专利名称：一种渗浸陶瓷活塞环及其渗浸陶瓷的方法
技术领域：
本发明涉及发动机零部件及其表面处理工艺，具体涉及一种渗浸陶瓷活塞环及其渗浸陶瓷的方法。
背景技术：
活塞环是往复活塞式发动机的关键零件，其质量直接影响到发动机的整体性能， 如功率、耗油量和尾气排放等。活塞环包括气环和油环，安装在活塞上与气缸配合，活塞的顶部与气缸盖、气缸壁共同组成燃烧室；活塞的主要作用是承受气缸中的气体压力，并将此压力通过活塞销传递给连杆，以推动曲轴旋转。气环的主要作用保证活塞与气缸壁间的密封，防止高温、高压燃气大量漏入曲轴箱，同时还将活塞顶部的大部分热量传递到气缸壁， 再由空气或冷却水带走；密封是导热的前提，如果气环密封不好，高压燃气将直接从气环的外圆表面漏入曲轴箱，这样不但由于气环和气缸壁贴合不严而不能很好地散热，相反地气环的外圆表面还要接收附加的热量，导致油耗上升、排除尾气中的有害物质增多，最后，必将导致活塞和气环烧坏。气缸内的高压燃气漏入曲轴箱的主要通路是活塞气环的切口，而普通的活塞气环为开有直切口的单片环，装在活塞上与气缸壁配合后，切口两端虽然接触， 但仍然存在间隙；为了加强对气缸体的密封，通常在活塞上装有2 - 3这种单片气环，并使各气环的切口相互错开，形成“迷宫”式的密封结构；实践证明这种“迷宫”式的密封结构还是存在环间窜气的缺陷，特别是在使用过程中，会出现各环切口相互靠近甚至对齐，造成短路漏气的情况发生，密封效果显著变差。为了改善活塞气环的密封性，人们提出了多种改进活塞气环结构和切口形状的技术方案如将单片环的直切口改为斜切口或者阶梯切口、 将单片环改为两片切口错开的双片组合环，等等。为了延长活塞环的使用寿命，人们对活塞气环的材料进行了研究，如将合金铸铁改为不锈钢；有的对活塞环的表面进行强化处理，如 CN 20131953 Y公告的“一种喷钼活塞环”，它在活塞外圆面上布满许多细小的镶嵌槽，镶嵌槽外再喷涂NiCrAl过度层和钼层。这些技术方案虽然对活塞环都有一定加强密封和延长使用寿命的效果，但有的效果不理想，有的工艺复杂且可靠性差，有的密封效果较好而耐磨性、弹性模量和热稳定性较差使用寿命短，都没有很好地解决现有活塞气环存在的漏气和使用寿命问题。本发明的目的是提供一种渗浸陶瓷活塞环，它密封可靠、导热性好，弹性好而且耐磨、使用寿命长，能改善和提高发动机的整机性能，降低能耗，减少排除废气中的有害物质含量。本发明所述的一种渗浸陶瓷活塞环，包括用不锈钢制作的活塞环本体和封口件， 活塞环本体呈开口圆环状，封口件设在活塞环本体开口处的一端上，其特征是在活塞环本体的外圆柱面上附着有陶瓷薄膜层，在陶瓷薄膜层之后有扩散层；陶瓷薄膜层的厚度为 5 - 10 μ m，扩散层的厚度为30 — 60μπι。所述的一种渗浸陶瓷活塞环，其所述封口件为长方形封口片或者为“L”形封口片。
所述的一种渗浸陶瓷活塞环，其所述活塞环本体的材质为6Crl3M0不锈钢。所述的一种渗浸陶瓷活塞环，其所述活塞环本体为一单片开口圆环，在开口处的两端部上分别设有轴向槽口，长方形封口片的一部分与一端部上的轴向槽口固定连接、另一部分与另一端部上的轴向槽口对应配合。所述的一种渗浸陶瓷活塞环，其所述活塞环本体为一片呈开口圆环状的下环和一片呈开口圆环状的上环组成；所述下环开口处的一端部上设有轴向槽口，“L”形封口片的水平部分插入轴向槽口内并固定连接，且“L”形封口片的右端与该轴向槽口齐平，“L”形封口片的竖直部分凸出于下环的上面；所述上环开口处的两端部上分别设有轴向槽口，上环重叠在下环的上面，上环两端部上的轴向槽口与“L”形封口片的竖直部分配合，上环的开口与下环的开口相互错开。所述的一种渗浸陶瓷活塞环，其所述下环和上环的厚度相等。本发明的另一个目的是提供一种活塞环渗浸陶瓷的方法，通过该方法能提高活塞环的耐磨性、热稳定性，延长使用寿命。本发明所述的一种活塞环渗浸陶瓷的方法，其步骤如下
第一步，清洗干燥，用120 #溶剂清洗开口处固定连接有封口件的活塞环本体，去除油污和杂物颗粒，然后，用热风吹干；
第二步，装炉预热，将吹干后的活塞环本体重叠装在圆筒夹具上，放置在热处理真空炉中，并使圆筒夹具之间保持一定间隔，以保证加热均勻；然后，通电预热1 一 2小时，温度升至 200°C— 250°C 士5°C ；
第三步，抽真空，开启真空泵，使热处理真空炉的真空控制在50 - 55Pa的范围内； 第四步，通入氮气、硅烷、硼烷，按80 — 85%的氮气、5 — 10%的硅烷、10 — 15%的硼烷通入热处理真空炉内，并控制流量，保持炉内的真空度；
第五步，保温渗陶，将热处理真空炉的炉温控制在250°C 士5°C的范围内，保温8. 5小时一10小时；
第六步，冷却出炉。所述的一种活塞环渗浸陶瓷的方法，其所述的所述活塞环本体为一单片开口圆环，在开口处的两端部上分别设有轴向槽口，长方形封口片的一部分与一端部上的轴向槽口固定连接、另一部分与另一端部上的轴向槽口对应配合；
或者所述活塞环本体为一片呈开口圆环状的下环和一片呈开口圆环状的上环组成；所述下环开口处的一端部上设有轴向槽口，“L”形封口片的水平部分插入轴向槽口内并固定连接，且“L”形封口片的右端与该轴向槽口齐平，“L”形封口片的竖直部分凸出于下环的上面；所述上环开口处的两端部上分别设有轴向槽口。本发明和现有技术相比具有以下优点它密封可靠、导热性好，弹性好而且耐磨、 使用寿命长，能改善和提高发动机的整机性能，降低能耗，减少排除废气中的有害物质含量。排除废气中的HC在200 - 550ppm的范围内(标准值< 1200ppm)、CO在1 一 2. 2%的范围内(标准值<4.5% )。
图1是本发明为一单片结构的使用状态示意图；图2是图1的俯视图； 图3是图1的A部剖视图4是本发明为一单片开口圆环的自由状态示意图； 图5是本发明为一片下环和一片上环组合结构的使用状态示意图； 图6是图5的俯视图； 图7是图5的A部剖视图； 图8是上环自由状态的示意图； 图9是图8的俯视图； 图10是下环自由状态的示意图； 图11是图10的俯视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。实施例一参见图1、图2、图3和图4所示的为单片结构的渗浸陶瓷活塞环，包括用6Crl3M0不锈钢制作的活塞环本体1和长方形封口片4，活塞环本体呈开口圆环状，在开口处的两端部上分别设有轴向槽口，长方形封口片4的一部分与一端部上的轴向槽口固定连接、另一部分与另一端部上的轴向槽口对应配合；在活塞环本体1的外圆柱面上附着有陶瓷薄膜层2，在陶瓷薄膜层之后有扩散层3 ；陶瓷薄膜层2的厚度为8 μ m，扩散层的厚度为 45 μ m0上述单片结构的活塞环渗浸陶瓷的方法步骤如下
第一步，清洗干燥，用120 #溶剂清洗开口处固定连接有封口件的活塞环本体1，去除油污和杂物颗粒，然后，用热风吹干；
第二步，装炉预热，将吹干后的活塞环本体1重叠装在圆筒夹具上，放置在热处理真空炉中，并使圆筒夹具之间保持一定间隔，以保证加热均勻；然后，通电预热2小时，温度升至 2300C 士5°C ；
第三步，抽真空，开启真空泵，使热处理真空炉的真空控制在50 - 55Pa的范围内； 第四步，通入氮气、硅烷、硼烷，按80%的氮气、5%的硅烷、15%的硼烷通入热处理真空炉内，并控制流量，保持炉内的真空度；
第五步，保温渗陶，将热处理真空炉的炉温控制在230°C 士5°C的范围内，保温8. 5小
时；
第六步，冷却出炉。实施例二 参见图5、图6、图7、图8、图9、图10和图11所示的为两片组合结构的渗浸陶瓷活塞环，活塞环本体1为一片呈开口圆环状的下环1 一 1和一片呈开口圆环状的上环1 一 2组成，材质为6Crl3M0不锈钢；所述下环1 一 1开口处的一端部上设有轴向槽口，“L”形封口片5的水平部分插入轴向槽口内并固定连接，且“L”形封口片的右端与该轴向槽口齐平，“L”形封口片5的竖直部分凸出于下环1 一 1的上面；所述上环1 一 2开口处的两端部上分别设有轴向槽口，上环1 一 2重叠在下环1 一 1的上面，上环两端部上的轴向槽口与“L”形封口片5的竖直部分配合，上环1 一 2的开口与下环1 一 1的开口相互错开； 所述下环1一 1和上环1一 2的厚度相等。在下环1一 1和上环1一 2的外圆柱面上附着
6有陶瓷薄膜层2，在陶瓷薄膜层之后有扩散层3 ；陶瓷薄膜层2的厚度为10 μ m，扩散层的厚度为60ymo 上述两片组合结构的活塞环渗浸陶瓷的方法步骤如下
第一步，清洗干燥，用120 #溶剂清洗下环1 一 1和上环1 一 2，去除油污和杂物颗粒， 然后，用热风吹干；
第二步，装炉预热，将吹干后的活塞环本体1重叠装在圆筒夹具上，放置在热处理真空炉中，并使圆筒夹具之间保持一定间隔，以保证加热均勻；然后，通电预热1. 5小时，温度升至 250°C 士5°C ；
第三步，抽真空，开启真空泵，使热处理真空炉的真空控制在50 - 55Pa的范围内； 第四步，通入氮气、硅烷、硼烷，按80%的氮气、10%的硅烷、10%的硼烷通入热处理真空炉内，并控制流量，保持炉内的真空度；
第五步，保温渗陶，将热处理真空炉的炉温控制在250°C 士5°C的范围内，保温9小时； 第六步，冷却出炉。
权利要求
1.一种渗浸陶瓷活塞环，包括用不锈钢制作的活塞环本体(1)和封口件，活塞环本体呈开口圆环状，封口件设在活塞环本体开口处的一端上，其特征是在活塞环本体(1)的外圆柱面上附着有陶瓷薄膜层(2)，在陶瓷薄膜层之后有扩散层(3)；陶瓷薄膜层(2)的厚度为5 - 10 μ m，扩散层的厚度为30 - 60ymo
2.根据权利要求1所述的一种渗浸陶瓷活塞环，其特征是所述封口件为长方形封口片(4)或者为“L”形封口片(5)。
3.根据权利要求1或2所述的一种渗浸陶瓷活塞环，其特征是所述活塞环本体(1)的材质为6Crl3M0不锈钢。
4.根据权利要求1或2所述的一种渗浸陶瓷活塞环，其特征是所述活塞环本体(1)为一单片开口圆环，在开口处的两端部上分别设有轴向槽口，长方形封口片(4)的一部分与一端部上的轴向槽口固定连接、另一部分与另一端部上的轴向槽口对应配合。
5.根据权利要求1或2所述的一种渗浸陶瓷活塞环，其特征是所述活塞环本体(1)为一片呈开口圆环状的下环(1 一 1)和一片呈开口圆环状的上环(1 - 2)组成；所述下环(1 -1)开口处的一端部上设有轴向槽口，“L”形封口片(5)的水平部分插入轴向槽口内并固定连接，且“L”形封口片的右端与该轴向槽口齐平，“L”形封口片(5)的竖直部分凸出于下环 (1 - 1)的上面；所述上环(1 - 2)开口处的两端部上分别设有轴向槽口，上环(1 一 2)重叠在下环(1 - 1)的上面，上环两端部上的轴向槽口与“L”形封口片(5)的竖直部分配合， 上环(1 - 2)的开口与下环(1 - 1)的开口相互错开。
6.根据权利要求5所述的一种渗浸陶瓷活塞环，其特征是所述下环(1- 1)和上环 (1 一 2)的厚度相等。
7.一种活塞环渗浸陶瓷的方法，其步骤如下第一步，清洗干燥，用120 #溶剂清洗开口处固定连接有封口件的活塞环本体(1)，去除油污和杂物颗粒，然后，用热风吹干；第二步，装炉预热，将吹干后的活塞环本体(1)重叠装在圆筒夹具上，放置在热处理真空炉中，并使圆筒夹具之间保持一定间隔，以保证加热均勻；然后，通电预热1 一 2小时，温度升至 200 °C— 250 °C 士 5°C ；第三步，抽真空，开启真空泵，使热处理真空炉的真空控制在50Pa - 55Pa的范围内；第四步，通入氮气、硅烷、硼烷，按80 — 85%的氮气、5 — 10%的硅烷、10 — 15%的硼烷通入热处理真空炉内，并控制流量，保持炉内的真空度；第五步，保温渗陶，将热处理真空炉的炉温控制在250°C 士5°C的范围内，保温8. 5小时一10小时；第六步，冷却出炉。
8.根据权利要求7所述的一种活塞环渗浸陶瓷的方法，其特征是所述的所述活塞环本体(1)为一单片开口圆环，在开口处的两端部上分别设有轴向槽口，长方形封口片(4)的一部分与一端部上的轴向槽口固定连接、另一部分与另一端部上的轴向槽口对应配合；或者所述活塞环本体(1)为一片呈开口圆环状的下环(1 - 1)和一片呈开口圆环状的上环(1 - 2)组成；所述下环(1 - 1)开口处的一端部上设有轴向槽口，“L”形封口片(5) 的水平部分插入轴向槽口内并固定连接，且“L”形封口片的右端与该轴向槽口齐平，“L”形封口片(5)的竖直部分凸出于下环(1 - 1)的上面；所述上环(1 一 2)开口处的两端部上分别设有轴向槽口。
全文摘要
本发明公开一种渗浸陶瓷活塞环，包括用不锈钢制作的活塞环本体和封口件，活塞环本体呈开口圆环状，封口件设在活塞环本体开口处的一端上，其特征是在活塞环本体的外圆柱面上附着有陶瓷薄膜层，在陶瓷薄膜层之后有扩散层；陶瓷薄膜层的厚度为5－10μm，扩散层的厚度为30－60μm。还公开一种活塞环渗浸陶瓷的方法，其步骤如下清洗干燥，装炉预热，抽真空，通入氮气、硅烷、硼烷，保温渗陶，冷却出炉。本发明和现有技术相比具有以下优点它密封可靠、导热性好，弹性好而且耐磨、使用寿命长，能改善和提高发动机的整机性能，降低能耗，减少排除废气中的有害物质含量。排除废气中的HC在200－550ppm的范围内、CO在1－2.2％的范围内。
文档编号F02F5/00GK102182580SQ201110094509
公开日2011年9月14日 申请日期2011年4月15日 优先权日2011年4月15日
发明者孔凡鲁 申请人:孔凡鲁