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1、活塞环表面处理1. 环表面处理的变迁镀硬铬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%以上的经镀硬铬的表面处理。火焰喷涂活塞环始于1960年代，当内燃机高功率化，活塞环镀硬铬开始不适应，热负荷高的内燃机从1970年代开始用喷镀环。钼、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PVDCrN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镀硬铬在活塞环的表面处理中，镀硬铬为历史最长久，镀层厚度5-300um比装
2、饰铬0.1-5.0um厚得多，硬铬镀层特点为： Hv800-1000耐磨。 摩擦系数低。 熔点1890r耐熔着磨损性好。 耐蚀性好，耐腐蚀磨损性强。图7.1为铸铁镀铬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比较，从图7.1看出镀硬铬环有优良的诗.05Q50議21.To卜即ry-r合1-口旷?*曲船量(ml倾讦阑狡的rl请仁伍1352*1fti3524(5bvru.W図了7的r吉JA夕訝奮嘖弋iAJt塢誉Ab!降尺a1s.1&3o.oo.o.fl.D#an图7.1镀硬铬环的影响图7.2环的镀铬处理耐磨性和对缸套好的减磨性。图7.2为镀铬处理，环在镀槽中的放置和处理
3、方法。图7.3为镀铬环断面的金相组织。镀铬废水处理应控制有害6价铬的含量。图7.3镀铬环断面的金相组织2.2镍基复合分散镀表7.1分散镀的基质与分散微粒基质分散微粒NiAlO、CrO、FeO、TiO、ZrO、ThO、SiO、CeO、BeO、MgO、CdO、金刚石，SiC、232323222222TiC、WC、VC、ZrC、TaC、CrC、BC、BN（a，B）、ZrB、TiN、SiN、324234WSi、PTFE、氮化石墨、石墨、MoS、WS、CaF、BaSo、SrSo、ZnS、CdS、222344TiH.Cr、M0、TiNi、Fe、W、V、Ta、玻璃、陶土、微空心粒。CuAlO(Y)、TiO、
4、ZrO、SiO、CeO、SiC、TiC、WC、ZrC、NbC、BC、BN2 322224CrB、PTFE、氮化石墨、石墨、MoS、WS、CaF、BaSo、SrSo.3 222344CoAlO、CrO、CrC、WC、TaC、ZrB、BN、CrB232332232FeAlO、FO、SiC、WC、B、PTFE、MoS23232CrAlO、CeO、ZrO、TiO、SiO、UO、SiC、WC、ZrB、TiB232222222AuAlO、YO、SiO、TiO、ThO、CeO、TiC、WC、CrB2323222232AgAlO、TiO、BeO、SiC、BN、MoS、刚玉、石墨2322ZnZrO、SiO、Ti
5、O、CrO、SiC、TiC、CrC、Al2222332CdAlO、FO、BC、刚玉23234PbAlO、TiO、TiC、BC、Si、Sb、刚玉232Sn刚玉Ni-CoAlO、RuO2323Ni-FeAlO、RuO、SiC、CrC、BN232332Ni-MnAlO、SiC、CrC、BN2332Pb-SnTiO2Ni-PAlO、CrO、SiC、CrC232332Ni-BAlO、CrO、SiC、CrC232332Co-BAlO、CrO、BN2323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、
6、硅化物等见表7.1表7.2。镍基分散镀的细颗粒，SiN、Sic、TiC、TiC、CrC相比较可看3432出SiN有优良的抗熔着磨损性能，TiN、TiC、SiN有良好的耐磨性能，它们都比镀铬层优越。3434表7.2各种分散微粒的物理性能分散微粒密g/cm3硬度HV熔点（分解温度）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；SiN在众多的固体微34Sic3.225002480粒中，不论抗熔着磨损还是耐磨都有良好表现,BC42.525002750多种复合分散镀的耐磨性比镀铬层好得多，Sic、CrC2366.723001890TiC本身耐磨。Tac/TaC214.652500约30
7、00TiC4.925002100WC15.6约23002870ZrC6.53100AlO233.4约23002050CrO235.0约23002000FeO235.9约12001565SiO22.65约13001710ZrO25.5约16002690CrB326.2约18001550TaB212.4约18003150TiB/TiB24.5约18002900BN2.0约2.52680SiN3.4190034TaSi12.431502Si2.4约13001410C2.2约80002678#检切42_D基料EIT250scTiCTiN5Gij活建环擀損&：|HI闻-.nn啟怙騎皿SiCTiCTeNC
8、rC-L；口#图7.4复合分散镀的分散材料变化对滑动性能的影响。#5UD2MI400600側輿理逞虑Ct）如辻桎逅上图7.5热处理温度与复合分散镀硬度图7.6各种表面处理耐熔着磨损性能的比较含磷7%以上的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Ni3P析出约在400C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，它比镀铬、氮化的抗拉缸性能优越。#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7um，从上
9、往下数的第三层即氮化层厚70um，从上往下数的第四层约为环的基材）。#、图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#图7.8各种表面处理环的磨损性能#2.3镀锡150#50WG在镀铬层复合一层软质，展延性优良的镀锡层，在运转初期缩短磨合期，图7.9表明镀铬+Sm环润滑油耗量在运转初期比单镀铬的低。01Q图7.9镀铬环与镀铬+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。图7.10喷涂分类图7.11火焰式喷枪的构造图7.
10、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。喷钼特点： 硬度HV700以上。 摩擦系数低 熔点高达2630 耐腐蚀性好 导热性好 松孔存油性能好4.ugpIt!T聲極W*HH劉本t8O*15Qmm二二图7.12铸铁环镀铬喷钼非表面处理耐磨性比较图7.13离子涂原理喷钼与镀铬比较，钼的熔点高达2630C、储油性好，耐腐蚀性强，尤为抗拉缸性好，耐磨性能比镀铬的差参见图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
11、动的气体（译者注：加热到6000C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。图7.14火焰式离子镀的温度分布图7.15离子镀环的断面组织在喷涂材料中，使用多种金属钼的混合材料比单独的纯钼要好，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。基材铬钒铝含量高的氮化后硬度高，选定基
12、材相当重要。含铬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。图7.17氮化环的磨损特性图7.16合金元素氮化最高硬度的影响氮化处理的种类及特征参见表7.3图7.19氮化环的断面组织图7.19氮化环的断面组织4.1气体氮化在氮化前宜在一定温度下通入NH2NH-2N+3HNH分解出活性N在钢表面扩散氮化，图7.173323为氮化环的磨损特性。从图可知顶环氮化的耐磨性优于镀铬环，对缸套的磨损与镀铬环的一样。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
13、由于有优良的耐磨性，其产量逐年增多。4.2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3XCNO-XCN+X2CO3+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图7.21离子氮化原理图7.20为离子氮化环断面，其外圆面为弧形氮化层。在抽真空气氛下，通入n2和h2的混合气体，环为阴极，炉壁为阳极，升温通直流电，辉光放电，氮离子向环外圆面轰击，参见图7.21，获得离子氮化层。5. PVD（离子涂）图7.22PVD法的分类图7.23AIP装备的基本结构（电弧离子镀）#PVD法参见图7.22所示，包括真空蒸发、溅射、离子涂。#使用等离子电弧镀膜机，T在真空坩埚内受到电弧电源作用，用电子枪轰击蒸发，形成蒸发的T离ii子与气体入口处通入的氮原子以一定比例在真空被离化激活。在环的负偏
