[发明专利]一种高硅压铸铝合金活塞局部微弧氧化处理方法

说明书

本发明公开了一种高硅压铸铝合金活塞局部微弧氧化处理方法，其特征在于包括有以下步骤：(1)前处理：采用密封胶对活塞(10)的顶端面(102)的相邻侧壁(103)进行封装形成密封层(20)；在密封层(20)的外周缠绕防水胶带形成防水层(30)，该防水层(30)的顶端高于活塞(10)的顶端面(102)，且防水层(30)的内周壁与活塞(10)的顶端面(102)之间包围形成有用于存贮电解液的电解池(301)；最后在活塞(10)和防水层(30)的外周包裹上保鲜膜形成绝缘层(40)；(2)微弧氧化处理。与现有技术相比，本发明的高硅压铸铝合金活塞局部微弧氧化处理方法能够避免界面烧蚀现象，且工装简单。

技术领域

本发明涉及表面处理技术领域，具体指一种高硅压铸铝合金活塞局部微弧氧化处理方法。

背景技术

高转速和高燃烧压力会使得发动机活塞的机械负荷和热负荷大幅增加，高热负荷要求活塞具有较高的高温强度和快速冷却能力，活塞长期在循环热载荷的作用下工作，活塞顶部极易发生熔顶，环槽处由于磨损而降低了气密性，从而产生烧机油现象，导致发动机出现积碳、排放标准降低、油耗增加等问题；活塞顶部的热防护和高温腐蚀防护以及环槽部位的磨损防护已成为制约铝合金活塞发展的技术瓶颈。

专利申请号为CN201911213048.X(公布号为CN110747498A)的发明专利《内燃机的耐高温轻质铝合金活塞及其制备方法》采用微弧氧化表面处理工艺对活塞顶面和凹槽进行微弧氧化表面处理工艺，使得活塞顶面及顶部凹槽面陶瓷膜厚度高达70～160μm，是阳极氧化膜的3倍左右；该陶瓷膜隔热性优良，导热率低至25-28W/mK，仅为铝合金导热率1/6左右；该陶瓷膜抗烧蚀性优良，耐瞬时高温达2600℃；该陶瓷膜与铝硅合金活塞基体的结合强度高达50-70MPa，不易脱落。

微弧氧化表面处理工艺的原理为：铝合金放入电解液中，通电后，合金表面立即生成很薄一层非晶Al₂O₃氧化膜。当铝合金上施加的电压超过某一临界值时，这层Al₂O₃氧化上某些薄弱环节被击穿，发生电弧放电现象，金属样品的表面产生火花，从而使金属样品的表面发生化学氧化、电化学氧化、等离子体氧化等，将非晶Al₂O₃变成晶态相——α-Al₂O₃、γ-Al₂O₃，就形成了陶瓷膜。

目前采用压铸Al-Si铝合金进行活塞生产，采用微弧氧化技术不仅可以解决活塞顶部的热防护问题，还能够解决环槽部位的磨损问题，是解决制约高功率密度铝合金活塞发展瓶颈技术的有效途径之一。

但是目前压铸Al-Si铝合金活塞的微弧氧化处理技术存在以下的局限性：

(1)目前较为简单的局部微弧氧化处理工装存在局部微弧氧化界面处烧蚀问题，虽然不严重但仍需进行后续机加工处理，增加生产成本；

(2)现有的微弧氧化处理技术都为单个或者2-3个处理方式，并且没有形成自动化生产流水线，这将会大大降低生产效率以及增加人工成本；

(3)活塞局部微弧氧化工装过于复杂化，如专利申请号为CN202011377945.7(公布号为CN112281196A)的发明专利《一种基于对铝合金活塞顶部进行微弧氧化用的装夹机构》的工装，一方面不能解决微弧氧化界面处烧蚀问题，另一方面实现不了批量流水线生产。

(4)活塞顶部进行微弧氧化主要目的为热防护和高温腐蚀防护，而普通的微弧氧化的技术不能达到此项要求；而目前耐热和高温防腐主要采用纳米颗粒弥散分布到微弧氧化膜层中去来进行，但是加入电解液中加入纳米颗粒以后累积成50微米以上的膜层较为困难，并且加之高硅铝合金微弧氧化成膜本身就困难，所以电解液中加入纳米颗粒的微弧氧化技术并不能满足要求；

(5)压铸Al-Si铝合金活塞由于Si的含量较高，所以在微弧氧化过程中成膜较为困难，因此微弧氧化膜层在超过50μm以后结合力较差。