CN102517536A - 一种新型等离子粉芯丝材内壁喷涂方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型等离子粉芯丝材内孔壁喷涂方法，首先对工件表面进行预处理；选用添加有钼Mo、铬Cr、镍Ni、硼B、硅Si和铁Fe组分的减摩耐磨粉芯和不锈钢外皮的铁基粉芯丝材，通过等离子转移丝材电弧喷涂工艺(PTWA)将所述铁基粉芯丝材喷涂在所述工件的小内孔表面，得到耐磨涂层；对所制备的耐磨涂层进行珩磨加工处理。该方法制备的耐磨涂层与基体结合强度高，涂层不易脱落，涂层硬度高于传统的铸铁衬套，耐磨性能大大提高，而且喷涂工艺形成1-5％的孔隙具有储油功能，促进润滑起到减摩作用等优点，解决了铝合金发动机气缸铸铁衬套重量和尺寸增加的问题，以及与汽缸内壁的热膨胀不一致所导致的油耗、排放增加的问题。
Description
技术领域
本发明涉及耐磨减摩涂层技术领域，不仅涉及汽车发动机汽缸内壁耐磨涂层制备的喷涂工艺，还涉及新型等离子粉芯丝材内壁喷涂方法。
背景技术
目前，在节能减排的发展趋势下，减小发动机的质量是汽车轻量化的重要途径之一，汽车发动机逐渐由传统的铸铁被铝合金材料取代，但是现有技术方案中铝合金的强度和硬度明显低于铸铁，要在气缸内壁镶嵌铸铁衬套来提高强度，这样又会造成发动机整体重量和尺寸增加，不利于节能，另外铸铁和铝合金的热膨胀系数的差异也会造成衬套受热变形从而脱离铝合金气缸内壁，使得油耗和排泄物增加，不符合节能减排的要求。
现有技术中另一种方法采用不锈钢丝或低碳钢丝是在气缸内壁制备不锈钢涂层和低合金碳钢涂层，虽然整体重量较镶嵌铸铁衬套低了很多，但是低合金碳钢涂层虽然耐磨性较好，但不耐燃气腐蚀，而且不锈钢涂层虽然有较好的耐燃气腐蚀性，但耐磨性不足。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型等离子粉芯丝材内壁喷涂方法，可用于如汽车发动机铝合金汽缸内壁等内孔耐磨涂层的制备。采用粉芯丝材，通过等离子转移电弧丝材喷涂工艺PTWA(Plasma transferred Wire Arc)工艺制备的耐磨涂层，与铝合金基体的结合强度高达40-55MPa，涂层硬度400-500Hv0.1，高于传统的铸铁衬套280Hv0.1，耐磨性能大大提高，而且喷涂工艺形成1-5％的孔隙具有储油功能，促进润滑起到减摩作用等优点，解决了铝合金发动机气缸铸铁衬套重量和尺寸增加的问题，以及与汽缸内壁的热膨胀不一致所导致的油耗、排放增加的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的，一种新型等离子粉芯丝材内壁喷涂方法，所述喷涂方法包括：
对工件表面进行预处理；
选用不锈钢外皮、且添加了钼Mo、铬Cr、镍Ni、硼B、硅Si和铁Fe组分的减摩耐磨粉芯的铁基粉芯丝材，通过等离子转移电弧丝材喷涂工艺PTWA将所述铁基粉芯丝材喷涂在所述工件的小内孔表面，得到耐磨涂层；
对所制备的耐磨涂层进行珩磨加工处理。
所述对工件表面进行预处理，具体包括：
采用工业清洗剂对所述工件内孔表面进行除油清洗及烘干，再进行吹砂粗化处理，使粗化后的基体表面粗糙度为Ra 2.0～4.0。
所述通过等离子转移电弧丝材喷涂工艺PTWA将所述铁基粉芯丝材喷涂在所述工件的小内孔表面，具体喷涂工艺参数为：
氩气流量50～80L/min，氢气流量5～20L/min，空气压力为3～8bar，氩气压力为8～12bar，氢气压力为8～12bar，送丝速度为1～10m/min，电流60～100A，电压80～120v，转数400～700/min，喂丝量20～40mm/s。
所述对所制备的耐磨涂层进行珩磨加工处理之后，加工后的耐磨涂层的光洁度达Ra0.2-0.8。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本喷涂方法首先对工件表面进行预处理；选用添加有钼Mo、铬Cr、镍Ni、硼B、硅Si和铁Fe组分的减摩耐磨粉芯和不锈钢外皮的铁基粉芯丝材，通过等离子转移电弧丝材喷涂工艺(PTWA)将所述铁基粉芯丝材喷涂在所述工件的小内孔表面，得到耐磨涂层；对所制备的耐磨涂层进行珩磨加工处理。该方法制备的耐磨涂层与基体结合强度高，涂层不易脱落，涂层硬度高于传统的铸铁衬套，耐磨性能大大提高，而且喷涂工艺形成1-5％的孔隙具有储油功能，促进润滑起到减摩作用等优点，解决了铝合金发动机气缸铸铁衬套重量和尺寸增加的问题，以及与汽缸内壁的热膨胀不一致所导致的油耗、排放增加的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明实施例提供的新型等离子粉芯丝材内壁喷涂方法的流程示意图；
图2为本发明实施例所举实例中铝合金气缸内壁的涂层整体示意图；
图3为本发明实施例所举实例中铝合金气缸内壁的涂层局部放大图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述，如图1所示为本发明实施例提供的新型等离子粉芯丝材内壁喷涂方法的流程示意图，所述制备方法包括：
步骤11：对工件表面进行预处理。
在该步骤中，所述的预处理过程具体为：采用工业清洗剂对所述某些工业部件的小内孔表面进行除油清洗、烘干，然后进行吹砂粗化处理，使粗化后的基体表面粗糙度为Ra2.0-4.0。
步骤12：通过等离子转移电弧丝材喷涂工艺PTWA将铁基粉芯丝材喷涂在所述工件的小内孔表面。
在该步骤中，具体可以选用添加有钼Mo、铬Cr、镍Ni、硼B、硅Si和铁Fe组分的减摩耐磨粉芯和不锈钢外皮的铁基粉芯丝材，通过等离子转移电弧丝材喷涂工艺(PTWA)将所述铁基粉芯丝材喷涂在所述工件的小内孔表面，从而得到耐磨涂层。
这里，在具体实现中也可以选用其他的铁基粉芯丝材，这里不做限定。
上述通过等离子转移丝材电弧喷涂工艺PTWA进行喷涂的具体喷涂工艺参数为：氩气流量50～80L/min，氢气流量5～20L/min，空气压力为3～8bar，氩气压力为8～12bar，氢气压力为8～12bar，送丝速度为1～10m/min，电流60～100A，电压80～120v，转数400～700/min，喂丝量20～40mm/s。
通过上述工艺方法制备的耐磨涂层与基体结合强度40～50MPa，硬度为400～500HV0.1，孔隙率1～5％。
步骤13：对所制备的耐磨涂层进行珩磨加工处理。
在该步骤中，经过上述步骤12的操作在工件表面得到耐磨涂层之后，还可以对所制备的耐磨涂层进行珩磨加工处理，使其加工后涂层光洁度达Ra0.2-0.8。
下面以具体的实例来对本发明所述的喷涂方法进行说明：
首先在制备之前，针对某种型号的汽车铝合金发动机汽缸，对其内表面进行预处理，采用工业清洗剂对其内表面进行除油清洗；清洗烘干后，选用60～80目的氧化铝砂对汽缸内表面进行吹砂粗化处理，粗化后工件表面粗糙度为Ra4.0。
然后，选用添加Mo、Ni、Cr、B、Si、Fe减摩耐磨组分粉芯和不锈钢外皮的铁基粉芯丝材，通过PTWA工艺将该粉芯丝材喷涂在汽车铝合金气缸内壁表面，喷涂工艺参数为氩气流量为60L/min，氢气流量为15L/min，空气压力为4bar，氩气压力为10bar，氢气压力为10bar，送丝速度为8m/min，电流70A，电压100v，转数500/min，喂丝量35mm/s，喷涂后对内表面进行珩磨，光洁度达Ra0.25，从而获得耐磨涂层。
如图2所示为铝合金气缸内壁的涂层整体示意图；如图3所示为铝合金气缸内壁的涂层的局部放大图。上述所制得的涂层硬度为464.3HV0.1，涂层与基体结合强度42.9MPa，涂层孔隙率4.7％。涂层与镀铬活塞环配副测试的摩擦系数为0.126。
综上所述，通过上述方法制备的耐磨涂层经珩磨加工后，涂层厚度只有0.08～0.30mm，涂层重量为0.25kg，单缸减重0.45kg，同时在气缸内壁制备耐磨涂层，气缸内腔直径加大，各缸之间的距离就会缩小，使得气缸的重量进一步降低，仅一台汽车发动机部件的重量减少至少在1.8kg以上；另外耐磨涂层铝合金基体具有良好的结合强度，长期负荷下，耐磨涂层不易脱落，因此涂层与铝合金基体之间传热均匀，涂层不易发生扭曲变形，燃油消耗和NOx、CO2排放的降低可达2～4％。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (4)
1.一种新型等离子粉芯丝材内壁喷涂方法，其特征在于，所述喷涂方法包括：
对工件表面进行预处理；
选用不锈钢外皮、且添加了钼Mo、铬Cr、镍Ni、硼B、硅Si和铁Fe组分的减摩耐磨粉芯的铁基粉芯丝材，通过等离子转移电弧丝材喷涂工艺PTWA将所述铁基粉芯丝材喷涂在所述工件的小内孔表面，得到耐磨涂层；
对所制备的耐磨涂层进行珩磨加工处理。
2.如权利要求1所述的喷涂方法，其特征在于，所述对工件表面进行预处理，具体包括：
采用工业清洗剂对所述工件内孔表面进行除油清洗及烘干，再进行吹砂粗化处理，使粗化后的基体表面粗糙度为Ra 2.0～4.0。
3.如权利要求1所述的喷涂方法，其特征在于，所述通过等离子转移电弧丝材喷涂工艺PTWA将所述铁基粉芯丝材喷涂在所述工件的小内孔表面，具体喷涂工艺参数为：
氩气流量50～80L/min，氢气流量5～20L/min，空气压力为3～8bar，氩气压力为8～12bar，氢气压力为8～12bar，送丝速度为1～10m/min，电流60～100A，电压80～120v，转数400～700/min，喂丝量20～40mm/s。
4.如权利要求1-3其中之一所述的喷涂方法，其特征在于，所述对所制备的耐磨涂层进行珩磨加工处理之后，加工后的耐磨涂层的光洁度达Ra0.2-0.8。
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