CN103042471A - 一种活塞镶圈表面处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种活塞镶圈表面处理方法，使用喷砂机将砂料高速、均匀地喷射到镶圈表面，将镶圈表面及内侧深槽中的污物完全去除，至镶圈表面呈磨砂状，粗糙度均匀；所述喷砂机的工作压力为2~10MPa，喷砂时间为2~6min，砂料粒度为30~320目。与现有技术相比，本发明对活塞镶圈采用喷砂处理，一方面可以去除镶圈表面的锈蚀，同时喷砂处理比抛丸处理圈表面纹理细致，有利于冶金结合，改善铝铁结合区的粘结质量，且对超声波探伤也无影响，处理费用更低。

Description

一种活塞镶圈表面处理方法

技术领域

本发明涉及一种内燃机配件表面处理工艺。

背景技术

活塞作为内燃机的心脏部分，其质量好坏直接影响着内燃机的热效率、机械效率、能源消耗和运行可靠性。近年来，活塞的工作强度将进一步增大，工作环境也将随之恶化，对制造活塞的材料的要求也更加苛刻，它必须具备质轻、热膨胀系数小、吸热性差、导热性好、高温状态下强度高且耐磨等特点。当前的普遍做法是在活塞中镶嵌耐磨镶圈，即活塞本体由质轻、导热性好的共晶铝硅合金制造；活塞环槽则镶嵌强度高、吸热性差、耐磨性好的镍基奥氏体铸铁镶圈。这种镶嵌活塞，其环槽具有耐高温、耐磨损的特点，而重量则像铝合金一样轻。

活塞环槽表面是决定活塞性能的主要因素，铸铝活塞由于铝的耐磨性较差，通过在铝活塞环槽区采用镶嵌高镍奥氏体铸铁耐磨圈，将大大提高其整体耐磨性。耐磨镶圈活塞要求奥氏体铸铁耐磨镶圈与活塞铝基体之间达到冶金结合，在耐磨镶圈镶铸过程中伴随液固两种金属材料的扩散反应，在耐磨环上形成一定厚度的合金扩散层，使耐磨镶圈与基体之间的结合区具有良好的导热性和足够的粘结强度。

由于嵌入的铸铁镶圈与铝合金本体是两种完全不同的材料，各项性能相差悬殊，加上活塞在铸造过程中镶圈表层易被氧化、渗铝不透彻等因素影响，造成铁铝粘结层非常脆弱、存在应力以及不具备延展等缺陷，这些缺陷在活塞使用过程中将导致镶环松动或开裂，造成活塞环密封不良，使油耗增加，发动机效率降低，甚至由于导热性差，造成局部过热，烧坏活塞。如何将铸铁镶圈镶嵌到铝合金活塞本体中，让铁、铝接合面牢固地粘合，且能够在恶劣的环境下工作不至于脱层而失效，是镶圈活塞制造的一个技术难题，因此，如何提高铝铁层粘结质量成为活塞制造行业关注的重点。

耐磨镶圈活塞镶圈的表面质量直接影响着铝铁结合区的性能，镶圈表面任何一点锈蚀以及油污都会造成渗铝质量的不合格进而降低铝铁结合区的粘结质量。针对这一现状，目前大多数厂家为了改变镶圈表面质量，普遍的做法都是对镶圈表面进行抛丸处理。抛丸处理除锈效果很好，但这种方式易将镶圈表面的石墨打飞出来，细小的石墨易粘接在镶圈表面，形成所谓的非湿式污染，很难除掉，而石墨严重影响耐磨圈的渗铝及与铝基体的粘结。同时这种方式在镶圈表面造成凹坑，有利于耐磨圈和铝基体的机械啮合，这种机械咬合较之分子结合虽能保证耐磨圈在活塞上不发生松动，但由于不是分子结合，铝铁之间必然存在微小的间隙，这个间隙严重阻碍了热流的通过，其结果可能导致活塞头部过热，甚至过烧。

发明内容

鉴于此，本发明目的在于提供一种使镶圈表面清洁、形状更优的表面处理方法。

为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案是，提供一种活塞镶圈表面处理方法，使用喷砂机将砂料高速、均匀地喷射到镶圈表面，将镶圈表面及内侧深槽中的污物完全去除，至镶圈表面呈磨砂状，粗糙度均匀；所述喷砂机的工作压力为2~10MPa，喷砂时间为2~6min，砂料粒度为30~320目。

优选地，所述喷砂机为干式喷砂机。

更优选地，所述干式喷砂机为手动喷砂机、自动喷砂机、转盘式喷砂机、吸入式干喷砂机或压入式干喷砂机。

优选地，所述砂料为铜矿砂、石英砂、金刚砂、铁砂或海砂。

与现有技术相比，本发明对活塞镶圈采用喷砂处理，一方面可以去除镶圈表面的锈蚀，同时喷砂处理比抛丸处理圈表面纹理细致，有利于冶金结合，改善铝铁结合区的粘结质量，且对超声波探伤也无影响，处理费用更低。

由于砂料对铸铁镶圈表面的冲击和切削作用，使镶圈的表面获得一定的清洁度和不同的粗糙度，从而在后续的渗铝工艺中形成优良的铝铁结合层。由于其力度相比于传统的抛丸处理较小，砂粒相对细小，形成的凹坑很小且均匀，喷砂后的耐磨镶圈表面细腻得多，没有明显的凹坑和石墨片。合适的喷砂时间可使铸铁镶圈表面的粗糙度增加，提高铸铁镶圈与铝基体的结合面积，分散界面拉伸应力，阻碍连续面状反应层的形成，增强了界面结合性能。

本发明采用喷砂处理镶圈铸铁镶圈后，制备的活塞铝铁结合区粘结强度成倍增加，而且结合区组织厚度均匀。同传统的抛丸表面处理相比，可以大幅提高镶圈铝活塞的粘结质量，且铸铁镶圈的喷砂过程可以成批进行，仅几分钟就可以完成，会大大提高生产效率，产业化的应用前景广阔。

具体实施方式

实施例1

镶圈活塞铸铁镶圈材料为奥氏体铸铁，采用喷砂机对其进行表面喷砂处理，也即是使用喷砂机将石英砂高速、均匀地喷射到镶圈表面。喷砂工作压力为8MPa，喷砂时间为4min，石英砂的目度为30目。通过高速喷砂将镶圈表面及内侧深槽中的油污和锈斑完全去除，至镶圈表面呈磨砂状，粗糙度均匀。喷砂处理后经过常规的镶圈活塞的制备工艺：渗铝—腔模铸造—热处理—机加工，制得镶圈铝活塞。其铝铁结合区粘结强度高达19.5MPa，比采用传统的抛丸处理制备的活塞的粘结强度高10.2MPa，且经过超声波检测结合面结合良好，组织观察结合层厚度均匀。

实施例2

镶圈活塞铸铁镶圈材料为奥氏体铸铁，采用喷砂机对其进行表面喷砂处理，也即是使用喷砂机将金刚砂高速、均匀地喷射到镶圈表面。喷砂工作压力为2MPa，喷砂时间为2min，金刚砂的目度为300目。通过高速喷砂将镶圈表面及内侧深槽中的油污和锈斑完全去除，至镶圈表面呈磨砂状，粗糙度均匀。喷砂处理后经过常规的镶圈活塞的制备工艺：渗铝—腔模铸造—热处理—机加工，制得镶圈铝活塞。其铝铁结合区粘结强度高达20.3MPa，经过超声波检测结合面结合良好，组织观察结合层厚度均匀。

实施例3

镶圈活塞铸铁镶圈材料为奥氏体铸铁，采用喷砂机对其进行表面喷砂处理，也即是使用喷砂机将铜矿砂高速、均匀地喷射到镶圈表面。喷砂工作压力为10MPa，喷砂时间为6min，铜矿砂的目度为150目。通过高速喷砂将镶圈表面及内侧深槽中的油污和锈斑完全去除，至镶圈表面呈磨砂状，粗糙度均匀。喷砂处理后经过常规的镶圈活塞的制备工艺：渗铝—腔模铸造—热处理—机加工，制得镶圈铝活塞。其铝铁结合区粘结强度高达19.5MPa，比采用传统的抛丸处理制备的活塞的粘结强度高19.7MPa，且经过超声波检测结合面结合良好，组织观察结合层厚度均匀。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准，例如使用铁砂或海砂同样能够取得与上述实施例相同或相近的效果。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种活塞镶圈表面处理方法，其特征在于，使用喷砂机将砂料高速、均匀地喷射到镶圈表面，将镶圈表面及内侧深槽中的污物完全去除，至镶圈表面呈磨砂状，粗糙度均匀；所述喷砂机的工作压力为2~10MPa，喷砂时间为2~6min，砂料粒度为30~320目。

2.根据权利要求1所述的活塞镶圈表面处理方法，其特征在于，所述喷砂机为干式喷砂机。

3.根据权利要求2所述的活塞镶圈表面处理方法，其特征在于，所述干式喷砂机为手动喷砂机、自动喷砂机、转盘式喷砂机、吸入式干喷砂机或压入式干喷砂机。

4.根据权利要求1所述的活塞镶圈表面处理方法，其特征在于，所述砂料为铜矿砂、石英砂、金刚砂、铁砂或海砂。