[发明专利]一种活塞制作方法及活塞

说明书

本发明属于机加工技术领域，公开了一种活塞制作方法及活塞。该活塞制作方法包括：采用磁控喷射方式，在活塞基体的顶面镀膜，形成金属层，金属层为氧化铝和氧化锆的复合金属层；采用微弧氧化方式，在金属层上进行电化学反应，形成陶瓷层，陶瓷层为孔洞状结构。该活塞制作方法，氧化铝和氧化锆的复合金属层在氧化锆的基础上增加了氧化铝，有效地降低金属层的热容，避免隔热存储大量的热导致燃烧室温度升高的情况，利于燃料的充分燃烧。同时，陶瓷层为疏松结构，其具有低热容的特性，进一步降低活塞基体的热容。另外，微观孔洞涂层中的空气导热系数极小，空气的导热性差，可阻碍高温燃气向活塞基体的热量传递，有效地降低活塞基体的热导率。

技术领域

本发明涉及机加工技术领域，尤其涉及一种活塞制作方法及活塞。

背景技术

现有活塞的生产制造具有以下两种方式：

第一种，在钢活塞顶部涂覆YSZ、Mg-PSZ等热障陶瓷层，该陶瓷层的主体材料为氧化锆，利用氧化锆热导率低的特点来降低热量传递与损失。由于氧化锆密度大，热容较大，通常为2000kJ/(m³·K)以上，会导致氧化锆涂层在隔热时存储大量的热，从而使燃烧室温度升高，使进入燃烧室的氧原子数量降低，不利于燃料的充分燃烧。

第二种，制备具有金属-陶瓷复合涂层的钢活塞，首先通过电弧喷涂技术在钢活塞顶面制备一层致密的铝、镁及钛等金属层，然后对覆盖有金属层的钢活塞进行二次机械加工，最后使用硬质阳极氧化的电化学方法制备陶瓷隔热涂层。但电弧喷涂技术存在以下缺点：(1)电弧喷涂制备的金属层中孔洞率较大，且分布于整个金属层内，这将会导致金属层无法与钢活塞基体紧密结合，可能会发生涂层脱落等问题，同时还会导致涂层的热震性能下降；(2)电弧喷涂时会在钢活塞表面产生高温，可能会导致钢活塞基体的高温强度下降。另外，虽然在钢活塞表面制备了金属-陶瓷复合涂层，但该涂层不具备优良的低热导性与低热容性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种活塞制作方法及活塞，具有低热容、低热导率，降低了活塞顶部的吸热与传热能力，从而有助于提高发动机热效率。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种活塞制作方法，包括：

采用磁控喷射方式，在活塞基体的顶面镀膜，形成金属层，所述金属层为氧化铝和氧化锆的复合金属层；

采用微弧氧化方式，在所述金属层上进行电化学反应，形成陶瓷层，所述陶瓷层为孔洞状结构。

作为优选，所述磁控喷射方式包括以下步骤：

在真空室内填充惰性气体，并在真空室内分别设置铝靶和锆靶；

利用夹持组件夹紧活塞基体并控制活塞基体的顶面背离铝靶和锆靶设置，利用低压惰性气体辉光放电反应产生入射离子轰击铝靶的表面和锆靶的表面；

利用夹持组件夹紧活塞基体并控制活塞基体的顶面正对铝靶和锆靶设置，铝靶和锆靶发生溅射产生的铝原子和锆原子溅出并沉积至活塞基体的顶面上，形成薄膜结构的金属层。

作为优选，通过控制铝元素和锆元素的含量比，使所述金属层在进行电化学反应中形成具有氧化锆的陶瓷层。

作为优选，所述控制铝元素和锆元素的含量比是通过分别调整铝靶和锆靶的溅射角度并控制铝靶和锆靶同时溅射而实现。

作为优选，所述真空室在通入惰性气体之前的气压不大于5×10^-4Pa，所述真空室在通入惰性气体之后的气压为0.1Pa～0.9Pa。

作为优选，所述微弧氧化方式包括：

利用夹具组件夹持活塞基体；