[發(fā)明專利]一種發(fā)動機陶瓷覆氣缸套的復合制造及應力釋放方法

在審

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• 申請日: 2021-11-11
• 公開（公告）號: CN114105669A
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發(fā)明（設計）人: 張德庫;張連;王克鴻;周琦;畢文卿
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: C04B37/02
• 分類號: C04B37/02;B23K1/19;B23K1/20;C21D9/50;C23C18/32
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 趙毅

本發(fā)明公開了一種發(fā)動機陶瓷覆氣缸套的復合制造及應力釋放方法，具體包括以下步驟：將釬焊所用的過渡層純銅或可伐合金進行精加工與缸套進行配合預留釬料填充縫隙；將釬料填充至缸套和過渡層的間隙處，并與過渡層和缸套配合緊密，無明顯錯位后放爐中進行釬焊；將焊接完成的工件進行精加工，過渡層進行減??；對陶瓷進行預金屬化后放入缸套內，縫隙處填充釬料，無錯位后放入爐中進行釬焊。本發(fā)明制造的一種發(fā)動機陶瓷覆氣缸套，具有熱疲勞強度高、陶瓷無裂紋且不易剝落等優(yōu)點，提高了氣缸套的耐磨性、抗腐蝕能力、潤滑性、抗冷熱沖擊性和抗變形能力，還提高了發(fā)動機的燃油效率和使用壽命。

技術領域

本發(fā)明為一種發(fā)動機陶瓷覆氣缸套的復合制造及應力釋放方法，屬于發(fā)動機零部件制造領域。

背景技術

結構陶瓷主要是指發(fā)揮其機械、熱、化學等性能的一大類新型陶瓷材料。它具有優(yōu)越的強度、硬度、絕緣性、熱傳導、耐高溫、耐氧化、耐腐蝕、耐磨耗、高溫強度等特色，因此，在非常嚴苛的環(huán)境或工程應用條件下，所展現(xiàn)的高穩(wěn)定性與優(yōu)異的機械性能，在材料工業(yè)上已倍受矚目。正是由于結構陶瓷具有如此優(yōu)異的特性，人們常常利用它來制造軸承、氣輪機葉片、機械密封環(huán)、永久性模具等機械構件。但是結構陶瓷由于高脆性難以制造高性能構件，將陶瓷與金屬連接在一起制造成復合結構有很大的應用前景，現(xiàn)有的技術主要采用活性釬焊法，最常用的釬料是Ag-Cu-Ti釬料，難以焊接較大件、且易出現(xiàn)裂紋，而氣缸套屬于較大件，所以活性釬焊難以制造陶瓷覆氣缸套的復合結構。

氣缸套是發(fā)動機上的重要部件之一，其鑲嵌在氣缸體內，與活塞、氣缸蓋共同組成燃燒室，并引導活塞做往復運動。發(fā)動機工作時，氣缸套要承受高溫高壓氣體的沖擊，氣缸壁內外溫差產生的熱應力，活塞的側壓力和摩擦力以及螺栓預緊力的作用，工作條件十分惡劣。同時，由于活塞在氣缸內做高速往復運動，且潤滑條件不良，使氣缸套磨損嚴重，目前氣缸套通常采用鑄造方便、成本較低的合金鑄鐵或球墨鑄鐵制造，應用較多的材料是高磷合金鑄鐵或含硼鑄鐵，其耐磨性能和抗變性能力等都有一定限制?，F(xiàn)有的改進氣缸套耐磨性的技術主要有內表面鍍鉻、滲氮、離子氮化、噴涂陶瓷涂層等技術，然而這幾種技術存在工藝復雜、表面不夠穩(wěn)定、易剝落、污染嚴重及變形較大的問題。

發(fā)明內容

本發(fā)明提供了一種發(fā)動機陶瓷覆氣缸套的復合制造及應力釋放方法，通過對陶瓷進行化學鍍鎳處理、添加中間層(純銅或可伐合金)以及設置緩慢溫度緩慢升降曲線來釋放應力，然后采取釬焊技術制成了陶瓷覆氣缸套復合結構。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術解決方案主要采用陶瓷與缸套材料大面積釬焊技術：

步驟1、將過渡層進行精加工與缸套進行配合預留釬料填充縫隙；

步驟2、將釬料填充至缸套和過渡層的間隙處，與過渡層和缸套進行緊密配合，無明顯錯位后設置緩慢升溫曲線，達到焊接溫度后進行釬焊，保溫一段時間，然后設置緩慢降溫曲線；

步驟3、將步驟2中焊接完成的工件進行精加工，過渡層進行減薄；

步驟4、對陶瓷進行預金屬化處理；

步驟5、將陶瓷放入缸套內，縫隙處填充釬料，無錯位后設置緩慢升溫曲線，達到焊接溫度后進行釬焊，保溫一段時間，然后設置緩慢降溫曲線。

其中所用陶瓷材料為：SiC陶瓷、Si₃N₄陶瓷、部分穩(wěn)定氧化鋯(PSZ)陶瓷，氣缸套材料為38CrMoAl鋼、合金鑄鐵、低碳鋼；所述焊接方法為在真空室或者氬氣等惰性氣體條件下釬焊。

其中，步驟1所用過渡層為純銅或者可伐合金。

其中，步驟2所用釬料為銀銅釬料，形狀為粉末狀或者箔狀。

其中，步驟2所述緩慢升溫曲線為：先以7-10℃/min升溫至680-700℃，保溫20-30min，再以3-5℃/min升溫至860-880℃；緩慢降溫曲線為：先以2-5℃/min降溫至450-500℃，然后空冷。