CN1424436A - 铬基陶瓷复合镀层加工方法及其活塞环 - Google Patents

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刘千喜
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Abstract

本发明是铬基陶瓷复合镀层的加工方法及其活塞环。铬基陶瓷复合镀层的加工方法是活塞环在铬酐、硫酸、三价铬及适量催化剂AFC的槽液中电镀一层硬铬，厚度10－50微米；采用物化手段处理铬层网纹，使其具有一定的密度、深度及宽度；将陶瓷微粒嵌入这些网纹中并固定，微粒粒度范围为0.05－10微米；将已嵌入陶瓷微粒的网纹覆盖、封闭；重复多次，使铬层达到规定的厚度。活塞环成品表面复合层厚度为0.05－0.20微米；由多层单元复合层组成，层状结构；陶瓷微粒在镀层中平均含量达2－10％，分布在铬层的微裂纹及其交叉形成的孔隙中；活塞环直径为12－400毫米。优点：活塞环能够承受较大的热负荷和机械负荷，即使在活塞环与缸壁油膜处于边界状态下，也不会发生“拉缸”；耐磨性能高，能够满足现代发动机高性能要求。

Description

铬基陶瓷复合镀层加工方法及其活塞环
技术领域
本发明涉及的是一种陶瓷微粒含量高达2-10％、且陶瓷分布于铬层原有裂纹及孔隙的新型铬基陶瓷复合镀层的加工方法及其活塞环。属活塞环技术领域。
背景技术
目前内燃机活塞环广泛采用镀硬铬进行表面强化。硬铬镀层厚度一般为0.05-0.20毫米，全部成分为铬及少量吸附的H、O，硬度为750-1100HV0.1，层内分布有由于本身裂纹交错形成的孔隙，具有良好的耐磨性。但在润滑条件差或热负荷、机械负荷很大的场合，镀硬铬活塞环与缸壁摩擦恶化，容易出现熔着磨损，严重时发生“拉缸”或铬层剥落，并不足以满足内燃机高功率、长寿命、低排放的要求。另外，采用复合镀以改善铬层缺陷，人们进行了长期实验，即采用常规复合镀工艺，将陶瓷微粒经过活化处理后加入镀硬铬溶液中，有的还加入特定催化剂，进行电镀，铬结晶沉积时将附着在铬层上的陶瓷微粒包裹共沉积，形成复合层。但由于镀铬时大量析氢，导致复合层中陶瓷微粒含量极低，一般不超过1％；且由于陶瓷微粒夹杂在铬晶粒之间，镀层易产生较大脆性，易造成受力脱落。
发明内容
本发明的目的在于针对上述存在的缺陷，提出一种陶瓷微粒含量高达2-10％且陶瓷微粒分布于铬层原有网纹及孔隙的新型铬基陶瓷复合镀层的加工方法及其活塞环。本发明的技术解决方案：活塞环表面铬基陶瓷复合镀层的工艺步骤依次为：一、取直径12-400毫米的活塞环，在铬酐150-350克/升、硫酸1-4克/升、三价铬2-10克/升及适量催化剂AFC的槽液中，在电流密度40-100安/平方分米条件下先镀一层硬铬，电镀时间5-40分，厚度10-50微米；二、采用物化手段处理铬层网纹，使它密度为40-200条/毫米、深度为2-20微米及宽度为0.1-5微米；三、将陶瓷微粒嵌入这些网纹中并固定。这些陶瓷材料为：氮化硅或碳化硅或三氧化二铝陶瓷微粉以及这些陶瓷微粉两种或两种以上的混合物，微粒粒度范围为0.05-10微米；四、在铬酐150-350克/升、硫酸1-4克/升、三价铬2-10克/升及适量催化剂AFC的槽液中，在电流密度40-100安/平方分米条件下镀一层硬铬，电镀时间为2-5分，将已嵌入陶瓷微粒的网纹覆盖、封闭；五、重复工艺步骤1-4进行循环，使铬层厚度为0.05-0.40毫米。
采用此发明的铬基陶瓷复合镀层进行表面强化的活塞环，在完成上述的铬基复合陶瓷镀层加工后，再进行相应机械加工等处理后，形成成品，成品铬基陶瓷复合镀层厚度为0.05-0.20毫米；它由2-15层单元复合层组成，具有典型的层状结构；陶瓷微粒含量平均达2-10WT％，且陶瓷微粒分布在铬层的微裂纹及其交叉形成的孔隙中，陶瓷微粒平均粒度范围0.05-10微米；活塞环直径为12-400毫米。
本发明的优点：铬基陶瓷复合镀层由数层单元复合镀层组成，具有典型的层状结构；每单元复合镀层结构，从表面看：其铬层基体具有一定密度、深度及宽度、相互交叉的网纹，陶瓷微粒镶嵌在这些网纹中；从断面看：由于上述网纹交叉形成断面孔隙，陶瓷微粒分布在这些孔隙中。陶瓷微粒含量高，且不会产生异常脆性。因此，本专利的新型铬基陶瓷复合镀层活塞环能够承受较大的热负荷和机械负荷，即使在活塞环与缸壁油膜处于边界状态下，也不会发生“拉缸”；同时由于嵌入了高硬度的陶瓷微粒，耐磨性能也得到极大提高，能够满足现代发动机高性能要求。
具体实施方式
实施例1：
取直径12毫米活塞环，在1000升镀铬液中，其中铬酐150克/升，硫酸1克/升，三价铬2克/升，适量催化剂AFC，电流密度100A/平方分米，电镀时间5分钟，先镀一层10微米硬铬；物化法加工铬层网纹，密度40条/毫米、宽度0.1微米、深度2微米；将氮化硅陶瓷微粒嵌入网纹中固定，陶瓷微粒粒度为0.05-2微米；在1000升镀铬液中(其中铬酐150克/升，硫酸1克/升，三价铬2克/升，适量催化剂AFC)，电流密度100A/平方分米，电镀时间5分钟，进行封闭；再从头开始重复两次，铬基陶瓷复合镀层厚度为50微米。活塞环经加工成成品后，铬基陶瓷复合镀层厚度为50微米，由两个单元复合层组成，陶瓷微粒含量外圆2.5％，断面3.4％。
实施例2：
取直径100毫米活塞环，在1000升镀铬液中，其中铬酐250克/升，硫酸2..5克/升，三价铬3克/升，适量催化剂AFC，电流密度70A/平方分米，电镀时间15分钟，先镀～层25微米硬铬；物化法加工铬层网纹，密度120条/毫米、宽度2.5微米、深度11微米；将碳化硅陶瓷微粒嵌入网纹中固定，陶瓷微粒粒度为1-5微米；在1000升镀铬液中(其中铬酐250克/升，硫酸2..5克/升，三价铬3克/升，适量催化剂AFC)，电流密度70A/平方分米，电镀时间3分钟，进行封闭；再从头开始重复25次，铬基陶瓷复合镀层厚度为400微米。活塞环经加工成成品后，铬基陶瓷复合镀层厚度为200微米，由15个单元复合层组成，陶瓷微粒含量外圆6.3％，断面6.7％。
实施例3：
取直径400毫米活塞环，在1000升镀铬液中，其中铬酐350克/升，硫酸4克/升，三价铬4克/升，适量催化剂AFC，电流密度40A/平方分米，电镀时间40分钟，先镀一层50微米硬铬；物化法加工铬层网纹，密度200条/毫米、宽度5微米、深度20微米；将氮化硅和碳化硅的混合陶瓷微粒嵌入网纹中固定，陶瓷微粒粒度为1-10微米；在1000升镀铬液中(其中铬酐350克/升，硫酸4克/升，三价铬4克/升，适量催化剂AFC)，电流密度100A/平方分米，电镀时间2分钟，进行封闭；再从头开始重复8次，铬基陶瓷复合镀层厚度为200微米。活塞环经加工成成品后，铬基陶瓷复合镀层厚度为130微米，由五个单元复合层组成，陶瓷微粒含量外圆9.7％，断面8.7％。

Claims (2)

1、活塞环表面新型铬基陶瓷复合镀层的加工方法。其特征是：该加工工艺是一个重复的加工过程，其工艺步骤依次为：一、取直径12-400毫米的活塞环，在铬酐150-350克/升、硫酸1-4克/升、三价铬2-10克/升及适量催化剂AFC的槽液中，在电流密度40-100安/平方分米条件下先镀一层硬铬，电镀时间5-40分钟，厚度10-50微米；二、采用物化手段处理铬层网纹，使它密度为40-200条/毫米、深度为2-20微米及宽度为0.1-5微米；三、将陶瓷微粒嵌入这些网纹中并固定。这些陶瓷材料为：氮化硅或碳化硅或三氧化二铝陶瓷微粉以及这些陶瓷微粉两种或两种以上的混合物，微粒粒度范围为0.05-10微米；四、在铬酐150-350克/升、硫酸1-4克/升、三价铬2-10克/升及适量催化剂AFC的槽液中，在电流密度40-100安/平方分米条件下镀一层硬铬，电镀时间为2-5分钟，将已嵌入陶瓷微粒的网纹覆盖、封闭；五、重复工艺步骤1-4进行循环，使铬层厚度为0.05-0.40毫米。
2、新型铬基陶瓷复合镀层活塞环。其特征是其表面铬基陶瓷复合镀层厚度为0.05-0.20毫米；它由2-15层单元复合层组成，具有层状结构；陶瓷微粒在镀层中含量平均高达2-10％，且陶瓷微粒分布在铬层的微裂纹及其交叉形成的孔隙中，陶瓷微粒平均粒度为0.05-10微米；活塞环直径为12-400毫米。
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