内燃机气缸套内表面耐磨涂层的塑变压力加工方法
【专利摘要】本发明涉及一种内燃机气缸套内表面耐磨涂层的塑变压力加工方法，属于材料工程【技术领域】。其加工方法为：首先，在气缸套内表面热喷涂0.1-3mm厚的金属、合金或金属陶瓷涂层；然后，对热喷涂涂层进行塑变压力加工。涂层塑变压力加工时，气缸套在装置的夹具中固定并随装置的转盘一起旋转，装置的内滚轮和涂层直接接触并施加进给量对涂层产生挤压，同时沿涂层在竖直方向往复运动。本发明通过塑变压力加工，使热喷涂涂层发生再结晶，生成细小均匀的再结晶组织，涂层组织无孔隙和空洞缺陷，涂层和基体之间无明显界面，显微硬度达到1200HV以上。
【专利说明】内燃机气缸套内表面耐磨涂层的塑变压力加工方法
[0001]
【技术领域】
[0002] 本发明涉及一种内燃机气缸套内表面耐磨涂层的塑变压力加工方法，属于材料工程【技术领域】。
[0003]
【背景技术】
[0004]气缸套是镶嵌在内燃机缸体内的圆筒形零件，与活塞、活塞环组成了内燃机的燃烧室。气缸套作为发动机中的一个关键零部件，决定着发动机的性能与寿命。气缸套在高温高压的恶劣环境下承受着活塞、活塞环的高速滑动摩擦。因此，气缸套是内燃机容易磨损的零件，当其磨损量达到一定值时就会使内燃机动力下降、燃油消耗量增加、排放的尾气污染超标。为了延长气缸套使用寿命，缩短发动机大修周期，必须提高内燃机气缸套的内表面硬度，达到提高气缸套的抗摩擦磨损性能。
[0005]表面改性技术是提高内燃机气缸套内表面硬度，改善耐磨性的有效途径，主要方法有:高频淬火、激光淬火、等离子淬火、高温氮化、多元合金共渗和热喷涂等。这些方法中，热喷涂制备耐磨涂层的材料可以灵活设计，因此能够获得最佳的摩擦学特征。
[0006]热喷涂技术是一种利用某种形式的热源将待喷材料加热至熔融或半熔融状态，再经高速气流或焰流雾化，将熔融、半熔融液滴加速喷射到经预处理的零件表面，使材料表面得到加工和改性，从而获得具有防腐、耐磨、抗高温等功能的表面的应用性很强的材料表层复合技术。
[0007]但是，热喷涂技术存在严重的不足，主要问题是:(1)喷涂层是由无数变形粒子相互交错呈波浪式堆叠在一起的层状组织结构，涂层中颗粒与颗粒之间不可避免地存在一些孔隙和空洞，并伴有氧化物夹杂。(2)碰撞成扁平状并随基体表面起伏的颗粒和凹凸不平的表面相互嵌合，以颗粒的机械联锁而形成的结合(抛锚效应)，一般来说，涂层与基体的结合以机械结合为主，结合强度低。(3)当熔融颗粒碰撞基体表面时，在产生变形的同时受到激冷而凝固，从而产生收缩应力。涂层的外层受拉应力，基体，有时也包括涂层的内层则产生压应力，涂层中的这种残余应力是由热喷涂条件及喷涂材料与基体材料的物理性质的差异造成的，影响了涂层的质量、限制了涂层的厚度。
[0008]
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于提供一种内燃机气缸套内表面耐磨涂层的塑变压力加工方法。采用本发明的方法，可以消除内燃机气缸套内表面热喷涂涂层的层状组织、孔隙、空洞及残余应力，大幅度提闻涂层和基体的结合强度。
[0010]本发明的技术方案是:一种内燃机气缸套内表面耐磨涂层的塑变压力加工方法，包括以下步骤:
(1)内燃机气缸套内表面除油和喷砂
除油采用3-4%NaCl水溶液浸泡10-20分钟,再用清水清洗；喷砂采用棕色氧化招砂粒，粒度为500-550 u m,喷砂机喷嘴出口压力为0.6-0.7MPa，喷嘴与内燃机气缸套内表面的距离为 25-30 mm ；
(2)内燃机气缸套内表面热喷涂制备耐磨涂层
对经过表面除油和喷砂处理的内燃机气缸套内表面进行热喷涂，获得0.l-3mm涂层；
(3)热喷涂涂层的塑变压力加工
内燃机气缸套在装置的夹具中固定并随装置的转盘一起旋转，装置的内滚轮和涂层直接接触并施加进给量对涂层产生挤压，同时沿涂层在竖直方向往复运动。
[0011]所述热喷涂为氧-乙炔火焰喷涂、等离子喷涂、电弧喷涂或超音速火焰喷涂。
[0012]所述热喷涂用原材料为金属、合金或金属陶瓷。
[0013]所述热喷涂涂层塑变压力加工时，其装置主轴转速为200-800rpm，装置的滚轮直径为4 10-4 100_，其移动速度为10-100mm/min。
[0014]所述内燃机气缸套内表面耐磨涂层的塑变压力加工装置示意图见图1。装置的主轴带动装置的转盘旋转，内燃机气缸套在夹具中固定并随转盘一起旋转。装置中设有二对滚轮且沿内燃机气缸套的周向均匀分布，内外两滚轮的中心线必须经过气缸套的中心。滚轮和涂层直接接触并施加进给量对涂层产生挤压，同时沿涂层在竖直方向往复运动。
[0015]本发明的有益效果是:本发明通过塑变压力加工，使热喷涂涂层发生再结晶，生成细小均匀的再结晶组织，涂层组织无孔隙和空洞缺陷，显微硬度达到1200HV以上，涂层和基体之间无明显界面，如图2所示。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是内燃机气缸套内表面耐磨涂层的塑变压力加工装置的示意图。其中I是气缸套，2是外滚轮，3是 内滚轮，4是外轮架，5是内轮架，6是夹具，7是转盘，8是底座，9是主轴。
[0017]图2是实施例2制备的涂层经过塑变压力加工后，涂层及界面的组织形貌。
[0018]
【具体实施方式】
[0019]以下结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
[0020]以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案做进一步作描述，但是本发明的保护范围并不限于这些实施例。凡是不背离本发明构思的改变或等同替代均包括在本发明的保护范围之内。
[0021]实施例1内燃机气缸套内表面耐磨涂层的塑变压力加工方法 基体材料:铝合金。
[0022]涂层粉末材料:高速钢粉末。粉末粒度20 ii m-50 ii m。
[0023]涂层制备方法:氧-乙炔火焰喷涂。涂层厚度:0.1mm。
[0024]塑变压力加工工艺参数:装置主轴的转速为200rpm，滚轮直径为4 10mm，滚轮移动速度为10mm/min。
[0025]实施例2内燃机气缸套内表面耐磨涂层的塑变压力加工方法 基体材料:20钢。
[0026]涂层粉末材料:三元硼化物金属陶瓷粉末。粉末粒度20 ii m-50 ii m。
[0027]涂层制备方法:等离子喷涂。涂层厚度:0.2mm。
[0028]塑变压力加工工艺参数:装置主轴的转速为600rpm，滚轮直径为4 40mm，滚轮移动速度为30mm/min。
[0029]实施例3内燃机气缸套内表面耐磨涂层的塑变压力加工方法 基体材料:灰铸铁。
[0030]涂层粉末材料:钴基合金粉末。粉末粒度20 ii m-50 ii m。
[0031]涂层制备方法:超音速火焰喷涂。涂层厚度:3mm。
[0032]塑变压力加工工艺参数:装置主轴的转速为800rpm，滚轮直径为4 100mm，滚轮移动速度为100mm/min。
[0033]以实施例2为例，本发明加工的涂层的形貌见图2。由图2可知，所制备的涂层组织无孔隙和空洞缺陷，涂层和基体之间无明显界面。所制备涂层的显微硬度达到1200HV以上。
[0034]上述实施例中涂层制·备方法可用电弧喷涂或其他热喷涂法替代。
【权利要求】
1.一种内燃机气缸套内表面耐磨涂层的塑变压力加工方法，包括以下步骤: (1)内燃机气缸套内表面除油和喷砂 除油采用3-4%NaCl水溶液浸泡10-20分钟,再用清水清洗；喷砂采用棕色氧化招砂粒，粒度为500-550 u m,喷砂机喷嘴出口压力为0.6-0.7MPa，喷嘴与内燃机气缸套内表面的距离为 25-30 mm ； (2)内燃机气缸套内表面热喷涂制备耐磨涂层 对经过表面除油和喷砂处理的内燃机气缸套内表面进行热喷涂，获得0.l-3mm涂层； (3)热喷涂涂层塑变压力加工 内燃机气缸套在装置的夹具中固定并随装置的转盘一起旋转，装置的内滚轮和涂层直接接触并施加进给量对涂层产生挤压，同时沿涂层在竖直方向往复运动。
2.根据权利要求1所述的一种内燃机气缸套内表面耐磨涂层的塑变压力加工方法，其特征在于:所述热喷涂为氧-乙炔火焰喷涂、等离子喷涂、电弧喷涂或超音速火焰喷涂。
3.根据权利要求1所述的内燃机气缸套内表面耐磨涂层的塑变压力加工方法，其特征在于:所述热喷涂用原材料为金属、合金或金属陶瓷。
4.根据权利要求1所述的内燃机气缸套内表面耐磨涂层的塑变压力加工方法，其特征在于:所述热喷涂涂层塑变压力加工进行时，其装置主轴的转速为200-800rpm，滚轮直径为4 10-4 100mm,滚轮移·动速度为10-100mm/min。
【文档编号】C23C4/18GK103572194SQ201310584101
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年11月20日 优先权日:2013年11月20日
【发明者】周小平, 王小军, 朱理奎 申请人:湖北工业大学