[發明專利]一種帶復合層的內燃機活塞及其制造方法

無效

• 申請號: 201010274885.6
• 申請日: 2010-09-05
• 公開（公告）號: CN101949338A
• 公開（公告）日: 2011-01-19
• 發明（設計）人: 張魯京;孔德芬;顏君衡;甄介生;魏運財;孔令東;張書民
• 申請（專利權）人: 曲阜金皇活塞股份有限公司
• 主分類號: F02F3/10
• 分類號: F02F3/10;C25D11/04;C23C18/31
• 代理公司: 暫無信息
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技術領域

本發明涉及一種內燃機活塞，具體為一種帶復合層的內燃機活塞及其制造方法。

背景技術

活塞是發動機的核心部件，隨著發動機向低油耗、低噪音、低排放目標的發展，對活塞的質量要求越來越高。內燃機活塞要求工作溫度高、熱沖擊大、速度高、摩擦頻繁，普通活塞難以滿足在工況惡劣的條件下工作，長期制約發動機綜合性能的提高。為此國內外科技人員實施了各種舉措：如：“活塞整體陽極化處理”、“微弧氧化處理”、“頭部熱噴涂陶瓷層”等，但考慮工藝復雜程度、成本控制、使用條件等因素，以上方法各自有不同的應用范圍局限。

發明內容

本發明的目的是克服內燃機活塞應對溫度高、熱沖擊大、速度高、摩擦頻繁中出現的不足，將活塞頭部硬質陽極氧化、裙部外圓鍍錫技術應用于同一只活塞，提供一種帶復合層的內燃機活塞，使活塞的綜合性能得到提高。

本發明的目的是這樣實現的：一種帶復合層的內燃機活塞，其基體材質為Al-Si合金，其特征在于活塞頭部外表面有Al₂O₃氧化膜層，裙部外表面有一鍍錫層。

所述氧化膜層為陽極氧化膜層，厚度為8-60μm；鍍錫層厚度為1.5-3um。

一種帶復合層的內燃機活塞的制造方法，其特征在于活塞頭部采用陽極氧化處理，活塞裙部鍍錫。

所述的陽極氧化具體工藝流程為：化學除油-熱水洗-冷水洗-出光-冷水洗-工裝局部保護活塞-氧化-冷水洗；陽極氧化工藝條件包括電壓、電流、氧化溶液溫度、氧化時間及氧化溶液成分配比。

所述的陽極氧化的工藝條件為：電壓45-70V，氧化電流密度3-7A/dm²，氧化溶液溫度-5-0℃，氧化時間30-60分鐘，所用的氧化溶液濃度為硫酸：200-240g/L、草酸：15-20g/L、硫酸鋁：0.2-0.5g/L

所述的工裝為內徑與活塞環槽外徑、活塞頭部外徑相當的水桶狀保護件。

所述活塞裙部鍍錫的工藝為化學鍍：將頭部氧化處理的活塞進行鍍前處理，然后將不需要鍍錫的活塞頭部、環槽等保護起來，放入60℃-80℃溫度下的化學鍍液中，保持2-3min，而后經過后冷水洗、鈍化、冷水洗、熱水封閉，最后放入烤箱進行烘干。

所述鍍前處理包括煤油洗-化學除油-熱水洗-冷水洗-出光-冷水洗。

所述的化學鍍液為K₂Sn(OH)₆或Na₂Sn(OH)₆溶液。

鋁合金在特定的工作條件下，在外加電流的作用下，在陽極上形成氧化膜的過程，稱做陽極氧化。鋁合金活塞經氧化反應后在其表面生成Al₂O₃氧化膜層，該膜層硬度很高，維氏顯微硬度可達250HV-500HV，故稱硬質陽極氧化。該氧化膜層熔點高達2050℃，導熱系數小于0.16W/m²·K，可使活塞頭部燃燒室承受瞬時高溫，并可起絕熱作用。實踐證明，用直流電源進行陽極氧化可以得到優質氧化膜層。

陽極氧化裝置主要有電源及調壓控制系統、電解槽、攪拌系統、冷卻系統四部分組成。電源及調壓控制系統提供了硬質陽極氧化所需的高壓電，電解槽通常由鉛版制成，兼做陰極，內盛氧化溶液；攪拌系統可以提高溶液中電解質的均勻性；冷卻系統可以保證電解液所需的工作溫度。

更具體的為：具體為將活塞頭部以外的區域用專用工裝封閉起來，計算活塞頭部表面積、在恒溫室中測量活塞頭部厚度和裙部型線尺寸、清洗活塞表面，優選各項工藝參數，配置合適的氧化溶液成分和組分，設定電壓至45-70V，電流密度在3-7A/d?m²，啟動氧化溶液冷卻和攪拌系統，控制氧化溶液溫度在-5-0℃范圍內變化，將活塞放入氧化溶液中，通電后，表面立即生成很薄的一層高絕緣性能的氧化膜，隨著氧化膜的產生，氧化溶液對氧化膜的溶解作用也就開始了。由于氧化膜不均勻，氧化膜薄的地方首先被溶解，形成了孔隙。氧化溶液通過孔隙到達活塞表面，使電化學反應繼續進行。因為溶解總是在氧化膜相對薄弱的部位發生，當氧化物絕緣膜被溶解后，在該部位生成新的氧化膜，溶解點轉移到其它相對薄弱的區域，氧化膜的生成伴隨著氧化膜的溶解，當膜的生成速度大于溶解速度，氧化膜層逐漸增厚，最終形成的氧化膜層是均勻的。這種氧化膜層是由Al₂O₃組成，可以獲得較高的耐磨性、耐腐蝕性、耐熱沖擊性，提高發動機的壽命和效率。