CN113294261B - 缸盖、涂层制备装置及涂层制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种缸盖、涂层制备装置及涂层制备方法，该缸盖包括铝制的缸盖本体，缸盖本体的火力面具有第一区域和第二区域，缸盖本体内形成有进气通道和排气通道，进气通道的出气口位于第一区域上，排气通道的进气口位于第二区域上，第一区域和第二区域上形成有多孔氧化铝层，多孔氧化铝层朝向燃烧室的表面上形成有隔热涂层。隔热涂层能够阻止燃烧室内的热量流失，与此同时，多孔氧化铝层的热容量较热障涂层的热容量小，则在发动机运行一段时间后，多孔氧化铝层的温度不会过高，进而有利于避免进入燃烧室的空气膨胀，使得更多的空气能够注入燃烧室，从而使得发动机的工作性能不会受影响。

Description

缸盖、涂层制备装置及涂层制备方法

技术领域

本发明涉及发动机设备技术，尤其涉及一种缸盖、涂层制备装置及涂层制备方法。

背景技术

目前，大多发动机的缸盖会采用铝合金材料制成，以减轻发动机的重量，从而实现轻量化。其中，柴油发动机的扭矩大、爆压高，缸盖的热负荷较高，而铝合金材料的导热系数高，导致应用在柴油发动机上的铝合金缸盖受热容易变形。为了解决这一问题，柴油发动机的缸盖上还设有冷却液通道，通过往冷却液通道注入冷却水来使缸盖冷却，以避免缸盖受热变形。但是，冷却水会带走大量的热量，导致发动机的燃烧室内的热量大量散失，影响发动机的效率。

相关技术中，对缸盖的火力面进行隔热处理，以阻止燃烧室内的热量散发，这里，缸盖的火力面是指缸盖朝向燃烧室的侧面。具体的，在缸盖的火力面上涂覆热障涂层，热障涂层能够起到隔热的作用。

然而，采用上述缸盖，柴油发动机的工作性能不佳。

发明内容

本发明实施例提供一种缸盖、涂层制备装置及涂层制备方法，以解决柴油发动机的工作性能不佳的技术问题。

一方面，本发明实施例提供一种缸盖，包括：铝制的缸盖本体，所述缸盖本体朝向所述发动机的燃烧室的火力面具有第一区域和第二区域，所述缸盖本体内形成有进气通道和排气通道，所述进气通道的出气口位于所述第一区域上，所述排气通道的进气口位于所述第二区域上；所述火力面的第一区域和第二区域上形成有多孔氧化铝层，所述多孔氧化铝层朝向所述燃烧室的表面上形成有隔热涂层，且所述隔热涂层的第一部分的厚度小于所述隔热涂层的第二部分的厚度，所述隔热涂层的第一部分在所述火力面的投影位于所述第一区域内，所述隔热涂层的第二部分在所述火力面的投影位于所述第二区域内。

如上所述的缸盖，其中，所述隔热涂层的导热系数小于热障涂层的导热系数。

如上所述的缸盖，其中，所述隔热涂层的材料包括二氧化锆。

如上所述的缸盖，其中，所述多孔氧化铝层在所述第一区域的厚度小于所述多孔氧化铝层在所述第二区域的厚度。

另一方面，本发明实施例提供一种涂层制备装置，包括：电源、辅助电极、第一储液容器、第二储液容器和输送循环泵，所述辅助电极包括安装盘和环形围壁，所述环形围壁凸出设置在所述安装盘的第一表面上并与所述安装盘共同限定出连通腔；所述辅助电极用于与缸盖本体连接，所述安装盘的第一表面与所述缸盖本体的火力面相对，所述环形围壁围绕在所述火力面的第一区域和第二区域外，所述连通腔与所述缸盖本体的进气通道以及排气通道相连通并构成连通通道；并且，所述安装盘的第一表面与所述第一区域之间的距离大于所述安装盘的第一表面与所述第二区域之间的距离；

所述第一储液容器内用于盛放第一电解液，所述第一储液容器与所述连通通道连通并构成第一循环流道；所述第二储液容器用于盛放第二电解液，所述第二储液容器与所述连通通道连通并构成第二循环流道；

所述输送循环泵用于驱动所述第一电解液沿所述第一循环流道流动，以及用于驱动所述第二电解液沿所述第二循环流道流动；所述电源的负极与所述辅助电极电连接，所述电源的正极与所述缸盖本体电连接，以使得所述火力面的第一区域和第二区域上形成多孔氧化铝层，所述多孔氧化铝层朝向燃烧室的表面上形成有隔热涂层。

如上所述的涂层制备装置，其中，所述缸盖本体的火力面具有第三区域，所述缸盖本体与所述辅助电极连接时，所述第三区域位于所述环形围壁外；

所述涂层制备装置还包括绝缘环，所述绝缘环套设在所述环形围壁外，所述绝缘环的一端与所述第三区域相抵。

如上所述的涂层制备装置，其中，所述绝缘环为橡胶环。

如上所述的涂层制备装置，其中，所述输送循环泵设有一个，并且，所述第一储液容器的出水口与所述连通通道之间设有第一开关，所述第一开关用于控制所述第一循环流道的通断，所述第二储液容器的出水口与所述连通通道之间设有第二开关，所述第二开关用于控制所述第二循环流道的通断；或者，

所述输送循环泵设有两个，两个所述输送循环泵分别驱动所述第一电解液和所述第二电解液流动。

再一方面，本发明实施例提供一种涂层制备方法，包括：

驱动第一电解液沿第一循环流道流动；

提供第一脉冲电流给电源，使得缸盖本体的火力面上形成多孔氧化铝层；

驱动第二电解液沿第二循环流道流动；

提供第二脉冲电流给电源，使得多孔氧化铝层的表面上形成隔热涂层，且所述隔热涂层的第一部分的厚度小于所述隔热涂层的第二部分的厚度，所述隔热涂层的第一部分在所述火力面的投影位于所述火力面的第一区域内，所述隔热涂层的第二部分在所述火力面的投影位于所述火力面的第二区域内。

如上所述的涂层制备方法，其中，提供第一脉冲电流给电源，具体包括：

将所述第一脉冲电流的电流密度设定在第一预设值并保持第一预设时间；

周期性地逐渐增加第一脉冲电流的电流密度，直至起弧；

将第一脉冲电流的电流密度降至第二预设值并保持第二预设时间。

本发明实施例提供一种缸盖、涂层制备装置及涂层制备方法，其中，缸盖包括铝制的缸盖本体，缸盖本体朝向发动机的燃烧室的火力面具有第一区域和第二区域，缸盖本体内形成有进气通道和排气通道，进气通道的出气口位于第一区域上，排气通道的进气口位于第二区域上，火力面的第一区域和第二区域上形成有多孔氧化铝层，多孔氧化铝层朝向燃烧室的表面上形成有隔热涂层。隔热涂层能够阻止燃烧室内的热量流失，与此同时，多孔氧化铝层的热容量较热障涂层的热容量小，多孔氧化铝层的温度容易降下来，则在发动机运行一段时间后，多孔氧化铝层的温度不会过高，进而有利于避免进入燃烧室的空气膨胀，使得更多的空气能够注入燃烧室，从而使得发动机的工作性能不会受影响。

另外，隔热涂层的第一部分的厚度小于隔热涂层的第二部分的厚度，隔热涂层的第一部分在火力面的投影位于第一区域内，隔热涂层的第二部分在火力面的投影位于第二区域内，使得排气通道的进气口周围的隔热涂层的厚度更厚、隔热性能更好，以在确保第一区域和第二区域所承受的大量热量均不流失的前提下，节省材料。

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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为相关技术中发动机的示意图；

图2为本发明一实施例提供的缸盖的结构示意图；

图3为本发明一实施例提供的缸盖的示意图；

图4为本发明一实施例提供的缸盖与辅助电极的连接示意图一；

图5为本发明一实施例提供的缸盖与辅助电极的连接示意图二；

图6为本发明一实施例提供的涂层制备装置的示意图；

图7为本发明一实施例提供的涂层制备装置中安装盘的示意图；

图8为本发明一实施例提供的缸盖与辅助电极连接的剖面图；

图9为本发明一实施例提供的涂层制备方法的流程示意图。

附图标记说明：

100：发动机；

10：缸体；11：进气通道；12：排气通道；

20：缸盖；21：火力面；22：多孔氧化铝层；23：隔热涂层；

30：活塞；

40：火花塞；

50：进气阀；

60：排气阀；

70：涂层制备装置；71：辅助电极；711：安装盘；712：环形围壁；713：第一储液容器；714：第二储液容器；715：电源；716：输送循环泵；717：第一开关；718：第二开关。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

图1为相关技术中发动机的示意图。发动机100主要包括缸体10、缸盖20、活塞30、进气阀50、排气阀60和火花塞40，缸体10内部具有缸孔，缸盖20覆盖在缸体10的顶端以封堵缸孔，活塞30设置在缸孔内，活塞30沿缸孔的孔壁做往复直线运动。其中，缸盖20上设有安装孔、进气通道和排气通道，火花塞40安装在安装孔内，进气阀50安装在进气通道内，排气阀60安装在排气通道内。

发动机100的工作过程为：

进气行程，活塞30由上向下移动，进气阀50打开、排气阀60关闭，使得外界的空气从进气通道注入到缸孔内，缸孔内还注入有可燃气体，可燃气体与空气混合成可燃混合物；

压缩行程，活塞30由下向上移动，进气阀50关闭、排气阀60关闭，活塞30移动过程中持续压缩缸孔内的可燃混合物；当活塞30移动到最高点时，活塞30的顶面、缸孔的孔壁、缸盖20的火力面、进气阀50的底面和排气阀60的底面共同围合形成燃烧室，可燃混合物被压缩至燃烧室内；

作功行程，进气阀50关闭、排气阀60关闭，火花塞40的点火端产生火花点燃燃烧室内的可燃混合物，可燃混合物燃烧产生大量废气，废气推动活塞30向下移动；

排气行程，进气阀50关闭、排气阀60打开，排气通道与缸孔连通，活塞30再次由下向上移动，压缩废气，使得燃烧室内的废气从排气通道排出。

当缸盖20采用铝合金材料制成时，因为铝合金材料的导热系数高，所以发动机100工作过程中，铝合金缸盖20容易受热变形。为了避免缸盖20发生变形，采用冷却水来冷却缸盖20，但是水冷时燃烧室内的热量会过量流失，导致作功行程时燃烧室内的可燃混合物不易燃烧起来，从而影响发动机100的效率。相关技术中，缸盖20的火力面上涂覆有热障涂层，热障涂层能够起到隔热的作用，以阻止燃烧室内的热量散发。但是，发动机100的工作性能仍然不佳。

通过大量试验，发明人发现发动机100的工作性能不佳的原因在于：热障涂层的密度大、热容量大，发动机100工作过程中，热障涂层会吸收大量的热量而升温，基于热障涂层的热容量较大的特性，热障涂层不易降温。因此，在发动机100工作一段时间后，进气行程时，热障涂层的温度过高，使得进入燃烧室的空气膨胀，导致注入燃烧室的空气量减小，则可燃混合物的量较少，作功行程时所燃烧的可燃混合物的容量小，从而影响发动机100的效率。

其中，热容量是指物体温度每升高1℃过程中所吸收的热量。可见，涂层的热容量越高，升温时会吸收更多的热量；反之，降温时需要释放更多的热量，也即热容量高的涂层升温和降温的速度慢。

另外，发明人还发现热障涂层容易脱落。通过分析发现，热障涂层的热膨胀系数与铝材料的热膨胀系数相差过大，发动机100的进气行程和作功行程的温差较大，使得热障涂层的膨胀量与铝合金缸盖20的膨胀量不同，则热障涂层容易从铝合金缸盖20上脱落下来。

针对上述问题，发明人尝试在基本保持热障涂层的隔热性能的基础上降低热障涂层的热容量。为此，在现有的材料中进行了非常广泛的筛选，却遗憾的发现单一的涂层均无法满足上述要求。

随后，发明人开始尝试使缸盖的火力面上形成氧化铝层和隔热涂层，这种复合涂层不仅具有良好的隔热性能，且热容量更低。最后，发明人发现通过脉冲电流对铝层进行电解时，可以使铝层形成多孔氧化铝层，尤其是当脉冲电流的频率控制在一个合适的范围内时，可以使铝层被氧化还原成具有孔洞的氧化铝层，从而大幅降低涂层的热容量。并且，在氧化铝层的表面上形成有隔热涂层，以确保涂层能够具有良好的隔热性能。由此，得到了一种热容量小、且隔热性能好的缸盖。

实施例一

图2为本发明一实施例提供的缸盖的结构示意图，图3为本发明一实施例提供的缸盖的示意图。参照图2和图3，本发明实施例提供的缸盖20，应用在发动机100上，用于密封发动机100的缸体10，且缸盖20与发动机100的活塞30以及缸体10等能够共同限定出燃烧室。具体的，缸盖20包括铝质的缸盖本体，铝具有重量轻的优点，以使缸盖20和发动机100实现轻量化。示例性地，缸盖本体可以由共晶铝硅合金制成，比如铸造铝合金(AlSi7Mg)。这样设置，缸盖20可以通过铸造的方式制造而成，与通过机加工、冲压等制造方式相比，因为缸盖20的结构通常较为复杂，所以，利用铸造工艺进行制造更适用于缸盖20。

缸盖本体内形成有排气通道和进气通道，进气通道的出气口以及排气通道的进气口均位于缸盖本体的火力面21上，则进气通道的出气口以及排气通道的进气口均与燃烧室连通，以使得进气通道能够用于向缸体10的缸孔内注入空气，排气通道能够排出燃烧室内的废气。缸盖本体的火力面21具有第一区域和第二区域，其中，进气通道的出气口位于第一区域上，排气通道的进气口位于第二区域上。其中，第一区域和第二区域的形状是非限制性的，例如，第一区域和第二区域均可以呈半圆形，此时，第一区域和第二区域可以组合形成为圆形。

火力面21的第一区域和第二区域上形成有多孔氧化铝层22，多孔氧化铝层22的内部具有多个孔洞，多个孔洞可以是层叠状且分散疏松排列的。可以理解，因为多孔氧化铝层22上具有孔洞，结合氧化铝自身导热系数较低的特点，所以多孔氧化铝层22的体积比热较小。其中，体积比热是指单位立方米物质温度升高1K时所需吸收的热量。因此，多孔氧化铝层22的热容量也较小。

具体而言，多孔氧化铝层22可以通过脉冲电流电解的方式形成，也可以通过喷涂的方式形成，本实施例对此不做限制。当采用脉冲电流电解的方式制备多孔氧化铝层22时，多孔氧化铝层22的体积比热可以为500KJ/m³K-800KJ/m³K、导热系数可以为0.3W/mk。本实施例对多孔氧化铝层22的厚度不予限制，例如，多孔氧化铝层22的厚度可以是均匀的，或者，多孔氧化铝层22在火力面21各处的厚度可以不同。

较佳的一种实施例中，多孔氧化铝层22在第一区域的厚度可以小于多孔氧化铝层22在第二区域的厚度。由前文可知，进气通道用于注入空气，排气通道用于排出燃烧后的废气，废气的热量远高于空气的热量，故进气通道的热负荷小于排气通道的热负荷。而多孔氧化铝层22的导热系数比铝制的缸盖20的导热系数低，通过将多孔氧化铝层22在火力面21各区域的厚度设置为与该区域的热负荷相适应，以在节省材料的同时避免缸盖本体受热而快速升温。

示例性地，多孔氧化铝层22在第一区域的厚度可以为80-120μm，多孔氧化铝层22在第二区域的厚度为150-200μm。可见，多孔氧化铝层22的整体厚度不小于80μm，以使得多孔氧化铝层22不容易升温，有利于避免对发动机100的工作性能造成影响。

如图3所示，多孔氧化铝层22朝向燃烧室的表面上还可以形成有隔热涂层23，多孔氧化铝层22与隔热涂层23组合成用于隔热的复合涂层。其中，隔热涂层23可以为相关技术中的热障涂层；和多孔氧化铝层22的形成方式类似的，隔热涂层23可以通过脉冲电流电解的方式形成、也可以通过喷涂的方式形成。

可以理解，与热障涂层相比，复合涂层中多孔氧化铝层22的热容量较热障涂层的热容量小，复合涂层中隔热涂层23能够阻隔热量流失。也即，复合涂层既具有一定的隔热性能，又具有较低的热容量。

通过上述设置，发动机100工作时，复合涂层中隔热涂层23能够阻止燃烧室内的热量流失的前提下，多孔氧化铝层22的温度容易降下来，则在发动机100运行一段时间后，多孔氧化铝层22的温度不会过高，进而有利于避免进入燃烧室的空气膨胀，使得更多的空气能够注入燃烧室，从而使得发动机100的工作性能不会受影响。

值得说明的是，复合涂层中多孔氧化铝层22也包含铝材料，因此，复合涂层的热膨胀系数与铝制的缸盖本体的热膨胀系数相差不大，故发动机100运行时，复合涂层的膨胀量与铝制的缸盖本体的膨胀量接近，则相对于热障涂层，复合涂层不容易从缸盖本体上脱落下来。

本实施例中，隔热涂层23具有第一部分和第二部分，隔热涂层23的第一部分在火力面21上的投影位于第一区域内，隔热涂层23的第二部分在火力面21上的投影位于第二区域内。并且，隔热涂层23的第一部分的厚度小于隔热涂层23的第二部分的厚度。

由于进气通道所注入的空气的热量远小于排气通道所排出的废气的热量，因此，可以理解，第二区域的热负荷高于第一区域的热负荷。通过上述设置，隔热涂层23对应于火力面21各区域的厚度与该区域承受的热负荷相适应，换句话说，排气通道的进气口周围的隔热涂层23的厚度更厚、隔热性能更好，以在确保第一区域和第二区域所承受的大量热量均不流失的前提下，节省材料。

本实施例对隔热涂层23的厚度不做限制，举例来说，隔热涂层23的第一部分的厚度可以为50-70μm，隔热涂层23的第二部分的厚度可以为70-100μm，即隔热涂层23的整体厚度不小于50μm。

进一步地，隔热涂层23的导热系数可以小于热障涂层的导热系数。由此，进一步降低复合涂层的导热系数，进而更有利于减轻复合涂层的温度对燃烧室的空气的影响，使得更多的空气能够注入燃烧室，发动机100的工作性能良好。

较佳的，隔热涂层23的材料可以包括二氧化锆(ZrO₂)。二氧化锆是所有金属氧化物中导热系数最低的氧化物，如此设计，隔热涂层23的隔热性能更显著，且隔热涂层23的导热系数低，有利于避免发动机100工作时复合涂层的温度升至过高，以确保发动机100具有较佳的工作性能。

实施例二

图4为本发明一实施例提供的缸盖与辅助电极的连接示意图一，图5为本发明一实施例提供的缸盖与辅助电极的连接示意图二，图6为本发明一实施例提供的涂层制备装置的示意图。参照图4至图6，本发明实施例提供一种涂层制备装置70，用于在缸盖本体的火力面21上制备涂层。具体的，涂层制备装置70包括电源715、辅助电极71、第一储液容器713、第二储液容器714和输送循环泵716。

辅助电极71包括安装盘711和环形围壁712，环形围壁712凸出设置在安装盘711的第一表面上，环形围壁712与安装盘711共同限定出具有开口的连通腔。辅助电极71与缸盖本体连接，缸盖20的火力面21覆盖在连通腔的开口上，则安装盘711的第一表面与火力面21相对，环形围壁712与火力面21抵接。

其中，安装盘711的形状是非限制性的，例如，安装盘711可以呈方形、长方形等形状，图5所示的示例中，安装盘711呈圆形。安装盘711的边缘可以与环形围壁712连接，此时，安装盘711的外边缘可以与环形围壁712的外侧壁共面；或者，如图5所示，环形围壁712的外侧壁与安装盘711的边缘之间也可以存在间隙。当环形围壁712的外侧壁与安装盘711的边缘之间也可以存在间隙时，若安装盘711呈圆形，则安装盘711的直径大于环形围壁712的外径。

当辅助电极71与缸盖本体连接时，环形围壁712还围绕在第一区域和第二区域外，以使得缸盖本体上的进气通道11以及排气通道12均与连通腔连通，且第一区域和第二区域均位于环形围壁712内。第一储液容器713内用于盛放第一电解液，第一储液容器713与连通通道连通并构成第一循环流道，输送循环泵716用于驱动第一电解液沿第一循环流道流动；并且，电源715的负极与辅助电极71电连接，电源715的正极与缸盖本体电连接。如此，本实施例的涂层制备装置70通过电解的方式来使火力面21的第一区域和第二区域形成多孔氧化铝层22。

其中，第一储液容器713可以为储液罐、也可以为储液池，只要能够储存第一电解液即可。另外，为了使电解过程能够实现，辅助电极71由允许在第一电解液中发生氧化还原反应的材料制成。例如，辅助电极71可以由铜制成、也可以由不锈钢材料制成。

在一些实施例中，可以使用10g/L-25g/L硅酸钠九水、0.5g/L-3g/L氢氧化钠、0.5g/L-3g/L乙二胺四乙酸二钠、1.0g/L-5.0g/三聚磷酸钠、0.5g/L-3g/L钨酸钠和去离子水配成的等离子溶液作为第一电解液。

可以理解，第一储液容器713与连通通道连通存在多种可能的情形：

第一种情形中，第一储液容器713的出水口与进气通道11的进气口连通，排气通道12的出气口与第一储液容器713的进水口连通。此时，第一储液容器713、进气通道11、连通腔和排气通道12依次连通并构成第一循环流道，则涂层制备过程中，第一电解液从进气通道11流入连通通道、从排气通道12流出连通通道。

第二种情形中，第一储液容器713的出水口与排气通道12的排气口连通，进气通道11的进气口与第一储液容器713的进水口连通。此时，第一储液容器713、排气通道12、连通腔和进气通道11依次连通并构成第一循环流道，则涂层制备过程中，第一电解液从排气通道12流入连通通道、从进气通道11流出连通通道。

本实施例提供的涂层制备装置70在制备多孔氧化铝层22的一种示例性的工作原理为：

输送循环泵716驱动第一电解液沿第一循环流道流动，则第一电解液能够流至连通腔内；

给电源715供电，电源715的正极与缸盖本体电连接，电源715的负极与辅助电极71电连接，则缸盖本体可以看作阳极，辅助电极71可以看作阴极；因为连通腔内充斥有第一电解液，第一电解液能够导通阴极和阳极，则缸盖本体和辅助电极71之间能够形成一个完整的放电电路；辅助电极71放电，电流能够通过第一电解液传递至缸盖本体的火力面21上，进而使得火力面21上的铝加热熔融，与此同时，第一电解液中的水(H₂O)被电解生成氢气(H₂)和氧气(O₂)；其中，部分氧气(O₂)与熔融的铝(Al)发生电化学反应生成氧化铝，以使得火力面21上形成氧化铝层。还需要指出的是，电化学反应的过程中部分氢气和/或氧气会流进生成的氧化铝中，使得氧化铝层上形成有多个孔洞，从而使得火力面21的第一区域和第二区域上形成多孔氧化铝层22。

其中，多孔氧化铝层22的体积比热可以为500KJ/m³K-800KJ/m³K、导热系数可以为0.3W/mk。

涂层制备装置70还可以包括第二储液容器714，第二储液容器714用于盛放第二电解液，第二储液容器714与连通通道相连通并共同构成第二循环流道，输送循环泵716用于驱动第二电解液沿第二循环流道流动。如此设计，涂层制备装置70能够对第二电解液电解，以使得多孔氧化铝层22的表面上形成隔热涂层23，隔热涂层23与多孔氧化铝层22共同形成为复合涂层。

和第一储液容器713类似的，第二储液容器714可以为储液罐、也可以为储液池，只要能够储存第一电解液即可。其中，关于第二储液容器714与连通通道的具体连接情形可以参考第一储液容器713与连通通道连通的情形，本实施例在此不再赘述。

合理的设计第二电解液，涂层制备装置70通过对第二电解液进行点解，使得多孔氧化铝层22的表面上形成的隔热涂层23的导热系数不低于热障涂层的导热系数，则隔热涂层23能够起到阻隔热量散失的作用。

通过上述设置，本实施例的涂层制备装置70能够在缸盖本体的火力面21上形成复合涂层，复合涂层中多孔氧化铝层22的热容量较热障涂层的热容量小，复合涂层中隔热涂层23能够阻隔热量流失。也即，复合涂层既具有一定的隔热性能，又具有较低的热容量。发动机100工作时，复合涂层中隔热涂层23能够阻止燃烧室内的热量流失的前提下，多孔氧化铝层22的温度容易降下来，在发动机100运行一段时间后，多孔氧化铝层22的温度不会过高，使得复合涂层的整体温度不会过高，进而有利于避免进入燃烧室的空气膨胀，使得更多的空气能够注入燃烧室，从而使得发动机100的工作性能不会受影响。

图7为本发明一实施例提供的涂层制备装置中安装盘的示意图，图8为本发明一实施例提供的缸盖与辅助电极连接的剖面图。并且，本实施例中，如图7和图8所示，安装盘711的第一表面与第一区域之间的距离还可以大于安装盘711的第一表面与第二区域之间的距离。也就是说，安装盘711的第一表面各处的高度不完全一致。

这样，涂层制备装置70在制备多孔氧化铝层22时，因为安装盘711的第一表面与第二区域之间的距离更小，所以，放电电路导通后，火力面21的第二区域能够接收更多的电流，促使第二区域上更多的铝被熔融，则电化学反应后第二区域能够形成更厚的多孔氧化铝层22。也就是说，该涂层制备装置70不仅能够使火力面21上制备出多孔氧化铝层22，还能够使第一区域的多孔氧化铝层22的厚度小于第二区域的多孔氧化铝层22的厚度，多孔氧化铝层22的导热系数比铝制的缸盖20的导热系数低，如此设计，能够在在节省材料的同时避免缸盖本体受热而快速升温。

示例性地，合理设计安装盘711的第一表面与第一区域之间的距离以及安装盘711的第一表面与第二区域之间的距离，使得多孔氧化铝层22在第一区域的厚度可以为80-120μm、多孔氧化铝层22在第二区域的厚度可以为150-200μm。

同理，由于安装盘711的第一表面与第一区域之间的距离大于安装盘711的第一表面与第二区域之间的距离，因此，多孔氧化铝层22对应第二区域的部分与安装盘711的第一表面之间的距离更小。这样，涂层制备装置70在制备隔热涂层23时，涂层制备装置70需要对第二电解液进行电解，多孔氧化铝层22对应于第一区域的部分所接收的电流小于多孔氧化铝层22对应于第二区域的部分所接收的电流，多孔氧化铝层22对应第二区域的部分能够形成更厚的隔热涂层23。如此，隔热涂层23的第一部分的厚度小于隔热涂层23的第二部分的厚度，其中，隔热涂层23的第一部分在火力面21上的投影位于第一区域内，隔热涂层23的第二部分在火力面21上的投影位于第二区域内，以在隔热涂层23能够阻隔相对应区域的热量的前提下，还能够节省材料。

示例性地，隔热涂层23对应于第一区域的厚度可以为50-70μm，隔热涂层23对应于第二区域的厚度可以为70-100μm。

上述实施例中，辅助电极71与缸盖本体可拆卸的连接在一起，以在缸盖本体上制备完成涂层后，能够将辅助电极71拆卸下来，然后，形成有涂层的缸盖本体应用在柴油发动机100上。例如，辅助电极71与缸盖本体可以通过螺钉进行连接、也可以通过卡接的方式进行连接。以辅助电极71与缸盖本体卡接连接为例，火力面21上可以形成有卡紧槽，环形围壁712背离安装盘711的一端卡入到卡紧槽内，安装方式简单。

进一步地，涂层制备装置70还可以包括绝缘环，绝缘环套设在环形围壁712外，绝缘环的一端与火力面21的第三区域相抵。其中，火力面21的第三区域是指缸盖本体与辅助电极71连接时火力面21上位于环形围壁712外的区域。通过设置绝缘环，一方面，涂层制备装置70工作时，火力面21的第三区域无法接收辅助电极71释放的电流，则第三区域上无法形成涂层，使得涂层仅形成在第一区域和第二区域上，另一方面，套设在环形围壁712外的绝缘环还能够起到密封作用，有利于避免第一电解液和第二电解液从环形围壁712与缸盖本体之间的缝隙流出。

当环形围壁712的外侧壁与安装盘711的边缘之间存在间隙时，绝缘环的另一端还可以与安装盘711的第一表面相抵接，提高了绝缘环的安装稳定性。其中，绝缘环的材质是非限制性的，只要绝缘环能够阻止电流导通即可。示例性地，绝缘环可以为橡胶制成的橡胶环，也可以为塑料制成的塑料环。

在上述实施例的基础上，合理的设计第二电解液的材料，使得形成的隔热涂层23的导热系数小于热障涂层的导热系数。由此，进一步降低复合涂层的导热系数，进而更有利于减轻复合涂层的温度对燃烧室的空气的影响，使得更多的空气能够注入燃烧室，发动机100的工作性能良好。

较佳的，第二电解液可以包括二氧化锆(ZrO₂)，二氧化锆具有导热系数低的特性，以使得形成的隔热涂层23的导热系数低，有利于避免发动机100工作时复合涂层的温度升至过高，从而使得发动机100的工作性能较佳。具体而言，第二电解液的溶质组分及浓度可以为：10g/L-25g/L硅酸钠九水、0.5g/L-3g/L氢氧化钠、0.5g/L-3g/L乙二胺四乙酸二钠、1.0g/L-5.0g/三聚磷酸钠、0.5g/L-3g/L钨酸钠、1.0g/L-3.5g/L三乙醇胺、5.0g/L-12g/L二氧化锆，溶剂为去离子水。

值得说明的是，二氧化锆为粉末状的氧化物，当涂层制备装置70在制备隔热涂层23时，涂层制备装置70需要对含有二氧化锆的第二电解液电解，多孔氧化铝层22的表面上继续形成具有孔洞的氧化铝层，电解过程中粉末状的二氧化锆会进入该氧化铝层的孔洞内并附着在该氧化铝层上，进而形成隔热涂层23。可以理解，隔热涂层23内也具有孔洞，由于二氧化锆会进入到孔洞内，因此，隔热涂层23的孔洞的尺寸比多孔氧化铝层22的孔洞的尺寸小，也即隔热涂层23的孔洞可以看作为微孔。另外，隔热涂层23覆盖在多孔氧化铝层22的表面上，使得多孔氧化铝层22的表面上的部分孔洞被隔热涂层23遮盖。当然，隔热涂层23上的一些孔洞还能够与多孔氧化铝层22的一些孔洞连通，则多孔氧化铝层22上的孔洞并未被全部封堵。如此设置，隔热涂层23能够促使发动机100的高温燃气快速流动，进而减少热量散失。

输送循环泵716输送第一电解液和第二电解液流动包括如下可能的实现方式：

在第一种可能的实现方式中，输送循环泵716可以设有一个。在该示例中，涂层制备装置70还包括第一开关717和第二开关718，第一开关717设置在第一储液容器713的出水口与连通通道之间，第一开关717用于控制第一循环流道的通断，第二开关718设置在第二储液容器714的出水口与连通通道之间，第二开关718用于控制第二循环流道的通断。

容易理解，第一开关717和第二开关718被配置成不能同时打开。涂层制备装置70工作时，可以通过控制第一开关717和第二开关718的开闭来将第一电解液或者第二电解液输送至连通腔内，以在火力面21上制备多孔氧化铝层22或者隔热涂层23。

在第二种可能的实现方式中，输送循环泵716可以设有两个，两个输送循环泵716分别为第一输送循环泵716和第二输送循环泵716，第一输送循环泵716用于控制第一电解液沿第一循环流道流动，第二输送循环泵716用于控制第二电解液沿第二循环流道流动。也就是说，两个输送循环泵716分别驱动第一电解液和第二电解液流动。

在该示例中，当要在缸盖本体上制备多孔氧化铝层22时，第一输送循环泵716运行、第二输送循环泵716停止工作；当要在多孔氧化铝层22上制备隔热涂层23时，第一输送循环泵716停止工作、第二输送循环泵716运行。可见，两个输送循环泵716不能同时运行。

上述两种可能的实现方式中，第一种可能的实现方式中不需要设置两个输送循环泵716，有利于节约成本，并且，第一循环流道和第二循环流道具有共同的部分，以免涂层制备装置70过于复杂。

实施例三

图9为本发明一实施例提供的涂层制备方法的流程示意图。参照图9，本发明实施例提供一种涂层制备方法，该涂层制备方法采用实施例二中的涂层制备装置70来对缸盖20进行涂层制备。也即是说，本实施例提供的涂层制备方法的执行主体为涂层制备装置70。其中，该涂层制备方法包括以下步骤：

S101、驱动第一电解液沿第一循环流道流动。

该步骤的目的在于使得第一电解液能够沿连通通道流动，使得连通腔内能够充斥有第一电解液，以为后续的电解过程提供条件。其中，可以使用10g/L-25g/L硅酸钠九水、0.5g/L-3g/L氢氧化钠、0.5g/L-3g/L乙二胺四乙酸二钠、1.0g/L-5.0g/三聚磷酸钠、0.5g/L-3g/L钨酸钠和去离子水配成的等离子溶液作为第一电解液。

S102、提供第一脉冲电流给电源，使得缸盖本体的火力面上形成多孔氧化铝层。

具体来说，步骤S102中提供第一脉冲电流给电源715可以采用下述步骤1-步骤3来实现。

步骤1、将第一脉冲电流的电流密度设定在第一预设值并保持第一预设时间。

通过为电源715提供脉冲电流，每个脉冲电流流动期间，电流值是恒定的，相邻两个脉冲之间具有时间间隔，在此时间间隔内，施加于阳极(也即缸盖本体)的电流为0。其中，第一脉冲电流的脉冲频率范围可以为1000Hz-1500Hz，则时间间隔短，使得放电电路能够快速放电。

第一预设值是非限制性的，例如，第一预设值可以在8A/dm²至20A/dm²之间。当然，第一预设时间也可以是非限制性的，例如，第一预设时间可以为10min。

步骤2、周期性地逐渐增加第一脉冲电流的电流密度，直至起弧。

该步骤的目的在于提高第一脉冲电流的电流密度，以确保电解反应能够实现。这里，周期性地增加第一脉冲电流的电流密度应当作广义理解，也即，可以理解为每隔1min将第一脉冲电流的电流密度增加5A/dm²，也可以理解为每隔2min将第一脉冲电流的电流密度提升20％。在后一实施例中，举例来说，若步骤1中第一脉冲电流的电流密度为10A/dm²，则执行步骤1之后，经过2min时，第一脉冲电流的电流密度提升至12A/dm²，经过4min时，第一脉冲电流的电流密度提升至14.4A/dm²。

其中，起弧是指第一电解液中的等离子电解氧化反应发生放电现象，形成近似闪电的明亮的呈弧状的亮线，该亮线肉眼可见。起弧后，火力面21上的铝能够被熔融，与此同时，第一电解液被电解，进而使得火力面21上开始形成多孔氧化铝层22。

步骤3、将第一脉冲电流的电流密度降至第二预设值并保持第二预设时间。

和第一预设值类似，第二预设值也不受到限制，例如，第二预设值可以在10A/dm²至15A/dm²之间。可见，在起弧之后，第一脉冲电流的电流密度仍然处于较高的值，以确保具有足够的电流密度来促进多孔氧化铝层22继续生长。示例性地，第二预设时间可以为35min-55min。

总的而言，步骤1、步骤2和步骤3可以分别看作为准备阶段、起弧阶段和制备阶段。准备阶段，电流密度维持在第一预设值；起弧阶段，电流密度持续增大，以促使多孔氧化铝层22生长；制备阶段，电流密度平缓下降，以使涂层制备过程平缓的结束。其中，制备阶段的时长可以远大于准备阶段和起弧阶段维持的时长。这样设计，有利于使缸盖本体上稳定的形成多孔氧化铝层22。

上述两个步骤S101和S102能够使缸盖本体的火力面21上形成有多孔氧化铝层22，具体的，多孔氧化铝层22形成在第一区域和第二区域上。多孔氧化铝层22的内部具有多个孔洞，多个孔洞可以是层叠状且分散疏松排列的，使得多孔氧化铝层22的体积比热较小，则多孔氧化铝层22的热容量也较小。

S103、驱动第二电解液沿第二循环流道流动。

该步骤的目的在于使得第二电解液能够沿连通通道流动，使得连通腔内能够充斥有第二电解液，以为后续的电解过程提供条件。容易理解，在S102和S103之间还可以使输送循环泵716停止往第一循环流道内输送第一电解液。

S104、提供第二脉冲电流给电源，使得多孔氧化铝层的表面上形成隔热涂层，且隔热涂层的第一部分的厚度小于隔热涂层的第二部分的厚度，隔热涂层的第一部分在火力面的投影位于火力面的第一区域内，隔热涂层的第二部分在火力面的投影位于火力面的第二区域内。

其中，第二电解液可以包含有第一氧化物，第一氧化物的导热系数不高于热障涂层的导热系数，这样，电解之后，形成的隔热涂层23包括第一氧化物。因为第一氧化物的导热系数大于或者等于热障涂层的导热系数，所以，隔热涂层23的导热系数不高于热障涂层的导热系数，则隔热涂层23能够阻隔热量流失。

步骤S104中提供第二脉冲电流给电源715的实现方式可以参考步骤S102中提供第一脉冲电流给电源715的实现方式。也即，提供第二脉冲电流给电源715也分为准备阶段、起弧阶段和制备阶段。

准备阶段，将第二脉冲电流的电流密度设定在第三预设值并保持第三预设时间。其中，第二脉冲电流的脉冲频率范围可以为1000Hz-1500Hz，第三预设值可以在14A/dm²至18A/dm²之间，第三预设时间可以在10min至20min。

起弧阶段，周期性地逐渐增加第二脉冲电流的电流密度，直至起弧。这里，周期性地增加第二脉冲电流的电流密度也可以作广义理解，例如，可以理解为每隔1min将第二脉冲电流的电流密度增加5A/dm²，也可以理解为每隔2min将第二脉冲电流的电流密度提升20％。

制备阶段，将第二脉冲电流的电流密度降至第四预设值并保持第四预设时间。其中，第四预设值可以在15A/dm²至20A/dm²之间，第四预设时间可以为40min-60min。

由此，缸盖本体的火力面21上能够形成用于隔热的复合涂层，复合涂层包括覆盖在火力面21上的多孔氧化铝层22和覆盖在多孔氧化铝层22的表面的隔热涂层23。复合涂层既具有一定的隔热性能，又具有较低的热容量。发动机100工作时，复合涂层中隔热涂层23能够阻止燃烧室内的热量流失的前提下，多孔氧化铝层22的温度容易降下来，则在发动机100运行一段时间后，多孔氧化铝层22的温度不会过高，进而有利于避免进入燃烧室的空气膨胀，使得更多的空气能够注入燃烧室，从而使得发动机100的工作性能不会受影响。

而且，第二区域的热负荷高于第一区域的热负荷，本实施例的涂层制备方式所制备的隔热涂层23的第一部分的厚度小于隔热涂层23的第二部分的厚度，使得排气通道12的进气口周围的隔热涂层23的厚度更厚、隔热性能更好，以在确保第一区域和第二区域所承受的大量热量均不流失的前提下，节省材料。具体的，隔热涂层23的第一部分的厚度可以为50-70μm，隔热涂层23的第二部分的厚度可以为70-100μm。

另外，本实施例的涂层制备方式所制备的多孔氧化铝层22，在第一区域的厚度小于多孔氧化铝层22在火力面21的第二区域的厚度，使得多孔氧化铝层22在火力面21各区域的厚度与该区域的热负荷相匹配，以在节省材料的同时有利于避免缸盖本体受热而快速升温。具体的，多孔氧化铝层22在第一区域的厚度可以为80-120μm、多孔氧化铝层22在第二区域的厚度可以为150-200μm。

较佳的，第一氧化物可以为二氧化锆。具体的，可以使用10g/L-25g/L硅酸钠九水、0.5g/L-3g/L氢氧化钠、0.5g/L-3g/L乙二胺四乙酸二钠、1.0g/L-5.0g/三聚磷酸钠、0.5g/L-3g/L钨酸钠、1.0g/L-3.5g/L三乙醇胺、5.0g/L-12g/L二氧化锆和去离子水配成的等离子溶液作为第二电解液。二氧化锆是所有金属氧化物中导热系数最低的氧化物，如此设计，隔热涂层23的隔热性能更显著，且隔热涂层23的导热系数低，有利于避免发动机100工作时复合涂层的温度升至过高，以确保发动机100具有较佳的工作性能。

值得说明的是，二氧化锆为粉末状的氧化物，利用本实施例的涂层制备方法来在缸盖本体的多孔氧化铝层22上制备涂层时，多孔氧化铝层22的表面上继续形成具有孔洞的氧化铝层，电解过程中粉末状的二氧化锆会进入该氧化铝层的孔洞内并附着在该氧化铝层上，进而形成隔热涂层23。可以理解，隔热涂层23内也具有孔洞，由于二氧化锆会进入到孔洞内，因此，隔热涂层23的孔洞的尺寸比多孔氧化铝层22的孔洞的尺寸小，也即隔热涂层23的孔洞可以看作为微孔。另外，隔热涂层23覆盖在多孔氧化铝层22的表面上，使得多孔氧化铝层22的表面上的部分孔洞被隔热涂层23遮盖。当然，隔热涂层23上的一些孔洞还能够与多孔氧化铝层22的一些孔洞连通，则多孔氧化铝层22上的孔洞并未被全部封堵。如此设置，隔热涂层23能够促使发动机100的高温燃气快速流动，进而减少热量散失。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种缸盖，用于发动机，其特征在于，包括：铝制的缸盖本体，所述缸盖本体朝向所述发动机的燃烧室的火力面具有第一区域和第二区域，所述缸盖本体内形成有进气通道和排气通道，所述进气通道的出气口位于所述第一区域上，所述排气通道的进气口位于所述第二区域上；

所述火力面的第一区域和第二区域上形成有多孔氧化铝层，所述多孔氧化铝层朝向所述燃烧室的表面上形成有隔热涂层，且所述隔热涂层的第一部分的厚度小于所述隔热涂层的第二部分的厚度，所述隔热涂层的第一部分在所述火力面的投影位于所述第一区域内，所述隔热涂层的第二部分在所述火力面的投影位于所述第二区域内；

所述多孔氧化铝层在所述第一区域的厚度小于所述多孔氧化铝层在所述第二区域的厚度。

2.根据权利要求1所述的缸盖，其特征在于，所述隔热涂层的导热系数小于热障涂层的导热系数。

3.根据权利要求2所述的缸盖，其特征在于，所述隔热涂层的材料包括二氧化锆。

4.一种涂层制备装置，其特征在于，包括：电源、辅助电极、第一储液容器、第二储液容器和输送循环泵，

所述辅助电极包括安装盘和环形围壁，所述环形围壁凸出设置在所述安装盘的第一表面上并与所述安装盘共同限定出连通腔；所述辅助电极用于与缸盖本体连接，所述安装盘的第一表面与所述缸盖本体的火力面相对，所述环形围壁围绕在所述火力面的第一区域和第二区域外，所述连通腔与所述缸盖本体的进气通道以及排气通道相连通并构成连通通道；并且，所述安装盘的第一表面与所述第一区域之间的距离大于所述安装盘的第一表面与所述第二区域之间的距离；

所述第一储液容器内用于盛放第一电解液，所述第一储液容器与所述连通通道连通并构成第一循环流道；所述第二储液容器用于盛放第二电解液，所述第二储液容器与所述连通通道连通并构成第二循环流道；

所述输送循环泵用于驱动所述第一电解液沿所述第一循环流道流动，以及用于驱动所述第二电解液沿所述第二循环流道流动；所述电源的负极与所述辅助电极电连接，所述电源的正极与所述缸盖本体电连接，以使得所述火力面的第一区域和第二区域上形成多孔氧化铝层，所述多孔氧化铝层朝向燃烧室的表面上形成有隔热涂层。

5.根据权利要求4所述的涂层制备装置，其特征在于，所述缸盖本体的火力面具有第三区域，所述缸盖本体与所述辅助电极连接时，所述第三区域位于所述环形围壁外；

所述涂层制备装置还包括绝缘环，所述绝缘环套设在所述环形围壁外，所述绝缘环的一端与所述第三区域相抵。

6.根据权利要求5所述的涂层制备装置，其特征在于，所述绝缘环为橡胶环。

7.根据权利要求4所述的涂层制备装置，其特征在于，

所述输送循环泵设有一个，并且，所述第一储液容器的出水口与所述连通通道之间设有第一开关，所述第一开关用于控制所述第一循环流道的通断，所述第二储液容器的出水口与所述连通通道之间设有第二开关，所述第二开关用于控制所述第二循环流道的通断；或者，

所述输送循环泵设有两个，两个所述输送循环泵分别驱动所述第一电解液和所述第二电解液流动。

8.一种涂层制备方法，其特征在于，所述制备方法利用权利要求4-7任意一项所述的涂层制备装置实现，包括：

驱动第一电解液沿第一循环流道流动；

提供第一脉冲电流给电源，使得缸盖本体的火力面上形成多孔氧化铝层；

驱动第二电解液沿第二循环流道流动；

提供第二脉冲电流给电源，使得多孔氧化铝层的表面上形成隔热涂层，且所述隔热涂层的第一部分的厚度小于所述隔热涂层的第二部分的厚度，所述隔热涂层的第一部分在所述火力面的投影位于所述火力面的第一区域内，所述隔热涂层的第二部分在所述火力面的投影位于所述火力面的第二区域内。

9.根据权利要求8所述的涂层制备方法，其特征在于，提供第一脉冲电流给电源，具体包括：

将所述第一脉冲电流的电流密度设定在第一预设值并保持第一预设时间；

周期性地逐渐增加第一脉冲电流的电流密度，直至起弧；

将第一脉冲电流的电流密度降至第二预设值并保持第二预设时间。

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