一种硼铸铁气缸套刮碳环涂层制造技术

本实用新型专利技术公开了一种硼铸铁气缸套刮碳环涂层，属于气缸套的改进技术领域。本实用新型专利技术的一种硼铸铁气缸套刮碳环涂层，设置于气缸套的颈部，刮碳环涂层的成分为NiCr‑Cr3C2复合涂层，NiCr合金具有优异的耐热、耐腐蚀、抗高温氧化等性能，还起到粘结相的作用，Cr3C2具有较好的高温硬度和抗高温氧化性，起硬质相的作用。气缸套的成分为硼铸铁，硼铸铁，即在灰铸铁中加入硼，可在金相组织中得到不同数量的含硼渗碳体或莱氏体组织的铸铁，随硼含量的增加，显微硬度增加，但过高的硼加入也会造成韧性降低。本实用新型专利技术能够解决活塞表面极易积累大量积炭、刮碳环配件存在结构本身硬度低、易损坏等问题。

A boron cast iron cylinder liner coating for carbon scraping

The utility model discloses a boron cast iron cylinder liner carbon scraping ring coating, which belongs to the improved technical field of cylinder sleeve. The utility model relates to a boron cast iron cylinder carbon scraping ring coating, arranged in the cylinder neck, carbon scraping ring coating composition of NiCr Cr3C2 composite coating, NiCr alloy has excellent heat resistance, corrosion resistance, oxidation resistance and other properties, but also play a role in binding phase, Cr3C2 with high hardness good and resistance to oxidation at high temperature, play hard phase effect. The cylinder liner components of boron cast iron, boron cast iron, adding boron in gray cast iron can be obtained with different number of boron containing cementite or ledeburite cast iron in microstructure, with the increase of boron content, the microhardness increases, but the high boron addition will cause a decrease in toughness. The utility model can solve the problems that the piston surface is easily accumulated a large amount of coke, and the parts of the carbon scraping ring are low in hardness and easy to be damaged.

【技术实现步骤摘要】
一种硼铸铁气缸套刮碳环涂层
本技术涉及气缸套的改进
，尤其涉及一种硼铸铁气缸套刮碳环涂层。
技术介绍
随着发动机功率提升和运行时间延长，尤其是使用重油的柴油发动机，与气缸套配合的活塞表面极易积累大量积炭，这些积累的积炭一方面影响了发动机的稳定运行，另一方面导致润滑油消耗的迅速上升，进而提升运行成本，在此背景下刮碳环技术应运而生。现有技术中，在气缸套内设置刮碳环主要有两类结构形式，一种是通过在气缸套内合适位置喷涂复合材料形成刮碳环，另外一种是设计单独的与气缸套配套的刮碳环配件。喷涂工艺制备的刮碳环由于对于复合材料要求较高，加上结构本身的缺陷，目前应用的已经较为有限。而单独设计的刮碳环配件，由于与气缸套配合较为紧密，且易于更换和维修，因而是目前活塞表面除碳的主要方式，因此，气缸套刮碳环的设计是降低部件磨损、节约润滑油成本的有效方法之一，但是现有技术中的刮碳环配件存在结构本身硬度低、易损坏的缺陷，因而十分有必要对刮碳环的配方及制备工艺进行适当研究和改进。美国Rutger大学的Sadangi等人利用“喷雾干燥→还原分解→气相碳化”工艺制备了粒度为0.6μm的Cr3C2粉末(参见R.K.Sadangi，L.E.McCandlish，B.H.Kear，P.Seegopaul.Synthesisandcharacterizationofsubmicronvanadiumandchromiumcarbidegraingrowthinhibitors.AdvancesinPowderMetallurgy&ParticularMaterials，1998：P9-P15)。其工艺过程为：首先制备含Cr的前驱体溶液，然后进行喷雾干燥，再将喷雾干燥的粉末进行热解，将热解后的产物用CH4/H2混合气体进行气相碳化。该方法存在的主要问题是工艺较复杂，并且制得的碳化铬粉末的粒度偏大，不能满足碳化铬粉末在现代工业中的应用。经检索，中国专利申请，公开号：CN105803302A，公开日：2016.07.27，公开了一种刮碳环及其制备方法。该刮碳环采用离心铸造工艺制备而成，以重量百分比计，该刮碳环的化学组成具体为：碳2.6～3.0％、硅1.7～2.2％；磷0.25～0.5％、硫＜0.1％、锰0.5～1.0％、硼0.25～0.5％、铜0.3～0.6％、铬＜0.2％、钼0.3～0.7％、镍0.3～0.6％；余量为Fe。该专利技术所提供的刮碳环具有生产周期短、成本低、抗拉强度高等优点，初步应用实验表明，能够较好去除活塞表面积炭，降低润滑油消耗，但该专利技术的刮碳环采用离心铸造工艺制作，和气缸套是硬接触，过载使用时，容易互相损伤而缩短双方的使用寿命。
技术实现思路
1.技术要解决的技术问题针对现有技术中存在与气缸套配合的活塞表面极易积累大量积炭、刮碳环配件存在结构本身硬度低、易损坏等问题，本技术提供了一种硼铸铁气缸套刮碳环涂层。它通过优化涂层成分及分布，具有良好的耐锌液腐蚀、耐磨损性能，并达到了提高涂层与气缸套基层的结合强度的目的。2.技术方案为达到上述目的，本技术提供的技术方案为：一种硼铸铁气缸套刮碳环涂层，设置于气缸套的颈部，所述刮碳环涂层的成分为NiCr-Cr3C2复合涂层，NiCr合金具有优异的耐热、耐腐蚀、抗高温氧化等性能，还起到粘结相的作用，Cr3C2具有较好的高温硬度和抗高温氧化性，起硬质相的作用，在涂层中还主要起到第二相粒子弥散强化的作用，能够解决气缸套内活塞表面极易积累大量积炭、刮碳环配件存在结构本身硬度低、易损坏等问题。而且，NiCr-Cr3C2具有与气缸套相近的线膨胀系数，从而可大大降低因热冲击而造成的涂层剥落甚至失效，从而解决了本技术的技术问题。所述气缸套的成分为硼铸铁，硼铸铁，即在灰铸铁中加入硼，可在金相组织中得到不同数量的含硼渗碳体或莱氏体组织的铸铁，随硼含量的增加，显微硬度增加，但过高的硼加入也会造成韧性降低。专利技术人经过对比试验发现，硼铸铁和NiCr-Cr3C2复合涂层有比较强的亲和力，因此，两者可以协同作用，提高两者之间的结合强度。进一步的技术方案，NiCr-Cr3C2复合涂层厚度为400～500μm，气缸套喷涂了刮碳环之后，其内径通常比缸套小400～500μm，因而，缸套内形成阶梯形；其上、下方各车有退刀槽，中间形成刮碳环刃口，活塞头部积碳在往复运动过程中不断被刀口刮除掉，不能形成厚的积碳，刮下的积碳立即被排气吹走，缸套表面的油膜不被破坏，缸套和活塞环保持良好的润滑状态，因此，可以大大降低缸套和活塞环的的磨损，并使其长久保持密封状态。进一步的技术方案，硼铸铁中硼的含量为0.05～0.12％，可在金相组织中得到不同数量的含硼渗碳体或莱氏体组织的铸铁，随着硼含量的增加，显微硬度增加，但过高的硼加入也会造成韧性降低，该限定范围是专利技术人根据NiCr-Cr3C2复合涂层的使用，克服了只能添加0.03～0.08％的技术偏见，专利技术人发现即便是超过0.08％的添加，气缸套的使用寿命和使用效果相较于0.08％以下的添加反而更好，使用寿命提高了50-70％；所述NiCr-Cr3C2复合涂层中，Cr3C2含量为70～80％，NiCr为20～30％，这两个百分比范围的NiCr粘结层与NiCr-Cr3C2金属陶瓷具有较好的互熔性，其中Cr3C2含量多为80％，NiCr为20％，后续通过耐磨性等表征方法的检测，可以证明是最佳比例。一种硼铸铁气缸套刮碳环涂层的制备方法，其中，所述Cr3C2的制备方法为：步骤一：混合：将重铬酸铵粉体和纳米碳黑粉体置于蒸馏水或去离子水中，混合搅拌均匀呈流体状，加入模具中压制成型呈前驱体；压制后呈块状，以方便进行急冻；步骤二：急冻：将前驱体快速转入急冻空间中进行急冻；急冻的目的是在尽可能短的时间里让流体冻结，重铬酸铵粉体和纳米碳黑粉体搅拌均匀后迅速定位，以防止块状流体由于密度的不同而分层，造成后续冻干处理后铬源和碳源的分布不均，而造成碳化反应不均衡的不良后果；步骤三：冻干：将急冻好的前驱体快速转入真空冷冻干燥仓中进行冻干，冻干后的块状体只是水分子升华后形成的多微孔状蜂窝块，体积变化微小，均匀的铬源和碳源定位不会发生变化，而且，冻干过程中，重铬酸铵粉体在低温下干燥过程中发生下列反应：(NH4)2Cr2O7(s)＝Cr2O3(s)+N2↑+4H2O(2-1)步骤四：碳化：关闭真空冷冻干燥仓冷阱，随着温度的升高，碳逐渐将铬的高价氧化物还原成铬的低价氧化物，位置固定的碳源和其周围位置也相对固定的铬源进行反应，最终生成均匀的碳化铬，而且还是纳米级的碳化铬；由于冻干后块状体微孔孔隙的均匀性，反应中热量的吸收也比较均匀，从而实现制得粒度均匀的纳米级的碳化铬的目的；3Cr2O3(s)+13C(s)＝2Cr3C2(s)+9CO(2-2)；3(NH4)2Cr2O7(s)+13C(s)＝2Cr3C2(s)+9CO+12H2O+3N2↑(2-3)(整体反应过程)。进一步的制备方法，步骤一中，重铬酸铵和纳米碳黑粉体的配比为1：(0.17～0.21)，以防止碳源或铬源过多的残留；蒸馏水或去离子水用量为：粉体总重的55％～60％，对于重铬酸铵和纳米碳黑粉体的均匀混合来说，是适宜的流体成型状态范围；步骤二中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硼铸铁气缸套刮碳环涂层，设置于气缸套的颈部，其特征在于，所述刮碳环涂层的成分为NiCr‑Cr3C2复合涂层，所述气缸套的成分为硼铸铁。

【技术特征摘要】
1.一种硼铸铁气缸套刮碳环涂层，设置于气缸套的颈部，其特征在于，所述刮碳环涂层的成分为NiCr-Cr3C2复合涂层，所述气缸套的成分为硼铸铁。2.根据权利要求1所述的硼铸铁气缸套刮碳环涂层，其特征在于：所述NiCr-Cr3C2复合涂层厚度为400～500μm，其上、下方各车有退刀槽，中间形成刮碳环刃口。...

【专利技术属性】
技术研发人员：凤国保，李志忠，
申请(专利权)人：安徽威龙再制造科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：安徽,34