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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来源： 作者： 时间：2008-05-16 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 QuenchingHuQianwu，LWeiwen，LiuShunhong，LiZhiyuan，HuXiyuan（CollegeofMaterial，CentralChi
2、naUniversityofTechnology，Wuhan430074）【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 product efficency，the product cost etcof the tw
3、o pretreatment methods were analyzedKeywords：laser quenching，phosphorizingfilm，colloidalcoating，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，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
4、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，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
5、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
6、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颜色内部1.21黑色晶
7、间微裂纹0.06金属亮色无微裂纹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80100810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103010较高大155005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）
