一种高硅压铸铝合金活塞局部微弧氧化处理方法技术

本发明专利技术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，本发明专利技术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。且工装简单。且工装简单。

【技术实现步骤摘要】
一种高硅压铸铝合金活塞局部微弧氧化处理方法


[0001]本专利技术涉及表面处理
，具体指一种高硅压铸铝合金活塞局部微弧氧化处理方法。

技术介绍

[0002]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。
[0003]专利申请号为CN201911213048.X(公布号为CN110747498A)的专利技术专利《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
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70MPa，不易脱落。
[0004]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
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Al2O3、γ
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Al2O3，就形成了陶瓷膜。
[0005]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。
[0006]但是目前压铸Al
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Si铝合金活塞的微弧氧化处理技术存在以下的局限性：
[0007](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；
[0008](2)现有的微弧氧化处理技术都为单个或者2
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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；
[0009](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)的专利技术专利《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。
[0010](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；
[0011](5)压铸Al
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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。

技术实现思路

[0012]本专利技术所要解决的第一个技术问题是针对现有技术的现状，提供一种能够避免界面烧蚀现象的高硅压铸铝合金活塞局部微弧氧化处理方法。
[0013]本专利技术所要解决的第二个技术问题是提供一种工装简单的高硅压铸铝合金活塞局部微弧氧化处理方法。
[0014]本专利技术所要解决的第三个技术问题是提供一种膜层结合力强的高硅压铸铝合金活塞局部微弧氧化处理方法。
[0015]本专利技术所要解决的第四个技术问题是提供一种能够实现热防护和高温腐蚀防护的高硅压铸铝合金活塞局部微弧氧化处理方法。
[0016]本专利技术所要解决的第五个技术问题是提供一种能够实现批量流水线生产的高硅压铸铝合金活塞局部微弧氧化处理方法。
[0017]本专利技术解决上述第一和第二个技术问题所采用的技术方案为：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：
[0018](1)前处理：将活塞进行局部封装，将局部封装后的活塞安装到导电片上组成活塞装配组件；
[0019]所述局部封装的具体步骤如下：
[0020]采用密封胶对活塞的顶端面的相邻侧壁进行封装形成密封层；
[0021]在密封层的外周缠绕3～5层防水胶带形成防水层，该防水层的顶端高于活塞的顶端面，且防水层的内周壁与活塞的顶端面之间包围形成有用于存贮电解液的电解池；
[0022]最后在活塞和防水层的外周包裹上2～4层保鲜膜形成绝缘层；
[0023](2)微弧氧化处理：将电解液注入电解池中，外接电源通电对活塞进行微弧氧化处理。
[0024]为了方便密封层的形成，步骤(1)中，所述密封层封装的具体步骤如下：将活塞的顶端面的相邻侧壁上涂刷0.5～1mm的密封胶后再在50～80℃的烘箱中烘干30min，反复进行4～5次，确保密封层的厚度不低于2mm。
[0025]为了进一步解决上述第三个技术问题，步骤(1)中，所述局部封装前将活塞进行清洗，所述清洗的具体步骤如下：
[0026]将活塞进行3～5min的超声波水洗，去除屑渣以及颗粒状异物；
[0027]采用浓度为50～70％的浓硝酸对活塞的顶端面进行3～5s的洗涤，让铝合金表面钝化；用去离子水洗涤后再采用浓度为4～10％的氢氟酸对活塞的顶端面进行10～15s的洗涤；用去离子水洗涤后再采用浓度为50～70％的浓硝酸对活塞的顶端面进行3～5s的洗涤；用去离子水洗涤后再采用浓度为4～10％的氢氟酸对活塞的顶端面进行10～15s的洗涤；反复3～6次，总累计时间达到40s以上；
[0028]用去离子水洗涤后再采用NaOH与Na2SiO3混合溶液对活塞的顶端面进行碱蚀，其中NaOH为0.5～2g/L，Na2SiO3为0.5～1g/L；
[0029]最后采用去离子水和酒精洗涤烘干。
[0030]为了保证导电片始终与电解液接触，步骤(1)中，所述的导电片基本呈L形，该导电片的底板与活塞之间通过安装组件进行连接，安装完成后，防水层的顶端紧贴于导电片的底板。
[0031]为了方便导电片与活塞的连接，步骤(1)中，所述活塞上开设有第一安装孔，所述导电片的底板上开设有第二安装孔，所述安装组件包括有螺栓、螺母和垫片，安装时，先将垫片穿设在螺栓上，然后将螺栓穿过第二安装孔依次与螺母和第一安装孔进行螺纹连接。
[0032]为了进一步解决上述第四个技术问题，步骤(2)中，分别采用第一电解液和第二电解液依次对活塞进行两次微弧氧化处理；
[0033]第一电解本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一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：将活塞(10)进行局部封装，将局部封装后的活塞(10)安装到导电片(50)上组成活塞装配组件(60)；所述局部封装的具体步骤如下：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3～5层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2～4层6保鲜膜形成绝缘层(40)；(2)微弧氧化处理：将电解液注入电解池(301)中，外接电源通电对活塞(10)进行微弧氧化处理。2.根据权利要求1所述的高硅压铸铝合金活塞局部微弧氧化处理方法，其特征在于：步骤(1)中，所述密封层(20)封装的具体步骤如下：将活塞(10)的顶端面(102)的相邻侧壁(103)上涂刷0.5～1mm的密封胶后再在50～80℃的烘箱中烘干30min，反复进行4～5次，确保密封层(20)的厚度不低于2mm。3.根据权利要求1所述的高硅压铸铝合金活塞局部微弧氧化处理方法，其特征在于：步骤(1)中，所述局部封装前将活塞(10)进行清洗，所述清洗的具体步骤如下：将活塞(10)进行3～5min的超声波水洗，去除屑渣以及颗粒状异物；采用浓度为50～70％的浓硝酸对活塞(10)的顶端面(102)进行3～5s的洗涤，让铝合金表面钝化；用去离子水洗涤后再采用浓度为4～10％的氢氟酸对活塞(10)的顶端面(102)进行10～15s的洗涤；用去离子水洗涤后再采用浓度为50～70％的浓硝酸对活塞(10)的顶端面(102)进行3～5s的洗涤；用去离子水洗涤后再采用浓度为4～10％的氢氟酸对活塞(10)的顶端面(102)进行10～15s的洗涤；反复3～6次，总累计时间达到40s以上；用去离子水洗涤后再采用NaOH与Na2SiO3混合溶液对活塞(10)的顶端面(102)进行碱蚀，其中NaOH为0.5～2g/L，Na2SiO3为0.5～1g/L；最后采用去离子水和酒精洗涤烘干。4.根据权利要求1所述的高硅压铸铝合金活塞局部微弧氧化处理方法，其特征在于：步骤(1)中，所述的导电片(50)基本呈L形，该导电片(50)的底板与活塞(10)之间通过安装组件进行连接，安装完成后，防水层(30)的顶端紧贴于导电片(50)的底板。5.根据权利要求4所述的高硅压铸铝合金活塞局部微弧氧化处理方法，其特征在于：步骤(1)中，所述活塞(10)上开设有第一安装孔(101)，所述导电片(50)的底板上开设有第二安装孔(501)，所述安装组件包括有螺栓(502)、螺母(503)和垫片(504)，安装时，先将垫片(504)穿设在螺栓(502)上，然后将螺栓(502)穿过第二安装孔(501)依次与螺母(503)和第一安装孔(101)进行螺纹连接。6.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的高硅压铸铝合金活塞局部微弧氧化处理方法，其特征在于：步骤(2)中，分别采用第一电解液和第二电解液依次对活塞(10)进行两次微弧氧化处理；第一电解液的组成为：硅酸钠6～20g/L，铝酸钠1～3g/L；第二电解液的组成为：硅酸钠6～20g/L，钨酸钠1.5～5g/L，三乙醇胺1～5g/L，柠檬酸
钠1～5g/L。7.根据权利要求6所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晓禹，张立君，马修斯，陈刚，王红杰，刘凯，钱坤明，吴瑜，
申请(专利权)人：中国兵器科学研究院宁波分院，
类型：发明
国别省市：