CN109248843A - 一种发动机轴瓦润滑耐磨涂层加工工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发动机轴瓦润滑耐磨涂层加工工艺，包括：(1)前处理：对轴瓦进行表面清洁，经喷砂处理后，再置于钝化池中进行钝化，并将钝化后的轴瓦清洗干燥；(2)预热处理：将前处理后的轴瓦置于烘箱中，加热至40‑60℃，保温10‑30min；(3)喷涂处理：将轴瓦从烤箱中取出，采用耐磨润滑涂料对轴瓦表面进行热喷涂；(4)固化处理：将轴瓦置于烘箱，升温至120‑160℃进行固化，固化时间为20‑30min；(5)检验包装。本发明的加工工艺，采用喷涂方式替代电镀轴瓦工艺，解决了环保问题，降低了生产成本；且加工的发动机轴瓦润滑耐磨涂层大大提高了发动机轴瓦的运行可靠性和使用寿命长。

Description

一种发动机轴瓦润滑耐磨涂层加工工艺
技术领域
本发明涉及发动机轴瓦涂层技术领域，尤其涉及一种发动机轴瓦润滑耐磨涂层加工工艺。
背景技术
发动机轴瓦是滑动轴承和轴颈接触的部分，形状为瓦状的半圆柱面，非常光滑，一般用青铜、合金和钢背复合铜或铝等材料制成。轴瓦与轴颈采用间隙配合或间断性接触，一般与不随轴旋转。传统的轴瓦是使用电镀工艺在轴瓦内表面镀上一层保护层，起到润滑、耐磨、防腐和美观等作用，如为满足发动机轴瓦运行工况，在发动机轴瓦上涂覆一层具有润滑和耐磨性能的润滑耐磨涂料。
传统的汽车发动机轴瓦多采用电镀工艺在轴瓦内表面镀上一层耐磨防腐涂层，这种工艺所排放的污水有重金属离子，对环境污染严重。随着国家及国际社会对环保的要求越来越严格，这种存在环境污染隐患的传统轴瓦电镀涂层工艺也逐渐为国际社会和国家环保政策所不容，不符合目前绿色生产的发展要求。而且随着社会的发展和对发动机的功率和转速要求越来越高，对发动机轴瓦、衬套等耐磨零件的使用性能要求越来越高。同时对发动机轴瓦的使用寿命的要求也大大提高。
此外，现有已公开专利披露了相关采用非电镀工艺形成耐磨防腐涂层的技术方案：如专利CN103710116A公开了一种用于防止发动机曲轴抱死的涂层材料和使用方法，该涂层材料由以下组分组成：PAG聚醚基础油、改性植物基合成酯氧化葵花籽油、环氧树脂、有机钼、二硫化钨粉、二硒化钨粉、氟化石墨粉、聚苯、阻燃剂、抗磨剂、抗氧剂，将该涂层材料直接涂抹在曲轴和轴瓦之间的曲轴轴颈表面或/和轴瓦表面；专利CN104120001A公开了一种用于轴瓦的润滑剂，该润滑剂是将含有二硫化钼的润滑剂本体均匀分散与有机粘结剂中，润滑剂本体中二硫化钼的含量为60％～75％，有机粘结剂为聚氨酯、环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂和聚丙烯酸酯中的二种，使用时，将该润滑剂喷涂与轴瓦上，并经过高温固化形成固体润滑；又如CN103216530A公开了一种减摩涂料及其涂覆方法，该减摩涂料由聚四氟乙烯、二硫化钨、石墨、石墨烯、二硫化钼、碳纳米管、刚玉、金刚砂、陶瓷、氧化钛、氟化石墨、含氟聚酰亚胺树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂、N-甲基吡咯烷酮和粉体表面处理剂组成，并通过喷涂和高温烧结的方式，将高分子减摩涂料喷涂在轴瓦内表面形成均匀的减摩涂层，这种减摩涂层具有良好的耐磨性和抗疲劳强度，满足了对发动机轴瓦性能的苛刻要求，且解决电镀工艺过程中严重的污染问题。
随着社会的发展和对发动机的功率和转速要求越来越高，对发动机轴瓦、衬套等耐磨零件的使用性能要求越来越高，同时对发动机轴瓦的使用寿命的要求也大大提高，上述现有专利CN103710116A、CN104120001A以及CN103216530A所披露的轴瓦涂层已不能满足耐磨性能和使用寿命的要求。如专利CN103710116A采用的是油膜式润滑，是对原润滑缺陷的补充，起润滑作用的主要成分是润滑油，无法实现自润滑；专利CN104120001A采用含有二硫化钼的润滑剂大大提高了润滑属性，但其耐磨性差，润滑和耐磨虽然是两个概念，但一直都是相伴而存在，润滑效果的好坏影响耐磨的效果，但决定不了耐磨的结果，因此需要在其配方设计中加入适宜的耐磨材料，以真正实现既润滑有耐磨的理想效果。以及虽然专利CN103216530A是把可能用到的组分全部罗列，间或也写明比例，但在现实的配方设计中并不容易实现，且其所披露的减摩涂料已逐渐不能满足发动机轴瓦、衬套等耐磨零件对润滑性和耐磨性能的使用要求。
因此，在现有的基础上，研发适应发动机轴瓦市场需求的专用润滑耐磨涂料和生产工艺，以期进一步提高轴瓦材料的润滑性、耐磨性能、承载性能及适应性等，继而有效提高轴瓦的使用寿命，成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。
发明内容
本发明为解决现有技术中的上述问题，提出一种发动机轴瓦润滑耐磨涂层加工工艺。
本发明提供的发动机轴瓦润滑耐磨涂层加工工艺，采用科学的减摩思路和复合润滑耐磨涂覆层技术，利用固体润滑材料的协同作用，设计了符合发动机轴瓦工况所需的二硫化钼润滑耐磨涂料，应用独特的喷涂技术和科学的涂层加工工艺技术，有效地对发动机轴瓦的润滑性、耐磨性、顺应性、磨合性、抗咬合性、抗疲劳强度、承载能力等性能进行了改良，成功实现了发动机轴瓦在使用过程中的可靠性和寿命长等目的。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的第一个方面是提供一种发动机轴瓦润滑耐磨涂层加工工艺，具体包括如下步骤：
(1)前处理：对轴瓦进行表面清洁，然后经喷砂处理后，再置于钝化池中进行钝化，并将钝化后的轴瓦清洗干燥；
(2)预热处理：将前处理后的轴瓦置于烘箱中，加热至40～60℃，保温10～30min；
(3)喷涂处理：将轴瓦从烤箱中取出，采用耐磨润滑涂料对轴瓦表面进行热喷涂，所述耐磨润滑涂料按重量百分比计由20～40％的固体润滑材料、12～15％的复合耐磨材料、20～30％复合粘结剂、0.1～0.5％的助剂和20～40％的溶剂配制而成；
(4)固化处理：将喷涂耐磨润滑涂料后的轴瓦置于烘箱，升温至120～160℃进行固化，固化时间为20～30min；
(5)检验包装：将固化后的轴瓦冷却至室温，检验，包装，即得。
进一步地，步骤(1)中采用超声波清洗生产线对轴瓦进行表面清洁，并干燥。
进一步地，步骤(1)中以150目石英砂对干燥后的轴瓦进行喷砂处理。
进一步地，步骤(3)中，对轴瓦表面进行热喷涂时，采用多次间隔性喷涂，涂层厚度为20～50μm。
进一步地，步骤(4)中，在进行固化前，先将轴瓦在烘箱中预热至50～60℃、保温10～30min后，再升温固化。
进一步优选地，步骤(4)中，固化工艺为：先将轴瓦在烘箱中预热至56～58℃、保温15～20min后，再加热至125～130℃，固化时间为23～25min。
进一步地，所述耐磨润滑涂料按重量百分比计由25～35％的固体润滑材料、12～13的复合耐磨材料、24～28％复合粘结剂、0.2～0.5％的助剂和28～32％的溶剂配制而成。
进一步优选地，所述耐磨润滑涂料按重量百分比计由30％的固体润滑材料、13％的复合耐磨材料、25％复合粘结剂、0.25％的助剂和31.75％的溶剂配制而成。
进一步地，所述固体润滑材料选由纳米二硫化钼、聚四氟乙烯、石墨烯和碳纳米管进行复合。
进一步优选地，所述固体润滑材料为纳米二硫化钼、聚四氟乙烯、石墨烯和碳纳米管四种材料的复合，其质量比为1:0.5～1:0.40～0.5:0.1～0.5。
更为优选地，，所述纳米二硫化钼、聚四氟乙烯、石墨烯和碳纳米管的质量比为1:0.7:0.4:0.2。
进一步地，所述复合耐磨材料为氮化硅、氟化钙、碳化硅三种材料的复合。
进一步较为优选地，所述氮化硅、氟化钙、碳化硅的质量比为1:0.6～1.5:0.5～2.5。
最为优选地，所述氮化硅、氟化钙、碳化硅的质量比为1:1:2。
进一步地，在所述的发动机轴瓦润滑耐磨涂层加工工艺中，所述复合粘结剂为高分子改性环氧聚醚氟树脂，其由高分子改性环氧树脂、环氧改性氟树脂和聚醚砜树脂按质量比1：2：2～5复合而成。
最为优选地，所述高分子改性环氧树脂、环氧改性氟树脂、聚醚砜树脂的质量比为1:2:2.5。
进一步地，在所述的发动机轴瓦润滑耐磨涂层加工工艺中，所述助剂为分散剂、流平剂、防沉剂剂和抗结皮剂。
更进一步地，所述分散剂为德国毕克公司BYK163、流平剂为德国毕克公司BYK333、防沉剂剂为德国毕克公司BYK410和抗结皮剂为无锡德宇化工的841，所述分散剂、流平剂、防沉剂剂和抗结皮剂均市售可得。
更进一步地，所述分散剂BYK163、流平剂BYK333、防沉剂剂BYK410和抗结皮剂841按重量比为2～3：1～2：0.3：0.2～0.3。
进一步地，在所述的发动机轴瓦润滑耐磨涂层加工工艺中，所述溶剂由丙酮和乙酸甲脂复合而成按1:0.1-0.5的比例混合而成。
进一步优选地，在所述的发动机轴瓦润滑耐磨涂层加工工艺中，所述耐磨润滑涂料的固含量为40～50％，粘度为30～50(蔡恩2#杯25±1℃)秒。
本发明的第二个方面是提供一种如上述所述工艺制备的具有所述发动机轴瓦润滑耐磨涂层的轴瓦，所述轴瓦包括钢背层、合金层和润滑耐磨涂层，所述钢背层内表面上设有合金层，所述合金层表面涂覆有润滑耐磨涂层。
本发明采用上述技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：
(1)本发明发动机轴瓦润滑耐磨涂层采用喷涂方式加工而成，可以替代电镀轴瓦工艺，解决了环保问题；
(2)在发动机轴瓦表面涂覆专用的润滑耐磨涂料配方，相比现有涂料具有更优异的润滑性、耐磨性、顺应性、磨合性、抗咬合性、抗疲劳强度、承载能力等性能，且使用寿命延长了1.5～3倍，大大提高了发动机轴瓦的运行可靠性和使用寿命长；
(3)将轴瓦先经喷砂后再进行钝化，增加了润滑耐磨涂料涂层的耐腐蚀性和润滑耐磨涂料与基材的结合度；
(4)采用相对低的固化温度和固化时间，在实现润滑耐磨涂料涂层稳定、牢固地涂覆于轴瓦表面的基础上，可节约电力能源20％左右，降低了生产成本。
具体实施方式
本发明首先提供了一种发动机轴瓦润滑耐磨涂层加工工艺，采用科学的减摩思路和润滑耐磨涂覆层技术，利用固体润滑材料的协同作用，设计了符合发动机轴瓦工况所需的二硫化钼润滑耐磨涂料，应用独特的喷涂技术和科学的涂层加工工艺技术，有效地对发动机轴瓦的润滑性、耐磨性、顺应性、磨合性、抗咬合性、抗疲劳强度、承载能力等性能进行了改良，成功实现了发动机轴瓦在使用过程中的可靠性和寿命长等目的。
本发明还提供一种了采用所述工艺制备的具有所述发动机轴瓦润滑耐磨涂层的轴瓦，该轴瓦包括钢背层、合金层和润滑耐磨涂层，钢背层内表面上设有合金层，合金层内表面涂覆有润滑耐磨涂层。
所述复合固体润滑材料的复合工艺为：控制干粉混合设备的转速为25r/min，依次加入纳米二硫化钼、聚四氟乙烯、石墨烯和碳纳米管，加料间隔为10分钟，搅拌均匀，即得；
所述复合耐磨材料的复合工艺为：控制干粉混合设备的转速为23r/min，依次加入氮化硅、氟化钙、碳化硅，加料间隔为10分钟，搅拌均匀，即得；
所述复合粘结材料的复合工艺为：控制液体分散设备的转速为600r/min，将高分子改性环氧树脂和环氧改性氟树脂依次缓慢加入聚醚砜树脂中，搅拌均匀，即得。
下面通过具体实施例对本发明进行详细和具体的介绍，以使更好的理解本发明，但是下述实施例并不限制本发明范围。
实施例1发动机轴瓦润滑耐磨涂层的加工，具体包括如下步骤：
(1)前处理：对轴瓦进行表面清洁，然后经喷砂处理后，再置于钝化池中进行钝化，并将钝化后的轴瓦清洗干燥；具体如下：
(11)事先在超声波清洗生产线中的去油槽加满水，按比例加入清洗剂，开启循环除污系统；
(12)将轴瓦置于超声波去油槽20分钟，淋去残液，进入从粗洗槽；
(13)轴瓦在粗洗槽超声波清洗10分钟，淋去水液，进入从水洗槽；
(14)轴瓦在水洗槽超声波清洗10分钟，淋去水液，进入从干燥箱；
(15)将干燥后的工件送到下一工序，做喷砂处理；
(16)将轴瓦内表面以150目石英砂做喷砂处理；
(17)喷砂后的轴瓦用无毒易挥发溶剂清洗晾干，以去除残留砂子；
(18)将喷砂清洗后的轴瓦置于钝化池进行钝化约15分钟；
(19)将钝化后的轴瓦进行清洗干燥，进入喷涂工序；
(2)预热处理：将前处理后的轴瓦置于烘箱中，加热至40℃，保温15min；
(3)喷涂处理：将轴瓦从烤箱中取出，采用耐磨润滑涂料对轴瓦表面进行热喷涂，一次不要喷涂太厚，可多次间隔性喷涂，涂层厚度为24μm；所述耐磨润滑涂料按重量百分比计由25％的固体润滑材料、12％的复合耐磨材料、20％复合粘结剂、0.25％的助剂和42.75％的溶剂复配而成。所述固体润滑材料为纳米二硫化钼、聚四氟乙烯、石墨烯和碳纳米管的复合。所述复合耐磨材料为氮化硅、氟化钙、碳化硅的复合。所述复合粘结剂为高分子改性环氧聚醚氟树脂，其由高分子改性环氧树脂、环氧改性氟树脂和聚醚砜树脂复合而成。所述溶剂为丙酮和乙酸甲脂的混合溶液。所述耐磨润滑涂料的固含量为40～50％，粘度为30～50(蔡恩2#杯25±1℃)秒。
(4)固化处理：将喷涂耐磨润滑涂料后的轴瓦置于烘箱，预热至55℃，保温12min；再加热至160℃进行固化，固化时间为20min；
(5)检验包装：将固化后的轴瓦冷却至室温，检验，包装，即得。
实施例2发动机轴瓦润滑耐磨涂层的加工，具体包括如下步骤：
(1)前处理：对轴瓦进行表面清洁，然后经喷砂处理后，再置于钝化池中进行钝化，并将钝化后的轴瓦清洗干燥；具体如下：
(11)事先在超声波清洗生产线中的去油槽加满水，按比例加入清洗剂，开启循环除污系统；
(12)将轴瓦置于超声波去油槽20分钟，淋去残液，进入从粗洗槽；
(13)轴瓦在粗洗槽超声波清洗10分钟，淋去水液，进入从水洗槽；
(14)轴瓦在水洗槽超声波清洗10分钟，淋去水液，进入从干燥箱；
(15)将干燥后的工件送到下一工序，做喷砂处理；
(16)将轴瓦内表面以150目石英砂做喷砂处理；
(17)喷砂后的轴瓦用无毒易挥发溶剂清洗晾干，以去除残留砂子；
(18)将喷砂清洗后的轴瓦置于钝化池进行钝化约15分钟；
(19)将钝化后的轴瓦进行清洗干燥，进入喷涂工序；
(2)预热处理：将前处理后的轴瓦置于烘箱中，加热至60℃，保温10min；
(3)喷涂处理：将轴瓦从烤箱中取出，采用耐磨润滑涂料对轴瓦表面进行热喷涂，一次不要喷涂太厚，可多次间隔性喷涂，涂层厚度为35μm；所述耐磨润滑涂料按重量百分比计由30％的固体润滑材料、13％的复合耐磨材料、25％复合粘结剂、0.25的助剂和31.75％的溶剂复配而成。所述固体润滑材料为纳米二硫化钼、聚四氟乙烯、石墨烯和碳纳米管的复合。所述复合耐磨材料为氮化硅、氟化钙、碳化硅的复合。所述复合粘结剂为高分子改性环氧聚醚氟树脂,由高分子改性环氧树脂、环氧改性氟树脂和聚醚砜树脂复合而成。所述溶剂为丙酮和乙酸甲脂的混合溶液。所述耐磨润滑涂料的固含量为42～50％，粘度为35～50(蔡恩2#杯25±1℃)秒。
(4)固化处理：将喷涂耐磨润滑涂料后的轴瓦置于烘箱，预热至50℃，保温28min；再加热至143℃进行固化，固化时间为30min；
(5)检验包装：将固化后的轴瓦冷却至室温，检验，包装，即得。
实施例3发动机轴瓦润滑耐磨涂层的加工，具体包括如下步骤：
(1)前处理：对轴瓦进行表面清洁，然后经喷砂处理后，再置于钝化池中进行钝化，并将钝化后的轴瓦清洗干燥；具体如下：
(11)事先在超声波清洗生产线中的去油槽加满水，按比例加入清洗剂，开启循环除污系统；
(12)将轴瓦置于超声波去油槽20分钟，淋去残液，进入从粗洗槽；
(13)轴瓦在粗洗槽超声波清洗10分钟，淋去水液，进入从水洗槽；
(14)轴瓦在水洗槽超声波清洗10分钟，淋去水液，进入从干燥箱；
(15)将干燥后的工件送到下一工序，做喷砂处理；
(16)将轴瓦内表面以150目石英砂做喷砂处理；
(17)喷砂后的轴瓦用无毒易挥发溶剂清洗晾干，以去除残留砂子；
(18)将喷砂清洗后的轴瓦置于钝化池进行钝化约15分钟；
(19)将钝化后的轴瓦进行清洗干燥，进入喷涂工序；
(2)预热处理：将前处理后的轴瓦置于烘箱中，加热至52℃，保温20min；
(3)喷涂处理：将轴瓦从烤箱中取出，采用耐磨润滑涂料对轴瓦表面进行热喷涂，一次不要喷涂太厚，可多次间隔性喷涂，涂层厚度为50μm；所述耐磨润滑涂料按重量百分比计由38％的固体润滑材料、12％的复合耐磨材料、20％复合粘结剂、0.25％的助剂和29.75％的溶剂复配而成。所述固体润滑材料为纳米二硫化钼、聚四氟乙烯、石墨烯和碳纳米管的复合。所述复合耐磨材料为氮化硅、氟化钙、碳化硅的复合。所述复合粘结剂为高分子改性环氧聚醚氟树脂，其由高分子改性环氧树脂、环氧改性氟树脂和聚醚砜树脂复合而成。所述溶剂为丙酮和乙酸甲脂的混合溶液。所述耐磨润滑涂料的固含量为45～50％，粘度为40～50(蔡恩2#杯25±1℃)秒。
(4)固化处理：将喷涂耐磨润滑涂料后的轴瓦置于烘箱，预热至60℃，保温12min；再加热至120℃进行固化，固化时间为30min；
(5)检验包装：将固化后的轴瓦冷却至室温，检验，包装，即得。
性能测试：
以上述实施例1、实施例2和实施例3制得的具有润滑耐磨涂层的发动机轴瓦为试验组1～3；以上述现有已公开专利CN103216530A实施例所披露的具有减摩涂层的轴瓦作为对比组1，分别对试验组1～3和对比组1进行性能测试，具体测试结果如下表1所示：
表1
由上述表1测试结果可知：1)对比组1涂料细度为30，高于本案值20(对比组1细度为30，而试验组1-3为25，如何得出“高于本案值20”，烦请解释说明)，说明对比组涂料细度有待提高；2)对比组1耐盐雾为72h，低于本案96h，说明对比组耐腐蚀性较对比组好；3)对比组1热固化温度为230℃，高于本案120℃，说明对比组电能消耗较对比组低；4)对比组综合润滑性和耐磨性以及涂料使用方便程度要高于对比组；5)试验组涂料生产成本要低于对比组。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种发动机轴瓦润滑耐磨涂层加工工艺，其特征在于，包括步骤：
(1)前处理：对轴瓦进行表面清洁，经喷砂处理后，再置于钝化池中进行钝化，并将钝化后的轴瓦清洗干燥；
(2)预热处理：将前处理后的轴瓦置于烘箱中，加热至40～60℃，保温10～30min；
(3)喷涂处理：将轴瓦从烤箱中取出，采用耐磨润滑涂料对轴瓦表面进行热喷涂，所述耐磨润滑涂料按重量百分比计由20～40％的固体润滑材料、12～15％的复合耐磨材料、20～30％复合粘结剂、0.1～0.5％的助剂和20～40％的溶剂配制而成；
(4)固化处理：将喷涂耐磨润滑涂料后的轴瓦置于烘箱，升温至120～160℃进行固化，固化时间为20～30min；
(5)检验包装：将固化后的轴瓦冷却至室温，检验，包装，即得。
2.根据权利要求1所述的发动机轴瓦润滑耐磨涂层加工工艺，其特征在于，步骤(3)中，对轴瓦表面进行热喷涂时，采用多次间隔性喷涂，涂层厚度为20～50μm。
3.根据权利要求1所述的发动机轴瓦润滑耐磨涂层加工工艺，其特征在于，步骤(4)中，在进行固化前，先将轴瓦在烘箱中预热至40～60℃、保温10～30min后，再升温固化。
4.根据权利要求3所述的发动机轴瓦润滑耐磨涂层加工工艺，其特征在于，步骤(4)中，固化工艺为：先将轴瓦在烘箱中预热至45～50℃、保温18～23min后，再加热至140～155℃，固化时间为23～25min。
5.根据权利要求1所述的发动机轴瓦润滑耐磨涂层加工工艺，其特征在于，所述固体润滑材料由纳米二硫化钼、聚四氟乙烯、石墨烯和碳纳米管复合而成。
6.根据权利要求1所述的发动机轴瓦润滑耐磨涂层加工工艺，其特征在于，所述复合耐磨材料由氮化硅、氟化钙和碳化硅复合而成。
7.根据权利要求1所述的发动机轴瓦润滑耐磨涂层加工工艺，其特征在于，所述复合粘结剂为高分子改性环氧聚醚氟树脂，其由高分子改性环氧树脂、环氧改性氟树脂和聚醚砜树脂按质量比1：2：2～5复合而成。
8.根据权利要求1所述的发动机轴瓦润滑耐磨涂层加工工艺，其特征在于，所述溶剂由丙酮和乙酸甲脂复合而成。
9.根据权利要求1所述的发动机轴瓦润滑耐磨涂层加工工艺，其特征在于，所述耐磨润滑涂料的固含量为40～50％，粘度为30～50(蔡恩～2#杯25℃)。
10.一种如权利要求1～9任一项所述工艺制备的具有所述发动机轴瓦润滑耐磨涂层的轴瓦。
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