[發(fā)明專利]活塞環(huán)涂層用復(fù)合材料、活塞環(huán)涂層及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210009023.X
• 申請日: 2012-01-12
• 公開（公告）號: CN102517577A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙勇;周琳;華云峰;樊新宇;劉存波;田從豐;吳利榮
• 申請（專利權(quán)）人: 山推工程機械股份有限公司
• 主分類號: C23C24/04
• 分類號: C23C24/04;C22C29/00;C22C32/00;F16J9/26
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 逯長明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種活塞環(huán)涂層用復(fù)合材料、活塞環(huán)涂層及其制備方法。

背景技術(shù)

活塞環(huán)是用于嵌入活塞槽溝內(nèi)部的金屬環(huán)，廣泛用于各種動力機械上，如蒸汽機、柴油機、汽油機、壓縮機、液壓機等。其中，活塞環(huán)是發(fā)動機內(nèi)部的核心部件，其影響著發(fā)動機的效率、載荷、速度和壽命。

目前一般通過表面技術(shù)提高活塞環(huán)性能，如電鍍、鍍鉻、氣體氮化、表面涂層處理等。其中，表面鍍鉻能明顯改善活塞環(huán)的耐磨性能，進(jìn)一步通過對鍍鉻層進(jìn)行陽極松孔處理，提高潤滑油存儲能力，能夠提高活塞環(huán)的使用壽命。然而，電鍍鉻工藝存在耗能大、毒性大、污染環(huán)境等缺點。氣體氮化技術(shù)以工藝經(jīng)濟(jì)可靠、環(huán)境友好等特點受到關(guān)注，但是氮化后的活塞環(huán)表面硬度不高且滲層深度不大，不能滿足發(fā)動機的發(fā)展要求。表面涂層處理由于具有制備工藝簡單、涂層性能良好等優(yōu)點成為提高活塞環(huán)性能的研究重點之一，如劉曉紅等公開了在活塞環(huán)表面電刷鍍Ni-W-SiC涂層的方法(劉曉紅，余憲海.柴油機活塞環(huán)Ni-W-SiC復(fù)合電刷鍍研究.中國修船，2005，2：25-27)；許小鋒等公開了在活塞環(huán)表面化學(xué)鍍Ni-P-Si₃N₄涂層的方法(許小鋒，鐘良，劉繼光.化學(xué)鍍Ni-P-Si₃N₄復(fù)合鍍層在柴油機氣缸套和活塞環(huán)上的應(yīng)用.蘇州科技學(xué)院學(xué)報，2005，18(1)：14-17)。雖然上述涂層均能夠提高活塞環(huán)的使用壽命，但上述涂層均較為致密，難以存儲潤滑油；另外，其摩擦系數(shù)相對較高，活塞環(huán)的耐磨減磨性能仍需進(jìn)一步提高。

公開號為CN?1320767A的發(fā)明專利采用物理氣相沉積(PVD)技術(shù)在活塞環(huán)上形成了TiCN或TiAlZr(CN)或TiCrNi(CN)鈦基納米陶瓷涂層，該涂層的干摩擦系數(shù)較低，一般為0.2左右，可以提高活塞環(huán)的使用壽命，但該涂層較薄，承受能力較差，難以滿足發(fā)動機高載荷、高速度的要求。公開號為CN101430004A的發(fā)明專利采用PVD技術(shù)制備粘結(jié)層為Cr、耐磨層為Cr/CrN多層涂層、減磨層Cr/Cr₂O₃多層涂層的復(fù)合涂層，該涂層較厚，承受能力較好，但其摩擦系數(shù)相對較高，耐磨減磨性能較差。公開號為CN?102080207A的發(fā)明專利采用PVD技術(shù)制備DLC/TiAlN/CrN/Cr多層超硬膜涂層，雖然其摩擦系數(shù)較低，但抗高溫性能較差，難以滿足活塞環(huán)服役環(huán)境要求。

公開號為CN?101715521A的發(fā)明專利采用熱噴涂技術(shù)制備得到了粘結(jié)層為Ni、耐磨層為含CrC、WC和MoC的Mo合金涂層、磨合層為AlCu或Ni-石墨的復(fù)合涂層，公開號為CN?86106714A的發(fā)明專利采用等離子噴涂技術(shù)制備含鉬、碳、鉻、鎳、硼、硅和氧化鋁的涂層，公開號為CN?1705765A的發(fā)明專利采用熱噴涂技術(shù)制備得到含碳化鉻粒子的Ni-Cr合金涂層，上述涂層均采用熱噴涂技術(shù)制備，具有一定的孔隙，可以存儲潤滑油，能夠提高發(fā)動機效率，但其涂層材料摩擦系數(shù)相對較高，耐磨減磨性能較差。另外，熱噴涂技術(shù)會引起組分相變、分解、揮發(fā)、氧化等現(xiàn)象，制備得到的涂層呈層狀結(jié)構(gòu)，涂層內(nèi)聚強度低。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種活塞環(huán)涂層用復(fù)合材料、活塞環(huán)涂層及其制備方法，采用本發(fā)明提供的活塞環(huán)涂層用復(fù)合材料制備得到的活塞環(huán)涂層具有孔隙，可存儲潤滑油，且該涂層具有良好的力學(xué)性能、耐磨減磨性能和自潤滑性能。

本發(fā)明提供了一種活塞環(huán)涂層用復(fù)合材料，包括：

7wt％～30wt％的Ni；

5.5wt％～30wt％的Cr；

2wt％～13wt％的Al；

0.5wt％～2wt％的Si；

5wt％～25wt％的Ti₃SiC₂；

20wt％～60wt％的(Ti，Al，Si，C)N。

優(yōu)選的，所述Ti₃SiC₂的平均粒徑不大于6μm。

優(yōu)選的，所述(Ti，Al，Si，C)N的平均粒徑不大于3μm。

本發(fā)明還提供了一種活塞環(huán)涂層，由以下原料形成：

7wt％～30wt％的Ni；

5.5wt％～30wt％的Cr；

2wt％～13wt％的Al；

0.5wt％～2wt％的Si；

5wt％～25wt％的Ti₃SiC₂；