CN104696510A - 一种抗磨损、抗胶合的活塞销及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及机械领域。一种抗磨损、抗胶合的活塞销，包括一活塞销主体，活塞销主体的外壁上均匀涂覆有一聚合物涂层，聚合物涂层包括由聚酰胺树脂和/或者聚酰亚胺树脂制成的基层；为了对于聚合物涂层进行改性，基层内掺有功能性材料，功能性材料包括用以提高活塞销主体润滑性的固体润滑材料，固体润滑材料可以是包括石墨、氟化石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯中的至少一种润滑材料。为了提高聚合物涂层的结构强度，在基层材料中还添加又一定量的金属微颗粒。该金属微颗粒可能是铜，铝，锌等金属材料中的至少一种。该涂层具有优越的摩擦学特性和承载能力。

Description

一种抗磨损、抗胶合的活塞销及其制造方法
技术领域
本发明涉及机械领域，具体涉及活塞销。
背景技术
活塞销是发动机气缸总成的一个关键连接件。在发动机的使用过程中，常经历工作中的润滑不良的问题，这时不时地会造成边界接触的工作状态，甚至局部的工作热点，因而引发销或相配合零件的磨损甚至胶合。近些年发动机的开发进展，使活塞销面上所承受的接触压力压越来越高，在使用中对于发动机零部件的结构强度，以及运动摩擦副都有更高的要求，这包括抗磨损性和抗胶合能力。
在以上的技术发展要求之外，近些年发动机及设计和开发厂家对于发动机的节能减排有更为苛刻的要求。环保的要求驱使发动机厂家开发更高效率的发动机产品，摩擦功耗的降低，成为新发动机中越来越重要的考虑因素。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗磨损、抗胶合以及低摩擦系数的发动机活塞销。本发明的目的还在于，提供一种抗磨损、抗胶合以及低摩擦系数的发动机活塞销的制造方法。
本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：
一种抗磨损、抗胶合的活塞销，包括一活塞销主体，其特征在于，所述活塞销主体的外壁上均匀涂覆有一聚合物涂层，所述聚合物涂层包括由聚酰胺树脂和/或者聚酰亚胺树脂制成的基层；
为了对于所述聚合物涂层进行改性，所述基层内掺有功能性材料，所述功能性材料包括用以提高所述活塞销主体润滑性的固体润滑材料，所述固体润滑材料可以是包括石墨、氟化石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯中的至少一种润滑材料。为了提高聚合物涂层的结构强度，在基层材料中还添加有一定量的金属微颗粒。该金属微颗粒可能是铜，铝，锌等金属材料中的至少一种。该涂层具有优越的摩擦学特性和承载能力。
本发明在传统活塞销主体的外壁增设有一聚合物涂层，相对于传统活塞销有更好的边界润滑生存能力，间隙性缺油状态时的低摩擦系数，从而提高抗磨损和抗胶合的能力。聚酰亚胺树脂耐高温，热分解温度达600℃，具有优良的机械性能，冲击强度高达261KJ/m2。聚酰胺树脂具有无毒、质轻、优良的机械强度、耐磨性及较好的耐腐蚀性。此外，本发明在树脂制成的基层中添加有降低摩擦系数的润滑材料，为了提供聚合物涂层的承载和抗疲劳能力加以保证。涂层基体中加入的硬质金属微颗粒，离散地分布在基体。
所述聚合物涂层的厚度很薄，不大于0.05毫米。所以能有效地保证活塞销的外部尺寸精度。在对于活塞销主体进行活化处理后，可以保证聚合物涂层与活塞销主体的足够的粘合力。所述聚合物涂层的厚度不低于0.005毫米。
所述基层内还掺有金属微颗粒，所述金属微颗粒是铜，铝、锌微颗粒中的至少一种。
本发明在聚合物涂层内设有金属微颗粒，从而有效的提高聚合物涂层的结构强度，以及承载和抗疲劳能力。铜、铝、锌具有一定结构强度，对于该金属微颗粒比例的控制，可以有效地控制其与摩擦副材料的相匹配性。
所述金属微颗粒优选为0.5微米～5微米。
所述聚合物涂层中按重量百分比既包括如下含量：60-90％聚酰胺树脂、5-35％固体润滑材料、5-25％金属微颗粒。也可以是，所述聚合物涂层中按重量百分比既包括如下含量：60-90％聚酰亚胺树脂、5-35％固体润滑材料、5-25％金属微颗粒。
所述活塞销主体是一合金钢制成的活塞销主体。
所述活塞销主体呈一设有通孔的圆柱，所述通孔的中心轴线与所述圆柱的中心轴线处于同一直线上。
所述聚合物涂层位于所述圆柱的外壁上。活塞销主体的工作面为外壁。通过单工作面的涂覆所述聚合物涂层有助于节约成本。
所述通孔呈圆柱型、对称圆锥体、圆柱与圆锥的复合结构三个结构中的任意一个结构。
所述通孔由两个镜像对称的圆锥体型结构构成时，所述圆锥体型结构的对称面为所述活塞销主体的对称面，所述对称面垂直于所述直线；所述活塞销主体的壁厚在所述直线方向上从内至外依次递减。从而保证活塞销主体的强度。
所述通孔由一圆柱型结构、两个镜像对称的圆锥体型结构构成时，所述圆柱型结构位于两个所述圆锥体型结构的中央，所述圆锥体型结构的对称面为所述活塞销主体的对称面，所述对称面垂直于所述直线；
所述活塞销主体的壁厚在所述直线方向上从内向外相等或依次递减。
一种抗磨损、抗胶合的活塞销的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：制造活塞销主体；
步骤二：喷涂聚合物涂层；
所述聚合物涂层包括聚酰胺和/或者聚亚酰胺树脂，所述聚合物涂层还包括功能性材料，所述功能性材料包括用以提高所述活塞销主体润滑性的固体润滑材料，所述固体润滑材料包括石墨、氟化石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯中的至少一种润滑材料；
所述聚酰胺和/或者聚亚酰胺树脂与所述润滑材料以粉末方式加入树脂后搅拌均匀制成所述聚合物涂层；
步骤三：所述聚合物涂层以机械喷涂的方式均匀覆盖于所述活塞销主体的外表面；
步骤四：所述聚合物涂层通过升温方式固化于所述活塞销主体的外表面。
本发明在传统活塞销主体的外壁增设有一聚合物涂层，相对于传统活塞销有更好的边界润滑生存能力，间隙缺油状态时的低摩擦系数，从而提高抗磨损强度。
步骤二中，所述聚合物涂层还包括金属微颗粒，所述金属微颗粒是铜，铝、锌微颗粒中的至少一种微颗粒。
本发明在聚合物涂层内分布有金属微颗粒，从而有效的提高聚合物涂层的承载和抗疲劳能力。铜、铝、锌具有一定结构强度。在使用适当配比时，可以起到通过金属主体提高与摩擦副材料接触时的抗疲劳强度的同时，不损伤摩擦副材料。
步骤四中，将喷涂有所述聚合物涂层的活塞销主体放置于一固化装置内，所述固化装置包括壳体，所述壳体内设有用于安装所述活塞销主体的安装装置；
所述壳体内设有一加热装置。
所述活塞销主体呈一设有通孔的圆柱，所述通孔的中心轴线与所述圆柱的中心轴线处于同一直线上。
所述安装装置将活塞销主体固定于固化装置内，所述安装装置可以是固化装置的一部分，也可以是装好活塞销后传输到固化装置内的活动装置。
有益效果：本发明相对于传统活塞销有更好的边界润滑生存能力，有很好的抗磨损和胶合的能力，在缺油状态时的低摩擦系数，且相对于高端DLC涂层处理的活塞销，要更为经济。由于DLC涂层硬度高，对于表面粗糙度有很高的要求，否则可能会在成摩擦副表面的严重磨损。聚合物涂层相对很软，所以对于表面粗糙度的容忍度会更好。
附图说明
图1为本发明活塞销主体的一种结构示意图；
图2为本发明活塞销主体的另一种结构示意图；
图3为本发明活塞销主体的另一种结构示意图；
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示进一步阐述本发明。
参照图1、图2、图3、一种抗磨损、抗胶合的活塞销，包括一活塞销主体2，活塞销主体2的外壁上均匀涂覆有一聚合物涂层1，聚合物涂层1包括由聚酰胺树脂和/或者聚酰亚胺树脂制成的基层；基层内掺有功能性材料，功能性材料包括用以提高活塞销主体2润滑性的固体润滑材料，固体润滑材料包括石墨、氟化石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯中的至少一种润滑材料。本发明在传统活塞销主体2的外壁增设有一聚合物涂层1，相对于传统活塞销有更好的边界润滑生存能力，缺油状态时的低摩擦系数，从而提高抗磨损强度和抗胶合能力。聚酰亚胺树脂耐高温，热分解温度达600℃，具有优良的机械性能，冲击强度高达261KJ/m2。聚酰胺树脂具有无毒、质轻、优良的机械强度、耐磨性及较好的耐腐蚀性。此外，本发明在树脂制成的基层中添加有提高镀层摩擦学特性的固体润滑材料，提高了聚合物涂层1的低能耗和抗磨损和胶合的能力。
聚合物涂层1的厚度不大于0.05毫米，可以有效保证活塞销成品的尺寸精度。在对于活塞销进行活化处理后，可以保证聚合物涂层1与活塞销主体2的粘合力。为保证聚合物涂层1对活塞销主体2的润滑保护寿命，聚合物涂层1的厚度不低于0.005毫米。基层内还掺有金属微颗粒，金属微颗粒是铜、铝、或锌微颗粒中的至少一种微颗粒。本发明在聚合物涂层1内设有金属微颗粒，从而有效的提高聚合物涂层1的承载和抗疲劳能力。通过控制微粒金属的添加比例，在通过金属主体提高与摩擦副材料接触时的抗疲劳强度的同时，不损伤摩擦副材料。金属微颗粒优选为0.5微米～5微米。
聚合物涂层中按重量百分比既包括如下含量：60-90％聚酰胺树脂、5-35％固体润滑材料、5-25％金属微颗粒。也可以是，聚合物涂层中按重量百分比既包括如下含量：60-90％聚酰亚胺树脂、5-35％固体润滑材料、5-25％金属微颗粒。
活塞销主体2是一合金钢制成的活塞销主体2。活塞销主体2呈一设有通孔3的圆柱，通孔3的中心轴线与圆柱的中心轴线处于同一直线上。聚合物涂层1位于圆柱的外壁上。活塞销主体2的工作面为外壁。通过单工作面的涂覆聚合物涂层1有助于节约成本。通孔呈圆柱型、对称圆锥体、圆柱与圆锥的复合结构三个结构中的任意一个结构。通孔3呈圆柱型。通孔3也可以由两个镜像对称的圆锥体型结构构成，圆锥体型结构的对称面为活塞销主体2的对称面，对称面垂直于直线；活塞销主体2的壁厚在直线方向上从内向外依次递减，从而保证活塞销主体2的强度。
通孔3也可以由一圆柱型结构、两个镜像对称的圆锥体型结构构成，圆柱型结构位于两个圆锥体型结构的中央，圆锥体型结构的对称面为活塞销主体2的对称面，对称面垂直于直线；活塞销主体2的壁厚在直线方向上从内至外依次递减。
一种抗磨损、抗胶合的活塞销的制造方法，包括如下步骤：步骤一：制造活塞销主体2；步骤二：制造聚合物涂层1；聚合物涂层1包括聚酰胺树脂，聚合物涂层1还包括功能性材料，功能性材料包括用以提高活塞销主体2润滑性的固体润滑材料，固体润滑材料包括石墨、氟化石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯中的至少一种润滑材料；聚酰胺树脂与润滑材料搅拌均匀制成聚合物涂层1；步骤三：聚合物涂层1以机械喷涂的方式均匀覆盖于活塞销主体2的外表面；步骤四：聚合物涂层1通过升温方式固化于活塞销主体2的外表面。本发明在传统活塞销主体2的外壁增设有一聚合物涂层1，相对于传统活塞销有更好的边界润滑生存能力，间隙缺油状态时的低摩擦系数，从而提高抗磨损强度和抗胶合能力。
步骤二中，所述聚合物涂层1还包括聚酰亚胺树脂。或者，步骤二中的所述聚酰胺树脂由聚酰亚胺树脂替代，或二者皆有。步骤二中，聚合物涂层1还包括金属微颗粒，金属微颗粒是铜、铝、锌微颗粒中的至少一种微颗粒。本发明在聚合物涂层1内设有金属微颗粒，从而有效的提高聚合物涂层1的承载和抗疲劳能力。铜、铝、锌、具有一定结构强度，合理配比可以在通过金属主体提高与摩擦副材料接触时的抗疲劳强度的同时，不损伤摩擦副材料。
步骤四中，将喷涂有聚合物涂层1的活塞销主体2放置于一固化装置内。
有益效果：本发明相对于传统活塞销有更好的边界润滑生存能力，有很好的抗磨损和胶合能力，在缺油状态时的低摩擦系数，且相对于高端DLC涂层，要更为经济。由于DLC涂层硬度高，对于表面粗糙度有很高的要求，否则可能会在成摩擦副表面的严重磨损。聚合物涂层相对很软，所以对于表面粗糙度的容忍度会更好。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种抗磨损、抗胶合的活塞销，包括一活塞销主体，其特征在于，所述活塞销主体的外壁上均匀涂覆有一聚合物涂层，所述聚合物涂层包括由聚酰胺树脂和/或者聚酰亚胺树脂制成的基层；
所述基层内掺有功能性材料，所述功能性材料包括用以提高所述活塞销主体润滑性的固体润滑材料，所述固体润滑材料包括石墨、氟化石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯中的至少一种润滑材料。
2.根据权利要求1所述的一种抗磨损、抗胶合的活塞销，其特征在于：所述聚合物涂层的厚度不大于0.1毫米，不小于0.005毫米。
3.根据权利要求1所述的一种抗磨损、抗胶合的活塞销，其特征在于：所述基层内还掺有金属微颗粒，所述金属微颗粒是铜、铝、锌微颗粒中的至少一种微颗粒。
4.根据权利要求1所述的一种抗磨损、抗胶合的活塞销，其特征在于：所述活塞销主体呈一设有通孔的圆柱，所述通孔的中心轴线与所述圆柱的中心轴线处于同一直线上；
所述聚合物涂层位于所述圆柱的外壁上。
5.根据权利要求4所述的一种抗磨损、抗胶合的活塞销，其特征在于：所述通孔由两个镜像对称的圆锥体型结构构成，所述圆锥体型结构的对称面为所述活塞销主体的对称面，所述对称面垂直于所述直线；
所述活塞销主体的壁厚在所述直线方向上从内至外依次递减。
6.根据权利要求4所述的一种抗磨损、抗胶合的活塞销，其特征在于：所述通孔由一圆柱型结构和两个镜像对称的圆锥体型结构构成，所述圆柱型结构位于两个所述圆锥体型结构的中央，所述圆锥体型结构的对称面为所述活塞销主体的对称面，所述对称面垂直于所述直线；
所述活塞销主体的壁厚在所述直线方向上从内至外依次递减。
7.一种抗磨损、抗胶合的活塞销的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：制造活塞销主体；
步骤二：制造聚合物涂层；
所述聚合物涂层包括聚酰胺和/或酰胺树脂，所述聚合物涂层还包括功能性材料，所述功能性材料包括用以提高所述活塞销主体润滑性的固体润滑材料，所述固体润滑材料包括石墨、氟化石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯中的至少一种润滑材料；
所述聚酰胺和/或酰亚胺树脂与所述润滑材料搅拌均匀制成所述聚合物涂层；
步骤三：所述聚合物涂层以机械喷涂的方式均匀覆盖于所述活塞销主体的外表面；
步骤四：所述聚合物涂层通过升温方式固化于所述活塞销主体的外表面。
8.根据权利要求7所述的一种抗磨损、抗胶合的活塞销的制造方法，其特征在于：步骤二中，所述聚合物涂层还包括金属微颗粒，所述金属微颗粒是铜、铝、锌中的至少一种颗粒。
9.根据权利要求7所述的一种抗磨损、抗胶合的活塞销的制造方法，其特征在于：步骤四中，将喷涂有所述聚合物涂层的活塞销主体放置于一固化装置内，所述固化装置包括壳体，所述壳体内设有用于安装所述活塞销主体的安装装置；
所述壳体内设有一加热装置。
10.根据权利要求8所述的一种抗磨损、抗胶合的活塞销的制造方法，其特征在于：所述聚合物涂层中按重量百分比既包括如下含量：60-90％聚酰胺树脂、5-35％固体润滑材料、5-25％金属微颗粒。
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