本發(fā)明專利技術(shù)涉及高性能陶瓷活塞環(huán)制造技術(shù)。目前，活塞環(huán)表面處理技術(shù)主要包括電鍍鉻、表面氮化、PVD與CVD鍍膜、等離子噴鉬、等離子噴涂陶瓷涂層等，但都存在不同的性能缺陷，達(dá)不到理想的效果。本發(fā)明專利技術(shù)采用雙層輝光等離子表面冶金技術(shù)，使鉬(或鉻、鈦、鎢)元素深入普通低合金鋼活塞環(huán)表層內(nèi)，再經(jīng)真空離子碳化和后續(xù)熱處理，成為具有高硬度、高耐磨性等良好綜合機(jī)械性能的陶瓷活塞環(huán)。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于表面冶金范疇。
技術(shù)介紹
活塞環(huán)是汽車、摩托車等內(nèi)燃發(fā)動機(jī)心臟部份的關(guān)鍵零部件。它在發(fā)動機(jī)所有零部件中所占比例很小，卻起著至關(guān)重要的作用。活塞環(huán)在高溫、高壓燃?xì)饨橘|(zhì)中反復(fù)運(yùn)動，發(fā)生激烈的磨擦。活塞環(huán)性能的優(yōu)劣直接影響到發(fā)動機(jī)的動力性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性、燃油效率、尾氣排放等整體性能。隨著現(xiàn)代內(nèi)燃發(fā)動機(jī)向高效率、高載荷、高速度和高壽命的方向發(fā)展，對活塞環(huán)的耐磨性及綜合機(jī)械性能提出了越來越高的要求。目前，國內(nèi)外采用各種表面處理技術(shù)來提高活塞環(huán)的使用性能，主要包括電鍍鉻、表面氮化、PVD與CVD鍍膜，等離子噴鑰、等離子噴涂陶瓷涂層等。但是，鍍鉻層脆性大，易脫落、鍍鉻工藝對人體和環(huán)境造成毒害、國外已禁止，國內(nèi)也逐漸取消。表面氮化后的表層硬度普遍不高，且厚度一般，不能滿足大功率發(fā)動機(jī)的要求。PVD與CVD鍍膜技術(shù)制備的BN、CrN, SiN膜層太簿，僅3 5 μ m，承載能力較差，不能滿足高載、高速內(nèi)燃機(jī)的需要，且工藝復(fù)雜，費(fèi)用昂貴、限制了推廣應(yīng)用。等離子噴鑰在高溫時(shí)易氧化剝落，不能滿足現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)發(fā)展的需要。近年來，國內(nèi)外采用等離子噴涂陶瓷涂層對活塞環(huán)進(jìn)行表面處理。陶瓷材料能大大降低活塞環(huán)與汽缸套之間的摩擦系數(shù)，有效地減少活塞環(huán)和汽缸之間·的磨擦損失，使發(fā)動機(jī)的機(jī)械效率得到改善，特別在高速時(shí)的效果尤為明顯。該技術(shù)的問題在于陶瓷涂層存在脆性，還存在與基體結(jié)合強(qiáng)度偏低的界面，產(chǎn)生應(yīng)力剝落。從上世紀(jì)末到本世紀(jì)初，雙層輝光等離子表面冶金技術(shù)開始應(yīng)用于金屬材料表面改性工程。它以普通的金屬材料產(chǎn)品為基體，生產(chǎn)出各種性能優(yōu)異的高級金屬材料產(chǎn)品。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種高性能陶瓷活塞環(huán)制造技術(shù)。(以鑰金屬為例)本專利技術(shù)的基本構(gòu)思是；采用雙層輝光等離子表面冶金技術(shù)，使鑰變成鑰離子，在電場力作用下，鑰離子沿著高溫下形成的無數(shù)晶體缺陷通道進(jìn)入活塞環(huán)表層一定深度，再經(jīng)真空離子碳化形成碳化鑰陶瓷層。本專利技術(shù)是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:1.將低合金鋼活塞環(huán)與鑰材置于低真空(8.0Pa)桶形陰極內(nèi)相應(yīng)位置，通入氬氣(氣壓30 40Pa)。經(jīng)過兩次電流突變，形成雙層輝光放電，產(chǎn)生800 1000°C高溫。2.鑰材在高溫離子區(qū)迅速濺射出金屬原子，金屬原子在高能離子區(qū)中又被電離成鑰離子。3.鑰離子在電場力作用下沿著活塞環(huán)表面在高溫下形成的無數(shù)位錯(cuò)、空位等晶體缺陷通道深入活塞環(huán)表層100 300 μ m。4.再經(jīng)真空離子碳化，形成碳化鑰陶瓷層。本專利技術(shù)技術(shù)制造的陶瓷活塞環(huán)由于其表層組織結(jié)構(gòu)和性能發(fā)生了質(zhì)的變化，與現(xiàn)有各種活塞環(huán)表面處理技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):1、高硬度:HV1300 1500，是鉻鑰釩合金鋼環(huán)的3倍以上；2、摩擦系數(shù)低:活塞組摩擦減少50 % ；3、磨耗比僅為普通鋼環(huán)的1/5 ；4、陶瓷耐磨層深度可達(dá)100 300 μ m，是PVD與CVD陶瓷膜厚度的30 50倍，是氮化鋼環(huán)的6倍以上；5、熱穩(wěn)定性好、抗擦傷能力強(qiáng)、耐高溫燃?xì)飧g；6、陶瓷耐磨層與活塞環(huán)基體是冶金結(jié)合、彌散分布、形成固溶體；和電鍍鉻、等離子噴鑰、等離子噴涂陶瓷層相比，不存在宏觀界面，不產(chǎn)生應(yīng)力剝落；7、陶瓷耐磨層深入活塞環(huán)表層內(nèi)，不增加表層厚度，其尺寸和形位精度都能保證。附圖說明雙層輝光等離子表面冶金裝置示意圖具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖給出實(shí)施例(以鑰金屬為例)主電源I輸出O 1000V供陰、陽極。陰極座7接主電源I負(fù)端，陽極8接主電源I正端。偏置電源2輸出O 450V供偏壓環(huán)3。真空室4有氬氣入口 5和真空抽氣口 6。桶形陰極9上端開口，極限真空度為8.0Pa,氬氣壓力為30 40Pa ;偏壓為240 450v。逐漸增大主電源電壓至500 600V，這時(shí)出現(xiàn)第一次電流突變、產(chǎn)生輝光；再繼續(xù)增大電壓至600 800V，出現(xiàn)第二次電流突變，正常輝光放電轉(zhuǎn)化成異常輝光放電，產(chǎn)生800 1000°C的高溫。桶形陰極9四周的鑰材11濺射出金屬原子，金屬原子在高能離子區(qū)中又被電離成金屬離子，鑰離子在電場力作用下沿著位錯(cuò)、空位等晶體缺陷在高溫下形成的通道進(jìn)入到活塞環(huán)10表層，深度達(dá)100 300 μ m。再經(jīng)真空離子碳化，活塞環(huán)10表層形成碳化鑰陶瓷層。由本專利技術(shù)制成的高性能陶瓷活塞環(huán)的主要工藝流程如下:鋼帶繞環(huán)一淬、回火一內(nèi)、外側(cè)倒角一雙層輝光等離子表面冶金一真空離子碳化—高壓氣體淬火一開口一珩磨一精磨側(cè)面一終檢。權(quán)利要求1.一種高性能陶瓷活塞環(huán)制造技術(shù)，其特征在于:將普通低合金鋼活塞環(huán)與鑰(或鉻、鈦、鎢)材置于低真空(8.0Pa)桶形陰極內(nèi)相應(yīng)位置，然后通入氬氣(氣壓30 40Pa)。經(jīng)過兩次電流突變，形成雙層輝光放電，產(chǎn)生800 1000°C高溫，形成氬離子和鑰離子。鑰離子沿著高溫下形成的晶體缺陷通道，深入活塞環(huán)基體內(nèi)；經(jīng)真空離子碳化，在活塞環(huán)表層形成碳化鑰陶瓷層。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能陶瓷活塞環(huán)制造技術(shù)，其特征在于:鑰材在高溫離子區(qū)迅速濺射出金屬原子，金屬原子在高能離子區(qū)中又被電離成鑰離子。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能陶瓷活塞環(huán)制造技術(shù)，其特征在于:鑰離子在電場力作用下沿著活塞環(huán)表面的位錯(cuò)、空位等晶體缺陷在高溫下形成的通道深入活塞環(huán)表層100-300 μ mD4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能陶瓷活塞環(huán)制造技術(shù)，其特征在于:經(jīng)真空離子碳化，活塞環(huán)表層形成碳化鑰( 或碳化鉻、碳化鈦、碳化鎢)陶瓷層。全文摘要本專利技術(shù)涉及高性能陶瓷活塞環(huán)制造技術(shù)。目前，活塞環(huán)表面處理技術(shù)主要包括電鍍鉻、表面氮化、PVD與CVD鍍膜、等離子噴鉬、等離子噴涂陶瓷涂層等，但都存在不同的性能缺陷，達(dá)不到理想的效果。本專利技術(shù)采用雙層輝光等離子表面冶金技術(shù)，使鉬(或鉻、鈦、鎢)元素深入普通低合金鋼活塞環(huán)表層內(nèi)，再經(jīng)真空離子碳化和后續(xù)熱處理，成為具有高硬度、高耐磨性等良好綜合機(jī)械性能的陶瓷活塞環(huán)。文檔編號C23C8/38GK103194719SQ201210183090公開日2013年7月10日 申請日期2012年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月5日專利技術(shù)者曾云發(fā) 申請人:曾云發(fā)本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種高性能陶瓷活塞環(huán)制造技術(shù)，其特征在于：將普通低合金鋼活塞環(huán)與鉬(或鉻、鈦、鎢)材置于低真空(8.0Pa)桶形陰極內(nèi)相應(yīng)位置，然后通入氬氣(氣壓30～40Pa)。經(jīng)過兩次電流突變，形成雙層輝光放電，產(chǎn)生800～1000℃高溫，形成氬離子和鉬離子。鉬離子沿著高溫下形成的晶體缺陷通道，深入活塞環(huán)基體內(nèi)；經(jīng)真空離子碳化，在活塞環(huán)表層形成碳化鉬陶瓷層。
【技術(shù)特征摘要】
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【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：曾云發(fā)，
申請(專利權(quán))人：曾云發(fā)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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