CN113019855A - 一种甲醇发动机用活塞、涂层制备设备及涂层制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及汽车技术领域，具体是一种甲醇发动机用活塞、涂层制备设备及涂层制备方法，甲醇发动机用活塞包括头部和裙部；头部用于密封气缸内的气体，头部的一端与裙部连接；裙部用于在气缸内做往复运动并承受气缸壁对裙部侧壁的压力；裙部侧壁上涂覆有涂层，涂层由聚酰胺酰亚胺、石墨、氮化硼和特种纳米陶瓷颗粒制成；其中，聚酰胺酰亚胺作为粘合剂，石墨、氮化硼和特种纳米陶瓷颗粒作为填料；本发明通过使用聚酰胺酰亚胺作为裙部侧壁上涂覆涂层的粘合剂，能够避免裙部受到甲醇甲酸的腐蚀而造成活塞的失效；而且通过使用石墨、氮化硼和特种纳米陶瓷颗粒作为填料，这改变涂层填料成分，大大提高活塞的耐磨性能，提高了活塞的使用寿命。

Description

一种甲醇发动机用活塞、涂层制备设备及涂层制备方法
技术领域
本发明涉及汽车技术领域，特别涉及一种甲醇发动机用活塞、涂层制备设备及涂层制备方法。
背景技术
活塞被称为发动机的心脏，是发动机传递动力的重要组成部分，燃烧形成的爆发压力通过活塞、活塞销传递给连杆，连杆再传递给曲轴，进而将往复运动转换为曲轴的回转运动而向外输出动力。
为保证发动机正常运行，活塞、活塞环、缸孔之间需要良好的匹配，以达到密封燃气与机油、传递热量的作用，由于活塞在缸孔内做高速往复直线运动，为避免活塞快速磨损，在汽油发动机、柴油发动机的活塞裙部印刷涂层，减少活塞与缸孔的磨损，保证活塞能正常运行。
近年来，甲醇作为替代原煤和油气的燃料，在汽车、船舶、工业锅炉、采暖供热等领域的应用逐步推开，产生了较好的经济和环境效益。2019年3月19日工信部、国家发改委等部门联合发布了《关于在部分地区开展甲醇汽车应用的指导意见》，要求强化甲醇汽车产业合理布局，保持我国甲醇汽车及相关产业在产品、技术及专用装备领域的国际领先地位，加快甲醇汽车制造体系的建设。
目前甲醇发动机由于甲醇雾化效果差、以及燃烧过程中会生成少量甲酸，对目前汽油发动机、柴油发动机用的活塞裙部石墨层会产生腐蚀破坏，导致活塞缸孔拉缸、动力下降的故障。
基于现有技术存在的缺点，急需研究一种甲醇发动机用活塞、涂层制备设备及涂层制备方法，来解决上述问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的提供了一种甲醇发动机用活塞、涂层制备设备及涂层制备方法，本发明通过使用聚酰胺酰亚胺作为裙部侧壁上涂覆涂层的粘合剂，能够避免裙部受到甲醇甲酸的腐蚀而造成活塞的失效；而且通过使用石墨、氮化硼和特种纳米陶瓷颗粒作为填料，这改变涂层填料成分，大大提高活塞的耐磨性能，提高了活塞的使用寿命，在一定程度上节约了成本。
本发明公开了一种甲醇发动机用活塞，包括头部和裙部；
所述头部用于密封气缸内的气体，所述头部的一端与所述裙部连接；
所述裙部用于在气缸内做往复运动并承受气缸壁对裙部侧壁的压力；所述裙部侧壁上涂覆有涂层，所述涂层由聚酰胺酰亚胺、石墨、氮化硼和特种纳米陶瓷颗粒制成；其中，聚酰胺酰亚胺作为粘合剂，石墨、氮化硼和特种纳米陶瓷颗粒作为填料。
进一步地，所述涂层中的聚酰胺酰亚胺、石墨、氮化硼和特种纳米陶瓷颗粒的质量比为25：60：9：6。
进一步地，所述涂层由聚酰胺酰亚胺、石墨、氮化硼、氧化铁和特种纳米陶瓷颗粒制成。
进一步地，所述头部和所述裙部的材料均为铝合金。
本发明另一方面保护一种甲醇发动机用活塞的涂层制备设备，所述甲醇发动机用活塞的涂层制备设备用于对如上所述的甲醇发动机用活塞进行涂层制备，所述甲醇发动机用活塞的涂层制备设备包括：
沿着所述甲醇发动机用活塞的涂层制备过程，依次包括第一上料装置、超声波清洗机、第一下料装置、涂层装置、第二上料装置、烘干炉和第二下料装置；
所述涂层装置内放置有聚酰胺酰亚胺、石墨、氮化硼和特种纳米陶瓷颗粒；
所述涂层装置包括涂层印刷室、涂层印刷组件和第一传送件，所述第一传送件用于带动所述甲醇发动机用活塞在所述涂层印刷室移动。
进一步地，所述甲醇发动机用活塞的涂层制备设备还包括第二传送件和第三传送件，所述第二传送件的一端与所述第一上料装置连接，所述第二传送件的另一端与所述第一下料装置连接；所述第三传送件的一端与所述第二上料装置连接，所述第三传送件的另一端与所述第二下料装置连接。
进一步地，所述涂层装置还包括夹持件；
所述夹持件用于夹持所述甲醇发动机用活塞，所述甲醇发动机用活塞能够相对所述夹持件转动；所述夹持件与所述第一传送件连接，所述夹持件能够随着所述第一传送件移动。
本发明另一方面保护一种甲醇发动机用活塞的涂层制备方法，所述甲醇发动机用活塞的制备方法应用在如上所述的甲醇发动机用活塞的涂层制备设备，所述甲醇发动机用活塞的制备方法的步骤包括：
S1：将活塞放置在所述第一上料装置上；
S2：将活塞经过超声波清洗机清洗；
S3：将清洗后的活塞传送至涂层印刷室内，并通过涂层印刷组件将聚酰胺酰亚胺、石墨、氮化硼和特种纳米陶瓷颗粒涂敷在活塞的裙部；其中，所述活塞在涂层印刷室内绕着所述活塞的轴线进行转动；
S4：将所述烘干炉的温度保持在180～220℃，再将涂层印刷后的活塞传送至烘干炉内，进行固化成型；
S5：对固化成型后的活塞进行下料处理。
进一步地，所述方法还包括将清洗后的活塞的表面温度控制在15～45℃，并将所述涂层印刷室内的湿度控制在不大于60％的范围内。
进一步地，所述方法还包括控制涂层印刷后的活塞在所述烘干炉的固化时间不小于30min。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
本发明通过使用聚酰胺酰亚胺作为裙部侧壁上涂覆涂层的粘合剂，能够避免裙部受到甲醇甲酸的腐蚀而造成活塞的失效；而且通过使用石墨、氮化硼和特种纳米陶瓷颗粒作为填料，这改变涂层填料成分，大大提高活塞的耐磨性能，提高了活塞的使用寿命，在一定程度上节约了成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，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的介绍。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，还能够根据这些附图获得其它附图。
图1为本实施例所述甲醇发动机用活塞的结构图；
图2为本实施例所述甲醇发动机用活塞的涂层制备设备的结构图；
图3为本实施例所述甲醇发动机用活塞的涂层制备方法的流程图；
图4为本实施例所述甲醇发动机用活塞的结构图；
图5为本实施例所述甲醇发动机用活塞浸泡甲酸时间与腐蚀程度的折线图；
图6为本实施例所述甲醇发动机用活塞冷热冲击次数与磨损程度的折线图。
其中，图中附图标记对应为：
1-头部；2-裙部；3-第一上料装置；4-第一下料装置；5-超声波清洗机；6-烘干炉；7-涂层装置；8-第二上料装置；9-第二下料装置；71-涂层印刷室；72-涂层印刷组件。
具体实施方式
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做出创造性劳动的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。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
现有技术存在以下缺点：目前市场上的汽油发动机、柴油发动机用的活塞裙部涂层主要由环氧树脂+填料混合组成，涂层印刷至活塞裙部后，在环氧树脂粘结及高温固化后将石墨层成形在活塞裙部，裙部涂层的填料主要是石墨，耐磨性一般，不能满足发动机长里程使用。故使用甲醇作为替代原煤和油气的燃料，但甲醇发动机由于甲醇雾化效果差、以及燃烧过程中会生成少量甲酸，对目前汽油发动机、柴油发动机用的活塞裙部石墨层会产生腐蚀破坏，导致活塞缸孔拉缸、动力下降的故障。
针对现有技术的缺陷，本发明通过使用聚酰胺酰亚胺作为裙部侧壁上涂覆涂层的粘合剂，能够避免裙部受到甲醇甲酸的腐蚀而造成活塞的失效；而且通过使用石墨、氮化硼和特种纳米陶瓷颗粒作为填料，这改变涂层填料成分，大大提高活塞的耐磨性能，提高了活塞的使用寿命，在一定程度上节约了成本。
实施例1
参见附图1～图6，本实施例提供了一种甲醇发动机用活塞，包括头部1和裙部2；
所述头部1用于密封气缸内的气体，所述头部1的一端与所述裙部2连接；
所述裙部2用于在气缸内做往复运动并承受气缸壁对裙部2侧壁的压力；所述裙部2侧壁上涂覆有涂层，所述涂层由聚酰胺酰亚胺、石墨、氮化硼和特种纳米陶瓷颗粒制成；其中，聚酰胺酰亚胺作为粘合剂，石墨、氮化硼和特种纳米陶瓷颗粒作为填料。
需要说明的是：由于甲醇发动机燃烧室过程中会生成少量甲酸，以及未充分燃烧的甲醇会穿过活塞环，接触到活塞的裙部2与缸孔，甲醇甲酸会腐蚀破坏活塞的裙部2石墨层中环氧树脂，环氧树脂在活塞的裙部2石墨层中作为粘指剂，被腐蚀破坏后会导致活塞石墨层脱落失效，造成活塞、缸孔拉伤，轻则动力下降，重则导致甲醇发动机报废。而在本实施例通过使用聚酰胺酰亚胺作为裙部2侧壁上涂覆涂层的粘合剂，能够避免裙部2受到甲醇甲酸的腐蚀而造成活塞的失效；而且通过使用石墨、氮化硼和特种纳米陶瓷颗粒作为填料，这改变涂层填料成分，大大提高活塞的耐磨性能，提高了活塞的使用寿命，在一定程度上节约了成本。
优选地，所述涂层中的聚酰胺酰亚胺、石墨、氮化硼和特种纳米陶瓷颗粒的质量比为25：60：9：6。
在一些可能的实施例中，所述头部1的侧壁上开设有多个活塞环。
在另一些可能的实施例中，所述活塞环的数量为3个，三个所述活塞环间隔设置，且三个所述活塞环从上至下依次为气环、气环和油环。
具体地，所述气环具有密封和隔热的作用，所述油环具有润滑功能，且所述油环的底面上钻有许多径向小孔，使被油环从气缸壁上刮下的机油经过这些小孔流回油底壳。
在一些可能的实施例中，所述涂层由聚酰胺酰亚胺、石墨、氮化硼、氧化铁和特种纳米陶瓷颗粒制成。
优选地，所述头部1和所述裙部2的材料均为铝合金。
在一些可能的实施例中，所述头部1和所述裙部2采用ZL109铝合金材料制造，ZL109铝合金材质的抗拉强度大，而且导热性能好。
在对现有技术的活塞和本实施中的活塞同时浸泡在甲酸中24小时时，现有技术中的活塞在24小时后涂层完全被腐蚀，而本实施中的活塞在甲酸中浸泡24小时后仍未出现腐蚀现象。
在对现有技术的活塞和本实施例中的活塞分别进行3000次冷热冲击，3000次冲击后，现有技术的活塞的受到冲击面完全磨损，而本实施例中的活塞冲击面未被磨损。
本发明另一方面保护一种甲醇发动机用活塞的涂层制备设备，所述甲醇发动机用活塞的涂层制备设备用于对如上所述的甲醇发动机用活塞进行涂层制备，所述甲醇发动机用活塞的涂层制备设备包括：
沿着所述甲醇发动机用活塞的涂层制备过程，依次包括第一上料装置3、超声波清洗机5、第一下料装置4、涂层装置7、第二上料装置8、烘干炉6和第二下料装置9；
所述涂层装置7内放置有聚酰胺酰亚胺、石墨、氮化硼和特种纳米陶瓷颗粒；
所述涂层装置7包括涂层印刷室71、涂层印刷组件72和第一传送件，所述第一传送件用于带动所述甲醇发动机用活塞在所述涂层印刷室71移动。
优选地，所述甲醇发动机用活塞的涂层制备设备还包括第二传送件和第三传送件，所述第二传送件的一端与所述第一上料装置3连接，所述第二传送件的另一端与所述第一下料装置4连接；所述第三传送件的一端与所述第二上料装置8连接，所述第三传送件的另一端与所述第二下料装置9连接。
在一些可能的实施例中，所述第一传送件的一端与所述第一下料装置4连接，所述第一下料装置4上的活塞能够放置在所述第一传送件的一端，经过所述第一传送件的传送，活塞从所述第一传送件的一端传送至所述第一传送件的另一端，所述第二上料装置8能够将活塞从所述第一传送件的另一端取下，并放置在所述烘干炉6内的第三传送件上。
优选地，所述涂层装置7还包括夹持件；
所述夹持件用于夹持所述甲醇发动机用活塞，所述甲醇发动机用活塞能够相对所述夹持件转动；所述夹持件与所述第一传送件连接，所述夹持件能够随着所述第一传送件移动。
在一些可能的实施例中，所述夹持件的一端与头部1的一端连接，所述夹持件的另一端穿过所述裙部2与所述头部1的另一端连接；所述活塞能够相对所述夹持件转动，且所述活塞沿着所述活塞的轴线转动。
本发明另一方面保护一种甲醇发动机用活塞的涂层制备方法，所述甲醇发动机用活塞的制备方法应用在如上所述的甲醇发动机用活塞的涂层制备设备，所述甲醇发动机用活塞的制备方法的步骤包括：
S1：将活塞放置在所述第一上料装置3上；
S2：将活塞经过超声波清洗机5清洗；
S3：将清洗后的活塞传送至涂层印刷室71内，并通过涂层印刷组件72将聚酰胺酰亚胺、石墨、氮化硼和特种纳米陶瓷颗粒涂敷在活塞的裙部(2)；其中，所述活塞在涂层印刷室71内绕着所述活塞的轴线进行转动；
S4：将所述烘干炉6的温度保持在180～220℃，再将涂层印刷后的活塞传送至烘干炉6内，进行固化成型；
S5：对固化成型后的活塞进行下料处理。
优选地，所述方法还包括将清洗后的活塞的表面温度控制在15～45℃，并将所述涂层印刷室71内的湿度控制在不大于60％的范围内。
优选地，所述方法还包括控制涂层印刷后的活塞在所述烘干炉6的固化时间不小于30min。
虽然本发明已经通过优选实施例进行了描述，然而本发明并非局限于这里所描述的实施例，在不脱离本发明范围的情况下还包括所作出的各种改变以及变化。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征能够相互结合。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种甲醇发动机用活塞，其特征在于，包括头部(1)和裙部(2)；
所述头部(1)用于密封气缸内的气体，所述头部(1)的一端与所述裙部(2)连接；
所述裙部(2)用于在气缸内做往复运动并承受气缸壁对裙部(2)侧壁的压力；所述裙部(2)侧壁上涂覆有涂层，所述涂层由聚酰胺酰亚胺、石墨、氮化硼和特种纳米陶瓷颗粒制成；其中，聚酰胺酰亚胺作为粘合剂，石墨、氮化硼和特种纳米陶瓷颗粒作为填料。
2.根据权利要求1所述的一种甲醇发动机用活塞，其特征在于，所述涂层中的聚酰胺酰亚胺、石墨、氮化硼和特种纳米陶瓷颗粒的质量比为25：60：9：6。
3.根据权利要求1所述的一种甲醇发动机用活塞，其特征在于，所述涂层由聚酰胺酰亚胺、石墨、氮化硼、氧化铁和特种纳米陶瓷颗粒制成。
4.根据权利要求1所述的一种甲醇发动机用活塞，其特征在于，所述头部(1)和所述裙部(2)的材料均为铝合金。
5.一种甲醇发动机用活塞的涂层制备设备，其特征在于，所述甲醇发动机用活塞的涂层制备设备用于对如权利要求1-4任意一项所述的甲醇发动机用活塞进行涂层制备，所述甲醇发动机用活塞的涂层制备设备包括：
沿着所述甲醇发动机用活塞的涂层制备过程，依次包括第一上料装置(3)、超声波清洗机(5)、第一下料装置(4)、涂层装置(7)、第二上料装置(8)、烘干炉(6)和第二下料装置(9)；
所述涂层装置(7)内放置有聚酰胺酰亚胺、石墨、氮化硼和特种纳米陶瓷颗粒；
所述涂层装置(7)包括涂层印刷室(71)、涂层印刷组件(72)和第一传送件，所述第一传送件用于带动所述甲醇发动机用活塞在所述涂层印刷室(71)移动。
6.根据权利要求5所述的一种甲醇发动机用活塞的涂层制备设备，其特征在于，所述甲醇发动机用活塞的涂层制备设备还包括第二传送件和第三传送件，所述第二传送件的一端与所述第一上料装置(3)连接，所述第二传送件的另一端与所述第一下料装置(4)连接；所述第三传送件的一端与所述第二上料装置(8)连接，所述第三传送件的另一端与所述第二下料装置(9)连接。
7.根据权利要求6所述的一种甲醇发动机用活塞的涂层制备设备，其特征在于，所述涂层装置(7)还包括夹持件；
所述夹持件用于夹持所述甲醇发动机用活塞，所述甲醇发动机用活塞能够相对所述夹持件转动；所述夹持件与所述第一传送件连接，所述夹持件能够随着所述第一传送件移动。
8.一种甲醇发动机用活塞的涂层制备方法，其特征在于，所述甲醇发动机用活塞的制备方法应用在如权利要求5-7任意一项所述的甲醇发动机用活塞的涂层制备设备，所述甲醇发动机用活塞的制备方法的步骤包括：
S1：将活塞放置在所述第一上料装置(3)上；
S2：将活塞经过超声波清洗机(5)清洗；
S3：将清洗后的活塞传送至涂层印刷室(71)内，并通过涂层印刷组件(72)将聚酰胺酰亚胺、石墨、氮化硼和特种纳米陶瓷颗粒涂敷在活塞的裙部(2)；其中，所述活塞在涂层印刷室(71)内绕着所述活塞的轴线进行转动；
S4：将所述烘干炉(6)的温度保持在180～220℃，再将涂层印刷后的活塞传送至烘干炉(6)内，进行固化成型；
S5：对固化成型后的活塞进行下料处理。
9.根据权利要求8所述的一种甲醇发动机用活塞的涂层制备方法，其特征在于，所述方法还包括将清洗后的活塞的表面温度控制在15～45℃，并将所述涂层印刷室(71)内的湿度控制在不大于60％的范围内。
10.根据权利要求9所述的一种甲醇发动机用活塞的涂层制备方法，其特征在于，所述方法还包括控制涂层印刷后的活塞在所述烘干炉(6)的固化时间不小于30min。
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