专利名称：一种用于内燃机工作内腔的复合铸渗层的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种用于内燃机机体和气缸盖内腔的复合铸渗层的制备方法，具体是利用铸渗技术在内燃机燃烧室、排气道内腔等工作环境恶劣的部位制备一层耐腐蚀、耐高温，与基体结合紧密的复合铸渗层的制备方法。
背景技术：
内燃机自19世纪60年代问世以来，经过不断改进和发展，已是比较完善的机械， 常见的有柴油机和汽油机等类。它通过将内能转化为机械能，是通过做功改变内能。其热效率高、功率和转速范围宽、配套方便、机动性好，所以获得了广泛的应用。全世界各种类型的汽车、拖拉机、农业机械、工程机械、小型移动电站和战车等都以内燃机为动力。海上商船、 内河船舶和常规舰艇，以及某些小型飞机也都由内燃机来推进。世界上内燃机的保有量在动力机械中居首位，它在人类活动中占有非常重要的地位。内燃机是一种由许多机构和系统组成的复杂机器。要完成能量转换，实现工作循环，保证长时间连续正常工作，各类内燃机都必须具备以下一些机构和系统曲柄连杆机构、机体和气缸盖、配气机构、供油系统、润滑系统、冷却系统和起动装置等。其中，位于内燃机机体的气缸是一个圆筒形金属机件，密封的气缸是实现工作循环、产生动力的源地。各个装有气缸套的气缸安装在机体里，它的顶端用气缸盖封闭着。活塞可在气缸套内往复运动， 并从气缸下部封闭气缸，从而形成容积作规律变化的密封空间——燃烧室。燃料在此空间内燃烧，产生的燃气动力推动活塞运动。活塞的往复运动经过连杆推动曲轴作旋转运动，曲轴再从飞轮端将动力输出。由活塞组、连杆组、曲轴和飞轮组成的曲柄连杆机构是内燃机传递动力的主要部分。可见，内燃机在工作过程中，燃烧室及排气管内腔始终处于高温、高压、 腐蚀性恶劣环境下,对这些部位的强度、高温性能、耐腐蚀性能和耐磨损性能均有较高的要求，如不加以针对性的防护，在长期使用过程中极易发生失效，使缸体、缸盖零件的可靠性和使用寿命均受到较大影响。目前，人们在生产实践中，可通过各种表面工程技术在普通材料的表面上，制造一个特殊的工作表面，使其达到防腐、耐磨、减磨、抗高温、抗氧化、隔热、绝缘、导电、防微波辐射等一系列多种功能。显然，如能将表面工程技术应用在内燃机工作内腔表面上，可实现节约材料，降低成本甚至进一步提高工作表面性能的目的。但是由于内腔加工难度大，加工部位对功能层结合强度要求高、功能层厚度应较大等诸多问题，以及考虑到工艺复杂性和成本等因素，一些常用表面处理工艺(如热喷涂、离子注入法、表面熔敷法、激光表面强化等)难以应用在这些部位。目前，人们通常在缸体、缸盖使用的铸铁或铸钢材料中整体添加改性合金元素，以提高其耐高温、耐腐蚀等工作性能，但是这样就大大增加了零件的成本。如何经济有效的将表面工程技术应用在内燃机工作内腔的制备中去，是当前该领域所需解决的技术难题。
铸渗又称铸件表面合金化，是一种在浇注过程中实现零件表面合金化从而使其表面具有特殊组织和性能，是表面改性与零件成形同时进行的一种新型表面工程技术。铸渗法是在铸型的表面涂一层含有使铸件表面合金化的材料，在浇注和凝固过程中，高温金属液与合金材料在铸件表面发生扩散和渗透现象，达到使铸件表面合金化的目的。与以上提到的非铸造途径的表面工程技术相比，它具有不需要专门设备、生产周期短、表面处理层厚、成本低、零件不变形等优点。但是目前常用铸渗工艺也存在一定的缺点，限制了其在内燃机工作内腔的应用， 如铸渗合金层中易产生气孔、夹渣的缺陷；渗层的厚度一般不超过10_，由于厚度限制而影响铸件的使用寿命，不能满足某些工况要求。其原因是构成铸渗层的合金颗粒粉末间的孔隙大小决定了铸渗过程中高温金属液渗入渗层的难易度和渗层排气性能的好坏，一般而言，孔隙平均大小越大，铸渗层能达到的最大厚度就越厚，气孔夹渣现象越少。显然，孔隙大小与合金颗粒粉末粒度大小分布直接相关粒度细或大小不均则孔隙小，渗透深度浅，直径小于O. 06mm的合金粉末不能形成合金层；粒度过大则孔隙大，但是合金颗粒不能被母材溶液完全熔化，造成渗层合金化程度差，性能不佳。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于内燃机工作内腔的复合铸渗层的制备方法用于内燃机工作内腔的渗层厚、表面质量佳、与基体结合紧密的复合铸渗层的制备方法。本发明的技术方案为
一种用于内燃机工作内腔的复合铸渗层的制备方法，包括以下步骤
(I )、准备陶瓷颗粒和合金粉末，将Ni-Cr-Fe合金粉末与陶瓷颗粒按60-80% 40-20%的体积配比混合，混合均匀后再一同置入球磨机内碾磨10-24小时，制成粒度均匀的合金包覆陶瓷表面的复合颗粒；
(2)、将溶剂、粘结剂和酒精按20-10%40-45% 40-45%的质量百分比混合搅拌制成乳液，随后将复合颗粒与乳液按65-75%: 35-25%的质量百分比混合搅拌制成糊料；
(3)、将糊料在内燃机工作内腔的型芯表面上进行多次涂覆，每次涂覆应待至前次涂覆层干后进行；
(4 )、将涂料层燃烧烘干去除水分后即可。所述的Ni-Cr-Fe合金粉末中按质量百分比包含以下组分Ni :50-60%, Cr 20-35%, Fe :5_30%。所述的陶瓷颗粒选用三氧化二铝、碳化硅、氮化钛、硼化钥或其中2种以上的混合物，颗粒大小为100-250目。所述的溶剂选用硼砂或氟化铵，所述的粘结剂为水玻璃或酚醛树脂，所述的酒精可采用水替代。所述的糊料在涂覆前的存储时间小于半小时。本发明的优点
I、铸渗工艺方法简单易行，经济实惠，可降低内燃机缸体、缸盖等部件的生产成本，节约贵重金属材料和能耗，并大大提高工作表面的性能；2、形成的渗层组织主要由陶瓷颗粒和Ni-Cr-Fe合金化组织构成，其中陶瓷颗粒可最大限度的提升表面耐磨性、强度、耐高温性和耐腐蚀性，Ni-Cr-Fe合金化后同样可大大提升金属基体的强度、韧性、耐高温和耐腐蚀等性能；
3、本发明使用合金层包覆陶瓷颗粒表面的复合颗粒，在增大颗粒尺寸的同时并不增加、甚至降低合金层的厚度，有利于高温金属液对合金层的熔化和相互合金化，可有效解决常用铸渗工艺中“粒度过大则合金颗粒不能被母材溶液完全熔化，造成渗层合金化程度差， 性能不佳”的缺点；
4、较大的复合颗粒间形成的间隙较大，有利于金属液进行渗透和气体排出。而Fe元素的加入可大大提高铸铁或铸钢金属液同铸渗复合颗粒间的润湿性，提高渗层与金属基体的结合紧密程度。综上所述，较一般铸渗方法而言，本发明制备的铸渗层可渗厚度更大，结合强度更高，合金化程度更好，表面质量更佳，能满足内燃机工作内腔的工作性能要求，可经济有效的改善和提高内燃机相应部件的工作性能、可靠性和使用寿命。
具体实施例方式实施例一
一种提高内燃机工作内腔强度、耐磨性、耐高温性和耐腐蚀性能的铸渗方法，成品铸件为球墨铸铁材质的船用柴油机气缸盖，采用重力铸造(金属型)+树脂砂芯方式，其铸渗的工艺步骤包括
I、将400目左右的SiC陶瓷颗粒与Ni-Cr-Fe合金粉末按体积配比为70 30进行混合后置入球磨机中碾磨24小时，制成粒度均匀的合金包覆陶瓷表面的复合颗粒，大小为600
目左右。2、将硼砂、水玻璃和酒精按20:40:40的质量百分比混合搅拌制成乳液，然后将复合颗粒与乳液按70:30的质量百分比混合搅拌制成糊料；
3、将糊料在形成气缸盖燃烧室和排气道工作内腔的型芯表面上进行涂敷三次，每次涂敷应待至前次涂敷层干后，整体涂层厚度为10mm，型芯使用前需点火烘干涂层水分。4、下芯，合模，浇注后待铸件冷却后出模取出铸件，对铸件内腔进行适当清整。实施例二
I、将300目左右的氮化钛陶瓷颗粒与Ni-Cr-Fe合金粉末按体积配比为70 30进行混合后置入球磨机中碾磨24小时，制成粒度均匀的合金包覆陶瓷表面的复合颗粒，大小为 500目左右。2、将氟化铵、酚醛树脂和酒精按15:40:45的质量百分比混合搅拌制成乳液，然后将复合颗粒与乳液按70:30的质量百分比混合搅拌制成糊料；
3、将糊料在形成气缸盖燃烧室和排气道工作内腔的型芯表面上进行涂敷三次，每次涂敷应待至前次涂敷层干后，整体涂层厚度为10mm，型芯使用前需点火烘干涂层水分。4、下芯，合模，浇注后待铸件冷却后出模取出铸件，对铸件内腔进行适当清整。
权利要求
1.一种用于内燃机工作内腔的复合铸渗层的制备方法，其特征在于包括以下步骤(I )、准备陶瓷颗粒和合金粉末，将Ni-Cr-Fe合金粉末与陶瓷颗粒按60-80% 40-20%的体积配比混合，混合均匀后再一同置入球磨机内碾磨10-24小时，制成粒度均匀的合金包覆陶瓷表面的复合颗粒；(2)、将溶剂、粘结剂和酒精按20-10%40-45% 40-45%的质量百分比混合搅拌制成乳液，随后将复合颗粒与乳液按65-75%: 35-25%的质量百分比混合搅拌制成糊料；(3)、将糊料在内燃机工作内腔的型芯表面上进行多次涂覆，每次涂覆应待至前次涂覆层干后进行；(4 )、将涂料层燃烧烘干去除水分后即可。
2.根据权利要求I所述的一种用于内燃机工作内腔的复合铸渗层的制备方法，其特征在于所述的Ni-Cr-Fe合金粉末中按质量百分比包含以下组分Ni =50-60%, Cr =20-35%, Fe :5_30%。
3.根据权利要求I所述的一种用于内燃机工作内腔的复合铸渗层的制备方法，其特征在于所述的陶瓷颗粒选用三氧化二铝、碳化硅、氮化钛、硼化钥或其中2种以上的混合物， 颗粒大小为100-250目。
4.根据权利要求I所述的一种用于内燃机工作内腔的复合铸渗层的制备方法，其特征在于所述的溶剂选用硼砂或氟化铵，所述的粘结剂为水玻璃或酚醛树脂，所述的酒精可采用水替代。
5.根据权利要求I所述的一种用于内燃机工作内腔的复合铸渗层的制备方法，其特征在于所述的糊料在涂覆前的存储时间小于半小时。
全文摘要
本发明公开了一种用于内燃机工作内腔的复合铸渗层的制备方法，属铸造成形与表面工程技术领域。本发明的特征在于将铸渗方法引入内燃机燃烧室、排气道等工作内腔的制备工艺过程，并针对目前常用铸渗工艺的缺陷进行改进，提供一种在工作内腔表面制备一层耐腐蚀、耐高温，与基体结合紧密的高性能复合铸渗层的工艺方法。与一般铸渗工艺相比，本发明工艺简单，制备的铸渗层可渗厚度更大，结合强度更高，合金化程度更好，表面质量更佳，能满足内燃机工作内腔的工作性能要求，可经济有效的改善和提高内燃机相应部件的工作性能、可靠性和使用寿命。
文档编号B22D19/08GK102581217SQ20121003795
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月20日 优先权日2012年2月20日
发明者吕小杰 申请人:含山县全兴内燃机配件有限公司