[发明专利]一种高耐磨复合电镀活塞环及其制备方法

说明书

一种新型高耐磨复合电镀活塞环，包括钢基体，所述钢基体表面依次设置铜层、镍层以及纳米钻石烯/铬复合层。同时本发明还进一步公开了复合电镀活塞环的制备方法。本发明设置的铜镀层与钢基体、镍镀层均有很好的结合力，并起到耐腐蚀的效果；采用的纳米钻石烯硬度高、耐磨性强，与铬复合后可显著提高复合镀层的强度及耐磨性，延长活塞环的使用寿命；采用的纳米钻石烯导热性良好且具有耐高温性，使得混合气体燃烧产生的热量很快就可以通过活塞环传递到气缸壁，降低活塞环的温度，延长其使用寿命；设置的纳米钻石烯/铬复合镀层润滑性良好，摩擦系数低，发动机功率提高，油耗降低。

技术领域

本发明属于汽车发动机技术领域，具体涉及一种高耐磨复合电镀活塞环及其制备工艺。

背景技术

活塞环是用于嵌入活塞槽沟内部的金属环，是燃油发动机内部的核心部件，它和气缸、活塞、汽缸壁等一起完成燃油气体的密封。活塞环分为两种，压缩环和机油环，压缩环用于密封燃烧室内部的可燃混合气体，机油环则用于刮除气缸上多余的机油。活塞环的作用包括密封、调节机油(控油)、导热(传热)、导向(支撑)作用，其必须具备以下特点：1、优越的耐磨性能以及对缸套的低磨损性能，以延长发动机使用寿命以及减少维修成本，发动机在工作时有气体压力、自身的弹力、反复运动的惯性力以及与缸套的摩擦力等，这些作用力作用在活塞环上会使得活塞环产生一些不规则运动，加剧活塞环的磨损；2、优良的导热性能和耐高温、耐腐蚀性能，汽车发动机在工作过程中混合气体燃烧后产生的高热通过活塞环传递给气缸壁，起到冷却活塞的作用，通过活塞环向气缸壁散出的热量可达到活塞顶部承热量的30%-40%；3、低摩擦系数，可以减少与缸套之间由于摩擦而造成的功率损失，提高发动机功率，降低油耗。目前发动机正向高机械负荷、高输出功率、低油耗及低废气排放等方向发展，因此活塞环厚度变薄，重量变轻，这就要求活塞环具有更高的强度、耐磨性，以及对缸套低磨损的特性。发动机在运行时，活塞环不仅要承受热疲劳、热应力的影响，同时还要承受由燃烧气体爆发压力产生的大部分侧面压力带来的磨损和黏着问题，因此对钢制活塞环进行表面处理已经成为一道必不可少的工序，例如表面氮化，物理气相沉淀法(PVD)等工艺，但是经这些表面处理工艺后的活塞环并不能完全满足其使用要求。活塞环表面离子氮化后形成了耐磨氮化层，在一定程度上提高了耐磨性，但是其耐磨性以及较低的导热率并不能满足活塞环的性能要求。物理气相沉淀法(PVD)法是在活塞环表面沉积氮化物镀层(TiN、CrN等)，这些镀层具有较高的硬度和稳定性，但是镀层厚度超过50μm的情况下，由于镀层内应力大的原因导致镀层结合力下降以及出现裂纹等现象的发生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高耐磨复合电镀活塞环，同时提供其制备方法是本发明的又一发明目的。

基于上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种高耐磨复合电镀活塞环，包括钢基体，所述钢基体表面依次设置铜层、镍层以及纳米钻石烯/铬复合层。

所述铜层厚度为5～10μm，镍层厚度为20～40μm，纳米钻石烯/铬复合层厚度为20～40μm。

所述的高耐磨复合电镀活塞环的制备方法，包括以下步骤：1）原料前处理：包括钢基体和纳米钻石烯原材料的处理；所述钢基体前处理为对钢基体的抛光、去污处理；所述纳米钻石烯原材料前处理为对纳米钻石烯的碱洗、活化后烘干处理；