[发明专利]一种陶瓷基自润滑膜层的制备工艺

说明书

本发明提供一种陶瓷基自润滑膜层的制备工艺，其特征在于，采用微弧氧化陶瓷层工艺结合涂覆自润滑涂料工艺制备陶瓷基自润滑膜层，先通过微弧氧化技术在铝合金表面制备具有“火山口”状微凸起和微孔结构的陶瓷膜层，再通过旋涂法将含有二硫化钨微纳颗粒的聚酰亚胺溶液均匀的涂覆在陶瓷膜层表面，待其在空气中静置一段时间后，放入烘箱热固制得陶瓷基自润滑膜层。本发明采用先微弧氧化再涂覆的工艺，利用陶瓷膜层表面的微凸起和微孔结构来加强自润滑膜层和陶瓷膜层间的结合状态，制得具有减摩、自润滑性能的陶瓷基自润滑膜层。

技术领域

本发明涉及铝合金表面处理技术领域，具体而言，尤其涉及一种陶瓷基自润滑膜层的制备工艺。

背景技术

在内燃机的设计制造中，为提高其可靠性和耐久性，缸套-活塞相对运动组件多选用铸铁材质，但铸铁材质活塞的往复运动使得内燃机的功耗增加，效率降低。为提高做功效率，需减轻运动部件的重量。于是，选择质量较轻的高硅铸造铝合金制备铝合金活塞。然而，高硅铸造铝合金具有表面硬度低、耐磨和耐腐蚀性较差等特点。所以，常采用表面强化方法提高活塞的使用寿命。

微弧氧化是包含电化学、等离子体化学等过程的一种表面处理技术。微弧氧化技术可在铝、镁、钛等阀金属表面得到与基体结合强度高、硬度高的多孔结构陶瓷层。前期研究中已经证实，微弧氧化陶瓷层具有优异的耐磨性能，截面平均显微硬度在1200HV以上。尽管利用微弧氧化技术可以提高高硅铸造铝合金活塞裙部表面的耐磨性能，但对缸套-活塞相对运动组件而言，由于活塞陶瓷层表面具有多孔结构且缸套表面硬度远低于陶瓷层表面硬度，使得缸套-活塞运动组件在运转过程中，加剧了缸套的磨损。因此，必须采取相应的表面措施来减少缸套的磨损，以使缸套-活塞运动组件配合良好。

自润滑膜层通常是含有自润滑组分的涂层材料。目前，常用的自润滑材料有石墨、二硫化钼、氮化硼、聚酰亚胺等。这些自润滑材料通过电镀、气相沉积等方式在机械零件表面形成自润滑膜层。在摩擦过程中，自润滑材料在周围介质辅助下与摩擦表面发生物理、化学反应生成自润滑膜，降低磨擦磨损。但这些自润滑膜层与基体的结合方式多为外延生长、结合强度相对较低，且方法复杂。

因此，如何设计一种兼顾微弧氧化和自润滑膜层两种处理方法的特性来提高铝合金表面硬度及耐磨耐腐蚀强度，从而提高铝合金活塞的使用寿命，成为目前亟待解决的问题。

发明内容

根据上述提出铝合金表面硬度低、耐磨耐腐蚀性能差等技术问题，而提供一种陶瓷基自润滑膜层的制备工艺。本发明主要采用先微弧氧化再涂覆的工艺对铝合金表面进行处理，从而制得具有减摩、自润滑性能的陶瓷基自润滑膜层。

本发明采用的技术手段如下：

一种陶瓷基自润滑膜层的制备工艺，其特征在于，采用微弧氧化陶瓷层工艺结合涂覆自润滑涂料工艺制备陶瓷基自润滑膜层，先通过微弧氧化在铝合金试样表面制备具有“火山口”状的微凸起和微孔结构的多孔陶瓷膜层，再通过旋涂法将自润滑涂层涂料均匀的涂覆在多孔陶瓷膜层表面形成陶瓷基自润滑涂覆层，在空气中静置一段时间后，放入烘箱热固制得陶瓷基自润滑膜层。

进一步地，所述微弧氧化电解液为硅酸盐系碱性电解液；所述自润滑涂层涂料为热固性聚酰亚胺与固体自润滑颗粒的混合物。

进一步地，所述微弧氧化电解液的组分及浓度为：Na₂SiO₃ 7-10g/L，Na₂WO₄·2H₂O4-6g/L，KOH 1-3g/L以及EDTA-2Na 2-3g/L，微弧氧化电解液溶剂为去离子水。

进一步地，所述微弧氧化电参数为：正向电压400-450V，负向电压100-150V，频率400-1000Hz，正负向占空比18-22％，正负向脉冲比1:1。