[發明專利]一種用于鋼活塞的金屬-陶瓷復合涂層

有效

• 申請號: 201710233781.2
• 申請日: 2017-04-11
• 公開（公告）號: CN107338408B
• 公開（公告）日: 2019-06-14
• 發明（設計）人: 劉國強;趙小峰;劉濤;李紅偉;趙子宇
• 申請（專利權）人: 濱州渤海活塞有限公司
• 主分類號: C23C4/131
• 分類號: C23C4/131;C23C4/08;C23C4/18;B23P15/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 鄭平

本發明提供一種用于鋼活塞的金屬?陶瓷復合涂層。引入成熟的電弧噴涂技術，先在鋼活塞頂面制備一層致密的鋁、鎂、鈦等易于進行電化學氧化的材料，然后在此基礎上使用硬質陽極氧化、微弧氧化等電化學方法制備隔熱層。對鋼活塞的待處理區進行機械加工；采用電弧噴涂在機械加工后鋼活塞表面形成一層金屬過渡層；對覆蓋有金屬過渡層的鋼活塞進行二次機械加工；采用電化學方法在二次機械加工的鋼活塞表面制備陶瓷隔熱層。由于金屬噴涂難度遠低于氧化鋯、氧化鋁等陶瓷材料的噴涂，尤其適合采用電弧噴涂，制造成本大幅度降低。

技術領域

本發明屬于熱障涂層領域，特別涉及一種用于鋼活塞的金屬-陶瓷復合涂層。

背景技術

在鋁活塞的制造中，常使用硬質陽極氧化、微弧氧化等電化學方法在活塞頂面制備隔熱涂層，但是這些技術無法在鋼活塞上使用。

現有技術有熱噴涂法、燒結法直接在鋼或鋼活塞上制備氧化鋯、氧化鋁等涂層的，其中以等離子噴涂制備氧化銥穩定氧化鋯的方案較多，并且在航空航天、鍋爐等行業應用較多。

現有技術必須借助等離子噴涂設備進行，設備、材料成本高昂。

現有技術是直接在鋼活塞表面噴涂陶瓷涂層，這種方法制備的涂層厚度均勻性、表面粗糙度均較差，同時這些材料硬度極高，難以使用常規的方法加工，不能滿足活塞等尺寸精度要求很高的零部件的要求。

中國專利CN201611197652.4公開了一種內燃機鍛鋼活塞頂部隔熱涂層的制備工藝，在活塞機體表面電鍍或等離子噴涂一層預處理鋁涂層，在預處理鋁涂層表面進行陽極氧化或微弧氧化。但由于電鍍過程中加熱爐溫度達750℃～850℃，保溫30-40min，使鋼活塞基體的高溫強度(蠕變極限和持久強度)明顯下降，該溫度和時間下活塞已經整體變紅，會產生嚴重銹蝕、變形，對活塞的整體性能影響巨大，報廢幾率極大。同時，這種工藝耗費時間較長，生產效率較低。

該專利提及的電鍍鋁涂層厚度為200±50μm，這種厚度對車削加工的重復定位精度來說難度很大，極易因重復裝夾帶來的偏差導致將鋁涂層完全車掉，同時，電鍍過程的高溫帶來的劇烈銹蝕、變形，進一步加劇了裝夾精度的偏差。

由于涂層總厚度較大，對活塞尺寸的影響不可忽略，該專利中也未提及相關的解決辦法。

發明內容

為了克服上述不足，本發明提供一種用于鋼活塞的金屬-陶瓷復合涂層。采用電弧噴涂技術替代電鍍、熱浸鍍或等離子噴涂先在鋼活塞頂面制備一層致密的鋁、鎂、鈦等易于進行電化學氧化的材料，然后在此基礎上使用硬質陽極氧化、微弧氧化等電化學方法制備隔熱層，制備的鋼活塞涂層尺寸精度高、隔熱性能優異。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種用于鋼活塞的金屬-陶瓷復合涂層的制備方法，包括：

對鋼活塞的待處理區進行機械加工，為后續涂層的制備預留尺寸；

采用電弧噴涂法在機械加工后的鋼活塞表面形成一層金屬過渡層；

對覆蓋有金屬過渡層的鋼活塞進行二次機械加工；

采用電化學方法在經過二次機械加工的鋼活塞的金屬過渡層表面制備陶瓷隔熱層。

本申請研究中發現：現有的等離子噴涂由于采用粉末原料，在噴涂鋁涂層的過程中易因粉末溫度過高導致鋁粉末爆炸，不適用于鋁過渡層的制備和大規模生產。為此，本發明對不同噴涂工藝下，鋼活塞金屬過渡層的形成規律和影響因素進行了系統分析，發現：采用電弧噴涂可以有效避免等離子噴涂過程中金屬粉末易爆炸的問題，提高鋼活塞耐腐蝕、高溫強度性能，降低燃燒時熱量向下的傳導，又不至于使燃燒室整體溫度過高，同時，金屬過渡層與鋼活塞的結合強度高，利于后續電化學法沉積陶瓷涂層。