CN110760776A - 一种缸体内孔的无Cr铁基涂层及其喷涂方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种缸体内孔的无Cr铁基涂层及其喷涂方法，包括通过喷涂方式在缸体内孔形成的涂层，所述的涂层包括0.5～1.5wt％的C、1.0～2.0wt％的Mn、1.0～2.0wt％的Ni、2.0～3.0wt％的Mo，剩余部分为Fe。本发明的有益效果是：本方案通过在发动机缸体内孔上形成涂层的方式增加发动机缸体内孔的强度以及耐磨性能，减小内孔的磨损，从而有利于降低发动机的油耗与排放，由于涂层不含Cr，符合标准要求，适合推广使用。
Description
技术领域
本发明涉及热喷涂技术领域，具体是一种缸体内孔的无Cr铁基涂层及其喷涂方法。
背景技术
热喷涂技术是利用火焰、电弧、等离子弧等热源，将粉末状(或丝材、棒材)材料瞬间加热到熔融或半熔融状态，然后借助焰流本身的动力或外加的高速气流雾化并以一定的速度喷射到经过预处理的基体材料表面，经扁平化后快速冷却凝固与基体材料结合而形成具有各种功能的表面覆盖涂层的一种技术。热喷涂涂层使得工件表面获得耐高温、抗氧化、耐磨损、耐腐蚀等优良性能，还可以对缺损的部件进行修复，制备防辐射、密封、绝缘等特殊用途的功能涂层等，目前已在航空航天、汽车制造、石油化工、核工业、冶金、建筑、机械等众多领域得到了广泛的应用。
为了减少燃油消耗和二氧化碳排放，汽车轻量化已经成为关注的重点，气缸体是发动机重要的部件，在动力总成中降低质量和摩擦损耗以改善整车的效率成为众多汽车厂家面临的挑战。越来越多的发动机采用铸铝缸体，但是对于传统的铸铝缸体，在缸孔处需要镶入铸铁缸套以满足发动机工作时高温、高速冲击和摩擦的要求。但铸铁缸套镶入仍会带来不良影响，如增加缸体重量，缸体与铸铁缸套之间热性能不匹配，不能充分发挥发动机效率等。因此出现了一种无缸套铸铝缸体，它是在铸铝缸体中取消铸铁缸套，采用热喷涂技术在铸铝缸体缸孔内壁喷涂一层耐磨涂层，解决铸铁缸套带来的不良影响，可降低发动机气缸体的质量，改善缸孔表面的摩擦磨损性能，有益于发动机燃油和排放的降低等。
对于无缸套铸铝缸体缸孔内壁喷涂一层耐磨涂层，从实际应用的性能和经济性上考虑，涂层材料大部分选择的是铁基材料，同时也有少部分采用金属陶瓷复合的材料及纯陶瓷的材料。采用的铁基材料中均含有Cr元素，在《汽车禁用物质要求》的标准中明确规定了六价铬的禁用要求，导致汽车厂家对涂层材料中Cr元素的担忧及影响无缸套铸铝缸体的应用推广。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提供了一种缸体内孔的无Cr铁基涂层及其喷涂方法，用于改善缸体性能，降低发动机油耗和排放。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种缸体内孔的无Cr铁基涂层，包括设置在缸体内孔的涂层，所述的涂层包括0.5～1.5wt％的C、1.0～2.0wt％的Mn、1.0～2.0wt％的Ni、2.0～3.0wt％的Mo，剩余部分为Fe。
进一步地，为了更好的实现本发明，所述的涂层的孔隙率为1～6％。
进一步地，为了更好的实现本发明，所述的涂层厚度为0.2～0.4mm。
进一步地，为了更好的实现本发明，所述的涂层的表面粗糙度Ra≤12.5μm，Rz≤200μm。
一种缸体内孔的无Cr铁基涂层的喷涂方法，包括以下几个步骤：
步骤S1：对缸体内孔进行镗孔处理，使孔径增加；
步骤S2：对镗过的内孔表面进行粗化处理，增加内孔表面的粗糙度；
步骤S3：对内孔表面进行喷涂处理以形成权利要求1所述的涂层，喷涂的粉料包括0.5～1.5wt％的C、1.0～2.0wt％的Mn、1.0～2.0wt％的Ni、2.0～3.0wt％的Mo，剩余部分为Fe。
进一步地，为了更好的实现本发明，所述的步骤S1中，孔径增加0.2～0.5mm。
进一步地，为了更好的实现本发明，所述的步骤S2中，利用喷砂工艺对镗过的内孔表面进行粗化处理，粗化后内控表面的表面粗糙度Rz在40～100μm范围内。
进一步地，为了更好的实现本发明，所述的喷砂工艺采用的砂料为白刚玉或棕刚玉，粒度为20～40目，喷砂的压力为5.0～6.5MPa，喷砂的流量为0.8～1.5kg/min。
进一步地，为了更好的实现本发明，所述的步骤S3中，粉料的粒度为10～80μm。
进一步地，为了更好的实现本发明，所述的步骤S3中，喷涂时对缸体内孔进行抽风除尘。
本方案所取得的有益效果是：
(1)本方案通过在发动机缸体内孔上形成涂层的方式增加发动机缸体内孔的强度以及耐磨性能，减小内孔的磨损，从而有利于降低发动机的油耗与排放，由于涂层不含Cr，符合标准要求，适合推广使用。
(2)本方案通过形成涂层的方式增强内孔，相较于传统的缸套结构，其结构更简单，加工工艺更简单，能够有效降低加工难度以及加工成本，由于减少了装配结构，使得缸体内孔的精度提高。
附图说明
图1为缸孔喷涂示意图。
其中：1-喷枪，2-缸体。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
本实施例中，一种缸体内孔的无Cr铁基涂层，包括设置在缸体内孔的涂层，所述的涂层包括0.5～1.5wt％的C、1.0～2.0wt％的Mn、1.0～2.0wt％的Ni、2.0～3.0wt％的Mo，剩余部分为Fe。
涂层通过喷涂方式形成，喷涂用的喷涂粉料为铁合金粉末，铁合金粉末包括0.5～1.5wt％的C、1.0～2.0wt％的Mn、1.0～2.0wt％的Ni、2.0～3.0wt％的Mo，剩余部分为Fe。
通过喷涂的方式形成涂层，相较于传统的缸套结构具有结构简单、加工方便等优点，能够直接在内孔表面形成涂层结构，而不需要在铸造的时候将缸套嵌入到缸体内，能够有效降低加工难度以及加工成本，避免结构装配产生的误差累计而有利于提高表面精度。
由于喷涂粉料中不含Cr元素，因而能够形成不含Cr的涂层，满足《汽车禁用物质要求》的标准要求，适合推广使用。形成的涂层为铁基涂层，能够提高缸体内孔的强度以及耐磨性，减小缸体内控的变形以及磨损，延长发动机的使用寿命。
本实施例中，对缸体内孔喷涂前，先进行镗孔处理，使孔径增加0.2～0.5mm，镗孔之后再进行喷涂，喷涂形成的涂层填补镗掉的尺寸，使喷涂后内孔的直径尺寸满足成品的尺寸要求。以此喷涂后形成的涂层厚度尺寸为0.2～0.5mm，相较于传统的缸套，涂层的尺寸更小，能够有效降低缸体的整体重量。形成的涂层内表面能够进行精加工处理，以保证涂层的圆柱度满足要求。
本实施例中，采用珩磨的方式对涂层的内表面进行精加工，珩磨后的涂层能够呈镜面多孔结构，平缓圆整的小孔作为储油孔，能够使机油暴露于燃烧室和活塞环的面积减小，减小刮油环的切向力，使活塞环更快地进入流体动力学状态，显著的降低摩擦力，减小摩擦生热能耗，降低发动机窜气和油耗，保证最高工作可靠性。
本实施例中，喷涂的方式采用内孔旋转等离子喷涂，缸体固定在具有定位装置的工作台上，等离子喷枪置于缸孔中心位置，由等离子喷枪中的阳极和阴极之间放电产生等离子弧焰流，外送粉管置于焰流的上方，喷涂粉料由送粉载气通过外送粉管直接送入到等离子焰流中，喷涂粉料在焰流中经过加热熔融后，借助焰流本身的动力以一定的速度喷射到经过粗化的缸孔内壁表面，经扁平化后快速冷却凝固与缸孔内壁结合而形成一层涂层。在喷涂过程中，喷枪在缸孔中旋转并上下往复，经过多次往复喷涂达到设定的涂层厚度。同时在工作台下方利用抽风除尘装置对喷涂过程中产生的烟尘进行抽吸，减少烟尘对涂层质量的影响，同时也对缸体的温度进行控制。
实施例2：
在上述实施例的基础上，本实施例中，对于成品孔径为81mm的无缸套铸铝缸体进行喷涂。
首相采用镗孔加工的工艺对缸孔内孔进行加工，将孔径加工至81.3mm，然后对缸孔进行清洗，去除表面的切削液及油污等。
采用内孔喷砂枪对内孔进行喷砂处理，喷砂枪置于缸孔中心，旋转并上下往复对缸孔内壁表面进行粗化处理，选用的白刚玉的粒度为20～40目，喷砂的角度在75～90°，气体压力在5.0～6.5MPa；粗化后表面的粗糙度在Rz82μm。
然后采用旋转等离子喷枪对铸铝缸体缸孔内壁进行喷涂，喷枪的转速为500～800rpm，电流为350～400A，电压为45-60V，送粉量为120g/min，氩气流量为60L/min，氢气流量为8L/min，循环往复次数为8，喷涂过程中缸体的温度在200℃以下，喷涂后涂层的厚度在0.2～0.4mm，涂层表面粗糙度Ra≤12.5μm，Rz≤200μm，涂层平均孔隙率在2％；涂层硬度取点测试并取平均值，测得硬度值400HV0.3；在缸体实物上测试涂层的结合强度，测试多点取平均值，测得的结合强度值为36MPa；
对喷涂后的铸铝缸体进行珩磨加工，珩磨分为粗珩磨与精珩磨，通过粗珩磨去除部分涂层，粗珩后缸孔的直径在81.05mm左右，再通过精珩磨将缸孔直径加工至81mm的成品尺寸，珩磨后涂层的厚度在0.15mm左右，同时缸孔内壁表面达到要求的粗糙度范围。
实施例3：
在上述实施例2的基础上，本实施例中，对于成品孔径为75mm的无缸套铸铝缸体进行喷涂。首相采用镗孔加工的工艺对缸孔内孔进行加工，将孔径加工至75.3mm，然后对缸孔进行清洗，去除表面的切削液及油污等。
采用内孔喷砂枪对内孔进行喷砂处理，喷砂枪置于缸孔中心，旋转并上下往复对缸孔内壁表面进行粗化处理，选用的白刚玉的粒度为20～40目，喷砂的角度在75～90°，气体压力在5.0～6.5MPa；粗化后表面的粗糙度在Rz75μm。
采用旋转等离子喷枪对铸铝缸体缸孔内壁进行喷涂，喷枪的转速为500～800rpm，电流为350～400A，电压为45-60V，送粉量为120g/min，氩气流量为55L/min，氢气流量为7L/min，循环往复次数为6，喷涂过程中缸体的温度在200℃以下，喷涂后涂层的厚度在0.2～0.4mm，涂层表面粗糙度Ra≤12.5μm，Rz≤200μm，涂层平均孔隙率在2.5％；涂层硬度取点测试并取平均值，测得硬度值410HV0.3；在缸体实物上测试涂层的结合强度，测试多点取平均值，测得的结合强度值为34MPa。
对喷涂后的铸铝缸体进行珩磨加工，缸孔达到成品孔径75mm。
本实施例中，其它未描述的内容与上述实施例相同，故不赘述。
以上所述的，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种缸体内孔的无Cr铁基涂层，其特征在于：包括设置在缸体内孔的涂层，所述的涂层包括0.5～1.5wt％的C、1.0～2.0wt％的Mn、1.0～2.0wt％的Ni、2.0～3.0wt％的Mo，剩余部分为Fe。
2.根据权利要求1所述的一种缸体内孔的无Cr铁基涂层，其特征在于：所述的涂层的孔隙率为1～6％。
3.根据权利要求1所述的一种缸体内孔的无Cr铁基涂层，其特征在于：所述的涂层厚度为0.2～0.4mm。
4.根据权利要求1所述的一种缸体内孔的无Cr铁基涂层，其特征在于：所述的涂层的表面粗糙度Ra≤12.5μm，Rz≤200μm。
5.一种缸体内孔的无Cr铁基涂层的喷涂方法，其特征在于：包括以下几个步骤：
步骤S1：对缸体内孔进行镗孔处理，使孔径增加；
步骤S2：对镗过的内孔表面进行粗化处理，增加内孔表面的粗糙度；
步骤S3：对内孔表面进行喷涂处理以形成权利要求1所述的涂层，喷涂的粉料包括0.5～1.5wt％的C、1.0～2.0wt％的Mn、1.0～2.0wt％的Ni、2.0～3.0wt％的Mo，剩余部分为Fe。
6.根据权利要求5所述的一种缸体内孔的无Cr铁基涂层的喷涂方法，其特征在于：所述的步骤S1中，孔径增加0.2～0.5mm。
7.根据权利要求5所述的一种缸体内孔的无Cr铁基涂层的喷涂方法，其特征在于：所述的步骤S2中，利用喷砂工艺对镗过的内孔表面进行粗化处理，粗化后内控表面的表面粗糙度Rz在40～100μm范围内。
8.根据权利要求7所述的一种缸体内孔的无Cr铁基涂层的喷涂方法，其特征在于：所述的喷砂工艺采用的砂料为白刚玉或棕刚玉，粒度为20～40目，喷砂的压力为5.0～6.5MPa，喷砂的流量为0.8～1.5kg/min。
9.根据权利要求5所述的一种缸体内孔的无Cr铁基涂层的喷涂方法，其特征在于：所述的步骤S3中，粉料的粒度为10～80μm。
10.根据权利要求5所述的一种缸体内孔的无Cr铁基涂层的喷涂方法，其特征在于：所述的步骤S3中，喷涂时对缸体内孔进行抽风除尘。
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| CN201910902681.3A Pending CN110760776A (zh) | 2019-09-24 | 2019-09-24 | 一种缸体内孔的无Cr铁基涂层及其喷涂方法 |
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Citations (7)
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|---|---|---|---|---|
| CN102776468A (zh) * | 2012-08-10 | 2012-11-14 | 昆山乔锐金属制品有限公司 | 一种高性能钢基涂层的制备工艺 |
| CN102776514A (zh) * | 2012-08-10 | 2012-11-14 | 昆山乔锐金属制品有限公司 | 一种高性能钢基涂层材料 |
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| CN106854730A (zh) * | 2016-12-22 | 2017-06-16 | 苏州劲元油压机械有限公司 | 一种用于液压缸的耐磨金属涂层及其制备方法 |
| CN108034916A (zh) * | 2017-12-11 | 2018-05-15 | 马鞍山蓝科再制造技术有限公司 | 一种电弧喷涂用粉末材料 |
| CN108300992A (zh) * | 2018-01-22 | 2018-07-20 | 孙国芳 | 一种工件表面裂纹激光修复工艺 |
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-
2019
- 2019-09-24 CN CN201910902681.3A patent/CN110760776A/zh active Pending
Patent Citations (7)
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Non-Patent Citations (3)
| Title |
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| 黄勇等: "无缸套全铝合金气缸体缸孔内壁涂层的制备及性能研究", 《汽车工艺与材料》 * |
| 黄家骏等: "《汽车制造工艺学（机械加工工艺）》", 31 July 1995, 湖北科学技术出版社 * |
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