CN106350857A - 一种摩擦力小的汽缸活塞及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种摩擦力小的汽缸活塞，所述活塞表面具有20‑30μm厚度的石墨烯镍基复合镀层。本发明的复合镀层使得摩擦系数和磨损率同时降低，具有较低的摩擦系数，同时具有比Cr镀层更优良的耐磨性。在各个载荷下，磨损率比基体降低50％以上。

Description

一种摩擦力小的汽缸活塞及其制备方法
技术领域
本发明涉及汽车配件技术领域，尤其涉及一种摩擦力小的汽缸活塞及其制备方法。
背景技术
活塞是汽车发动机汽缸体中作往复运动的机件。活塞的基本结构可分为顶部、头部和裙部。活塞顶部是组成燃烧室的主要部分，其形状与所选用的燃烧室形式有关。
活塞在高温、高压、高速、润滑不良的条件下工作。活塞直接与高温气体接触，瞬时温度可达2500K以上，因此，受热严重，而散热条件又很差，所以活塞工作时温度很高，顶部高达600～700K，且温度分布很不均匀；活塞顶部承受气体压力很大，特别是作功行程压力最大，汽油机高达3～5MPa，柴油机高达6～9MPa，这就使得活塞产生冲击，并承受侧压力的作用；活塞在气缸内以很高的速度(8～12m/s)往复运动，且速度在不断地变化，这就产生了很大的惯性力，使活塞受到很大的附加载荷。活塞在这种恶劣的条件下工作，会产生变形并加速磨损，还会产生附加载荷和热应力，同时受到燃气的化学腐蚀作用。因此活塞的摩擦力较大。
发明内容
本发明的目的在于提出一种摩擦力小的汽缸活塞及其制备方法，能够使得汽缸活塞摩擦减小。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种摩擦力小的汽缸活塞，所述活塞表面具有20-30μm厚度的石墨烯镍基复合镀层。
本发明所述的活塞表面具有的石墨烯镍基复合镀层，通过如下方法制备得到：
(1)将活塞用1-3wt％的稀盐酸活化20-30s；
(2)采用镍板为阳极，活化的活塞为阴极，在pH为4-6，温度为40-60℃，阴极电流密度为1.5-3A/dm2的条件下进行电镀，所述复合镀液的组成为：
硫酸镍140-160g/L，氯化镍25-40g/L，硼酸20-30g/L，硫酸钠10-15g/L，石墨烯0.1-0.5g/L，阿拉伯树胶粉0.01-0.1g/L。
本发明的复合镀液中，硫酸镍是镀镍液的主盐，在镀液中的浓度最高，导电性能好，允许使用较高的电流密度，能加快镀层的沉积速度、光亮度及整平性也好，硫酸镍浓度低的镀液分散能力较好，镀层结晶细致。
在硫酸镍体系的镀镍液中，为了不使阳极钝化，必须有氯离子存在，否则镀镍液中镍离子就会显著下降，溶液的导电性能降低，加入氯化镍能促使阳极溶解，提高溶液的导电性，并能改善镀液的分散能力。
硼酸在镀镍中主要用作缓冲剂，用来稳定电解液的pH值。硫酸钠能够增加镀液的导电性，提高镀液的分散能力，改善镀层质量。
阿拉伯胶粉能够溶于水，具有长链结构，可作为分散剂保持石墨烯在镀液中均匀分散，可以在酸性条件下使用。
本发明的复合镀层厚度约为20-30μm，其硬度较基体和纯镍镀层明显提高，超过500HV0.2。同时，在复合镀层中添加石墨烯使得晶粒得到细化，平均晶粒尺寸从纯Ni的40nm下降到20nm左右。
本发明的复合镀层使得摩擦系数和磨损率同时降低，具有较低的摩擦系数，同时具有比Cr镀层更优良的耐磨性。在各个载荷下，磨损率比基体降低50％以上。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
一种摩擦力小的汽缸活塞，所述活塞表面具有20μm厚度的石墨烯镍基复合镀层。
所述的活塞表面具有的石墨烯镍基复合镀层，通过如下方法制备得到：
(1)将活塞用1wt％的稀盐酸活化20s；
(2)采用镍板为阳极，活化的活塞为阴极，在pH为4，温度为40℃，阴极电流密度为1.5A/dm2的条件下进行电镀，所述复合镀液的组成为：
硫酸镍140g/L，氯化镍25g/L，硼酸20g/L，硫酸钠10g/L，石墨烯0.1g/L，阿拉伯树胶粉0.01g/L。
实施例2
一种摩擦力小的汽缸活塞，所述活塞表面具有30μm厚度的石墨烯镍基复合镀层。
本发明所述的活塞表面具有的石墨烯镍基复合镀层，通过如下方法制备得到：
(1)将活塞用3wt％的稀盐酸活化30s；
(2)采用镍板为阳极，活化的活塞为阴极，在pH为6，温度为60℃，阴极电流密度为3A/dm2的条件下进行电镀，所述复合镀液的组成为：
硫酸镍160g/L，氯化镍40g/L，硼酸30g/L，硫酸钠15g/L，石墨烯0.5g/L，阿拉伯树胶粉0.1g/L。
实施例3
一种摩擦力小的汽缸活塞，所述活塞表面具有25μm厚度的石墨烯镍基复合镀层。
本发明所述的活塞表面具有的石墨烯镍基复合镀层，通过如下方法制备得到：
(1)将活塞用2wt％的稀盐酸活化20s；
(2)采用镍板为阳极，活化的活塞为阴极，在pH为5，温度为50℃，阴极电流密度为2A/dm2的条件下进行电镀，所述复合镀液的组成为：
硫酸镍150g/L，氯化镍30g/L，硼酸25g/L，硫酸钠10g/L，石墨烯0.3g/L，阿拉伯树胶粉0.05g/L。
实施例1-3的复合镀层使得摩擦系数和磨损率同时降低，具有较低的摩擦系数，同时具有比Cr镀层更优良的耐磨性。在各个载荷下，磨损率比基体降低50％以上。

Claims (2)

1.一种摩擦力小的汽缸活塞，所述活塞表面具有20-30μm厚度的石墨烯镍基复合镀层。
2.如权利要求1所述的汽缸活塞，其特征在于，所述的活塞表面具有的石墨烯镍基复合镀层，通过如下方法制备得到：
(1)将活塞用1-3wt％的稀盐酸活化20-30s；
(2)采用镍板为阳极，活化的活塞为阴极，在pH为4-6，温度为40-60℃，阴极电流密度为1.5-3A/dm2的条件下进行电镀，所述复合镀液的组成为：
硫酸镍140-160g/L，氯化镍25-40g/L，硼酸20-30g/L，硫酸钠10-15g/L，石墨烯0.1-0.5g/L，阿拉伯树胶粉0.01-0.1g/L。
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