专利名称：汽车发动机活塞销的表面处理工艺方法
技术领域：
本发明涉及一种汽车发动机活塞销的表面处理工艺方法，属等离子表面化学热处理工艺技术领域。
背景技术：
当前国内外汽车工业飞速发展的形势对汽车零部件尤其是发动机的质量要求越来越高，而活塞销又是汽车发动机的关键零件，其加工质量的好坏直接影响发动机的质量，尤其是高速度、高质量、大马力内燃机的发展对活塞的要求更高。
活塞销要具有耐高温、高耐磨和高抗载能力是汽车工业发展的要求。目前一般传统采用的汽车发动机活塞销的热处理工艺为先在合金钢活塞销表面于930℃下渗碳并空气冷却，接着于840℃淬火，随后经170～200℃回火3小时，这种工艺条件下处理过的活塞销，其外表面硬度较高，能适当提高活塞销本身的耐磨性，然而却加剧了由铝合金制成的活塞销环座的磨损，从而造成活塞销与活塞销环座的尺寸匹配逐渐变环不符合要求，导致零件的失效。因此，要找到一种处理工艺方法，在提高活塞销表面摩擦学性能的同时，也能增强对活塞环座的保护。
为了增强材料摩擦学性能，人们在提高材料表面硬度和润滑性能方面做了大量工作，如电镀铬和镍，等离子喷涂、物理气相沉积、化学气相沉积等表面处理工艺，虽然这些表面处理能在一定程度上提高工件的表面硬度，但因涂层与基体材料之间的弹性模量和膨胀系数的巨大差异，导致涂层与基体的结合力较差，容易出现开裂和剥落的现象，降低了冲击磨损抗力，这就限制了这些涂层技术的广泛应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种既可提高活塞销的耐磨性，又可降低活塞销环座耐磨能力的表面处理工艺方法。
本发明一种汽车发动机活塞销的表面处理工艺方法，其特征是具有以下工艺过程和步骤
a.首先将锰钢材料制的汽车发动机活塞销置于传统所用的离子氮化炉中进行等离子表面渗氮，离子渗氮处理的工艺参数是温度为510～520℃，时间为12～15小时，渗氮气压为400～600Pa；b.接着在渗氮后的表面上再进行等离子复合渗硫，采用二硫化碳和氨气混合气体，二硫化碳和氨气的流量比为1∶40～1∶60，复合渗硫工艺参数是温度为510～520℃，时间为3～4小时，气流的气压为400～600pa；最终使活塞销表面形成FeS和FeS2硫化物层及氮化物层。
本发明表面处理工艺是在等离子渗氮的基础之上进行复合渗硫，从而在活塞销上形成次表面硬度较高而表面润滑性能良好的梯度表面层。本发明方法中，通过等离子渗氮首先形成高硬度的氮化物(ε加γ’相)层，然后在此基础上进行复合渗硫，形成碳化物层，主要为FeS和FeS2，该硫化物层具有良好的润滑性能；氮化物层与基体以及硫化物层与氮化物层的良好结合，在活塞销表面形成理想的硬度梯度材料。
本发明方法特点是在预渗氮后等离子渗硫可在提高活塞销表面摩擦学性能的同时，增强了对活塞销环座的保护；另外本方法中处理温度较低，保证了活塞销的变形量极小；本方法中活塞销表面形成的硫化物层是优良的润滑物质，可显著降低材料的表面摩擦系数，起到良好的减磨作用。
具体实施例方式
现将本发明的具体实施例叙述于后。
实施例1本实施例的工艺步骤如下1.首先将16Mn钢材料制的活塞销置于传统所用的离子氮化炉中进行等离子表面渗氮。离子渗氮处理的工艺参数为温度515℃，渗氮时间14小时，渗氮气压500Pa。
2.接着在渗氮后的表面上再进行等离子复合渗硫，采用二硫化碳和氨气混合气体，二硫化碳与氨气的流量比为1∶50；复合渗硫工艺参数是温度为510℃，时间为3小时，气流的气压为500pa；最终使活塞销表面形成氮化物层及FeS和FeS2硫化物层。
活塞销经表面处理后，经仪器检测，氮化物次表面层的硬度为HV550～650，渗层深度为0.2～0.3mm；而表面硫化物层其硬度为HV50～100，且具有很低的摩擦系数和良好的润滑性能，它们与基体结合非常完好。
对经本发明方法处理后的活塞销，在室温条件下进行了摩擦学性能测试实验。在测试中使用了LY12铝合金的常用活塞销环座材料，以正确地模拟活塞销的实际工况。在试验中发现，与渗氮硫试样对磨的LY12铝合金材料表面的粗糙度、磨损率、平均摩擦系数的数值及波动幅度都较传统表面处理的试样低，可以效地保护活塞销环座材料。
对经本发明方法处理后的活塞销进行了粗糙度及变形量的测试，发现其粗糙度和形变量均在规定范围，证明本发明方法在活塞销实际生产中是切实可行的。
权利要求
1.一种汽车发动机活塞销的表面处理工艺方法，其特征是具有以下工艺过程和步骤a.首先将锰钢材料制的汽车发动机活塞销置于传统所用的离子氮化炉中进行等离子表面渗氮，离子渗氮处理的工艺参数是温度为510～520℃，时间为12～15小时，渗氮的炉压为400～600Pa；b.接着在渗氮后的表面上再进行等离子复合渗硫，采用二硫化碳和氨气混合气体，二硫化碳和氨气的流量比为1∶40～1∶60，复合渗硫工艺参数是温度为510～520℃，时间为3～4小时，气流的气压为400～600Pa；最终使活塞销表面形成FeS和FeS2硫化物层及氮化物层。
全文摘要
本发明涉及一种汽车发动机活塞销的表面处理工艺方法，属等离子表面化学热处理工艺技术领域。本发明方法是以活塞销16Mn钢为对象，在离子氮化炉中进行等离子表面渗氮，然后再进行等离子表面复合渗硫；渗氮温度为510～520℃，时间为12～15小时，渗氮气压为400～600Pa；等离子复合渗硫采用二硫化碳和氨气混合气体，其流量比为1∶40～1∶60，渗硫温度为510～520℃，时间为3～4小时，炉内压力为400～600Pa；最终使活塞销表面形成氮化物层及FeS和FeS
文档编号C23C8/06GK1699618SQ20051002623
公开日2005年11月23日 申请日期2005年5月27日 优先权日2005年5月27日
发明者吴晓春, 陈锐, 张君 申请人:上海大学