[發明專利]一種鋁合金活塞及精密摩擦副表面處理方法

有效

• 申請號: 201310419249.1
• 申請日: 2013-09-13
• 公開（公告）號: CN103484849A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 鄧才松;鄧鴻月
• 申請（專利權）人: 鄧才松
• 主分類號: C23C22/66
• 分類號: C23C22/66;C23C22/83;B82Y30/00
• 代理公司: 四川力久律師事務所 51221
• 代理人: 劉雪蓮;童淑蘋

技術領域

本發明涉及一種輕合金表面的處理方法，特別涉及一種鋁合金活塞及精密摩擦副表面處理方法。?

背景技術

鋁合金具有比強度、比剛度高，鋁元素資源豐富而成為當今用量僅次于鋼材的第二大工程材料。由于其優異的機械性能和物理性能，以鋁元素為基礎的合金已廣泛用于航空航天、機械、電子、汽車等結構件領域。隨著現代科技的發展，減輕結構提高性能，利用鋁合金的特性，將其廣泛應用在發動機領域。由曲柄連桿機構中的活塞（不含活塞環）、缸體和缸（套）組成的摩擦副，基本都采用鋁合金制備而成。?

發動機燃燒室都是由鋁合金活塞（環）的頂部與汽缸蓋、汽缸套組成。發動機在使用過程中的主要失效破壞形式，造成活塞易磨損、易熱變型、易存積碳粘附（微區熔焊），導致活塞環“卡死”性斷裂的部位是環槽；其次是裙部（拉痕、溝槽）和銷孔（磨損、斷裂）；活塞環槽易磨損、熱變形的主要部位是靠近燃燒室的第一環槽及環岸；出現燒蝕、熱裂、熔化擊穿的部位是在活塞的頂部。究其主要原因，首當其沖承受來自燃燒室的高溫、高壓、高頻率多元高溫腐蝕氣體沖擊共同作用的結果，導致該摩擦副摩擦損失、約占發動機總摩擦損失的65%-80%，當活塞環槽出現較大磨損、熱變形時，將有較多的高溫、高壓氣體進入曲軸箱，由此導致較多的機油進入燃燒室而造成積碳增多，活塞環彈力減小，端隙、側隙、背隙增大而導致燃燒室密封作用差、功率下降，燃油消耗隨之增大，由量變到質變，嚴重時將造成活塞環刮缸、拉缸或“卡死性”斷裂的嚴重?失效破壞而長期制約著發動機的耐久性。從某種意義上說，活塞組件摩擦副可稱發動機的心臟，它的耐久性決定著發動機質量水平的優劣，決定著發動機節油降耗、低碳環保及使用壽命的長短。所以，鋁合金在發動機活塞及精密摩擦副領域中大規模應用，亟待尋求相應的表面處理先進技術。?

目前，在國內外對鋁合金的表面處理方法，采用了化學氧化、電鍍、熱噴涂、離子注入、冷作硬化、陽極氧化和微弧氧化技術（Micro-arc?Oxidation，MAO），甚至將一環槽鑲嵌高鎳奧氏體耐磨圈，力求來解決組成發動機燃燒室零部件的絕緣隔熱抗積碳、耐磨耐蝕；抗燒蝕、熱裂、熔頂擊穿；承耐高溫沖擊、抗熱變形；表處幾何尺寸增大等長期存在的技術難題。就陽極氧化技術工藝，即鋁及其合金零部件，是在相應的電解液中和特定的工藝參數條件下，在鋁合金工件表面上形成一層氧化膜的過程。經過該技術工藝處理，能夠增加鋁合金一定的防腐蝕性。微弧氧化技術工藝，是在普通陽極氧化技術基礎上，從九十年代開始引進、消化、發展起來的一種表面處理技術，有的稱為微等離子體電解液氧化技術。即將鋁及其合金零部件裝架放入電解質溶液中，施加320V以上的高電壓、電流密度為6A～10A/dm²的大電流，生成陶瓷化表面膜層的過程。氧化過程特征是物理放電與電化學氧化互動作用下的結果。采用微弧氧化技術可有效提高鋁合金零部件表面硬度、耐磨耐蝕、抗高溫等性能指標。目前，國內外采用該技術工藝處理方法獲得的陶瓷膜層，都是由鋁合金零部件基材過渡結合層、中間致密層（硬度高、工作層）、表面層(疏松層)等三層結構（見參考文獻1、158p）組成。1.表面層。這一層比較疏松粗糙，在含硅酸鹽的溶液中，則微弧氧化膜的表面層含硅酸鋁（α-AL₂O₃）和γ-AL₂O₃。用于工程目的時，一般需要磨去這一層直接接觸工作層使用。這是國內外至今未解難題。其關鍵點是疏松層疏松多孔，表面粗糙度增大，致密度和硬度都差，導致工件表面幾何尺寸增大難控，?用于活塞組件及精密工程目的時，零部件工作表面疏松層必須打磨、精加工后才能裝機實用，導致大幅度增加生產成本，用戶難以接受，而且發動機活塞都呈橢圓型，無法旋轉拋光精加工。嚴重制約著微弧氧化技術用于發動機活塞及精密摩擦副領域的進程。?

參考文獻：?

1.朱祖芳，《鋁合金陽極氧化與表面處理技術》，8.2微弧氧化，化學工業出版社，2004年7月北京笫一次印刷?

2.曹茂盛，蔣成禹，田永君，《納米材料導論》，哈爾濱工業大學出版社，2001年8月第一版。?

發明內容

本發明的目的，在于克服現有技術中所存在的不足。主要特征是在陽極氧化、微弧氧化基礎上深化延伸的一種技術。特別是解決了目前國內外微弧氧化后得到陶瓷膜層的表面層結構疏松、粗糙、硬度低、摩擦因數增大；表面幾何尺寸增大難控，必需要磨去表面層，活塞及精密摩擦工件才能裝機實用，導致生產成本大幅度增加，市場用戶很難接受的至命難題。?

為了實現上述發明目的，本發明提供了以下技術方案：?