納米石墨烯反射熱隔熱復(fù)合多功能陶瓷涂鍍層及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種增強(qiáng)處理的合金材料，該合金材料的表層含有以下成分：三氧化二鋁、二氧化硅、納米石墨烯等元素。本發(fā)明是在陽極氧化、微弧氧化、多元復(fù)合氧化基礎(chǔ)上的深化延伸，是利用納米石墨烯、納米二氧化硅等納米材料的獨(dú)特結(jié)構(gòu)、超強(qiáng)的硬度、耐高溫等物理、化學(xué)特性、小尺寸效應(yīng)、表面和界面效應(yīng)，再施以正、負(fù)高電壓、強(qiáng)電流、正負(fù)脈沖、在瞬時(shí)高溫、多元復(fù)合氧化液、納米滲透劑等共同復(fù)合作用下的結(jié)果。該方法包括以下步驟：(1) 、潔面；(2)、氧化；(3)、滲透。經(jīng)過該方法表面增強(qiáng)處理的輕合金材料，特別是燃油燃燒耗油、產(chǎn)生污染源頭的內(nèi)燃機(jī)燃燒室、具有突出的反射熱隔熱抗積碳自身催化功能、超強(qiáng)的耐高溫沖蝕和耐磨減摩性。
【專利說明】
納米石墨烯反射熱隔熱復(fù)合多功能陶瓷涂鍍層及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及輕合金材料表面增強(qiáng)處理，特別涉及一種輕合金表面反射熱隔熱、高 硬度、高耐磨、耐高溫復(fù)合多功能納米石墨稀陶瓷涂鍍層，即厚度0.2mm以上的各種金屬、非 金屬表面增強(qiáng)，特別是鋁合金的表面的增強(qiáng)處理。更進(jìn)一步的，涉及燃燒耗油、產(chǎn)生污染源 頭的內(nèi)燃機(jī)燃燒室表面反射熱隔熱、抗積碳自身催化、高硬度耐高溫的復(fù)合多功能納米石 墨烯陶瓷涂鍍層。本發(fā)明還涉及上述復(fù)合涂鍍層的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 內(nèi)燃機(jī)燃燒室是由汽缸套、活塞、活塞環(huán)、汽缸蓋(含進(jìn)、排氣門座圈）共同組成，燃 燒室既是燃油燃燒耗油的源頭、也是產(chǎn)生污染的源頭、更是節(jié)能減排的源頭。在燃燒室內(nèi)， 燃油燃燒時(shí)產(chǎn)生的最高溫度可達(dá)1500 °C左右，最高壓力可達(dá)lOMpa，且活塞(環(huán))與缸套等摩 擦副工作過程長期處于邊界潤滑的惡劣狀態(tài)，燃燒室組件表面又處于局部高溫、其中任何 一個零部件摩擦磨損、斷裂失效，都將導(dǎo)致內(nèi)燃機(jī)燃燒室在工作過程中密封性下降、燃燒不 充分而油耗增加，毒害氣體、顆粒物產(chǎn)生增大、排放增加或密封不良而功率下降；或者金屬 零部件表面高溫氣體沖蝕破壞;特別是組成燃燒室中的鋁合金活塞、排氣門座圈，堪稱內(nèi)燃 油機(jī)心臟的"心臟"關(guān)鍵零件，針對節(jié)能減排源頭的燃燒室"局部增強(qiáng)表面特性"更顯重要。
[0003] 發(fā)動機(jī)在使用過程中，造成燃燒室組成中的活塞易磨損、易熱變型、最易積碳粘附 (微區(qū)熔焊），導(dǎo)致活塞環(huán)"卡死"性斷裂的部位是環(huán)槽;其次是裙部(拉痕、溝槽)和銷孔(磨 損、斷裂）；而活塞環(huán)槽易磨損、易熱變形的主要部位是靠近燃燒室的第一環(huán)槽及環(huán)岸；出現(xiàn) 熱裂、熔化擊穿、"串火"燒蝕的部位是在活塞的頂部及排氣門座圈錐面。
[0004] 究其主因，首當(dāng)其沖是承受來自燃燒室的高溫、高壓、高頻率多元高溫腐蝕氣體沖 擊共同作用的結(jié)果；由此導(dǎo)致該摩擦副摩擦損失、約占發(fā)動機(jī)總摩擦損失的65 %~80 %，當(dāng) 活塞(環(huán))槽較大磨損、熱變形時(shí)，將有較多的高溫、高壓氣體進(jìn)入曲軸箱，由此導(dǎo)致較多的 機(jī)油進(jìn)入燃燒室燃燒而造成積碳急劇增多、缸蓋裂紋、活塞環(huán)彈力減小、端隙、側(cè)隙、背隙增 大而導(dǎo)致燃燒室密封作用差、功率下降，燃油消耗增大。
[0005] 特別是寒冬的"冷啟動"或預(yù)熱時(shí)間不夠的運(yùn)行，導(dǎo)致積碳與油膠泥膠結(jié)"硬磨損" 或拉溝槽；由量變到質(zhì)變，嚴(yán)重時(shí)造成活塞環(huán)刮缸、拉缸或"卡死性"斷裂、排氣門座圈"串 火"燒蝕的嚴(yán)重失效破壞。長期以來活塞(環(huán))的磨損問題，一直是制約著發(fā)動機(jī)的耐久性和 節(jié)能減排的關(guān)鍵所在。從某種意義上說，活塞(環(huán))堪稱發(fā)動機(jī)的"心臟"；"積碳"是導(dǎo)致"心 臟"、排氣門座圈"串火"燒蝕失效破壞的主因；活塞、排氣門座圈等燃燒室組件的耐久性、燃 燒室的反射熱隔熱抗積碳自身催化、提高熱效率、決定著發(fā)動機(jī)質(zhì)量水平的優(yōu)劣，決定著發(fā) 動機(jī)節(jié)能降耗、低碳環(huán)保及使用壽命的長短，亟待尋求更先進(jìn)表面處理技術(shù)。
[0006] 總結(jié)起來，內(nèi)燃機(jī)發(fā)動機(jī)破壞失效的主要原因有以下幾點(diǎn)：
[0007] 1、活塞一環(huán)槽與活塞環(huán)"高溫熔焊"；
[0008] 2、活塞摩擦副表面嚴(yán)重磨損"積碳油膠泥粘附"；
[0009] 3、活塞環(huán)"卡死性"斷裂；
[0010] 4、活塞尾翼嚴(yán)重磨損、拉傷溝槽；
[0011] 5、甩油環(huán)被嚴(yán)重"積碳油膠泥粘附"產(chǎn)生"卡死性"斷裂；
[0012] 6、活塞尾翼與缸套之間產(chǎn)生"恪黏"；
[0013 ] 7、環(huán)槽邊間隙、背間隙增大、汽缸蓋裂紋。
[0014] 綜上所述，內(nèi)燃機(jī)破壞失效的原因總結(jié)起來都可以歸納為燃燒室組件、特別是精 密磨擦副活塞(環(huán)）與缸套的潤滑不良、積碳增多、鋁合金硬度不夠或缸蓋局部(燃燒室)高 溫?zé)嶝?fù)荷……等、導(dǎo)致燃燒室組件的過熱或磨損、斷裂失效破壞。
[0015] 另外，目前，我國機(jī)動車油耗量世界第二、排放成為空氣第一嚴(yán)重污染源，國內(nèi)的 機(jī)動車排放法規(guī)日趨嚴(yán)格。據(jù)歐盟公開數(shù)據(jù)顯示，在2012年之前C02排放量要達(dá)到130g/km， 到2020年達(dá)到95g/km。美國的排放法規(guī)相對比較寬松，但EpA依然要求2015年之前平均燃油 耗要達(dá)到35.5英里/加侖，在2025年更要達(dá)到54.5英里/加侖。中國的汽車燃油消耗法規(guī)介 于以上兩者之間，預(yù)測中國2015年要求排放到164g/km，2020年達(dá)到120g/km。日趨嚴(yán)格的排 放法規(guī)、要求產(chǎn)生第一嚴(yán)重"汚染源"的機(jī)動車生產(chǎn)企業(yè)、不得不進(jìn)一步的尋求更高性能的 內(nèi)燃機(jī)先進(jìn)設(shè)計(jì)、先進(jìn)表面處理方法、先進(jìn)制造工藝等技術(shù)。
[0016] 對于發(fā)動機(jī)技術(shù)而言，提高其耐久性、可靠性以及降低燃油消耗量、毒害氣體顆粒 排放量的主要技術(shù)還是增強(qiáng)活塞表面局部特性、燃燒室表面反射熱隔熱、抗積碳自身催化、 耐磨耐高溫沖蝕特性，減少活塞的摩擦損耗以及內(nèi)燃機(jī)工作過程中的摩擦磨損，關(guān)鍵點(diǎn)是 通過提高燃燒室燃油的熱效率、降低自身功率損耗。目前，在國內(nèi)外對鋁合金的表面處理方 法，采用了化學(xué)氧化、電鍍、熱噴涂、離子注入、冷作硬化、陽極氧化和微弧氧化技術(shù)(Micro- Arc 0xidation，MA0);多元復(fù)合氧化技術(shù)、排氣門座圈釆用硬化處理的球墨鑄鐵或高絡(luò)鋼、 鎢鉻鈷合金，力求解決存在的問題。
[0017] 就陽極氧化技術(shù)工藝，即鋁及其合金零部件，是在相應(yīng)的電解液中和特定的工藝 參數(shù)條件下，在鋁合金工件表面上形成一層氧化膜的過程。經(jīng)過該技術(shù)工藝處理，能夠增加 鋁合金表面一定的腐蝕性，用量最大的是鋁合金建筑材料的表處，但會嚴(yán)重污染環(huán)境。就微 弧氧化技術(shù)，從九十年代初開始引進(jìn)、消化、發(fā)展起來的一種表面處理技術(shù)，氧化過程特征 是物理放電與電化學(xué)氧化互動作用下的結(jié)果。國內(nèi)外采用該技術(shù)方法獲得的陶瓷膜層，都 是由鋁合金零部件基材過渡結(jié)合層、中間致密層(硬度高、工作層）、表面層(疏松層)組成的 三層結(jié)構(gòu)。見參考文獻(xiàn)1、表面層。這一層比較疏松粗糙，在含硅酸鹽的溶液中，則微弧氧化 膜的表面層含硅酸鋁(α-Α1203)和γ_Α1203。用于工程目的時(shí)，一般需要磨去這一層直接接 觸工作層使用，德國馬勒公司已否定用于活塞表處。這是國內(nèi)外至今沒有解決的"難題"。其 關(guān)鍵點(diǎn)是:表面粗糙度增大，導(dǎo)致工件表面幾何尺寸增大而難控，用于活塞組件及精密工程 目的時(shí)，零部件工作表面必須精加工才能裝機(jī)實(shí)用，導(dǎo)致大幅度增加生產(chǎn)成本，用戶難以接 受，嚴(yán)重制約微弧氧化技術(shù)用于發(fā)動機(jī)活塞及精密摩擦副的進(jìn)程。
[0018] 中國專利CN 103484849Β "一種鋁合金活塞及精密摩擦副表面處理方法"公開了多 元復(fù)合氧化技術(shù)、能夠不改變?nèi)紵医M件心臟"活塞"幾何尺寸及精度、實(shí)現(xiàn)延長壽命、節(jié)能 減排目的。本發(fā)明在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步的改進(jìn)該技術(shù)方案對于輕合金表面更新的處理效果， 特別是從內(nèi)燃機(jī)燃燒耗油、產(chǎn)生污染、節(jié)能減排源頭的燃燒室，提高其表面反射熱隔熱、抗 積碳產(chǎn)生的多功能特性，從節(jié)能減排源頭，解決燃燒室組件、各種輕金屬零部件存在的表面 硬度低、高溫反射熱隔熱問題;提高燃燒室熱效率、活塞體再減重、燃燒更充分、油耗排放更 降低，更加滿足高性能內(nèi)燃機(jī)耐久性及其節(jié)能減排國標(biāo)要求。
[0019] 參考文獻(xiàn)：
[0020] 1.朱祖芳《鋁合金陽極氧化與表面處理技術(shù)》，8.2微弧氧化，化學(xué)工業(yè)出版社， 2004年7月，北京第一次印刷
[0021] 2.曹茂盛、蔣成禹、田永君，《納米材料導(dǎo)論》、哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2001年8月 第一版。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0022]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中，國內(nèi)外內(nèi)燃機(jī)燃燒室組件表面性能不佳、活 塞表面增強(qiáng)技術(shù)落后問題，特別是燃油消耗、產(chǎn)生排放的源頭"燃燒室表面"無反射熱隔熱 抗積碳自身催化功能及耐高溫沖蝕特性、導(dǎo)至活塞(環(huán))在使用過程中不斷產(chǎn)生積碳、長期 存在壽命較短、摩擦系數(shù)較大、節(jié)油減排困難等問題。現(xiàn)提供一種新型的燃燒室組件表面 "局部增強(qiáng)表面特性"產(chǎn)品，改進(jìn)后的燃燒室組件表面納米石墨烯陶瓷復(fù)合涂鍍層、具有突 出的高硬度、高耐磨耐高溫、反射熱隔熱抗積碳自身催化及活塞(環(huán))精密摩擦副表面低摩 擦、高耐久、無積碳、品質(zhì)穩(wěn)定、有效壽命期無大修、只按規(guī)定更換潤滑油等獨(dú)特功能，能夠 有效滿足更高性能內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)要求。
[0023]簡要說明：本發(fā)明主要是利用石墨烯極高的（3850Γ)熔點(diǎn)、極高的硬度、強(qiáng)度等特 性，在多元復(fù)合氧化技術(shù)基礎(chǔ)上深化延伸的一種技術(shù)，是在高電壓、強(qiáng)電流、瞬時(shí)高溫與多 元復(fù)合納米氧化液、納米材料共同復(fù)合作用結(jié)果。納米陶瓷復(fù)合涂鍍層呈物理冶金結(jié)合、具 有獨(dú)特多功能的納米陶瓷鍍層。特別是針對內(nèi)燃機(jī)燃燒室"心臟"組件"局部增強(qiáng)表面特 性"，在不改變原工件幾何尺寸、裝配精度與工藝條件、解決了目前國內(nèi)外內(nèi)燃機(jī)燃燒室組 件表面無反射熱隔熱、絕緣抗積碳自身催化功能、排氣門座圈耐高溫"串火"燒蝕及其活塞 體優(yōu)化設(shè)計(jì)再減重問題;達(dá)到提升熱效率、燃燒更充分、油耗排放更降低，滿足更高性能內(nèi) 燃機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)要求的目的。
[0024]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明具體提供了以下技術(shù)方案：
[0025] 一種增強(qiáng)輕合金材料，該輕合金材料的表層含有以下成分:鋁合金、三氧化二鋁、 納米石墨稀、二氧化娃。該合金氧化層結(jié)構(gòu)更致密、硬度更高、耐磨耐高溫沖蝕性能更佳。 [0026]本發(fā)明所述的增強(qiáng)輕合金材料的增強(qiáng)層是陽極氧化、微弧氧化、多元復(fù)合氧化技 術(shù)基礎(chǔ)上的再深化、技術(shù)延伸得到的產(chǎn)品，能夠在內(nèi)燃機(jī)燃燒室的惡劣工作環(huán)境中保持更 加良好的功能特性。本發(fā)明的增強(qiáng)輕合金材料的結(jié)構(gòu)表層中含有納米石墨烯材料，融合了 納米石墨烯的優(yōu)良性能，相對于發(fā)明人之前提出的鋁合金摩擦副具有更加突出的耐磨耐 蝕、絕緣隔熱性以及抗積碳特性，將本發(fā)明的納米滲透劑用作內(nèi)燃機(jī)缸體表面增強(qiáng)，解決了 內(nèi)燃機(jī)在工作過程中存在的一些關(guān)鍵的技術(shù)難題。由于納米石墨烯更具突出的物理化學(xué)特 性，經(jīng)過增強(qiáng)處理的合金表面層能夠在內(nèi)燃機(jī)燃燒室燃油劇烈燃燒的工作過程中、將提供 更加突出的反射熱隔熱抗積碳自我催化等多功能特性，提高發(fā)動機(jī)熱效率，改善發(fā)動機(jī)摩 擦部位工況。優(yōu)選的，所述的輕合金是鋁合金。
[0027]本發(fā)明還提供一種上述增強(qiáng)鋁合金材料表面處理的方法。
[0028] -種增強(qiáng)輕合金材料的表面處理方法，特別優(yōu)選的是內(nèi)燃機(jī)燃燒室反射熱隔熱石 墨烯復(fù)合多功能納米陶瓷鍍層制備方法，包括以下工序：
[0029] (1)氧化:將待表面處理的輕合金工件，優(yōu)選例如鋁合金活塞、精密摩擦副工件，放 入多元復(fù)合氧化液中，通電復(fù)合氧化。
[0030] 所述的多元復(fù)合氧化液中含有以下化學(xué)成份中的一種或幾種:硅酸鈉、鋁酸鈉、氫 氧化鉀、氫氧化鈉、納米石墨烯、納米二氧化鋯、絡(luò)合劑，但不僅限于這幾種。調(diào)節(jié)多元復(fù)合 納米氧化液pH值為9~14。
[0031] (2)封孔:將經(jīng)過步驟(1)氧化處理的輕合金工件，例如活塞或精密摩擦副工件，放 入多元復(fù)合納米材料浸滲液中，溫度：120 °C~130 °C，浸滲時(shí)間20分鐘~30分鐘，清洗，干 燥。優(yōu)選干燥方法為風(fēng)干或烘干。
[0032] 所述的多元復(fù)合浸滲液，其中含有以下成份中的一種或幾種:納米石墨烯、納米氧 化錫鋪、二氧化錯、二氧化鑭、三氧化二鋁、納米鈦粉、三氧化鑭。
[0033] 所述的多元復(fù)合氧化液和多元復(fù)合浸滲液至少有一個含有納米石墨烯。
[0034]在本發(fā)明中，所述的多元復(fù)合納米氧化液和多元復(fù)合浸滲液，是在發(fā)明人先前申 請的專利(CN 103484849B)中提出的納米滲透劑基礎(chǔ)上研究改進(jìn)得到的一種新型多元復(fù)合 納米浸滲液，主要含有納米石墨烯和以下化學(xué)成份中的一種或幾種：二氧化鋯、三氧化二 鋁，但不局限于這幾種。其作用是實(shí)現(xiàn)盲孔封閉。所述納米石墨烯、是由單層碳原子緊密堆 積的二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)納米材料。具有超過金剛石的硬度、熔點(diǎn)和極高的導(dǎo)電導(dǎo)熱性、獨(dú) 特的光學(xué)反射效應(yīng)、高強(qiáng)度、高韌度、超大比表面積的一種神奇納米材料。
[0035] -般來說，現(xiàn)有技術(shù)通常認(rèn)為納米石墨烯不易融合到輕合金材料中，因?yàn)檩p合金 材料表面常常存在氧化層，這些氧化層和石墨烯容易發(fā)生副反應(yīng)，導(dǎo)致石墨烯的品質(zhì)下降 或失效，如果采用了保護(hù)方案石墨烯也還是會因?yàn)楹洼p合金的性質(zhì)差異而不易融合成功， 即其品質(zhì)難以得到保證。本發(fā)明創(chuàng)新的提出了多元復(fù)合氧化技術(shù)再深化與納米石墨烯的結(jié) 合，到得納米石墨稀更加高效的融合到輕合金中，充分發(fā)揮納米石墨稀的特性，實(shí)現(xiàn)輕合金 表面改性具有更佳多功能的目的。
[0036] 進(jìn)一步，所述的輕合金是指密度小于鐵合金的合金材料，更具體來說是:鋁合金、 鎂合金、鋁鎂合金等。
[0037] 進(jìn)一步，在步驟（1)中，所述多元復(fù)合氧化液還包括以下成分中的一種或幾種：重 鉻酸鉀、高錳酸鉀。重鉻酸鉀和高錳酸鉀的應(yīng)用、可以很好的實(shí)現(xiàn)對于輕合金表面的有害雜 質(zhì)成分起到清洗去除作用，為后續(xù)的多元氧化液的電化學(xué)處理提供更佳基礎(chǔ)條件。
[0038] 進(jìn)一步，在步驟(1)中，所述絡(luò)合劑是磷酸鹽、醇胺類、氨基羧酸鹽、羥基羧酸鹽、有 機(jī)膦酸鹽或聚丙烯酸類的絡(luò)合劑，可以是一種也可以是多種的配合。優(yōu)選的，絡(luò)合劑為：乙 二胺四乙酸(EDTA)、乙二胺四乙酸二鈉鹽(EDTA鈉鹽）、二乙烯三胺五羧酸鹽中的一種或幾 種。還可以是其他的現(xiàn)有的已知的類似的絡(luò)合劑/螯合劑。絡(luò)合劑在多元復(fù)合氧化液中能夠 和其余多種重要的氧化液成份形成絡(luò)合物、進(jìn)而使得多元復(fù)合氧化液更好的對輕合金材料 的表面進(jìn)行電化學(xué)復(fù)合反應(yīng)。
[0039] 進(jìn)一步，在本發(fā)明一個實(shí)施方法中，所述多元復(fù)合氧化液，主要含有以下成份： [0040] 硅酸鈉11.3~11.88/1、氫氧化鉀1.3~1.58/1、納米二氧化鋯0.3~0.58/140丁八 二鈉鹽1.2~1.3g/L、納米石墨稀0.5~0.6g/L，
[0041 ] 或者:娃酸鈉10.3~10.88/1、氫氧化鉀0.9~1.38/1、氫氧化鈉0.5~0.68/1、納米 二氧化鋯0 · 3~0 · 5g/L、EDTA 二鈉鹽 1 · 2~1 · 3g/L。
[0042] 或者:娃酸鈉10.3~10.88/1、氫氧化鉀0.9~1.38/1、氫氧化鈉0.5~0.68/1、納米 二氧化鋯0.3~0.5g/L、EDTA二鈉鹽1.2~1.3g/L、納米石墨烯0.5~0.6g/L。
[0043] 或者:硅酸鈉12 · 3~12 · 8g/L、氫氧化鈉0· 5~0· 6g/L、納米二氧化鋯0· 3~0 · 4g/L、 EDTA 二鈉鹽 1.2~1.3g/L。
[0044] 或者:硅酸鈉12.3~12.8g/L、氫氧化鈉0.5~0.6g/L、納米二氧化鋯0.3~0.4g/L、 EDTA二鈉鹽1 · 2~1 · 3g/L、納米石墨烯0· 5~0· 6g/L。
[0045] 或者:鋁酸鈉9.5~9.8g/L、磷酸三鈉19.5~20.3g/L、納米二氧化鋯0.3~0.5g/L、 EDTA 二鈉鹽 1.2~1.3g/L。
[0046] 多元復(fù)合納米氧化液還有多種組合、不僅局限于以上幾種組合。
[0047] 進(jìn)一步，還可以在多元復(fù)合納米氧化液中加入重鉻酸鉀或高錳酸鉀，調(diào)整其膜層 顏色，改善電化學(xué)反應(yīng)的效率和品質(zhì)，使得氧化效果更佳。
[0048 ]進(jìn)一步，所述的多元納米氧化液的pH值為11~13，pH在此范圍內(nèi)較為合理，對于多 元納米氧化液在電場作用下在輕合金的表面實(shí)現(xiàn)氧化改性具有良好的促進(jìn)作用。本領(lǐng)域技 術(shù)人員可以根據(jù)需求采用已知的pH值調(diào)節(jié)試劑、調(diào)節(jié)多元復(fù)合納米氧化液的pH值。
[0049]進(jìn)一步，在本發(fā)明一個實(shí)施方法中，多元復(fù)合浸滲液，主要含有以下成份：
[0050] 納米石墨稀0 · 9~1 · 2g/L、納米氧化錫鋪(ΑΤ0)0 · 6~0 · 8g/L、二氧化錯0 · 5~0 · 8g/ L、三氧化鑭06~0.8g/L。
[0051 ] 或者:三氧化鋁0.3~0.4g/L、納米鈦粉0.3~0.5g/L。
[0052] 或者:三氧化鋁0 · 3~0 · 4g/L、納米鈦粉0 · 3~0 · 5g/L、納米石墨烯0 · 2~0 · 6g/L。
[0053] 或者:三氧化鑭0.6~0.8g/L。
[0054] 或者:三氧化鑭0 · 6~0 · 8g/L、納米石墨烯0 · 2~0 · 6g/L。
[0055] 或者:納米石墨烯0.8~0.9g/L、但不局限于這幾種。還可根據(jù)需求進(jìn)行多種組合， 其作用是實(shí)現(xiàn)盲孔封閉。
[0056]進(jìn)一步，一種增強(qiáng)輕合金材料的表面處理方法，特別是內(nèi)燃機(jī)燃燒室反射熱隔熱 石墨烯復(fù)合多功能納米陶瓷鍍層制備方法，還包括以下步驟：
[0057] (pre 01工序)預(yù)先清洗潔面:對需要實(shí)現(xiàn)表面增強(qiáng)陶瓷層的部分進(jìn)行清洗處理， 使待處理的表面保持清潔。優(yōu)選的，外購乳化清潔劑，如"超級自動乳化劑"，對需要局部增 強(qiáng)的表面進(jìn)行清洗潔面。所述的pre 01工序是在步驟（1)氧化之前的預(yù)處理工序。優(yōu)選的， 清洗后還包括干燥，優(yōu)選干燥為烘干或晾干。
[0058]進(jìn)一步，在本發(fā)明一個實(shí)施方式中，一種增強(qiáng)鋁合金材料的表面處理方法，特別優(yōu) 選的是內(nèi)燃機(jī)燃燒室反射熱隔熱石墨烯復(fù)合多功能納米陶瓷鍍層制備方法，步驟(1)氧化： 控制氧化參數(shù)，調(diào)整氧化的功率100-500KW和單次處理面積氧化面積20-125dm2/次，優(yōu)選為 25-125dm2/次，如:設(shè)備功率100KW、限于氧化量25dm2/次，入池進(jìn)行復(fù)合氧化。
[0059]調(diào)節(jié)參數(shù):正、負(fù)脈沖寬度各為1~1.5區(qū)間復(fù)合變化，脈沖頻率為37.5~75Hz區(qū)間 復(fù)合變化，正電壓為180~280V區(qū)間復(fù)合變化，負(fù)電壓10~20V區(qū)間復(fù)合變化，電流密度3~ 6A/dm2，氧化15~20分鐘。
[0060]調(diào)節(jié)參數(shù):正、負(fù)脈沖寬度各為2~3區(qū)間復(fù)合變化，脈沖頻率為75~150Hz區(qū)間復(fù) 合變化，正電壓為380~600V區(qū)間復(fù)合變化，負(fù)電壓30~120V區(qū)間復(fù)合變化，電流密度6~ ΙΟΑ/dm2，氧化35~50分鐘。氧化完畢后，對需要"局部增強(qiáng)表面特性"的表面潔面、溫度：100 °C~150°C烘干。
[0061] 進(jìn)一步，所述的步驟(2)封孔是按照以下方式進(jìn)行的:將經(jīng)過表面處理的輕合金工 件，加熱至100°C~150°C烘干放入多元復(fù)合浸滲液池中，利用工件余溫60~80°C，浸滲20~ 30分鐘，取出風(fēng)干或烘干。或用機(jī)器人將氣缸蓋燃燒室表面涂刷一層均勻納米浸滲劑、將加 熱至100 °C~150 °C的排氣門座圈按需量放入多元復(fù)合浸滲液池中，利用工件余溫60~80 °C，浸滲20~30分鐘，取出風(fēng)干或100°C熱風(fēng)烘干，檢驗(yàn)。
[0062]進(jìn)一步，在步驟（1)氧化中，所述的多元復(fù)合氧化液溫度:5 °C~60 °C。在輕合金工 件表面氧化完成以后，將表面清洗干凈，然后干燥。干燥方式可以為烘干，操作過程注意工 件保護(hù)，嚴(yán)格防止碰傷并準(zhǔn)備后續(xù)的處理，采取相應(yīng)的處理措施。
[0063]進(jìn)一步，在本發(fā)明一個實(shí)施方式中，在(PRE 01)預(yù)先清洗潔面之后，將輕合金工件 烘干，烘干溫度為100°C~150°C。所述的輕合金工件最好是鋁合金工件，如鋁合金活塞，鋁 合金缸套等。所述鋁合金活塞、鋁質(zhì)工件，對需要"局部增強(qiáng)表面特性"的表面潔面、溫度： 100 °C~150°C烘干、超作過程防止碰傷并決定處理措施。
[0064] 進(jìn)一步，在本發(fā)明一個實(shí)施方式中，所述的工序（1)氧化，鋁合金活塞、鋁質(zhì)工件， 對需要"局部增強(qiáng)表面特性"的表面氧化，多元復(fù)合氧化專用電源采用功率任選100~ 300KW。由設(shè)備功率限定表處面積功率比例為2-10KW/dm2。如：設(shè)備功率150KW、限定表處面 積35dm2/次
[0065] 進(jìn)一步，在本發(fā)明一個實(shí)施方式中，所述的工序（1)氧化，多元復(fù)合氧化過程中調(diào) 節(jié)氧化的工藝參數(shù)(即多元復(fù)合氧化的工藝參數(shù))如下：
[0066] S101、調(diào)節(jié)參數(shù):將正、負(fù)脈沖寬度調(diào)節(jié)至1~1.5區(qū)間復(fù)合變化，脈沖頻率調(diào)至75 ~150Hz區(qū)間復(fù)合變化，正電壓為280~380V區(qū)間復(fù)合變化，負(fù)電壓30~80V區(qū)間復(fù)合變化， 電流密度3~6A/dm2,氧化20~30分鐘。表面生成致密的初始納米陶瓷膜層。
[0067] S102、最后調(diào)節(jié)參數(shù):將正、負(fù)脈沖寬度調(diào)節(jié)至2~3區(qū)間復(fù)合變化，脈沖頻率調(diào)至 75~150Hz區(qū)間復(fù)合變化，正正電壓為380~600V區(qū)間復(fù)合變化，負(fù)電壓80~120V區(qū)間復(fù)合 變化，電流密度6~ΙΟΑ/dm2,氧化30~40分鐘。氧化完畢后，對活塞"局部增強(qiáng)表面特性"的 一環(huán)槽表面潔面，是采用無污染"超級自動乳化劑"對需要"局部增強(qiáng)表面特性"的表面潔 面。所述的多元復(fù)合氧化液溫度：1 〇〇 °C~、溫度：100 °C~150 °C烘干。
[0068]進(jìn)一步，在本發(fā)明一個實(shí)施方式中，所述的工序(1)氧化，多元復(fù)合氧化過程如下： [0069] S101、調(diào)節(jié)參數(shù):將正、負(fù)電壓調(diào)至180~280V區(qū)間復(fù)合變化，脈沖寬度調(diào)節(jié)至1~ 1.5區(qū)間復(fù)合變化，脈沖頻率調(diào)至37.5~75Hz區(qū)間復(fù)合變化，正電壓為280~380V區(qū)間復(fù)合 變化，負(fù)電壓30~80V，電流密度3~6A/dm2,氧化20~30分鐘。表面生成致密的初始納米陶 瓷膜層。
[0070] S102、調(diào)節(jié)參數(shù):將正、負(fù)電壓調(diào)至380~600V區(qū)間復(fù)合變化，脈沖寬度調(diào)節(jié)至2~3 區(qū)間復(fù)合變化，脈沖頻率調(diào)至75~150Hz區(qū)間復(fù)合變化，正電壓為380~600V區(qū)間復(fù)合變化， 負(fù)電壓80~120V，電流密度6~ΙΟΑ/dm2,氧化20~30分鐘。氧化完畢后，清潔表面，干燥。優(yōu) 選干燥為l〇〇°C~150°C烘干。
[0071] 進(jìn)一步，在本發(fā)明一個實(shí)施方式中，所述的工序（1)氧化:使用的多元復(fù)合氧化液 溫度為30~60°C。是采用與設(shè)備功率相匹配的冷水機(jī)循環(huán)系統(tǒng)完成的。
[0072] 進(jìn)一步，在本發(fā)明一個實(shí)施方法中，所述的工序（1)氧化:經(jīng)過長期使用當(dāng)多元復(fù) 合氧化液出現(xiàn)渾濁的時(shí)候，將多元復(fù)合氧化液用200~300目的網(wǎng)格過濾器過濾，收集濾液， 調(diào)節(jié)pH值9~14，實(shí)現(xiàn)濾液再生。多元復(fù)合氧化液經(jīng)過再生處理，循環(huán)使用，實(shí)現(xiàn)零排放，零 污染。優(yōu)選的，過濾器的網(wǎng)格層數(shù)為3~4層，通過疊加多層過濾網(wǎng)格增強(qiáng)過濾效果，有效的 濾出其中的雜質(zhì)，避免各種雜質(zhì)的干擾作用。
[0073]以下具體分析說明本發(fā)明中鋁合金活塞或精密摩擦副工件表面處理方法的原理： 加工過程可以分為三個階段：
[0074]第一階段、以表面氧化改性生成致密初生膜層為主，在不斷施加的電壓、電流等復(fù) 合作用下，鋁合金工件被氧化表面生成一層氧化致密膜層，隨著氧化時(shí)間的延長，氧化膜層 厚度不斷（向基體方向內(nèi)）生長，膜層厚度逐漸增加，進(jìn)入法拉第區(qū)，完成陽極氧化階段。 [0075]第二階段、初生的氧化膜層被物理放電與電化學(xué)等共同作用下?lián)舸?，鋁合金被氧 化表面形成大量的等離子體微弧，進(jìn)入微孤區(qū)；繼續(xù)復(fù)合施加正、負(fù)電壓，增大電流密度，在 工件表面等離子體相互作用下形成瞬間的高溫高壓、大電流，使氧化膜、界面層的多元復(fù)合 氧化液中的納米材料被熔融而燒結(jié)、呈一層物理冶金結(jié)合的鑲嵌結(jié)構(gòu)，膜層厚度設(shè)計(jì)參數(shù) 隨需可控，具有性能優(yōu)良的物理性能和化學(xué)性能。
[0076]第三階段、封閉盲孔階段。利用納米材料很好的表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、量子效應(yīng)、 吸附性及選擇性，體積效應(yīng)和催化效果及滲透性、納米石墨烯極高的熔點(diǎn)（3850Γ)、優(yōu)異的 增強(qiáng)增韌、承耐酸堿及優(yōu)異的散熱性，可采用化學(xué)方法、物理方法制備成納米顆粒(專業(yè)生 產(chǎn)公司外購)涂層、納米滲透劑(見配方），如利用熱浸滲方法，將多元復(fù)合納米滲透劑，滲入 氧化層封閉其盲孔或滲入氣缸蓋燃燒室表面、排氣門座圈表面，提升硬度、耐高溫、反射熱 隔熱、增強(qiáng)絕緣隔熱抗積碳、提高熱效率及活塞頂部抗熔頂擊穿特性，鋁活塞體即可優(yōu)化結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì)減重節(jié)油。
[0077] 根據(jù)KubO(久保)理論，只有δ >KBT時(shí)，方可產(chǎn)生能級分裂而出現(xiàn)量子效應(yīng)，即出現(xiàn) 量子效應(yīng)條件：
[0078] δ/ΚΒ=(2·83Χ10-18)/d3>l
[0079] 式中：δ/ΚΒ-能級最小間距
[0080] do---臨界粒徑
[0081 ] d粒徑 [0082] δ---能級間距。
[0083]由此式表明，選用納米顆粒條件，即當(dāng)粒徑do<14nm，導(dǎo)電金屬納米微粒才能變?yōu)?非金屬絕緣體和確保滲入盲孔。
[0084] 進(jìn)一步，本發(fā)明中多元復(fù)合浸滲液，所用材料粒徑均小于14nm。所述的多元復(fù)合浸 滲液是一種新型多元復(fù)合浸滲液，具有良好的滲透特性，能夠有效的滲透進(jìn)入步驟1氧化處 理得到的合金材料表面的大量微孔結(jié)構(gòu)中，實(shí)現(xiàn)盲孔封閉，達(dá)到對于鋁合金材料及缸體的 增強(qiáng)處理。
[0085] 本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)燃燒室反射熱隔熱石墨烯復(fù)合多功能納米陶瓷鍍層制備方法，生成 的多功能納米陶瓷鍍層是從原位住內(nèi)生長，氧化后的鋁合金活塞及精密摩擦副工件幾何尺 寸基本不變。陶瓷氧化膜層致密度高、盲孔直徑明顯減小且納米滲透劑封閉，粗糙度降低、 摩擦系數(shù)減小，幾何尺寸基本不變、特別是加入納米石墨烯等反射熱隔熱材料，絕緣隔熱抗 積碳自我催化能力、活塞體抗高溫熔頂能力成倍提高，實(shí)現(xiàn)鋁活塞體可優(yōu)化設(shè)計(jì)減重節(jié)油， 在不改變原工件幾何尺寸、裝配精度、裝配工藝條件下，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排和工業(yè)化大規(guī)模生 產(chǎn)。
[0086] 本發(fā)明主要是利用上述的KUB0理論將納米石墨烯有效的復(fù)合到輕合金中，完全的 保持了納米石墨烯的優(yōu)良特性，實(shí)現(xiàn)了對于輕合金的性能的突破性增強(qiáng)作用。由于經(jīng)過獨(dú) 特的復(fù)合方法，石墨烯基本不會發(fā)生變質(zhì)反應(yīng)，能夠最大程度的實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)作用，避免納米石 墨烯變質(zhì)造成性能劣化的問題。經(jīng)過以上的增強(qiáng)處理，輕合金的表面硬度更增高、摩擦系數(shù) 都得到了顯著降低，相應(yīng)的鋁合金活塞、內(nèi)燃機(jī)燃燒室表面增強(qiáng)處理后，發(fā)動機(jī)的動力性和 油耗水平都顯示出明顯的進(jìn)步，能夠?yàn)槠囌嚻骄到档?~5L/100km油耗貢獻(xiàn)，為環(huán)保 事業(yè)作出更大的貢獻(xiàn)。
[0087] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：
[0088] 1.本發(fā)明方法的增強(qiáng)輕合金材料，鋁合金活塞及精密摩擦副工件，具有突出的耐 磨性和耐久性。經(jīng)過增強(qiáng)處理的活塞和摩擦副在裝配內(nèi)燃機(jī)以后，可實(shí)現(xiàn)不必再設(shè)置一環(huán) 槽耐磨鑲?cè)Φ募夹g(shù)效果，降低了發(fā)動機(jī)制造加工難度，提高了產(chǎn)成品率，降低了生產(chǎn)成本， 實(shí)現(xiàn)了用戶設(shè)計(jì)技術(shù)要求的納米陶瓷層厚度、硬度與整機(jī)經(jīng)濟(jì)壽命、最佳匹配參數(shù)值隨需 可控。
[0089] 2.本發(fā)明的方法的增強(qiáng)輕合金材料，由于氧化表面耐高溫沖擊而與基材永不"剝 落"、"起泡"。可以廣泛用于軍民領(lǐng)域各型高性能汽油、柴油、燃?xì)獍l(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)、空氣壓縮 機(jī)、軍工艦船活塞組件、潛艇動力艙等各種需承耐腐蝕、耐摩擦、高硬度的的輕合金及精密 零部件增強(qiáng)處理中，諸如鋁、鎂、鈦、鋯合金等均可以采用本發(fā)明方法進(jìn)行加工處理。更進(jìn)一 步的來說，本發(fā)明方法處理的鋁合金活塞和摩擦副能夠適用于各型高性能發(fā)動機(jī)"心臟"燃 燒室組件及精密摩擦副以及航天航空輕合金零部件的表面增強(qiáng)處理。
[0090] 3.本發(fā)明利用納米石墨稀特性提高燃燒室組件硬度及承耐高溫、反射熱隔熱抗積 碳、更加滿足高速發(fā)展的高性能發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)要求。經(jīng)濟(jì)效益、社會效益、節(jié)能環(huán)保 效益更顯著，應(yīng)用領(lǐng)域更廣泛，市場競爭力將更強(qiáng)。多元復(fù)合氧化液、多元復(fù)合納米滲透液 經(jīng)多次使用后，可通過沉淀過濾器，過濾后可循環(huán)使用，濾液"零"排放無污染，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán) 保。
[0091 ] 4.本發(fā)明的方法對鋁合金表面改性增強(qiáng)處理后，相應(yīng)的摩托車鋁合金活塞和發(fā)動 機(jī)耐久性能顯著提升。臺架耐久性強(qiáng)化試驗(yàn)顯示:發(fā)動機(jī)燃燒室具有抗積碳、抗高溫多元?dú)?體沖擊、耐磨耐蝕，550小時(shí)臺架強(qiáng)化試驗(yàn)結(jié)果顯示:活塞頂部呈白色、有少許粉沫、無積碳 粘附、活塞底部呈黃色、證明具有優(yōu)良的絕緣隔熱抗積碳特性;密封性好而動力強(qiáng)勁，使活 塞組件壽命較原顯著(5.5倍)增加。乗用車內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行(30萬~80萬公里)穩(wěn)定可靠，使用壽 命較原最高可延長5~8倍，證明各項(xiàng)性能指標(biāo)顯著提升。并且，在傳統(tǒng)乗用車發(fā)動機(jī)運(yùn)行6 萬公里后，將出現(xiàn)一"拐點(diǎn)"，即節(jié)油降耗和排放效果與行駛里程成正比，綜合計(jì)算節(jié)油效 果，經(jīng)過表面局部增強(qiáng)后，內(nèi)燃機(jī)每百公里較原（國外目前節(jié)約油0.8~2.8L/100公里)節(jié)約 油(含潤滑油)氣3~5L/100公里。同時(shí)，可進(jìn)一步改善發(fā)動機(jī)的排放水平，達(dá)到更高的排放 標(biāo)準(zhǔn)。
【附圖說明】：
[0092]圖1是燃燒室表面增強(qiáng)處理后的內(nèi)燃機(jī)與普通活塞300公里對比試驗(yàn)結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0093] 在本發(fā)明中，沒有特別說明的百分比為重量百分比。所述"區(qū)間復(fù)合變化"是行內(nèi) 技術(shù)術(shù)語，意思同于"范圍內(nèi)復(fù)合變化"，是指按復(fù)合變化施加電壓、頻率達(dá)到氧化最佳參數(shù) 的功效。
[0094] 下面結(jié)合試驗(yàn)例及【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。但不應(yīng)將此理解 為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實(shí)施例，凡基于本
【發(fā)明內(nèi)容】
所實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本 發(fā)明的范圍。
[0095] 內(nèi)燃機(jī)燃燒室表面反射熱隔熱石墨烯復(fù)合多功能納米陶瓷鍍層制備方法。包括以 下步驟：
[0096] 實(shí)施例1
[0097]將ZTBZA45YC型鋁基耐磨合金精密蝸輪裝架，用無污染"超級自動乳化劑"對需要 "局部增強(qiáng)表面特性"的表面潔面，無條件的可以使用其他清潔劑對合金表面進(jìn)行清洗處 理，清洗干凈即可，不影響后續(xù)發(fā)明方案的實(shí)現(xiàn)。
[0098]放入多元復(fù)合氧化液中，氧化液只需淹沒齒面。所述的多元復(fù)合氧化液含有：
[0099] 納米石墨烯0 · 8g/L、二氧化鋯0 · 6g/L、三氧化鑭0 · 7g/L、硅酸鈉11 · 5g/L、氫氧化鉀 1.4g/L〇
[0100]，用Ν0Η調(diào)節(jié)pH=12~13。但不局限于這幾種。還可根據(jù)需求進(jìn)行多種組合。
[0101] 采用設(shè)備功率150KW，功率限定處理的表面積為35dm2/次，將正脈沖寬、負(fù)脈沖寬 調(diào)至0.5~1.5區(qū)間復(fù)合變化，脈沖頻率調(diào)至37.5~75Hz區(qū)間復(fù)合變化，正電壓調(diào)至180~ 380V區(qū)間復(fù)合變化，負(fù)電壓調(diào)至20~30V區(qū)間復(fù)合變化，電流密度控制在3~6A/dm2區(qū)間復(fù) 合變化，氧化15分鐘；
[0102] 然后，將正脈沖寬、負(fù)脈沖寬調(diào)至2.5~3區(qū)間復(fù)合變化，脈沖頻率調(diào)至75~150Hz 區(qū)間復(fù)合變化，正電壓調(diào)至380~420V區(qū)間復(fù)合變化，負(fù)電壓調(diào)至50~80V區(qū)間復(fù)合變化，電 流密度控制在5~8A/dm2區(qū)間復(fù)合變化，氧化40分鐘；
[0103] 最后將正脈沖寬、負(fù)脈沖寬調(diào)至2.5~3,脈沖頻率調(diào)至75~150Hz區(qū)間復(fù)合變化， 正電壓調(diào)至430~600V區(qū)間復(fù)合變化，負(fù)電壓調(diào)至80~130V區(qū)間復(fù)合變化，電流密度控制在 8~12A/dm2區(qū)間復(fù)合變化，氧化20分鐘，氧化完畢后，將工件放入自來水中超聲波清洗潔 凈，然后入箱加熱120~150 °C烘干；
[0104]將經(jīng)過處理的鋁合金蝸輪，待處理的表面積為35dm2/次，盡快放入多元復(fù)合納米 浸滲劑中，利用工件余溫(滲透劑淹沒蝸輪齒面為準(zhǔn))80-120°C浸滲20分鐘后，用無紡布擦 干表面，然后入箱l〇〇°C熱風(fēng)烘干。產(chǎn)品打印記為ZTBZA45YCH型鋁合金蝸輪，然后檢驗(yàn)。 [0105]所述的多元復(fù)合納米滲透劑，含有納米石墨稀0.9g/L、納米氧化錫鋪（ΑΤ0) 0.1.2g/L、三氧化鑭0.8g/L、納米水性分散液。但不局限于這幾種。還可根據(jù)需求進(jìn)行多種 組合，其作用是實(shí)現(xiàn)盲孔封閉。
[0106] 實(shí)施例2
[0107] 將ZTBZA45YC型鋁基耐磨合金軸瓦清洗潔凈。100°C恒溫20分鐘烘干，
[0108]裝架放入多元復(fù)合納米氧化液中，氧化液淹沒鋁基合金軸瓦"局部增強(qiáng)表面特性" 部位。所述的多元復(fù)合納米氧化液含有：
[0109] 納米石墨烯0 · 8g/L、二氧化鋯0 · 6g/L、硅酸鈉11 · 5/L、氫氧化鉀1 · 28/Ι^Ε?ΤΑ二鈉 鹽1.3g/L，用ΝΟΗ調(diào)節(jié)ρΗ=12~13。但不局限于這幾種。還可根據(jù)需求進(jìn)行多種組合。
[0110] 采用設(shè)備功率150Kw、功率限定表面處面積35dm2/次，將正脈沖寬、負(fù)脈沖寬調(diào)至 0.5~2區(qū)間復(fù)合變化，脈沖頻率調(diào)至37.5~75區(qū)間復(fù)合變化，正電壓調(diào)至180~380V區(qū)間復(fù) 合變化，負(fù)電壓調(diào)至10~30V區(qū)間復(fù)合變化，電流密度控制在3~6A/dm2區(qū)間復(fù)合變化，氧化 20分鐘。
[0111] 最后，將正脈沖寬、負(fù)脈沖寬調(diào)至2.5~3.0區(qū)間變化，脈沖頻率取75~150Hz區(qū)間 復(fù)合變化，正電壓調(diào)至360V~590V區(qū)間變化，負(fù)電壓升至30V~150V區(qū)間變化，電流密度控 制在8A~12A/dm2，氧化液溫度控制在30°C~60°C區(qū)間內(nèi)，經(jīng)濟(jì)壽命匹配氧化時(shí)間為50~65 分鐘，氧化完畢后，將鋁合金工件用自來水超聲波清洗潔凈，然后入箱加熱120°C烘干。
[0112] 將氧化完成的工件放入多元復(fù)合納米浸滲液，在100°C條件下浸滲20分鐘，用風(fēng)干 或120 °C烘干。檢驗(yàn)結(jié)果見表1。所述的多元復(fù)合納米浸滲劑含有:納米石墨稀0.8g/L、納米 氧化錫銻(ATO)0.8g/L、二氧化鋯0.6g/L、三氧化鑭0.5g/L、納米水性分散液。
[0113] 實(shí)施例3
[0114] 將柴油機(jī)的鋁合金活塞頂部、一環(huán)槽和環(huán)岸，采用乳化劑擦凈表面油污，放入多元 復(fù)合氧化液中，氧化液淹沒活塞被氧化表面，所述多元復(fù)合氧化液含有:納米石墨烯〇. 8g/ L、二氧化鋯0.6g/L、三氧化鑭0.6g/L、硅酸鈉10.5g/L、氫氧化鉀1.2g/L，EDTA二鈉鹽1.0g/ L，用Ν0Η 調(diào)節(jié) pH= 11 ~13。
[0115] 采用設(shè)備功率100KW，功率限定表面處理面積25dm2/次，將正脈沖寬、負(fù)脈沖寬調(diào) 至0.5~2區(qū)間復(fù)合變化，脈沖頻率調(diào)至37.5~75Hz區(qū)間復(fù)合變化，正電壓調(diào)至180~380V區(qū) 間復(fù)合變化，負(fù)電壓調(diào)至1 〇~30V區(qū)間，電流密度控制在4~6A/dm2區(qū)間，氧化20分鐘。
[0116] 將正脈沖寬、負(fù)脈沖寬調(diào)至1.5~2.區(qū)間變化，脈沖頻率取75~150Hz區(qū)間復(fù)合變 化，正電壓調(diào)至360V~480V區(qū)間復(fù)合變化，負(fù)電壓升至30V~80V區(qū)間復(fù)合變化，電流密度控 制在6A~8A/dm2，氧化液溫度控制在30°C~60°C區(qū)間內(nèi)，氧化20分鐘。
[0117] 將正脈沖寬、負(fù)脈沖寬調(diào)至2.5~3.區(qū)間復(fù)合變化，脈沖頻率調(diào)至75~150Hz區(qū)間 復(fù)合變化，正電壓調(diào)至460~600V區(qū)間復(fù)合變化，負(fù)電壓升至90V~120V區(qū)間復(fù)合變化，電流 密度控制在8A~10A/dm2氧化液溫度控制在30°C~60°C區(qū)間內(nèi)，氧化完畢后，將工件用自來 水超聲波清洗潔凈，然后入箱加熱至120°C、恒溫烘干。 將加熱120 °C恒溫烘干的工件，放入多元復(fù)合納米浸滲劑中，所述的多元復(fù)合納米 浸滲劑含有：納米石墨稀〇 . 8g/L、納米氧化錫鋪(AT0)0.9g/L、二氧化錯0.6g/L、三氧化鑭 0.5g/L、納米水性分散液。在80~100°C條件下浸滲20分鐘，用風(fēng)干或120°C烘干，得到經(jīng)過 增強(qiáng)處理的活塞和摩擦副等工件，記為柴油機(jī)工件CYJ001。檢驗(yàn)結(jié)果見表2。
[0119] 實(shí)施例4
[0120]將CNG壓縮機(jī)活塞體進(jìn)行局部表面增強(qiáng)處理。首先，擦凈表面油污，裝架放入多元 復(fù)合氧化液中待氧化。所述多元復(fù)合氧化液成份與實(shí)施例3相同。
[0121] 采用設(shè)備功率150KW，功率限定表面處理面積35dm2/次，將正脈沖寬、負(fù)脈沖寬調(diào) 至0.5~2區(qū)間復(fù)合變化，脈沖頻率調(diào)至37.5~75區(qū)間復(fù)合變化，正電壓調(diào)至180~360V區(qū)間 復(fù)合變化，負(fù)電壓調(diào)至20~40V區(qū)間復(fù)合變化，電流密度控制在4~6A/dm2區(qū)間，復(fù)合氧化20 分鐘。
[0122] 將正脈沖寬、負(fù)脈沖寬調(diào)至2.~2.5區(qū)間復(fù)合變化，脈沖頻率調(diào)至75~150區(qū)間復(fù) 合變化，正電壓調(diào)至340~460V區(qū)間復(fù)合變化，負(fù)電壓調(diào)至40~80V區(qū)間復(fù)合變化，電流密度 控制在4~8A/dm2區(qū)間，復(fù)合氧化20分鐘。
[0123] 將正脈沖寬、負(fù)脈沖寬調(diào)至2.5~3區(qū)間復(fù)合變化，脈沖頻率調(diào)至75~150區(qū)間復(fù)合 變化，正電壓調(diào)至450~600V區(qū)間復(fù)合變化，負(fù)電壓調(diào)至0~120V區(qū)間復(fù)合變化，電流密度控 制在8~ΙΟΑ/dm2區(qū)間，復(fù)合氧化30分鐘;氧化完畢后，將工件超聲波清洗、120°C烘干。
[0124] 將超聲波清洗、120°C烘干的工件，放入多元復(fù)合納米浸滲劑中，所述的多元復(fù)合 納米浸滲劑含有:納米石墨稀〇. 9g/L、納米氧化錫鋪(AT0)0.8g/L、二氧化錯0.6g/L、納米水 性分散液。在80~100 °C條件下浸滲20分鐘，用風(fēng)干或120 °C烘干。檢驗(yàn)結(jié)果見表2。
[0125] 臺架測試顯示，經(jīng)過局部表面增強(qiáng)處理的CNG天然氣壓縮機(jī)使用壽命得到了顯著 地增強(qiáng)，據(jù)臺架試驗(yàn)的結(jié)果保守估算使用壽命可延長5~8倍。
[0126] 測試試驗(yàn)：
[0127] 測試實(shí)施例1-2制備的ZTBZA45YC型鋁基耐磨合金精密蝸輪ZTBZA45YC型鋁基耐磨 合金軸瓦的摩擦系數(shù)、膜層厚度、硬度。電子掃描電鏡觀察其表面形貌。
[0128] 摩擦學(xué)試驗(yàn)：
[0129] 試驗(yàn)設(shè)備與方法：用DELTALAB-NENEDS20高精度液壓微動疲勞試驗(yàn)機(jī)(法國）上試 驗(yàn)，（最大位移1〇_、誤差正負(fù)2μπι)采用球/平面接觸，圖1為微動試驗(yàn)裝置示意簡圖。球試樣 選用直徑40mm、Gcrl5球，表面粗糙度Ra = 0.05ym，其力學(xué)性能：
[0130] -、硬度測試：
[0131] Gcr 15鋼球力學(xué)性能如下：
[0133] 二、摩擦性能測試：
[0134] 實(shí)施例1和實(shí)施例2中，兩種工件處理前后，由材料先進(jìn)技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室檢 驗(yàn)，結(jié)果如表1所示。
[0135] 表1對不同型號鋁合金進(jìn)行表面處理前后的檢驗(yàn)結(jié)果
[0136]
[0138] 實(shí)施例1和實(shí)施例2中兩種型號鋁合金表面進(jìn)行處理前后，由材料先進(jìn)技術(shù)教育部 重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)，結(jié)果如表1所示:鋁基合金表面生成的多元復(fù)合氧化陶瓷膜層，具有優(yōu)良 的摩擦學(xué)性能，摩擦系數(shù)較處理前顯著降低，磨痕面積減小十分明顯，磨損表面無磨肩。經(jīng) 濟(jì)匹配維氏硬度最高達(dá)1580HV是合理的，膜層較其基體材料磨損損傷很輕微，材料的耐磨 損性能提尚十分明顯，耐磨損性能提尚了 15彳首左右。
[0139] 將實(shí)施例3和實(shí)施例4,自做臺架試驗(yàn)對處理前后的活塞進(jìn)行耐久性、反射熱隔熱 抗積碳、節(jié)能減排等對比結(jié)果;裝機(jī)配套實(shí)用3.7萬臺，繼續(xù)對本發(fā)明及減重活塞試裝。
[0140] 表2對比試驗(yàn)結(jié)果
[0142] 實(shí)施例3和實(shí)施例4處理前后的活塞，配套實(shí)用于云內(nèi)動力內(nèi)燃機(jī)、四川金星CNG天 然氣壓縮機(jī)"心臟"活塞體"局部增強(qiáng)表面特性"中，該技術(shù)在內(nèi)燃機(jī)燃燒室具有顯著的抗積 碳、反射熱隔熱效果、提高活塞的耐高溫能力以及能有效解決活塞環(huán)槽在高溫下的熱變形 及減重后的熔頂擊穿問題，在正常使用條件下，將發(fā)動機(jī)使用經(jīng)濟(jì)壽命較原最高可延長3~ 6倍，每百公里較處理前節(jié)約油氣3 %~5 %、毒害氣體排放降低8 %~12 %的貢獻(xiàn)，在正常操 作運(yùn)行工況下，整車壽命期只按規(guī)定更換潤滑油，無需再大修內(nèi)燃機(jī)。
[0143] 納米陶瓷鍍層技術(shù)-案例
[0144] 圖1是內(nèi)燃機(jī)燃燒室反射熱隔熱石墨烯復(fù)合多功能納米陶瓷鍍層活塞與普通活塞 300公里對比試驗(yàn)，測試結(jié)果顯示本發(fā)明的增強(qiáng)表面輕合金材料對于節(jié)能減排效果與行程 時(shí)間、里程成正比，內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行1100小時(shí)后對比，更顯突出節(jié)能減排效果。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種增強(qiáng)輕合金材料，該輕合金材料的表層含有以下成分:鋁合金、三氧化二鋁、二 氧化娃、納米石墨稀。2. 如權(quán)利要求1所述增強(qiáng)輕合金材料，所述的輕合金是鋁合金。3. -種增強(qiáng)輕合金材料的表面處理方法，包括以下工序： (1) 氧化:將待表面處理的輕合金工件，放入多元復(fù)合氧化液中，通電復(fù)合氧化； 所述的多元復(fù)合氧化液中含有以下化學(xué)成份中的一種或幾種:硅酸鈉、鋁酸鈉、氫氧化 鉀、氫氧化鈉、納米石墨烯、納米二氧化鋯、絡(luò)合劑； 多元復(fù)合納米氧化液pH值為9~14; (2) 封孔:將經(jīng)過步驟（1)氧化處理的輕合金工件，放入多元復(fù)合納米材料浸滲液中，溫 度：120 °C~130 °C，浸滲時(shí)間20分鐘~30分鐘，清洗，干燥； 所述的多元復(fù)合浸滲液，其中含有以下成份中的一種或幾種:納米石墨烯、納米氧化錫 鋪、二氧化錯、二氧化鑭、三氧化二鋁、納米鈦粉、三氧化鑭； 所述的多元復(fù)合氧化液和多元復(fù)合浸滲液至少有一個含有納米石墨烯。4. 如權(quán)利要求3所述增強(qiáng)輕合金材料的表面處理方法，其特征在于，所述的輕合金是指 密度小于鐵合金的合金材料，更具體來說是:鋁合金、鎂合金或鋁鎂合金。5. 如權(quán)利要求3所述增強(qiáng)輕合金材料的表面處理方法，其特征在于，在步驟（1)中，所述 多元復(fù)合氧化液還包括以下成分中的一種或幾種:重鉻酸鉀、高錳酸鉀。6. 如權(quán)利要求3所述增強(qiáng)輕合金材料的表面處理方法，其特征在于，在步驟（1)中，所述 絡(luò)合劑是磷酸鹽、醇胺類、氨基羧酸鹽、羥基羧酸鹽、有機(jī)膦酸鹽或聚丙烯酸類的絡(luò)合劑，可 以是一種也可以是多種的配合。優(yōu)選的，絡(luò)合劑為：乙二胺四乙酸(EDTA)、乙二胺四乙酸二 鈉鹽(EDTA鈉鹽）、二乙烯三胺五羧酸鹽中的一種或幾種。7. 如權(quán)利要求3所述增強(qiáng)輕合金材料的表面處理方法，其特征在于，所述多元復(fù)合氧化 液，主要含有以下成份： 硅酸鈉11 · 3~11 · 8g/L、氫氧化鉀1 · 3~1 · 5g/L、納米二氧化鋯0 · 3~0 · 5g/L、EDTA二鈉 鹽1.2~1.3g/L、納米石墨稀0.5~0.6g/L; 或者:娃酸鈉10.3~10.88/1、氫氧化鉀0.9~1.38/1、氫氧化鈉0.5~0.68/1、納米二氧 化鋯0 · 3~0 · 5g/L、EDTA 二鈉鹽 1 · 2~1 · 3g/L; 或者:娃酸鈉10.3~10.88/1、氫氧化鉀0.9~1.38/1、氫氧化鈉0.5~0.68/1、納米二氧 化鋯0.3~0.5g/L、EDTA二鈉鹽1.2~1.3g/L、納米石墨烯0.5~0.6g/L; 或者:硅酸鈉12 · 3~12 · 8g/L、氫氧化鈉0 · 5~0 · 6g/L、納米二氧化鋯0 · 3~0 · 4g/L、EDTA 二鈉鹽 1.2~1.3g/L; 或者:硅酸鈉12 · 3~12 · 8g/L、氫氧化鈉0 · 5~0 · 6g/L、納米二氧化鋯0 · 3~0 · 4g/L、EDTA 二鈉鹽1.2~1.3g/L、納米石墨稀0.5~0.6g/L; 或者:鋁酸鈉9 · 5~9 · 8g/L、磷酸三鈉19 · 5~20 · 3g/L、納米二氧化鋯0 · 3~0 · 5g/L、EDTA 二鈉鹽 1.2~1.3g/L。8. 如權(quán)利要求3所述增強(qiáng)輕合金材料的表面處理方法，其特征在于，所述的多元納米氧 化液的pH值為11~13。9. 如權(quán)利要求3所述增強(qiáng)輕合金材料的表面處理方法，其特征在于，所述的多元復(fù)合浸 滲液，主要含有以下成份： 納米石墨烯0.9~1.2g/L、納米氧化錫銻(ATO)0.6~0.8g/L、二氧化鋯0.5~0.8g/L、三 氧化鑭06~0.8g/L; 或者:三氧化鋁0.3~0.4g/L、納米鈦粉0.3~0.5g/L; 或者:三氧化鋁0.3~0.4g/L、納米鈦粉0.3~0.5g/L、納米石墨烯0.2~0.6g/L; 或者:三氧化鑭0.6~0.8g/L; 或者:三氧化鑭0.6~0.8g/L、納米石墨稀0.2~0.6g/L; 或者:納米石墨稀0.8~0.9g/L。10. 如權(quán)利要求3所述增強(qiáng)輕合金材料的表面處理方法，其特征在于，步驟（1)氧化:控 制氧化參數(shù)，調(diào)整氧化的功率100-500KW和單次處理面積氧化面積25-125m 2/次； 調(diào)節(jié)參數(shù):正、負(fù)脈沖寬度各為1~1.5區(qū)間復(fù)合變化，脈沖頻率為37.5~75Hz區(qū)間復(fù)合 變化，正電壓為180~280V區(qū)間復(fù)合變化，負(fù)電壓10~20V區(qū)間復(fù)合變化，電流密度3~6A/ dm2,氧化15~20分鐘； 調(diào)節(jié)參數(shù):正、負(fù)脈沖寬度各為2~3區(qū)間復(fù)合變化，脈沖頻率為75~150Hz區(qū)間復(fù)合變 化，正電壓為380~600V區(qū)間復(fù)合變化，負(fù)電壓30~120V區(qū)間復(fù)合變化，電流密度6~IOA/ dm2，氧化35~50分鐘;氧化完畢后，潔面，100 °C~150 °C烘干。11. 如權(quán)利要求3所述增強(qiáng)輕合金材料的表面處理方法，其特征在于，所述的步驟(2)封 孔是按照以下方式進(jìn)行的： 將經(jīng)過表面處理的輕合金工件，加熱至l〇〇°C~150°C烘干，放入多元復(fù)合浸滲液池中， 利用工件余溫60~80°C，浸滲20~30分鐘，取出風(fēng)干或烘干； 或者， 在合金零部件表面涂刷一層均勻納米浸滲劑，將加熱至100 °C~150 °C的排氣門座圈按 需量放入多元復(fù)合浸滲液池中，利用工件余溫60~80°C，浸滲20~30分鐘，取出風(fēng)干或100 °(：熱風(fēng)烘干，檢驗(yàn)。12. 如權(quán)利要求3所述增強(qiáng)輕合金材料的表面處理方法，其特征在于，在步驟（1)氧化 中，所述的多元復(fù)合氧化液溫度:5 °C~60°C。13. 如權(quán)利要求3所述增強(qiáng)輕合金材料的表面處理方法，其特征在于，還包括以下步驟： 預(yù)先清洗潔面:對需要實(shí)現(xiàn)表面增強(qiáng)陶瓷層的部分進(jìn)行清洗處理，使待處理的表面保持清 潔。14. 如權(quán)利要求3所述增強(qiáng)輕合金材料的表面處理方法，其特征在于，預(yù)先清洗潔面之 后，將輕合金工件烘干，烘干溫度為1 〇〇 °C~150 °C。15. 如權(quán)利要求3所述增強(qiáng)輕合金材料的表面處理方法，其特征在于，所述的工序（1)氧 化，多元復(fù)合氧化專用電源采用功率任選100~300KW。16. 如權(quán)利要求15所述增強(qiáng)輕合金材料的表面處理方法，其特征在于，由設(shè)備功率限定 表處面積功率比例為2-10KW/dm2。17. 如權(quán)利要求3所述增強(qiáng)輕合金材料的表面處理方法，其特征在于，所述的工序（1)氧 化，多元復(fù)合氧化過程中調(diào)節(jié)氧化的工藝參數(shù)如下： SlOl、調(diào)節(jié)參數(shù)：將正、負(fù)脈沖寬度調(diào)節(jié)至1~1.5區(qū)間復(fù)合變化，脈沖頻率調(diào)至75~ 150Hz區(qū)間復(fù)合變化，正電壓為280~380V區(qū)間復(fù)合變化，負(fù)電壓30~80V區(qū)間復(fù)合變化，電 流密度3~6A/dm 2，氧化20~30分鐘;表面生成致密的初始納米陶瓷膜層； S102、最后調(diào)節(jié)參數(shù):將正、負(fù)脈沖寬度調(diào)節(jié)至2~3區(qū)間復(fù)合變化，脈沖頻率調(diào)至75~ 150Hz區(qū)間復(fù)合變化，正正電壓為380~600V區(qū)間復(fù)合變化，負(fù)電壓80~120V區(qū)間復(fù)合變化， 電流密度6~ΙΟΑ/dm 2,氧化30~40分鐘。18. 如權(quán)利要求3所述增強(qiáng)輕合金材料的表面處理方法，其特征在于，所述的工序（1)氧 化，多元復(fù)合氧化過程如下： 5101、 調(diào)節(jié)參數(shù):將正、負(fù)電壓調(diào)至180~280V區(qū)間復(fù)合變化，脈沖寬度調(diào)節(jié)至1~1.5區(qū) 間復(fù)合變化，脈沖頻率調(diào)至37.5~75Hz區(qū)間復(fù)合變化，正電壓為280~380V區(qū)間復(fù)合變化， 負(fù)電壓30~80V，電流密度3~6A/dm 2,氧化20~30分鐘。表面生成致密的初始納米陶瓷膜 層； 5102、 調(diào)節(jié)參數(shù):將正、負(fù)電壓調(diào)至380~600V區(qū)間復(fù)合變化，脈沖寬度調(diào)節(jié)至2~3區(qū)間 復(fù)合變化，脈沖頻率調(diào)至75~150Hz區(qū)間復(fù)合變化，正電壓為380~600V區(qū)間復(fù)合變化，負(fù)電 壓80~120V，電流密度6~lOA/dm 2，氧化20~30分鐘;氧化完畢后，清潔表面，干燥。19. 如權(quán)利要求3所述增強(qiáng)輕合金材料的表面處理方法，其特征在于，所述的工序（1)氧 化:使用的多元復(fù)合氧化液溫度為30~60 °C。20. 如權(quán)利要求3所述增強(qiáng)輕合金材料的表面處理方法，其特征在于，所述的工序（1)氧 化:將多元復(fù)合氧化液用200~300目的網(wǎng)格過濾器過濾，收集濾液，調(diào)節(jié)pH值9~14,實(shí)現(xiàn)濾 液再生利用。21. 如權(quán)利要求3所述增強(qiáng)輕合金材料的表面處理方法，其特征在于，所述的多元復(fù)合 浸滲液中材料粒徑均小于14nm 〇
【文檔編號】C25D15/00GK105951151SQ201610548912
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年7月13日
【發(fā)明人】鄧才松, 張永生, 許紅英, 陳蓉
【申請人】四川鴻森達(dá)鋁業(yè)科技有限公司