[发明专利]一种用于活塞的非等厚度热障涂层及其制备方法

说明书

一种用于活塞的非等厚度热障涂层，包括：活塞，所述活塞的顶面上设有燃烧室，所述活塞的顶面和燃烧室内壁面上均涂覆有非等厚的热障涂层,所述燃烧室的中部为球冠凸台，所述球冠凸台的外部圆周为涡流槽区，所述球冠凸台的热障涂层厚度大于涡流槽区的热障涂层厚度，所述活塞顶面外部圆周的热障涂层厚度大于涡流槽区的热障涂层厚度，所述非等厚的热障涂层的底部为粘结层，顶部为面层；从所述涡流槽区底部到活塞顶面的面层的厚度逐渐增加，从所述涡流槽区到球冠凸台的面层的厚度逐渐增加，本设计不仅能够降低活塞表面的局部温差、减少热应力，而且能够降低活塞受到的热负荷、有效延长活塞的使用寿命。

技术领域

本发明涉及一种用于活塞的非等厚度热障涂层及其制备方法，具体适用于降低径向热应力，延长活塞的使用寿命。

背景技术

现有的热障涂层活塞，一般采用均匀涂覆热障涂层，降低活塞工作热负荷、提高活塞使用寿命。首先，均匀涂覆的热障涂层只能在轴向方向使温度均匀降低，而现有的实验与仿真研究中表明在燃烧室内，火焰膨胀引起流动加速，越接近活塞基体顶面、喉口区域以及边缘棱角处，气流速度越大，其换热系数也越大，壁面温度波动大，而越接近气缸底部气流速度小，壁面温度波动小，换热系数以及温度也相对较小，均匀涂覆的热障涂层对于活塞基体顶面、喉口区域以及边缘棱角处热应力集中问题无法有效解决。其次，非均匀涂覆热障涂层活塞能够通过合理控制涂覆厚度，降低涂层喷涂时间，节省大量人力、物力资源。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的热应力集中的问题，提供了一种降低径向热应力的用于活塞的非等厚度热障涂层及其制备方法。

为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：

一种用于活塞的非等厚度热障涂层，包括：活塞，所述活塞的顶面上设有燃烧室，所述活塞的顶面和燃烧室内壁面上均涂覆有非等厚的热障涂层,所述燃烧室的中部为球冠凸台，所述球冠凸台的外部圆周为涡流槽区，所述球冠凸台的热障涂层厚度大于涡流槽区的热障涂层厚度，所述活塞顶面外部圆周的热障涂层厚度大于涡流槽区的热障涂层厚度。

所述非等厚的热障涂层的底部为粘结层，顶部为面层；从所述涡流槽区底部到活塞顶面的面层的厚度逐渐增加，从所述涡流槽区到球冠凸台的面层的厚度逐渐增加，所述粘结层为等厚涂层。

所述活塞的外圆周壁上开设有多个环槽，所述活塞的底部设置有活塞销座，所述活塞采用BH136铝合金材料制造。

所述活塞为单卷流燃烧室，所述粘结层厚度为100μm±5μm，所述活塞顶面的热障涂层厚度为300～500μm±5μm，所述球冠凸台顶面的热障涂层厚度为200～400μm±5μm，所述涡流槽区底部的热障涂层厚度为100～300μm±5μm。

所述活塞为双卷流或多卷流燃烧室，所述粘结层厚度为100μm±5μm，所述活塞顶面的热障涂层厚度为300～500μm±5μm，所述球冠凸台顶面的热障涂层厚度为200～400μm±5μm，所述涡流槽区底部的热障涂层厚度为100～300μm±5μm。

一种用于活塞的非等厚度热障涂层的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

S1清洁基体：在超声波清洗机中用丙酮溶液清洗铝合金活塞表面，以去除油渍；然后对铝合金活塞的上表面进行喷砂处理，以增加粗糙度；最后，用乙醇清洁活塞表面并干燥，以确保表面清洁；

S2喷涂轨迹时序队列计算：根据活塞的顶部形状和设计涂层厚度，设计顶部喷管运动的时序轨迹，在喷涂前将清洁干净的铝合金活塞固定于喷涂的转盘上，转盘的旋转中心与铝合金活塞中轴线重合，喷涂装置上端为沿转盘直径方向运动的喷头；

S3喷涂粘结层：在铝合金活塞的上表面涂上热障涂层粘结材料形成粘结层，开启转盘在喷涂时喷涂装置根据粘结层喷涂轨迹时序队列由圆周到圆心自动进行喷涂；