[發明專利]一種氣缸套內壁隔熱耐磨復合涂層及制備方法

在審

• 申請號: 201910165633.0
• 申請日: 2019-03-06
• 公開（公告）號: CN109778104A
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發明（設計）人: 張超;黃博;肖金坤;朱崇湘;夏園
• 申請（專利權）人: 揚州大學
• 主分類號: C23C4/134
• 分類號: C23C4/134;C23C4/11;C23C4/08
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 鄒偉紅

本發明屬于涂層領域，特別是一種氣缸套內壁隔熱耐磨復合涂層及制備方法。涂層位于氣缸套的內表面，涂層包括交替布置的陶瓷隔熱層和金屬耐磨層。方法采用具有雙路送粉器的內孔等離子噴涂系統進行涂層的制備，將金屬粉末與陶瓷粉末同時送入等離子弧焰流中，氣缸套繞自身軸線旋轉，通過控制程序使內孔等離子噴涂系統的內孔噴槍槍頭伸入氣缸套內部上下往復移動，調節粉末參數和送粉參數，調控軌跡，獲得分層結構的復合涂層。這種交替式層狀涂層既能隔熱耐腐蝕，又能使缸套沿涂層至基體傳導熱量進行散熱，將氣缸套內部溫度維持在一定范圍，使其在惡劣的高溫環境中不會因絕熱而產生劇烈的高溫磨損，有效減小氣缸套磨損損失，提高發動機的熱效率。

技術領域

本發明屬于表面涂層領域，特別是一種氣缸套內壁隔熱耐磨復合涂層及制備方法。

背景技術

進入21世紀柴油發動機機已經成為汽車、船舶、農用機械、工程機械、內燃機車、和軍用設備、移動和備用電站等裝備的主要配套動力，柴油機是各種機械中熱效率最高、能量利用率最好、最節能的機型，柴油機也正朝著低能耗、高效率、耐久性方向發展。氣缸套作為柴油機最重要的核心部件，工作環境十分惡劣，氣缸套內表面在燃燒室燃燒時承受著活塞的往復摩擦作用以及高溫燃氣的沖擊，磨損嚴重時在氣缸內壁上產生拉缸、拉毛或咬死的現象，導致氣缸套失效。

目前為提高缸套性能大都采用高強度的球墨鑄鐵，同時采用激光淬火、多孔鍍鉻法以及氮化方式提高其耐磨性，但其耐磨性能提升有限，且熱效率較低。本發明所制備的隔熱耐磨陶瓷涂層運用在氣缸套內表面，可有效提高其耐磨性能還能保持較好的隔熱性能，延長氣缸套的使用壽命。

大氣等離子噴涂技術相比于其它熱噴涂工藝，操作簡單靈活，噴涂效率更高，應用更廣泛。該技術提供更高的等離子弧焰流溫度(12000～16000℃)，更高的焰流速度(200～1200m/s)，使復合粉末在等離子弧焰流中得到充分熔融，以極快的噴射速度沉積到基體表面，并以超高的冷卻速率(10⁵-10⁷K/s)冷卻得到金屬陶瓷涂層。

CN108495946A提供一種用于暴露于柴油發動機的燃燒室和/或排氣的燃燒室的部件，例如氣缸襯套或閥面。該部件包括施加到由鋼制成的主體部分的熱障涂層。首先施加一層金屬結合材料，然后是包括金屬結合材料和陶瓷材料的混合物的梯度結構，接著是一層陶瓷材料。該陶瓷材料包括氧化鈰、氧化鈰穩定的氧化鋯、氧化釔穩定的氧化鋯、氧化鈣穩定的氧化鋯、氧化鎂穩定的氧化鋯和由另一種氧化物穩定的氧化鋯中的至少一種。通過熱噴涂或HVOF來施加熱障涂層。該熱障涂層具有2％體積至25％體積的孔隙率，小于1毫米的厚度，和小于1.00W/m·K的導熱率。

CN107130204A涉及了一種耐磨涂層及其制備工藝。本發明提供的一種耐磨涂層氣缸套，包括氣缸套基體和復合在氣缸套基體內表面的涂層，所述涂層為鎳碳化鎢涂層，鎳碳化鎢涂層的孔隙率為3～8％；本發明提供的工藝制備的耐磨涂層氣缸套，具有摩擦系數小，涂層與氣缸套內孔表面結合強度高，耐腐蝕等優點，同時涂層的孔隙率又具有很好的儲油功能，能進一步降低氣缸套的磨損。

CN 107354418 A公開了一種耐磨隔熱涂層及其制作方法，該涂層有設置在基底上的隔熱層和設置在隔熱層上的耐磨層組成；所述的隔熱層有氧化釔穩定氧化鋯粉末和NiCrAlY粉末按質量比1：(0.35～0.55)組成；所述的耐磨層由氧化釔穩定氧化鋯粉末和NiCrAlY粉末按質量比1：(3.0～5.5)組成。該涂層的制作方法如下：(1)表面處理；(2)熱噴涂；(3)熱處理：以5～10℃/min的升溫速率將工件升溫至800～820℃，恒溫處理1～3小時，再以5～10℃/min的升溫速率升溫至1010～1020℃，恒溫處理1～3小時，再在氮氣環境下放入油槽淬火。