一种将非晶纳米材料应用于活塞环外圆的方法

摘要

本发明公开一种将非晶纳米材料应用于活塞环外圆的方法，能够将适用于活塞环的非晶纳米粉末制作成为活塞环外圆的功能性涂层，从而提高活塞环在复杂、恶劣工况下的抗磨损、抗腐蚀的能力。

说明书

技术领域

本发明涉及机械加工与热喷涂技术，特别涉及活塞环制造中机械加工及热喷 涂的技术。

背景技术

非晶材料”和“纳米材料”比晶体材料除了具有良好的电磁学性能外，还具 有较高的强度、硬度、耐蚀性、耐磨性等许多优良特性。目前，“非晶材料”和 “纳米材料”多用于电子技术、电磁技术等方面。很少有将“非晶材料”或“纳 米材料”作为结构材料应用于活塞环行业。

因此，需要一种新的技术方案以解决上述问题。

发明内容

针对上述现有技术所存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种将非晶纳 米材料应用于活塞环外圆的方法。

为实现上述目的，本发明将非晶纳米材料应用于活塞环外圆的方法可采用如 下技术方案：

一种将非晶纳米材料应用于活塞环外圆的方法，包括如下步骤：

(1)、将活塞环装夹的步骤；

(2)、对活塞环车外圆的步骤；

(3)、对活塞环高温除油的步骤；

(4)、对活塞环外圆活化的步骤，采用吸入式干喷砂进行喷涂前外圆的活化， 砂粒种类：白刚玉，20～25目；喷射压力：0.5±0.05MPa，压缩空气须冷凝干 燥；喷射距离：50±10mm，喷砂循环次数：3～4次；

(5)、对活塞环外圆进行等离子喷涂的步骤，其中，

工作气体：主气：高纯氩气Ar，纯度99.999%，出口压力0.5±0.05MPa， 流量2300~2400L/H；

辅气(I)：纯氮气N2，纯度99.99%，出口压力0.5±0.05MPa，流量 500~800L/H；

辅气(I)：高纯氢气H2，纯度99.99%，出口压力0.5±0.05MPa，流量 150~200L/H；

 电源参数：电流：420～440A；电压：55～60V；

喷嘴几何参数：压缩比：3.5～4，压缩角：45°；

送粉方式：内送粉，送粉角度：90°，送粉孔距离：9mm，送粉量20～25g/min；

进气方式：切向进气；

工作距离：阴阳极最近距离：1～1.5mm；喷涂距离：65～75mm；

喷涂速度：喷枪移动速度：350mm/min，工件转速150～250rpm；

冷却方式：采用压缩空气强制冷却；

(6)、对活塞环进行磨外圆解体的步骤：将喷涂后环的外圆磨削至固定尺寸 并拆夹，则这轴环解体成三组每组长度≤50mm，在每环组中每片环由于外圆涂 层的粘连而相互粘结在一起；

(7)、环体成型磨分离的步骤：用CBN金刚滚轮将砂轮成型修正成为金刚 滚轮的反轮廓形状。

本发明与现有技术相比：能够将适用于活塞环的非晶纳米粉末制作成为活塞 环外圆的功能性涂层，从而提高活塞环在复杂、恶劣工况下的抗磨损、抗腐蚀的 能力。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用 于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人 员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

本发明公开一种将非晶纳米材料应用于活塞环外圆的方法，包括如下步骤：

(1)、将活塞环装夹的步骤，装夹尺寸：(φD+0.63)±0.02，闭口间隙： 0.30～0.40，其中D为活塞环缸径，每轴装3组，每组长度≤50mm，每组左右 两端各加一片垫环，每片环自由开口必须相互错开180°装夹；

(2)、对活塞环车外圆的步骤，精车后：不拆夹，凸处外径：(φD+0.4)± 0.02，凹处外径：(φD-0.05)±0.005；

(3)、对活塞环高温除油的步骤，采用在温度280℃的烘箱中，带装夹车过 外圆的芯轴整体保温1.5小时；

(4)、对活塞环外圆活化的步骤，采用吸入式干喷砂进行喷涂前外圆的活化， 砂粒种类：白刚玉，20～25目；喷射压力：0.5±0.05MPa，压缩空气须冷凝干 燥；喷射距离：50±10mm，喷砂循环次数：3～4次；

(5)、对活塞环外圆进行等离子喷涂的步骤，其中，

工作气体：主气：高纯氩气Ar，纯度99.999%，出口压力0.5±0.05MPa， 流量2300~2400L/H；

辅气(I)：纯氮气N2，纯度99.99%，出口压力0.5±0.05MPa，流量 500~800L/H；

辅气(I)：高纯氢气H2，纯度99.99%，出口压力0.5±0.05MPa，流量 150~200L/H；

电源参数：电流：420～440A；电压：55～60V；

喷嘴几何参数：压缩比：3.5～4，压缩角：45°；

送粉方式：内送粉，送粉角度：90°，送粉孔距离：9mm，送粉量20～25g/min；

进气方式：切向进气；

工作距离：阴阳极最近距离：1～1.5mm；喷涂距离：65～75mm；

喷涂速度：喷枪移动速度：350mm/min，工件转速150～250rpm；

冷却方式：采用压缩空气强制冷却；

(6)、对活塞环进行磨外圆解体的步骤：将喷涂后环的外圆磨削至固定尺寸 并拆夹，则这轴环解体成三组每组长度≤50mm，在每环组中每片环由于外圆涂 层的粘连而相互粘结在一起；

(7)、环体成型磨分离的步骤：用CBN金刚滚轮将砂轮成型修正成为金刚 滚轮的反轮廓形状。

本发明设计专用机械加工方法，确保活塞环外圆涂层的均匀性≤0.02mm。

本发明设计、试验、选择合理的喷涂方法使活塞环外圆沉积非晶体与纳米晶 体的混合相结构的涂层，同时涂层的孔隙率≤10%，显微硬度≥1000HV0.1；涂 层与基体结合良好，涂层的抗拉强度应≥12Kg/mm2，剪切强度≥2Kg/mm2。

本发明控制活塞环热喷涂后的总变形量＜10%。

按上述流程及工艺规范制作的活塞环外圆非晶纳米涂层具有以下良好的效 果：

1、同片环涂层厚度的均匀性≤0.02，具体见下表

2、涂层显微性能测试：

3、涂层的力学性能测试：

4、活塞环变形量测试(以活塞环自由开口值变化为测量依据)