[發明專利]一種發動機汽缸內壁高耐磨涂層及其制備方法

在審

• 申請號: 201510949123.4
• 申請日: 2015-12-18
• 公開（公告）號: CN105441855A
• 公開（公告）日: 2016-03-30
• 發明（設計）人: 陳恒義
• 申請（專利權）人: 合肥中瀾新材料科技有限公司
• 主分類號: C23C4/067
• 分類號: C23C4/067;C23C4/134;B22F1/00
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

技術領域

本發明涉及汽車氣缸內壁涂層技術領域，尤其涉及一種發動機汽缸內壁高耐磨涂層及其制備方法。

背景技術

節能減排已經成為全球汽車企業的終極目標。據資料顯示，大氣污染物排放量中CO的66%、NOx的43%、HC的31%、CO₂的33%、微粒的20%均來自于汽車的排放。汽車輕量化對于節約能源、減少廢氣排放十分重要。采用鋁合金發動機逐漸取代傳統的鑄鐵發動機是節能減排的主要途經之一。但因鋁合金的強度和剛度均低于鑄鐵的性能，常用的方法是在鋁合金汽缸內壁鑲嵌鑄鐵襯套來提高其耐磨性。鑄鐵襯套不僅鑄造工藝復雜，生產成本較高，而且內嵌鑄鐵襯套增加了鋁合金發動機的重量和尺寸，不利于節能減排。目前，在鋁合金汽缸內壁表面制備耐磨涂層以取代鑄鐵襯套，已成為汽車發動機輕量化發展的主要方法。對于發動機汽缸與活塞組成的燃燒室，缸套和活塞不僅在高溫高壓下工作，還要承受燃料燃燒生成的硫化物（SO₂、SO₃）和燃燒時生成的水蒸汽以及吸入的空氣形成硫酸和亞硫酸帶來的嚴重腐蝕，而不銹鋼以其優異的耐蝕性、較高的力學性能和熱穩定性已經成為一種在鋁合金汽缸內壁表面優選的涂層制備材料，但是其耐磨性還不能滿足應用要求。《發動機汽缸內壁新型耐磨涂層研究》一文通過在不銹鋼粉中加入合適比例的自熔粉Ni60和減摩材料Mo，研制新型鐵基復合粉末，采用等離子噴涂技術制備耐磨減摩涂層，并對涂層的硬度、結合強度以及耐磨性與不銹鋼涂層相應的性能進行對比分析。通過加入32%的Mo+Ni60制備的復合涂層，結合強度由33.85MPa提高到43.63MPa；顯微硬度由337.3Hv0.1提高到464.15Hv0.1。316+Mo+Ni60涂層耐磨減摩性能明顯優于不銹鋼涂層，與GCr15材料的對磨環配副滑動時，摩擦系數由0.04-0.05降低到0.01-0.02。

但是隨著的科技的進步，人們對環保的要求、對汽車性能的需要越來越高，該涂層的耐腐性、耐磨性、潤滑性、抗裂紋性、硬度、抗熱沖擊性、抗熱氧化性、耐熱性，還是不能滿足要求，需要進一步改進。

發明內容

本發明目的就是為了彌補已有技術的缺陷，提供一種發動機汽缸內壁高耐磨涂層及其制備方法。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種發動機汽缸內壁高耐磨涂層，由下列重量份的原料制成：316不銹鋼粉末68-69、Mo粉6-6.5、Ni60粉末25-26、納米碳0.2-0.3、納米晶稀土硅鐵孕育劑0.4-0.6、LaB₆3.1-3.4、二氧化鍺2.2-2.4、鉬酸鈉8.5-10、醋酸酐4.5-4.8、二甲基甲酰胺75-80、濃鹽酸適量、四丁基溴化銨10-12。

所述的發動機汽缸內壁高耐磨涂層的制備方法，包括以下步驟：

（1）將鉬酸鈉、醋酸酐、二甲基甲酰胺混合，加入濃鹽酸調節pH值為2.5-3，再邊攪拌邊加入四丁基溴化銨，加熱至49-50℃，攪拌反應50-60分鐘，再加入LaB₆、二氧化鍺，繼續攪拌反應1-1.4小時，得到混合物料；

（2）將所述混合物料與其他剩余成分混合，研磨均勻，加熱至186-195℃并保持該溫度至二甲基甲酰胺揮發完，然后將所得塊狀物磨成粉末，

（3）將上述粉末在氮氣環境中，在500-510℃下反應1.4-1.5小時，得到粉末；

（4）將第（3）步得到的粉末球磨至粒度為15-45μm，在80-85℃烘干1-1.2小時，然后進行等離子噴涂，工藝參數Ar流量45L/min，H流量10/min，送粉量60L/min.載氣流量2.5L/min，電流650A，功率48kW，噴距160mm。

本發明的優點是：本發明通過使用鉬酸鈉，在金屬粉末表面形成納米鉬顆粒，同時附著納米二氧化鉬，提高了涂層的潤滑性，同時提高了涂層的結合強度，防止金屬被磨損后出現微凸，導致摩擦系數急劇增高；通過使用納米碳、納米晶稀土硅鐵孕育劑、LaB₆、二氧化鍺，提高了涂層的硬度和結合強度，大大提高了涂層的耐磨性和潤滑性，延長了涂層的使用壽命，提高了發動機的效率，減少了環境污染。

具體實施方式

一種發動機汽缸內壁高耐磨涂層，由下列重量份（公斤）的原料制成：316不銹鋼粉末68、Mo粉6、Ni60粉末25、納米碳0.2、納米晶稀土硅鐵孕育劑0.4、LaB₆3.1、二氧化鍺2.2、鉬酸鈉8.5、醋酸酐4.5、二甲基甲酰胺75、濃鹽酸適量、四丁基溴化銨10。