CN110183937A - 一种印铁涂层的印刷液及制备印铁涂层的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种印铁涂层的印刷液，所述印刷液的原料组成为耐高温树脂、不锈钢粉、稀释剂、固化剂和固化促进剂。所述耐高温树脂为环氧树脂E‑44，所述稀释剂为N‑甲基吡咯烷酮、所述固化剂为双氰胺和二甲基甲酰胺，所述固化促进剂为三乙烯四胺和四乙烯五胺。本发明的印刷液采用丝网印刷方式来制备印铁涂层，无环境污染，材料浪费少，印铁涂层厚度均匀，粘结力牢固。完全适用于铝材的活塞和缸体，形成有效的摩擦副，在降低发动机重量的同时也提高了发动机的寿命。

Description

一种印铁涂层的印刷液及制备印铁涂层的方法

技术领域

本发明属于铝活塞的表面处理技术领域，涉及一种印铁涂层的印刷液及制备印铁涂层的方法。

背景技术

对于汽车来说，发动机好比是汽车的“心脏”，而活塞则是发动机的“中枢”，直接影响发动机工作的可靠性和耐久性。活塞裙部是活塞的重要组成部分，活塞裙部-缸套摩擦副的工作状况直接影响其功能的保障，活塞裙部-缸套系统是汽车发动机中最重要、工作条件最为苛刻的摩擦副之一，同时也是发动机中摩擦损失最大的摩擦副。而且活塞又身处恶劣的工作环境，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。活塞的磨损一般表现在三个方面：活塞环槽磨损、顶部燃烧室烧毁、活塞裙部擦伤磨损。

而为了提高活塞的使用寿命,许多工业发达的国家，对活塞的表面强化处理进行了较深入的研究。活塞的表面强化处理分为强化活塞头部、环槽和裙部外圆三种,旨在防止活塞头部及环槽因高温产生的熔融、开裂、积炭及磨损，以及改善裙部与缸套的早期磨合性能。大部分采用了硬阳极氧化处理、电镀硬铁、镀锡、镀铅、喷涂石墨和二硫化钼等技术,还试验等离子喷涂及电镀环槽工艺,并开展了对铝石墨粒子电化学的相容性、激光辐射强化可能性和无电子涂层等研究。当发动机在冷机起动要求高时,油膜带常常被破坏,活塞裙部与缸套直接接触,可能产生拉伤,卡缸等现象。因此为降低活塞裙部的磨损，主要从两个方面解决：一是采用优化活塞的设计结构，二是使用涂层，优化活塞的摩擦学性能。早期在活塞裙部外圆上,敷以表面涂层、改善活塞早期磨合性能。活塞裙部表面涂层有镀锌、铜、硬铁,喷涂石墨、二硫化钼,浸锡、铅等。

但是随着发动机技术的发展，现在对发动机的要求是高性能,低重量,低成本。为达到这一目的,现在发动机的缸体材料发生改变,由以前的铁变成铝，减轻发动机重量。此外发动机上还有一个发展趋势是取消缸套,这样一来可以降低发动机的重量,二来可以降低发动机的成本。比如现在的赛车发动机都是采用无缸套的形式。但是如果以活塞是铝材,缸体也是铝材状态,采用无缸套的形式，在活塞裙部和缸套间就不能形成有效的摩擦副,更加降低发动机寿命,给汽车的安全带来很大隐患。印铁的印刷液中因为铁的密度较大，导致印铁液不均匀，容易沉淀；相对于印石墨来说，印铁涂层和基体的粘结力较难控制；印铁涂层外观易导致不均匀。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种印铁涂层的印刷液，还提供一种利用这种印刷液制备印铁涂层的方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

1.一种印铁涂层的印刷液，所述印刷液的原料组成为耐高温树脂、不锈钢粉、稀释剂、固化剂和固化促进剂。

进一步地，所述耐高温树脂为环氧树脂E-44，所述稀释剂为N-甲基吡咯烷酮、所述固化剂为双氰胺和二甲基甲酰胺，所述固化促进剂为三乙烯四胺和四乙烯五胺。

进一步地，按质量份数计，印刷液的原料包括15-19份环氧树脂E-44，10份不锈钢粉，22-27份N-甲基吡咯烷酮，5-6份双氰胺，17-20份二甲基甲酰胺，5-6.5份三乙烯四胺，1.8-2.1份四乙烯五胺。

进一步地，三乙烯四胺与四乙烯五胺质量比为2.5-3:1。

进一步地，三乙烯四胺与四乙烯五胺质量比为3:1。

进一步地，按质量份数计，印刷液的原料包括17.5份环氧树脂E-44，10份不锈钢粉，25份N-甲基吡咯烷酮，5.5份双氰胺，20份二甲基甲酰胺，6份三乙烯四胺，2份四乙烯五胺。

进一步地，所述不锈钢粉中100％不锈钢粉粒径＜63μm，99.5％不锈钢粉粒径＜40μm。

进一步地，所述印刷液的制备方法具体步骤为：

a)常温下，先用稀释剂NMP溶解环氧树脂E-44，溶解完成后搅拌均匀，再加入不锈钢粉，继续搅拌均匀；

b)双氰胺按以上比例溶解于40℃～60℃二甲基甲酰胺，使用玻璃或塑料容器；

c)固化促进剂混合后置于-5℃～-10℃，待出现晶芽后，常温备用；

d)再将步骤a-c准备好的物质混合，搅拌均匀即可。

2.使用以上任一项印铁涂层的印刷液制备印铁涂层的方法，将所述印刷液利用丝网印刷的方法印刷至活塞裙部。

进一步地，清洗干净的活塞置于丝网印刷机上，将印刷液印刷至活塞裙部，印刷条件为：活塞温度为30～35℃，环境温度为25-30℃，刮板压力为0.25～0.4Mpa，相对湿度≤63％，网板为150～250目；印刷后等待流平时间≥8分钟；待流平后于215±10℃烧结10～30分钟，冷却到常温即可。

进一步地，所述清洗为将活塞进行脱脂处理，即用高压喷淋的强力清洗，喷淋压力≥2巴，温度50～65℃；后用水洗2-3次，再用电导率≤12μS/cm的纯水洗干净，烘干。

本发明的有益效果在于：1、目前丝网印刷中印石墨在活塞行业很普遍，因为石墨作为高温润滑剂，活塞印刷石墨后寿命能提高3～5倍，同时降低了活塞和缸套间的摩擦，提高了发动机的有效输出功率。但是活塞裙部印石墨只适用于带缸套的发动机。随着发动机技术的发展，要求发动机轻量化和低成本，所以使用本发明提供的印铁涂层的印刷液可以在活塞裙部上印了一层带铁涂层,这样铝基体的活塞和铝基体的缸体间就能形成一幅很好的摩擦副,提高了发动机的寿命,也达到降低发动机重量的目的，适用于无缸套的发动机。本发明的印刷液制备印铁涂层完全克服了电镀铁层的缺点，电镀重金属离子多，环境污染大；且在铝合金上电镀铁前必须先镀上一层中间合金(锌或者铜)，然后再镀铁，这样导致镀层厚度太厚，在发动机中使用时易拉缸；电镀铁层和铝基体间的结合力差，镀层易脱落；而且活塞形状复杂，在电镀时易产生尖端放电，使得整个镀层厚度不均匀。所以采用丝网印刷方式来印铁,无环境污染,材料浪费少，印铁涂层厚度均一，粘结力牢固。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为利用本发明的印刷液于220℃烧结制备印铁涂层后粘结力测试结果图；

图2为利用本发明的印刷液于180℃烧结制备印铁涂层后粘结力测试结果图；

图3为利用本发明的印刷液于195℃烧结制备印铁涂层后粘结力测试结果图；

图4为印刷图形示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。

实施例1

一种用于活塞裙部表面处理的印铁涂层的印刷液，其原料包括耐高温树脂、不锈钢粉、稀释剂、固化剂和固化促进剂。配制5kg左右的印刷液，其具体原料及用量如下：

其中100％不锈钢粉粒径＜63μm，99.5％不锈钢粉粒径＜40μm，以下同。按照本发明的用于活塞裙部表面处理的印铁涂层的印刷液，其中不锈钢粉的含量为10％～15％都可以。

相对于印石墨来说，印铁涂层中由于铁(不锈钢粉)的密度大，容易沉淀，它和铝基体的结合力也不好，为了克服这一难点，在本发明的配方中，使用环氧树脂E-44作为不锈钢粉的载体，不锈钢粉镶嵌在环氧树脂E-44里，环氧树脂E-44和铝基体的结合力比不锈钢粉和铝基体的结合力好，同时也改善了印铁液的均匀性。印铁涂层外观均匀性受温度及时间的平衡，温度越高，越不利于流平，温度偏低又不利于其固化；时间越短，也越不利于流平。本发明中固化促进剂与固化剂适宜的配比，使得印铁时，其涂层在相应的温度(215±10℃)既可以保持流平涂层均匀，也有良好的结合性能。

实施例2

一种用于活塞裙部表面处理的印铁涂层的印刷液，其原料包括耐高温树脂、不锈钢粉、稀释剂、固化剂和固化促进剂。配制5kg左右的印铁材料，其具体原料及用量如下：

实施例3

一种用于活塞裙部表面处理的印铁涂层的印刷液，其原料包括耐高温树脂、不锈钢粉、稀释剂、固化剂和固化促进剂。配制5kg左右的印铁材料，其具体原料及用量如下：

实施例4

一种用于活塞裙部表面处理的印铁涂层的印刷液，其原料包括耐高温树脂、不锈钢粉、稀释剂、固化剂和固化促进剂。配制5kg左右的印铁材料，其具体原料及用量如下：

实施例5

一种用于活塞裙部表面处理的印铁涂层的印刷液，其原料包括耐高温树脂、不锈钢粉、稀释剂、固化剂和固化促进剂。配制5kg左右的印铁材料，其具体原料及用量如下：

印刷液的制备方法：

1、常温下，先用稀释剂NMP溶解环氧树脂E-44，溶解完成后搅拌均匀，再加入不锈钢粉，继续搅拌均匀；

2、双氰胺按以上比例溶解于40℃～60℃二甲基甲酰胺，使用玻璃或塑料容器；

3、固化促进剂混合后置于-5℃～-10℃(可先放冰箱内2～3小时)，待出现晶芽后,移出冰箱备用；

4、使用前，再将步骤1-3准备好的物质混合，搅拌均匀即可。

5、配好的印刷液保存条件及时间：温度不超过33℃，湿度不超过75％，存放时间不超过一周；使用前用80-100目过滤网过滤。

实施例6

将上述印刷液采用丝网印刷的方法印制在活塞裙部上，这样铝基体的活塞和铝基体的缸体间就能形成一对很好的摩擦副，提高了发动机的寿命，降低了发动机重量。而且采用丝网印刷方式来印制，材料浪费少，节约了制造成本，环境污染小。

将印刷液倒在印刷板上面，印刷板是在铝框上绷的尼龙丝网，丝网上所要印刷的图形部分是可以漏液体，而其他部分是不能漏液体。通过齿轮齿条机构，工作时，活塞作旋转运动，而印刷板作直线运动，印刷机的压紧机构把印刷液均匀的涂在活塞上。

本发明的印刷液印刷的涂层厚度进一步结合丝网目数来控制，如果要达到20μm±5μm厚度，选用T36的丝网，其丝网目数为150～200目。进一步，涂层均匀性还可以通过调整工装来控制。一是印刷板上下要等高，二是印刷板左右两边要等高；印刷板到所要印刷的活塞面之间距离为0.5～1mm。

活塞裙部印铁涂层的制备方法如下：

1)清洗：将活塞进行脱脂处理，即用高压喷淋的强力清洗，喷淋压力≥2巴，温度50～65℃；后用水洗2-3次，再用电导率≤12μS/cm的纯水洗干净，烘干；

2)印刷：将清洗干净的活塞置于丝网印刷机上，将印刷液印刷至活塞裙部，印刷条件为：活塞温度为30～35℃，环境温度为25-30℃，刮板压力为0.25～0.4Mpa，相对湿度≤63％，网板为150～250目；印刷后等待流平时间≥8分钟；

3)固化：待流平后于215±10℃烧结10～30分钟，冷却到常温即可。

印铁涂层印刷好后检查其涂层厚度及涂层粘结力。涂层厚度使用专门的膜厚计检查，印铁涂层的厚度通常为20μm±5μm，一般以主机厂的规定为主。涂层粘结力，用喷油试验机作喷油试验检查，油压为1500～2000巴。测试前将带有印铁涂层的活塞先在100℃的沸水中煮1小时，冷却到常温之后直接放在喷油试验机上检查。经过喷油试验机检测之后，直接看工件外观，如果印铁涂层片状脱落，则粘结力不合格，如果印铁涂层脱落状态为≤φ2mm的点状脱落，则粘结力合格。

使用实施例1制备的印铁涂层的印刷液进行活塞裙部印铁，其清洗和印刷条件都相同时，改变烧结温度，分别于180℃、195℃和220℃烧结固化印铁涂层，印刷好后的活塞再进行涂层粘结力测试，结果如图1-图3所示，图1为220℃烧结的带印铁涂层的活塞，印铁涂层完全无脱落；图2为180℃烧结的带印铁涂层的活塞，印铁涂层完全脱落，不合格；图3为195℃烧结的带印铁涂层的活塞，印铁涂层大部分脱落，不合格。

印铁涂层的大小形状可以通过丝网印刷机上的印刷版图形来控制，这样活塞裙部和发动机缸体间没有接触地方可以不用印刷涂层，减少原材料印刷液的浪费，大大节约工业成本，且无废液的排放，无环境污染。涂层印刷范围可以如图4所示的印刷图形及参考数据。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (9)

1.一种印铁涂层的印刷液，其特征在于，所述印刷液的原料组成为耐高温树脂、不锈钢粉、稀释剂、固化剂和固化促进剂。

2.根据权利要求1所述的一种印铁涂层的印刷液，其特征在于，所述耐高温树脂为环氧树脂E-44，所述稀释剂为N-甲基吡咯烷酮、所述固化剂为双氰胺和二甲基甲酰胺，所述固化促进剂为三乙烯四胺和四乙烯五胺。

3.根据权利要求2所述的一种印铁涂层的印刷液，其特征在于，按质量份数计，印刷液的原料包括15-19份环氧树脂E-44，10份不锈钢粉，22-27份N-甲基吡咯烷酮，5-6份双氰胺，17-20份二甲基甲酰胺，5-6.5份三乙烯四胺，1.8-2.1份四乙烯五胺。

4.根据权利要求3所述的一种印铁涂层的印刷液，其特征在于，三乙烯四胺与四乙烯五胺质量比为2.5-3:1。

5.根据权利要求3所述的一种印铁涂层的印刷液，其特征在于，按质量份数计，印刷液的原料包括17.5份环氧树脂E-44，10份不锈钢粉，25份N-甲基吡咯烷酮，5.5份双氰胺，20份二甲基甲酰胺，6份三乙烯四胺，2份四乙烯五胺。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种印铁涂层的印刷液，其特征在于，所述不锈钢粉中100％不锈钢粉粒径＜63μm，99.5％不锈钢粉粒径＜40μm。

7.使用权利要求1-6任一项所述的印刷液制备印铁涂层的方法，其特征在于，将所述印刷液利用丝网印刷的方法印刷至活塞裙部。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，清洗干净的活塞置于丝网印刷机上，将印刷液印刷至活塞裙部，印刷条件为：活塞温度为30～35℃，环境温度为25-30℃，刮板压力为0.25～0.4Mpa，相对湿度≤63％，网板为150～250目；印刷后等待流平时间≥8分钟；待流平后于215±10℃烧结10～30分钟，冷却到常温即可。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述清洗为将活塞进行脱脂处理，即用高压喷淋的强力清洗，喷淋压力≥2巴，温度50～65℃；后用水洗2-3次，再用电导率≤12μS/cm的纯水洗干净，烘干。