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1、活塞环表面处理1 .环表面处理的变迁镀硬铭环已使用半个多世纪，它与非表面处理比较，其耐磨性、耐熔着磨损性有了飞跃的改善。现在活塞环生产中有 60%八上的经镀硬铭的表面处理。火焰喷涂活塞环始于I960年代，当内燃机高功率化，活塞环镀硬铭开始不适应，热负荷高的内燃机从1970年代开始用喷镀环。铝、合金、碳化物等喷涂应用于活塞环。1980年代初开发了氮化，80年代中期开发了复合分散镀。80年代后期开发了 PVD TiN涂层用于活塞环，90年开始开发PVD CrN涂层，PVD陶瓷涂覆表面处理新技术、期待今后更大的发展。2 .电镀2.1 镀硬铭在活塞环的表面处理中，镀硬铭为历史最长久，镀层厚度5-300
2、 P m比装饰铭0.1-5.0 P m厚得多，硬铭镀层特点为： HV800-1000而寸磨。摩擦系数低。 熔点1890 C耐熔着磨损性好。耐蚀性好，耐腐蚀磨损性强图7.1为铸铁镀铭顶环与铸铁非表面处理的顶环和缸套匹配使用,顶环闭合间隙增大值和缸套磨损量磺筛闹盘甸憧诵来att比较，从图7.1看出镀硬铭环有优良的5门够豹口逸做洛息2S.1 .5 ,nilIfr 加|1 I 1 J I-I I I I 1 JI国口圈i iu巾6. 1药龙斑号盖建i IS除讦暑番H 7J ?口么龄吉眄影皙圉M钢旅德讯的魅响.图7.1镀硬铭环的影响E17-2叨口公仍。吉题理因I祁套向侦储涉理图7.2环的镀铭处理耐磨性和
3、对缸套好的减磨性。图7.2为镀铭处理，环在镀槽中的放置和处理方法。图 7.3为镀铭环断面的金相组织。镀铭废水处理应控制有害6价铭的含量。22模基复合分散镀表7.1分散镀的基质与分散微粒基质分散微粒NiAI2。、Cr2Q、Fe2。、TQ2、ZrO2、ThQ、SQ2、CeO、BeO、MgO CdO金刚石，SiC、TiC、WC VC ZrC、TaC CaG、BG BN（ a , 3 / ZrB2、TiN、SiaN WS2、PTFE 氮化石墨、石墨、MoS、WS、CaF、BaSa、SrS0 4、ZnS、CdSTiH2、Cr、M） 、TiNi、Fe、W V、Ta、玻璃、陶土、微空心粒。CuAI2O ($
4、Y)、TiO2、ZrO2、SQ2、CeO、SiC、TiC、WC ZrC、NbC B iC BNCrsB、PTFE 氮化石墨、石墨、MoS、WS、CaE、BaSg SrSo i.CoAI2O、Cr2。、CrsC2、WC TaC ZrB 2、BN CrsB2FeAI2O、F2Q、SiC、WC B PTFE MoSCrAI2O、CeO、ZrQ、TQ2、SQ2、UQ、SiC、WC ZrB 2、TiB2AuAI2O、Y2Q、SiO2、TQ2、ThQ、CeO、TiC、WC Cr sB2AgAI2Q、TQ2、BeO SiC、BN MoS、刚玉、石墨ZnZrQ、SQ2、TQ2、Cr 2O、SiC、TiC、C3
5、C2、AICdAI2O、F2Q、BC、刚玉PbAI2O、TiO2、TiC、BC Si、Sb、刚玉Sn刚玉Ni-CoAI2O、RuzQNi-FeAI2O、RtfeQ、SiC、C3C2、BNNi-MnAI2O、SiC、CrsG、BNPb-S nTiO2Ni-PAI2O、Cr 2。、SiC、C3CaNi-BAI2O、Cr2Q、SiC、Cr3c2Co-BAI2O、C2Q、BN复合分散镀是用固体微粒（分散粒子）与基质金属形成的复合镀层。选用分散粒子使镀层具有耐磨，耐蚀，自润滑等优良性能。分散粒子有氮化物、碳化物、氧化物、氟化物、硅化物等见表 7.1表7.2。银基分散镀的细颗粒，SisNk、Sic、TiC
6、、TiC、CrsG相比较可看出Si sNk有优良的抗熔着磨损性能，TiN、TiC、Si sNi有良好的耐磨性能，它们都比镀铭层优越。分散微粒密 g/cm 3硬度HV熔点（分解温度）Sic3.225002480B4c2.525002750C23C66.723001890Tac/Ta 2c14.652500约 3000TiC4.925002100WC15.6约 23002870ZrC6.53100AI2O3.4约 23002050Cad5.0约 23002000FeaO5.9约 12001565SiO22.65约 13001710ZrO25.5约 16002690C3 E26.2约 1800155
7、0TaR12.4约 18003150TiB/TiB 24.5约 18002900BN2.0约2.52680SisN3.41900TaSi212.43150Si2.4约 13001410C2.2约 80002678图7.4为复合分散镀的分散材料变化时对滑动性能的影响，从图可知；SisM在众多的固体微粒中，不论抗熔着磨损还是耐磨都有良好表现，多种复合分散镀的耐磨性比镀铭层好得多，SiC、TiC本身耐磨。)6U .12.I lam基体材斡酉844 _2 _Q比软轲榔 Si,N. SiCTiC TN 5G40tr比较村料图7.4复合分散镀的分散材料变化对滑动性能的影响。KLfcI200400W&(t)
8、扣JA-匕图7.5热处理温度与复合分散镀硬度ig嵩压摩擦试船 机BT250含磷7河上的Ni-P合金是一种非晶体镀层，图7.5为热处理温度与复合分散镀硬度的变化关系，镀前硬度Hv600 ,热处理过程Ni 3P析 出约在400 C硬度Hv 上升到900提高了耐磨性。图7.6为各种表面处理耐熔着磨损性能的比较，由图看出复合分散镀有很好的耐熔着磨损性，它比镀铭、氮化的抗拉缸性能优越。30#*11 L. 3-4 LO图7.7为氮化环进行复合分散镀的断面组织。（译者注：由图可知从上往下数的第二层即复合分散镀层厚度约为7 P m从上往下数的第三层 即氮化层厚70P m,从上往下数的第四层约为环的基材）。、图
9、7.7复合分散镀断面的组织图7.8各种表面处理材料的磨损比较，由图可知复合分散镀耐磨性能优越10LJt* 102.3镀锡150图7.8各种表面处理环的磨损性能10(1镀“一 4ix弘在镀铭层复合一层软质，展延性优良的镀锡层，在运转初期缩短磨合期，图7.9表明镀铭+Sm环润滑油耗量在运转初期比单镀铭的低。fL050图7.9镀铭环与镀铭+Sn环运转时润滑油耗量的比较。3.喷涂喷涂是用专用设备把线材熔化或软化（半熔状态）高速喷射到基材表面形成喷涂层，喷涂层组织中还有适量氧化物，气孔。图7.10为喷涂分类。她怖，喷i余 林服涂I粉泉喝金电斑吱徐.（常丘鸟韶嗓 电徐余混合汽体d&Ht线建啸徐图7.10喷
10、涂分类图7.11火焰式喷枪的构造图7.11为火焰式喷枪的构造，金属丝的输送装置通过滚轮供给线材，火焰熔化线材到半熔状态，压缩空气将喷涂材料高速吹向基材表面。线材组成、压缩空气与混合气体的混合比、喷射距离、线材供给速度等使喷涂层特性发生变化喷铝特点：硬度HV700以上摩擦系数低熔点高达2630 C耐腐蚀性好导热性好松孔存油性能好00150 mm4图7.12铸铁环镀铭喷铝非表面处理耐磨性比较图7.13离子涂原理喷铝与镀铭比较，铝的熔点高达2630 C、储油性好，耐腐蚀性强，尤为抗拉缸性好，耐磨性能比镀铭的差参见图7.12。3.2离子涂图7.13为离子涂原理，阴极与阳极之间发生直流电弧，运动的气体（
11、译者注：加热到6000出时，运动的气体将喷涂材料粉末射入等离子体中,等离子将粉末加热并使其加速喷射到基材表面形成离子涂层。图7.14为火焰式离子镀的温度场在喷涂材料中，使用多种金属铝的混合材料比单独的纯铝要好，能获得高硬度、耐磨、低摩擦系数的涂层。图7.15为离子喷涂活塞环的断面组织，它相当致密。（译者注：从图中的孔隙率较低可看出其微密程度）4.氮化氮化层硬度与基材成分关系较大，参见图7.16。基材铭钮铝含量高的氮化后硬度高,铭高的钢氮化后基材中含有碳氮化物粒子，使材料具有优良的耐磨性。选定基材相当重要。含C的惰性气体）通过此电弧，外层电子从气体原子上分离出来形成等离子体、当等离子体从喷咀中喷
12、环的表曲处理合金元素 图7.16合金元素氮化最高硬度的影而一一氮化处理的种类及特征参见表7.3药勺节图图7.17氮化环的磨损特性却鼠他生理的皆乏陡争特征图7JS氨化层潇度与硬度关杲14.1气体氮化图7.19氮化环的断面组织在氮化前宜在一定温度下通入NH 2 NH-2N+3H2 NHs分解出活性N在钢表面扩散氮化，图 7.17汽氛.摊：哩温度被叫1理材料特点饰系盐浴500?-600r铸铁、不锈钢替金 钢*工具钢氤其公害.昌前已克服如 QPQ盐涕复合 轮理-钢种形状不限制（如村环 SUS3O4 ; 处理后，凰须清洗.NKMX气体附川NE!3+ Ni+COtM3i+ Ni+0 : H 盼 N 尹空气
13、5如匚T0QC铸食虫.合金钢工具 钢马氏体不簪 钢无公害；奥氏体齐锈钢附难；马氏体不锈钢要曲此理 如钢质环】； 适合于含碾盘高的钢神.离子氮忧出+乩低遗故电1-托(1 托-133. 322P1 200-10007采用低谨就电加 热同盐潘氧化*无誉害；氮化速度快； 钢种不限制；形状大小曝制.为氮化环的磨损特性。从图可知顶环氮化的耐磨性优于镀铭环，对缸套的磨损与镀铭环的一样。图7.18为氮化层深度与硬度关系，氮化层表层硬度HV1000-1200 ,图7.19为氮化环的断面组织，由图可知氮化物粒子呈分散分布。含碳较高的钢氮化物粒子较多，耐摩擦性较好。氮化环由于有优良的耐磨性，其产量逐年增多。3XCN64.2 盐浴氮化盐浴氮化适用的钢铁形状不受限制，气体氮化对奥氏体不锈钢困难的场合。盐浴氮化按XCN+XCG+C+2N 反应式进行，式中 X是碱金属盐浴氮化层组织由表面到内部为氧化膜，疏松层，化合物及扩散层。盐浴前十分注意环的状态，要搞好喷砂酸洗去钝化膜处理。注意废水废气处理。4.3 离子氮化图7.20环侧面离子氮化的断面S7.21。* 一图 7.21彳才A密4匕
