等离子喷钥。电镀铬层结构致密，耐腐蚀性能良好，显微硬度可达700-1000HV，能明显改善活塞环的耐磨性，提高其使用寿命。但是，镀铬层的脆性极大，很容易碎裂脱落，会加剧气缸的磨损，其抗拉缸性能也较差。此外，电镀铬的生产过程中耗能极大，而且具有很强的毒性，会对操作人员产生毒害，也会对环境造成污染。活塞环氮化处理技术，以其工艺经济可靠、对环境友好等特点受到广泛关注，是目前活塞环表面处理的主要方法。氮化工艺虽然操作简单，但是处理后的活塞环表面硬度不高，并且渗层厚度有限，不能满足大功率发动机的使用要求。等离子喷涂钥涂层活塞环，具有较低的摩擦因数和较高的液力润滑倾向，当温度升高时，这一倾向变得更为明显。等离子喷钥活塞环还能较好地适应发动机的废气再循环(EGR)和降低机油耗的要求。它最大的缺点就是钥涂层的硬度较低，其耐磨性比镀铬层差，而且在高温时易氧化剥落；另一方面，在缺少润滑油或油变质的条件下，这种涂层的摩擦系数和磨损率较大，往往会影响到活塞环的正常使用。实用新型内容本实用新型的目的在于，针对现有技术中的不足，提供一种具有由热喷涂技术构成的纳米陶瓷涂层的发动机活塞环，利用其高耐磨、高抗拉缸性能和低摩擦系数性能，达到降低成本的效果。本实用新型的技术方案如下本实用新型的具有纳米陶瓷涂层的活塞环，包括活塞环金属基体，其特征在于，所述活塞环金属基体的表面上设有由热喷涂技术制备的纳米陶瓷涂层或纳米陶瓷复合涂层，所述纳米陶瓷涂层是由纳米级的氧化铝、氧化钛、氧化硅、氧化锆、氧化镁、碳化硅、碳化钨、碳化铬或其它陶瓷材料中的一种或几种的混合物构成的，涂层的厚度为100-1000微米；所述纳米陶瓷复合涂层由结合层和纳米陶瓷涂层重叠构成，其结合层与活塞环金属基体表面紧密接触，它是由金属镍、镍铝、镍铬中的一种或几种的微米级粉料混合构成，结合层厚度为10-100微米，所述纳米陶瓷涂层覆盖在结合层上并紧密接触。本实用新型的具有纳米陶瓷涂层的活塞环，所述的结合层与纳米陶瓷涂层采用热喷涂技术制备，是指采用火焰喷涂、电弧喷涂、等离子喷涂或超音速火焰喷涂等技术。[0011]与常规材料相比，纳米陶瓷材料具有更为优异的耐磨、耐腐、耐高温性能。通过热喷涂技术，将纳米陶瓷材料喷涂在活塞环表面，形成一种结合牢固、性能优异的工作表面，在强度、韧性、抗腐蚀、耐磨、抗热疲劳等方面均有显著提高。本实用新型的纳米陶瓷涂层活塞环的硬度比现有的镀铬、氮化的更高，其硬度可达1200-1800HV。在具有高硬度的同时，纳米陶瓷涂层还具有极高的韧性，使活塞环表面在有足够的耐磨性和耐腐蚀性的同时整体具有较好的韧性和弹性。热喷涂纳米陶瓷涂层与活塞环基体能形成牢固的结合，不容易脱落。实测表明，本实用新型的纳米陶瓷涂层具有很低的摩擦系数，比镀铬层的低，能显著减少与气缸的磨损，其磨损程度要比使用当前的表面处理技术降低20%-30%，同时，还具有极佳的抗高温和耐腐蚀性能。
图1是本实用新型一种实施方式的示意图。图2是本实用新型另一种实施方式的示意图。
具体实施方式
实施例1 在表面上设有纳米陶瓷涂层的活塞环参见图1，在活塞环金属基体I的表面上设有纳米陶瓷涂层3，该纳米陶瓷涂层的原料是由纳米级的氧化铝、氧化钛、氧化硅、氧化锆、氧化镁组成的混合物。原料均从市场购得，用量各为20%，经喷雾造粒制成粒径为40-100微米的复合粉料用于喷涂。使用等离子喷涂方法喷到活塞环表面上，涂层厚度约为500微米，再经机械加工得到成品。经测试，本实施例的活塞环纳米陶瓷涂层的性能参数为表面硬度高于1200HV ;结合强度高于50MPa，与基体牢固结合；孔隙率低于7%，合适的孔隙能起到保持表面油膜的作用；摩擦系数小于0.1。实施例2 在表面上设有纳米陶瓷涂层和结合层的活塞环参见图2，先在活塞环金属基体I的表面上先使用超音速喷涂技术喷涂结合层2，所用原料是金属镍粉料，结合层厚度为70微米，该结合层与活塞环金属基体表面紧密接触；在结合层上使用超音速喷涂技术喷涂纳米陶瓷涂层3，二涂层紧密接触。纳米陶瓷涂层厚度为500微米，该纳米陶瓷涂层的原料是市场购得的纳米级氧化铝、氧化钛粉料的混合物，用量各为50%。经测试，本实施例的活塞环纳米陶瓷涂层的性能参数为表面硬度高于1500HV ;结合强度高于80MPa ;孔隙率低于3% ;摩擦系数小于0.1。与实施例1相比，结合强度有了明显的提高，孔隙率亦有所降低，说明本实施例的纳米陶瓷涂层更加致密，与基体结合更加牢固。
权利要求1. 一种具有纳米陶瓷涂层的活塞环，包括活塞环金属基体，其特征在于，所述活塞环金属基体的表面上设有由热喷涂技术制备的纳米陶瓷涂层或纳米陶瓷复合涂层，所述纳米陶瓷涂层是由纳米级的氧化铝、氧化钛、氧化硅、氧化锆、氧化镁、碳化硅、碳化钨、碳化铬或其它陶瓷材料中的一种组成，涂层的厚度为100-1000微米；所述纳米陶瓷复合涂层由结合层和纳米陶瓷涂层重叠构成，其结合层与活塞环金属基体表面紧密接触，它是由金属镍、镍铝、镍铬中的一种微米级粉料构成，结合层厚度为10-100微米，所述纳米陶瓷涂层覆盖在结合层上并紧密接触。
专利摘要本实用新型涉及汽车发动机用活塞环，具体涉及具有纳米陶瓷涂层的活塞环。该活塞环包括活塞环金属基体，在活塞环金属基体的表面上设有由热喷涂技术制备的纳米陶瓷涂层或纳米陶瓷复合涂层，纳米陶瓷涂层是由纳米级的氧化铝、氧化钛、氧化硅、氧化锆、氧化镁、碳化硅、碳化钨、碳化铬或其它陶瓷材料中的一种或几种的混合物组成，涂层的厚度为100-1000微米；纳米陶瓷复合涂层由结合层和纳米陶瓷涂层重叠构成，其结合层与活塞环金属基体表面紧密接触，它是由金属镍、镍铝、镍铬中的一种或几种的微米级粉料混合构成，结合层厚度为10-100微米。本活塞环硬度可达1200-1800HV，还具有极高的韧性，同时与活塞环基体能形成牢固的结合，不容易脱落。
文档编号F02F5/00GK202867019SQ201220433220
公开日2013年4月10日 申请日期2012年8月29日 优先权日2012年8月29日
发明者薛卫昌, 程敬卿 申请人:芜湖鼎恒材料技术有限公司