[发明专利]镶嵌耐磨粒子的复合镀层活塞环及其加工方法

说明书

技术领域

本发明属于发动机技术领域，具体涉及一种镶嵌耐磨粒子的复合镀层活塞环。

背景技术

活塞环是发动机中最重要的零件之一，主要用于汽油机、柴油机、工程机械、水泵等内燃机中，其工作条件十分恶劣。通常，燃料在气缸中燃烧使活塞、活塞环组件往复运动，由于气缸内燃烧压力的作用，导致活塞环和气缸壁表面磨损。为了减少活塞环和气缸壁之间的磨损，除了加入润滑剂外，目前广泛的处理方式是对活塞环进行镀铬处理。但是随着内燃机行业的迅猛发展，活塞环要求工作温度高、热冲击大、速度高、寿命长、摩擦频繁，传统的活塞环单一材料表面处理方式已不能满足需要。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种耐磨性能好、储油性能高、寿命长的镶嵌耐磨粒子的复合镀层活塞环及其加工方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

镶嵌耐磨粒子的复合镀层活塞环，包括铸铁材质的本体和镀覆在本体外圆上的复合镀层，复合镀层为镶嵌耐磨粒子的网纹状的电镀镀层，所述耐磨粒子为碳化硅、二氧化硅、三氧化铝、金刚石的一种或几种的组合。

本发明的改进在于：所述复合镀层的网纹密度为40～100网纹/mm，网纹宽度1～5μm，网纹深度2～20μm，复合镀层的硬度为900～1200HV_0.1，复合镀层的厚度为0.05～0.20mm。

本发明的进一步改进在于：所述耐磨粒子的粒径为0.5～5μm，耐磨粒子在复合镀层中的质量百分比为2～6%。

镶嵌耐磨粒子的复合镀层活塞环的加工方法，包括如下步骤：

A．配制复合镀溶液：在镀铬槽中加入2/3体积的去离子水，再依次加入铬酐、苯甲酸、硫酸，搅拌使铬酐和苯甲酸充分溶解，并在搅拌过程中加入耐磨粒子，再次补加去离子水至工作液面，配制的溶液要求铬酐的浓度为200～400克/升、硫酸的浓度为2～6克/升、苯甲酸的浓度为4～10克/升、耐磨粒子100～130克/升，通过水浴加热的方式控制使镀铬槽中的复合镀溶液的温度为50～70℃；

所述耐磨粒子为碳化硅、二氧化硅、三氧化铝、金刚石的一种或几种的组合，耐磨粒子的粒径为0.5～5μm；

B．将铸铁材质的本体与整流器的负极相连作为电镀的阴极，将不溶性材料与整流器的正极相连作为阳极，将阳极和阴极置于镀铬槽的复合镀溶液中；同时通过机械搅拌复合镀溶液，保持耐磨粒子悬浮在溶液中；

C．在阳极和阴极之间施加正向直流电流，电流密度为20～100A/dm²，施加时间为40～60分钟，在本体外表面形成一层硬铬层；

D．在阳极和阴极之间施加反向直流电流，活塞环表面的硬铬层反向刻蚀形成网纹，溶液中悬浮的耐磨粒子被吸附到网纹的裂缝中，电流密度为20～100A/dm²，施加时间为20～80秒；

E．在阳极和阴极之间施加正向直流电流，本体外表面镶嵌有耐磨粒子的网纹外表面再次形成一层硬铬，将耐磨粒子包裹固定；

F．根据镀层设计厚度，重复步骤C～E，直到达到镀层达到设计要求。

本发明镶嵌耐磨粒子的复合镀层活塞环的加工方法中，步骤C和步骤D中产生的三价铬离子的浓度控制为2～8克/升。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：

本发明将耐磨粒子添加在镀铬溶液中，在镀铬过程中在活塞环外圆上镀覆了一层镶嵌耐磨粒子的复合镀层，由于耐磨粒子本身硬度很高，有很好的耐磨性，且以网格状态镶嵌在镀铬层的裂纹中，形成了网状摩擦支撑面，耐磨性比普通镀铬层提高2.6～4倍，大大提高了活塞环的耐磨性，同时铬层网纹又提高了工作面的储油性能，降低了活塞环的摩擦系数，降低摩擦功耗，从而延长活塞环的使用寿命，降低用户的更换、维修成本。特别在300马力以上的高速柴油发动机上采用此种表面处理的活塞环，能提高发动机动力，降低燃油、机油消耗，延长发动机的使用寿命，降低污染物质的排放和工作噪声，达到节约石油能源、保护大气环境的目的。

本发明使用的耐磨粒子表面活性高，能在活塞环表面强烈吸附，不仅作为分散相，活塞环工作时形成耐磨支撑面，同时作为电化学结晶过程中的特殊结晶元素而形成结晶核心，含耐磨粒子的复合镀层晶粒细致，无方向性，其耐磨性比普通镀铬层提高260～400%。