[发明专利]一种用于内燃机工作内腔的复合铸渗层的制备方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种用于内燃机机体和气缸盖内腔的复合铸渗层的制备方法，具体是利用铸渗技术在内燃机燃烧室、排气道内腔等工作环境恶劣的部位制备一层耐腐蚀、耐高温，与基体结合紧密的复合铸渗层的制备方法。

背景技术

内燃机自19世纪60年代问世以来，经过不断改进和发展，已是比较完善的机械，常见的有柴油机和汽油机等类。它通过将内能转化为机械能，是通过做功改变内能。其热效率高、功率和转速范围宽、配套方便、机动性好，所以获得了广泛的应用。全世界各种类型的汽车、拖拉机、农业机械、工程机械、小型移动电站和战车等都以内燃机为动力。海上商船、内河船舶和常规舰艇，以及某些小型飞机也都由内燃机来推进。世界上内燃机的保有量在动力机械中居首位，它在人类活动中占有非常重要的地位。 

内燃机是一种由许多机构和系统组成的复杂机器。要完成能量转换，实现工作循环，保证长时间连续正常工作，各类内燃机都必须具备以下一些机构和系统：曲柄连杆机构、机体和气缸盖、配气机构、供油系统、润滑系统、冷却系统和起动装置等。其中，位于内燃机机体的气缸是一个圆筒形金属机件，密封的气缸是实现工作循环、产生动力的源地。各个装有气缸套的气缸安装在机体里，它的顶端用气缸盖封闭着。活塞可在气缸套内往复运动，并从气缸下部封闭气缸，从而形成容积作规律变化的密封空间——燃烧室。燃料在此空间内燃烧，产生的燃气动力推动活塞运动。活塞的往复运动经过连杆推动曲轴作旋转运动，曲轴再从飞轮端将动力输出。由活塞组、连杆组、曲轴和飞轮组成的曲柄连杆机构是内燃机传递动力的主要部分。可见，内燃机在工作过程中，燃烧室及排气管内腔始终处于高温、高压、腐蚀性恶劣环境下，对这些部位的强度、高温性能、耐腐蚀性能和耐磨损性能均有较高的要求，如不加以针对性的防护，在长期使用过程中极易发生失效，使缸体、缸盖零件的可靠性和使用寿命均受到较大影响。

目前，人们在生产实践中，可通过各种表面工程技术在普通材料的表面上，制造一个特殊的工作表面，使其达到：防腐、耐磨、减磨、抗高温、抗氧化、隔热、绝缘、导电、防微波辐射等一系列多种功能。显然，如能将表面工程技术应用在内燃机工作内腔表面上，可实现节约材料，降低成本甚至进一步提高工作表面性能的目的。但是由于内腔加工难度大，加工部位对功能层结合强度要求高、功能层厚度应较大等诸多问题，以及考虑到工艺复杂性和成本等因素，一些常用表面处理工艺（如热喷涂、离子注入法、表面熔敷法、激光表面强化等）难以应用在这些部位。

目前，人们通常在缸体、缸盖使用的铸铁或铸钢材料中整体添加改性合金元素，以提高其耐高温、耐腐蚀等工作性能，但是这样就大大增加了零件的成本。如何经济有效的将表面工程技术应用在内燃机工作内腔的制备中去，是当前该领域所需解决的技术难题。

铸渗又称铸件表面合金化，是一种在浇注过程中实现零件表面合金化从而使其表面具有特殊组织和性能，是表面改性与零件成形同时进行的一种新型表面工程技术。铸渗法是在铸型的表面涂一层含有使铸件表面合金化的材料，在浇注和凝固过程中，高温金属液与合金材料在铸件表面发生扩散和渗透现象，达到使铸件表面合金化的目的。与以上提到的非铸造途径的表面工程技术相比，它具有不需要专门设备、生产周期短、表面处理层厚、成本低、零件不变形等优点。

但是目前常用铸渗工艺也存在一定的缺点，限制了其在内燃机工作内腔的应用，如：铸渗合金层中易产生气孔、夹渣的缺陷；渗层的厚度一般不超过10mm，由于厚度限制而影响铸件的使用寿命，不能满足某些工况要求。其原因是构成铸渗层的合金颗粒粉末间的孔隙大小决定了铸渗过程中高温金属液渗入渗层的难易度和渗层排气性能的好坏，一般而言，孔隙平均大小越大，铸渗层能达到的最大厚度就越厚，气孔夹渣现象越少。显然，孔隙大小与合金颗粒粉末粒度大小分布直接相关：粒度细或大小不均则孔隙小，渗透深度浅，直径小于0.06mm的合金粉末不能形成合金层；粒度过大则孔隙大，但是合金颗粒不能被母材溶液完全熔化，造成渗层合金化程度差，性能不佳。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于内燃机工作内腔的复合铸渗层的制备方法用于内燃机工作内腔的渗层厚、表面质量佳、与基体结合紧密的复合铸渗层的制备方法。

本发明的技术方案为：

一种用于内燃机工作内腔的复合铸渗层的制备方法，包括以下步骤：

（1）、准备陶瓷颗粒和合金粉末，将Ni-Cr-Fe合金粉末与陶瓷颗粒按60-80%：40-20%的体积配比混合，混合均匀后再一同置入球磨机内碾磨10-24小时，制成粒度均匀的合金包覆陶瓷表面的复合颗粒；