[发明专利]一种铝合金耐磨件的表面处理方法、内燃机活塞及其应用

说明书

本发明公开了一种铝合金耐磨件的表面处理方法、内燃机活塞及其应用，属于铝合金的表面处理领域。铝合金耐磨件的表面处理方法，包括硬质氧化处理和硬氮化处理，首先于铝合金工件表面进行硬质氧化处理形成多孔氧化膜，再对其表面进行硬氮化处理形成渗氮层，得到铝合金耐磨件；内燃机活塞本体上由内到外依次包括多孔氧化膜和渗氮层；本发明的内燃机活塞可以在摩托车、汽车上应用，得到的铝合金工件的热膨胀系数小且耐磨性高，并且同时适用于高硅铝合金和低硅铝合金，特别是采用本发明方法得到的内燃机活塞，在摩托车或汽车中使用时，能使其更有动力且减少燃油，在高温、高寒、缺氧条件下仍能正常工作，汽车轻量化，降低成本的同时还节能环保。

技术领域

本发明属于铝合金的表面处理方法，更具体地说，涉及一种铝合金耐磨件的表面处理方法、内燃机活塞及其应用。

背景技术

随着汽车发动机性能不断提升，汽车内燃机的适用范围也在不断地扩大。由先前的经验可知，摩擦磨损作为影响汽车内燃机寿命的主要原因。一旦汽车内的零部件等部位发生了磨损等现象，将会造成很严重的影响，不仅影响到汽车内的内燃机的使用情况，进而还影响到汽车整体的安全性和稳定性。由于汽车内燃机零部件的磨损，严重地影响到内燃机工作效率、汽车可靠性和安全性。同时，在可影响内燃机的所有零件中，一旦活塞发生了磨损，后果将十分严重，因为活塞发生了磨损会使整个内燃机内的热量无法及时散出，这也会导致活塞的热强度降低，如果发生了这样的情况，受到最大影响的还是内燃机中的拉缸，可能会发生破裂的事故等，这将会使汽车内燃机和汽车本身的安全性和稳定性大大降低。活塞作为汽车的内燃机磨损中最为关键的零部件，当汽车在运行中，假如活塞一直在吸收的热量却无法及时地传出，就会使得活塞的热强度降低，更有甚者还可以使得拉缸和活塞热裂等出现故障，这也极大地影响到了汽车内燃机的性能和汽车使用寿命。近年以来，世界各国法律法规对于汽车碳排放的要求愈发严格，汽车轻量化是减少能源消耗和碳排放有效途径之一。在这一过程中，铝合金耐磨件被大量应用于汽车、摩托车离合器的活塞中，这就要求内燃机活塞省油、动力强劲并且持久，要实现这一目的，故内燃机活塞的耐磨性是首要解决的问题。

由于厂家活塞批次不一样，其硅铝成分含量也不同，质量好的活塞即硅含量高的产品，其可以做到活塞本身热膨胀系数小，后期与油缸配合的间隙也可以小些；质量差的活塞即硅含量低的产品，其热膨胀系数很大，与油缸配合的间隙会设置相应增大。为了降低成本，现有市场上卖的活塞耐磨性差且热膨胀系数大，要避免活塞受热变形膨胀导致活塞磨损大的问题，因此使用过程中要求活塞与油缸钢体之间配合间隙要大。但是与此同时，其间配合间隙大，一是会产生漏气情况，二是活塞与气体之间形成不必要的摩擦，三是会导致燃烧不充分，车辆动力不足，例如，进口车可达8.3马力，但是同样的配制国产化后，只能达到7.4马力，后者油耗更大，活塞质量为主要因素，现有内燃机活塞不能满足上述使用要求。发明人为了解决这一问题，试图测量活塞使用过程中的膨胀系数，但是活塞在使用过程中受热后，难以测量其热膨胀系数，只能通过其与油缸的间隙来判断活塞的膨胀情况。因此，解决活塞的耐磨性是发明人的研究方向。

经检索，中国专利申请号为95109616.8，申请公开日为1996年2月14日的专利申请文件公开了内燃机的活塞及其制造方法。该专利的内燃机活塞由高硅含量的铝合金构成，其特征是在活塞销座部分附近形成多孔阳极氧化保护膜，在该多孔保护膜上浸渗钼硫化物或氟系树脂组成的润滑剂。这种活塞的制造方法如下：将活塞表面进行阳极氧化处理而形成多孔氧化保护膜，在浸渗润滑剂后除去不要的氧化保护膜，或者遮蔽活塞销座部分附近以外的部分后形成氧化保护膜，然后浸渗润滑剂。因为活塞销座部分的热变形极小，所以即使在高空燃比的高温条件下也不妨碍活塞销的移动，不出现发动机故障等问题。但是，该专利的内燃机活塞材料要求为高硅铝合金，高硅铝合金本身热膨胀系数相对于低硅铝合金小，该方法不能满足对低硅铝合金耐磨性的增强，详见对比例1。