CN105543759A - 一种高硬度耐腐蚀发动机汽缸内壁耐磨涂层及其制备方法 - Google Patents

一种高硬度耐腐蚀发动机汽缸内壁耐磨涂层及其制备方法 Download PDF

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陈恒义
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
    • C23C4/06—Metallic material

Abstract

本发明公开了一种高硬度耐腐蚀发动机汽缸内壁耐磨涂层，由下列重量份的原料制成：316不锈钢粉末68-69、Mo粉6-6.5、Ni60粉末25-26、CrN3.3-3.6、NiCr合金粉4.5-4.8、片状纳米银0.7-0.9、纳米四氧化三铁0.4-0.5、钼酸钠8.5-10、醋酸酐4.5-4.8、二甲基甲酰胺75-80、浓盐酸适量、四丁基溴化铵10-12。本发明通过使用钼酸钠，提高了涂层的润滑性，同时提高了涂层的结合强度，防止金属被磨损后出现微凸，导致摩擦系数急剧增高；通过使用CrN、NiCr合金粉、片状纳米银、纳米四氧化三铁，提高了涂层的硬度、抗磨性和耐腐性，性价比高。

Description

一种高硬度耐腐蚀发动机汽缸内壁耐磨涂层及其制备方法
技术领域
本发明涉及汽车气缸内壁涂层技术领域，尤其涉及一种高硬度耐腐蚀发动机汽缸内壁耐磨涂层及其制备方法。
背景技术
节能减排已经成为全球汽车企业的终极目标。据资料显示，大气污染物排放量中CO的66%、NOx的43%、HC的31%、CO2的33%、微粒的20%均来自于汽车的排放。汽车轻量化对于节约能源、减少废气排放十分重要。采用铝合金发动机逐渐取代传统的铸铁发动机是节能减排的主要途经之一。但因铝合金的强度和刚度均低于铸铁的性能，常用的方法是在铝合金汽缸内壁镶嵌铸铁衬套来提高其耐磨性。铸铁衬套不仅铸造工艺复杂，生产成本较高，而且内嵌铸铁衬套增加了铝合金发动机的重量和尺寸，不利于节能减排。目前，在铝合金汽缸内壁表面制备耐磨涂层以取代铸铁衬套，已成为汽车发动机轻量化发展的主要方法。对于发动机汽缸与活塞组成的燃烧室，缸套和活塞不仅在高温高压下工作，还要承受燃料燃烧生成的硫化物（SO2、SO3）和燃烧时生成的水蒸汽以及吸入的空气形成硫酸和亚硫酸带来的严重腐蚀，而不锈钢以其优异的耐蚀性、较高的力学性能和热稳定性已经成为一种在铝合金汽缸内壁表面优选的涂层制备材料，但是其耐磨性还不能满足应用要求。《发动机汽缸内壁新型耐磨涂层研究》一文通过在不锈钢粉中加入合适比例的自熔粉Ni60和减摩材料Mo，研制新型铁基复合粉末，采用等离子喷涂技术制备耐磨减摩涂层，并对涂层的硬度、结合强度以及耐磨性与不锈钢涂层相应的性能进行对比分析。通过加入32%的Mo+Ni60制备的复合涂层，结合强度由33.85MPa提高到43.63MPa；显微硬度由337.3Hv0.1提高到464.15Hv0.1。316+Mo+Ni60涂层耐磨减摩性能明显优于不锈钢涂层，与GCr15材料的对磨环配副滑动时，摩擦系数由0.04-0.05降低到0.01-0.02。
但是随着的科技的进步，人们对环保的要求、对汽车性能的需要越来越高，该涂层的耐腐性、耐磨性、润滑性、抗裂纹性、硬度、抗热冲击性、抗热氧化性、耐热性，还是不能满足要求，需要进一步改进。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种高硬度耐腐蚀发动机汽缸内壁耐磨涂层及其制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种高硬度耐腐蚀发动机汽缸内壁耐磨涂层，由下列重量份的原料制成：316不锈钢粉末68-69、Mo粉6-6.5、Ni60粉末25-26、CrN3.3-3.6、NiCr合金粉4.5-4.8、片状纳米银0.7-0.9、纳米四氧化三铁0.4-0.5、钼酸钠8.5-10、醋酸酐4.5-4.8、二甲基甲酰胺75-80、浓盐酸适量、四丁基溴化铵10-12。
所述的高硬度耐腐蚀发动机汽缸内壁耐磨涂层的制备方法，包括以下步骤：
（1）将钼酸钠、醋酸酐、二甲基甲酰胺混合，加入浓盐酸调节pH值为2.5-3，再边搅拌边加入四丁基溴化铵，加热至49-50℃，搅拌反应50-60分钟，再加入CrN、NiCr合金粉、片状纳米银、纳米四氧化三铁，继续搅拌反应1-1.4小时，得到混合物料；
（2）将所述混合物料与其他剩余成分混合，研磨均匀，加热至186-195℃并保持该温度至二甲基甲酰胺挥发完，然后将所得块状物磨成粉末，
（3）将上述粉末在氮气环境中，在500-510℃下反应1.4-1.5小时，得到粉末；
（4）将第（3）步得到的粉末球磨至粒度为15-45μm，在80-85℃烘干1-1.2小时，然后进行等离子喷涂，工艺参数Ar流量45L/min，H流量10/min，送粉量60L/min.载气流量2.5L/min，电流650A，功率48kW，喷距160mm。
本发明的优点是：本发明通过使用钼酸钠，在金属粉末表面形成纳米钼颗粒，同时附着纳米二氧化钼，提高了涂层的润滑性，同时提高了涂层的结合强度，防止金属被磨损后出现微凸，导致摩擦系数急剧增高；通过使用CrN、NiCr合金粉、片状纳米银、纳米四氧化三铁，提高了涂层的硬度、抗磨性和耐腐性，性价比高，非常值得在缸套行业进行推广应用。
具体实施方式
一种高硬度耐腐蚀发动机汽缸内壁耐磨涂层，由下列重量份（公斤）的原料制成：316不锈钢粉末68、Mo粉6、Ni60粉末25、CrN3.3、NiCr合金粉4.5、片状纳米银0.7、纳米四氧化三铁0.4、钼酸钠8.5、醋酸酐4.5、二甲基甲酰胺75、浓盐酸适量、四丁基溴化铵10。
所述的高硬度耐腐蚀发动机汽缸内壁耐磨涂层的制备方法，包括以下步骤：
（1）将钼酸钠、醋酸酐、二甲基甲酰胺混合，加入浓盐酸调节pH值为2.5，再边搅拌边加入四丁基溴化铵，加热至49℃，搅拌反应50分钟，再加入CrN、NiCr合金粉、片状纳米银、纳米四氧化三铁，继续搅拌反应1小时，得到混合物料；
（2）将所述混合物料与其他剩余成分混合，研磨均匀，加热至186℃并保持该温度至二甲基甲酰胺挥发完，然后将所得块状物磨成粉末，
（3）将上述粉末在氮气环境中，在500℃下反应1.4小时，得到粉末；
（4）将第（3）步得到的粉末球磨至粒度为15μm，在80℃烘干1小时，然后进行等离子喷涂，工艺参数Ar流量45L/min，H流量10/min，送粉量60L/min.载气流量2.5L/min，电流650A，功率48kW，喷距160mm。
通过显微镜观察涂层均结构致密，没有连续孔隙和微裂纹，涂层组织呈较好的层状分布，结合强度为61.3MPa，显微硬度为488.9HV0.1，摩擦系数为0.007。

Claims (2)

1.一种高硬度耐腐蚀发动机汽缸内壁耐磨涂层，其特征在于由下列重量份的原料制成：316不锈钢粉末68-69、Mo粉6-6.5、Ni60粉末25-26、CrN3.3-3.6、NiCr合金粉4.5-4.8、片状纳米银0.7-0.9、纳米四氧化三铁0.4-0.5、钼酸钠8.5-10、醋酸酐4.5-4.8、二甲基甲酰胺75-80、浓盐酸适量、四丁基溴化铵10-12。
2.根据权利要求1所述的高硬度耐腐蚀发动机汽缸内壁耐磨涂层的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）将钼酸钠、醋酸酐、二甲基甲酰胺混合，加入浓盐酸调节pH值为2.5-3，再边搅拌边加入四丁基溴化铵，加热至49-50℃，搅拌反应50-60分钟，再加入CrN、NiCr合金粉、片状纳米银、纳米四氧化三铁，继续搅拌反应1-1.4小时，得到混合物料；
（2）将所述混合物料与其他剩余成分混合，研磨均匀，加热至186-195℃并保持该温度至二甲基甲酰胺挥发完，然后将所得块状物磨成粉末，
（3）将上述粉末在氮气环境中，在500-510℃下反应1.4-1.5小时，得到粉末；
（4）将第（3）步得到的粉末球磨至粒度为15-45μm，在80-85℃烘干1-1.2小时，然后进行等离子喷涂，工艺参数Ar流量45L/min，H流量10/min，送粉量60L/min.载气流量2.5L/min，电流650A，功率48kW，喷距160mm。
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