CN110923614B - 一种环保型轻量化气缸的生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种环保型轻量化气缸的生产工艺，涉及柴油机配件技术领域。本发明包括以下步骤：制备气缸基体、配制喷涂粉末并混料、在气缸基体表面喷涂厚为200～250μm的高强度层、热处理、在高强度层表面刷涂厚为180～230μm的合金耐磨层、在合金耐磨层表面上，通过等离子喷涂设备喷涂厚为150～250μm的Cr3C2‑NiCr金属陶瓷层、二次热处理。本发明通过在亚共晶Al‑Si合金材质的气缸基体上依次复合有高强度层、合金耐磨层、陶瓷耐磨层，并优化加工工艺，对工件进行两次热处理，降低气缸重量的同时，提高了气缸的强度和耐磨性，降低磨损量，延长气缸的使用寿命，降低污染物的排放，保护环境，降低使用成本。
Description
技术领域
本发明属于柴油机配件技术领域，特别是涉及一种环保型轻量化气缸的生产工艺。
背景技术
发动机气缸和活塞之间的相对运动是在高温、高压、狡辩载荷和腐蚀的环境下进行的，所以要求气缸内壁能够耐磨、耐腐蚀，并且要有一定的强度和疲劳强度。在汽车工业在高速发展的同时，伴随着日益严重的能源危机和环境污染问题，为此，对汽车的性能、燃料消耗和尾气排放提出了更高的要求。
作为车辆的核心部件及动力输出装置，发动机在汽车使用性能、节能减耗和尾气排放的控制方面起着决定性作用。发动机一般由铸铁制造，但是铸铁的自身重量较大，使得燃料消耗和废气排放也较多，为减少燃料的消耗，发动机的设计正朝着轻量化的方向发展，现提供一种环保型轻量化气缸的生产工艺，提高轻量化气缸的耐磨性及强度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种环保型轻量化气缸的生产工艺，通过在亚共晶Al-Si合金材质的气缸基体上依次复合有高强度层、合金耐磨层、陶瓷耐磨层，并优化加工工艺，对工件进行两次热处理，降低气缸重量的同时，提高了气缸的强度和耐磨性，延长气缸的使用寿命。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明为一种环保型轻量化气缸的生产工艺，包括如下步骤：
步骤一：制备气缸基体：熔炼亚共晶Al-Si合金材料，精炼后浇铸气缸基体；
步骤二：配制喷涂粉末并混料：向不锈钢粉末中加入适量Mo粉，并将配制好的粉料在球磨机进行混料，混料时间为2.5～3小时，制得喷涂粉末；
步骤三：喷涂高强度层：将喷涂粉末在70℃的温度下烘干2～3小时，采用等离子喷涂设备在气缸基体表面喷涂一厚为200～250μm的高强度层；
步骤四：热处理：去除高强度层表面的油污，并进行活化处理，将工件加热至300～350℃，保温1.5～2小时，空冷至室温；
步骤五：刷镀合金耐磨层：将Ni-P合金镀液加热至55～60℃，在高强度层表面刷涂一厚为180～230μm的合金耐磨层；
步骤六：喷涂陶瓷耐磨层：将工件预热至95～100℃，在合金耐磨层表面上，通过等离子喷涂设备喷涂一厚为150～250μm的Cr3C2-NiCr金属陶瓷层；
步骤七：二次热处理，将工件加热至650～700℃，保温0.5～1小时，风冷至100℃，继续加热至360～400℃，保温2小时候，空冷至室温。
进一步地，熔炼所述亚共晶Al-Si合金材料时，将合金材料加热至650～700℃，保温25min后，将合金熔液冷却至300～350℃静置保温20min。
进一步地，所述步骤二中喷涂粉末各成分的重量百分比如下：不锈钢粉末：58～63.1％，Mo粉：28～36.8％，其余为杂质，所述喷涂粉末的粒度为50～55μm，所述不锈钢粉末采用316不锈钢粉末或304不锈钢粉末。
进一步地，所述Ni-P合金镀液各成分的重量百分比如下：NiSO4·7H2O：19.5～21.6％，NiCl2·6H2O：8.5～9.8％，H3PO3：17.68～18.99％，C6H8O7：18.23～19.46％，稀土添加剂：3.26～4.85％，稳定剂：2.16～3.44％，并采用磷酸将Ni-P合金镀液的酸碱度调节至5.2～5.5。
进一步地，所述步骤五中刷镀合金耐磨层时，电镀电压为10～13V，工作温度为90～100℃，刷镀的速度为10～13m/min。
本发明具有以下有益效果：
本发明通过在亚共晶Al-Si合金材质的气缸基体上依次复合有高强度层、合金耐磨层、陶瓷耐磨层，并优化加工工艺，对工件进行两次热处理，降低气缸重量的同时，提高了气缸的强度和耐磨性，降低磨损量，延长气缸的使用寿命，降低污染物的排放，保护环境，且降低使用成本。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明为一种环保型轻量化气缸的生产工艺，包括如下步骤：
步骤一：制备气缸基体：熔炼亚共晶Al-Si合金材料，精炼后浇铸气缸基体；
步骤二：配制喷涂粉末并混料：向不锈钢粉末中加入适量Mo粉，并将配制好的粉料在球磨机进行混料，混料时间为2.5～3小时，制得喷涂粉末；
步骤三：喷涂高强度层：将喷涂粉末在70℃的温度下烘干2～3小时，采用等离子喷涂设备在气缸基体表面喷涂一厚为200～250μm的高强度层；
步骤四：热处理：去除高强度层表面的油污，并进行活化处理，将工件加热至300～350℃，保温1.5～2小时，空冷至室温；
步骤五：刷镀合金耐磨层：将Ni-P合金镀液加热至55～60℃，在高强度层表面刷涂一厚为180～230μm的合金耐磨层；
步骤六：喷涂陶瓷耐磨层：将工件预热至95～100℃，在合金耐磨层表面上，通过等离子喷涂设备喷涂一厚为150～250μm的Cr3C2-NiCr金属陶瓷层；
步骤七：二次热处理，将工件加热至650～700℃，保温0.5～1小时，风冷至100℃，继续加热至360～400℃，保温2小时候，空冷至室温。
进一步地，熔炼所述亚共晶Al-Si合金材料时，将合金材料加热至650～700℃，保温25min后，将合金熔液冷却至300～350℃静置保温20min。
进一步地，所述步骤二中喷涂粉末各成分的重量百分比如下：不锈钢粉末：58～63.1％，Mo粉：28～36.8％，其余为杂质，所述喷涂粉末的粒度为50～55μm，所述不锈钢粉末采用316不锈钢粉末或304不锈钢粉末。
进一步地，所述Ni-P合金镀液各成分的重量百分比如下：NiSO4·7H2O：19.5～21.6％，NiCl2·6H2O：8.5～9.8％，H3PO3：17.68～18.99％，C6H8O7：18.23～19.46％，稀土添加剂：3.26～4.85％，稳定剂：2.16～3.44％，并采用磷酸将Ni-P合金镀液的酸碱度调节至5.2～5.5。
进一步地，所述步骤五中刷镀合金耐磨层时，电镀电压为10～13V，工作温度为90～100℃，刷镀的速度为10～13m/min。
具体实施例一：
一种环保型轻量化气缸的生产工艺，包括如下步骤：
步骤一：制备气缸基体：熔炼亚共晶Al-Si合金材料，将合金材料加热至650℃，保温25min后，将合金熔液冷却至300℃静置保温20min，精炼后浇铸气缸基体；
步骤二：配制喷涂粉末并混料：向不锈钢粉末中加入适量Mo粉，并将配制好的粉料在球磨机进行混料，混料时间为2.5小时，制得喷涂粉末，喷涂粉末各成分的重量百分比如下：不锈钢粉末：58％，Mo粉：28％，其余为杂质，喷涂粉末的粒度为50μm，不锈钢粉末采用304不锈钢粉末；
步骤三：喷涂高强度层：将喷涂粉末在70℃的温度下烘干2小时，采用等离子喷涂设备在气缸基体表面喷涂一厚为200μm的高强度层；
步骤四：热处理：去除高强度层表面的油污，并进行活化处理，将工件加热至300℃，保温1.5小时，空冷至室温；
步骤五：刷镀合金耐磨层：将Ni-P合金镀液加热至55℃，在高强度层表面刷涂一厚为180μm的合金耐磨层，其中，Ni-P合金镀液各成分的重量百分比如下：NiSO4·7H2O：19.5％，NiCl2·6H2O：8.5％，H3PO3：17.68％，C6H8O7：18.236％，稀土添加剂：3.26％，稳定剂：2.16％，并采用磷酸将Ni-P合金镀液的酸碱度调节至5.2；刷镀合金耐磨层时，电镀电压为10V，工作温度为90℃，刷镀的速度为13m/min；
步骤六：喷涂陶瓷耐磨层：将工件预热至95℃，在合金耐磨层表面上，通过等离子喷涂设备喷涂一厚为150μm的Cr3C2-NiCr金属陶瓷层；
步骤七：二次热处理，将工件加热至650℃，保温0.5小时，风冷至100℃，继续加热至360℃，保温2小时候，空冷至室温。
采用此方法制得的气缸重量得到显著降低，且气缸内壁的耐磨性和润滑性也都大大改善，增强了气缸内壁的耐磨性和润滑性，延长了发动机的使用寿命及效率，降低了成本。
具体实施例二：
一种环保型轻量化气缸的生产工艺，包括如下步骤：
步骤一：制备气缸基体：熔炼亚共晶Al-Si合金材料，将合金材料加热至680℃，保温25min后，将合金熔液冷却至350℃静置保温20min，精炼后浇铸气缸基体；
步骤二：配制喷涂粉末并混料：向不锈钢粉末中加入适量Mo粉，并将配制好的粉料在球磨机进行混料，混料时间为3小时，制得喷涂粉末，喷涂粉末各成分的重量百分比如下：不锈钢粉末：61.2％，Mo粉：34.6％，其余为杂质，喷涂粉末的粒度为55μm，不锈钢粉末采用316不锈钢粉末；
步骤三：喷涂高强度层：将喷涂粉末在70℃的温度下烘干3小时，采用等离子喷涂设备在气缸基体表面喷涂一厚为230μm的高强度层；
步骤四：热处理：去除高强度层表面的油污，并进行活化处理，将工件加热至350℃，保温2小时，空冷至室温；
步骤五：刷镀合金耐磨层：将Ni-P合金镀液加热至60℃，在高强度层表面刷涂一厚为230μm的合金耐磨层，其中，Ni-P合金镀液各成分的重量百分比如下：NiSO4·7H2O：20.35％，NiCl2·6H2O：9.4％，H3PO3：18.33％，C6H8O7：19.15％，稀土添加剂：4.35％，稳定剂：3.22％，并采用磷酸将Ni-P合金镀液的酸碱度调节至5.5；刷镀合金耐磨层时，电镀电压为13V，工作温度为100℃，刷镀的速度为13m/min；
步骤六：喷涂陶瓷耐磨层：将工件预热至95℃，在合金耐磨层表面上，通过等离子喷涂设备喷涂一厚为250μm的Cr3C2-NiCr金属陶瓷层；
步骤七：二次热处理，将工件加热至700℃，保温1小时，风冷至100℃，继续加热至400℃，保温2小时候，空冷至室温。
采用此方法有效减少气缸自身的尺寸及重量，提高了气缸的强度和耐磨性，降低磨损量，延长气缸的使用寿命，降低污染物的排放，保护环境。
具体实施例三：
一种环保型轻量化气缸的生产工艺，包括如下步骤：
步骤一：制备气缸基体：熔炼亚共晶Al-Si合金材料，将合金材料加热至700℃，保温25min后，将合金熔液冷却至350℃静置保温20min，精炼后浇铸气缸基体；
步骤二：配制喷涂粉末并混料：向不锈钢粉末中加入适量Mo粉，并将配制好的粉料在球磨机进行混料，混料时间为3小时，制得喷涂粉末，喷涂粉末各成分的重量百分比如下：不锈钢粉末：63.1％，Mo粉：36.8％，其余为杂质，喷涂粉末的粒度为55μm，不锈钢粉末采用304不锈钢粉末；
步骤三：喷涂高强度层：将喷涂粉末在70℃的温度下烘干3小时，采用等离子喷涂设备在气缸基体表面喷涂一厚为250μm的高强度层；
步骤四：热处理：去除高强度层表面的油污，并进行活化处理，将工件加热至350℃，保温2小时，空冷至室温；
步骤五：刷镀合金耐磨层：将Ni-P合金镀液加热至60℃，在高强度层表面刷涂一厚为230μm的合金耐磨层，其中，Ni-P合金镀液各成分的重量百分比如下：NiSO4·7H2O：21.6％，NiCl2·6H2O：9.8％，H3PO3：18.99％，C6H8O7：19.46％，稀土添加剂：4.85％，稳定剂：3.44％，并采用磷酸将Ni-P合金镀液的酸碱度调节至5.5；刷镀合金耐磨层时，电镀电压为13V，工作温度为100℃，刷镀的速度为10m/min
步骤六：喷涂陶瓷耐磨层：将工件预热至100℃，在合金耐磨层表面上，通过等离子喷涂设备喷涂一厚为150μm的Cr3C2-NiCr金属陶瓷层；
步骤七：二次热处理，将工件加热至700℃，保温1小时，风冷至100℃，继续加热至400℃，保温2小时候，空冷至室温。
采用此方法解决了气缸内壁因磨损或腐蚀而失效的问题，而且使气缸自身质量减小，且气缸内壁的耐磨性和润滑性也都大大改善，降低燃料的消耗，减少污染物的排除，环保，耐用，降低使用成本。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (2)
1.一种环保型轻量化气缸的生产工艺，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：制备气缸基体：熔炼亚共晶Al-Si合金材料，精炼后浇铸气缸基体；
步骤二：配制喷涂粉末并混料：向不锈钢粉末中加入适量Mo粉，并将配制好的粉料在球磨机进行混料，混料时间为2.5～3小时，制得喷涂粉末；
步骤三：喷涂高强度层：将喷涂粉末在70℃的温度下烘干2～3小时，采用等离子喷涂设备在气缸基体表面喷涂一厚为200～250μm的高强度层；
步骤四：热处理：去除高强度层表面的油污，并进行活化处理，将工件加热至300～350℃，保温1.5～2小时，空冷至室温；
步骤五：刷镀合金耐磨层：将Ni-P合金镀液加热至55～60℃，在高强度层表面刷涂一厚为180～230μm的合金耐磨层；
步骤六：喷涂陶瓷耐磨层：将工件预热至95～100℃，在合金耐磨层表面上，通过等离子喷涂设备喷涂一厚为150～250μm的Cr3C2-NiCr金属陶瓷层；
步骤七：二次热处理，将工件加热至650～700℃，保温0.5～1小时，风冷至100℃，继续加热至360～400℃，保温2小时后，空冷至室温；
熔炼所述亚共晶Al-Si合金材料时，将合金材料加热至650～700℃，保温25min后，将合金熔液冷却至300～350℃静置保温20min；
所述Ni-P合金镀液各成分的重量百分比如下：NiSO4·7H2O：19.5～21.6％，NiCl2·6H2O：8.5～9.8％，H3PO3：17.68～18.99％，C6H8O7：18.23～19.46％，稀土添加剂：3.26～4.85％，稳定剂：2.16～3.44％，并采用磷酸将Ni-P合金镀液的酸碱度调节至5.2～5.5。
2.根据权利要求1所述的一种环保型轻量化气缸的生产工艺，其特征在于，所述步骤二中喷涂粉末各成分的重量百分比如下：不锈钢粉末：58～63.1％，Mo粉：28～36.8％，其余为杂质，所述喷涂粉末的粒度为50～55μm，所述不锈钢粉末采用316不锈钢粉末或304不锈钢粉末。
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