活塞环等离子喷钼工艺对涂层性能的影响

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1、? 年! #东内燃机第期【工艺】活塞环等离子喷钥工艺对涂层性能的影响蔡铭钦王敦生%安徽省安庆活塞环厂&摘要活塞环外圆面喻铂处理是继外圆面镀格处理后的 又一种表面处理新技米、新工艺。国内有记载的仅用于 大功率柴油机或 中小功率柴油机上。运用在高速、高强化桥车发 动机匕也是近几年随轿车引进 高档次的发动机后开始的,其杭熔着磨损性、杭 热震性、衬热性、活塞环机械性能等是镀格处理难以相比的。本文 介绍了我们研制等离子喷相 活塞环的 工艺过程。涂层与基体间的结合 强度和涂层的 显 徽硬度是等离子喷铂活塞环的 两项关健性能(它们将直接影响活塞环装机后的可靠性 和衬久性。通过大量的工艺试验和总结分析,我们找

2、出了喷相工艺对轿 车发动机用活塞环涂层结合强度及显 微硬度诸性能的 影响(进而对喷铂 工艺进行 了总结优化。依此试制的)气+ +及切诺基轿车发动机活塞环经装机,试脸(完全满足引进机型活塞环国产化雾 求和 主机使朴性能要求。关撕司活塞坏等离子喷铂喷铂涂层结合强度显 微硬度,前言活塞环 外 圆面喷 铝处理是铸铁%包括合金铸铁、球墨铸铁&活塞环继外圆面镀铬处理后的又一种表面处理新技术、新工艺。钥与铬是同族元素,但钥的熔点远高于铬。用纯钥粉与镍铬硼 硅合金粉机械混合 后,以等离子喷 涂工艺制备的涂层具有贮油孔隙、软硬相间、硬质点 均 布的特殊结构(具有良好 的抗熔着磨损性 及 良好 的抗热震性、耐热性

3、、机械性 能等,虽其抗磨粒磨损性 能略低于 硬 铬 层,但 其它性 能尤 其是抗发展(为了避 免由 于活 塞 环 热负荷 过大而引起拉缸(第 一道 气环 采 用喷钥处理将会增 加。我厂紧跟 市场趋势(满足轿车用 发动机活 塞环国产 化要求,首先研制开发了一汽一气+ +及切诺基发动机活塞环(它们的第一道气 环均 为外圆面 喷 铝 处理(经该 两种机型 台架试 验和装机道路试验,都取 得了满意的效果。熔着磨性却 是馨性能和改善与其相 配 的缸套耐磨铬层 无法相 比的。欧美等国家高速 公路发 达(汽车多在全速 全负荷下 工作,喷钥环使用的也较多。国内有记载的仅用于大功率柴 油机或中 小功 率柴油机上

4、(运用在高速、高强化 轿车 发动 机卜也是 近 几年 随 轿 车 引进高档次 发动机后 开始 的。随着我国高速公路网络 的.?工艺难点分析及工艺过程安排由于喷 铝涂层应有较 高的内聚强度,与基体应有较 高的 结 合强度,以保证 装 机后的 可靠性(提高涂层 显微硬度,以保证装机后的耐久性/且 涂层 应具有一定的孔 隙,以利贮存润滑油。因此(工艺过程 如何保证以上的涂 层性 能则至 关重要,也就是 我 们的工艺难 点。很 据以上难 点(我们安排离子喷 钥 工艺过程如下/前加工一装夹一精车外圆、切镶嵌槽一干喷砂处理净等离子弧焰预热一粉末配制等离子喷钥一自然冷却0外圆磨削0烘干一热浸油一后加工。.等

5、离子喷案目工艺优化上述过程廿,切镶嵌槽、干喷 砂处理、粉末配制、等离子喷钥对涂层的结合强度、显微硬度及气孔率起决定性作用,是我们工艺试验的重点。.(?活塞环镶嵌槽形活塞环外圆面喷翎时,镶 嵌槽形以涂层与基体间的结合强度影响较大。喷铝涂层槽形结构通 常有以下几种形式见 图?/1 1 1 1 1拒形枪娜形枯国弧墉单边枪无枪图?活塞环喷相涂层措形结构形式从图?中可看出,活塞环外圆面喷铝时,一般有开槽处理和不开槽处理两种。因不开槽处理在现有加工条件下将使得整个加工工艺变得复杂,应用不多。开槽处理中通常在环表面预先车削镶嵌槽,涂层即喷射填满此槽。然而由于喷涂中的挂附效应,即被喷涂表面与喷涂时颗粒流间的夹

6、角过小时,涂层与基体间将不能形成 良好的直接粘结,使得槽壁处涂层产生明显的疏松缝隙,结果导致涂层 与基体间结合强度降低,在发动机运转过程中,活塞环上的徐层极易由此剥离。因此,活塞环实际工作涂层也一般被限制在梯形槽和圆弧槽两种。对环高较大的柴油机环来说,一般采用圆弧槽2而对轻型车活塞环 而言,由于环高较小,若采用圆弧槽,随 着磨损的继续,涂层有效耐磨宽度逐步减小,不利环的耐久性,因而一般采用梯形槽。如) 3+ +、切诺基发动机等的第一道气环,我们即设计为梯形槽,结果表明槽形设计合理。.(.粉沛酒己钊我们使用 的涂层材料主要是 钥粉与镍铬硼硅自溶性合金粉末按不同产品的要求以一定比例机械混合后制成的

7、。由于两种粉末材料比重差异较大,若喷射前不能均匀地混合和输送,因成份偏析而会对涂层强度带来明显的影响。试验表明,以相 同 比例配制的合金粉末,由于成份偏析,涂层内部平均强度相差达+一45加,显然涂层成份的偏析使得强度值大幅度地降低。为此,我们一方面增大比重较大的镍铬硼硅粉末中细粉的比例,这样在相同重量的情况下,却增加了合金粉末的体积,便于均匀地混合2另一方面,每次配粉时以一公 斤为一个配制单位,配制后分瓶储存备用,这样也避免了大量粉末同时配制时的成份偏析2第三,采用雾化式送粉器又避免了因振动送粉造成的重粉下沉、轻粉上浮的缺点。这些措施的采用,保证了每筒活塞环喷钥后涂层成份的均匀,即软硬相的均匀

8、性。. (千喷砂处理是 由粉末 的熔融状 况及喷钥距离决定的(因此(我们首 先考 察喷涂距离对钥层硬度的 影响(实验结 果 见图.。价%6,? &7 ( ,口8(998 9 一9飞,8一一一9门介山一9 9下?1:?卜打寸一恤憧止二匕士寸一飞一;一;十之分舟十一:1?:;一一一十一一卜一十一一1:?卜一十一一;一一十一一;一十一一;十一斗一一日自琦臼日(左右(且对环的弹 力影响不大。%.&喷砂角 度/开始时(喷 砂枪喷嘴 与环表面以?,度射击(转动 环(易引起发花(喷 砂均 匀性较差,且砂粒易嵌 入环表面。后改 为转 动环 的同时(喷砂枪以约士? 6度 的角度 上下摆动(较好地解决了问题。%

9、&喷砂嘴孔径/磨损过 度 后及 时更换。% &砂/干喷砂 所 用 为优质石英砂(初选 沁0,目(不理想。因. ,目的砂粒直径接 近镶 嵌槽。后改 为 ,06 ,目(效果很好。%6 & 空气压力/经油水 分离 器干燥净化的压缩空 气气压为/,(60,( 5?。% &喷砂枪移 动速度/由操作 者控制在,(而=左右。禁止喷砂枪 停在 一 处长时间喷 射环表面(以避 免过度 喷砂。一般一筒工件需来回喷射.次。通 过采取以上措施及参 数(喷砂效果很好。加之 环用等离子弧焰 预热一个行程(同 时吹 去 了 环表 面喷砂残留粉尘(故得 到的涂 层与基体间的结合强度 良好。.(#等离子喷相为 获得 实 用的高

10、强度涂 层(我 们 作了一系列的工艺试验。因为涂 层 的硬 度与粉末 熔滴沉积 时的变形程度 有关,即变形程度越大(硬度越高。而粉末熔滴 的变形程度之什叫一弓心一一;一一十一十一十0一;一一一; 一一十一一;9一;一一;一一十& & &:、 11 1 1驾驾驾驾驾驾驾驾驾驾驾驾 1获获获/ / /益一一端卜尸一一一一一一丫00一0门门尸9(: : : ( ( ( ( (扣卜内“= ”内0? 6,我们生产的喷钥涂层气孔率全部在6一?,范围内(因而该涂层性能可得到很好保证。. (6工艺装备改进喷钥工艺装备直接影 响到铝层性 能,我们作 了下述几项改进/%? &喷砂支架改进/研制开始(喷砂支架简易,

11、但对操作者 来说较麻烦(且不利保证 喷砂均匀性2后 改为用 两顶“尖支撑工件,且尾顶尖活动,效果好,见图/自自吕吕吕吕吕! ! ! ! ! 厂厂一”钊钊吕吕吕吕吕吕吕吕吕吕身身身! 厂厂1 1 1 1 1 1 1已又进前改进 后图(喻砂支架改进简图%. &喷铝压板改进/喷铝压板 的改 进见图6/?图压板冷却孔径小?数量少?不利冷却 !图虽加大了冷风的通道面积但压板变形过大#图上均布的多孔通风性好?且压板不易变形。% &冷风装置改 进 喷钥时 良好的冷却不 但 有利 于 增 加 铝层 与 基体间的结合 强度?而且 有利于 减小环的变形。图是冷风装置改进前后的示意图。改 进前?冷风能吹向等离子弧

12、焰?加速了弧焰的冷却?从而 影响了飞行颗 粒 的冲击速度改进 后冷风从压板孔进入环内圆进行冷却。?月恤护(?今? )了几月( ,? 通?日 ?,尸?口? 夕 龟? ! ?尹?、备澎守嚼#%图&喷铂压板改进简图冷风进改进前改进后图 冷风装置改进示意图通过以上工装改 进,不仅对提 高工作效率、降低生产成本有利(而且对保证涂层性能也 极具价值。装机试验及结果我 厂 研制的)3+ +及切诺基 轿车发动机活 塞环 分别送主机厂作了 以下试验/(?年?,月 日在长 春?汽车研究 所 结束的“安庆活 塞环厂生产的)钊+ +发动机用活 塞环抗拉缸性能试验”,该试 验采用常温下和超高温 试验方法分别 考核活塞环

13、 的抗 拉缸 性 能,并 同时试验油耗及 活塞漏 气 量,结 论如下/% &常温 和 超高温拉缸试验过程 中,发动机 运转正常(试验后分别拆机检查(气 缸套、活 塞环 无拉伤现象/%. &机油消耗量试验测 得的机油、燃油 消耗百分比为,(. ?(满 足# = 一+ 中不超过,(+ 的 要求/% &活塞 漏气量试验,油门 全 开 时 的 活塞最大漏 气 量 为? 6( !0(满 足#= 一+ 中考 核 及评定 项目的要 求。该环样品顺利 地通过了本次抗拉缸试 验。(.? 6年?月?日结 束的“安 庆 活塞环厂生 产的)3 +上压缩 环+ ,小时 可靠性 试 验”,结 果 为/安庆活塞 环 厂 生

14、 产 的上压缩 环经产品复验,所 送试验样品合格,通过 了+ ,小 时可靠 性 试验。(? ?6年?,月?日结 束的北京 吉 普汽车有限公司的“?6)国产化零部件可靠性 试验”。该 试验样品 及试验车 安排情况和+,公里路试路面组成及里程分配表如下%单位=&/车车车样品品磨合合山区区一般般可括性性高速速. 、号号号号号号道路路公路路坏路路环道道口口计计计计计计计计计计? ? ? ? ?0 , , , , ,的, , ,因, , , , , , , , , +,因, , ,. . . . .60 无无无无无无无无路试表 明我厂生产的切诺基 发动机活塞环装车 正常(路 试工 作正常。该试验结论为合格。?会合沦通过以 上试 验(表 明我厂生产 的钥 基合金涂 层活塞环完全能 满足进口主机使用性能要求(加速 一汽)3+ +、北京切诺基发动机活 塞环国产化 进程。同时也证明我们对工艺 参数及工装改进 对喷铝环 的 生产是合理可 行的(为以后扩大生 产品种 提 供了宝贵的经 验。参考文献?莲井浮(喷镀技术(? +.高荣发(热喷涂技米(? ?.