[发明专利]复合涂层、活塞、发动机和车辆

说明书

本申请涉及发动机用活塞领域，公开一种复合涂层、活塞、发动机和车辆。该复合涂层包括依次叠层设置的金属粘结层、过渡层、陶瓷层和封孔层；其中，所述金属粘结层用于与活塞基体粘结，所述金属粘结层为稀土金属改性粘结层，所述过渡层为稀土金属改性氧化锆层；用于解决活塞表面涂层易脱落从而导致活塞使用寿命低的问题。

技术领域

本申请涉及包装领域，特别涉及一种复合涂层、活塞、发动机和车辆。

背景技术

据统计发动机中活塞燃烧室燃烧产生能量有大约25％通过缸套、冷却油道散失。活塞顶部温度持续高温(320℃)，钢质活塞本身导热性好，很容易造成冷却油道与燃烧室很大的温差以及冷却机油焦化，最终钢质活塞顶部面临开裂风险；冷却机油焦化严重，容易堵塞内冷油道。除此以外，钢质活塞的顶面及燃烧室(即钢制活塞顶面的凹槽)表面更容易发生高温氧化腐蚀和燃气腐蚀，进而导致钢制活塞的顶部产生表面剥落而失效。其中，活塞的顶面及燃烧室表面称为烧蚀面。

通过在活塞烧蚀面设置隔热涂层，可减少冷却系统的热能损耗及提高钢质活塞顶部防积碳、抗氧化性能，是提升现代重型柴油机燃油效率和延长服役寿命的一种技术途径。关于内燃机活塞主体用隔热防护涂层的研究可追溯到40年前，但是迄今为止并没有成熟的产品。目前国内柴油内燃机使用的活塞顶部隔热涂层依赖于进口，隔热防护技术主要国外内燃机配件企业(如马勒、辉门等)掌握，国内大功率柴油机企业对活塞系统隔热管理技术尚处于探索阶段。尽管典型航空隔热防护涂层如氧化锆类陶瓷材料在喷气发动机、涡轮机上适用，但是不适用于大功率柴油内燃机活塞系统，主要与内燃机活塞系统服役周期长、经受长期机械-热效应及化学腐蚀、涂层材料低成本有关。

专利US10578050B2、WO2017087733、CA2739008等专利报道了先在活塞主体表面施加金属粘结层，然后在金属粘结层表面施加陶瓷涂层以提高活塞的使用寿命。但是现有的这些陶瓷涂层通常为多孔结构，高温高压下燃气可以侵蚀到陶瓷涂层的亚表层，甚至可曼延到陶瓷涂层和金属粘结层的界面结合处，导致界面结合强度弱化。特别是在金属粘结层和陶瓷涂层间热膨胀系数相差较大的情况下，以及陶瓷材料本身较脆，易于致使陶瓷涂层脱落。

发明内容

本申请公开了一种复合涂层、活塞、发动机和车辆，用于解决活塞表面涂层易脱落从而导致活塞使用寿命低的问题。

为达到上述目的，本申请提供以下技术方案：

第一方面，本申请提供一种活塞用复合涂层，所述复合涂层包括依次叠层设置的金属粘结层、过渡层、陶瓷层和封孔层；其中，所述金属粘结层用于与活塞基体粘结，所述金属粘结层为稀土金属改性粘结层，所述过渡层为稀土金属改性氧化锆层。

进一步地，所述金属粘结层包括稀土金属改性NiCoCrAlY层、稀土金属改性NiCrAlY层或稀土金属改性NiAlY层中的至少一种；

其中，所述稀土金属包括Ce、Y、Re、Nd、La或Sm中的至少一种。

进一步地，按质量分数计，所述金属粘结层中，所述稀土金属的添加量为0.5％-1％。

进一步地，所述金属粘结层的厚度为50-150μm。

进一步地，所述改性氧化锆层中，所述稀土金属包括Ce、Y、Re、Nd、La或Sm中的至少一种。

进一步地，按质量分数计，所述过渡层中，所述稀土金属的添加量为0.5％-1％。

进一步地，形成所述过渡层的原料的粉体粒径为10-100μm。

进一步地，所述过渡层的厚度为100-200μm。

进一步地，所述陶瓷层包括氧化锆、氧化钇或氧化钇稳定氧化锆中的至少一种。

进一步地，所述陶瓷层为空心结构的氧化钇稳定氧化锆层。