专利名称：铬基陶瓷复合镀层的活塞环的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种发动机活塞环，尤其涉及一种汽车发动机铬基陶瓷复合镀层的活 塞环。
背景技术：
随着发动机、尤其是车用柴油发动机向高压缩比、高输出功率、低排放、长寿命方 向发展，增压中冷、电控高压喷射等技术的使用越来越广泛，作为发动机心脏部件的活塞 环，尤其是第一道环，其所承受的热负荷及机械负荷越来越大。以目前使用最广泛的外圆镀 铬活塞环为例，在热负荷以及机械负荷超过铬层所能正常承受极限的情况下，尤其是活塞 环与缸壁间油膜达到临界状态下，会导致磨损恶化，活塞环使用寿命达不到要求，严重的还 会产生熔着磨损，出现“拉缸”甚至铬层脱落。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可使发动机在整个工作过程均保持良好的状态、同 时又能解决活塞环磨粒磨损问题的铬基陶瓷复合镀层活塞环。本发明通过以下方案实现包括以下部分第一道气环采用梯形半镶嵌偏桶面，即该环的截面呈梯形，外圆面部分镶嵌陶瓷 微粒。可与气缸壁凸圆弧面接触，使活塞上下移动时均能形成油楔作用，改善润滑，避免棱 缘负荷，能很好适应活塞的摆动及气缸表面且拥有良好的刮油性能和密封性能。第二道气环采用反扭曲锥面环；其密封性、磨合性好(线接触)，可防止“泵油”， 并形成油楔，改善润滑和提高刮油能力；外圆面氮化，极大提高表面硬度，降低摩擦系数，增 强耐磨性，抗腐蚀性能好，导热性能好。油环合件异向倒角螺旋弹簧油环，油环内的弹簧节距可调；具有较高的弹性保 持性，提高了环的径向压力(800 1200MPA)，保证油环与气缸壁均勻而稳定的贴合，能减 小磨损及降低机油消耗量；外圆面镀铬，极大提高了抗磨料磨损性能和改善耐熔着性能。三道环平行装配在活塞环槽中，第一道气环和第二道气环开口错开位置设置，油 环合件安装时油环本体和弹簧开口错开位置设置。本发明所述第一道气环外圆面镀有铬基陶瓷复合镀层。第二道气环外圆面经氮化 处理过。油环本体外圆面覆盖有镀铬层。本发明所述铬基陶瓷复合镀层中陶瓷微粒含量高达5_6%，且陶瓷微粒分布于铬 层网纹及孔隙中。本发明所述陶瓷微微粒为三氧化二铝微粒。本发明所述第一道气环和第二道气环开口夹角为90-180°，油环本体和弹簧开口 夹角为90-180°。本发明所述三氧化二铝微粒的粒径为2-6微米。本发明可使活塞环能够承受较大的热负荷和机械负荷，即使在活塞环与缸壁油膜
3处于边界状态下，也不会发生“拉缸”；同时由于嵌入了高硬度的陶瓷微粒，耐磨性能也得到 极大提高，能够满足现代发动机高性能要求，达到长寿命、低排放、高性能。1、采用特殊工 艺，使铬层中陶瓷微粒含量高达5 6%，且陶瓷微粒分布于铬层网纹及孔隙中，不会增加 铬层脆性，保证加工性能。2、可改善镀层性能，如耐磨性、耐蚀性等。3、具有优良的综合性 能，成本增加少。4、从性能上比较初期磨合性能达到特种珩磨，而在整个工作过程中储油 性均达到松孔镀铬活塞环水平，而松孔镀铬活塞环仅在使用初期起作用；抗拉缸性能强于 喷钼活塞环；承受高热负荷、机械负荷能力更是喷钼、镀铬活塞环所不能相比的；耐磨性较 喷钼、镀铬活塞环提高明显。
图1为本发明活塞环的总体结构示意图；图2为本发明第一道气环的端面结构示意图；图3为本发明第二道气环的端面结构示意图；图4为本发明油环合件的端面结构示意图；图5 为本发明第一道气环工作面陶瓷元素面分布图(在扫描电镜下)；图6 为本发明第一道气环断面陶瓷元素面分布图(在扫描电镜下)；图7 为本发明第一道气环镀层表面网纹(X500倍显微镜下)；图8 为本发明第一道气环镀层断面孔隙(X100倍显微镜下)。
具体实施例方式以下结合实施例对本发明进行详细说明。实施例1 参见附图1-4，本实施例为<2 93mm活塞环，包括第一道气环1、第二道气环2、油环 合件3组成，其中油环合件3由油环本体6和弹簧7组成。三道活塞环平行地装配在活塞 环槽中，第一道气环1和第二道气环2开口夹角180°，油环合件安装时油环本体和弹簧开 口夹角为180°，以防开口重叠时，混合气从开口处串入曲轴箱内，影响发动机的动力性和 润滑油的质量。第一道气环采用梯形半镶嵌偏桶面结构，该环的截面4呈梯形，外圆面5部 分镶嵌2 4微米的陶瓷微粒；第二道气环采用反扭曲锥面环结构，外圆面经氮化处理过。 油环合件3采用成型磨削异向倒角螺旋弹簧油环结构，油环内的弹簧7节距可调。第一道气环的外圆面镀有铬基陶瓷复合镀层，具体步骤如下取<2 93mm活塞环，在900升镀铬液中，其中铬酐200克/升，硫酸2克/升，三价 铬2. 5克/升，催化剂AFC 5克/升，电流密度80A/平方分米，电镀时间12分钟，先镀一层 20微米硬铬；物化法加工铬层网纹，密度100条/毫米，宽2微米，深10微米，将三氧化二 铝陶瓷微粒嵌入网格中固定；在900升镀铬液中(组份同上)，电流密度80A/平方分米，电 镀时间5分钟，进行封闭；再从头开始重复20次，铬基陶瓷复合镀层厚度为300微米。第一 道气环经加工成品后，铬基陶瓷复合镀层厚度为160微米，由多层单元复合层组成，层状结 构陶瓷微粒含量工作面5.3%，断面5.8%，分布在铬层的微裂纹及其交叉形成的空隙中。本发明能够满足现代发动机高性能要求，达到长寿命、低排放、高性能。实施例2第一道气环1和第二道气环2开口夹角120°，第一道气环外圆面5部分镶嵌2
46微米的陶瓷微粒，其它结构与实施例1相同。
权利要求
一种铬基陶瓷复合镀层的活塞环，其特征在于包括以下部分第一道气环采用梯形半镶嵌偏桶面，即该环的截面呈梯形，外圆面部分镶嵌陶瓷微粒；第二道气环为反扭曲锥面环；油环合件为异向倒角螺旋弹簧油环，由油环本体和弹簧组成，油环本体内的弹簧节距可调；三道环平行装配在活塞环槽中，第一道气环和第二道气环开口错开位置设置，油环合件安装中油环本体和弹簧开口错开位置设置。
2.根据权利要求1所述的铬基陶瓷复合镀层的活塞环，其特征在于所述第一道气环 外圆面镀有铬基陶瓷复合镀层。
3.根据权利要求1所述的铬基陶瓷复合镀层的活塞环，其特征在于第二道气环外圆 面经氮化处理过。
4.根据权利要求1或2或3所述的铬基陶瓷复合镀层的活塞环，其特征在于油环外圆面覆盖有镀铬层。
5.根据权利要求2所述的铬基陶瓷复合镀层的活塞环，其特征在于铬基陶瓷复合镀 层中陶瓷微粒含量高达5-6%，且陶瓷微粒分布于铬层网纹及孔隙中。
6.根据权利要求5所述的铬基陶瓷复合镀层的活塞环，其特征在于陶瓷微微粒为三氧化二铝微粒。
7.根据权利要求1或2或3所述的铬基陶瓷复合镀层的活塞环，其特征在于第一道气 环和第二道气环开口夹角为90-180°，油环合件中油环本体和弹簧开口夹角为90-180°。
8.根据权利要求6所述的铬基陶瓷复合镀层的活塞环，其特征在于三氧化二铝微粒 的粒径为2-6微米。
全文摘要
本发明公开了一种铬基陶瓷复合镀层的活塞环，包括以下部分第一道气环采用梯形半镶嵌偏桶面，即该环的截面呈梯形，外圆面部分镶嵌陶瓷微粒。第二道气环采用反扭曲锥面环；油环合件为异向倒角螺旋弹簧油环，油环内的弹簧节距可调；三道环平行装配在活塞环槽中，第一道气环和第二道气环开口错开位置设置。本发明所述第一道气环外圆面镀有铬基陶瓷复合镀层。铬基陶瓷复合镀层中陶瓷微粒含量高达5-6％。本发明可使活塞环能够承受较大的热负荷和机械负荷，即使在活塞环与缸壁油膜处于边界状态下，也不会发生“拉缸”；同时由于嵌入了高硬度的陶瓷微粒，耐磨性能也得到极大提高，能够满足现代发动机高性能要求，达到长寿命、低排放、高性能。
文档编号F02F5/00GK101929405SQ20101025202
公开日2010年12月29日 申请日期2010年8月12日 优先权日2010年8月12日
发明者卢川, 曾小春, 段翔 申请人:江铃汽车股份有限公司