[發明專利]鑲嵌耐磨粒子的復合鍍層活塞環及其加工方法

有效

• 申請號: 201310335480.2
• 申請日: 2013-08-02
• 公開（公告）號: CN103469283A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 王季明;劉津東;張彩霞;李雪芹;雷敬茂
• 申請（專利權）人: 石家莊金剛凱源動力科技有限公司
• 主分類號: C25D15/00
• 分類號: C25D15/00;C25D3/04;C25D5/18;F02F5/00
• 代理公司: 石家莊眾志華清知識產權事務所(特殊普通合伙) 13123
• 代理人: 張明月

技術領域

本發明屬于發動機技術領域，具體涉及一種鑲嵌耐磨粒子的復合鍍層活塞環。

背景技術

活塞環是發動機中最重要的零件之一，主要用于汽油機、柴油機、工程機械、水泵等內燃機中，其工作條件十分惡劣。通常，燃料在氣缸中燃燒使活塞、活塞環組件往復運動，由于氣缸內燃燒壓力的作用，導致活塞環和氣缸壁表面磨損。為了減少活塞環和氣缸壁之間的磨損，除了加入潤滑劑外，目前廣泛的處理方式是對活塞環進行鍍鉻處理。但是隨著內燃機行業的迅猛發展，活塞環要求工作溫度高、熱沖擊大、速度高、壽命長、摩擦頻繁，傳統的活塞環單一材料表面處理方式已不能滿足需要。

發明內容

本發明需要解決的技術問題是提供一種耐磨性能好、儲油性能高、壽命長的鑲嵌耐磨粒子的復合鍍層活塞環及其加工方法。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：

鑲嵌耐磨粒子的復合鍍層活塞環，包括鑄鐵材質的本體和鍍覆在本體外圓上的復合鍍層，復合鍍層為鑲嵌耐磨粒子的網紋狀的電鍍鍍層，所述耐磨粒子為碳化硅、二氧化硅、三氧化鋁、金剛石的一種或幾種的組合。

本發明的改進在于：所述復合鍍層的網紋密度為40～100網紋/mm，網紋寬度1～5μm，網紋深度2～20μm，復合鍍層的硬度為900～1200HV_0.1，復合鍍層的厚度為0.05～0.20mm。

本發明的進一步改進在于：所述耐磨粒子的粒徑為0.5～5μm，耐磨粒子在復合鍍層中的質量百分比為2～6%。

鑲嵌耐磨粒子的復合鍍層活塞環的加工方法，包括如下步驟：

A．配制復合鍍溶液：在鍍鉻槽中加入2/3體積的去離子水，再依次加入鉻酐、苯甲酸、硫酸，攪拌使鉻酐和苯甲酸充分溶解，并在攪拌過程中加入耐磨粒子，再次補加去離子水至工作液面，配制的溶液要求鉻酐的濃度為200～400克/升、硫酸的濃度為2～6克/升、苯甲酸的濃度為4～10克/升、耐磨粒子100～130克/升，通過水浴加熱的方式控制使鍍鉻槽中的復合鍍溶液的溫度為50～70℃；

所述耐磨粒子為碳化硅、二氧化硅、三氧化鋁、金剛石的一種或幾種的組合，耐磨粒子的粒徑為0.5～5μm；

B．將鑄鐵材質的本體與整流器的負極相連作為電鍍的陰極，將不溶性材料與整流器的正極相連作為陽極，將陽極和陰極置于鍍鉻槽的復合鍍溶液中；同時通過機械攪拌復合鍍溶液，保持耐磨粒子懸浮在溶液中；

C．在陽極和陰極之間施加正向直流電流，電流密度為20～100A/dm²，施加時間為40～60分鐘，在本體外表面形成一層硬鉻層；

D．在陽極和陰極之間施加反向直流電流，活塞環表面的硬鉻層反向刻蝕形成網紋，溶液中懸浮的耐磨粒子被吸附到網紋的裂縫中，電流密度為20～100A/dm²，施加時間為20～80秒；

E．在陽極和陰極之間施加正向直流電流，本體外表面鑲嵌有耐磨粒子的網紋外表面再次形成一層硬鉻，將耐磨粒子包裹固定；

F．根據鍍層設計厚度，重復步驟C～E，直到達到鍍層達到設計要求。

本發明鑲嵌耐磨粒子的復合鍍層活塞環的加工方法中，步驟C和步驟D中產生的三價鉻離子的濃度控制為2～8克/升。

由于采用了上述技術方案，本發明取得的技術進步是：

本發明將耐磨粒子添加在鍍鉻溶液中，在鍍鉻過程中在活塞環外圓上鍍覆了一層鑲嵌耐磨粒子的復合鍍層，由于耐磨粒子本身硬度很高，有很好的耐磨性，且以網格狀態鑲嵌在鍍鉻層的裂紋中，形成了網狀摩擦支撐面，耐磨性比普通鍍鉻層提高2.6～4倍，大大提高了活塞環的耐磨性，同時鉻層網紋又提高了工作面的儲油性能，降低了活塞環的摩擦系數，降低摩擦功耗，從而延長活塞環的使用壽命，降低用戶的更換、維修成本。特別在300馬力以上的高速柴油發動機上采用此種表面處理的活塞環，能提高發動機動力，降低燃油、機油消耗，延長發動機的使用壽命，降低污染物質的排放和工作噪聲，達到節約石油能源、保護大氣環境的目的。

本發明使用的耐磨粒子表面活性高，能在活塞環表面強烈吸附，不僅作為分散相，活塞環工作時形成耐磨支撐面，同時作為電化學結晶過程中的特殊結晶元素而形成結晶核心，含耐磨粒子的復合鍍層晶粒細致，無方向性，其耐磨性比普通鍍鉻層提高260～400%。