专利名称：一种陶瓷汽缸的制作方法
技术领域：
本实用新型属于铝合金缸体，特别涉及内表面陶瓷化处理的铝合 金缸体，适用于摩托车、通用汽油机发动机。
背景技术：
铝合金由于其轻质易成型、比轻度高、导热性能好，成为汽油发 动机缸套的主要材料之一。但由于发动机活塞是在汽缸内做快速往复 运动，铝合金缸体的耐磨性、耐冲击性、耐腐蚀性等性能较差而限制 了铝合金在发动机缸体上作为直接磨擦副的应用。铝合金缸体必须进 行适当的内表面硬化处理。汽缸要求工作温度高，热冲击大，速度高 速磨擦频繁，普通汽缸难以满足工况恶劣的条件下工作，长期制约着 发动机综合性能的提高。常用的镶铸铁套气缸制备工艺复杂、界面结
合质量稳定性较差；镀镍、铬工艺及复合镀工艺对境污染严重，达不
到环境友好的要求。还有碳化硅复合陶瓷(专利号93115277.1 )，需
要高温二次烧结，工艺难度大。
发明内容
本实用新型的主要目的是，消除现有铝合金复合材料活塞汽缸技 术中，成本高、污染重的缺点，提供一种操作简便又稳定，无污染， 具有非常好的耐磨性、耐腐蚀、抗高温冲击性好的复合陶瓷层的铝合 金基体气缸及其制造方法。
本实用新型的方案是 一种陶瓷汽缸，在基质材料为ADC12或AC4A 的汽缸内壁上，有一层陶瓷层，其特征在于所述陶瓷层为微弧氧化陶瓷层，陶瓷层的厚度为15-120pm,其组分包括Y-A1203、 oc- A1203。 上述ADC12的化学成分为Cu: 1. 5-3. 5, Si: 9. 6-12， Mg: 0. 3, Zn: 1，
Fe:1.3， Mn:0.5， Ni:0.5，余量Al。 AC4A的化学成分为Cu:0.25， Si: 8-10, Mg:O. 3-0. 6， Zn:O. 25， Fe: 0. 55， Mn: 0. 3-0. 6， Ni: 0. 1， Ti:O. 2余量A1。
珩磨加工完后的所述陶瓷层厚度可为15-50 jum。
上述陶瓷汽缸的制造方法，其特征在于工艺过程是将待处理的 缸体作为阳极、内置不锈钢管作为阴极，将以碱性电解溶液从缸体一 端通过缸体，从缸体的另一端流出；工艺过程中控制的条件为电压 450V-750V,电流密度为20-40 A/dm2，时间是40-80min，所述电源采 用不对称的正负脉冲高压电源；碱性电解溶液成份为Na2Si03: 4-8g/L、 NaOH: 2-5g/L Na3A103:1-3 g/L， Na2W042-4g/L, EDT 二钠:1-3 g/L， 电解液PH值为9-13。溶液温度控制在10-50°C。
陶瓷化处理装置主要有电源及调压控制系统、冷却系统、电解槽、 搅拌系统、汽缸屏蔽工装等部分组成。电源及调压控制系统提供了处 理所需的高压电；冷却系统可以保证电解液的温度在工艺范围内；电
解槽通常由不锈钢制成，兼做阴极，内盛电解溶液；搅拌系统可以提 高溶液中电解液的均匀性；汽缸屏蔽工装可以保证非处理面不得与电
本实用新型采用100-300 KW特殊电源及自动控制系统及去离子水
配制成不同组份的电解液。根据技术要求，在电解液中加入铝酸盐、 锡酸钠等不同添加剂，目的为了提高陶瓷层的顺应性、嵌藏性、耐磨性，及耐热冲击性。在一般情况下，电解液PH值最大为9-12，建议 去掉电解液组分组成如Na2Si03: 4-8g/L、 NaOH 2-5g/L: Na巢:l-3 g/L,Na2W04:2-4g/L，电解液PH值为9-13。优化工艺电流密度、电压、 时间控制等工艺参数本实用新型陶瓷化处理电流密度、电压、时间 控制、电解液温度的控制是提高汽缸工作表面生成陶瓷层质量的关键。 要求分别设置恒电流、恒电压控制装置和电解热交换温控装置工艺 电压一般控制在450-750V范围内，电流密度控制在20-40A/dm2,电解 液温度一般控制在10-5(TC范围内。随着处理时间的延长陶瓷层也随 之不断形成及增加厚度，处理时间越长，陶瓷层的厚度越厚，但表面的 粗糙度也随之增加。可根据汽缸的陶瓷层厚度要求来决定参数的调整， 一般陶瓷层厚度为50-120jum。汽缸銜磨后可获得15-50 jum的陶瓷层 本实用新型的汽缸陶瓷化处理操作简便又稳定，在整个陶瓷化处 理过程中，不需改变电解液的浓度，可重复使用，获得的复合陶瓷层 汽缸膜层厚、致密度高、硬度高、具有非常好的耐磨性，耐腐蚀、抗 高温冲击性。
图1为内孔带微弧氧化陶瓷层的铝合金陶瓷汽缸示意图。 图2为汽缸内孔陶瓷化装置示意图。
图中，l.汽缸基体，2.陶瓷层，3.内孔表面，4.阳极接线柱，5. 电解槽，6.绝缘槽，7.搅拌系统，8.阳极电极棒，9.工装，10.汽缸， 11.电解液，12.高压电源，13.控制系统。 具1^,实施方式
实施例一以ADC12材质汽缸为例电解液(11)为以水玻璃为主要成分，各 成分与总体积比配置溶液，Na2Si03: 7 g/L、 NaOH 4g/L、 Na3A103 2 g/L、 Na2W04:4 g/L EDT二钠3 g/L,将PH值调整在13。将配置好的电 解溶液从缸体下部的导进管流进，从上部的口管流出，溶液通过循环 冷却系统在缸体内流动。内置不锈钢管接电源阴极，缸体接电源阳极。 开始4分钟内，通过电源对缸体施加电流密度为20 A/dm2, 4分钟后 通过电源对缸体施加电流密度为20-28 A/dm2,处理结東前电流密度随 着陶瓷层厚度的增加而变化。利用气泵的搅拌冷却电解液温度为 45-55。C，处理时间55分钟，在缸体内表面原位生长一层致密的A1203 陶瓷层。经测量厚度为100-110jum,经过銜磨可以获得经济的陶瓷层 厚度。
实施例二
以AC4A材质汽缸为例电解液为以水玻璃为主要成分，各成分与 总体积比配置溶液，Na2Si03:4ml/L、 NaOH 2. 5g/L、 Na3A103 2. 5 g/L、 Na2W04: 3 g/L EDT二钠2. 5 g/L，将PH值调整在IO。将配置好的电 解溶液从缸体下部的导进管流进，从上部的口管流出，溶液通过循环 冷却系统在缸体内流动。内置不锈钢管接电源阴极，缸体接电源阳极。 开始8分钟内，通过电源对缸体施加电流密度为22 A/dm2， 8分钟后 通过电源对缸体施加电流密度为25-30 A/dm2,处理结東前电流密度随 着陶瓷层厚度的增加而变化。利用气泵的搅拌冷却电解液温度为 25-35°C，处理时间40分钟就会在缸体内表面原位生长一层致密的 A1A陶瓷层。经测量厚度为65-75/am，经过珩磨可以获得经济的陶瓷 层厚度。根据不同需要，可以控制陶瓷层的厚度，综合考虑发动机性能和经济性，最佳厚度单边为60-120 jum，绗磨后的最佳经济厚度为 15-50pm。
对上述两种处理工艺后的陶瓷层进行硬度和耐磨试验其显微硬 度均在HV900以上，耐磨试验时间达到600小时以上。
权利要求1.一种陶瓷汽缸，在基质材料为ADC12或AC4A的汽缸内壁上，有一层陶瓷层，其特征在于所述陶瓷层为微弧氧化陶瓷层，陶瓷层的厚度为15-120μm。
2. 如权利要求1所述的陶瓷汽缸，其,征在于所述陶瓷层厚度为 15-50 ium。
专利摘要本实用新型属于铝合金缸体，适用于摩托车、通用汽油机发动机，具体为一种陶瓷汽缸，其基质材料为ADC12或AC4A，在汽缸内壁上有一层微弧氧化陶瓷层，陶瓷层组分包括γ-Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>、α-Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>，陶瓷层的厚度为15-120μm。该氧化复合陶瓷层汽缸膜层厚、致密度高、硬度高、具有非常好的耐磨性，耐腐蚀、抗高温冲击性。
文档编号F16J1/01GK201145032SQ200720030768
公开日2008年11月5日 申请日期2007年11月20日 优先权日2007年11月20日
发明者孔令东, 宋文启, 张书民, 张鲁京, 颜君衡 申请人:曲阜金皇活塞股份有限公司