本發(fā)明涉及一種發(fā)動(dòng)機(jī)活塞復(fù)合減摩涂層。

背景技術(shù)：

隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，能源與環(huán)保問題越來越突出，節(jié)能減排成為汽車工業(yè)發(fā)展和競(jìng)爭(zhēng)的最重要的課題。據(jù)研究，對(duì)于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)來講，其機(jī)械磨損占整個(gè)能量的約17%，而活塞約占機(jī)械磨損的18%，因此，降低活塞機(jī)械磨損對(duì)節(jié)能減排至關(guān)重要。據(jù)研究，降低活塞機(jī)械磨損8%，可以降低燃油消耗約0.6%，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能減排。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為降低活塞的摩擦磨損，降低燃油消耗，提高發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率，本發(fā)明提出一種活塞復(fù)合減摩涂層。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種發(fā)動(dòng)機(jī)活塞復(fù)合減摩涂層，其特征在于：該復(fù)合減摩涂層由底層和面層兩層構(gòu)成，底層為石墨涂層、底層的厚度約10～20微米，面層為二硫化鉬涂層、面層的厚度約5～10微米。

對(duì)上述技術(shù)方案進(jìn)一步地限定，所述底層厚度是面層厚度的2倍。優(yōu)點(diǎn)：在保證面層能承受很大載荷的情況下，有利于底層降低摩擦磨損，從而使底層不受載荷的影響。

有益效果：1.由石墨涂層和二硫化鉬涂層構(gòu)成的復(fù)合減摩涂層具有以下優(yōu)點(diǎn)：復(fù)合減摩涂層的摩擦系數(shù)小，有利于降低摩擦磨損，在發(fā)動(dòng)機(jī)活塞上應(yīng)用可降低活塞與發(fā)動(dòng)機(jī)缸套或缸體之間的摩擦磨損，從而實(shí)現(xiàn)降低發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗，有利于節(jié)能減排，也是發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能減排技術(shù)發(fā)展路線之一；2.底層和面層的數(shù)值范圍是降低摩擦系數(shù)的最優(yōu)值；3.對(duì)復(fù)合減摩涂層的摩擦性能進(jìn)行研究表明，其摩擦系數(shù)相對(duì)于單一的石墨涂層或二硫化鉬涂層在同等條件下可降低10～20%，同時(shí)對(duì)活塞及其配對(duì)的摩擦副發(fā)動(dòng)機(jī)缸套的磨損也相對(duì)有所降低，從而可延長(zhǎng)活塞的使用壽命。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的主視圖。

圖2是圖1的左視圖。

圖3是圖2的剖視圖。

圖4是圖3中A的局部放大圖。

圖5是復(fù)合減摩涂層與現(xiàn)有技術(shù)涂層對(duì)比的數(shù)據(jù)表。

圖6是復(fù)合減摩涂層、石墨涂層及二硫化鉬涂層的磨損量(體積)比較圖。

圖7是復(fù)合減摩涂層與石墨涂層或二硫化鉬涂層的摩擦機(jī)理比較圖。

圖中：1是活塞基體，2是復(fù)合減摩涂層，201是石墨涂層，202是二硫化鉬涂層。

具體實(shí)施方式

一種發(fā)動(dòng)機(jī)活塞復(fù)合減摩涂層，一種發(fā)動(dòng)機(jī)活塞復(fù)合減摩涂層，該復(fù)合減摩涂層由底層和面層兩層構(gòu)成，底層為石墨涂層、底層的厚度約10～20微米，面層為二硫化鉬涂層、面層的厚度約5～10微米。

該復(fù)合減摩涂層用于活塞裙部區(qū)域，也可以用于活塞環(huán)岸區(qū)域。下面例舉復(fù)合減摩涂層在活塞裙部區(qū)域的應(yīng)用：如圖1、圖2、圖3和圖4所示，包括活塞基體1，在活塞基體1的裙部外周面上涂覆有復(fù)合減摩涂層2，復(fù)合減摩涂層2由底層201和面層202組成，底層201為石墨涂層、底層201的厚度約10微米，面層202為二硫化鉬涂層、面層202的厚度約5微米；所述底層厚度是面層厚度的2倍，在保證面層能承受很大載荷的情況下，有利于底層降低摩擦磨損，從而使底層不受載荷的影響。

本發(fā)明的特點(diǎn)是：因復(fù)合減摩涂層的摩擦系數(shù)較小，涂有利于降低摩擦磨損，在發(fā)動(dòng)機(jī)活塞上應(yīng)用可降低活塞與發(fā)動(dòng)機(jī)缸套或缸體之間的摩擦磨損，從而實(shí)現(xiàn)降低發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗，有利于節(jié)能減排，也是發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能減排技術(shù)發(fā)展路線之一。

摩擦系數(shù)說明：在影響表面涂層摩擦特性的眾多因素中，涂層與基體的硬度搭配關(guān)系是比較重要的，涂層一般可分為軟、硬涂層兩種：1）二硫化鉬涂層為軟涂層，軟涂層主要用于要求降低摩擦系數(shù)、減小摩擦力的場(chǎng)合。因?yàn)槟Σ亮山撇牧霞羟袕?qiáng)度與接觸面積之積。軟涂層在與對(duì)摩件發(fā)生摩擦并受到一定的壓應(yīng)力時(shí)，雖然它與對(duì)摩件的接觸面積較之硬涂層要大一些，但其材料剪切強(qiáng)度比硬涂層要小得多，因此使用軟涂層可以起到降低摩擦力的效果。2）石墨涂層為硬涂層，硬涂層則應(yīng)用于摩擦環(huán)境比較惡劣、零件表面須承受很大載荷的工況中。硬涂層由于材料剪切強(qiáng)度很大，即使在其表面上受到一定的摩擦力，涂層表面上的材料也不容易從其表面上剝落下來，因此使用硬涂層可以降低零件表面的磨損。3）從涂層發(fā)展趨勢(shì)來講，新涂層的開發(fā)已朝著軟硬搭配的方向發(fā)展。

摩擦性能測(cè)試條件說明：1）采用德國OPTIMOL油脂公司生產(chǎn)的SRV-IV微動(dòng)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)測(cè)試表面處理的活塞/缸套的摩擦性能?；钊砻嫱扛膊煌繉樱芯繉?duì)比不同涂層的摩擦性能及其摩擦機(jī)理。2）試驗(yàn)機(jī)往復(fù)摩擦運(yùn)動(dòng)的頻率為30 Hz，試驗(yàn)沖程為2 mm。摩擦測(cè)試的起始負(fù)荷為10 N，進(jìn)行5 min磨合后，將載荷增加到20 N并保持恒定，摩擦測(cè)試時(shí)間為30 min。摩擦中使用的潤(rùn)滑油為中石化長(zhǎng)城潤(rùn)滑油公司CF-4 15W/40柴油機(jī)油，每次摩擦測(cè)試前在擦表面滴加0.5 ml潤(rùn)滑油。工作溫度為120℃。配磨材料為BCu缸套材料。

本發(fā)明活塞復(fù)合減摩涂層與現(xiàn)有技術(shù)涂層對(duì)比的數(shù)據(jù)表，摩擦系數(shù)對(duì)比如圖5所示；從機(jī)理上論述活塞復(fù)合減摩涂層的摩擦系數(shù)更小的原因。

復(fù)合減摩涂層、石墨涂層及二硫化鉬涂層的磨損量(體積)比較：有潤(rùn)滑油條件下，如圖6所示。

從摩擦機(jī)理來看：復(fù)合減摩涂層的摩擦機(jī)理為磨粒磨損，單一二硫化鉬涂層的摩擦機(jī)理為磨粒磨損和輕微粘著磨損，單一石墨涂層的摩擦機(jī)理為粘著磨損和磨粒磨損。

復(fù)合減摩涂層與石墨涂層或二硫化鉬涂層的摩擦機(jī)理比較：如圖7所示，1）涂覆在活塞基體上的單一涂層（石墨涂層或二硫化鉬涂層）經(jīng)過短時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)后，單一涂層（石墨涂層或二硫化鉬涂層）仍然與發(fā)動(dòng)機(jī)缸套或缸體產(chǎn)生磨損；2）因二硫化鉬涂層的厚度只有石墨涂層的二分之一，加快了二硫化鉬涂層磨損速度；二硫化鉬涂層經(jīng)過短時(shí)間磨損后，二硫化鉬磨有規(guī)律地分布在石墨涂層上，分散的二硫化鉬與石墨涂層結(jié)合后實(shí)現(xiàn)活塞裙部平滑化，使得活塞與缸孔之間達(dá)到流體潤(rùn)滑的效果，實(shí)現(xiàn)提高活塞的減摩、耐磨性能。

復(fù)合減摩涂層涂覆工藝流程1：活塞噴淋清洗除油——超聲波清洗除油——噴淋清洗除油——水洗——水洗——水洗——熱純水噴淋清洗——烘干——冷卻——活塞裙部絲網(wǎng)印刷底層——底層表面干燥——活塞裙部絲網(wǎng)印刷面層——固化——冷卻。

復(fù)合減摩涂層涂覆工藝流程2：活塞噴淋清洗除油——超聲波清洗除油——噴淋清洗除油——水洗——水洗——水洗——熱純水噴淋清洗——烘干——冷卻——活塞裙部絲網(wǎng)印刷底層——底層固化——活塞裙部絲網(wǎng)印刷面層——面層固化——冷卻。

噴淋清洗除油：采用堿性清洗劑，清洗劑濃度為3～6g/l，溫度為55～65℃，清洗時(shí)間為15～60s。噴淋清洗作業(yè)方式是將活塞放置在工位上，含清洗劑的溶液通過高壓泵泵入并高速噴淋到活塞表面，實(shí)現(xiàn)對(duì)活塞的除油和清洗。清洗劑除了具有除油功能外，還有對(duì)活塞表面產(chǎn)生輕微腐蝕以達(dá)到使活塞表面變得較粗糙的功效，從而提高涂層的結(jié)合強(qiáng)度。

超聲波除油：采用堿性清洗劑，清洗劑濃度為3～6g/l，溫度為50～60℃，清洗時(shí)間為15～60s。超聲波除油作業(yè)方式是將活塞放置在超聲波清洗槽中，活塞浸泡在含清洗劑的槽液中，啟動(dòng)超聲波對(duì)活塞進(jìn)行除油清洗。

水洗：將活塞放置在水洗槽中，采用自來水對(duì)活塞進(jìn)行清洗，清洗時(shí)間為15～60s，溫度：室溫。水洗采用三級(jí)逆流清洗，以提高清洗效果并有利于節(jié)約用水。

熱純水噴淋清洗：純水電導(dǎo)率≤10μs/cm，溫度55～70℃，清洗時(shí)間為15～60s。將活塞放置在噴淋工位上，純水由高壓泵泵入并高速噴淋到活塞表面上，實(shí)現(xiàn)活塞的純水清洗?；钊捎眉兯逑从欣诒苊饣钊逑春蟊砻鏆埩酐}分而導(dǎo)致的活塞的腐蝕和涂層結(jié)合強(qiáng)度的下降。清洗的純水收集起來通過泵泵入三級(jí)逆流水洗的三級(jí)水洗槽中，以充分利用純水，節(jié)約用水。同時(shí)，對(duì)純水進(jìn)行加溫，可以使水快速揮發(fā)，有利于烘干。

烘干：采用熱風(fēng)對(duì)活塞進(jìn)行加熱烘干處理，烘干溫度70～80℃，烘干時(shí)間15～20min。

冷卻：將烘干的活塞冷卻到30～40℃，以便下道工序進(jìn)行絲網(wǎng)印刷涂層。

活塞絲網(wǎng)印刷底層或面層：采用絲網(wǎng)印刷方式在活塞裙部表面涂覆印刷上涂層，絲網(wǎng)印刷環(huán)境溫度20～25℃，濕度在40%以下。

底層表面干燥：活塞在絲網(wǎng)印刷底層后對(duì)涂層進(jìn)行干燥處理，使其涂層表面干燥，以進(jìn)行絲網(wǎng)印刷面層。干燥溫度80～100℃，時(shí)間10～30min。

固化：在活塞絲網(wǎng)印刷完成面層后對(duì)涂層進(jìn)行固化處理，使涂層徹底干燥。固化溫度200～210℃，時(shí)間20～40min。

底層固化：活塞在絲網(wǎng)印刷底層后對(duì)涂層進(jìn)行固化處理，使涂層徹底干燥。固化溫度200～210℃，時(shí)間20～40min。

面層固化：活塞在絲網(wǎng)印刷底層后對(duì)涂層進(jìn)行固化處理，使涂層徹底干燥。固化溫度180～200℃，時(shí)間30～40min。

冷卻：將固化后的活塞冷卻到室溫。冷卻采用自然冷卻方式進(jìn)行，將固化后的活塞取下放置在自然環(huán)境中自然冷卻到室溫即可。