CN113718165A - 一种耐磨涂层气缸套及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种耐磨涂层气缸套及其制备工艺，属于气缸套技术领域，包括气缸套本体和喷涂在其表面的耐磨涂层，所述气缸套本体包括如下重量百分比原料制成：2.8‑3.5％C，1.5‑2.5％Si，0.5‑1.3％Mn，0.1‑0.3％Mo，0.1‑0.5％P，0.01‑0.15％S，0.4‑0.6％Ni，余量为Fe；该耐磨浆料为碳化钨钴粉末基底的复合涂料，碳化钨钴粉末具有摩擦系数小，耐腐蚀等优点，能够赋予浆料优异的耐磨性能，赋予制备成的耐磨涂层优异的耐摩擦润滑性能，提高了耐磨涂层气缸套的使用寿命，便于使用。

Description

一种耐磨涂层气缸套及其制备工艺
技术领域
本发明属于气缸套技术领域，具体地，涉及一种耐磨涂层气缸套及其制备工艺。
背景技术
目前，市场上铸铁气缸套常见的材料有：中磷铸铁、硼铸铁、高磷铸铁、钼镍铜贝氏体铸铁等等。其中大部分为珠光体基体，也有贝氏体基体的，其中硼铸铁有良好的耐磨性，贝氏体基体的缸套有较高的强度但是材料成本较高。
目前用于发动机气缸套和活塞环是在高温、高压、交变载荷和腐蚀的情况下工作的一对摩擦副。长期在复杂多变的情况下工作，其结果是造成气缸套磨损变形，影响了发动机的动力性、经济性和使用寿命。
而且目前采用等离子喷涂的方式是将粉状物料送入喷枪进行喷涂，但是使用时往往会对喷头造成堵塞，而且在喷涂在机体表面的涂层不均匀。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种耐磨涂层气缸套及其制备工艺。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种耐磨涂层气缸套，包括气缸套本体和喷涂在其表面的耐磨涂层，所述气缸套本体包括如下重量百分比原料制成：2.8-3.5％C，1.5-2.5％Si，0.5-1.3％Mn，0.1-0.3％Mo，0.1-0.5％P，0.01-0.15％S，0.4-0.6％Ni，余量为Fe；
该气缸套本体包括如下步骤制成：
步骤S1、按配方量称取各组分，混合均匀后制得混合料，升温至1500-1580℃，在此温度下将混合料熔炼，制得熔融料，之后浇铸，制成铸坯；
步骤S2、对制成的铸坯进行热处理，冷却，制得气缸套本体。
进一步地：所述耐磨涂层由耐磨浆料喷涂在气缸套本体表面形成，所述耐磨浆料包括如下重量份原料：15-25份碳化钨钴粉末，10-15份稀土氧化物颗粒，50-100份去离子水和100-200份二羟基丙醇。
进一步地：步骤S1中浇铸为离心浇铸，离心转速为1000-1200r/min。
进一步地：步骤S2中热处理的步骤为：先将制成的铸坯在500-550℃下保温2h，之后在400-450℃下保温2h。
进一步地：所述喷涂方式为等离子体喷涂。
进一步地：所述稀土氧化物颗粒的粒度为1.5-5μm，碳化钨钴粉末的力度为30-50μm。
一种耐磨涂层气缸套的制备工艺，包括如下步骤：
第一步、制备气缸套本体；
第二步、制备耐磨浆料：将去离子水加入二羟基丙醇中，混合均匀，之后依次加入碳化钨钴粉末和稀土氧化物颗粒，匀速搅拌，制得耐磨浆料；
第三步、将耐磨浆料和氩气通过导管送入等离子喷涂枪的喷嘴尖端，导管的内径为2-5mm，送浆量为30-50g/min，转动气缸套本体，对气缸套本体表面进行喷涂，控制缸套本体的转动速度为30-50r/min，等离子喷涂枪的移动速度为200-300mm/min，往复2-10次，制得耐磨涂层气缸套。
进一步地，所述耐磨涂层的厚度为300-400μm。
本发明的有益效果：
本发明耐磨涂层气缸套包括气缸套本体和喷涂在其表面的耐磨涂层，气缸套本体在制备过程中，降低了碳、硅元素的含量，而且增加了钼元素和镍元素，使其贝氏体基体能够提高气缸套本体的耐磨性，使其自身具有优异的耐磨性能，此外，本发明还制备出了一种耐磨浆料，所以本发明将化钨钴粉末和稀土氧化物分散在介质中，制成浆料，喷涂时分散介质在等离子体火焰中蒸发，将碳化钨钴粉末和稀土氧化物颗粒均匀的喷涂在气缸套本体表面，进一步增强气缸套的耐磨性能。
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。
实施例1
所述耐磨涂层由耐磨浆料喷涂在气缸套本体表面形成，所述耐磨浆料包括如下重量份原料：15份碳化钨钴粉末，10份稀土氧化物颗粒，50份去离子水和100份二羟基丙醇。
该耐磨浆料包括如下步骤制成：
将去离子水加入二羟基丙醇中，混合均匀，之后依次加入碳化钨钴粉末和稀土氧化物颗粒，匀速搅拌，制得耐磨浆料。
实施例2
所述耐磨涂层由耐磨浆料喷涂在气缸套本体表面形成，所述耐磨浆料包括如下重量份原料：20份碳化钨钴粉末，12份稀土氧化物颗粒，80份去离子水和150份二羟基丙醇。
该耐磨浆料包括如下步骤制成：
将去离子水加入二羟基丙醇中，混合均匀，之后依次加入碳化钨钴粉末和稀土氧化物颗粒，匀速搅拌，制得耐磨浆料。
实施例3
所述耐磨涂层由耐磨浆料喷涂在气缸套本体表面形成，所述耐磨浆料包括如下重量份原料：25份碳化钨钴粉末，15份稀土氧化物颗粒，100份去离子水和200份二羟基丙醇。
该耐磨浆料包括如下步骤制成：
将去离子水加入二羟基丙醇中，混合均匀，之后依次加入碳化钨钴粉末和稀土氧化物颗粒，匀速搅拌，制得耐磨浆料。
对比例1
本对比例为市售某公司生产的碳化钨钴粉末。
将实验工件表面用砂布打磨至光亮，然后用丙酮擦洗涂油，碱洗，并进行硅烷表面处理，之后将实施例1-3和对比例1等离子喷涂于处理过的工件表面，置于干燥箱内120℃干燥3-5小时，采用微摩擦磨损试验仪在室温下进行测试，测试结果如下表1所示：
表1
转速 摩擦载荷 摩擦系数 磨损失重
实施例1 400r/min 420kg 0.35 0.0004g
实施例2 400r/min 420kg 0.33 0.00038g
实施例3 400r/min 420kg 0.35 0.0004g
对比例1 400r/min 420kg 0.34 0.00039g
从上表1中能够看出本发明制备出的耐磨涂料具有优异的耐摩擦润滑性能。
实施例4
一种耐磨涂层气缸套的制备工艺，包括如下步骤：
第一步、制备气缸套本体，所述气缸套本体包括如下重量百分比原料制成：2.8％C，1.5％Si，0.5％Mn，0.1Mo，0.1％P，0.01％S，0.4％Ni，余量为Fe；
该气缸套本体包括如下步骤制成：
步骤S1、按配方量称取各组分，混合均匀后制得混合料，升温至1500-1580℃，在此温度下将混合料熔炼，制得熔融料，之后浇铸，制成铸坯；
步骤S2、对制成的铸坯进行热处理，冷却，制得气缸套本体。
步骤S1中浇铸为离心浇铸，离心浇铸的离心转速为1000r/min。
步骤S2中热处理的步骤为：先将制成的铸坯在500℃下保温2h，之后在400℃下保温2h。
第二步、制备耐磨浆料：将去离子水加入二羟基丙醇中，混合均匀，之后依次加入碳化钨钴粉末和氧化钇颗粒，匀速搅拌，制得耐磨浆料；
第三步、将耐磨浆料和氩气通过导管送入等离子喷涂枪的喷嘴尖端，导管的内径为2mm，送浆量为30g/min，转动气缸套本体，对气缸套本体表面进行喷涂，控制缸套本体的转动速度为30r/min，等离子喷涂枪的移动速度为200mm/min，往复2次，制得耐磨涂层气缸套。
实施例5
一种耐磨涂层气缸套的制备工艺，包括如下步骤：
第一步、制备气缸套本体，所述气缸套本体包括如下重量百分比原料制成：23.0％C，2.0％Si，1.0％Mn，0.2Mo，0.3％P，0.1％S，0.5％Ni，余量为Fe；
该气缸套本体包括如下步骤制成：
步骤S1、按配方量称取各组分，混合均匀后制得混合料，升温至1500-1580℃，在此温度下将混合料熔炼，制得熔融料，之后浇铸，制成铸坯；
步骤S2、对制成的铸坯进行热处理，冷却，制得气缸套本体。
步骤S1中浇铸为离心浇铸，离心浇铸的离心转速为1200r/min。
步骤S2中热处理的步骤为：先将制成的铸坯在550℃下保温2h，之后在450℃下保温2h。
第二步、制备耐磨浆料：将去离子水加入二羟基丙醇中，混合均匀，之后依次加入碳化钨钴粉末和氧化钇颗粒，匀速搅拌，制得耐磨浆料；
第三步、将耐磨浆料和氩气通过导管送入等离子喷涂枪的喷嘴尖端，导管的内径为3mm，送浆量为40g/min，转动气缸套本体，对气缸套本体表面进行喷涂，控制缸套本体的转动速度为40r/min，等离子喷涂枪的移动速度为250mm/min，往复5次，制得耐磨涂层气缸套。
实施例6
一种耐磨涂层气缸套的制备工艺，包括如下步骤：
第一步、制备气缸套本体，所述气缸套本体包括如下重量百分比原料制成：3.5％C，2.5％Si，1.3％Mn，0.3Mo，0.5％P，0.15％S，0.6％Ni，余量为Fe；
该气缸套本体包括如下步骤制成：
步骤S1、按配方量称取各组分，混合均匀后制得混合料，升温至1500-1580℃，在此温度下将混合料熔炼，制得熔融料，之后浇铸，制成铸坯；
步骤S2、对制成的铸坯进行热处理，冷却，制得气缸套本体。
步骤S1中浇铸为离心浇铸，离心浇铸的离心转速为1200r/min。
步骤S2中热处理的步骤为：先将制成的铸坯在550℃下保温2h，之后在450℃下保温2h。
第二步、制备耐磨浆料：将去离子水加入二羟基丙醇中，混合均匀，之后依次加入碳化钨钴粉末和氧化钇颗粒，匀速搅拌，制得耐磨浆料；
第三步、将耐磨浆料和氩气通过导管送入等离子喷涂枪的喷嘴尖端，导管的内径为5mm，送浆量为50g/min，转动气缸套本体，对气缸套本体表面进行喷涂，控制缸套本体的转动速度为50r/min，等离子喷涂枪的移动速度为300mm/min，往复10次，制得耐磨涂层气缸套。
对比例2
本对比例为市售某公司伸长的气缸套。
对实施例4-6和对比例2制备成标准拉伸试样，在UTM4104电子万能试验机上进行拉伸试验测其抗拉强度，用3000型数显布氏硬度计对其进行硬度检测，结果如下表2所示：
表2
实施例4 实施例5 实施例6 对比例2
抗拉强度MPa 495 496 495 452
硬度HBS 385 383 384 336
从上表2中能够看出本发明制备出的气缸套具有优异的力学性能和硬度。
在说明书的描述中，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。
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种耐磨涂层气缸套，包括气缸套本体和喷涂在其表面的耐磨涂层，其特征在于，所述气缸套本体包括如下重量百分比原料制成：2.8-3.5％C，1.5-2.5％Si，0.5-1.3％Mn，0.1-0.3％Mo，0.1-0.5％P，0.01-0.15％S，0.4-0.6％Ni，余量为Fe；
该气缸套本体包括如下步骤制成：
步骤S1、按配方量称取各组分，混合均匀后制得混合料，升温至1500-1580℃，在此温度下将混合料熔炼，制得熔融料，之后浇铸，制成铸坯；
步骤S2、对制成的铸坯进行热处理，冷却，制得气缸套本体。
2.根据权利要求1所述的一种耐磨涂层气缸套，其特征在于：所述耐磨涂层由耐磨浆料喷涂在气缸套本体表面形成，所述耐磨浆料包括如下重量份原料：15-25份碳化钨钴粉末，10-15份稀土氧化物颗粒，50-100份去离子水和100-200份二羟基丙醇。
3.根据权利要求1所述的一种耐磨涂层气缸套，其特征在于：步骤S1中浇铸为离心浇铸，离心转速为1000-1200r/min。
4.根据权利要求1所述的一种耐磨涂层气缸套，其特征在于：步骤S2中热处理的步骤为：先将制成的铸坯在500-550℃下保温2h，之后在400-450℃下保温2h。
5.根据权利要求2所述的一种耐磨涂层气缸套，其特征在于：所述喷涂方式为等离子体喷涂。
6.根据权利要求2所述的一种耐磨涂层气缸套，其特征在于：所述稀土氧化物颗粒的粒度为1.5-5μm，碳化钨钴粉末的力度为30-50μm。
7.根据权利要求1所述的一种耐磨涂层气缸套的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：
第一步、制备气缸套本体；
第二步、制备耐磨浆料：将去离子水加入二羟基丙醇中，混合均匀，之后依次加入碳化钨钴粉末和稀土氧化物颗粒，匀速搅拌，制得耐磨浆料；
第三步、将耐磨浆料和氩气通过导管送入等离子喷涂枪的喷嘴尖端，导管的内径为2-5mm，送浆量为30-50g/min，转动气缸套本体，对气缸套本体表面进行喷涂，控制缸套本体的转动速度为30-50r/min，等离子喷涂枪的移动速度为200-300mm/min，往复2-10次，制得耐磨涂层气缸套。
8.根据权利要求7所述的一种耐磨涂层气缸套的制备工艺，其特征在于，所述耐磨涂层的厚度为300-400μm。
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