[发明专利]活塞环涂层用复合材料、活塞环涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，尤其涉及一种活塞环涂层用复合材料、活塞环涂层及其制备方法。

背景技术

活塞环是用于嵌入活塞槽沟内部的金属环，广泛用于各种动力机械上，如蒸汽机、柴油机、汽油机、压缩机、液压机等。其中，活塞环是发动机内部的核心部件，其影响着发动机的效率、载荷、速度和寿命。

目前一般通过表面技术提高活塞环性能，如电镀、镀铬、气体氮化、表面涂层处理等。其中，表面镀铬能明显改善活塞环的耐磨性能，进一步通过对镀铬层进行阳极松孔处理，提高润滑油存储能力，能够提高活塞环的使用寿命。然而，电镀铬工艺存在耗能大、毒性大、污染环境等缺点。气体氮化技术以工艺经济可靠、环境友好等特点受到关注，但是氮化后的活塞环表面硬度不高且渗层深度不大，不能满足发动机的发展要求。表面涂层处理由于具有制备工艺简单、涂层性能良好等优点成为提高活塞环性能的研究重点之一，如刘晓红等公开了在活塞环表面电刷镀Ni-W-SiC涂层的方法(刘晓红，余宪海.柴油机活塞环Ni-W-SiC复合电刷镀研究.中国修船，2005，2：25-27)；许小锋等公开了在活塞环表面化学镀Ni-P-Si₃N₄涂层的方法(许小锋，钟良，刘继光.化学镀Ni-P-Si₃N₄复合镀层在柴油机气缸套和活塞环上的应用.苏州科技学院学报，2005，18(1)：14-17)。虽然上述涂层均能够提高活塞环的使用寿命，但上述涂层均较为致密，难以存储润滑油；另外，其摩擦系数相对较高，活塞环的耐磨减磨性能仍需进一步提高。

公开号为CN 1320767A的发明专利采用物理气相沉积(PVD)技术在活塞环上形成了TiCN或TiAlZr(CN)或TiCrNi(CN)钛基纳米陶瓷涂层，该涂层的干摩擦系数较低，一般为0.2左右，可以提高活塞环的使用寿命，但该涂层较薄，承受能力较差，难以满足发动机高载荷、高速度的要求。公开号为CN101430004A的发明专利采用PVD技术制备粘结层为Cr、耐磨层为Cr/CrN多层涂层、减磨层Cr/Cr₂O₃多层涂层的复合涂层，该涂层较厚，承受能力较好，但其摩擦系数相对较高，耐磨减磨性能较差。公开号为CN 102080207A的发明专利采用PVD技术制备DLC/TiAlN/CrN/Cr多层超硬膜涂层，虽然其摩擦系数较低，但抗高温性能较差，难以满足活塞环服役环境要求。

公开号为CN 101715521A的发明专利采用热喷涂技术制备得到了粘结层为Ni、耐磨层为含CrC、WC和MoC的Mo合金涂层、磨合层为AlCu或Ni-石墨的复合涂层，公开号为CN 86106714A的发明专利采用等离子喷涂技术制备含钼、碳、铬、镍、硼、硅和氧化铝的涂层，公开号为CN 1705765A的发明专利采用热喷涂技术制备得到含碳化铬粒子的Ni-Cr合金涂层，上述涂层均采用热喷涂技术制备，具有一定的孔隙，可以存储润滑油，能够提高发动机效率，但其涂层材料摩擦系数相对较高，耐磨减磨性能较差。另外，热喷涂技术会引起组分相变、分解、挥发、氧化等现象，制备得到的涂层呈层状结构，涂层内聚强度低。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种活塞环涂层用复合材料、活塞环涂层及其制备方法，采用本发明提供的活塞环涂层用复合材料制备得到的活塞环涂层具有孔隙，可存储润滑油，且该涂层具有良好的力学性能、耐磨减磨性能和自润滑性能。

本发明提供了一种活塞环涂层用复合材料，包括：

7wt％～30wt％的Ni；

5.5wt％～30wt％的Cr；

2wt％～13wt％的Al；

0.5wt％～2wt％的Si；

5wt％～25wt％的Ti₃SiC₂；

20wt％～60wt％的(Ti，Al，Si，C)N。

优选的，所述Ti₃SiC₂的平均粒径不大于6μm。

优选的，所述(Ti，Al，Si，C)N的平均粒径不大于3μm。

本发明还提供了一种活塞环涂层，由以下原料形成：

7wt％～30wt％的Ni；

5.5wt％～30wt％的Cr；

2wt％～13wt％的Al；

0.5wt％～2wt％的Si；

5wt％～25wt％的Ti₃SiC₂；