复合涂层、活塞、发动机和车辆制造技术

本申请涉及发动机用活塞领域，公开一种复合涂层、活塞、发动机和车辆。该复合涂层包括依次叠层设置的金属粘结层、过渡层、陶瓷层和封孔层；其中，所述金属粘结层用于与活塞基体粘结，所述金属粘结层为稀土金属改性粘结层，所述过渡层为稀土金属改性氧化锆层；用于解决活塞表面涂层易脱落从而导致活塞使用寿命低的问题。问题。问题。

【技术实现步骤摘要】
复合涂层、活塞、发动机和车辆


[0001]本申请涉及包装领域，特别涉及一种复合涂层、活塞、发动机和车辆。

技术介绍

[0002]据统计发动机中活塞燃烧室燃烧产生能量有大约25％通过缸套、冷却油道散失。活塞顶部温度持续高温(>320℃)，钢质活塞本身导热性好，很容易造成冷却油道与燃烧室很大的温差以及冷却机油焦化，最终钢质活塞顶部面临开裂风险；冷却机油焦化严重，容易堵塞内冷油道。除此以外，钢质活塞的顶面及燃烧室(即钢制活塞顶面的凹槽)表面更容易发生高温氧化腐蚀和燃气腐蚀，进而导致钢制活塞的顶部产生表面剥落而失效。其中，活塞的顶面及燃烧室表面称为烧蚀面。
[0003]通过在活塞烧蚀面设置隔热涂层，可减少冷却系统的热能损耗及提高钢质活塞顶部防积碳、抗氧化性能，是提升现代重型柴油机燃油效率和延长服役寿命的一种技术途径。关于内燃机活塞主体用隔热防护涂层的研究可追溯到40年前，但是迄今为止并没有成熟的产品。目前国内柴油内燃机使用的活塞顶部隔热涂层依赖于进口，隔热防护技术主要国外内燃机配件企业(如马勒、辉门等)掌握，国内大功率柴油机企业对活塞系统隔热管理技术尚处于探索阶段。尽管典型航空隔热防护涂层如氧化锆类陶瓷材料在喷气发动机、涡轮机上适用，但是不适用于大功率柴油内燃机活塞系统，主要与内燃机活塞系统服役周期长、经受长期机械
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热效应及化学腐蚀、涂层材料低成本有关。
[0004]专利US10578050B2、WO2017087733、CA2739008等专利报道了先在活塞主体表面施加金属粘结层，然后在金属粘结层表面施加陶瓷涂层以提高活塞的使用寿命。但是现有的这些陶瓷涂层通常为多孔结构，高温高压下燃气可以侵蚀到陶瓷涂层的亚表层，甚至可曼延到陶瓷涂层和金属粘结层的界面结合处，导致界面结合强度弱化。特别是在金属粘结层和陶瓷涂层间热膨胀系数相差较大的情况下，以及陶瓷材料本身较脆，易于致使陶瓷涂层脱落。

技术实现思路

[0005]本申请公开了一种复合涂层、活塞、发动机和车辆，用于解决活塞表面涂层易脱落从而导致活塞使用寿命低的问题。
[0006]为达到上述目的，本申请提供以下技术方案：
[0007]第一方面，本申请提供一种活塞用复合涂层，所述复合涂层包括依次叠层设置的金属粘结层、过渡层、陶瓷层和封孔层；其中，所述金属粘结层用于与活塞基体粘结，所述金属粘结层为稀土金属改性粘结层，所述过渡层为稀土金属改性氧化锆层。
[0008]进一步地，所述金属粘结层包括稀土金属改性NiCoCrAlY层、稀土金属改性NiCrAlY层或稀土金属改性NiAlY层中的至少一种；
[0009]其中，所述稀土金属包括Ce、Y、Re、Nd、La或Sm中的至少一种。
[0010]进一步地，按质量分数计，所述金属粘结层中，所述稀土金属的添加量为0.5％
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1％。
[0011]进一步地，所述金属粘结层的厚度为50
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150μm。
[0012]进一步地，所述改性氧化锆层中，所述稀土金属包括Ce、Y、Re、Nd、La或Sm中的至少一种。
[0013]进一步地，按质量分数计，所述过渡层中，所述稀土金属的添加量为0.5％
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1％。
[0014]进一步地，形成所述过渡层的原料的粉体粒径为10
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100μm。
[0015]进一步地，所述过渡层的厚度为100
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200μm。
[0016]进一步地，所述陶瓷层包括氧化锆、氧化钇或氧化钇稳定氧化锆中的至少一种。
[0017]进一步地，所述陶瓷层为空心结构的氧化钇稳定氧化锆层。
[0018]进一步地，所述陶瓷层的厚度为400
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500μm。
[0019]进一步地，封孔层的原料包括聚硅氮烷、水玻璃或聚硅氧烷中的至少一种。
[0020]第二方面，本申请提供一种活塞，包括活塞基体和如本申请第一方面的复合涂层，所述复合涂层设于所述活塞基体的烧蚀面。
[0021]第三方面，本申请还提供一种发动机，包括本申请第二方面的活塞。
[0022]第四方面，本申请还提供一种车辆，包括本申请第三方面的发动机。
[0023]采用本申请的技术方案，产生的有益效果如下：
[0024]本申请提供的复合涂层，包括依次叠层设置的金属粘结层、过渡层、陶瓷层层和封孔层。其中，金属粘结层为稀土金属改性粘结层，金属粘结层用于与活塞基体的表面粘结，封孔层位于复合涂层的外层。该结构的复合涂层，利用金属粘结层提高复合涂层与活塞基体的结合强度，防止氧化气氛侵入活塞基体；利用过渡层来调整金属粘结层与陶瓷层之间的热膨胀系数的匹配度，减少内应力，并延缓氧气渗浸到金属粘结层；利用封孔层进行密封，提高活塞的光洁度，减少碳吸附，防止高温高压的燃气气氛扩散至金属粘结层影响金属粘结层与过渡层的粘结强度。由此，该结构复合涂层具有与活塞基体的粘结强度高、结构稳定、不易开裂的优点。
[0025]本申请的活塞由于具有本申请的复合涂层，从而使本申请的活塞满足大功率柴油机活塞主体系统隔热防护技术的迫切需求，该活塞的烧蚀面具有隔热防护高、防积碳和抗氧化性能好的优点，从而提高活塞的使用寿命。
附图说明
[0026]图1为本申请一种实施例的陶瓷层的电子显示镜图；
[0027]图2为一种实施例的波浪式叠加结构的结构示意图；
[0028]图3为本申请一种实施例活塞和对比例活塞的隔热效果测试图；
[0029]图4为本申请实施例的活塞经3000次热震试验后的表面图。
具体实施方式
[0030]下面将结合本申请实施例，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0031]需要说明的是：本申请中，如果没有特别的说明，本文所提到的所有实施方式以及优选实施方法可以相互组合形成新的技术方案。本申请中，如果没有特别的说明，本文所提到的所有技术特征以及优选特征可以相互组合形成新的技术方案。本申请中，如果没有特别的说明，百分数(％)或者份指的是相对于组合物的重量百分数或重量份。本申请中，如果没有特别的说明，所涉及的各组分或其优选组分可以相互组合形成新的技术方案。本申请中，除非有其他说明，数值范围“a～b”表示a到b之间的任意实数组合的缩略表示，其中a和b都是实数。例如数值范围“6～22”表示本文中已经全部列出了“6～22”之间的全部实数，“6～22”只是这些数值组合的缩略表示。本申请所公开的“范围”以下限和上限的形式，可以分别为一个或多个下限，和一个或多个上限。本申请中，除非另有说明，各个反应或操作步骤可以顺序进行，也可以按照顺序进行。优选地，本文中的反应方法是顺序进行的。
[0032]除非另有说明，本文中所用的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种活塞用复合涂层，其特征在于，所述复合涂层包括依次叠层设置的金属粘结层、过渡层、陶瓷层和封孔层；其中，所述金属粘结层用于与活塞基体粘结，所述金属粘结层为稀土金属改性粘结层，所述过渡层为稀土金属改性氧化锆层。2.根据权利要求1所述的复合涂层，其特征在于，所述金属粘结层包括稀土金属改性NiCoCrAlY层、稀土金属改性NiCrAlY层或稀土金属改性NiAlY层中的至少一种；其中，所述稀土金属包括Ce、Y、Re、Nd、La或Sm中的至少一种。3.根据权利要求2所述的复合涂层，其特征在于，按质量分数计，所述金属粘结层中，所述稀土金属的添加量为0.5％
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1％。4.根据权利要求2所述的复合涂层，其特征在于，所述金属粘结层的厚度为50
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150μm。5.根据权利要求1
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4任一项所述的复合涂层，其特征在于，所述过渡层中，所述稀土金属包括Ce、Y、Re、Nd、La或Sm中的至少一种。6.根据权利要求5所述的复合涂层，其特征在于，按质量分数计，所述过渡层...

【专利技术属性】
技术研发人员：马飞，王凝露，郭灵燕，万善宏，黄国龙，臧强真，
申请(专利权)人：潍柴动力股份有限公司，
类型：发明
国别省市：