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1、磷化和胶体涂料在汽缸激光淬火中的对比试验磷化和胶体涂料在汽缸激光淬火中的对比试验来源：来源： 作者：作者： 时间：时间：2008-05-16 点击：点击： 18 摘要：通过激光淬火工艺试验，比较了磷化膜和胶体涂料层在内燃机汽缸激光淬火中的特点。从淬硬层质量、生产效率、生产成本等方面对两种预处理方法进行了分析。关键词：激光淬火 磷化膜 胶体涂料 汽缸Comparision of Phosphorizing and Colloidal Coating Used for Cylinder Laser QuenchingHu Qianwu，L Weiwen，Liu Shunhong，Li Zhiyua
2、n，Hu Xiyuan（College of Material，Central China University of Technology，Wuhan 430074）【Abstract】 The characteristics of phosphorizing film and colloidal coating used for laser quenching in internal combustion engine cyliader was comparied by laser quenching technique testThe hardened layer quality，the
3、 product efficency，the product cost etcof the two pretreatment methods were analyzedKey words：laser quenching，phosphorizing film，colloidal coating，cylinder1 前言激光淬火可以使汽缸的寿命提高 34 倍，因此，内燃机汽缸的激光淬火具有广阔的应用前景。十余年来，西安内燃机配件厂激光淬火缸套的生产规模不断扩大，目前已达年产60 万只的水平。1997 年底北京吉普汽车有限公司率先将激光淬火用于发动机在线生产。西安内燃机配件厂用磷化膜作为光热转换层，
4、北京吉普汽车有限公司则用胶体涂层。这两种光热转换层有各自的特点，进行了试验研究，得出了一些有益的结论。2 磷化膜作为光热转换层的特点自从 70 年代末美国通用汽车公司将激光淬火用于柴油发动机汽缸表面硬化以来，磷化膜作为激光淬火光热转换层就一直获得了广泛的应用，磷化处理以磷酸镁应用较多，以浸泡法为好，在 80温度下需浸泡 810min。磷化膜具有防锈功能。磷化法适宜于汽缸类小零件的批量处理。磷化膜用于激光淬火也存在一些弊端，如：易使铸件表面出现晶间微裂2，降低硬化层寿命；硬化层表面粗糙度较大，精加工后有效硬化层损失较多；废液有污染，治污费用较高。3 胶体涂料作为光热转换层的特点为了提高淬火质量，
5、常将各种成分的物质制成胶体涂料，而胶体涂料作为光热转换层用于工业化生产还是最近的事。因此，从实用化角度，胶体涂层法还是一种新工艺。它有如下特点：通过物理过程，在基体上喷涂一层胶体涂层。涂层与基体间无明显的化学反应。喷涂胶体涂料需要精密喷涂设备，以保证涂层均匀一致。 喷涂法适用性强，对汽缸单件或批量生产均适用，尤其适用于汽缸内孔局部喷涂。胶体涂料无毒无害，淬火后的剩余涂料易于清除。硬化层粗糙度小，质量好。4 磷化和胶体涂料的使用情况比较4.1 光热转换效率由红外光谱理论可知，10.6m 波长的 CO2 激光，其波数为 943cm1。光谱分析表明，P-O-P 基团在 943cm1 附近有中等强度的
6、吸收峰。而 OSi-O-基团在 943cm1 附近存在强吸收峰3。在激光功率 1500W，扫描速度 45mms 的情况下，磷化膜与 SiO2 胶体涂料的淬硬深度如图 1 所示。图 1 磷化与 SiO2 涂料淬硬深度比较1.磷化 2.涂料由图 1 可以看出，SiO2 涂料的淬硬深度明显高于磷化膜。这也表明 SiO2 涂层的光热转换效率高于磷化膜。4.2 淬硬层质量在激光能量密度（E）为 8.33Jmm2 的条件下，磷化膜与 SiO2 胶体涂层的淬硬层质量如表 1 所示。基体与磷化液之间的化学反应是造成其硬化层粗糙度较大的原因。而磷与金属铁形成的低熔点脆性共晶相，是引起硬化层出现晶间微裂纹的内在因
7、素。相比之下，SiO2 胶体涂层由于不与基体金属发生化学反应（在固态相变下），所以表现为硬化层质量较好。表 1 淬硬层质量对比（E833Jmm2） 磷化膜SiO2胶体涂层 粗糙度增量m 颜色1.21 黑色0.06 金属亮色内部晶间微裂纹无微裂纹4.3 工艺特点比较由表 2 可以看出，胶体涂层喷涂工艺比磷化工艺过程简单，灵活性强，且无环境污染，更适合现代工业发展的要求。表 2 工艺特点对比磷化工艺胶体涂层喷涂工艺 温度 时间min 处理方式 工序数 适宜对象 生产方式 污染80100 810 浸泡、喷淋 36 缸套 离线 有常温 05 喷涂 23 缸体和缸套 在线或离线 无4.4 生产成本与生产
8、效率由表 3 可以看出，胶体涂料喷涂工艺除设备成本投入略高于磷化工艺外，其生产成本、生产效率及占地面积均优于磷化工艺。表 3 生产成本与生产效率比较磷化工艺 胶体涂料喷涂工艺 设备成本万元 单缸成膜成本元 生产效率 占地面积1030 10 较高 大1550 05 高 小5 结语综合以上分析，我们可以得出如下结论：在内燃机汽缸激光淬火应用方面，胶体涂料喷涂工艺比磷化工艺生产效率高，硬化层质量好，生产成本低且无污染。有鉴于此，该工艺在将来必然有广阔的发展前景；胶体涂料喷涂工艺除了设备投入成本较大外，作为成套技术的应用才刚刚开始，在整个工艺过程中难免有需要进一步完善的地方。相比之下，磷化工艺过程在生产中的应用比较成熟，但作为激光淬火光热转换层生成工艺，磷化法遇到了严峻的挑战。作者单位：华中理工大学材料学院 （武汉 430074）
