[发明专利]一种用于钢活塞的金属-陶瓷复合涂层

说明书

本发明提供一种用于钢活塞的金属‑陶瓷复合涂层。引入成熟的电弧喷涂技术，先在钢活塞顶面制备一层致密的铝、镁、钛等易于进行电化学氧化的材料，然后在此基础上使用硬质阳极氧化、微弧氧化等电化学方法制备隔热层。对钢活塞的待处理区进行机械加工；采用电弧喷涂在机械加工后钢活塞表面形成一层金属过渡层；对覆盖有金属过渡层的钢活塞进行二次机械加工；采用电化学方法在二次机械加工的钢活塞表面制备陶瓷隔热层。由于金属喷涂难度远低于氧化锆、氧化铝等陶瓷材料的喷涂，尤其适合采用电弧喷涂，制造成本大幅度降低。

技术领域

本发明属于热障涂层领域，特别涉及一种用于钢活塞的金属-陶瓷复合涂层。

背景技术

在铝活塞的制造中，常使用硬质阳极氧化、微弧氧化等电化学方法在活塞顶面制备隔热涂层，但是这些技术无法在钢活塞上使用。

现有技术有热喷涂法、烧结法直接在钢或钢活塞上制备氧化锆、氧化铝等涂层的，其中以等离子喷涂制备氧化铱稳定氧化锆的方案较多，并且在航空航天、锅炉等行业应用较多。

现有技术必须借助等离子喷涂设备进行，设备、材料成本高昂。

现有技术是直接在钢活塞表面喷涂陶瓷涂层，这种方法制备的涂层厚度均匀性、表面粗糙度均较差，同时这些材料硬度极高，难以使用常规的方法加工，不能满足活塞等尺寸精度要求很高的零部件的要求。

中国专利CN201611197652.4公开了一种内燃机锻钢活塞顶部隔热涂层的制备工艺，在活塞机体表面电镀或等离子喷涂一层预处理铝涂层，在预处理铝涂层表面进行阳极氧化或微弧氧化。但由于电镀过程中加热炉温度达750℃～850℃，保温30-40min，使钢活塞基体的高温强度(蠕变极限和持久强度)明显下降，该温度和时间下活塞已经整体变红，会产生严重锈蚀、变形，对活塞的整体性能影响巨大，报废几率极大。同时，这种工艺耗费时间较长，生产效率较低。

该专利提及的电镀铝涂层厚度为200±50μm，这种厚度对车削加工的重复定位精度来说难度很大，极易因重复装夹带来的偏差导致将铝涂层完全车掉，同时，电镀过程的高温带来的剧烈锈蚀、变形，进一步加剧了装夹精度的偏差。

由于涂层总厚度较大，对活塞尺寸的影响不可忽略，该专利中也未提及相关的解决办法。

发明内容

为了克服上述不足，本发明提供一种用于钢活塞的金属-陶瓷复合涂层。采用电弧喷涂技术替代电镀、热浸镀或等离子喷涂先在钢活塞顶面制备一层致密的铝、镁、钛等易于进行电化学氧化的材料，然后在此基础上使用硬质阳极氧化、微弧氧化等电化学方法制备隔热层，制备的钢活塞涂层尺寸精度高、隔热性能优异。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于钢活塞的金属-陶瓷复合涂层的制备方法，包括：

对钢活塞的待处理区进行机械加工，为后续涂层的制备预留尺寸；

采用电弧喷涂法在机械加工后的钢活塞表面形成一层金属过渡层；

对覆盖有金属过渡层的钢活塞进行二次机械加工；

采用电化学方法在经过二次机械加工的钢活塞的金属过渡层表面制备陶瓷隔热层。

本申请研究中发现：现有的等离子喷涂由于采用粉末原料，在喷涂铝涂层的过程中易因粉末温度过高导致铝粉末爆炸，不适用于铝过渡层的制备和大规模生产。为此，本发明对不同喷涂工艺下，钢活塞金属过渡层的形成规律和影响因素进行了系统分析，发现：采用电弧喷涂可以有效避免等离子喷涂过程中金属粉末易爆炸的问题，提高钢活塞耐腐蚀、高温强度性能，降低燃烧时热量向下的传导，又不至于使燃烧室整体温度过高，同时，金属过渡层与钢活塞的结合强度高，利于后续电化学法沉积陶瓷涂层。