CN113441703A - 一种钢质缸套的制备方法及钢质缸套 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种钢质缸套的制备方法及钢质缸套，制备方法包括：提供钢制材料制成的缸套本体；在所述缸套本体的内壁上形成铝层，制得铝层钢质缸套；将所述铝层钢质缸套的内壁沿着所述铝层钢质缸套的轴向划分为边界润滑区、混合润滑区及动压润滑区，所述混合润滑区位于所述边界润滑区和所述动压润滑区之间；对所述边界润滑区、所述混合润滑区及所述动压润滑区分别进行氧化处理，形成所述钢质缸套。本发明提供的钢质缸套及其制备方法，用于解决现有技术中采用铸铁缸套存在的耐磨性能和隔热性能低的问题。

Description

一种钢质缸套的制备方法及钢质缸套
技术领域
本发明涉及发动机配件技术领域，尤其涉及一种钢质缸套的制备方法及钢质缸套。
背景技术
缸套作为汽车发动机的主要配件之一，缸套的性能直接影响着发动机的动力性、可靠性、排放、噪音等技术要求，内燃机活塞的往复运动的主要结构在缸套内运动，缸套表面经常会受到活塞、活塞环的往复摩擦以及高温燃气的冲击，当缸套磨损严重时在气缸内壁容易产生拉缸、拉毛或咬死等现象，进而导致缸套失效。
随着发动机载荷的增大，铸铁缸套的力学性能要求越来越高。从批量生产和耐磨的角度出发，缸套常采用离心铸造铸铁生产毛坯，然后对毛坯进行加工，在缸套表面形成用于存储润滑油的凹槽，用于满足耐磨的需求。对于缸套的冷却需求，常将缸套的外侧与水接触达到冷却的目的。由于铸铁缸套的材料中碳含量较高，且碳以石墨的形式存在，作为良好导热能力的石墨在冷却水的作用下可以达到冷却的效果，但久而久之缸套内的热量会随着冷却水而散失。
为了提高缸套的力学性能和耐磨能力，常对铸铁缸套加入大量合金，这样造成缸套的铸造难度加大、成本增加、珩磨难度增大，最终导致成品率严重降低，并难以满足发动机对于缸套耐磨性能和隔热性能的要求。
发明内容
本发明提供了一种钢质缸套的制备方法及钢质缸套，用于解决现有技术中采用铸铁缸套存在的耐磨性能和隔热性能低的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种钢质缸套的制备方法，所述制备方法包括：
提供钢制材料制成的缸套本体；
在所述缸套本体的内壁上形成铝层，制得铝层钢质缸套；
将所述铝层钢质缸套的内壁沿着所述铝层钢质缸套的轴向划分为边界润滑区、混合润滑区及动压润滑区，所述混合润滑区位于所述边界润滑区和所述动压润滑区之间；
对所述边界润滑区、所述混合润滑区及所述动压润滑区分别进行氧化处理，形成所述钢质缸套。
在一种可能的实施方式中，所述对所述边界润滑区、所述混合润滑区进行氧化处理，包括：
将第一辅助阴极工装安装在所述铝层钢质缸套的顶端，且所述第一辅助阴极工装的顶端具有顶盖，所述顶盖上设有第一进液口，所述第一辅助阴极工装的底端具有底盖，所述底盖上开设有第一出液口，所述铝层钢质缸套与所述第一辅助阴极工装之间还分别设有第一绝缘件和第二绝缘件，且所述铝层钢质缸套与所述第一辅助阴极工装、所述第一绝缘件、所述第二绝缘件围成第一容纳腔；
启动电解液输送循环泵，并开启第一开关，向所述第一进液口中通入第一电解液，且所述铝层钢质缸套电连接阳极，所述第一辅助阴极工装电连接阴极，所述第一电解液对所述边界润滑区、所述混合润滑区进行等离子电解氧化，以使所述边界润滑区、所述混合润滑区上的所述铝层氧化为第一氧化铝层。
在一种可能的实施方式中，所述对所述动压润滑区分别进行氧化处理，包括：
将第二辅助阴极工装安装在所述铝层钢质缸套的底端，且所述第二辅助阴极工装的顶端具有顶盖，所述顶盖上设有第二进液口，所述第二辅助阴极工装的底端具有底盖，所述底盖上开设有第二出液口，所述铝层钢质缸套与所述第二辅助阴极工装之间还分别设有第一绝缘件和第二绝缘件，且所述铝层钢质缸套与所述第二辅助阴极工装、所述第一绝缘件、所述第二绝缘件围成第二容纳腔；
启动电解液输送循环泵，并开启第二开关，向所述第二进液口中通入第二电解液，且所述铝层钢质缸套电连接阳极，所述第二辅助阴极工装电连接阴极，所述第二电解液对所述动压润滑区进行等离子电解氧化，以使所述动压润滑区上的所述铝层氧化为第二氧化铝层。
在一种可能的实施方式中，所述对所述边界润滑区、所述混合润滑区及所述动压润滑区分别进行氧化处理之前，还包括：
提供第一电解液和所述第二电解液，且所述第一电解液的组成与所述第二电解液的组成不同，以使所述第一电解液对所述边界润滑区、所述混合润滑区的所述铝层氧化后形成耐磨的第一氧化铝层，以及所述第二电解液对所述动压润滑区的所述铝层氧化后形成隔热的所述第二氧化铝层。
在一种可能的实施方式中，所述提供所述第一电解液和所述第二电解液，包括：
以硅酸钠九水、氢氧化钠、乙二胺四乙酸二钠、三聚磷酸钠、钨酸钠、三乙醇胺、石墨组合的混合物作为第一电解溶质，将去离子水作为溶剂，将所述第一电解液溶质与所述去离子水混合形成所述第一电解液，且所述第一电解液中，所述硅酸钠九水、所述氢氧化钠、所述乙二胺四乙酸二钠、所述三聚磷酸钠、所述钨酸钠、所述三乙醇胺、所述石墨的含量分别为：10～25g/L、0.5～3g/L、0.5～3g/L、1～5g/L、0.5～3g/L、1～3.5ml/L、5-50g/L；
以硅酸钠九水、氢氧化钠、乙二胺四乙酸二钠、三聚磷酸钠、钨酸钠组成的混合物作为第二电解溶质，将去离子水作为溶剂，将所述第二电解溶质与所述去离子水混合形成所述第二电解液，且所述第二电解液中，所述硅酸钠九水、所述氢氧化钠、所述乙二胺四乙酸二钠、所述三聚磷酸钠、所述钨酸钠、所述三乙醇胺、所述石墨的含量分别为：10～25g/L、0.5～3g/L、0.5～3g/L、1～5g/L、0.5～3g/L。
在一种可能的实施方式中，所述第一电解液对所述边界润滑区、所述混合润滑区进行等离子电解氧化，包括：
控制恒流脉冲电源输出的电流密度为15～20A/dm2，负正电流比为0.9～1.3，正脉冲占空比为50～65％，脉冲频率范围为800～1800Hz，氧化时间为10～20min，以使所述第一氧化铝层的厚度为50-100微米，孔隙率为1％-5％。
在一种可能的实施方式中，所述第二电解液对所述动压润滑区进行等离子电解氧化，包括：
控制恒流脉冲电源输出的电流密度为14～18A/dm2，负正电流比为0.9～1.3，正脉冲占空比为30～65％，脉冲频率范围为1000～1500Hz，氧化时间为10min；
控制电流密度以每间隔2min以10％的增速递增，直至起弧；
当出现弧光后，逐渐降低电流密度至10～15A/dm2，电解液温度控制在20～25℃，在电压进入平稳后保持放电35～55min，以使氧化形成的所述第二氧化铝层的厚度为80-200微米，孔隙率5％-15％。
在一种可能的实施方式中，所述在所述缸套本体的内壁上形成铝层，制得铝层钢质缸套，包括：
将所述缸套本体的内壁进行喷丸毛化处理；
将所述缸套本体预热至250-350℃，并将缸套本体以200-2000r/min速度周向旋转；
将650-750℃且处于熔融状态的铝液浇铸至旋转的所述缸套本体的内壁上，形成铝层，且所述铝层的厚度控制在0.2-1mm。
在一种可能的实施方式中，所述提供钢制材料制成的缸套本体，包括：
将抗拉强度在600MPa以上的碳素钢、低合金钢或非调质钢制成所述缸套本体。
本发明还提供了一种采用上述所述的钢质缸套的制备方法制得的钢质缸套。
本发明提供一种钢质缸套的制备方法及钢质缸套，制备方法包括：提供钢制材料制成的缸套本体；在所述缸套本体的内壁上形成铝层，制得铝层钢质缸套；将所述铝层钢质缸套的内壁沿着所述铝层钢质缸套的轴向划分为边界润滑区、混合润滑区及动压润滑区，所述混合润滑区位于所述边界润滑区和所述动压润滑区之间；对所述边界润滑区、所述混合润滑区及所述动压润滑区分别进行氧化处理，形成所述钢质缸套。本发明提供的钢质缸套及其制备方法，用于解决现有技术中采用铸铁缸套存在的耐磨性能和隔热性能低的问题。
除了上面所描述的本发明实施例解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的有益效果外，本发明实施例提供的一种钢质缸套的制备方法及钢质缸套解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的有益效果，将在具体实施方式中作出进一步详细的说明。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一提供的钢质缸套的制备方法流程图；
图2为本发明实施例一提供的铝层钢质缸套剖面图；
图3为本发明实施例一提供的铝层钢质缸套与第一辅助阴极工装安装剖面图；
图4为本发明实施例一提供的铝层钢质缸套与第一辅助阴极工装安装立体图；
图5为本发明实施例一提供的铝层钢质缸套与第二辅助阴极工装安装剖面图；
图6为本发明实施例一提供的铝层钢质缸套与第二辅助阴极工装安装立体图。
附图标记说明：
10：铝层钢质缸套；
11：缸套本体；
111：结合层；
12：铝层；
13：边界润滑区；
14：混合润滑区；
15：动压润滑区；
20：第一辅助阴极工装；
21：第一进液口；
22：第一出液口；
23：顶盖；
24：底盖；
30：第一容纳腔体；
40：第二辅助阴极工装；
41：第二进液口；
42：第二出液口；
43：顶盖；
44：底盖；
50：第二容纳腔体；
60：第一绝缘件；
70：第二绝缘件。
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。
随着发动机载荷的增大，对于铸铁缸套的力学性能要求越来越高，内燃机活塞的往复运动的主要结构在缸套内运动，缸套表面经常会受到活塞、活塞环的往复摩擦以及高温燃气的冲击，当缸套磨损严重时在气缸内壁容易产生拉缸、拉毛或咬死等现象，进而导致缸套失效，现有的铸铁缸套存在的缺陷主要在于抗拉强度不高。为了提高铸铁的力学性能和耐磨性能，通常在铸铁缸套中加入大量的合金元素，随着铸铁的力学性能和耐磨性能的提升，导致铸铁缸套的铸造难度加大、工艺出品率降低、成本增加、珩磨难度加大等一系列问题。
经过复杂工艺的处理过程，铸铁缸套的力学性能和耐磨能力均有所提升，但提升能力均受限。此外，现有的铸铁缸套在设计时也并未根据缸套的功能区域进行区分，铸铁缸套整体采用同一种材质，同一种珩磨网纹进行处理，虽然加工上更加方便，但整体功能适应性较差，容易导致缸套上部区域出现严重磨损，中部区域散热过多等现象。
鉴于上述问题，本发明提供一种钢质缸套的制备方法及钢质缸套，制备方法包括：提供钢制材料制成的缸套本体；在缸套本体的内壁上形成铝层，制得铝层钢质缸套；将铝层钢质缸套的内壁沿着铝层钢质缸套的轴向划分为边界润滑区、混合润滑区及动压润滑区，混合润滑区位于边界润滑区和动压润滑区之间；对边界润滑区、混合润滑区及动压润滑区分别进行氧化处理，形成钢质缸套。本发明提供的钢质缸套及其制备方法，用于解决现有技术中采用铸铁缸套存在的耐磨性能和隔热性能低的问题。
下面对本发明实施例提供的一种钢质缸套的制备方法及钢质缸套作进一步阐述。
实施例一
本实施例提供一种钢质缸套的制备方法。图1为本发明实施例一提供的钢质缸套的制备方法流程图，图2为本发明实施例一提供的铝层钢质缸套剖面图，图3为本发明实施例一提供的铝层钢质缸套与第一辅助阴极工装安装剖面图，图4为本发明实施例一提供的铝层钢质缸套与第一辅助阴极工装安装立体图，图5为本发明实施例一提供的铝层钢质缸套与第二辅助阴极工装安装剖面图，图6为本发明实施例一提供的铝层钢质缸套与第二辅助阴极工装安装立体图。
本实施例一提供的一种钢质缸套的制备方法，用于解决铸铁缸套存在的耐磨性能和隔热性能低的问题，参考图1所示，该制备方法具体包括如下步骤：
S101、提供钢制材料制成的缸套本体。
本实施例提供的钢质缸套选择使用钢质材料做缸套本体11，此处为了保证钢质缸套的力学性能，选用将抗拉强度在600MPa以上的碳素钢、低合金钢或非调质钢制成缸套本体11，具体地，低合金钢是指合金元素总量小于5％的合金钢，是在碳钢的基础上，为了改善钢的性能，而有意向钢中加入一种或几种合金元素。非调质钢是指在中碳锰钢的基础上加入钒、钛、铌微合金化元素，使其在加热过程中溶于奥氏体中，因奥氏体中的钒、钛、铌的固溶度随着冷却而减小。
在本实施例中，例如，可以选用非调质钢38MnVS6作为缸套本体11的材料，也可以选用碳素钢45或碳素钢50作为缸套本体11的材料，还可以选用低合金钢40Cr、低合金钢42CrMo作为缸套本体11的材料。在满足抗拉强度在600MPa以上的碳素钢、低合金钢或非调质钢的基础上，选用的材料可以不设限制。
在具体的生产缸套本体11中，可以通过将熔融状态的钢质材料注入到离心设备生产出缸套本体11，当然还可以通过其它方式生产出缸套本体11，具体的生产方式不设限制。
S102、在缸套本体的内壁上形成铝层，制得铝层钢质缸套；
在缸套本体11的内壁上形成铝层12之前，需要对钢质缸套表面进行喷丸毛化处理，增强缸套本体11表面的结合力，使缸套本体11与铝液之间更加贴合，具体地，将缸套本体11的内表面通过喷丸毛化技术处理为粗糙度在Ra3-5范围之间。喷丸毛化技术是利用高速旋转的离心轮设备将不同特性的喷丸材料加速喷向准备毛化的轧辊，当冲击粒子撞击到轧辊辊面时，会使辊面材料发生加工硬化或局部脱落。
然后可以将缸套本体11预热至250-350℃，将缸套本体11在驱动轴承的作用下以200-2000r/min速度周向旋转；将保温至650-750℃且处于熔融状态的铝液浇铸至旋转的缸套本体11的内壁上，在离心力的作用下铝液在缸套内壁均匀分布，形成一层致密的铝层12。
此过程也可以通过其它方式在缸套本体11的内壁上形成铝层12，如人工喷涂，具体操作方式不设限制。通过上述方法在缸套本体11的内壁上形成铝层12之后，可以经过机加工将铝层12厚度处理为0.2-1mm，以使得缸套本体11的内壁上形成一层厚度均匀的铝层12，以此制得铝层钢质缸套10。
参考图2所示，为铝层钢质缸套10的剖面图，从图中可以看出在缸套本体11的内壁上形成铝层12之后，铝液已经逐渐浸入到钢质缸套，钢质缸套内壁的外表面形成了一层铝层12以及铝液与钢质材料的结合层111。
S103、将铝层钢质缸套的内壁沿着铝层钢质缸套的轴向划分为边界润滑区、混合润滑区及动压润滑区，混合润滑区位于边界润滑区和动压润滑区之间。
在本实施例中，可以实测温度计算出缸套的实际粘度，μ＝101/Tc-a，式中μ为粘度，T为实测温度，a和c为常数；
根据缸压、活塞环弹力、活塞环与缸套的接触面积计算出载荷：载荷＝(经验系数×缸压+活塞环弹力)/活塞环与缸套接触面积；
根据实测的活塞的运动速度、载荷、粘度计算出轴承系数：轴承系数＝粘度×速度/载荷。
将不同的轴承系数输入到摩擦试验机中得到摩擦系数，根据轴承系数、摩擦系数绘制斯特贝克曲线，通过斯特贝克曲线的第一拐点区分边界润滑区13与混合润滑区14，通过第二拐点区分混合润滑区14与动压润滑区15。
按照上述方法对铝层钢质缸套10进行分区。由于边界润滑区13及混合润滑区14需要增强铝层钢质缸套10的耐磨性，动压润滑区15则需要减小油膜厚度，因此需根据铝层钢质缸套10的功能进行分区，划分出边界润滑区13、混合润滑区14和动压润滑区15。
在后续操作中可以通过在边界润滑区13、混合润滑区14布置耐磨涂层，使得边界润滑区13和混合润滑区14增强耐磨能力。在动压润滑区15通过布置隔热涂层，使热量散失减小，提高动压润滑区15的本体温度，进而达到减小油膜厚度，减小剪切阻力的目的。
S104、对边界润滑区混合润滑区及动压润滑区分别进行氧化处理，形成钢质缸套。
在对边界润滑区13、混合润滑区14、动压润滑区15分别进行氧化处理之前，还需要配置电解液。由于边界润滑区13、混合润滑区14需要增强铝层钢质缸套10的耐磨性，动压润滑区15域则需要减小油膜厚度，所以需要分别配置第一电解液和第二电解液。
其中，第一电解液的组成与第二电解液的组成不同，以使第一电解液对边界润滑区13、混合润滑区14的铝层12氧化后形成耐磨的第一氧化铝层，以及第二电解液对动压润滑区15的铝层12氧化后形成隔热的第二氧化铝层。
所提供的第一电解液，可以包括：以硅酸钠九水、氢氧化钠、乙二胺四乙酸二钠、三聚磷酸钠、钨酸钠、三乙醇胺、石墨组合的混合物作为第一电解溶质，将去离子水作为溶剂，将第一电解液溶质与去离子水混合形成第一电解液。
此处配置的第一电解液溶质含量分别为以下：硅酸钠九水10～25g/L、氢氧化钠0.5～3g/L、乙二胺四乙酸二钠0.5～3g/L、三聚磷酸钠1～5g/L、钨酸钠0.5～3g/L、三乙醇1～3.5ml/L、石墨(固体润滑剂)5-50g/L。
所提供的第二电解液，可以包括：以硅酸钠九水、氢氧化钠、乙二胺四乙酸二钠、三聚磷酸钠、钨酸钠组成的混合物作为第二电解溶质，将去离子水作为溶剂，将第二电解溶质与去离子水混合形成第二电解液。
此处配置的第二电解液溶质含量分别为以下：硅酸钠九水10～25g/L、氢氧化钠0.5～3g/L、乙二胺四乙酸二钠0.5～3g/L、三聚磷酸钠1～5g/L、钨酸钠0.5～3g/L。
本实施例提供的第一电解液和第二电解液也可以通过其它方法配制，具体的溶质、溶剂及其含量也可以是其他，本实施例对第一电解液和第二电解液的配制方法、溶质、溶剂及其含量均不设限制。
在配制好第一电解液和第二电解液后，需要对铝层钢质缸套10的边界润滑区13、混合润滑区14和动压润滑区15进行分区氧化处理。将铝层钢质缸套10的边界润滑区13、混合润滑区14氧化形成耐磨涂层，铝层钢质缸套10的动压润滑区15氧化形成隔热涂层。本实施例中先对边界润滑区13、混合润滑区14进行氧化处理，当然此处的分区氧化处理不设置先后顺利，也可以先对动压润滑区15进行氧化处理。
参考图3和图4所示，将第一辅助阴极工装20安装在铝层钢质缸套10的顶端，此处所说的铝层钢质缸套10顶端主要对应于边界润滑区13、混合润滑区14。第一辅助阴极工装20的顶端设有顶盖23，顶盖23上设有与第一容纳腔体30连通的第一进液口21。第一进液口21的位置、数量不设限制，可以均匀地分布在第一辅助阴极工装20的顶端，也可以集中在第一辅助阴极工装20顶端的某一区域，第一进液口21用于向第一容纳腔体30中输入第一电解液。
顶盖23与铝层钢质缸套10之间还设有第一绝缘件60，第一绝缘件60用于隔离第一辅助阴极工装20与铝层钢质缸套10之间的接触，第一绝缘件60可以为环形结构，用于支撑在第一辅助阴极工装20与铝层钢质缸套10之间，起到密封和绝缘的作用。
第一辅助阴极工装20的底端具有底盖24，底盖24上开设有与第一容纳腔体30连通的第一出液口22，第一出液口22的位置、数量不设限制，第一出液口22用于第一电解液从第一容纳腔体30中输出。第一辅助阴极工装20与铝层钢质缸套10、第一绝缘件60和第二绝缘件70之间安装形成第一容纳腔体30，用于容纳第一电解液。
在底盖24与铝层钢质缸套10之间还设有第二绝缘件70，第二绝缘件70用于隔离第一辅助阴极工装20与铝层钢质缸套10之间的接触，第二绝缘件70可以为环形结构，用于支撑在第一辅助阴极工装20与铝层钢质缸套10之间，起到密封和绝缘的作用。第一辅助阴极工装20与铝层钢质缸套10、第一绝缘件60和第二绝缘件70之间安装形成第一容纳腔体30，用于容纳第一电解液。
在本实施例中，第一辅助阴极工装20的材质为导电件，可以为金属，例如：铸铁、铸钢等，第一辅助阴极工装20的材质具体不设限制。第一绝缘件60和第二绝缘件70的材质均为绝缘材质，具体的形状和材质不设限制。另外，第一辅助阴极工装20在安装时，与铝层钢质缸套10的距离需保持在5-10mm之间，以保证氧化涂层的均匀生长。
在安装好第一辅助阴极工装20后启动电解液输送循环泵，并开启第一开关接通电源，此处电源需采用恒流脉冲输出，具体设置为以下：电流密度为15～20A/dm2，负正电流比为0.9～1.3，正脉冲占空比为50～65％，脉冲频率范围为800～1800Hz，氧化时间为10～20min。
向第一进液口21中通入第一电解液，且铝层钢质缸套10电连接阳极，第一辅助阴极工装20电连接阴极，第一电解液在电解液输送循环泵的作用下，在第一辅助阴极工装20与缸套内壁组成的第一容纳腔体30中进行密封循环。这样在第一电解液的作用下，对边界润滑区13、混合润滑区14进行等离子电解氧化，将阳极的铝层12熔融氧化，通过阴极的放电作用产生热量，氧化层在电解液中冷却，从而使边界润滑区13、混合润滑区14上的铝层12氧化为第一氧化铝层。
当氧化时间控制为10～20min时，使得第一氧化铝层的厚度为50-100微米，孔隙率为1％-5％，即可关闭第一开关。在边界润滑区13、混合润滑区14的等离子氧化微孔中通过第一电解液填入固体润滑剂石墨，能够在表层发挥类似铸铁材料的石墨的作用，等离子电解氧化过程中，在电源放电、电解液元素掺杂、电解液放电的作用下会产生有孔洞的疏松氧化层，这层疏松氧化层即为绝热层，也称多孔层，形成的第一氧化铝层致密并且空隙中含有固体润滑剂石墨，是铝层钢质缸套10起到耐磨作用的主要来源。
然后，对铝层钢质缸套10的动压润滑区15进行氧化处理，参考图5和图6所示，将第二辅助阴极工装40安装在铝层钢质缸套10的底端，此处所说的铝层钢质缸套10底端主要对应与动压润滑区15。通过第二辅助阴极工装40与铝层钢质缸套10的动压润滑区15的安装围成第二容纳腔体50，用于容纳第二电解液。
第二辅助阴极工装40的顶端设有顶盖43，顶盖43上设有与第二容纳腔体50连通的第二进液口41，第二进液口41的位置、数量不设限制，第二进液口41用于向第二容纳腔体50中输入第二电解液。
顶盖43与铝层钢质缸套10之间还设有第二绝缘件70，第二绝缘件70用于隔离第二辅助阴极工装40与铝层钢质缸套10之间的接触，第二绝缘件70可以为环形结构，用于支撑在第二辅助阴极工装40与铝层钢质缸套10之间，起到密封和绝缘的作用。
第二辅助阴极工装40的底端具有底盖44，底盖44上开设有与第二容纳腔体50连通的第二出液口42，第二出液口42的位置、数量不设限制，第二出液口42用于第二电解液从第二容纳腔体50中输出。
在底盖44与铝层钢质缸套10之间还设有第一绝缘件60，第一绝缘件60用于隔离第二辅助阴极工装40与铝层钢质缸套10之间的接触，第一绝缘件60可以为环形结构，用于支撑在第二辅助阴极工装40与铝层钢质缸套10之间，起到密封和绝缘的作用。第二辅助阴极工装40与铝层钢质缸套10、第一绝缘件60和第二绝缘件70之间安装形成第二容纳腔体50，用于容纳第二电解液。
在本实施例中，第二辅助阴极工装40的材质为导电件，可以为金属，例如：铸铁、铸钢等，第二辅助阴极工装40的材质具体不设限制。第一绝缘件60和第二绝缘件70的材质均为绝缘材质，具体的形状和材质不设限制。另外，第二辅助阴极工装40在安装时，与铝层钢质缸套10的距离需保持在5-10mm之间，以保证氧化涂层的均匀生长。
在安装好第二辅助阴极工装40后启动电解液输送循环泵，并开启第二开关接通电源，此处电源需采用恒流脉冲输出，具体设置为以下：电流密度为14～18A/dm2，负正电流比为0.9～1.3，正脉冲占空比为30～65％，脉冲频率范围为1000～1500Hz，氧化时间为10min，采用低电流8～12A/dm2的低电流持续。
向第二进液口41中通入第二电解液，且铝层钢质缸套10电连接阳极，第二辅助阴极工装40电连接阴极，第二电解液在电解液输送循环泵的作用下，在第二辅助阴极工装40与缸套内壁组成的第二容纳腔体50中进行密封循环。这样在第二电解液的作用下，对动压润滑区15进行等离子电解氧化，将阳极的铝层12熔融氧化，通过阴极的放电作用产生热量，氧化层在电解液中冷却，从而使动压润滑区15上的铝层12氧化为第二氧化铝层。
控制电流密度以每间隔2min以10％的增速递增，直至起弧。当出现弧光后，逐渐降低电流密度至10～15A/dm2，电解液温度控制在20～25℃，在电压进入平稳后保持放电35～55min，以使氧化形成的第二氧化铝层的厚度为80-200微米，孔隙率5％-15％，即可关闭第二开关。
在动压润滑区15形成的等离子电解氧化多孔层，区别于阳极氧化工艺，多孔层孔分布散乱且不贯通，体积比热容可低至500-800KJ/mK，导热系数可低至0.3W/mk，隔热效果更好，性能显著优于阳极氧化。
等离子电解氧化过程中，在电源放电、电解液元素掺杂、电解液放电的作用下会产生有孔洞的疏松氧化层，这层疏松氧化层即为绝热层。第二电解液在第二辅助阴极工装40的配合作用下，在铝层钢质缸套10的动压润滑区15形成具有隔热作用的第二氧化铝层。
通过提供组成不同的第一电解液和第二电解液，以使第一电解液对边界润滑区13及混合润滑区14的铝层12氧化后形成耐磨的第一氧化铝层，以及第二电解液对动压润滑区15的铝层12氧化后形成隔热的第二氧化铝层。这样制成的钢质缸套具有隔热耐磨的作用，可以减少钢质缸套热量的散失、力学性能好、导热系数低。
本发明提供一种钢质缸套的制备方法，制备方法包括：提供钢制材料制成的缸套本体11；在缸套本体11的内壁上形成铝层12，制得铝层钢质缸套10；将铝层钢质缸套10的内壁沿着铝层钢质缸套10的轴向划分为边界润滑区13、混合润滑区14及动压润滑区15，混合润滑区14位于边界润滑区13和动压润滑区15之间；对边界润滑区13、混合润滑区14及动压润滑区15分别进行氧化处理，形成钢质缸套。本发明提供的钢质缸套的制备方法，用于解决现有技术中采用铸铁缸套存在的耐磨性能和隔热性能低的问题。
实施例二
本实施例提供一种钢质缸套，为采用实施例一钢质缸套的制备方法制得的钢质缸套。钢质缸套可以通过以下制备方法制得：提供钢制材料制成的缸套本体11；在缸套本体11的内壁上形成铝层12，制得铝层钢质缸套10；将铝层钢质缸套10的内壁沿着铝层钢质缸套10的轴向划分为边界润滑区13、混合润滑区14和动压润滑区15，混合润滑区14位于边界润滑区13和动压润滑区15之间；对边界润滑区13、混合润滑区14、动压润滑区15分别进行氧化处理，形成钢质缸套。
通过提供组成不同的第一电解液和第二电解液，以使第一电解液对边界润滑区13、混合润滑区14的铝层12氧化后形成耐磨的第一氧化铝层，以及第二电解液对动压润滑区15的铝层12氧化后形成隔热的第二氧化铝层。这样制成的钢质缸套具有隔热耐磨的作用，可以减少钢质缸套热量的散失、力学性能好、导热系数低。本发明提供的钢质缸套，用于解决现有技术中采用铸铁缸套存在的耐磨性能和隔热性能低的问题。
在本发明的描述中，需要理解的是，所使用的术语“包括”、“包含”、“还包括”等等被理解为包括所陈述的部件或组成部分，而未排除其它部件或其它组成部分。在本发明的描述中，需要理解的是，所使用的术语“中心”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“顶端”、“底端”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”“轴向”、“周向”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的位置或原件必须具有特定的方位、以特定的构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成为一体；可以是机械连接，也可以是电连接或者可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以使两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
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 (10)

1.一种钢质缸套的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
提供钢制材料制成的缸套本体；
在所述缸套本体的内壁上形成铝层，制得铝层钢质缸套；
将所述铝层钢质缸套的内壁沿着所述铝层钢质缸套的轴向划分为边界润滑区、混合润滑区及动压润滑区，所述混合润滑区位于所述边界润滑区和所述动压润滑区之间；
对所述边界润滑区、所述混合润滑区及所述动压润滑区分别进行氧化处理，形成所述钢质缸套。
2.根据权利要求1所述的钢质缸套的制备方法，其特征在于，所述对所述边界润滑区、所述混合润滑区进行氧化处理，包括：
将第一辅助阴极工装安装在所述铝层钢质缸套的顶端，且所述第一辅助阴极工装的顶端具有顶盖，所述顶盖上设有第一进液口，所述第一辅助阴极工装的底端具有底盖，所述底盖上开设有第一出液口，所述铝层钢质缸套与所述第一辅助阴极工装之间还分别设有第一绝缘件和第二绝缘件，且所述铝层钢质缸套与所述第一辅助阴极工装、所述第一绝缘件、所述第二绝缘件围成第一容纳腔；
启动电解液输送循环泵，并开启第一开关，向所述第一进液口中通入第一电解液，且所述铝层钢质缸套电连接阳极，所述第一辅助阴极工装电连接阴极，所述第一电解液对所述边界润滑区、所述混合润滑区进行等离子电解氧化，以使所述边界润滑区、所述混合润滑区上的所述铝层氧化为第一氧化铝层。
3.根据权利要求2所述的钢质缸套的制备方法，其特征在于，所述对所述动压润滑区分别进行氧化处理，包括：
将第二辅助阴极工装安装在所述铝层钢质缸套的底端，且所述第二辅助阴极工装的顶端具有顶盖，所述顶盖上设有第二进液口，所述第二辅助阴极工装的底端具有底盖，所述底盖上开设有第二出液口，所述铝层钢质缸套与所述第二辅助阴极工装之间还分别设有第一绝缘件和第二绝缘件，且所述铝层钢质缸套与所述第二辅助阴极工装、所述第一绝缘件、所述第二绝缘件围成第二容纳腔；
启动电解液输送循环泵，并开启第二开关，向所述第二进液口中通入第二电解液，且所述铝层钢质缸套电连接阳极，所述第二辅助阴极工装电连接阴极，所述第二电解液对所述动压润滑区进行等离子电解氧化，以使所述动压润滑区上的所述铝层氧化为第二氧化铝层。
4.根据权利要求3所述的钢质缸套的制备方法，其特征在于，所述对所述边界润滑区、所述混合润滑区及所述动压润滑区分别进行氧化处理之前，还包括：
提供第一电解液和所述第二电解液，且所述第一电解液的组成与所述第二电解液的组成不同，以使所述第一电解液对所述边界润滑区、所述混合润滑区的所述铝层氧化后形成耐磨的第一氧化铝层，以及所述第二电解液对所述动压润滑区的所述铝层氧化后形成隔热的所述第二氧化铝层。
5.根据权利要求4所述的钢质缸套的制备方法，其特征在于，所述提供所述第一电解液和所述第二电解液，包括：
以硅酸钠九水、氢氧化钠、乙二胺四乙酸二钠、三聚磷酸钠、钨酸钠、三乙醇胺、石墨组合的混合物作为第一电解溶质，将去离子水作为溶剂，将所述第一电解液溶质与所述去离子水混合形成所述第一电解液，且所述第一电解液中，所述硅酸钠九水、所述氢氧化钠、所述乙二胺四乙酸二钠、所述三聚磷酸钠、所述钨酸钠、所述三乙醇胺、所述石墨的含量分别为：10～25g/L、0.5～3g/L、0.5～3g/L、1～5g/L、0.5～3g/L、1～3.5ml/L、5-50g/L；
以硅酸钠九水、氢氧化钠、乙二胺四乙酸二钠、三聚磷酸钠、钨酸钠组成的混合物作为第二电解溶质，将去离子水作为溶剂，将所述第二电解溶质与所述去离子水混合形成所述第二电解液，且所述第二电解液中，所述硅酸钠九水、所述氢氧化钠、所述乙二胺四乙酸二钠、所述三聚磷酸钠、所述钨酸钠、所述三乙醇胺、所述石墨的含量分别为：10～25g/L、0.5～3g/L、0.5～3g/L、1～5g/L、0.5～3g/L。
6.根据权利要求2-5任一所述的钢质缸套的制备方法，其特征在于，所述第一电解液对所述边界润滑区、所述混合润滑区进行等离子电解氧化，包括：
控制恒流脉冲电源输出的电流密度为15～20A/dm2，负正电流比为0.9～1.3，正脉冲占空比为50～65％，脉冲频率范围为800～1800Hz，氧化时间为10～20min，以使所述第一氧化铝层的厚度为50-100微米，孔隙率为1％-5％。
7.根据权利要求3-5任一所述的钢质缸套的制备方法，其特征在于，所述第二电解液对所述动压润滑区进行等离子电解氧化，包括：
控制恒流脉冲电源输出的电流密度为14～18A/dm2，负正电流比为0.9～1.3，正脉冲占空比为30～65％，脉冲频率范围为1000～1500Hz，氧化时间为10min；
控制电流密度以每间隔2min以10％的增速递增，直至起弧；
当出现弧光后，逐渐降低电流密度至10～15A/dm2，电解液温度控制在20～25℃，在电压进入平稳后保持放电35～55min，以使氧化形成的所述第二氧化铝层的厚度为80-200微米，孔隙率5％-15％。
8.根据权利要求1-5任一所述的钢质缸套的制备方法，其特征在于，所述在所述缸套本体的内壁上形成铝层，制得铝层钢质缸套，包括：
将所述缸套本体的内壁进行喷丸毛化处理；
将所述缸套本体预热至250-350℃，并将缸套本体以200-2000r/min速度周向旋转；
将650-750℃且处于熔融状态的铝液浇铸至旋转的所述缸套本体的内壁上，形成铝层，且所述铝层的厚度控制在0.2-1mm。
9.根据权利要求1-5任一所述的钢质缸套的制备方法，其特征在于，所述提供钢制材料制成的缸套本体，包括：
将抗拉强度在600MPa以上的碳素钢、低合金钢或非调质钢制成所述缸套本体。
10.一种采用上述权利要求1-9任一所述的钢质缸套的制备方法制得的钢质缸套。
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