CN111304650A - 活塞及活塞表面处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种活塞表面处理工艺，用于精加工后的活塞，包括步骤在活塞基体表面形成一层硅烷层，获得强化后的活塞；在强化后的活塞的群部形成一层由石墨、二硫化钼和纳米复合材料组成的减磨层，获得具有群部减磨层的活塞；对具有群部减磨层的活塞进行整体磷化处理，获得成品活塞。精加工后的活塞进行表面处理，处理过程先在活塞群部表面形成硅烷层和减磨层，最后对活塞进行整体磷化处理，通过对活塞表面工艺顺序的调整，避免减磨层形成过程的固化高温对磷化层的外观影响，从而获得具有较好外观质量的活塞，同时保证了活塞的抗磨性能。本发明还提供了一种由上述活塞表面处理工艺制备的活塞。

Description

活塞及活塞表面处理工艺
技术领域
本发明涉及活塞技术领域，更具体地说，涉及一种活塞及活塞表面处理工艺。
背景技术
活塞作为发动机的A级关键零部件，其作用是用来承受燃气压力，并通过活塞销让连杆驱使曲轴旋转对外输出动力。活塞长期处于高温、高压、高速、润滑不良的条件下，在工作时承受交变的机械负荷和热负荷，直接与高温气体接触，受到燃气的化学腐蚀作用。因此，必须要求活塞具有较高强度、较好的韧性、良好的导热性及抗腐蚀性。
随着内燃机爆发压力和升功率的提高，对发动机及其零配件提出了更高的要求，传统铝活塞已不能满足中重载柴油机的相关需求，锻钢活塞取代铝活塞应用于中重载柴油机已是活塞发展不可逆转的趋势。
与此同时，通过减低活塞压缩高，减小活塞群部表面摩擦因子，从而降低油耗、提高燃油经济性已经成为内燃机最主要的技术发展方向之一。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种活塞表面处理工艺，满足活塞表面性能的同时，提高了美观度；本发明还提供了一种活塞。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种活塞表面处理工艺，用于精加工后的活塞，包括步骤：
在所述活塞的基体表面形成一层硅烷层，获得强化后的活塞；
在强化后的所述活塞的群部形成一层由石墨、二硫化钼和纳米复合材料组成的减磨层，获得具有群部减磨层的活塞；
对具有群部减磨层的所述活塞进行整体磷化处理，获得成品活塞。
优选地，在上述活塞表面处理工艺中，所述硅烷层的厚度为1-3μm。
优选地，在上述活塞表面处理工艺中，所述硅烷层的硅烷处理温度为50～60℃，硅烷处理时间为15～30min。
优选地，在上述活塞表面处理工艺中，所述群部减磨层喷涂或印刷形成于强化后所述活塞的群部。
优选地，在上述活塞表面处理工艺中，所述纳米复合材料的成分为5％～10％的TiO2纳米颗粒，5％～10％的石墨，40％～50％的粘结剂，余量为悬浮剂。
优选地，在上述活塞表面处理工艺中，所述群部减磨层筛网印刷于所述活塞的群部，印刷温度为20～30℃，印刷湿度小于50RH％。
优选地，在上述活塞表面处理工艺中，所述印刷湿度小于35RH％。
优选地，在上述活塞表面处理工艺中，所述筛网印刷过程包括预冷处理、涂层印刷、固化处理。
优选地，在上述活塞表面处理工艺中，所述固化处理的固化温度为190～210℃，所述固化处理的固化时间为5～30min。
优选地，在上述活塞表面处理工艺中，所述群部减磨层的厚度9～21微米。
优选地，在上述活塞表面处理工艺中，所述磷化处理的磷化处理温度为85～95℃，磷化处理时间为5～15min。
优选地，在上述活塞表面处理工艺中，所述磷化处理的磷化层厚度为4～8μm，磷化层结晶结构小于20μm，磷化层粗糙度为0.3～0.8，蚀刻厚度为1～3μm。
优选地，在上述活塞表面处理工艺中，所述磷化处理的过程包括脱脂工序、第一次水洗、酸洗除锈工序、活化/表调工序、磷化工序、第二次水洗、烘干工序。
优选地，在上述活塞表面处理工艺中，所述脱脂工序的脱脂溶剂为脱脂剂，脱脂温度为60～70℃，脱脂时间为3～5min。
优选地，在上述活塞表面处理工艺中，所述第一次水洗和所述第二次水洗的水洗温度均为室温，水洗时间为3～5min。
优选地，在上述活塞表面处理工艺中，所述酸洗除锈工序的酸洗溶液为酸洗剂，酸洗温度为室温，酸洗时间为1～3min。
优选地，在上述活塞表面处理工艺中，所述活化/表调工序的表调溶液为表调剂，表调温度为室温，表调时间为1～3min。
优选地，在上述活塞表面处理工艺中，所述磷化工序的磷化溶液为磷化液，磷化温度为85～95℃，磷化时间为5～15min。
优选地，在上述活塞表面处理工艺中，所述烘干工序的烘干温度为70～80℃，烘干时间为3～5min。
一种活塞，所述活塞为采用如上任意一项所述的活塞表面处理工艺制备的活塞。
本发明提供的活塞表面处理工艺，用于精加工后的活塞，包括步骤在活塞的基体表面形成一层硅烷层，获得强化后的活塞；在强化后的活塞的群部形成一层由石墨、二硫化钼和纳米复合材料组成的减磨层，获得具有群部减磨层的活塞；对具有群部减磨层的活塞进行整体磷化处理，获得成品活塞。精加工后的活塞进行表面处理，处理过程先在活塞的表面形成硅烷层和减磨层，最后在对活塞进行磷化处理，通过对活塞表面工艺顺序的调整，避免减磨层形成过程的固化高温对磷化层的外观影响，从而获得具有较好外观质量的活塞，同时保证了活塞的抗磨性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的活塞表面处理工艺的流程图。
具体实施方式
本发明公开了一种活塞表面处理工艺，满足活塞表面性能的同时，提高了美观度；本发明还提供了一种活塞。
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、完整的描述，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。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
如图1所示，图1为本发明提供的活塞表面处理工艺的流程图。
本实施例提供了一种活塞表面处理工艺，用于精加工后的活塞，包括步骤：
S01：在活塞基体表面形成硅烷层
在活塞的基体表面形成一层硅烷层，获得强化后的活塞。通过硅烷层，提高后续群部减磨层或磷化层与基体的结合强度。
S02：在硅烷层表面形成减磨层
在强化后的活塞的群部形成一层由石墨、二硫化钼和纳米复合材料组成的减磨层，获得具有群部减磨层的活塞；
S03：在群部外硅烷层表面形成磷化层
对具有群部减磨层的活塞进行整体磷化处理，获得成品活塞。活塞的群部表面形成有减磨层，因此对活塞整体磷化处理，由于减磨层表面不会形成磷化层，磷化层形成于活塞群部以外的区域，通过硅烷层的结构设计，同时保证了磷化层和减磨层与活塞基体的结合强度。
精加工后的活塞进行表面处理，处理过程先在活塞的表面形成硅烷层和群部减磨层，最后在对活塞进行整体磷化处理，通过对活塞表面工艺顺序的调整，避免减磨层形成过程的固化高温对磷化层的外观影响，从而获得具有较好外观质量的活塞，同时保证了活塞的抗磨性能。
在本案一具体实施例中，硅烷层的厚度为1-3μm。硅烷层的硅烷处理温度为50～60℃，硅烷处理时间为15～30min。
在本案一具体实施例中，群部减磨层喷涂或印刷形成于强化后活塞的群部。群部减磨层可采用喷涂或印刷的方式形成于活塞的群部，喷涂或印刷目的在活塞群部表面形成均匀的群部减磨层，以保证活塞各个位置抗磨一致性。
在本案一具体实施例中，纳米复合材料的成分为5％～10％的TiO2纳米颗粒，5％～10％的石墨，40％～50％的粘结剂，余量为悬浮剂。
优选地，群部减磨层筛网印刷于活塞的群部，印刷温度为20～30℃，印刷湿度小于50RH％。群部减磨层印刷过程需要对印刷湿度进行控制，避免湿度过大影响减磨层的形成效果，优选地，印刷湿度小于35RH％。
群部减磨层采用筛网印刷形成于活塞的群部上时，筛网印刷过程包括预冷处理、涂层印刷、固化处理。预冷处理温度为20～30℃，涂层印刷的厚度为19～21μm。
在本实施例中，群部减磨层需要高温固化，以保证群部减磨层的抗磨能力，并使群部减磨层和活塞群部表面具有足够高的结合强度，优选地，固化处理的固化温度为190～210℃，固化处理的固化时间为5～30min。
在本案一具体实施例中，群部减磨层的厚度9～21微米。
在本案一具体实施例中，磷化处理的磷化处理温度为85～95℃，磷化处理时间为5～15min。
磷化处理的磷化层厚度为4～8μm，磷化层结晶结构小于20μm，磷化层粗糙度为0.3～0.8，蚀刻厚度为1～3μm。
在本案一具体实施例中，磷化处理的过程包括脱脂工序、第一次水洗、酸洗除锈工序、活化/表调工序、磷化工序、第二次水洗、烘干工序。
其中，脱脂工序的脱脂溶剂为脱脂剂，脱脂温度为60～70℃，脱脂时间为3～5min。
第一次水洗用于去除脱脂工序中，活塞表面携带的杂质，第二次水洗用于去除磷化工序中，活塞表面携带的磷化液，避免活塞在不同工序中携带的杂质对后续工序的影响，优选地，水洗温度均为室温，水洗时间为3～5min。
在本案一具体实施例中，酸洗除锈工序的酸洗溶液为酸洗剂，酸洗温度为室温，酸洗时间为1～3min。
在本案一具体实施例中，活化/表调工序的表调溶液为表调剂，表调温度为室温，表调时间为1～3min。表调是金属工件表面改变微观状态，在短时间及较低温度下胶体在工件表面吸附形成大量的结晶核磷化生长点，使工件表面活性均一化。
在本案一具体实施例中，磷化工序的磷化溶液为磷化液，磷化温度为85～95℃，磷化时间为5～15min。
在本案一具体实施例中，烘干工序的烘干温度为70～80℃，烘干时间为3～5min。
基于上述提供的活塞表面处理工艺，本实施例提供以下三种优选方案。
实施例1
步骤1)，对精加工后活塞进行硅烷处理，硅烷处理温度为50℃，硅烷处理时间为15分钟，在活塞表面形成一层1微米的硅烷层，以提高减磨层或磷化层和基体的结合强度。
步骤2)，在活塞群部形成群部减磨层。采用筛网印刷，将由石墨、二硫化钼和纳米复合材料组成的减磨层形成于活塞群部，其中，印刷环境温度20℃，印刷湿度25RH％；预冷处理温度25℃；涂层印刷厚度10微米；固化温度190℃、固化时间为12分钟。
步骤3)，对清洗后的活塞进行整体磷化处理。磷化处理的过程包括脱脂工序、第一次水洗、酸洗除锈工序、活化(表调)工序、磷化工序、第二次水洗、烘干工序等步骤。
脱脂工序采用脱脂剂，脱脂温度为60℃，脱脂时间为3分钟；两次水洗温度均为室温，水洗时间为3分钟；酸洗除锈工序采用酸洗溶液，具体为酸洗剂，酸洗温度为室温，酸洗时间为1分钟；表调溶液为表调剂，温度为室温，时间为1分钟；磷化温度为86℃，时间为6分钟；烘干温度为70℃，时间为3分钟。
经过磷化处理的活塞磷化层厚度为4微米，结晶结构18微米，表面粗糙度为3，蚀刻厚度1微米。
实施例2
步骤1)，对精加工后活塞进行硅烷处理，硅烷处理温度为55℃，硅烷处理时间为25分钟，在活塞群部表面形成一层2.5微米的硅烷层，以提高减磨层或磷化层和基体的结合强度。
步骤2)，在活塞群部形成群部减磨层。优选采用采用筛网印刷，将由石墨、二硫化钼和纳米复合材料组成的减磨层形成于活塞群部，印刷环境温度25℃，湿度40RH％；预冷处理温度20℃；涂层印刷厚度15微米；固化温度200℃、固化时间为20分钟。
步骤3)，对清洗后的活塞进行整体磷化处理。磷化处理的过程包括脱脂工序、第一次水洗、酸洗除锈工序、活化(表调)工序、磷化工序、第二次水洗、烘干工序等步骤。
脱脂工序采用脱脂剂，温度为65℃，时间为4分钟；水洗温度为室温，时间为4分钟；酸洗溶液为酸洗剂，温度为室温，时间为2分钟；表调溶液为表调剂，温度为室温，时间为2分钟；磷化温度为90℃，时间为10分钟；烘干温度为75℃，时间为4分钟。
经过磷化处理的活塞磷化层厚度为6微米，结晶结构16微米，表面粗糙度为4，蚀刻厚度2微米。
实施例3
步骤1)，对精加工后活塞进行硅烷处理，硅烷处理温度为60℃，硅烷处理时间为30分钟，在活塞群部表面形成一层3微米的硅烷层，以提高减磨层或磷化层和基体的结合强度。
步骤2)，在活塞群部形成群部减磨层。采用筛网印刷，将由石墨、二硫化钼和纳米复合材料组成的减磨层形成于活塞群部，印刷环境温度25℃，湿度＜30RH％；预冷处理温度15℃；涂层印刷厚度20微米；固化温度210℃、固化时间为20分钟。
步骤3)，对清洗后的活塞进行整体磷化处理。磷化处理的过程包括脱脂工序、第一次水洗、酸洗除锈工序、活化(表调)工序、磷化工序、第二次水洗、烘干工序等步骤。
脱脂工序采用脱脂剂，温度为70℃，时间为5分钟；水洗温度为室温，时间为5分钟；酸洗溶液为酸洗剂，温度为室温，时间为3分钟；表调溶液为表调剂，温度为室温，时间为3分钟；磷化温度为94℃，时间为15分钟；烘干温度为80℃，时间为5分钟。
经过磷化处理的活塞磷化层厚度为8微米，结晶结构16微米，表面粗糙度为5，蚀刻厚度2.5微米
基于上述实施例中提供的活塞表面处理工艺，本发明还提供了一种活塞，该活塞为采用上述实施例中提供的活塞表面处理工艺制备的活塞。
由于该活塞采用了上述实施例的活塞表面处理工艺，所以该活塞由活塞表面处理工艺带来的有益效果请参考上述实施例。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (20)

1.一种活塞表面处理工艺，用于精加工后的活塞，其特征在于，包括步骤：
在所述活塞的基体表面形成一层硅烷层，获得强化后的活塞；
在强化后的所述活塞的群部形成一层由石墨、二硫化钼和纳米复合材料组成的减磨层，获得具有群部减磨层的活塞；
对具有群部减磨层的所述活塞进行整体磷化处理，获得成品活塞。
2.根据权利要求1所述的活塞表面处理工艺，其特征在于，所述硅烷层的厚度为1-3μm。
3.根据权利要求2所述的活塞表面处理工艺，其特征在于，所述硅烷层的硅烷处理温度为50～60℃，硅烷处理时间为15～30min。
4.根据权利要求1所述的活塞表面处理工艺，其特征在于，所述群部减磨层喷涂或印刷形成于强化后所述活塞的群部。
5.根据权利要求1所述的活塞表面处理工艺，其特征在于，所述纳米复合材料的成分为5％～10％的TiO2纳米颗粒，5％～10％的石墨，40％～50％的粘结剂，余量为悬浮剂。
6.根据权利要求5所述的活塞表面处理工艺，其特征在于，所述群部减磨层筛网印刷于所述活塞的群部，印刷温度为20～30℃，印刷湿度小于50RH％。
7.根据权利要求6所述的活塞表面处理工艺，其特征在于，所述印刷湿度小于35RH％。
8.根据权利要求6所述的活塞表面处理工艺，其特征在于，所述筛网印刷过程包括预冷处理、涂层印刷、固化处理。
9.根据权利要求8所述的活塞表面处理工艺，其特征在于，所述固化处理的固化温度为190～210℃，所述固化处理的固化时间为5～30min。
10.根据权利要求1所述的活塞表面处理工艺，其特征在于，所述群部减磨层的厚度9～21微米。
11.根据权利要求1所述的活塞表面处理工艺，其特征在于，所述磷化处理的磷化处理温度为85～95℃，磷化处理时间为5～15min。
12.根据权利要求11所述的活塞表面处理工艺，其特征在于，所述磷化处理的磷化层厚度为4～8μm，磷化层结晶结构小于20μm，磷化层粗糙度为0.3～0.8，蚀刻厚度为1～3μm。
13.根据权利要求1所述的活塞表面处理工艺，其特征在于，所述磷化处理的过程包括脱脂工序、第一次水洗、酸洗除锈工序、活化/表调工序、磷化工序、第二次水洗、烘干工序。
14.根据权利要求13所述的活塞表面处理工艺，其特征在于，所述脱脂工序的脱脂溶剂为脱脂剂，脱脂温度为60～70℃，脱脂时间为3～5min。
15.根据权利要求13所述的活塞表面处理工艺，其特征在于，所述第一次水洗和所述第二次水洗的水洗温度均为室温，水洗时间为3～5min。
16.根据权利要求13所述的活塞表面处理工艺，其特征在于，所述酸洗除锈工序的酸洗溶液为酸洗剂，酸洗温度为室温，酸洗时间为1～3min。
17.根据权利要求13所述的活塞表面处理工艺，其特征在于，所述活化/表调工序的表调溶液为表调剂，表调温度为室温，表调时间为1～3min。
18.根据权利要求13所述的活塞表面处理工艺，其特征在于，所述磷化工序的磷化溶液为磷化液，磷化温度为85～95℃，磷化时间为5～15min。
19.根据权利要求13所述的活塞表面处理工艺，其特征在于，所述烘干工序的烘干温度为70～80℃，烘干时间为3～5min。
20.一种活塞，其特征在于，所述活塞为采用如权利要求1-19中任意一项所述的活塞表面处理工艺制备的活塞。
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