[发明专利]一种表面为(Ti;Al)N多层隔热耐磨超厚涂层的活塞及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种表面为(Ti,Al)N多层隔热耐磨超厚涂层的活塞及其制备技术和应用。所述活塞的结构包括两种方案，方案一：所述活塞包括基底、TiAl过渡层、TiAlN镀层，所述TiAl过渡层均匀包覆于基底上；所述TiAlN镀层均匀包覆于TiAl过渡层上。方案二：所述活塞包括基底、第一TiAl过渡层、第一TiAlN镀层，第二TiAl过渡层、第二TiAlN镀层，其结构为基底/第一TiAl过渡层/第一TiAlN镀层/第二TiAl过渡层/第二TiAlN镀层。其应用包括将其用于内燃机。本发明所设计的活塞表面的隔热性、耐磨性、抗氧化性和抗热冲击性，且有效延长了活塞使用寿命。

技术领域

本发明涉及一种表面为(Ti,Al)N多层隔热耐磨超厚涂层的活塞及其制备技术和应用，属于活塞设计制备技术领域。

背景技术

近年来，随着制造技术的迅速提高，日益严峻的环境污染，发动机必须向高功率、低排放方向发展。这就使得发动机的功率密度和爆发压力不断提高，直接导致活塞的机械负荷和热负荷的显著提高。铝及铝合金材料具有高强度、低密度、易加工等特点，在内燃机活塞领域被广泛应用。目前工业上多采用铝硅合金制造发动机活塞，内燃机铝活塞大多采用铸造成型方式生产，铸造过程中冷却速度较慢，活塞组织存在较大的块状初晶硅组织和呈杆状分布的共晶硅组织。活塞在工作过程中，由于硅和铝的热膨胀系数不同，承受交变热载荷产生微观裂纹，最终导致活塞热疲劳失效。为了提高活塞的使用性能，除了通过改善基体材料的性能外，还可以通过表面强化的方式，提高活塞的稳定性和使用寿命。随着铝及铝合金应用的深入，对活塞表面涂层的耐蚀能力、耐磨型、表面均匀性、耐冲击性、附着性能等提出了更高的要求。

活塞在工作时，活塞顶部直接与高温燃气进行接触，顶部承受着高温火焰的烘烤，因此活塞头部承受的热负荷急剧增加，并且材料强度在高温时会显著下降，导致高强化柴油机活塞频繁出现热失效问题。因此，为了提高传统铝合金活塞顶面的抗高温氧化性、耐蚀性、耐磨性等性能，除了改善活塞基体材料，提高活塞整体性能外，还有一途径就是通过对活塞表面处理，提高活塞抗高温氧化、抗腐蚀和耐磨性能。传统的表面处理方式有局部重熔、阳极氧化、微弧氧化、涂覆各种镀层包括镀锡，镀铅，喷涂二硫化钼，四氟乙烯等。但由于受到材料本身及涂层工艺的局限，活塞的性能提高有限，这些技术已经无法满足目前汽车对发动机提出的越来越高的要求。

发明内容

本发明的目的为了克服上述现有技术的不足，解决活塞易烧蚀、易破坏的问题，延长活塞的使用寿命，提升活塞的使用可靠性，满足高功耗低排放的要求，本发明从铝合金活塞出发，提供一种表面为(Ti,Al)N多层隔热耐磨超厚涂层的活塞及其制备技术和应用。

本发明一种表面为(Ti,Al)N多层隔热耐磨超厚涂层的活塞；所述表面为(Ti,Al)N多层隔热耐磨超厚涂层的活塞包括下述两种方案；

方案一

所述活塞包括活塞基底、TiAl过渡层、TiAlN镀层，所述TiAl过渡层均匀包覆于活塞基底上；所述TiAlN镀层均匀包覆于TiAl过渡层上，

方案二

所述活塞包括活塞基底、第一TiAl过渡层、第一TiAlN镀层，第二TiAl过渡层、第二TiAlN镀层；所述第一TiAl过渡层均匀包覆在活塞基底上，所述第一TiAlN镀层均匀包覆于第一TiAl过渡层上，所述第二TiAl过渡层均匀包覆于第一TiAlN镀层上，所述第二TiAlN镀层均匀包覆于第二TiAl过渡层上。

本发明一种表面为(Ti,Al)N多层隔热耐磨超厚涂层的活塞；所述活塞基底为铝合金活塞基底。