一种金属复合陶瓷气缸套及其渗陶方法
【专利摘要】本发明公开了一种金属复合陶瓷气缸套，该气缸套内表面附着复合薄膜陶瓷，通过薄膜陶瓷与气缸套基体材料间发生的相互扩散在金属表面形成一种新型材料。所述的陶瓷薄膜为BN-SiN，其分子结构为六方晶体结构，具有自润滑性,渗陶后气缸套内表面摩擦系数降低约6倍、硬度提高了41%。所述的陶瓷薄膜膜层3-6微米，渗入深度35-55微米；所述的陶瓷复合薄膜在255℃-265℃的低温环境生长。本发明的金属复合陶瓷气缸套复合膜结构牢固不会脱落，气缸套内表面耐磨、耐高温、摩擦系数小，从而提高了发动机功率，降低油耗，减少排放污染。
【专利说明】一种金属复合陶瓷气缸套及其渗陶方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种金属复合陶瓷气缸套及其渗陶方法，具体是用低温等离子体化学气相沉积技术使发动机气缸套内表面获得一种金属陶瓷复合层及其实施方法。
【背景技术】
[0002]气缸套是发动机的核心零部件，它的内表面受高温高压燃气直接作用，并始终与活塞环及活塞裙部发生高速滑动摩擦，磨损较快，使气缸套内壁与活塞环间隙过早变大，造成发动机功率下降，启动困难，油耗增加，排放超标。为了使气缸套在高温、高压的恶劣环境下耐磨，减磨，人们对气缸套内表面进行渗陶处理，国内外同类技术是用火焰喷涂法或者高温等离子喷涂法向金属表面喷涂陶瓷粉，其缺点是因陶瓷、金属两种材料的热膨胀系数相差过大，易发生涂层脱落，此外，喷涂时高温陶瓷粉会引起金属表面局部过热而损毁基体材料。
【发明内容】
[0003]本发明专利的目的在于:提供一种金属复合陶瓷气缸套及其低温渗陶方法，其陶瓷复合层牢固，不会剥落，不损坏气缸套基体材料，使气缸套耐磨、减磨、耐高温，从而提高发动机功率，降低油耗，减少排放污染。
[0004]本发明解决技术问题所采取的技术方案是:该气缸套内圆表面附着复合薄膜陶瓷，通过薄膜陶瓷与气缸套基体材料间发生的相互扩散在金属表面形成一种新型材料。在陶瓷薄膜-金属复合薄膜中形成网络与微粒结构，两种结构并存，而且微晶粒子分布于网络之中。所述气缸套基体材质为普通硼铸铁；所述的陶瓷薄膜为BN-SiN，其分子结构为六方晶体结构，具有自润滑性。渗陶前气缸套内表面摩擦系数为0.776，渗陶后气缸套内表面的摩擦系数< 0.128，摩擦系数降低约6倍；渗陶前气缸套内表面硬度为HV220，渗陶后气缸套内表面硬度> HV310，硬度提高了 41%。所述的陶瓷薄膜膜层3-6微米，渗入深度35-55微米，金属与陶瓷元素双向扩散，复合膜结构牢固不会脱落。所述的陶瓷复合薄膜在2550C ±5°C_265°C ±5°C的低温环境生长，不伤害气缸套基体表面，不会使气缸套变形，不影响加工精度和装配性能。
[0005]本发明所述的气缸套渗陶方法，其步骤如下:
第一步，清洗干燥:
(1)去油污，用毛巾将气缸套端面、内孔、外圆表面的油污擦净，为化学除油作准备；
(2)化学除油，将气缸套浸入去污剂池中除油，温度68°C-72°C，9-10分钟，以洗净为
准；
(3)清洗，将气缸套在清水池中流水清洗；
(4)干燥，将气缸套用热风吹干。
[0006]第二步，装炉预热，将气缸套放置在气缸套专用渗陶炉中，通电预热2.5小时，将温度升至 255°C ±5°C_265°C ±5°C。[0007]第三步，抽真空，开启真空泵，使气缸套专用渗陶炉中的真空控制在45Pa_48Pa的范围内。
[0008]第四步，通入氮气、硅烷、硼烷，按75-77%的氮气、12-14%的硅烷、11_13%的硼烷通入气缸套专用渗陶炉内，并控制流量，保持渗陶炉内的真空度。
[0009]第五步，保温渗陶，将气缸套渗陶炉的炉温控制在265°C ±5°C的范围内，保温8小时出炉。
[0010]第六步，冷却出炉。
[0011]本发明气缸套的创新点在于将P-CVD技术(低温等离子体化学气相沉积法)应用到气缸套内表面处理，使气缸套内表面获得一层陶瓷薄膜，既增加了气缸套的高温硬度，又使缸套内表面具有自润滑性，减小摩擦，金属与陶瓷元素双向扩散，复合膜结构牢固不会脱落，特别是在< 270°C的低温状态下对气缸套内表面处理，不损坏气缸套基体材料，不会使气缸套变形，不影响加工精度和装配性能。
[0012]本发明的效果是:本发明的金属复合陶瓷气缸套复合膜结构牢固不会脱落，气缸套内表面耐磨、耐高温、摩擦系数小，其复合陶瓷层是在低温状态下生成，不损坏气缸套基体材料，气缸套变形小，气缸套内圆尺寸和形状精度高，从而提高了发动机功率，降低油耗，减少排放污染。
[0013]
【具体实施方式】
[0014]下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案，这些实施例不能理解为是对技术方案的限制。
[0015]实施例1:该气缸套内圆表面附着复合薄膜陶瓷，通过薄膜陶瓷与气缸套基体材料间发生的相互扩散在金属表面形成一种新型材料。在陶瓷薄膜-金属复合薄膜中形成网络与微粒结构，两种结构并存，而且微晶粒子分布于网络之中。所述气缸套基体材质为普通硼铸铁；所述的陶瓷薄膜为BN-SiN，其分子结构为六方晶体结构，具有自润滑性。渗陶后气缸套内表面的摩擦系数为0.128、气缸套内表面硬度为HV310。所述的陶瓷薄膜膜层3微米，渗入深度35微米，金属与陶瓷元素双向扩散，复合膜结构牢固不会脱落。所述的陶瓷复合薄膜在255°C ±5°C的低温环境生长，不伤害气缸套基体表面，不会使气缸套变形，不影响加工精度和装配性能。
[0016]本发明所述的气缸套渗陶方法，其步骤如下:
第一步，清洗干燥:
(1)去油污，用毛巾将气缸套端面、内孔、外圆表面的油污擦净，为化学除油作准备；
(2)化学除油，将气缸套浸入去污剂池中除油，温度68°C，9分钟，以洗净为准；
(3)清洗，将气缸套在清水池中流水清洗；
(4)干燥，将气缸套用热风吹干。
[0017]第二步，装炉预热，将气缸套放置在气缸套专用渗陶炉中，通电预热2.5小时，将温度升至255 °C ±5°C。
[0018]第三步，抽真空，开启真空泵，使气缸套专用渗陶炉中的真空控制在45Pa的范围内。[0019]第四步，通入氮气、硅烷、硼烷，按75%的氮气、12%的硅烷、13%的硼烷通入气缸套专用渗陶炉内，并控制流量，保持渗陶炉内的真空度。
[0020]第五步，保温渗陶，将气缸套渗陶炉的炉温控制在265°C ±5°C的范围内，保温8小时出炉。
[0021]第六步，冷却出炉。
[0022]实施例2:该气缸套内圆表面附着复合薄膜陶瓷，通过薄膜陶瓷与气缸套基体材料间发生的相互扩散在金属表面形成一种新型材料。在陶瓷薄膜-金属复合薄膜中形成网络与微粒结构，两种结构并存，而且微晶粒子分布于网络之中。所述气缸套基体材质为普通硼铸铁；所述的陶瓷薄膜为BN-SiN，其分子结构为六方晶体结构，具有自润滑性。渗陶后气缸套内表面的摩擦系数为0.124、气缸套内表面硬度为HV315。所述的陶瓷薄膜膜层6微米，渗入深度55微米，金属与陶瓷元素双向扩散，复合膜结构牢固不会脱落。所述的陶瓷复合薄膜在265°C ±5V的低温环境生长，不伤害气缸套基体表面，不会使气缸套变形，不影响加工精度和装配性能。
[0023]本发明所述的气缸套渗陶方法，其步骤如下:
第一步，清洗干燥:
(1)去油污，用毛巾将气缸套端面、内孔、外圆表面的油污擦净，为化学除油作准备；
(2)化学除油，将气缸套浸入去污剂池中除油，温度72°C，10分钟，以洗净为准；
(3)清洗，将气缸套在清水池中流水清洗；
(4)干燥，将气缸套用热风吹干。
[0024]第二步，装炉预热，将气缸套放置在气缸套专用渗陶炉中，通电预热2.5小时，将温度升至265 °C ±5°C。
[0025]第三步，抽真空，开启真空泵，使气缸套专用渗陶炉中的真空控制在48Pa的范围内。
[0026]第四步，通入氮气、硅烷、硼烷，按77%的氮气、12%的硅烷、11%的硼烷通入气缸套专用渗陶炉内，并控制流量，保持渗陶炉内的真空度。
[0027]第五步，保温渗陶，将气缸套渗陶炉的炉温控制在265°C ±5°C的范围内，保温8小时出炉。
[0028]第六步，冷却出炉。
【权利要求】
1.一种金属复合陶瓷气缸套，其特征在于:该气缸套内圆表面附着复合薄膜陶瓷，通过薄膜陶瓷与气缸套基体材料间发生的相互扩散在金属表面形成陶瓷薄膜-金属复合薄膜，该复合薄膜为网格与微粒结构，两种结构并存，而且微晶粒子分布于网格之中。
2.根据权利要求1所述的金属复合陶瓷气缸套，其特征在于:气缸套基体材质为普通硼铸铁，陶瓷薄膜为BN-SiN，其分子结构为六方晶体结构，具有自润滑性，渗陶后气缸套内表面的摩擦系数≤0.128、气缸套内表面硬度≥HV310。
3.根据权利要求1所述的金属复合陶瓷气缸套，其特征在于:气缸套内表面陶瓷薄膜膜层3-6微米，渗入深度35-55微米，金属与陶瓷元素双向扩散，复合膜结构牢固不会脱落。
4.根据权利要求1所述的金属复合陶瓷气缸套，其特征在于:气缸套内表面陶瓷复合薄膜在255°C ±5°C_265°C ±5°C的低温环境生长，不伤害气缸套基体表面，不会使气缸套变形，不影响加工精度和装配性能。
5.根据权利要求1所述的金属复合陶瓷气缸套，其渗陶方法按照以下步骤进行: 一、清洗干燥 (1)去油污，用毛巾将气缸套端面、内孔、外圆表面的油污擦净，为化学除油作准备； (2)化学除油，将气缸套浸入去污剂池中除油，温度68°C-72°C，9-10分钟，以洗净为准； (3)清洗，将气缸套在清水池中流水清洗； (4)干燥，将气缸套用热风吹干； 二、装炉预热，将气缸套放置在气缸套专用渗陶炉中，通电预热2.5小时，将温度升至2550C ±5°C -265°C ±5°C ； 三、抽真空，开启真空泵，使气缸套专用渗陶炉中的真空控制在45Pa-48Pa的范围内； 四、通入氮气、硅烷、硼烷，按75-77%的氮气、12-14%的硅烷、11-13%的硼烷通入气缸套专用渗陶炉内，并控制流量，保持渗陶炉内的真空度； 五、保温渗陶，将气缸套渗陶炉的炉温控制在265°C±5°C的范围内，保温8小时出炉； 六、冷却出炉。
【文档编号】F02F1/00GK103883418SQ201410157026
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年4月19日 优先权日:2014年4月19日
【发明者】王明泉, 高金刚, 张加中, 刘久万, 戚娟娟 申请人:江苏爱吉斯海珠机械有限公司