一种带复合层的内燃机活塞及其制造方法技术

一种带复合层的内燃机活塞，其基体材质为Ａｌ－Ｓｉ合金，活塞头部外表面有Ａｌ２Ｏ３氧化膜层，裙部外表面有一镀锡层。其制造方法是活塞头部采用阳极氧化处理，活塞裙部镀锡。阳极氧化工艺流程为：化学除油－热水洗－冷水洗－出光－冷水洗－工装局部保护活塞－氧化－冷水洗。活塞裙部镀锡的工艺为：将头部氧化处理的活塞进行镀前处理，然后将不需要镀锡的活塞头部、环槽等保护起来，放入一定温度下的化学镀液中，保持２－３ｍｉｎ，而后经过冷水洗、钝化、冷水洗、热水封闭，最后放入烤箱进行烘干。有益效果是：本产品耐磨、耐腐蚀、抗高温冲击性能更好，润滑性提高；活塞装机后，机械效率提高、尾气排放ＣＯ、ＨＣ含量下降、耐久性提高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种内燃机活塞，具体为。
技术介绍
活塞是发动机的核心部件，随着发动机向低油耗、低噪音、低排放目标的发展，对 活塞的质量要求越来越高。内燃机活塞要求工作温度高、热冲击大、速度高、摩擦频繁，普 通活塞难以满足在工况恶劣的条件下工作，长期制约发动机综合性能的提高。为此国内外 科技人员实施了各种举措如“活塞整体阳极化处理”、“微弧氧化处理”、“头部热喷涂陶瓷 层”等，但考虑工艺复杂程度、成本控制、使用条件等因素，以上方法各自有不同的应用范围 局限。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服内燃机活塞应对温度高、热冲击大、速度高、摩擦频繁中出现 的不足，将活塞头部硬质阳极氧化、裙部外圆镀锡技术应用于同一只活塞，提供一种带复合 层的内燃机活塞，使活塞的综合性能得到提高。本专利技术的目的是这样实现的一种带复合层的内燃机活塞，其基体材质为Al-Si 合金，其特征在于活塞头部外表面有Al2O3氧化膜层，裙部外表面有一镀锡层。所述氧化膜层为阳极氧化膜层，厚度为8-60 μ m ；镀锡层厚度为1. 5-3um。一种带复合层的内燃机活塞的制造方法，其特征在于活塞头部采用阳极氧化处 理，活塞裙部镀锡。所述的阳极氧化具体工艺流程为化学除油_热水洗_冷水洗_出光-冷水洗_工 装局部保护活塞-氧化-冷水洗；阳极氧化工艺条件包括电压、电流、氧化溶液温度、氧化时 间及氧化溶液成分配比。所述的阳极氧化的工艺条件为电压45-70V，氧化电流密度3_7A/dm2，氧化溶液温 度-5-0°C，氧化时间30-60分钟，所用的氧化溶液浓度为硫酸200-240g/L、草酸15_20g/ L、硫酸铝0. 2-0. 5g/L所述的工装为内径与活塞环槽外径、活塞头部外径相当的水桶状保护件。所述活塞裙部镀锡的工艺为化学镀将头部氧化处理的活塞进行镀前处理，然后 将不需要镀锡的活塞头部、环槽等保护起来，放入60°C -80°C温度下的化学镀液中，保持 2-3min，而后经过后冷水洗、钝化、冷水洗、热水封闭，最后放入烤箱进行烘干。所述镀前处理包括煤油洗-化学除油-热水洗-冷水洗-出光-冷水洗。所述的化学镀液为K2Sn (OH) 6或Na2Sn (OH) 6溶液。铝合金在特定的工作条件下，在外加电流的作用下，在阳极上形成氧化膜的过程， 称做阳极氧化。铝合金活塞经氧化反应后在其表面生成Al2O3氧化膜层，该膜层硬度很高， 维氏显微硬度可达250HV-500HV，故称硬质阳极氧化。该氧化膜层熔点高达2050°C，导热系 数小于0. 16W/m2*K，可使活塞头部燃烧室承受瞬时高温，并可起绝热作用。实践证明，用直流电源进行阳极氧化可以得到优质氧化膜层。阳极氧化装置主要有电源及调压控制系统、电解槽、搅拌系统、冷却系统四部分组 成。电源及调压控制系统提供了硬质阳极氧化所需的高压电，电解槽通常由铅版制成，兼做 阴极，内盛氧化溶液；搅拌系统可以提高溶液中电解质的均勻性；冷却系统可以保证电解 液所需的工作温度。更具体的为具体为将活塞头部以外的区域用专用工装封闭起来，计算活塞头部 表面积、在恒温室中测量活塞头部厚度和裙部型线尺寸、清洗活塞表面，优选各项工艺参 数，配置合适的氧化溶液成分和组分，设定电压至45-70V，电流密度在3-7A/d m2，启动氧化 溶液冷却和搅拌系统，控制氧化溶液温度在-5-0°C范围内变化，将活塞放入氧化溶液中，通 电后，表面立即生成很薄的一层高绝缘性能的氧化膜，随着氧化膜的产生，氧化溶液对氧化 膜的溶解作用也就开始了。由于氧化膜不均勻，氧化膜薄的地方首先被溶解，形成了孔隙。 氧化溶液通过孔隙到达活塞表面，使电化学反应继续进行。因为溶解总是在氧化膜相对薄 弱的部位发生，当氧化物绝缘膜被溶解后，在该部位生成新的氧化膜，溶解点转移到其它相 对薄弱的区域，氧化膜的生成伴随着氧化膜的溶解，当膜的生成速度大于溶解速度，氧化膜 层逐渐增厚，最终形成的氧化膜层是均勻的。这种氧化膜层是由Al2O3组成，可以获得较高 的耐磨性、耐腐蚀性、耐热冲击性，提高发动机的寿命和效率。注意氧化电流密度、氧化溶液的成分、电压的控制、氧化时间的控制是提高活塞头 部氧化膜层厚度和质量的关键。通过优化氧化膜层的生长过程的电流密度与氧化时间的工 艺参数，最终获取最佳经济厚度8-60 μ m耐腐蚀、耐磨、耐高温冲击氧化膜层。活塞裙部镀锡的工艺为将加工好的活塞进行镀前处理，即煤油洗_化学除油-热 水洗_冷水洗_出光-冷水洗，然后将不需要镀锡的活塞头部、环槽等保护起来，放入 600C _80°C温度下的K2Sn (OH) 6或Na2Sn (OH) 6溶液中，保持2-3min，而后经过冷水洗、钝化、 冷水洗、热水封闭，最后放入烤箱进行烘干。锡质地软而且具有良好的亲油性，故能有效地提高活塞与缸套的磨合性和润滑 性。在活塞裙部表面用化学方法镀覆1. 5-3um的锡层，多孔的锡层有软金属的良好润滑特 性，能吸附较多润滑剂，降低了活塞与气缸音的摩擦力，防止活塞滞死、摩擦副卡死，改善活 塞和气缸的饱和性能。本专利技术的有益效果是活塞头部氧化膜层，耐高温冲击性更好，裙部锡层均勻，耐 磨性、润滑性明显提高，活塞的整体性能得到提高，更能适应发动机恶劣的环境。制造方法 中，活塞头部硬质阳极氧化工艺和裙部镀锡工艺主要优点是工艺容易掌握和实现参数自 动控制，易于组织工业化大生产，设备占地面积小，处理能力强，生产效率高，在不降低材质 性能及不改变合金工件原几何尺寸、表面粗糙度的条件下，可大幅度提高活塞的耐磨、耐腐 蚀、抗高温冲击性能，满足各种恶劣工况条件下的需要。上述方法制造的活塞装机后，① 机械效率提高2%以上。②尾气排放CO、HC含量明显下降。③耐久性提高，大修里程延长 50-100%。附图说明 图1为本专利技术活塞局剖放大示意图；图2为本专利技术活塞头部阳极氧化示意图3为本专利技术活塞裙部镀锡示意图。图中，a.活塞头部，b.活塞裙部，1.氧化膜层，2.活塞基体，3.电解液槽，4.冷却 管，5.氧化溶液，6.化学镀槽，7.活塞，8.化学镀液，9.镀锡层。具体实施例方式一种带复合层的内燃机活塞，其基体材质为Al-Si合金，活塞头部a外表面有厚度 为8-60 μ m Al2O3氧化膜层1，活塞裙部b外表面有一厚度为1. 5_3um镀锡层9。一种带复合层的内燃机活塞的制造方法，活塞头部a采用阳极氧化处理，活塞裙 部b采用化学镀锡。所述的阳极氧化具体工艺流程为化学除油_热水洗_冷水洗_出光-冷水洗_工 装局部保护活塞_氧化_冷水洗；阳极氧化的工艺条件为电压45-70V，氧化电流密度 3-7A/dm2，氧化溶液5的温度-5-0°C，氧化时间30-60分钟，所用的氧化溶液5的浓度为硫 酸:200-240g/L、草酸:15-20g/L、硫酸铝0. 2-0. 5g/L所述活塞裙部b镀锡的工艺为化学镀将头部氧化处理的活塞进行镀前处理，，即 煤油洗_化学除油_热水洗_冷水洗_出光-冷水洗，然后将不需要镀锡的活塞头部a、环 槽等保护起来，放入60°C -80°C温度下的K2Sn (OH) 6或Na2Sn (OH) 6溶液中，保持2-3min，而 后经过冷水洗、钝化、冷水洗、热水封闭，最后放入烤箱进行烘干。更具体的为先将活塞头部a以外的区域用专用工装本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带复合层的内燃机活塞，其基体材质为Ａｌ－Ｓｉ合金，其特征在于活塞头部外表面有Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］氧化膜层，裙部外表面有一镀锡层。

【技术特征摘要】
一种带复合层的内燃机活塞，其基体材质为Al Si合金，其特征在于活塞头部外表面有Al2O3氧化膜层，裙部外表面有一镀锡层。2.如权利要求1所述的一种带复合层的内燃机活塞，其特征在于所述氧化膜层为阳极 氧化膜层，厚度为8-60 μ m ；镀锡层厚度为1. 5-3um。3.一种带复合层的内燃机活塞的制造方法，其特征在于活塞头部采用阳极氧化处理， 活塞裙部镀锡。4.如权利要求3所述的一种带复合层的内燃机活塞的制造方法，其特征在于所述的 阳极氧化具体工艺流程为化学除油_热水洗_冷水洗_出光-冷水洗_工装局部保护活 塞-氧化-冷水洗；阳极氧化工艺条件包括电压、电流、氧化溶液温度、氧化时间及氧化溶液 成分配比。5.如权利要求4所述的一种带复合层的内燃机活塞的制造方法，其特征在于所述的 阳极氧化的工艺条件为电压45-70V，氧化电流密度3-7A/dm2，氧化溶液温度-5-0°C，氧 化时间30-60分钟，所用的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鲁京，孔德芬，颜君衡，甄介生，魏运财，孔令东，张书民，
申请(专利权)人：曲阜金皇活塞股份有限公司，
类型：发明
国别省市：37[中国|山东]