[发明专利]一种带复合层的内燃机活塞及其制造方法

说明书

技术领域

       本发明涉及一种内燃机活塞，具体为一种带复合层的内燃机活塞及其制造方法。 

背景技术

   活塞是内燃机的关键零部件，它是在高温（350℃以上）、摩擦条件下工作的，活塞性能及使用状况对能耗、尾气排放、噪音等都有很大的影响，提高活塞的高温强度及耐磨性，减小膨胀系数、改善体积稳定性，减轻重量，是国内外活塞研究的重要趋势。随着节能、环保要求的日益迫切，提高燃烧温度、减小配缸间隙、降低油耗已成为发动机设计的重要趋势。为此国内外科技人员实施了各种举措：如：“活塞整体阳极化处理”“Ni-SiC复合电镀”“等离子气相沉积陶瓷化处理”、“喷涂聚四氟乙烯处理”等，但考虑工艺复杂程度、成本控制、使用条件等因素，以上方法各自有不同的应用范围局限。 

发明内容

本发明的目的是克服内燃机活塞应对温度高、热冲击大、速度高、摩擦频繁中出现的不足，将活塞整体磷化、裙部外圆丝网印刷石墨、顶部陶瓷化处理技术应用于同一只活塞，提供一种带复合层的内燃机活塞，使活塞的综合性能得到提高。 

       本发明的目的是这样实现的：一种带复合层的内燃机活塞，其基体材质为Al-Si合金，活塞整体基体外表有磷化处理层作为粘附层，活塞裙部磷化处理层外表面有石墨层，活塞顶部磷化处理层外表面有陶瓷层。 

所述磷化层厚度为1-3um，所述石墨层厚度10-15um，所述陶瓷层厚度40-150um。 

       一种带复合层的内燃机活塞的方法，活塞外表面采用整体磷化处理，活塞头部采用电镀陶瓷化处理，活塞裙部采用丝网印刷石墨处理。 

       所述的磷化具体工艺流程为：化学除油-冷水洗-磷化-冷水洗-蒸馏水洗-烘干；磷化工艺条件包括清洗时间、磷化溶液温度、磷化时间、蒸馏水电导率、烘干温度、烘干时间； 

       所述的磷化的工艺条件为：清洗时间2-3min,磷化溶液温度50-70℃，磷化时间2-3min，蒸馏水电导率≤30us，烘干温度150-170℃，烘干时间10-15min。

磷化是金属与稀磷酸或磷酸盐溶液反应在其表面形成磷酸盐膜的保护过程，由于反应生成的磷化膜和基体结合牢固，且有微孔结构，具有良好的吸附性能，大量用做涂料底层，并有一定的防腐性能 。铝活塞的磷化不仅能提高石墨层与金属铝的结合强度，还对铝及镶嵌的其他黑色金属均能起到防护作用。 

       所述的裙部丝网印刷石墨工艺流程为：超声波除油-清洗-热水洗-冷水洗（蒸馏水）-烘干-恒温-印刷涂层-放置-固化；丝网印刷工艺条件包括清洗时间、烘干温度、烘干时间、恒温温度、活塞温度、环境温度、刮板压力、相对湿度、固化温度、固化时间。 

       所述活塞裙部丝网印刷石墨的工艺条件为：清洗时间2-3min，烘干温度150-170℃，烘干时间10-15min，恒温温度50-70℃，活塞温度50-70℃，环境温度22-28℃，刮板压力0.8-1MPa，固化温度190±10℃，固化时间50-70min。 

       活塞裙部丝网印刷的原理是：丝网印版的部分孔隙能够透过涂料漏承印物上，印版上其余部分的网孔需要堵住，不能通过涂料在承印物上形成空白。当承印物直接放在带有模板的丝网下面时，丝网印刷涂料在刮墨刀的挤压下穿过丝网中间的网孔，印刷到承印物上。印刷时的丝网印版的一端加入涂料，涂料在无外力的作用下不会自行通过网孔漏在承印物上，当用刮墨板以一定的倾斜角度及压力刮动涂料时，涂料通过网版转移到网版下的承印物上。 

       所述活塞顶部电镀陶瓷化处理工艺流程为：化学除油-热水洗-冷水洗-烘干-镀陶处理-冷水洗-烘干；顶部陶瓷化处理工艺条件包括烘干温度、烘干时间、电解液温度、镀陶时间、镀陶电压、镀陶电流密度； 

       所述活塞顶部电镀陶瓷化处理工艺条件为：烘干温度70-150℃，烘干时间10-15min，电解液温度<38℃,镀陶时间35-45min，镀陶电压500-700V，镀陶电流密度20-30A/dm²。