[发明专利]一种通过涂层技术提高热疲劳使用寿命的活塞预处理工艺

说明书

本发明公开了一种通过涂层技术提高热疲劳使用寿命的活塞预处理工艺，涉及机械加工技术领域，具体工艺如下：1）将ZL108铝合金溶化加入前驱粉末，得到合金溶液；2）将合金溶液处理后采用挤压铸造工艺进行制备，再经过热处理，得到待加工活塞；3）采用多壁碳纳米管和碳化硼制得粉末混合物；4）将含有粉末混合物的浆料喷涂在待加工活塞表面，干燥后进行高温烧结即可。本发明提供的活塞预处理工艺，可以有效的减少隔热涂层在界面缺陷处裂纹的产生以及抑制裂纹扩展，从而可以避免隔热涂层失效，实现活塞热疲劳使用寿命的提升。

技术领域

本发明属于机械加工技术领域，具体涉及一种通过涂层技术提高热疲劳使用寿命的活塞预处理工艺。

背景技术

活塞是发动机的“心脏”，是发动机传递能量的重要构件，其质量的好坏直接影响到发动机的使用性、经济性及寿命。其中活塞燃烧室面位于上止点时，活塞顶面以上、汽缸盖底面以下，它用于混合燃气、组织气流并为燃烧提供空间。但柴油机燃料柴油粘度大不易蒸发，而其自燃温度却较汽油低，活塞压燃的工作性质赋予燃烧室面更加恶劣的服役环境。柴油机活塞工作时柴油会形成细微的油粒，与高压高温的空气混合，压缩进程中进而产生瞬时的高温及燃气压力，同时产生氮氧、硫氧等烧蚀性气体；在进气、压缩、做功、排气四个行程的工作循环下，燃烧室面不但承受交变的机械负荷和循环热冲击，燃料与空气混合工作的模式更使活塞基材直接与高温燃气接触，燃烧室面极易发生热负荷、热疲劳及热腐蚀等失效行为。

目前改善活塞基体材料的有效途径之一就是通过表面涂层技术，以提高活塞的热疲劳使用寿命。例如中国专利CN2018110582098公开了一种用于铝合金活塞燃烧室面的CrAlN隔热涂层及其制备方法，又例如中国专利CN2012104360882公开了一种提高内燃机热效率的方法，上述专利文献均公开了在活塞上制备隔热涂层的方式提高活塞的使用寿命，但是在实际生产应用中，由于隔热涂层与金属基体之间的热膨胀不匹配易引起涂层内的残余应力，再加上自身性能的差异，在热载荷作用下会产生较大的热应力，这些残余应力和热应力的集中将会使涂层在界面缺陷处产生裂纹，随着裂纹的扩展易导致涂层剥落，从而使得隔热涂层失效。

发明内容

本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种通过涂层技术提高热疲劳使用寿命的活塞预处理工艺。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种通过涂层技术提高热疲劳使用寿命的活塞预处理工艺，具体工艺如下：

1）按照质量比为4.5-5:1称取偏钨酸铵和氯化钪，在室温条件下溶解在蒸馏水中，待完全溶解后，在高速离心喷雾干燥机内进行雾化干燥，得到前驱粉末，将化学成分为Si11-13%，Cu1-2%，Mn0.3-0.9%，Mg0.4-1.0%，Fe0.2-0.6%，余量为Al的ZL108铝合金置于熔炼设备中在740-760℃加热溶化，然后将前驱粉末置于600-650℃下焙烧1-2h，待焙烧结束后前驱粉末在压力为50-100MPa下冷等静压处理10-20min，然后按照占合金溶液总重量的0.3-0.5%，将前驱粉末加入到铝溶液中并搅拌均匀，得到合金溶液；本发明中，利用偏钨酸铵和氯化钪得到前驱粉末，对其进行冷等静压处理，使得粉末在压制过程中发生位移以及形变，从而使得粉末硬团聚产生的拱桥效应得以消除，粉末颗粒之间的连接产生松动，拱桥效应形成的孔隙会被压溃、破碎，从而使得合金液中引入的前驱粉末在高温环境下不会产生气孔，从而有助于提升合金基体的连续性，增强了合金基体的致密性，从而有助于降低合金基体的热膨胀系数；引入的前驱粉末中的钪元素在固溶处理中，与合金中的空位有很高的结合能，可以有效的阻碍金属原子的扩散速度，使得合金基体晶粒尺寸减小，从而使得合金基体在后续的挤压成型过程中位错密度逐渐升高，从而有助于进一步降低合金基体的热膨胀系数；