[发明专利]具有纳米合金涂层的气缸

说明书

技术领域：

本发明涉及汽车发动机用气缸的制备技术，具体涉及气缸表面热喷涂纳米涂层的制备。

背景技术：

为了降低发动机重量和成本，以及获得更好的油耗，目前汽车发动机缸体材料逐渐从铸铁件转向更轻的铝合金缸体。铝合金缸体的主要缺点是耐磨性较差，为了提高其耐磨性，常常需要制作钢质的缸套衬作为铝合金缸体内壁，以提高其耐磨性能。但缸套的使用不仅增加了成本，而且减少了缸体的有效体积，影响了燃油效率。

发明内容：

本发明的目的在于，针对现有技术中的不足，提供一种表面具有纳米合金涂层的汽车发动机气缸，利用其高耐磨、高抗拉缸性能和低摩擦系数性能，来提高发动机整体性能的目的。

本发明的技术方案如下：

本发明的具有纳米合金涂层的气缸，包括气缸金属基体，其特征在于，在所述金属基体的表面上设有纳米合金涂层，该涂层由纳米级的铁、镍、钼、铬、铝或其它金属材料中的一种或几种构成；或者由在纳米级金属材料中掺入纳米级的氧化铝、氧化钛、氧化硅、氧化锆、氧化镁、碳化硅、碳化钨、碳化铬或其它陶瓷材料中的一种或几种构成；所述涂层的厚度为100-1000微米，涂层中金属材料与陶瓷材料的质量比为 1：（0-1）。

本发明的具有纳米合金涂层的气缸中，所述的纳米合金涂层采用超音速火焰喷涂技术制备；所用的金属原料或陶瓷原料均为纳米级粉料。使用时，如同现有技术，先经喷雾造粒制成粒径为40-100微米的粉料后，再进行超音速火焰喷涂。

本发明利用热喷涂技术为发动机缸体的改进提供了一种很好的解决方案。在缸体内壁直接喷涂耐磨涂层来代替缸套，由于涂层薄，在不减少缸体的有效体积的情形下，大大减轻了缸体的重量，也减少了缸体的整体体积，因此实际使用中，可以通过紧凑的结构形式来降低整体重量和减小占用空间。

在本发明所述气缸的纳米合金涂层中，使用的铁、镍、铬等金属能够使涂层与气缸本体形成牢固的结合，掺入的陶瓷相材料可以有效地提高涂层的抗热震性、表面硬度等。同时，由于该涂层具有良好的耐磨性能，以及具有较高耐烧蚀能力和较低自身磨损的涂层系统，因此能够降低活塞环和气缸筒表面间的摩擦，从而减少机油消耗量。也就是说，本发明能进一步满足未来发动机不断提高的低油耗、低成本、重量轻、空间小等使用要求。

本发明的具有纳米合金涂层的气缸，既可用于汽油机又可用于柴油机，其纳米结构涂层的制备方法简单方便，无污染，不会对人员和环境产生不利影响。

附图说明：

图1是本发明的具有纳米合金涂层的气缸局部结构示意图

具体实施方式：

实施例1   具有铁-镍-铬-钼（Fe-Ni-Cr-Mo）纳米合金涂层的气缸

参见图1，在气缸体1的金属内壁（在该金属壁上设有冷却水槽2）面上设有纳米合金涂层3，涂层的厚度为500微米。该涂层是使用超音速喷涂技装置喷涂的具有铁-镍-铬-钼的纳米合金涂层，再经机械精加工制备出成品。喷涂原料使用市售的纳米级金属铁、镍、铬、钼（Fe-Ni-Cr-Mo）粉末。在合金粉末中，铁、镍、铬、钼的质量含量各为1/4。

经测试，本实施例的纳米合金涂层的性能参数为：表面硬度：高于800HV；结合强度：高于90MPa，孔隙率：低于7%。

本实施例是采用超音速喷涂技装置喷涂得到涂层。为了比较的需要，测试时还做了使用等离子喷涂技术得到涂层的对比例，其使用原料与实施例完全相同，然后分别做耐磨性能的测试。结果表明，在同样摩擦磨损条件下，本实施例涂层的耐磨性能比利用等离子喷涂得到的涂层提高30-40%。

实施例2   掺入氧化物的铁-镍-铬-钼（Fe-Ni-Cr-Mo）纳米合金涂层

在实施例1的基础上，在喷涂原料中掺入纳米级氧化铝和纳米级氧化钛粉料，形成纳米合金复合涂层。所掺入的氧化物为氧化铝（Al₂O₃）、氧化钛（TiO₂）的质量含量分别占喷涂原料总质量的5%。

经测试，本实施例的纳米结构涂层的性能参数为：表面硬度：高于900HV；结合强度：高于60MPa，孔隙率：低于7%。

实施例3   掺入碳化物的铁-镍-铬-钼（Fe-Ni-Cr-Mo）纳米合金涂层

在实施例1的基础上，向原料中掺入纳米级碳化钨和碳化铬粉料，形成纳米合金涂层。本实施例中掺入的碳化钨、碳化铬的质量含量分别占喷涂原料总质量的5%。