專利名稱：汽車發(fā)動(dòng)機(jī)活塞銷的表面處理工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種汽車發(fā)動(dòng)機(jī)活塞銷的表面處理工藝方法，屬等離子表面化學(xué)熱處理工藝技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
當(dāng)前國(guó)內(nèi)外汽車工業(yè)飛速發(fā)展的形勢(shì)對(duì)汽車零部件尤其是發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量要求越來越高，而活塞銷又是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵零件，其加工質(zhì)量的好壞直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量，尤其是高速度、高質(zhì)量、大馬力內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展對(duì)活塞的要求更高。
活塞銷要具有耐高溫、高耐磨和高抗載能力是汽車工業(yè)發(fā)展的要求。目前一般傳統(tǒng)采用的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)活塞銷的熱處理工藝為先在合金鋼活塞銷表面于930℃下滲碳并空氣冷卻，接著于840℃淬火，隨后經(jīng)170～200℃回火3小時(shí)，這種工藝條件下處理過的活塞銷，其外表面硬度較高，能適當(dāng)提高活塞銷本身的耐磨性，然而卻加劇了由鋁合金制成的活塞銷環(huán)座的磨損，從而造成活塞銷與活塞銷環(huán)座的尺寸匹配逐漸變環(huán)不符合要求，導(dǎo)致零件的失效。因此，要找到一種處理工藝方法，在提高活塞銷表面摩擦學(xué)性能的同時(shí)，也能增強(qiáng)對(duì)活塞環(huán)座的保護(hù)。
為了增強(qiáng)材料摩擦學(xué)性能，人們?cè)谔岣卟牧媳砻嬗捕群蜐?rùn)滑性能方面做了大量工作，如電鍍鉻和鎳，等離子噴涂、物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積等表面處理工藝，雖然這些表面處理能在一定程度上提高工件的表面硬度，但因涂層與基體材料之間的彈性模量和膨脹系數(shù)的巨大差異，導(dǎo)致涂層與基體的結(jié)合力較差，容易出現(xiàn)開裂和剝落的現(xiàn)象，降低了沖擊磨損抗力，這就限制了這些涂層技術(shù)的廣泛應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種既可提高活塞銷的耐磨性，又可降低活塞銷環(huán)座耐磨能力的表面處理工藝方法。
本發(fā)明一種汽車發(fā)動(dòng)機(jī)活塞銷的表面處理工藝方法，其特征是具有以下工藝過程和步驟
a.首先將錳鋼材料制的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)活塞銷置于傳統(tǒng)所用的離子氮化爐中進(jìn)行等離子表面滲氮，離子滲氮處理的工藝參數(shù)是溫度為510～520℃，時(shí)間為12～15小時(shí)，滲氮?dú)鈮簽?00～600Pa；b.接著在滲氮后的表面上再進(jìn)行等離子復(fù)合滲硫，采用二硫化碳和氨氣混合氣體，二硫化碳和氨氣的流量比為1∶40～1∶60，復(fù)合滲硫工藝參數(shù)是溫度為510～520℃，時(shí)間為3～4小時(shí)，氣流的氣壓為400～600pa；最終使活塞銷表面形成FeS和FeS2硫化物層及氮化物層。
本發(fā)明表面處理工藝是在等離子滲氮的基礎(chǔ)之上進(jìn)行復(fù)合滲硫，從而在活塞銷上形成次表面硬度較高而表面潤(rùn)滑性能良好的梯度表面層。本發(fā)明方法中，通過等離子滲氮首先形成高硬度的氮化物(ε加γ’相)層，然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行復(fù)合滲硫，形成碳化物層，主要為FeS和FeS2，該硫化物層具有良好的潤(rùn)滑性能；氮化物層與基體以及硫化物層與氮化物層的良好結(jié)合，在活塞銷表面形成理想的硬度梯度材料。
本發(fā)明方法特點(diǎn)是在預(yù)滲氮后等離子滲硫可在提高活塞銷表面摩擦學(xué)性能的同時(shí)，增強(qiáng)了對(duì)活塞銷環(huán)座的保護(hù)；另外本方法中處理溫度較低，保證了活塞銷的變形量極??；本方法中活塞銷表面形成的硫化物層是優(yōu)良的潤(rùn)滑物質(zhì)，可顯著降低材料的表面摩擦系數(shù)，起到良好的減磨作用。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)將本發(fā)明的具體實(shí)施例敘述于后。
實(shí)施例1本實(shí)施例的工藝步驟如下1.首先將16Mn鋼材料制的活塞銷置于傳統(tǒng)所用的離子氮化爐中進(jìn)行等離子表面滲氮。離子滲氮處理的工藝參數(shù)為溫度515℃，滲氮時(shí)間14小時(shí)，滲氮?dú)鈮?00Pa。
2.接著在滲氮后的表面上再進(jìn)行等離子復(fù)合滲硫，采用二硫化碳和氨氣混合氣體，二硫化碳與氨氣的流量比為1∶50；復(fù)合滲硫工藝參數(shù)是溫度為510℃，時(shí)間為3小時(shí)，氣流的氣壓為500pa；最終使活塞銷表面形成氮化物層及FeS和FeS2硫化物層。
活塞銷經(jīng)表面處理后，經(jīng)儀器檢測(cè)，氮化物次表面層的硬度為HV550～650，滲層深度為0.2～0.3mm；而表面硫化物層其硬度為HV50～100，且具有很低的摩擦系數(shù)和良好的潤(rùn)滑性能，它們與基體結(jié)合非常完好。
對(duì)經(jīng)本發(fā)明方法處理后的活塞銷，在室溫條件下進(jìn)行了摩擦學(xué)性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)。在測(cè)試中使用了LY12鋁合金的常用活塞銷環(huán)座材料，以正確地模擬活塞銷的實(shí)際工況。在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，與滲氮硫試樣對(duì)磨的LY12鋁合金材料表面的粗糙度、磨損率、平均摩擦系數(shù)的數(shù)值及波動(dòng)幅度都較傳統(tǒng)表面處理的試樣低，可以效地保護(hù)活塞銷環(huán)座材料。
對(duì)經(jīng)本發(fā)明方法處理后的活塞銷進(jìn)行了粗糙度及變形量的測(cè)試，發(fā)現(xiàn)其粗糙度和形變量均在規(guī)定范圍，證明本發(fā)明方法在活塞銷實(shí)際生產(chǎn)中是切實(shí)可行的。
權(quán)利要求
1.一種汽車發(fā)動(dòng)機(jī)活塞銷的表面處理工藝方法，其特征是具有以下工藝過程和步驟a.首先將錳鋼材料制的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)活塞銷置于傳統(tǒng)所用的離子氮化爐中進(jìn)行等離子表面滲氮，離子滲氮處理的工藝參數(shù)是溫度為510～520℃，時(shí)間為12～15小時(shí)，滲氮的爐壓為400～600Pa；b.接著在滲氮后的表面上再進(jìn)行等離子復(fù)合滲硫，采用二硫化碳和氨氣混合氣體，二硫化碳和氨氣的流量比為1∶40～1∶60，復(fù)合滲硫工藝參數(shù)是溫度為510～520℃，時(shí)間為3～4小時(shí)，氣流的氣壓為400～600Pa；最終使活塞銷表面形成FeS和FeS2硫化物層及氮化物層。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種汽車發(fā)動(dòng)機(jī)活塞銷的表面處理工藝方法，屬等離子表面化學(xué)熱處理工藝技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明方法是以活塞銷16Mn鋼為對(duì)象，在離子氮化爐中進(jìn)行等離子表面滲氮，然后再進(jìn)行等離子表面復(fù)合滲硫；滲氮溫度為510～520℃，時(shí)間為12～15小時(shí)，滲氮?dú)鈮簽?00～600Pa；等離子復(fù)合滲硫采用二硫化碳和氨氣混合氣體，其流量比為1∶40～1∶60，滲硫溫度為510～520℃，時(shí)間為3～4小時(shí)，爐內(nèi)壓力為400～600Pa；最終使活塞銷表面形成氮化物層及FeS和FeS
文檔編號(hào)C23C8/06GK1699618SQ20051002623
公開日2005年11月23日 申請(qǐng)日期2005年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月27日
發(fā)明者吳曉春, 陳銳, 張君 申請(qǐng)人:上海大學(xué)