CN201103487Y - 一种内燃机活塞 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种内燃机活塞，内燃机活塞的基质为Al－Si合金，活塞头部表面有厚度为10－30μm的氧化膜层活塞裙部表面有厚度为0.01－0.03mm的MoS2涂层。活塞头部表面硬质阳极氧化工艺包括控制电压、氧化电流、氧化溶液温度和浓度、氧化时间；活塞裙部喷涂工艺为：活塞预热、喷涂MoS2、两次烘烤。本实用新型①活塞扭矩提高4Nm、功率提高2Kw以上；②耐久性提高，大修里程延长50％－100％。③机械效率提高2％以上；④尾气排放CO、HC含量明显下降。

Description

一种内燃机活塞

技术领域

本实用新型涉及一种内燃机活塞，具体为具有头部硬质阳极氧化和裙部喷涂M₀S2的活塞。

背景技术

活塞是发动机的核心部件，随着发动机向低油耗、低噪音、低排放目标的发展，对活塞的质量要求越来越高。内燃机活塞要求工作温度高，热冲击大，速度高摩擦频繁，普通活塞难以满足工况恶劣的条件下工作，长期制约发动机综合性能的提高。为此国内外科技人员实施了各种举措：如：“活塞整体阳极化处理”“Ni-SiC复合电镀”“等离子气相沉积陶瓷化处理”、“喷涂聚四氟乙烯处理”等，渴望能够解决以上难点，但结果只是单方面的解决难点，并未从总体上解决上述难点。

活塞在相应的电解液中，在特定的工作条件下，在外加电流的作用下，在阳极上形成氧化膜的过程，称做阳极氧化.活塞合金经氧化反应后生成Al₂O₃氧化膜，该膜硬度很高，维氏显微硬度可达250HV-500HV故称硬质阳极氧化。该氧化膜熔点高达2050℃，导热系数小于0.16w/m²·k，可使活塞头部燃烧室承受瞬时高温，并可起绝热作用。实践证明，用直流电源进行阳极氧化可以得到优质氧化膜。活塞样品放入电解质水溶液中，通电后，表面立即生成很薄的一层高绝缘性能的氧化膜，随着氧化膜的生成，电解液对膜的溶解作用也就开始了。由于膜不均匀，膜薄的地方首先被溶解，形成了孔隙。电解液通过孔隙到达表面，使电化学反应继续进行。因为溶解总是在氧化膜相对薄弱的部位发生，当氧化物绝缘膜被溶解后，在该部位生成新的氧化膜，溶解点转移到其它相对薄弱的区域，氧化膜的生成伴随着氧化膜的溶解，当膜的生成速度大于溶解速度，膜层逐渐增厚，最终形成的氧化膜是均匀的。这种氧化膜是由Al₂O₃组成，可以获得较高的耐磨性、耐腐蚀性、耐热冲击性，提高发动机的寿命和效率。

硬质阳极氧化装置主要有电源及调压控制系统、电解槽、搅拌系统冷却系统四部分组成。电源及调压控制系统提供了硬质阳极氧化所需的高压电，电解槽通常由铅板制成，兼做阴极，内盛硬质阳极氧化电解质水溶液；搅拌系统可以提高溶液中电解质的均匀性；冷却系统可以保证电解液所需的工作温度。目前国内活塞生产企业有部分厂家只是单纯将阳极氧化工艺应用于活塞头部，但大部分的的膜层较薄只有5-12μm。

二硫化钼涂层是一种优质的润滑剂，具有摩擦系数小(0.05左右)减磨性好等优点，活塞裙部喷涂二硫化钼它能改善磨合状况及减小拉缸故障，并可使缸套的耐磨性提高1-2倍，另外二硫化钼涂层的摩擦系数随负荷的提高而逐步降低，并且成膜性好。

如果活塞同时头部表面采用硬质阳极氧化，裙部表面采用喷涂M₀S2技术必将大大提高活塞的综合性能。但截止目前，活塞同时头部表面采用硬质阳极氧化，裙部采用表面喷涂M₀S2的案例尚未报道。

发明内容

本实用新型的目的是将活塞表面硬质阳极氧化技术和活塞表面喷涂M₀S2技术结合，应用于同一个活塞，使活塞的综合性能大大提高。

本实用新型的目的是这样实现的：一种内燃机活塞，其基质为Al-Si合金，其特征在于活塞头部表面有厚度为10-30μm的氧化膜层，活塞裙部表面有厚度为0.01-0.03mm的M₀S2涂层。

活塞头部表面有厚度为15-30μm的氧化膜层。

一种内燃机活塞的表面处理技术，其特征在于它以Al-Si合金活塞为基础，将活塞头部用直流电源阳极氧化，自动控制包括电流、电压、氧化溶液成分配比及氧化溶液温度的氧化工艺条件，生成10-30μm的氧化膜层；在活塞的裙部表面喷涂厚度为0.01-0.03mm的M₀S2涂层。

所述的活塞头部阳极氧化控制的工艺条件为：电压45-55V，氧化电流密度4-6A/dm²，氧化溶液温度-5-0℃，氧化时间30-60分钟；所用的氧化溶液浓度为硫酸：200-225g/L、草酸：20g/L。

所述的活塞裙部喷涂工艺为：加工完毕的活塞先清洗后进行预热，预热温度120-140℃，将环槽、销孔等不需喷涂的部位保护好后置于喷涂机上，用喷枪将MoS2喷涂液喷到活塞裙部上，最后烘烤该喷涂层。

在活塞裙部喷涂前，所述的活塞清洗方法是先擦洗去油、尘等污物，再用四氯乙烯或三氯乙烯的蒸气脱脂清洗。

计算活塞头部表面积，在恒温室中测量活塞头部厚度和裙部型线尺寸、清洗活塞表面，优选各项工艺参数，配制合适的氧化液成份和组分，设定电压至45-55V，电流密度在4-6A/dm²，启动电解液冷却和搅拌系统。此值随氧化膜层厚度，氧化时间的变化而变化，注意控制氧化膜层形成的最佳生成速度，氧化电流密度、氧化液的成分、电压的控制、氧化时间的控制是提高活塞头部膜层厚度和质量的关键。氧化电压控制在45-55V范围内变化，氧化电流密度控制在4-6A/dm²范围内变化，氧化液温度控制在-5-0℃范围内变化.浸泡在氧化液中的零件表面在电压施加下，使其表面初始生成一层膜层，随着氧化膜的生成，电解液对膜的溶解作用也就开始了。由于膜不均匀，膜薄的地方首先被溶解，形成了孔隙。电解液通过孔隙到达表面，使电化学反应继续进行。因为溶解总是在氧化膜相对薄弱的部位发生，当氧化物绝缘膜被溶解后，在该部位生成新的氧化膜。通过优化氧化膜层的生长过程的电流密度与氧化时间的工艺参数，最终获取最佳经济厚度10-30μm耐腐蚀，耐高温冲击氧化膜层。

本实用新型的活塞头部氧化膜层厚度大，耐高温冲击性更好，裙部喷涂MoS₂均匀，耐磨性会大大提高，使活塞整体上综合性能大大提高。制造方法中，活塞头部硬质阳极氧化工艺和裙部喷涂二硫化钼工艺主要优点是工艺容易掌握和实现参数自动控制，易于组织工业化大生产，设备占地面积小，处理能力强，生产效率高，在不降低材质性能及不改变合金工件原几何尺寸、表面粗糙度的条件下，可大幅度提高活塞的耐磨、耐腐蚀、抗高温冲击性能，满足各种恶劣工况条件下的需要。上述方法制造的活塞装机后，①扭矩提高4Nm、功率提高2Kw以上；②耐久性提高，大修里程延长50％-100％。③机械效率提高2％以上；④尾气排放CO、HC含量明显下降。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型制造方法所用设备结构示意图。

图中a.活塞头部区域，b.活塞裙部区域，1.氧化膜层，2.活塞基体，3.MoS₂喷涂层，4.阳极接线柱，5.阴极铅板，6.绝缘槽，7.搅拌系统，8.工装，9.活塞，10.电解液，11.电源，12.控制系统，13.冷冻机。

具体实施方式

如图1所示的一种内燃机活塞，其基质(2)为Al-Si合金，活塞头部(a)表面有厚度为10-30μm的氧化膜层(1)，活塞裙部(b)表面有厚度为0.01-0.03mm的M₀S2喷涂层(3)。

上述活塞的制造方法，以Al-Si合金活塞为基础，将活塞头部用直流电源阳极氧化，自动控制包括电流、电压、氧化溶液成分配比及氧化溶液温度的氧化工艺条件，生成10-30μm的氧化膜层；在活塞的裙部表面喷涂厚度为0.01-0.03mm的M₀S2涂层。所述的活塞头部阳极氧化控制的具体工艺条件为：电压45-55V，氧化电流密度4-6A/dm²，氧化溶液温度-5-0℃，氧化时间50分钟；所用的氧化溶液浓度为硫酸：210g/L、草酸：20g/L。

所述的活塞裙部喷涂工艺为：加工完毕的活塞先清洗后进行预热，预热温度120-140℃，将环槽、销孔等不需喷涂的部位保护好后置于喷涂机上，用喷枪将MoS2喷涂液喷到活塞裙部上，最后烘烤该喷涂层。

所述的活塞裙部喷涂液配方为：每100ML溶剂中含有4g硼酸、10ml氟硅酸铅[Pb[siF6]₂和8g的MoS₂；喷涂时活塞的温度120-140℃；烘烤分两次，一次烘烤温度130-140℃，持续时间25-30分钟，取出擦去表面过剩的粉末，然后进行二次烘烤，二次烘烤在125-135℃下持续30分钟。烘烤温度和时间是决定喷涂膜层质量的关键因素，温度过高，厚度易超过。温度过低，二硫化钼粘结不良，且厚度不均。

在活塞裙部喷涂前，所述的活塞清洗方法是先擦洗去油、尘等污物，再用四氯乙烯或三氯乙烯的蒸气脱脂清洗。

Claims (2)

1.一种内燃机活塞，其基质为Al-Si合金，其特征在于活塞头部表面有厚度为10-30μm的氧化膜层，活塞裙部表面有厚度为0.01-0.03mm的M₀S2涂层。

2.如权利要求1所述的一种内燃机活塞，其特征在于活塞头部表面有厚度为15-30μm的氧化膜层。

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