等离子喷涂强化铝活塞环槽工艺初探

前言 用等离子喷涂法强化铝活塞第一、二环槽,以提高耐磨性。是近几年国外正在研究发展的一项新工艺。在国际上首见于英WellWorthy一个专利,近几年才先后看到苏联、日本和西德的研究报导。喷涂法特别适用于难以用浇注法配制耐磨环槽的活塞. 本文对涂层的设计和选择。喷涂工艺参数的选择。喷涂前后的处理以及涂层与铝合金基体的粘结性能和工艺方法等均作了具体分析。并通过实体喷涂活塞可靠性装车试验的实践.对喷涂工艺的应用进行介绍和评估价。     

铝活塞环槽的激光强化

活塞是与发动机寿命有关的主要零件之一.活塞最薄弱的部位是第一道气环槽.为了提高耐磨性,在气环区镶装了一道由耐蚀镍合金、灰铸铁或钢制的镶环,但这种方法并不十分可靠(由于难于保证镶环与基体材料可靠联接).当采用氩弧堆焊、等离子堆焊和电子束堆焊时,由于难于得到均质的强化层,强化环槽也没有解决这一问题.因此,苏联汽车工业工艺科研所提出了用耐磨元素将铝活塞环槽激光强化的新方法.     

耐磨镶圈活塞铝—铁结合区的研究

一、前言 盐芯活塞要求第一或第一、二道环槽处镶铸的特种奥氏体铸铁耐磨镶圈（简称耐磨镶圈）和活塞铝基体之间能达到冶金结合。所谓冶金结合是指盐芯活塞在镶铸耐磨镶圈过程中伴随液固两种金属材料的扩散反应,在耐磨镶圈上形成一定厚度的合金扩散层,使耐磨镶圈与铝基体之间的结合区（简称铝一铁结合区）具有良好的导热性和足够的粘结强度。 有关盐芯活塞铝一铁结合区的问题已在文献[1]中提到,但没有进行详细讨论。本文将叙述铝一铁结合区的形成过程,组织特征与机械物理性能,讨论铝一铁结合区扩散层形成的机理、影响因素及其粘结强度的测试方法。     

国外铝活塞的表面强化处理

为了提高活塞的使用寿命,国外许多工业发达的国家,对活塞的表面强化处理进行了较深入的研究。 活塞的表面强化处理分为强化活塞头部、环槽和裙部外圆三种,旨在防止活塞头部及环槽因高温产生的熔融、开裂、积炭及磨损,以及改善裙部与缸套的早期磨合性能。国外采用了硬阳极氧化处理、电镀硬铁、镀锡、镀铝、喷涂石墨和二硫化钼等技术,还试验等离子喷涂及电镀环槽工艺,并开展了对铝石墨粒子电化学的相容性、激光辐射强化可能性和无电子涂层等研究。     

活塞镶圈缺陷的分析和措施

众所周知，在生产镶圈活塞时，为增加镶圈与活塞本体的粘接强度，镶圈在浇铸之前，要进行浸铝过程，浸铝采用Al-Si二元合金，镶圈经过浸铝反应，在其表面形成过渡层和浸铝层，过渡层是镶圈与铝的反应层，厚度约0．03～0．05mm，往外逐渐到浸铝层，厚度约为0．2～0．3mm，在浇铸过程中，镶圈的浸铝层被工作合金熔融，通过过渡层与铝基体增加粘接强度。镶圈活塞在生产中，受到各种因素影响，往往会形成质量问题，与镶圈有关的缺陷占有相当大的比例，     

强化活塞的合成材料

<正> 用各种气热喷涂和堆焊的方法所得到的涂层性能基本上由所用材料决定。所以,针对现有的涂层工艺及设备,研制并推广新的有效的材料就具有特殊的意义。采用纤维合成线材给扩大强化工艺的范围开辟了新的远景。纤维合成线材系由熔点较低的金属或合金(铝、锌等)作基体,由难熔金属、合金和非金属作增强纤维,这类材料几乎适用所有的喷涂方法,如较简单的喷涂方法(像电弧喷涂)。例如,使用铝基合成材料,用增强镍纤维可以得到铝镍涂层,它具有不同于基体的高强度、高密度。它具有扩展的分界面和至少为两个相的热力不平衡体系,在喷涂时合成材料同现有熔药相似,进行相间反应,促使喷涂层同基体牢固结合。     

HVAF喷涂粘结层与APS喷涂陶瓷层热障涂层体系热力学性能研究

文章首先在重型燃机透平动叶用镍基高温合金IN738基体材料上,采用空气助燃超音速火焰喷涂(HVAF)和大气等离子喷涂(APS)工艺分别制备TBCs的粘结层和陶瓷隔热层;然后针对所制备涂层的表面形貌和微观结构、高温抗氧化性能、高温热循环性能、结合强度、杯突性能等进行了研究,分析了影响TBCs涂层的耐久性和可靠性的因素。研究结果表明,此种方法所制备的TBCs性能优异。     

耐磨镶圈与铝活塞基体粘结强度问题研究

高镍铜奥氏体铸铁空心型材,在垂直连续铸造工艺条件下,全断面呈现D+E型石墨形态,用其制作铝合金活塞中镶铸的耐磨镶圈,与同样材料的离心铸管所制作的镶圈相比,因晶界密度增加而提高了铝原子扩散通量,促使形成高铝低硅的强韧相α-Al8SiFe2,抑制了高硅低铝的脆性相Fe3(Si0.9Al0.1)的出现,化合物层厚度增加4-5倍,降低了界面应力梯度;同时因石墨裸露面积减少而改善了铝液浸润状况,扩大了有效粘结面积.其综合效果是将镶圈与铝活塞基体的粘结强度提高了30-57％.     

TBCs粘结层抗高温氧化行为研究

该文采用超音速火焰喷涂方法,在镍基高温合金基体上制备NiCoCrAlTaY粘结层,通过XRD、SEMi析方法,研究了相同温度不同氧化时间粘结层的抗高温氧化行为及氧化机理,分析计算得到粘结层的氧化动力学规律,最后总结了控制TGO生长的方法。分析表明：TGO的生长使粘结层Al元素贫化,Ni、Cr元素氧化产生复杂的尖晶石类金属氧化物,是粘结层抗氧化性能降低的根本原因,为热障涂层的结构设计及优化提供了依据。     

电爆炸喷涂技术在440 t/h CFB锅炉上防磨的应用

本文针对华能济宁发电厂#5炉内磨损严重的金属部件,分析了金属件的磨损机理,并采用电爆炸喷涂技术,在磨损最严重的风帽及水冷壁区域定向喷涂制备NiAl/TiC复合涂层,来强化防磨;与电弧喷涂作比较,介绍了此涂层的众多优越性能,如：涂层与基体为冶金结合;涂层本身硬度大;涂层喷涂均匀细密且薄,与管壁表面能平滑过渡,不损伤金属部件内部金相组织;大大延长了金属使用寿命,此技术已在多个电厂推广应用.     

柴油机活塞铸铁镶圈粘接分离问题研究

本文总结了Cummins公司在铸铁镶圈活塞粘结失效方面的经验。柴油机活塞铸铁环座的设计及粘结层影响到活塞的可靠性，断续的冷态裂缝缺陷渗透到Alfin粘结层被确认为是活塞粘结分离失效的原因，基于有限元分析与实验提出了环座设计的参数。利用超声波探伤进行严格的检测可以减少部件中的缺陷。     

等离子喷涂铝硅-聚苯酯涂层工艺及性能研究

采用大气等离子喷涂(APS)的方法制备铝硅聚苯酯封严涂层。通过正交试验,以结合强度为判据,优化了铝硅聚苯酯涂层等离子喷涂工艺参数,研究了涂层的结合强度、硬度、孔隙率等性能。结果确定优化的工艺参数为:电弧电流500A、主气流量75 L/min、辅气流量7 L/min、喷涂距离120mm。在优化的喷涂工艺参数下获得的涂层结合强度达到6.5MPa,孔隙率为8.3%,硬度在52-55 HR15Y,具有良好的抗老化性能,为实际生产提供了依据。     

活塞环表面等离子喷涂强化及耐磨性能的研究

采用等离子喷涂技术,在活塞环表面喷涂一层Mo+28%NiCrBSi复合材料,并对复合材料涂层的金相组织、硬度、抗咬死和耐磨性进行了实验研究。结果表明采用等离子喷涂工艺制备的Mo+28%NiCrBSi复合材料涂层具有良好抗咬死性及耐磨性,是目前理想的活塞环涂层。     

盐芯活塞的研制

一、前言 近30多年来来 柴油机发展迅速。在此情况下,活塞受到机械负荷与热负荷大幅度增加。为防止铝活塞顶产生裂纹,其温度不能超过350 ℃～375℃;另外,为保持润滑良好,防止积炭, 不使环槽迅速磨损,第一道环槽温度应控制在200～220℃以下。为此在铝活塞的第一或第一、二道环槽处镶铸奥氏体铸铁耐磨镶圈(以下简称耐磨镶圈),在活塞顶靠镶圈附近用水溶盐芯或电子束焊接制出振荡冷却油道。人们一般把这种活塞称做为振荡油冷活塞。根据冷却油道成形方法的不同,又把这种活塞区分为盐芯活塞与电子束焊接活塞。本文将要研究的是如图1所示的Φ100～200mm盐芯活塞。     

轴承用氧化铝涂层结合强度的研究

通过显微镜观察和力学性能测试的方法对不同成分和厚度的氧化铝涂层的结合强度变化规律进行了研究.结果 表明,向纯氧化铝粉末中添加少量的氧化钛粉末或者引入金属粘结层均可以提高涂层的结合强度.随着涂层厚度的增加,涂层和基体之间的结合力逐渐减弱.同时发现,金属粘结层的引入可以提高涂层和基体之间的结合强度.     

La_(2)Zr_(2)O_(7)–8YSZ双陶瓷层热障涂层活塞热–机耦合应力分析北大核心CSCD

以某车用发动机活塞为研究对象,基于有限元法建立La_(2)Zr_(2)O_(7)–8YSZ双陶瓷层热障涂层活塞模型,研究陶瓷面层、底部陶瓷层、基体的热–机耦合应力及其双陶瓷层结构对活塞基体的影响。根据温度场分析,陶瓷面层厚度为0.15 mm时,La_(2)Zr_(2)O_(7)–8YSZ涂层活塞基体、陶瓷面层、底部陶瓷层的最高温度分别是271℃、438℃、363℃。随着陶瓷面层厚度增加,活塞基体温度降低,活塞顶面温度升高。热应力分析表明无涂层活塞的最大热应力出现在环槽处,最大值是64 MPa,而涂层活塞基体的最大热应力出现在燃烧室喉口及其顶部边缘部分。受机械负荷影响,无涂层活塞和涂层活塞基体耦合应力最大值均出现在销座处,陶瓷面层和底部陶瓷层最大热–机耦合应力出现在各自底面。随着陶瓷面层厚度增加,陶瓷面层和底部陶瓷层最大耦合应力缓慢减小,活塞基体耦合应力基本不变。     

新一代活塞

AE 公司已掌握了强化活塞环槽用的局部熔结合金的技术。该技术使环槽具有用阿尔芬法镶嵌铸铁镶块的优点,可在大型柴油机、小型高速柴油机和汽油机活塞上应用。采用高能电子束或激光束熔结法(添加熔结合金)可以制成强化活塞,它具有铸铁环槽镶块成本低和重量轻的优点。图1所示是各种活塞的磨损试验结果,可以说明上述情况。     

燃气轮机压气机叶片涂层的高温适应性研究

为探究压气机叶片涂层在更多级叶片上的应用情况,研究了富铝无机盐涂层和铝基硬质涂层的高温适应性,利用光学显微镜、粗糙度测试仪、扫描电子显微镜、能谱仪和拉伸试验机分别测试了涂层厚度、表面粗糙度、微观组织、元素分布和拉伸结合强度。结果表明：富铝无机盐涂层的厚度为40～60μm,喷涂态和热处理后涂层的表面粗糙度分别为0.570～0.685μm和0.734～0.842μm,微观组织在460℃、2 000 h内保持稳定,热失效过程涂层中的铝元素向基体快速扩散,金属基体氧化,拉伸结合强度降低;铝基硬质涂层厚度为8～12μm,喷涂态和热处理后涂层的表面粗糙度分别为0.324～0.486μm和1.054～1.275μm,微观组织在460℃、1 001 h内保持稳定,热失效过程观察到(Fe, Cr)Al金属间化合物生成,拉伸结合强度约为40 MPa;热处理温度越高、时间越长,铝基涂层越不稳定,当温度不高于460℃时才可满足服役要求。     

等离子涂涂层结合情况的评价

等离子喷涂涂层的结合情况用断裂力学方法并结合机理以深入研究，这样，变形能对于附着破坏或粘结破坏形式的释放可能与涂层的显微结构特性有关，涂层薄层的塑性变形和液滴与基体间，或与先前固化的材料之间的接触效果是决定涂层性能的重要因素。     

PCBN刀具在活塞铸铁环槽加工中的应用

根据PCBN刀具材料的力学、物理、化学性能以及铝活塞铸铁镶环的性能及特点,结合铝活塞铸铁环槽的加工方式,采用试验研究对比了粘合剂比例和刀具角度对PCBN刀具寿命的影响。结果表明,粘合剂占比为20%时刀具使用寿命最高,较粘合剂占比10%时使用寿命提高近5.9倍;而将刀具由单侧偏角改为双侧偏角后,使用寿命也提高了近2倍。本文研究对提高铝活塞铸铁环槽加工效率及延长刀具使用寿命有重要的现实意义。