CN1209483C - 耐磨滑动部件 - Google Patents

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Abstract

一种耐磨滑动部件(10)，其包括基体金属(M)和通过在该基体金属滑动表面上热喷涂一种混合粉末形成的喷涂层(C)，所述混合粉末含有，以质量计：30-70%钼粉末、10-40%镍-铬合金粉末、5-40%陶瓷粉末以及2-15%固体润滑剂粉末。所述耐磨滑动部件具有优异的耐磨性和抗擦伤性能，因此，可以用于工作在恶劣条件下的大尺寸海洋柴油机中。

Description

耐磨滑动部件
技术领域
本发明涉及一种耐磨滑动部件，例如用于内燃机的活塞环和缸套。
背景技术
最近，强烈要求内燃机具有更高的功率和性能。滑动部件，例如用于内燃机的活塞环和缸套的工作条件日益恶劣，因此，要求每个滑动部件具有更高的耐磨性和抗擦伤性能。
传统上，采用镀铬处理提高滑动部件的耐磨性。但是，镀铬处理不能充分改善滑动部件的抗擦伤性能，因此，这种工艺趋于被喷涂处理取代。例如，JP6-221438提出了一种借助等离子喷涂在活塞环的外周滑动表面上形成喷涂层的技术，其中，该喷涂层包含钼、镍-铬合金以及细小的碳化铬粉末。
由于喷涂层中含有所述陶瓷粉末，因此，上述活塞环的滑动抗力增大。而且，还存在陶瓷粉末攻击配副材料，造成缸套磨损的问题。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题并且提供形成有能够防止滑动抗力增大和攻击配副件的热喷涂层的耐磨滑动部件。
因此，根据本发明，一种滑动部件具有基体金属和形成在基体金属外滑动表面上的喷涂层。涂层通过喷涂一种混合物制备而成，该混合物含有，以质量计：30-70％钼粉末、10-40％镍-铬合金粉末、3-40％陶瓷粉末以及2-15％固体润滑剂粉末。
钼粉末的含量为30-70％(质量)的原因在于：当钼粉末含量低于30％时，涂层的抗擦伤性能下降。而当钼粉末含量超过70％时，涂层难于获得足够的硬度。
镍-铬合金粉末的含量为10-40％(质量)的原因在于：当镍-铬合金粉末含量低于10％时，涂层难于获得足够的坚韧性。而当镍-铬合金粉末含量超过40％时，涂层的抗擦伤性能下降。
陶瓷粉末的含量为3-40％(质量)的原因在于：当陶瓷粉末含量低于3％时，涂层难于获得足够的硬度。而当陶瓷粉末含量超过40％时，涂层太硬，容易攻击配副件。
固体润滑剂粉末的含量为2-15％(质量)的原因在于：当固体润滑剂粉末含量低于2％时，润滑效果过于不足，不能防止涂层的滑动抗力增大和攻击配副件。而当固体润滑剂粉末含量超过15％时，涂层变脆。
本发明的耐磨滑动部件通过在部件的滑动表面上形成喷涂层制备而成，所述喷涂层通过喷涂一种由钼粉末、镍-铬合金粉末、陶瓷粉末以及固体润滑剂粉末构成的混合物获得，导致该部件具有更优的耐磨性和抗擦伤性能，并且，由于涂层中存在固体润滑剂粉末，与前述参考文献中的喷涂滑动部件相比，其对配副材料的攻击性较低。结果，所述部件用作高性能、大尺寸的海洋柴油机中的活塞环等部件很有利。一个特别的优点是该涂层能够延长发动机寿命。
附图说明
图1是根据本发明的活塞环的部分横截面视图；
图2是用于进行各种试验的旋转型平面滑动摩擦试验机的示意图；
图3是抗擦伤抗力的实验结果曲线；以及
图4是在耐磨试验中测得的磨损量图。
具体实施方式
采用图1所示的活塞环说明本发明的实施方式。
参照图1，其示出了根据本发明实施方案的活塞环10的部分横截面图，喷涂层C形成在活塞环10的基体金属M的外圆周表面上。该喷涂层C通过喷涂一种混合物制备而成，该混合物含有，以质量计：30-70％钼粉末、10-40％镍-铬合金粉末、3-40％陶瓷粉末以及2-15％固体润滑剂粉末。
喷涂层C具有更优的耐磨性和抗擦伤性能。同时，由于存在固体润滑剂粉末，涂层滑动抗力的提高及其对配副材料的攻击均受到抑制。
实施例
现在，结合为了与其他滑动部件进行比较而实施的各种试验，进一步描述根据本发明的滑动部件的实施方案。
在用于活塞环的同样的铸铁段(作为基体材料)上形成14种类型的300μm厚的涂层，制备出14种试样，其中，两个试样1和2是对照样或者对应于前述参考文献中所述的其它滑动部件，12个试样3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，13和14是本发明样或者对应于各实施方案。所述涂层通过对各种粉末混合物进行等离子喷涂获得，所述各粉末混合物的组成如表1所示。
表1
试样编号    备注          粉末混合物的组成(％(质量))
                      Mo    Ni-Cr合金    陶瓷       固体润滑剂
   1      对照例      45       20      35(CrC)
   2      对照例      65       30      5(CrC)
   3     本发明例     40       15      30(CrC)        15(CaF2)
   4     本发明例     60       30      5(CrC)         5(CaF2)
   5     本发明例     40       15      30(Cr2O3)   15(CaF2)
   6     本发明例     60       30      5(Cr2O3)    5(CaF2)
   7     本发明例     40       15      30(CrC)        15(MnS)
   8     本发明例     60       30      5(CrC)         5(MnS)
   9     本发明例     40       15      30(Cr2O3)   15(MnS)
   10    本发明例     60       30      5(Cr2O3)    5(MnS)
   11    本发明例     40       15      30(CrC)        15(MoS2)
   12    本发明例     60       30      5(CrC)         5(MoS2)
   13    本发明例     40       15      30(Cr2O3)   15(MoS2)
   14    本发明例     60       30      5(Cr2O3)    5(MoS2)
喷涂膜通过等离子体喷涂形成。等离子喷涂条件如下：
喷枪：Sulzer Metco 9MB等离子喷涂枪(产品名)
电压：60～70V
电流：500A
对每个试样进行抗擦伤性能和耐磨性试验，分述如下：
抗擦伤性能试验
采用如图2所示的旋转型平面滑动摩擦试验机测量每个试样的抗擦伤性能。该摩擦试验机的工作机制如下：试样11与恒定速度旋转的配副件材料12的旋转平表面接触并且以特定面压力P保持压在一起持续特定时间，并且，测定擦伤出现时的面压力作为临界擦伤面压力。面压力的施加方式是：施加2.45MPa的初始面压力并保持30分钟，然后，面压力度为4.9MPa，之后每隔5分钟，表面压力增加0.98MPa。
测量条件如下：
滑动速度：5米/秒
润滑油：SAE30+白煤油(1∶1)
油量：除开始添加油之外，此后不再添加
配副件材料：Tarkalloy(Nippon Piston Ring Co.，Ltd.拥有的一种硼铸铁产品名)
试验结果如图3所示。由图3可以看出：所有本发明试样3-14的临界擦伤面压力为7.8-8.8MPa，而对照试样1和2的临界擦伤面压力为6.9-7.8MPa。因此，本发明的滑动部件与对照部件相当或者更优。
耐磨性能试验
采用如图2所示的上述旋转型平面滑动摩擦试验机测量每个试样及其配副件材料的磨损量。该摩擦试验机的工作机制如下：试样11与恒定速度旋转的配副件材料12的旋转平表面接触并且以特定面压力P保持压在一起持续特定的试验运行时间。润滑油添加至配副件材料12上。
测量条件如下：
滑动速度：6米/秒
面压力：6MPa
润滑油：Spinox S-2(Nippon Oil Co.，Ltd.拥有的一种轴承油产品名)
油温：60±10℃
油量：10-4m3/min
试验运行时间：100小时
配副件材料：Tarkalloy(Nippon Piston Ring Co.，Ltd.拥有的一种硼铸铁产品名)
磨损试验结果如图4所示。由图4可以看出：所有本发明试样3-14的磨损量为12.6-17.1μm，而对照试样1和2的磨损量为17.5-22.3μm。因此，本发明的滑动部件的耐磨性比对照部件更优。所有本发明试样3-14的配副件的磨损量为1.1-2.1μm，而对照试样1和2的配副件的磨损量为2.8-4.3μm。因此，本发明滑动部件的配副件的抗攻击性能远优于对照部件。

Claims (3)

1.一种滑动部件(10)，具有基体金属(M)和形成在所述基体金属外滑动表面上的喷涂层(C)，其特征在于：
所述涂层通过喷涂一种混合物制备而成，该混合物含有，以质量计：30-70％钼粉末、10-40％镍-铬合金粉末、3-40％陶瓷粉末以及2-15％固体润滑剂粉末。
2.根据权利要求1的滑动部件，其中，所述陶瓷粉末包括氧化铬或碳化铬。
3.根据权利要求1和2中之一项的滑动部件，其中，所述固体润滑剂粉末包括选自氟化钙、硫化锰和二硫化钼中之至少一种。
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