CN107059003A - 一种降低活塞环与缸套间摩擦磨损的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种降低活塞环与缸套间摩擦磨损的方法，包括在球铁材料制成的活塞环外圆镶嵌镀陶瓷铬(FTC)的表面，然后再增加类金刚石(FDG)涂层，即得。相对于现有技术，本发明方法首次在球铁镶FTC上，再增加FDG涂层。FDG涂层能够显著降低活塞环与缸套之间的摩擦损失，同时利用镶嵌镀FTC的特点来控制发动机的机油消耗，从而达到有效降低发动机的摩擦功耗，大幅度提高发动机活塞环的使用寿命的目的。

Description

一种降低活塞环与缸套间摩擦磨损的方法
技术领域
本发明公开了一种降低活塞环与缸套间摩擦磨损的方法，属于活塞环减损耗技术领域。
背景技术
国Ⅴ以上柴油动力发动机、对降低摩擦功耗提出了更高的要求。这就要求活塞环在降低机油耗的前提下，努力降低摩擦损失。要降低摩擦损失，活塞环设计上通常采用降低环组的弹力来实现，但环组弹力降低，面压下降，会带来机油耗的上升，不降低环组弹力，就不能降低发动机的摩擦功耗。
发明内容
发明目的：针对上述技术问题，本发明目的在于提供一种降低活塞环与缸套间摩擦磨损的方法，该方法能显著提高发动机的整体性能，延长活塞环的使用寿命，有较好的经济效益和社会效益。
技术方案：本发明提供了一种降低活塞环与缸套间摩擦磨损的方法，包括在铸铁材料制成的活塞环外圆镶嵌镀陶瓷铬(FTC)的表面，然后再增加类金刚石(FDG)涂层，即得。
优选，所述铸铁材料为白口铸铁材料、灰铸铁材料、麻口铸铁材料或者球墨铸铁。
优选，所述镀陶瓷铬(FTC)表面的表面涂层厚度0.05～0.15mm，硬度大于900HV。
优选，所述类金刚石(FDG)涂层的表面涂层厚度0.004～0.02mm，硬度大于1800HV。
所述活塞环外圆镶嵌镀陶瓷铬(FTC)的表面的方法，包括以下步骤：
FTC是用电化学方式，采用周期换相的电流冲击，将耐磨金属粒子镶嵌到铬基网纹中去的方法。FTC层能有效提高工件表面的耐磨性能。
优选，其主要工作参数如下：工件材料球墨铸铁，工件冲击电压5～20V，工件冲击电流500～1500A，换相频率6～12次/小时。
所述增加类金刚石(FDG)涂层的方法，包括以下步骤：
采用非平衡磁控溅射技术，用低磁场强度溅射石墨并掺杂金属元素所制备，以杂化C-C键为主的非晶薄膜。FDG具有优良的自润滑性能，能大大降低工件的摩擦系数。
优选，其主要工作参数如下：工件材料球墨铸铁镀FTC层，工件电压20～60V，工件电流60～100A，工件温度200～300℃，氩气流量200～300CC/S。
优选，所述金属元素为Cr或Al2O3。
实践证明：FDG具有特别优良的摩擦学性能，如果用在球铁材料FTC表面，能显著降低其与缸套(或机体)之间摩擦系数，显著降低发动机的摩擦损失，从而提高活塞环及发动机的使用寿命，具有良好的经济效益和社会效益。
技术效果：相对于现有技术，本发明方法首次将球铁镶FTC再增加FDG涂层，能够显著降低活塞环与缸套之间的摩擦损失，同时利用镶嵌镀FTC的特点来控制发动机的机油消耗，从而达到有效降低发动机的摩擦功耗，大幅度提高发动机活塞环的使用寿命的目的。
附图说明
图1为不同材料制成的活塞环，经过不同的表面处理后，与缸套摩擦系数对比试验总结图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实例，进一步阐明本发明，应理解这些实例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1
FTC是用电化学方式，采用周期换相的电流冲击，将耐磨金属粒子镶嵌到铬基网纹中去的方法。其主要工作参数：工件材料球墨铸铁，工件冲击电压5V，工件冲击电流500A，换相频率6次/小时。
采用非平衡磁控溅射技术，用低磁场强度溅射石墨并掺杂金属元素所制备，以杂化C-C键为主的非晶薄膜。其主要工作参数如下：工件材料球墨铸铁镀FTC层，工件电压20V，工件电流60A，工件温度200℃，氩气流量200CC/S。金属元素选自Cr。
所得镀陶瓷铬(FTC)表面的表面涂层厚度0.05～0.15mm，硬度大于900HV，所得类金刚石(FDG)涂层的表面涂层厚度0.004～0.02mm，硬度大于1800HV。
将上述所得活塞环用在玉柴某款柴油发动机上进行500小时耐久试验及倒拖功试验，试验结果为：实测平均机油耗＜0.1g/Kw.h，倒拖率(摩擦损失)降低了1.55％，发动机完全达到国Ⅴ排放要求，拆检活塞环闭口间隙增大量(磨损情况)＜0.05mm。经试验，发动机性能及摩擦损失情况，完全能够满足设计要求。
实施例2
FTC是用电化学方式，采用周期换相的电流冲击，将耐磨金属粒子镶嵌到铬基网纹中去的方法。其主要工作参数：工件材料球墨铸铁，工件冲击电压20V，工件冲击电流1500A，换相频率12次/小时。
采用非平衡磁控溅射技术，用低磁场强度溅射石墨并掺杂金属元素所制备，以杂化C-C键为主的非晶薄膜。其主要工作参数如下：工件材料球墨铸铁镀FTC层，工件电压60V，工件电流100A，工件温度300℃，氩气流量300CC/S。金属元素选自Al2O3。
所得镀陶瓷铬(FTC)表面的表面涂层厚度0.05～0.15mm，硬度大于900HV，所得类金刚石(FDG)涂层的表面涂层厚度0.004～0.02mm，硬度大于1800HV。
将上述所得活塞环用在玉柴某款柴油发动机上进行500小时耐久试验及倒拖功试验，试验结果为：实测平均机油耗＜0.1g/Kw.h，倒拖率(摩擦损失)降低了1.52％，发动机完全达到国Ⅴ排放要求，拆检活塞环闭口间隙增大量(磨损情况)＜0.05mm。经试验，发动机性能及摩擦损失情况，完全能够满足设计要求。
实施例3
FTC是用电化学方式，采用周期换相的电流冲击，将耐磨金属粒子镶嵌到铬基网纹中去的方法。其主要工作参数：工件材料球墨铸铁，工件冲击电压10V，工件冲击电流800A，换相频率8次/小时。
采用非平衡磁控溅射技术，用低磁场强度溅射石墨并掺杂金属元素所制备，以杂化C-C键为主的非晶薄膜。其主要工作参数如下：工件材料球墨铸铁镀FTC层，工件电压30V，工件电流90A，工件温度280℃，氩气流量220CC/S。金属元素选自Cr。
所得镀陶瓷铬(FTC)表面的表面涂层厚度0.05～0.15mm，硬度大于900HV，所得类金刚石(FDG)涂层的表面涂层厚度0.004～0.02mm，硬度大于1800HV。
将上述所得活塞环用在玉柴某款柴油发动机上进行500小时耐久试验及倒拖功试验，试验结果为：实测平均机油耗＜0.1g/Kw.h，倒拖率(摩擦损失)降低了1.51％，发动机完全达到国Ⅴ排放要求，拆检活塞环闭口间隙增大量(磨损情况)＜0.05mm。经试验，发动机性能及摩擦损失情况，完全能够满足设计要求。
实施例4
FTC是用电化学方式，采用周期换相的电流冲击，将耐磨金属粒子镶嵌到铬基网纹中去的方法。其主要工作参数：工件材料球墨铸铁，工件冲击电压18V，工件冲击电流1000A，换相频率9次/小时。
采用非平衡磁控溅射技术，用低磁场强度溅射石墨并掺杂金属元素所制备，以杂化C-C键为主的非晶薄膜。其主要工作参数如下：工件材料球墨铸铁镀FTC层，工件电压40V，工件电流80A，工件温度250℃，氩气流量250CC/S。金属元素选自Al2O3。
所得镀陶瓷铬(FTC)表面的表面涂层厚度0.05～0.15mm，硬度大于900HV，所得类金刚石(FDG)涂层的表面涂层厚度0.004～0.02mm，硬度大于1800HV。
将上述所得活塞环用在玉柴某款柴油发动机上进行500小时耐久试验及倒拖功试验，试验结果为：实测平均机油耗＜0.1g/Kw.h，倒拖率(摩擦损失)降低了1.5％，发动机完全达到国Ⅴ排放要求，拆检活塞环闭口间隙增大量(磨损情况)＜0.05mm。经试验，发动机性能及摩擦损失情况，完全能够满足设计要求。
附图1为各种材料与缸套匹配的摩擦系数试验情况，由图中结果可得，本发明所得球铁、FTC+FDG活塞环与缸套摩擦系数均显著低于其他处理方法所得。
对比例
按照实施例3方法，不同之处在于先制备FDG涂层，再制备FTC涂层，所得活塞环用在玉柴某款柴油发动机上进行500小时耐久试验及倒拖功试验，试验结果为：实测平均机油耗＜0.3g/Kw.h，倒拖率(摩擦损失)降低了2.7％，拆检活塞环闭口间隙增大量(磨损情况)＜0.09mm，其性能远低于本发明所得活塞环，表明本发明FTC涂层和FDG涂层并不是简单的组合，其具有协同作用，先FTC涂层有效提高工件表面的耐磨性能，有利于FDG涂层的涂布，从而使其更能有效发挥润滑性能，大大降低活塞环的摩擦系数。

Claims (9)

1.一种降低活塞环与缸套间摩擦磨损的方法，其特征在于，包括在铸铁材料制成的活塞环外圆镶嵌镀陶瓷铬(FTC)的表面，然后再增加类金刚石(FDG)涂层，即得。
2.根据权利要求1所述的降低活塞环与缸套间摩擦磨损的方法，其特征在于，所述铸铁材料为白口铸铁材料、灰铸铁材料、麻口铸铁材料或者球墨铸铁。
3.根据权利要求1所述的降低活塞环与缸套间摩擦磨损的方法，其特征在于，所述镀陶瓷铬(FTC)表面涂层的厚度0.05～0.15mm，硬度大于900HV。
4.根据权利要求1所述的降低活塞环与缸套间摩擦磨损的方法，其特征在于，所述类金刚石(FDG)表面涂层的厚度0.004～0.02mm，硬度大于1800HV。
5.根据权利要求1所述的降低活塞环与缸套间摩擦磨损的方法，其特征在于，所述活塞环外圆镶嵌镀陶瓷铬(FTC)的表面再进行FDG处理的方法，包括以下步骤：
FTC是用电化学方式，采用周期换相的电流冲击，将耐磨金属粒子镶嵌到铬基网纹中去的方法。
6.根据权利要求5所述的降低活塞环与缸套间摩擦磨损的方法，其特征在于，所述方法中的主要工作参数如下：工件材料球墨铸铁，工件冲击电压5～20V，工件冲击电流500～1500A，换相频率6～12次/小时。
7.根据权利要求1所述的降低活塞环与缸套间摩擦磨损的方法，其特征在于，所述增加类金刚石(FDG)涂层的方法，包括以下步骤：
采用非平衡磁控溅射技术，用低磁场强度溅射石墨并掺杂金属元素所制备，以杂化C-C键为主的非晶薄膜。
8.根据权利要求7所述的降低活塞环与缸套间摩擦磨损的方法，其特征在于，所述方法中的主要工作参数如下：工件材料球墨铸铁镀FTC层，工件电压20～60V，工件电流60～100A，工件温度200～300℃，氩气流量200～300CC/S。
9.根据权利要求7所述的降低活塞环与缸套间摩擦磨损的方法，其特征在于，所述金属元素为Cr或Al2O3。
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