发动机水冷气缸套外壁及内壁尺寸恢复与强化方法
发动机水冷气缸套外壁及内壁尺寸恢复与强化方法
【专利摘要】本发明涉及一种发动机水冷气缸套外壁及内壁尺寸恢复与强化方法。该方法是采用内孔等离子喷涂技术在气缸套内壁制备镍基减磨、耐磨涂层，采用超音速等离子喷涂技术在气缸套外壁制备镍铝复合涂层。本发明可再制造因气缸套磨损、腐蚀而报废的气缸套，使气缸套在按照实际需要恢复尺寸的同时，提高气缸套内壁的耐磨性和外壁的耐腐蚀性，延长使用寿命，提高再制造性，减少修复周期，节约能源、经费和劳力。
【专利说明】发动机水冷气缸套外壁及内壁尺寸恢复与强化方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及装备再制造领域，特别涉及一种发动机水冷气缸套外壁及内壁尺寸恢复与强化方法。
【背景技术】
[0002]发动机是车辆的动力之源，气缸套是发动机的关键部件，它是形成气体压缩、燃烧和膨胀的空间，并对活塞起导向作用。此外，它将气缸中的一部分热量传递给冷却介质。 [0003]目前大多数的柴油发动机采用的是湿式气缸套，其内表面与活塞环紧密配合，在最高爆发压力95巴，燃气最高温度2000°C左右，进气温度100°C以下的恶劣燃烧环境中，活塞环与气缸套内表面之间以高达160巴的相对压力作高速往复摩擦运动。因而气缸套工作将承受强大的机械负荷、热负荷、热冲击和磨粒磨损，造成缸壁划伤或“拉毛”，严重时缸套内壁的磨损划伤深度可达到单边0.2~0.25_。同时产生大量摩擦热，使金属表面软化。在润滑油供给不足或断油的特殊情况下，摩擦副会发生大面积粘连，导致成片地撕下缸套内壁的金属，并粘附到活塞环表面，造成“拉缸”。此时，造成燃烧室密闭不严，致使发动机功率下降，发动机耗油量突增，从而严重影响发动机的动力性能和传递效率。“拉缸”是柴油机的主要故障之一，进一步发展会导致“咬死”。这种事故一旦发生，气缸套和活塞环就要报废。
[0004]现有技术中为提高气缸套内表面的耐磨性，通常在内表面采用渗氮、中频淬火等方法强化，强化层深度0.3~0.6mm,硬度HRA > 76。使用一个大修期后约有80%的缸套可以再修复。修复时通过镗缸工艺去除损伤表面，再选配相应尺寸加大的活塞及活塞环。显然，这种方法将随着修复次数的增加而使缸壁和渗氮层越来越薄，一般缸套使用一个大修期后再经过镗缸修复一次就超过了修复极限而报废。
[0005]另外，气缸套外壁直接受冷却水的冲刷，在发动机工作过程中，活塞撞击引起的高频振动(这是主要的)及水流方向和速度的急剧改变，使水腔内的冷却水产生局部的高低交变压力，造成气泡的生成和消失，气泡消失时引起的局部高压峰，冲击气缸壁并造成穴蚀。穴蚀是气缸套的主要损坏形式之一。
[0006]现有技术通常在缸套外表面通常采用镀锌或乳白镀铬的方法防止穴蚀。镀锌厚度为30~50 μ m，可使调质处理后的缸套的抗穴蚀能力提高2倍；乳白镀铬厚度在30 μ m以上，有硬度高、内应力小、无孔等特点，可使调质处理后的缸套的抗穴蚀能力提高4.5倍。但事实上锌层和铬层是阴极保护镀层，并不能完全防止穴蚀，仅能减缓其产生的过程而已，在小量锌、铬层破坏处也会产生很深的穴蚀。在大修时对于气缸套外壁一般是采用酚醛溶清漆作被覆层，但是效果很差。在报废的气缸套中因外表面腐蚀而报废的占50%以上。
[0007]气缸套是发动机的重要部件，用量大且价值高。新品缸套的材质和现有表面处理方法、修复方法不能很好解决缸套内表面的高温腐蚀磨损和外表面穴蚀的根本问题；一般修复后的缸套使用寿命低于新品缸套的使用寿命。
[0008]因而如何提高缸套的使用性能和寿命已成为本领域亟待解决的技术问题。[0009]公开于该发明【背景技术】部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般【背景技术】的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
【发明内容】
[0010]为解决上述问题，本发明提供一种发动机气缸套的再制造方法，具体而言，提供一种发动机气缸套外壁尺寸恢复与强化方法，以及一种发动机气缸套内壁尺寸恢复与强化方法。
[0011]针对气缸套内壁高温腐蚀磨损，外壁穴蚀的失效特点，本发明采用内孔等离子喷涂的方法在缸套内壁制备高性能耐磨涂层，在缸套外壁采用超音速等离子喷涂的方法制备优良致密的防腐涂层。
[0012]根据本发明的一个方面，提供一种发动机水冷气缸套外壁尺寸恢复与强化方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤:基体预处理步骤，用于清除基体表面的油脂和灰尘；安装卡具步骤，安装卡具只露出待喷的气缸套外壁；一次或多次喷涂步骤，在气缸套外壁表面制备涂层；涂层后加工步骤，对气缸套外壁的下支撑面磨削加工。
[0013]根据本发明的另一方面，提供一种发动机水冷气缸套内壁尺寸恢复与强化方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤:基体预处理步骤，用于清除基体表面的油脂和灰尘；安装卡具步骤，安装卡具只露出待喷的气缸套内壁；一次或多次喷涂步骤，在气缸套内壁表面制备涂层；涂层后加工步骤，通过镗磨加工，使气缸套内壁达到工艺规范的要求。
[0014]优选地，所述基体预处理步骤还包括在清除基体表面的油脂和灰尘之前，对待修复的气缸套内壁和/或外壁进行去除损伤处理。
[0015]优选地，在所述基 体预清理步骤中清除基体表面的油脂和灰尘之后，或者在安装卡具步骤之后，包括使待喷涂表面粗糙化的粗化处理。
[0016]优选地，所述涂层后加工步骤包括在加工之前的封孔处理，在喷涂完毕后立即用树脂对涂层进行封孔处理。
[0017]优选地，外壁涂层的材料为镍铝复合粉末或镍铬铝复合粉末，内壁涂层的材料为NiCrBSi与Mo的混合粉末。
[0018]优选地，所述发动机水冷气缸套由钢或铸铁制成。例如，气缸套材质可以是38CrMoAl 钢。
[0019]优选地，所述树脂为环氧树脂或酚醛树脂。
[0020]优选地，在所述喷涂步骤之前包括预热步骤，对基体进行预加热。
[0021]根据本发明的另一方面，提供一种发动机水冷气缸套，所述发动机水冷气缸套外壁和内壁具备涂层。
[0022]这种方法能够在基体材料表面制备厚涂层，并在内表面涂层材料中添加自润滑相以提高涂层的耐磨和减磨性能。采用这一技术，在对磨损的缸套在恢复尺寸的同时，又可充分发挥功能涂层的耐磨、减磨、防腐的特点。采用等离子喷涂的方法是应用现代表面工程技术强化、修复缸套的新思路，提高了缸套的使用性能和寿命，具有很高的经济效益。
【专利附图】
【附图说明】[0023]通过纳入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本发明的某些原理的【具体实施方式】，本发明的装置所具有的其它特征和优点将变得清楚或更为具体地得以阐明。
[0024]图1是本发明的发动机水冷气缸套外壁及内壁尺寸恢复与强化方法的流程图。
[0025]图2是本发明内孔等离子喷涂的排尘、防尘、冷却装置的结构示意图；
[0026]图3是本发明内孔等离子喷涂的排尘、防尘、冷却装置的工作原理图。
[0027]图中，1-横臂，2-涡轮组件，3-升降机构的立柱，4-支架，5-锁扣，6_接口 I，7_冷却气环I，8-冷却气环II，9-冷却气环III，10-冷却气环IV，11-内孔喷枪，12-旋转机构，13-卡具，14-圆孔，15-卡盘爪，16-锁紧螺钉，17-冷却气喷嘴，18-抽风机座，19-抽风机，20-连接套，21-内孔工件，22-铝箔软管，23-卡箍，24-悬挂组件III，25-冷却气喷嘴延长杆，26-接口 II，27-圆筒，28-抽风隔尘筒，29-悬挂组件II，30-悬挂组件I，31-接口 III，32-喷枪延长杆。
[0028]应当了解，所附附图并非按比例地显示了本发明的基本原理的图示性的各种特征的略微简化的画法。本文所公开的本发明的具体设计特征包括例如具体尺寸、方向、位置和外形将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。
[0029]在这些图形中，贯穿附图的多幅图形，附图标记引用本发明的同样的或等同的部分。
【具体实施方式】
[0030]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
`[0031]作为本发明的一种实施方式，可以采用超音速等离子喷涂技术在发动机水冷气缸套外壁表面制备镍铝复合涂层。超音速等离子喷涂技术是热喷涂技术的一种，它具有焰流温度高，喷涂粒子飞行速度高的特点，可喷涂材料广泛、涂层致密、与基体的结合强度高。利用等离子焰(非转移型等离子弧)将引入的喷涂粉末加热到熔融或半熔融状态，并在等离子焰的作用下，高速度地撞击到经处理过的基材表面上，然后摊平、铺展，最终形成具有层片状结构的涂层。
[0032]镍铝复合粉末或者镍铬铝复合粉末是一种常用的耐磨、耐蚀、高粘结性，且有较好韧性的喷涂材料。涂层厚度可以在0.1~0.4mm的范围内，有较高的结合强度。通过对气缸套外壁的喷涂，可恢复尺寸，且喷涂效率高，速度快，无污染，另外耐穴蚀能力强，寿命长。
[0033]采用超音速等离子喷涂技术在发动机水冷气缸套外壁表面制备镍铝复合涂层包括基体预处理步骤，用于清除基体表面的油脂和灰尘。对于待修复的气缸套还需要在清除油脂和灰尘之前进行去除损伤处理，一般采用磨削加工，而对于新品则不必进行此处理。可以在清除油脂和灰尘之后进行粗化处理，通常采用喷砂法粗化，也可采用其它方法粗化。或者在安装了卡具之后进行粗化处理，只对待喷涂部位粗化，对其它部位进行保护，避免损伤。
[0034]还包括安装卡具步骤，安装卡具只露出待喷涂的气缸套外壁部分。卡具能起到保护和固定的作用。
[0035]之后进行一次或多次喷涂步骤，在发动机水冷气缸套外壁表面制备涂层。可根据涂层的厚度选择喷涂的次数，对于涂层较厚的情况可进行多次喷涂。
[0036]喷涂之后进行涂层后加工步骤，例如对气缸套外壁的下支撑面进行磨削加工。
[0037]根据本发明的另一个实施方式，可采用内孔等离子喷涂技术对发动机水冷气缸套内壁表面制备涂层，利用等离子焰(非转移型等离子弧)将引入的喷涂粉末加热到熔融或半熔融状态，并在等离子焰的作用下，高速度地撞击到经处理过的基材表面上，然后摊平、铺展，最终形成具有层片状结构的涂层。内孔等离子喷涂是一种在圆孔(或筒)内壁制备涂层的等离子喷涂方法。当需要喷涂的圆孔较深时，就需要采用专用内孔等离子喷枪，在内孔环境中实施喷涂。
[0038]可以采用NiCrBSi与Mo的混合粉末制备涂层。涂层厚度可以在0.1~0.4mm的范围内，有较高的结合强度。通过对气缸套内壁喷涂，可恢复气缸套内壁尺寸，且喷涂效率高，速度快，对环境无污染(目前镀铬的方法不能恢复尺寸，且镀层沉积速度慢，对环境有污染)。涂层硬度高，耐磨，且由于含有Mo，涂层的减磨性也好(目前的镀层不具有减磨的能力)。此外，通过采用专用的内孔喷涂装置后涂层中杂质少，与基体的结合强度高。
[0039]所述气缸套内壁尺寸恢复与强化方法包括基体预处理步骤，用于清除基体表面的油脂和灰尘。对于待修复的汽缸内壁还需要在清除油脂和灰尘之前进行去除损伤处理，一般采用镗磨加工，而对于新品则不必进行此处理。可以在清除油脂和灰尘之后进行粗化处理，通常采用喷砂法粗化，也可采用其它方法粗化。或者在安装了卡具之后进行粗化处理，只对待喷涂部位粗化，对其它部位进行保护，避免损伤。
[0040]还包括安装卡具步骤，安装卡具只露出待喷涂的气缸套内壁部分。卡具能起到保护和固定的作用。
[0041]之后进行一次或多次喷涂步骤，在发动机水冷气缸套内壁表面制 备涂层。可根据涂层的厚度选择喷涂的次数，对于涂层较厚的情况可进行多次喷涂。
[0042]喷涂之后进行涂层后加工步骤，例如对气缸套内壁进行镗磨加工，以使达到复合工艺要求的尺寸。
[0043]将参照【专利附图】
【附图说明】本发明的具体实施例。参照图1，根据本发明的一个实施例，发动机水冷气缸套外壁尺寸恢复与强化方法包括以下步骤:基体预处理步骤S10，用于清除基体表面的油脂和灰尘，在本实例中通过空烧(150°c X120min)或用脱脂溶剂彻底清除气缸套外壁表面的油脂和灰尘。
[0044]接下来是安装卡具步骤S20，安装卡具使得待喷涂的部分露出。利用卡具将气缸套固定在卡盘上，以便进行后续的喷涂步骤。
[0045]在喷涂步骤S30中，通过超音速等离子喷涂技术在气缸套外壁表面制备涂层。先用超音速等离子焰流把气缸套壁预热到150°C，然后开始送粉，实施喷涂。喷涂参数如下:
[0046]主气(Ar)流量:3.2m3/h
[0047]次气(H2)流量:0.25m3A
[0048]载气(N2)流量:0.6m3/h
[0049]工作电压:140V
[0050]工作电流:380A
[0051]喷涂距离:120~150mm
[0052]送粉量:35g/min[0053]涂层材料:镍包铝复合粉末，牌号KF-2F，粒度-200~+400目
[0054]涂层厚度0.2~0.4_。
[0055]最后是涂层后加工步骤S40，对气缸套外壁的下支撑面进行磨削加工。
[0056]此外，为了使得涂层的效果更好，可以在基体预处理之前对基体进行粗化处理，例如用36目的刚玉砂均匀喷砂粗化处理，然后进行清洗。也可以在安装卡具之后，只对待喷涂的部分进行粗化处理，例如用36目的刚玉砂均匀喷砂粗化处理，然后用压缩空气将基体表面吹净。
[0057]涂层厚度可以在0.2~0.4_之间，若需要的涂层较厚，则可分多次实施喷涂，防止一次喷涂时间太长，基体过热。
[0058]此外，在喷涂步骤之后，可以进行封孔处理，例如喷涂完毕后立即用环氧树脂或酚醛树脂对涂层进行封孔处理，封孔时必须在喷涂结束后，基体未冷却前实施，这样封孔的效果最佳。然后在进行涂层后加工。
[0059]参照图1，根据本发明的一个实施例，发动机水冷气缸套内壁尺寸恢复与强化方法包括以下步骤:基体预处理步骤S10，用于清除基体表面的油脂和灰尘，在本实例中通过空烧(150°C X120min)或用脱脂溶剂彻底清除气缸套内壁表面的油脂和灰尘。
[0060]接下来是安装卡具步骤S20，安装卡具使得待喷涂的部分露出。利用卡具将气缸套固定在卡盘上，以便进行后续的喷涂步骤。
[0061]在喷涂步骤S30中， 通过等离子喷涂技术在气缸套内壁表面制备涂层。先用等离子焰流把气缸套壁预热到150°C，然后开始送粉，实施喷涂。内壁喷涂参数如下:
[0062]主气(Ar)流量:2.8mVh
[0063]次气(H2)流量:0.4m3/h
[0064]载气(N2)流量:0.5m3/h
[0065]工作电压:85V
[0066]工作电流:320A
[0067]喷涂距离:80mm (实例中喷涂的气缸套内径为150mm)
[0068]送粉量:35g/min
[0069]涂层材料:NiCrBSi与Mo的混合粉末，比例为NiCrBS1: 85，Mo:15。
[0070]NiCrBSi，型号:Ni45A，粒度:_200 ~+400 目
[0071]Mo，牌号:LP104，粒度:_200 ~400 目。
[0072]涂层厚度0.1~0.4mm。
[0073]最后是涂层后加工步骤S40，对气缸套内壁进行镗磨加工使得内壁的尺寸达到工艺要求。
[0074]此外，为了使得涂层的效果更好，可以在基体预处理之前对基体进行粗化处理，例如用36目的刚玉砂均匀喷砂粗化处理，然后进行清洗。也可以在安装卡具之后，只对待喷涂的部分进行粗化处理，例如用36目的刚玉砂均匀喷砂粗化处理，然后用压缩空气将基体表面吹净。
[0075]涂层厚度可以在0.1~0.4_之间，若需要的涂层较厚，则可分多次实施喷涂，防止一次喷涂时间太长，基体过热。
[0076]此外，在喷涂步骤之后，可以进行封孔处理，例如喷涂完毕后立即用环氧树脂或酚醛树脂对涂层进行封孔处理，封孔时必须在喷涂结束后，基体未冷却前实施，这样封孔的效果最佳。然后在进行涂层后加工。
[0077]内壁喷涂和外壁喷涂可不分先后，但不能同时或交替喷涂。外壁喷涂可采用现有的超音速等离子喷涂设备。
[0078]但由于内孔喷涂与外圆喷涂有很大差别，且在技术上有很多难点，例如内孔喷涂涂层受力不同，内孔喷涂环境空间狭小，环境温度特别高，基体和喷枪都容易过热；粉尘排不容易排出，污染特别严重，从而严重影响涂层质量；内孔喷枪的综合性能低，不能够连续长时间工作；粒子射流速度较低等。
[0079]为了提高内孔等离子喷涂的质量，本发明采用一种内孔等离子喷涂装置，该内孔等离子喷涂装置中设置了排尘、防尘、冷却装置。
[0080]如图2所示，本发明提出了一种用于内孔等离子喷涂装置中的排尘、防尘、冷却装置，内孔等离子喷涂装置主要包括升降机构、内孔喷枪11和旋转机构12，内孔喷枪11固定在升降机构上作垂直上下运动，待喷涂的内孔工件21固定在旋转机构12上作旋转运动，内孔喷枪11伸入到工件21的内腔中，实现对内孔工件内壁的均匀涂覆；本发明的排尘、防尘、冷却装置主要由抽风隔尘筒28、冷却气喷嘴17、四个冷却气环7~10、支架4、铝箔软管22、抽风机19和卡具13组成。
[0081]抽风隔尘筒28呈上端封闭、下端开口的筒形，其上部侧壁上固接有一圆筒27，抽风隔尘筒与该圆筒构成倒L形结构，抽风隔尘筒的圆筒27通过铝箔软管22与抽风机19相连通，抽风机通过抽风机座18进行支撑，铝箔软管22与圆筒27的连接处通过卡箍23固紧，铝箔软管与抽风机的连接处通过连接套20固紧。喷涂装置的内孔喷枪11伸入到抽风隔尘筒28中，内孔喷枪11的喷枪延长杆32、抽风隔尘筒28分别通过相对应的悬挂组件130、悬挂组件1129 —起固定于升降机构的横臂I上，升降机构的横臂I通过涡轮组件2固定于升降机构的立柱3上，以便通过升`降机构带动内孔喷枪11和抽风隔尘筒28作垂直上下运动。在开始操作之前，通过喷枪延长杆32顶端的接口 III31通入所需的水、工作气体和喷涂材料，并接通电源，以便喷涂时，通过内孔喷枪11进行喷涂。
[0082]抽风隔尘筒的下部伸入到内孔工件21的内部，并且在抽风隔尘筒28的下部、与内孔喷枪的射流方向相对的部位开设有一个直径为60mm的圆孔14,喷涂时,束流恰好能从圆孔射出，而喷涂产生的粉尘和烟气大部分被抽风隔尘筒28遮蔽，并由抽风机19吸走。
[0083]为防止锈蚀，抽风隔尘筒28选用不锈钢材料制作，其外圆直径比待喷涂的内孔工件21的内径小5mm，抽风隔尘筒探入内孔工件并进行喷涂后，与内孔工件内壁之间仅存在
2.5mm左右的间隙。内孔工件21通过锁紧螺钉16固定于卡具13的上部凹槽处，卡具13的下端通过卡盘爪15固定于喷涂装置的旋转机构12 (本例中的旋转机构采用立式卡盘)上；卡具13为上、下开口筒形，其侧壁上开设有若干圆孔，以便于新鲜空气流向上进入内孔工件21内部。
[0084]由铜管制成四个冷却气环7~10通过由铜管制成的支架4固定于升降机构的立柱3上，四个冷却气环7~10与抽风隔尘筒28和内孔工件21进行同轴分布，支撑支架4的铜管与四个冷却气环7~10相连通。支架4通过锁扣5固定于升降机构的立柱3上，并且从支架4端部的接口 16处向四个冷却气环7~10充入冷却气，对内孔工件21进行降温。冷却气环17套在抽风隔尘筒28外部，冷却气环17距内孔工件上边缘为5mm，其内径比抽风隔尘筒28的外径大10mm，使抽风隔尘筒刚好能从冷却气环17的中间通过，冷却气环118、冷却气环ΠΙ9和冷却气环IVlO由上至下均匀套在内孔工件外部，并且三个冷却气环8~10的内径相等、均比内孔工件21的外径大12mm。在四个冷却气环7~10上均开设有若干个开孔，冷却气环17上的开孔方向朝下，并向内倾斜45° ;冷却气环118、冷却气环III9和冷却气环IVlO上的开孔方向均与向内，即与内孔工件的外表面相对。
[0085]喷涂时，通过冷却气环17的小孔向抽风隔尘筒28与内孔工件21内壁之间的缝隙内吹新鲜洁净的冷却气，这种结构的设计既能对内孔工件21降温，又能顶住烟尘，以防止烟尘上窜进入抽风隔尘筒28和内孔工件21之间的缝隙内，起到防尘作用；还能够吹走刚喷涂过部位表面的浮尘，对内孔工件起到防尘、净化作用。其次，新鲜洁净的冷却气沿内孔工件21与抽风隔尘筒28之间的缝隙以及卡具13侧壁上的圆孔进入内孔工件21内部，由于抽风机19对抽风隔尘筒28内抽风的作用，强行使进入内孔工件21内部的气体按照设定的方向流动，即含有大量粉尘和烟气的高温气体由下至上被内孔工件21中部的抽风隔尘筒28吸走，从而最大程度改善了内孔工件21内部的气体紊流状态。
[0086]抽风隔尘筒28的圆筒27上通过悬挂组件III24固定一冷却气喷嘴延长杆25，延长杆25的下端与冷却气喷嘴17相连通，该冷却气喷嘴17的吹气冷却部位与内孔喷枪11喷射在内孔工件21内壁上的射流斑点相对应，延长杆25的上端安装一接口 1126，通过该接口 II充入冷却气，冷却气喷嘴17与内孔喷枪11及抽风隔尘筒28同步连动，从冷却气喷嘴喷出的冷却气体流量可根据降温的需要单独调整，强行降低内孔工件21上射流斑点处的局部高温。冷却气环118、冷却气环III9和冷却气环IVlO上的若干个开孔在多处对内孔工件21的外壁吹冷却气，使其均匀冷却。
[0087]下面以对某大功率柴油发动机的气缸套(内径Φ 150mm、高200mm、壁厚5mm)内壁实施喷涂为例来说明本发明的工作原理，如图3所示:
[0088]I)按图2所示的结构制作、安装本发明装置的各部件，其中制作外圆直径为Φ 145mm的抽风隔尘筒28、内径为Φ 155_的冷却气环17以及内径均为Φ 175_的冷却气环118、冷却气环III9和冷却气环IVl`O ；
[0089]2)打开抽风机19;
[0090]3)从冷却气喷嘴17的接口 1126、支架4的接口 16处通入冷却空气。冷却气喷嘴17对着内孔喷枪11喷射在内孔工件21内壁上的射流斑点处吹冷却空气，强行降低内孔工件21上的射流斑点处的局部高温；由于组成支架4的铜管与冷却气环17、冷却气环118、冷却气环III9和冷却气环IVlO相连通，所以从支架4的接口 I处通入的冷却空气传至上述四个冷却气环，并由各冷却气环的开孔处喷出冷却气对内孔工件21进行降温；在抽风机的作用下大量新鲜空气从卡具13的圆孔进入内孔工件21内部，并由下而上流动进入抽风隔尘筒28，对内孔工件21进行降温；
[0091]4)从喷枪延长杆32顶端的接口 III31处通入所需的水、工作气体和喷涂材料，并接通电源,然后由内孔喷枪11对气缸套内壁开始实施喷涂作业，内孔喷枪11每上下运动3个来回后，停弧休息10分钟左右；停弧休息时让内孔喷枪11移动至最高点,抽风机19和立式卡盘12—直工作，且一直向冷却气喷嘴17、冷却气环17、冷却气环118、冷却气环III9和冷却气环IVlO内通冷却气，含有大量烟气、粉尘的热气由下至上被抽入抽风隔尘筒28后，流经铝箔软管22后，由抽风机19排出；[0092]5)达到要求的涂层厚度后，停止工作；关闭抽风机19，并停止向冷却气喷嘴1、冷却气环17、冷却气环118、冷却气环III9和冷却气环IVlO内通冷却空气。
[0093]通过下述实验来说明本发明装置的显著效果:
[0094]对内径Φ150πιπι、高200mm、壁厚5mm的试验件内壁喷涂Ni45+15%Mo涂层，使内孔喷枪11垂直上下连续往返喷涂2次。当不使用本发明的装置进行喷涂时，试验件的温度从室温升高到了 240°C ;当使用本发明的装置改善喷涂环境后，试验件的温度仅从室温升高到7 150°c，降低了 90。。。
[0095]目测涂层表面的污染情况，未使用本发明的装置时，涂层呈黄褐色，表面粉尘和烟尘污染严重，并粘有浮尘；使用本发明的装置后，涂层呈灰白色，与外圆喷涂的颜色差不多，表面没有明显的烟尘。
[0096]本发明通过采用高性能等离子喷涂技术在气缸套内壁制备镍基合金加钥耐磨、减磨复合涂层，提高了气缸套内壁的高温耐磨性，降低了摩擦系数。通过在气缸套外壁制备涂层，提高了气缸套外壁的耐腐蚀、穴蚀性能，延长了使用寿命。
[0097]以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明权 利要求的涵盖范围。
【权利要求】
1.一种发动机水冷气缸套外壁尺寸恢复与强化方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤: 基体预处理步骤，用于清除基体表面的油脂和灰尘； 安装卡具步骤，安装卡具只露出待喷的气缸套外壁； 一次或多次喷涂步骤，在气缸套外壁表面制备涂层； 涂层后加工步骤，对气缸套外壁的下支撑面磨削加工。
2.一种发动机水冷气缸套内壁尺寸恢复与强化方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤: 基体预处理步骤，用于清除基体表面的油脂和灰尘； 安装卡具步骤，安装卡具只露出待喷的气缸套内壁； 一次或多次喷涂步骤，在气缸套内壁表面制备涂层； 涂层后加工步骤，通过镗磨加工，使气缸套内壁达到工艺规范的要求。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述基体预处理步骤还包括在清除基体表面的油脂和灰尘之前，对待修复的气缸套内壁和/或外壁进行去除损伤处理。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述基体预清理步骤中清除基体表面的油脂和灰尘之后，或者在安装卡具步骤之后，包括使待喷涂表面粗糙化的粗化处理。
5.如权利要求1或2所·述的方法，其特征在于，所述涂层后加工步骤包括在加工之前的封孔处理，在喷涂完毕后立即用树脂对涂层进行封孔处理。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，外壁涂层的材料为镍铝复合粉末或镍铬铝复合粉末，内壁涂层的材料为NiCrBSi与Mo的混合粉末。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述发动机水冷气缸套由钢或铸铁制成。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述树脂为环氧树脂或酚醛树脂。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述喷涂步骤之前包括预热步骤，对基体进行预加热。
10.一种发动机水冷气缸套，其特征在于，包括如权利要求1-9所述的方法制造的发动机水冷气缸套，所述发动机水冷气缸套外壁和内壁具备涂层。
【文档编号】F02F1/16GK103710660SQ201310722726
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年12月24日 优先权日:2013年12月24日
【发明者】刘明, 王海军, 姜祎, 但伟, 闫耀东 申请人:中国人民解放军装甲兵工程学院
【专利摘要】本发明涉及一种发动机水冷气缸套外壁及内壁尺寸恢复与强化方法。该方法是采用内孔等离子喷涂技术在气缸套内壁制备镍基减磨、耐磨涂层，采用超音速等离子喷涂技术在气缸套外壁制备镍铝复合涂层。本发明可再制造因气缸套磨损、腐蚀而报废的气缸套，使气缸套在按照实际需要恢复尺寸的同时，提高气缸套内壁的耐磨性和外壁的耐腐蚀性，延长使用寿命，提高再制造性，减少修复周期，节约能源、经费和劳力。
【专利说明】发动机水冷气缸套外壁及内壁尺寸恢复与强化方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及装备再制造领域，特别涉及一种发动机水冷气缸套外壁及内壁尺寸恢复与强化方法。
【背景技术】
[0002]发动机是车辆的动力之源，气缸套是发动机的关键部件，它是形成气体压缩、燃烧和膨胀的空间，并对活塞起导向作用。此外，它将气缸中的一部分热量传递给冷却介质。 [0003]目前大多数的柴油发动机采用的是湿式气缸套，其内表面与活塞环紧密配合，在最高爆发压力95巴，燃气最高温度2000°C左右，进气温度100°C以下的恶劣燃烧环境中，活塞环与气缸套内表面之间以高达160巴的相对压力作高速往复摩擦运动。因而气缸套工作将承受强大的机械负荷、热负荷、热冲击和磨粒磨损，造成缸壁划伤或“拉毛”，严重时缸套内壁的磨损划伤深度可达到单边0.2~0.25_。同时产生大量摩擦热，使金属表面软化。在润滑油供给不足或断油的特殊情况下，摩擦副会发生大面积粘连，导致成片地撕下缸套内壁的金属，并粘附到活塞环表面，造成“拉缸”。此时，造成燃烧室密闭不严，致使发动机功率下降，发动机耗油量突增，从而严重影响发动机的动力性能和传递效率。“拉缸”是柴油机的主要故障之一，进一步发展会导致“咬死”。这种事故一旦发生，气缸套和活塞环就要报废。
[0004]现有技术中为提高气缸套内表面的耐磨性，通常在内表面采用渗氮、中频淬火等方法强化，强化层深度0.3~0.6mm,硬度HRA > 76。使用一个大修期后约有80%的缸套可以再修复。修复时通过镗缸工艺去除损伤表面，再选配相应尺寸加大的活塞及活塞环。显然，这种方法将随着修复次数的增加而使缸壁和渗氮层越来越薄，一般缸套使用一个大修期后再经过镗缸修复一次就超过了修复极限而报废。
[0005]另外，气缸套外壁直接受冷却水的冲刷，在发动机工作过程中，活塞撞击引起的高频振动(这是主要的)及水流方向和速度的急剧改变，使水腔内的冷却水产生局部的高低交变压力，造成气泡的生成和消失，气泡消失时引起的局部高压峰，冲击气缸壁并造成穴蚀。穴蚀是气缸套的主要损坏形式之一。
[0006]现有技术通常在缸套外表面通常采用镀锌或乳白镀铬的方法防止穴蚀。镀锌厚度为30~50 μ m，可使调质处理后的缸套的抗穴蚀能力提高2倍；乳白镀铬厚度在30 μ m以上，有硬度高、内应力小、无孔等特点，可使调质处理后的缸套的抗穴蚀能力提高4.5倍。但事实上锌层和铬层是阴极保护镀层，并不能完全防止穴蚀，仅能减缓其产生的过程而已，在小量锌、铬层破坏处也会产生很深的穴蚀。在大修时对于气缸套外壁一般是采用酚醛溶清漆作被覆层，但是效果很差。在报废的气缸套中因外表面腐蚀而报废的占50%以上。
[0007]气缸套是发动机的重要部件，用量大且价值高。新品缸套的材质和现有表面处理方法、修复方法不能很好解决缸套内表面的高温腐蚀磨损和外表面穴蚀的根本问题；一般修复后的缸套使用寿命低于新品缸套的使用寿命。
[0008]因而如何提高缸套的使用性能和寿命已成为本领域亟待解决的技术问题。[0009]公开于该发明【背景技术】部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般【背景技术】的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
【发明内容】
[0010]为解决上述问题，本发明提供一种发动机气缸套的再制造方法，具体而言，提供一种发动机气缸套外壁尺寸恢复与强化方法，以及一种发动机气缸套内壁尺寸恢复与强化方法。
[0011]针对气缸套内壁高温腐蚀磨损，外壁穴蚀的失效特点，本发明采用内孔等离子喷涂的方法在缸套内壁制备高性能耐磨涂层，在缸套外壁采用超音速等离子喷涂的方法制备优良致密的防腐涂层。
[0012]根据本发明的一个方面，提供一种发动机水冷气缸套外壁尺寸恢复与强化方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤:基体预处理步骤，用于清除基体表面的油脂和灰尘；安装卡具步骤，安装卡具只露出待喷的气缸套外壁；一次或多次喷涂步骤，在气缸套外壁表面制备涂层；涂层后加工步骤，对气缸套外壁的下支撑面磨削加工。
[0013]根据本发明的另一方面，提供一种发动机水冷气缸套内壁尺寸恢复与强化方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤:基体预处理步骤，用于清除基体表面的油脂和灰尘；安装卡具步骤，安装卡具只露出待喷的气缸套内壁；一次或多次喷涂步骤，在气缸套内壁表面制备涂层；涂层后加工步骤，通过镗磨加工，使气缸套内壁达到工艺规范的要求。
[0014]优选地，所述基体预处理步骤还包括在清除基体表面的油脂和灰尘之前，对待修复的气缸套内壁和/或外壁进行去除损伤处理。
[0015]优选地，在所述基 体预清理步骤中清除基体表面的油脂和灰尘之后，或者在安装卡具步骤之后，包括使待喷涂表面粗糙化的粗化处理。
[0016]优选地，所述涂层后加工步骤包括在加工之前的封孔处理，在喷涂完毕后立即用树脂对涂层进行封孔处理。
[0017]优选地，外壁涂层的材料为镍铝复合粉末或镍铬铝复合粉末，内壁涂层的材料为NiCrBSi与Mo的混合粉末。
[0018]优选地，所述发动机水冷气缸套由钢或铸铁制成。例如，气缸套材质可以是38CrMoAl 钢。
[0019]优选地，所述树脂为环氧树脂或酚醛树脂。
[0020]优选地，在所述喷涂步骤之前包括预热步骤，对基体进行预加热。
[0021]根据本发明的另一方面，提供一种发动机水冷气缸套，所述发动机水冷气缸套外壁和内壁具备涂层。
[0022]这种方法能够在基体材料表面制备厚涂层，并在内表面涂层材料中添加自润滑相以提高涂层的耐磨和减磨性能。采用这一技术，在对磨损的缸套在恢复尺寸的同时，又可充分发挥功能涂层的耐磨、减磨、防腐的特点。采用等离子喷涂的方法是应用现代表面工程技术强化、修复缸套的新思路，提高了缸套的使用性能和寿命，具有很高的经济效益。
【专利附图】
【附图说明】[0023]通过纳入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本发明的某些原理的【具体实施方式】，本发明的装置所具有的其它特征和优点将变得清楚或更为具体地得以阐明。
[0024]图1是本发明的发动机水冷气缸套外壁及内壁尺寸恢复与强化方法的流程图。
[0025]图2是本发明内孔等离子喷涂的排尘、防尘、冷却装置的结构示意图；
[0026]图3是本发明内孔等离子喷涂的排尘、防尘、冷却装置的工作原理图。
[0027]图中，1-横臂，2-涡轮组件，3-升降机构的立柱，4-支架，5-锁扣，6_接口 I，7_冷却气环I，8-冷却气环II，9-冷却气环III，10-冷却气环IV，11-内孔喷枪，12-旋转机构，13-卡具，14-圆孔，15-卡盘爪，16-锁紧螺钉，17-冷却气喷嘴，18-抽风机座，19-抽风机，20-连接套，21-内孔工件，22-铝箔软管，23-卡箍，24-悬挂组件III，25-冷却气喷嘴延长杆，26-接口 II，27-圆筒，28-抽风隔尘筒，29-悬挂组件II，30-悬挂组件I，31-接口 III，32-喷枪延长杆。
[0028]应当了解，所附附图并非按比例地显示了本发明的基本原理的图示性的各种特征的略微简化的画法。本文所公开的本发明的具体设计特征包括例如具体尺寸、方向、位置和外形将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。
[0029]在这些图形中，贯穿附图的多幅图形，附图标记引用本发明的同样的或等同的部分。
【具体实施方式】
[0030]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
`[0031]作为本发明的一种实施方式，可以采用超音速等离子喷涂技术在发动机水冷气缸套外壁表面制备镍铝复合涂层。超音速等离子喷涂技术是热喷涂技术的一种，它具有焰流温度高，喷涂粒子飞行速度高的特点，可喷涂材料广泛、涂层致密、与基体的结合强度高。利用等离子焰(非转移型等离子弧)将引入的喷涂粉末加热到熔融或半熔融状态，并在等离子焰的作用下，高速度地撞击到经处理过的基材表面上，然后摊平、铺展，最终形成具有层片状结构的涂层。
[0032]镍铝复合粉末或者镍铬铝复合粉末是一种常用的耐磨、耐蚀、高粘结性，且有较好韧性的喷涂材料。涂层厚度可以在0.1~0.4mm的范围内，有较高的结合强度。通过对气缸套外壁的喷涂，可恢复尺寸，且喷涂效率高，速度快，无污染，另外耐穴蚀能力强，寿命长。
[0033]采用超音速等离子喷涂技术在发动机水冷气缸套外壁表面制备镍铝复合涂层包括基体预处理步骤，用于清除基体表面的油脂和灰尘。对于待修复的气缸套还需要在清除油脂和灰尘之前进行去除损伤处理，一般采用磨削加工，而对于新品则不必进行此处理。可以在清除油脂和灰尘之后进行粗化处理，通常采用喷砂法粗化，也可采用其它方法粗化。或者在安装了卡具之后进行粗化处理，只对待喷涂部位粗化，对其它部位进行保护，避免损伤。
[0034]还包括安装卡具步骤，安装卡具只露出待喷涂的气缸套外壁部分。卡具能起到保护和固定的作用。
[0035]之后进行一次或多次喷涂步骤，在发动机水冷气缸套外壁表面制备涂层。可根据涂层的厚度选择喷涂的次数，对于涂层较厚的情况可进行多次喷涂。
[0036]喷涂之后进行涂层后加工步骤，例如对气缸套外壁的下支撑面进行磨削加工。
[0037]根据本发明的另一个实施方式，可采用内孔等离子喷涂技术对发动机水冷气缸套内壁表面制备涂层，利用等离子焰(非转移型等离子弧)将引入的喷涂粉末加热到熔融或半熔融状态，并在等离子焰的作用下，高速度地撞击到经处理过的基材表面上，然后摊平、铺展，最终形成具有层片状结构的涂层。内孔等离子喷涂是一种在圆孔(或筒)内壁制备涂层的等离子喷涂方法。当需要喷涂的圆孔较深时，就需要采用专用内孔等离子喷枪，在内孔环境中实施喷涂。
[0038]可以采用NiCrBSi与Mo的混合粉末制备涂层。涂层厚度可以在0.1~0.4mm的范围内，有较高的结合强度。通过对气缸套内壁喷涂，可恢复气缸套内壁尺寸，且喷涂效率高，速度快，对环境无污染(目前镀铬的方法不能恢复尺寸，且镀层沉积速度慢，对环境有污染)。涂层硬度高，耐磨，且由于含有Mo，涂层的减磨性也好(目前的镀层不具有减磨的能力)。此外，通过采用专用的内孔喷涂装置后涂层中杂质少，与基体的结合强度高。
[0039]所述气缸套内壁尺寸恢复与强化方法包括基体预处理步骤，用于清除基体表面的油脂和灰尘。对于待修复的汽缸内壁还需要在清除油脂和灰尘之前进行去除损伤处理，一般采用镗磨加工，而对于新品则不必进行此处理。可以在清除油脂和灰尘之后进行粗化处理，通常采用喷砂法粗化，也可采用其它方法粗化。或者在安装了卡具之后进行粗化处理，只对待喷涂部位粗化，对其它部位进行保护，避免损伤。
[0040]还包括安装卡具步骤，安装卡具只露出待喷涂的气缸套内壁部分。卡具能起到保护和固定的作用。
[0041]之后进行一次或多次喷涂步骤，在发动机水冷气缸套内壁表面制 备涂层。可根据涂层的厚度选择喷涂的次数，对于涂层较厚的情况可进行多次喷涂。
[0042]喷涂之后进行涂层后加工步骤，例如对气缸套内壁进行镗磨加工，以使达到复合工艺要求的尺寸。
[0043]将参照【专利附图】
【附图说明】本发明的具体实施例。参照图1，根据本发明的一个实施例，发动机水冷气缸套外壁尺寸恢复与强化方法包括以下步骤:基体预处理步骤S10，用于清除基体表面的油脂和灰尘，在本实例中通过空烧(150°c X120min)或用脱脂溶剂彻底清除气缸套外壁表面的油脂和灰尘。
[0044]接下来是安装卡具步骤S20，安装卡具使得待喷涂的部分露出。利用卡具将气缸套固定在卡盘上，以便进行后续的喷涂步骤。
[0045]在喷涂步骤S30中，通过超音速等离子喷涂技术在气缸套外壁表面制备涂层。先用超音速等离子焰流把气缸套壁预热到150°C，然后开始送粉，实施喷涂。喷涂参数如下:
[0046]主气(Ar)流量:3.2m3/h
[0047]次气(H2)流量:0.25m3A
[0048]载气(N2)流量:0.6m3/h
[0049]工作电压:140V
[0050]工作电流:380A
[0051]喷涂距离:120~150mm
[0052]送粉量:35g/min[0053]涂层材料:镍包铝复合粉末，牌号KF-2F，粒度-200~+400目
[0054]涂层厚度0.2~0.4_。
[0055]最后是涂层后加工步骤S40，对气缸套外壁的下支撑面进行磨削加工。
[0056]此外，为了使得涂层的效果更好，可以在基体预处理之前对基体进行粗化处理，例如用36目的刚玉砂均匀喷砂粗化处理，然后进行清洗。也可以在安装卡具之后，只对待喷涂的部分进行粗化处理，例如用36目的刚玉砂均匀喷砂粗化处理，然后用压缩空气将基体表面吹净。
[0057]涂层厚度可以在0.2~0.4_之间，若需要的涂层较厚，则可分多次实施喷涂，防止一次喷涂时间太长，基体过热。
[0058]此外，在喷涂步骤之后，可以进行封孔处理，例如喷涂完毕后立即用环氧树脂或酚醛树脂对涂层进行封孔处理，封孔时必须在喷涂结束后，基体未冷却前实施，这样封孔的效果最佳。然后在进行涂层后加工。
[0059]参照图1，根据本发明的一个实施例，发动机水冷气缸套内壁尺寸恢复与强化方法包括以下步骤:基体预处理步骤S10，用于清除基体表面的油脂和灰尘，在本实例中通过空烧(150°C X120min)或用脱脂溶剂彻底清除气缸套内壁表面的油脂和灰尘。
[0060]接下来是安装卡具步骤S20，安装卡具使得待喷涂的部分露出。利用卡具将气缸套固定在卡盘上，以便进行后续的喷涂步骤。
[0061]在喷涂步骤S30中， 通过等离子喷涂技术在气缸套内壁表面制备涂层。先用等离子焰流把气缸套壁预热到150°C，然后开始送粉，实施喷涂。内壁喷涂参数如下:
[0062]主气(Ar)流量:2.8mVh
[0063]次气(H2)流量:0.4m3/h
[0064]载气(N2)流量:0.5m3/h
[0065]工作电压:85V
[0066]工作电流:320A
[0067]喷涂距离:80mm (实例中喷涂的气缸套内径为150mm)
[0068]送粉量:35g/min
[0069]涂层材料:NiCrBSi与Mo的混合粉末，比例为NiCrBS1: 85，Mo:15。
[0070]NiCrBSi，型号:Ni45A，粒度:_200 ~+400 目
[0071]Mo，牌号:LP104，粒度:_200 ~400 目。
[0072]涂层厚度0.1~0.4mm。
[0073]最后是涂层后加工步骤S40，对气缸套内壁进行镗磨加工使得内壁的尺寸达到工艺要求。
[0074]此外，为了使得涂层的效果更好，可以在基体预处理之前对基体进行粗化处理，例如用36目的刚玉砂均匀喷砂粗化处理，然后进行清洗。也可以在安装卡具之后，只对待喷涂的部分进行粗化处理，例如用36目的刚玉砂均匀喷砂粗化处理，然后用压缩空气将基体表面吹净。
[0075]涂层厚度可以在0.1~0.4_之间，若需要的涂层较厚，则可分多次实施喷涂，防止一次喷涂时间太长，基体过热。
[0076]此外，在喷涂步骤之后，可以进行封孔处理，例如喷涂完毕后立即用环氧树脂或酚醛树脂对涂层进行封孔处理，封孔时必须在喷涂结束后，基体未冷却前实施，这样封孔的效果最佳。然后在进行涂层后加工。
[0077]内壁喷涂和外壁喷涂可不分先后，但不能同时或交替喷涂。外壁喷涂可采用现有的超音速等离子喷涂设备。
[0078]但由于内孔喷涂与外圆喷涂有很大差别，且在技术上有很多难点，例如内孔喷涂涂层受力不同，内孔喷涂环境空间狭小，环境温度特别高，基体和喷枪都容易过热；粉尘排不容易排出，污染特别严重，从而严重影响涂层质量；内孔喷枪的综合性能低，不能够连续长时间工作；粒子射流速度较低等。
[0079]为了提高内孔等离子喷涂的质量，本发明采用一种内孔等离子喷涂装置，该内孔等离子喷涂装置中设置了排尘、防尘、冷却装置。
[0080]如图2所示，本发明提出了一种用于内孔等离子喷涂装置中的排尘、防尘、冷却装置，内孔等离子喷涂装置主要包括升降机构、内孔喷枪11和旋转机构12，内孔喷枪11固定在升降机构上作垂直上下运动，待喷涂的内孔工件21固定在旋转机构12上作旋转运动，内孔喷枪11伸入到工件21的内腔中，实现对内孔工件内壁的均匀涂覆；本发明的排尘、防尘、冷却装置主要由抽风隔尘筒28、冷却气喷嘴17、四个冷却气环7~10、支架4、铝箔软管22、抽风机19和卡具13组成。
[0081]抽风隔尘筒28呈上端封闭、下端开口的筒形，其上部侧壁上固接有一圆筒27，抽风隔尘筒与该圆筒构成倒L形结构，抽风隔尘筒的圆筒27通过铝箔软管22与抽风机19相连通，抽风机通过抽风机座18进行支撑，铝箔软管22与圆筒27的连接处通过卡箍23固紧，铝箔软管与抽风机的连接处通过连接套20固紧。喷涂装置的内孔喷枪11伸入到抽风隔尘筒28中，内孔喷枪11的喷枪延长杆32、抽风隔尘筒28分别通过相对应的悬挂组件130、悬挂组件1129 —起固定于升降机构的横臂I上，升降机构的横臂I通过涡轮组件2固定于升降机构的立柱3上，以便通过升`降机构带动内孔喷枪11和抽风隔尘筒28作垂直上下运动。在开始操作之前，通过喷枪延长杆32顶端的接口 III31通入所需的水、工作气体和喷涂材料，并接通电源，以便喷涂时，通过内孔喷枪11进行喷涂。
[0082]抽风隔尘筒的下部伸入到内孔工件21的内部，并且在抽风隔尘筒28的下部、与内孔喷枪的射流方向相对的部位开设有一个直径为60mm的圆孔14,喷涂时,束流恰好能从圆孔射出，而喷涂产生的粉尘和烟气大部分被抽风隔尘筒28遮蔽，并由抽风机19吸走。
[0083]为防止锈蚀，抽风隔尘筒28选用不锈钢材料制作，其外圆直径比待喷涂的内孔工件21的内径小5mm，抽风隔尘筒探入内孔工件并进行喷涂后，与内孔工件内壁之间仅存在
2.5mm左右的间隙。内孔工件21通过锁紧螺钉16固定于卡具13的上部凹槽处，卡具13的下端通过卡盘爪15固定于喷涂装置的旋转机构12 (本例中的旋转机构采用立式卡盘)上；卡具13为上、下开口筒形，其侧壁上开设有若干圆孔，以便于新鲜空气流向上进入内孔工件21内部。
[0084]由铜管制成四个冷却气环7~10通过由铜管制成的支架4固定于升降机构的立柱3上，四个冷却气环7~10与抽风隔尘筒28和内孔工件21进行同轴分布，支撑支架4的铜管与四个冷却气环7~10相连通。支架4通过锁扣5固定于升降机构的立柱3上，并且从支架4端部的接口 16处向四个冷却气环7~10充入冷却气，对内孔工件21进行降温。冷却气环17套在抽风隔尘筒28外部，冷却气环17距内孔工件上边缘为5mm，其内径比抽风隔尘筒28的外径大10mm，使抽风隔尘筒刚好能从冷却气环17的中间通过，冷却气环118、冷却气环ΠΙ9和冷却气环IVlO由上至下均匀套在内孔工件外部，并且三个冷却气环8~10的内径相等、均比内孔工件21的外径大12mm。在四个冷却气环7~10上均开设有若干个开孔，冷却气环17上的开孔方向朝下，并向内倾斜45° ;冷却气环118、冷却气环III9和冷却气环IVlO上的开孔方向均与向内，即与内孔工件的外表面相对。
[0085]喷涂时，通过冷却气环17的小孔向抽风隔尘筒28与内孔工件21内壁之间的缝隙内吹新鲜洁净的冷却气，这种结构的设计既能对内孔工件21降温，又能顶住烟尘，以防止烟尘上窜进入抽风隔尘筒28和内孔工件21之间的缝隙内，起到防尘作用；还能够吹走刚喷涂过部位表面的浮尘，对内孔工件起到防尘、净化作用。其次，新鲜洁净的冷却气沿内孔工件21与抽风隔尘筒28之间的缝隙以及卡具13侧壁上的圆孔进入内孔工件21内部，由于抽风机19对抽风隔尘筒28内抽风的作用，强行使进入内孔工件21内部的气体按照设定的方向流动，即含有大量粉尘和烟气的高温气体由下至上被内孔工件21中部的抽风隔尘筒28吸走，从而最大程度改善了内孔工件21内部的气体紊流状态。
[0086]抽风隔尘筒28的圆筒27上通过悬挂组件III24固定一冷却气喷嘴延长杆25，延长杆25的下端与冷却气喷嘴17相连通，该冷却气喷嘴17的吹气冷却部位与内孔喷枪11喷射在内孔工件21内壁上的射流斑点相对应，延长杆25的上端安装一接口 1126，通过该接口 II充入冷却气，冷却气喷嘴17与内孔喷枪11及抽风隔尘筒28同步连动，从冷却气喷嘴喷出的冷却气体流量可根据降温的需要单独调整，强行降低内孔工件21上射流斑点处的局部高温。冷却气环118、冷却气环III9和冷却气环IVlO上的若干个开孔在多处对内孔工件21的外壁吹冷却气，使其均匀冷却。
[0087]下面以对某大功率柴油发动机的气缸套(内径Φ 150mm、高200mm、壁厚5mm)内壁实施喷涂为例来说明本发明的工作原理，如图3所示:
[0088]I)按图2所示的结构制作、安装本发明装置的各部件，其中制作外圆直径为Φ 145mm的抽风隔尘筒28、内径为Φ 155_的冷却气环17以及内径均为Φ 175_的冷却气环118、冷却气环III9和冷却气环IVl`O ；
[0089]2)打开抽风机19;
[0090]3)从冷却气喷嘴17的接口 1126、支架4的接口 16处通入冷却空气。冷却气喷嘴17对着内孔喷枪11喷射在内孔工件21内壁上的射流斑点处吹冷却空气，强行降低内孔工件21上的射流斑点处的局部高温；由于组成支架4的铜管与冷却气环17、冷却气环118、冷却气环III9和冷却气环IVlO相连通，所以从支架4的接口 I处通入的冷却空气传至上述四个冷却气环，并由各冷却气环的开孔处喷出冷却气对内孔工件21进行降温；在抽风机的作用下大量新鲜空气从卡具13的圆孔进入内孔工件21内部，并由下而上流动进入抽风隔尘筒28，对内孔工件21进行降温；
[0091]4)从喷枪延长杆32顶端的接口 III31处通入所需的水、工作气体和喷涂材料，并接通电源,然后由内孔喷枪11对气缸套内壁开始实施喷涂作业，内孔喷枪11每上下运动3个来回后，停弧休息10分钟左右；停弧休息时让内孔喷枪11移动至最高点,抽风机19和立式卡盘12—直工作，且一直向冷却气喷嘴17、冷却气环17、冷却气环118、冷却气环III9和冷却气环IVlO内通冷却气，含有大量烟气、粉尘的热气由下至上被抽入抽风隔尘筒28后，流经铝箔软管22后，由抽风机19排出；[0092]5)达到要求的涂层厚度后，停止工作；关闭抽风机19，并停止向冷却气喷嘴1、冷却气环17、冷却气环118、冷却气环III9和冷却气环IVlO内通冷却空气。
[0093]通过下述实验来说明本发明装置的显著效果:
[0094]对内径Φ150πιπι、高200mm、壁厚5mm的试验件内壁喷涂Ni45+15%Mo涂层，使内孔喷枪11垂直上下连续往返喷涂2次。当不使用本发明的装置进行喷涂时，试验件的温度从室温升高到了 240°C ;当使用本发明的装置改善喷涂环境后，试验件的温度仅从室温升高到7 150°c，降低了 90。。。
[0095]目测涂层表面的污染情况，未使用本发明的装置时，涂层呈黄褐色，表面粉尘和烟尘污染严重，并粘有浮尘；使用本发明的装置后，涂层呈灰白色，与外圆喷涂的颜色差不多，表面没有明显的烟尘。
[0096]本发明通过采用高性能等离子喷涂技术在气缸套内壁制备镍基合金加钥耐磨、减磨复合涂层，提高了气缸套内壁的高温耐磨性，降低了摩擦系数。通过在气缸套外壁制备涂层，提高了气缸套外壁的耐腐蚀、穴蚀性能，延长了使用寿命。
[0097]以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明权 利要求的涵盖范围。
【权利要求】
1.一种发动机水冷气缸套外壁尺寸恢复与强化方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤: 基体预处理步骤，用于清除基体表面的油脂和灰尘； 安装卡具步骤，安装卡具只露出待喷的气缸套外壁； 一次或多次喷涂步骤，在气缸套外壁表面制备涂层； 涂层后加工步骤，对气缸套外壁的下支撑面磨削加工。
2.一种发动机水冷气缸套内壁尺寸恢复与强化方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤: 基体预处理步骤，用于清除基体表面的油脂和灰尘； 安装卡具步骤，安装卡具只露出待喷的气缸套内壁； 一次或多次喷涂步骤，在气缸套内壁表面制备涂层； 涂层后加工步骤，通过镗磨加工，使气缸套内壁达到工艺规范的要求。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述基体预处理步骤还包括在清除基体表面的油脂和灰尘之前，对待修复的气缸套内壁和/或外壁进行去除损伤处理。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述基体预清理步骤中清除基体表面的油脂和灰尘之后，或者在安装卡具步骤之后，包括使待喷涂表面粗糙化的粗化处理。
5.如权利要求1或2所·述的方法，其特征在于，所述涂层后加工步骤包括在加工之前的封孔处理，在喷涂完毕后立即用树脂对涂层进行封孔处理。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，外壁涂层的材料为镍铝复合粉末或镍铬铝复合粉末，内壁涂层的材料为NiCrBSi与Mo的混合粉末。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述发动机水冷气缸套由钢或铸铁制成。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述树脂为环氧树脂或酚醛树脂。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述喷涂步骤之前包括预热步骤，对基体进行预加热。
10.一种发动机水冷气缸套，其特征在于，包括如权利要求1-9所述的方法制造的发动机水冷气缸套，所述发动机水冷气缸套外壁和内壁具备涂层。
【文档编号】F02F1/16GK103710660SQ201310722726
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年12月24日 优先权日:2013年12月24日
【发明者】刘明, 王海军, 姜祎, 但伟, 闫耀东 申请人:中国人民解放军装甲兵工程学院
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