CN107619990B - 一种基于内表面涂层的铸铁缸套的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于内表面涂层的铸铁缸套的制备方法，通过在模具的内壁涂覆有经过配方优化的涂料制成涂层，采用离心铸造的方式铸造成铸件，再将将铸件采用氯化氢乙醇溶液与进行超声波处理，然后采用高速喷砂方式对铸件的内壁进行粗化处理，最后利用共渗剂进行共渗处理制成共渗层。该铸铁缸套的成品率高达96.3~97.2%，与市场上同类型的传统缸套对比，本发明所述铸铁缸套的耐磨性提高了33.9~35.1%，能有效地延长其使用寿命。

Description

一种基于内表面涂层的铸铁缸套的制备方法

技术领域

本发明涉及缸套技术领域，尤其涉及一种基于内表面涂层的铸铁缸套的制备方法。

背景技术

缸套就是气缸套的简称，它镶在缸体的缸筒内，与活塞和缸盖共同组成燃烧室。缸套分为干缸套和湿缸套两大类。背面不接触冷却水的气缸套叫干缸套，背面和冷却水接触的气缸套是湿缸套。干缸套厚度较薄、结构简单、加工方便。湿缸套直接接触冷却水，所以有利于发动机的冷却，有利于发动机的小型轻量化。

目前，传统的缸套生产成本较高，磨合时间长，咬合力差，使用寿命短，并难以满足高性能节能环保发动机对于缸套强度和耐磨性及成本的要求。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供咬合力好、使用寿命长、耐磨性好的基于内表面涂层的铸铁缸套的制备方法。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种基于内表面涂层的铸铁缸套的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、制备涂料

将硅微粉、钠基膨润土、高铝矾土、硬脂酸钠、苯并噁嗪树脂、氯化铜加入碾轮式混砂机中，混碾25~30分钟；将碾压好的物料倒入搅拌桶中，加入水后以200~230转/分的转速搅拌3~4小时，即制得涂料；

步骤二、制备铁水

按如下化学成分百分含量进行配料C:3.0％~3.2％，Si:2.5％~3.0％，S:≤0.1％，P:≤0.2％，Cr:0.5％~0.6％，Ni:0.1％~0.2％，Mo:0.2％~0.3％，Cu:0.4％~0.5％，Ti:≤0.03％，稀土硅铁合金孕育剂:0.8%，其余为Fe，将上述配料倒入中频感应电炉中进行熔炼，铁水出炉温度为1450~1480℃；

步骤三、浇铸

在模具的内壁涂覆涂料制成涂层，涂层厚度为0.5~0.7mm，之后将铁水倒入模具中，采用离心铸造的方式铸造成铸件，铸件冷却至室温脱模；

步骤四、表面处理

将铸件浸入氯化氢乙醇溶液中，然后进行超声波处理，所使用超声波频率35~40KHz，处理时间30分钟，处理后的铸件立即使用110~120℃的热风吹20~30分钟；然后采用高速喷砂方式对铸件的内壁进行粗化处理，粗化后铸件内壁的表面粗糙度为50~250μm；在粗化后铸件内壁均匀涂抹一层共渗剂，然后使用等离子体火炬在铸件的内壁制成共渗层；

步骤五、在铸件外表面的两端车环形槽体，环形槽体的槽深在0.1~0.4mm；

步骤六、在铸件外表面的中间部分上旋转喷涂陶瓷材料形成毛刺部，毛刺部的毛刺高度在0.1~0.5mm。

优选地，所述环形槽体呈台阶结构，包括第一环形槽体、第二环形槽体；所述第二环形槽体的深度大于所述第一环形槽体的深度。

优选地，所述第一环形槽体的深度为0.1~0.2mm；所述第一环形槽体的深度为0.2~0.3mm。

优选地，所述孕育剂为稀土硅铁合金孕育剂。

优选地，所述涂料中硅微粉、钠基膨润土、高铝矾土、硬脂酸钠、苯并噁嗪树脂、氯化铜、水的质量比为100:（25~30）:（23~25）:（1.1~1.2）:（33~35）:（1.2~1.3）:（200~220）。

优选地，所述硅微粉的粒度为325~400目。

优选地，所述钠基膨润土的粒度为325~400目。

优选地，所述高铝矾土的粒度为325~400目。

优选地，所述苯并噁嗪树脂的粒度为325~400目。

优选地，所述共渗剂由碳化硼、脱水硼砂、石墨、氟硼酸钾、稀土硅铁合金、辉钼、机油按照质量比为（30~35）:（11~13）:（3.3~3.5）:（1.1~1.3）:（6.1~6.2）:（0.7~0.8）:（125~130）的比例混合均匀制成。

本发明的优点在于：（1）本发明所述铸铁缸套的成品率高达96.3~97.2%，与市场上同类型的传统缸套对比，本发明所述铸铁缸套的耐磨性提高了33.9~35.1%，能有效地延长其使用寿命。

（2）缸套上设有的环形槽能够使缸套与缸体紧密结合，并提升径向承受能力，防止工作时脱离缸体。

（3）缸套上的毛刺有助于提升缸套与缸体之间的咬合力，并具有较好的耐腐蚀与耐磨性能，在保证与缸套的结合强度的同时，有助于获得有效的热传导率。

（4）毛刺部和槽体相互独立，加工方便，制造成本低。

附图说明

图1为本发明的高咬合型缸套的立体图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

1）、将100质量份且粒度为325~400目的硅微粉、25质量份且粒度为325~400目的钠基膨润土、23质量份且粒度为325~400目的高铝矾土、1.1质量份的硬脂酸钠、33质量份且粒度为325~400目的苯并噁嗪树脂、1.2质量份的氯化铜加入碾轮式混砂机中，混碾25分钟；将碾压好的物料倒入搅拌桶中，加入200质量份的水后以200转/分的转速搅拌3小时，即制得涂料。

2）、按如下化学成分百分含量进行配料：C:3.0％~3.2％，Si:2.5％~3.0％，S:≤0.1％，P:≤0.2％，Cr:0.5％~0.6％，Ni:0.1％~0.2％，Mo:0.2％~0.3％，Cu:0.4％~0.5％，Ti:≤0.03％，稀土硅铁合金孕育剂:0.8%，其余为Fe，将上述配料倒入中频感应电炉中进行熔炼，铁水出炉温度为1450℃。

3）、在模具的内壁涂覆涂料制成涂层，涂层厚度为0.5mm，之后将铁水倒入模具中，采用离心铸造的方式铸造成铸件，铸件冷却至室温脱模。

4）、将铸件浸入氯化氢乙醇溶液中，氯化氢乙醇溶液中氯化氢的质量分数为1.5%，然后进行超声波处理，所使用超声波频率35KHz，处理时间30分钟，处理后的铸件立即使用110℃的热风吹30分钟；然后采用高速喷砂方式对铸件的内壁进行粗化处理，粗化后铸件内壁的表面粗糙度为50~250μm；在粗化后铸件内壁均匀涂抹一层共渗剂，共渗剂由碳化硼、脱水硼砂、石墨、氟硼酸钾、稀土硅铁合金、辉钼、机油按照质量比为30:11:3.3:1.1:6.1:0.7:125的比例混合均匀制成，然后使用等离子体火炬在铸件的内壁制成共渗层。

5）、按照设计尺寸对铸件的外壁进行粗车、精车，然后珩磨、抛光处理即得到成品。成品率为96.3%。

按NJ127-2001《气缸套、活塞环快速磨损试验方法》的规定，本发明所述铸铁缸套的耐磨性与市场上同类型的传统缸套作对比，其耐磨性提高了33.9%。

实施例2

1）、将100质量份且粒度为325~400目的硅微粉、28质量份且粒度为325~400目的钠基膨润土、25质量份且粒度为325~400目的高铝矾土、1.2质量份的硬脂酸钠、35质量份且粒度为325~400目的苯并噁嗪树脂、1.2质量份的氯化铜加入碾轮式混砂机中，混碾30分钟；将碾压好的物料倒入搅拌桶中，加入210质量份的水后以220转/分的转速搅拌3小时，即制得涂料。

2）、按如下化学成分百分含量进行配料：C:3.0％~3.2％，Si:2.5％~3.0％，S:≤0.1％，P:≤0.2％，Cr:0.5％~0.6％，Ni:0.1％~0.2％，Mo:0.2％~0.3％，Cu:0.4％~0.5％，Ti:≤0.03％，稀土硅铁合金孕育剂:0.8%，其余为Fe，将上述配料倒入中频感应电炉中进行熔炼，铁水出炉温度为1460℃。

3）、在模具的内壁涂覆涂料制成涂层，涂层厚度为0.6mm，之后将铁水倒入模具中，采用离心铸造的方式铸造成铸件，铸件冷却至室温脱模。

4）、将铸件浸入氯化氢乙醇溶液中，氯化氢乙醇溶液中氯化氢的质量分数为1.5~2.2%，然后进行超声波处理，所使用超声波频率35~40KHz，处理时间30分钟，处理后的铸件立即使用110~120℃的热风吹20~30分钟；然后采用高速喷砂方式对铸件的内壁进行粗化处理，粗化后铸件内壁的表面粗糙度为50~250μm；在粗化后铸件内壁均匀涂抹一层共渗剂，共渗剂由碳化硼、脱水硼砂、石墨、氟硼酸钾、稀土硅铁合金、辉钼、机油按照质量比为33:12:3.5:1.2:6.1:0.8:130的比例混合均匀制成，然后使用等离子体火炬在铸件的内壁制成共渗层。

5）、按照设计尺寸对铸件的外壁进行粗车、精车，然后珩磨、抛光处理即得到成品，成品率为97.2%。

按NJ127-2001《气缸套、活塞环快速磨损试验方法》的规定，本发明所述铸铁缸套的耐磨性与市场上同类型的传统缸套作对比，其耐磨性提高了35.1%。

实施例3

1）、将100质量份且粒度为325~400目的硅微粉、30质量份且粒度为325~400目的钠基膨润土、25质量份且粒度为325~400目的高铝矾土、1.2质量份的硬脂酸钠、35质量份且粒度为325~400目的苯并噁嗪树脂、1.3质量份的氯化铜加入碾轮式混砂机中，混碾30分钟；将碾压好的物料倒入搅拌桶中，加入220质量份的水后以230转/分的转速搅拌4小时，即制得涂料。

2）、按如下化学成分百分含量进行配料：C:3.0％~3.2％，Si:2.5％~3.0％，S:≤0.1％，P:≤0.2％，Cr:0.5％~0.6％，Ni:0.1％~0.2％，Mo:0.2％~0.3％，Cu:0.4％~0.5％，Ti:≤0.03％，稀土硅铁合金孕育剂:0.8%，其余为Fe，将上述配料倒入中频感应电炉中进行熔炼，铁水出炉温度为1480℃。

3）、在模具的内壁涂覆涂料制成涂层，涂层厚度为0.7mm，之后将铁水倒入模具中，采用离心铸造的方式铸造成铸件，铸件冷却至室温脱模。

4）、将铸件浸入氯化氢乙醇溶液中，氯化氢乙醇溶液中氯化氢的质量分数为2.2%，然后进行超声波处理，所使用超声波频率40KHz，处理时间30分钟，处理后的铸件立即使用120℃的热风吹30分钟；然后采用高速喷砂方式对铸件的内壁进行粗化处理，粗化后铸件内壁的表面粗糙度为50~250μm；在粗化后铸件内壁均匀涂抹一层共渗剂，共渗剂由碳化硼、脱水硼砂、石墨、氟硼酸钾、稀土硅铁合金、辉钼、机油按照质量比为35:13:3.5:1.3:6.2:0.8:130的比例混合均匀制成，然后使用等离子体火炬在铸件的内壁制成共渗层。

5）、按照设计尺寸对铸件的外壁进行粗车、精车，然后珩磨、抛光处理即得到成品，成品率为96.7%。

按NJ127-2001《气缸套、活塞环快速磨损试验方法》的规定，本发明所述铸铁缸套的耐磨性与市场上同类型的传统缸套作对比，其耐磨性提高了34.3%。

实施例4

对上述各个实施例中的铸件进行表面开槽、毛刺加工。

在铸件外表面的两端车环形槽体，环形槽体的槽深在0.1~0.4mm；再在铸件外表面的中间部分上旋转喷涂陶瓷材料形成毛刺部，毛刺部的毛刺高度在0.1~0.5mm。

如图1所示，本实施例缸套的外表面的两端均开设有环形槽体1，环形槽体1的深度为0.1mm；在缸套的外表面的中间区域设置有毛刺2结构；毛刺2高度在0.1m。

环形槽体1呈台阶结构，包括第一环形槽体11、第二环形槽体12；第二环形槽体12的深度大于第一环形槽体12的深度。

本发明缸套上设有的环形槽能够使缸套与缸体紧密结合，并提升径向承受能力，防止工作时脱离缸体。缸套上的毛刺有助于提升缸套与缸体之间的咬合力，并具有较好的耐腐蚀与耐磨性能，在保证与缸套的结合强度的同时，有助于获得有效的热传导率。毛刺部和槽体相互独立，加工方便，制造成本低。环形槽体采用阶梯结构，提高缸套与缸体之间的接触面积、接触复杂度，能更进一步地提升径向承受能力，防止工作时脱离缸体。

在上述实施例中，涂料中的硅微粉为骨料，钠基膨润土为粘结剂，高铝矾土为保温剂，硬脂酸钠为分散剂；苯并噁嗪树脂具有优异的耐热性和阻燃性，而且固化过程中没有小分子释放，固化收缩率几乎为零，模量大，强度高，因此苯并噁嗪树脂不但能够显著提高涂料的保温效果，而且固化后的苯并噁嗪树脂具有优异的弹性模量，其具有优异的缓冲效果，有助于降低热胀冷缩产生的热应力，能够有效消除铸件内部微小裂纹的产生，同时不会影响铸件的质量，还利于后续进行脱模；其中，氯化铜为催化剂，有助于促进苯并噁嗪树脂进行自固化，避免引入外来固化剂导致小分子的释放，避免后续小分子产生气泡。通过对涂料工艺的优化，使得本发明所述铸铁缸套的成品率显著提高。

氯化氢乙醇溶液是氯化氢溶于乙醇中形成的溶液，氯化氢乙醇溶液与超声波处理协同配合，使铸件内壁最外层的石墨全部脱落形成无石墨分布的粗糙金属表层，氯化氢电离出来的氢离子还能够将铸件表面的金属给腐蚀掉，进一步加深铸件内壁最外层的凹坑；经过氯化氢乙醇溶液处理后，再经过高速喷砂方式对铸件的内壁进行再次粗化，高速喷砂会剧烈撞击铸件内壁最外层的凹坑，将因为氢离子腐蚀带来的疏松组织结构再次变得紧密。再次粗化后的铸件内壁使用共渗剂进行共渗处理制成共渗层，碳化硼和脱水硼砂为供硼剂，石墨为供碳剂，氟硼酸钾为活化剂，稀土硅铁合金为还原剂，机油为稀释剂，辉钼是硫化物的一种，辉钼能够提高共渗层的韧性，具有降低活塞与共渗层磨损的效果；共渗层的存在，使得本发明所述铸铁缸套的耐磨性显著提高。

需要说明的是，在本文中，如若存在第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种基于内表面涂层的铸铁缸套的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、制备涂料

将硅微粉、钠基膨润土、高铝矾土、硬脂酸钠、苯并噁嗪树脂、氯化铜加入碾轮式混砂机中，混碾25~30分钟；将碾压好的物料倒入搅拌桶中，加入水后以200~230转/分的转速搅拌3~4小时，即制得涂料；

步骤二、制备铁水

按如下化学成分百分含量进行配料C：3.0％~3.2％，Si：2.5％~3.0％，S：≤0.1％，P：≤0.2％，Cr：0.5％~0.6％，Ni：0.1％~0.2％，Mo：0.2％~0.3％，Cu：0.4％~0.5％，Ti：≤0.03％，稀土硅铁合金孕育剂：0.8%，其余为Fe，将上述配料倒入中频感应电炉中进行熔炼，铁水出炉温度为1450~1480℃；

步骤三、浇铸

在模具的内壁涂覆涂料制成涂层，涂层厚度为0.5~0.7mm，之后将铁水倒入模具中，采用离心铸造的方式铸造成铸件，铸件冷却至室温脱模；

步骤四、表面处理

将铸件浸入氯化氢乙醇溶液中，然后进行超声波处理，所使用超声波频率35~40KHz，处理时间30分钟，处理后的铸件立即使用110~120℃的热风吹20~30分钟；然后采用高速喷砂方式对铸件的内壁进行粗化处理，粗化后铸件内壁的表面粗糙度为50~250μm；在粗化后铸件内壁均匀涂抹一层共渗剂，然后使用等离子体火炬在铸件的内壁制成共渗层；

共渗剂由碳化硼、脱水硼砂、石墨、氟硼酸钾、稀土硅铁合金、辉钼、机油按照质量比为30~35：11~13：3.3~3.5：1.1~1.3：6.1~6.2：0.7~0.8：125~130的比例混合均匀制成；

步骤五、在铸件外表面的两端车环形槽体，环形槽体的槽深在0.1~0.4mm；

步骤六、在铸件外表面的中间部分上旋转喷涂陶瓷材料形成毛刺部，毛刺部的毛刺高度在0.1~0.5mm。

2.根据权利要求1所述的基于内表面涂层的铸铁缸套的制备方法，其特征在于：所述环形槽体呈台阶结构，包括第一环形槽体、第二环形槽体；所述第二环形槽体的深度大于所述第一环形槽体的深度。

3.根据权利要求1所述的基于内表面涂层的铸铁缸套的制备方法，其特征在于：所述孕育剂为稀土硅铁合金孕育剂。

4.根据权利要求1所述的基于内表面涂层的铸铁缸套的制备方法，其特征在于：所述涂料中硅微粉、钠基膨润土、高铝矾土、硬脂酸钠、苯并噁嗪树脂、氯化铜、水的质量比为100：25~30：23~25：1.1~1.2：33~35：1.2~1.3：200~220。

5.根据权利要求4所述的基于内表面涂层的铸铁缸套的制备方法，其特征在于：所述硅微粉的粒度为325~400目。

6.根据权利要求4所述的基于内表面涂层的铸铁缸套的制备方法，其特征在于：所述钠基膨润土的粒度为325~400目。

7.根据权利要求4所述的基于内表面涂层的铸铁缸套的制备方法，其特征在于：所述高铝矾土的粒度为325~400目。

8.根据权利要求4所述的基于内表面涂层的铸铁缸套的制备方法，其特征在于：所述苯并噁嗪树脂的粒度为325~400目。