【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锻钢活塞涂层，具体涉及一种锻钢活塞头部阻氢复合涂层的制备方法。
技术介绍
1、在氢燃料发动机运行过程中，锻钢活塞易受到氢的影响，在493k以上氢原子会进入金属间隙与渗碳体(fe、c)发生反应，产生变质，降低钢的强度，活塞在高负荷运行中容易出现开裂失效。关于阻氢涂层的专利和报道很多，但是应用在活塞上的专利未见相关报道。
2、cn116145127 a公开了一种复合氧化物阻氢涂层及其制备方法，包括步骤有：1、将氧化铝、氧化钇及硼酸锂球磨混合均匀，得到前驱粉体；2、将前驱粉体混入溶剂中，通过研磨、搅拌、球磨或者超声等方法得到混合浆料；3、将金属基体浸入混合浆料中后取出，经过真空干燥，低温烧结，即得附着于金属基体表面的阻氢涂层。
3、现有技术最大的问题是：
4、1、涂层跟基体结合不够牢固，运用到活塞顶面和燃烧室部位，活塞工作过程中极易脱落造成失效；
5、2、活塞燃烧室喉口部位形状复杂，现有的涂层制备技术制备涂层厚度的均匀性达不到活塞的要求（±0.05mm）。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提供一种锻钢活塞头部阻氢复合涂层的制备方法，可通过制备涂层涂覆到材料表面，起到阻止氢渗透进入材料的作用，从而预防氢脆现象的发生，防止活塞在高负荷运行中容易出现开裂失效。
2、本专利技术是通过如下技术方案实现的：
3、提供一种锻钢活塞头部阻氢复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
4、s1、粗糙化
5、s2、热处理；
6、s3、喷涂过渡层：电弧喷涂80-150μm的fe-al过渡层；
7、s4、喷涂第一涂层：等离子喷涂150-300μm的氧化铝涂层；
8、s5、切削处理：使用喷钨钢刀和金刚石刀配合切削液先后对喷涂后的活塞头部进行切削加工；
9、s6、清洗烘干：对活塞进行清洗除油和烘干处理；
10、s7、喷涂第二涂层：磁控溅射法在活塞氧化铝涂层表面制备一层8-10μm致密氮化铬涂层。
11、进一步的，在步骤s1中，喷砂时间为30-60s，喷砂材料为24#刚玉粒度砂，喷砂气压力为0.5-1.0mpa，喷嘴到基体表面距离保持100-200mm，倾角40-50°，活塞的旋转速度为200转/min，喷枪上下移动速度950mm/s。
12、通过喷砂对活塞顶面、气门坑、燃烧室表面部位进行粗化，增大涂层跟活塞接触面积，增强涂层的结合强度。
13、进一步的，在步骤s1中，使用气枪对喷砂面进行处理，气枪压力0.5-0.6mpa，压缩气经过ao/aa两个级别，四个过滤器进行过滤，清理时间为20-30s/只。
14、经过ao/aa两个级别，四个过滤器进行过滤的压缩气能够去除压缩气里面的杂质和水汽。使用压缩气清理活塞喷砂部位的小颗粒，进一步增加涂层跟活塞间的结合力。
15、进一步的，在步骤s2中，在真空炉内进行热处理温度70℃，时间30min，真空度为：1.33×10-3pa～1.33×10-5pa。
16、热处理的目的是去除喷砂部位的内应力。
17、进一步的，在步骤s3中，喷涂使用的合金丝材丝径0.8-2.0mm，喷涂电压25-43v ，工作电流100-200a，喷涂间距100-200mm，送丝速度160-300mm/s。
18、在活塞顶面、气门坑和燃烧室部位制备厚度均匀的过渡层，缓解氧化铝涂层和基材（活塞）间的热适配，增加氧化铝涂层跟活塞之间的结合力。
19、进一步的，在步骤s4中，喷涂过程中氮气作为主气，流量为2100l/min，氢气作为次气，送粉速度为15g/min，喷枪移动速度1000mm/s，喷嘴到基体表面距离保持100-200mm，喷涂角度为60-90°，喷涂电压35v，喷涂电流700a。
20、在过渡层表面制备一层厚度均匀、致密的氧化铝涂层。氢原子在氧化铝涂层中很难扩散可以很好地起到防止活塞本体材料清脆的作用。
21、更进一步的，粉体粒径5-22μm，在75℃条件下烘干处理，烘干时间为2-3h。
22、经过烘干的粉体材料分散性较好，送粉一致性好，喷涂的氧化铝涂层更致密均匀。
23、进一步的，在步骤s5中，钨钢刀加工活塞燃烧室、气门坑、压缩高，转速800r/min进给量0.05-0.08mm/r；金刚石刀转速800r/min，进给量0.02-0.03mm/r。
24、活塞燃烧室喉口部位形状复杂，现有的涂层制备技术制备涂层厚度的一致性、均匀性达不到客户要求。使用刀具对喷涂厚度涂层进行精确加工达到±0.05mm的要求。
25、进一步的，在步骤s6中，使用传动频率35±5hz的自动清洗机清洗除油，清洗剂温度50℃，浓度3.0，ph值8.0-9.0，清洗压力0.3mpa；由通过式固化炉烘干处理，烘干温度210℃，时间30min。
26、通过清洗机去除涂层表面的切削液、油脂、颗粒，保证活塞清洁度的前提下，提高氮化铬涂层跟氧化铝涂层的结合力。
27、进一步的，在步骤s7中，磁控溅射是恒定电流为18a，靶电压为326v，n2/ar流量比例为23sccm/53sccm，溅射用金属铬靶作为溅射靶材，制作氮化铬薄膜前，先在真空度为2×10-3pa条件下用-490v 的脉冲直流偏压下，用ar+轰击清洗样品表面30min对表面清洁、活化。
28、制备致密均匀的氮化铬涂层，组止氢原子从加工的微裂纹中深入的活塞本体。
29、本专利技术的有益效果：
30、本专利技术设计的涂层结构经过1000h耐久试验涂层无脱落，表面明涂层跟活塞本体结合牢固。氧化铝涂层本身是很好地阻氢材料，在氧化铝涂层表面进一步制备一层致密的氮化铬涂层可以密封住加工形成的微裂纹，防止氢原子顺着裂纹穿过氧化铝涂层跟活塞本体接触，达到了双重防止清脆的作用。
31、氢原子在钝性金属元素及其化合物（如al等）中渗透扩散较为困难，因此在活塞顶面、气门坑、活塞岸部位等离子喷涂氧化铝涂层可以有效的防止氢原子渗透到活塞内部引起清脆。氧化铝涂层跟活塞本体材料间的热膨胀系数差别较大，通过活塞表面粗化并增加过渡层减少两种材料的热适配增加涂层的结合力，保证了活塞在发动机运行过程中的可靠性。活塞燃烧室、喉口部位要求精度较高，等离子喷涂的涂层达不到客户要求（±0.05mm），因此必须通过机加工把涂层加工到图纸要求尺寸。经过加工的氧化铝涂层在微观层面会出现非常微小的裂纹，因此在该涂层的表面制备一层非常致密的氮化铬薄膜进一步阻止氢离子渗入。本专利技术将氧化铝涂层与氮化铬薄膜配合，解决了致密氮化铬薄膜直接用在活塞气门坑、燃烧室部位存在结合不牢固和活塞燃烧室微观温度较高涂层达不到要求的问题，同时提升涂层整体的牢固度和阻氢能力，提升活塞在发动机运行过程中的可靠性。...
【技术保护点】
1.一种锻钢活塞头部阻氢复合涂层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的锻钢活塞头部阻氢复合涂层的制备方法，其特征在于：在步骤S1中，喷砂时间为30-60s，喷砂材料为24#刚玉粒度砂，喷砂气压力为0.5-1.0MPa，喷嘴到基体表面距离保持100-200mm，倾角40-50°，活塞的旋转速度为200转/min，喷枪上下移动速度950mm/s。
3.根据权利要求1所述的锻钢活塞头部阻氢复合涂层的制备方法，其特征在于：在步骤S1中，使用气枪对喷砂面进行处理，气枪压力0.5-0.6MPa，压缩气经过AO/AA两个级别，四个过滤器进行过滤，清理时间为20-30s/只。
4.根据权利要求1所述的锻钢活塞头部阻氢复合涂层的制备方法，其特征在于：在步骤S2中，在真空炉内进行热处理温度70℃，时间30min，真空度为：1.33×10-3 Pa～1.33×10-5Pa。
5.根据权利要求1所述的锻钢活塞头部阻氢复合涂层的制备方法，其特征在于：在步骤S3中，喷涂使用的合金丝材丝径0.8-2.0mm，喷涂电压 25-43V ，工
6.根据权利要求1所述的锻钢活塞头部阻氢复合涂层的制备方法，其特征在于：在步骤S4中，喷涂过程中氮气作为主气，流量为2100L/min，氢气作为次气，送粉速度为15g/min，喷枪移动速度1000mm/s，喷嘴到基体表面距离保持100-200mm，喷涂角度为60-90°，喷涂电压35v，喷涂电流700A。
7.根据权利要求6所述的锻钢活塞头部阻氢复合涂层的制备方法，其特征在于：粉体粒径5-22μm，在75℃条件下烘干处理，烘干时间为2-3h。
8.根据权利要求1所述的锻钢活塞头部阻氢复合涂层的制备方法，其特征在于：在步骤S5中，钨钢刀加工活塞燃烧室、气门坑、压缩高，转速800r/min进给量0.05-0.08mm/r；金刚石刀转速800r/min，进给量0.02-0.03mm/r。
9.根据权利要求1所述的锻钢活塞头部阻氢复合涂层的制备方法，其特征在于：在步骤S6中，使用传动频率35±5Hz的自动清洗机清洗除油，清洗剂温度50℃，浓度3.0，PH值8.0-9.0，清洗压力0.3Mpa；由通过式固化炉烘干处理，烘干温度210℃，时间30min。
10.根据权利要求1所述的锻钢活塞头部阻氢复合涂层的制备方法，其特征在于：在步骤S7中，磁控溅射是恒定电流为18A，靶电压为326V，N2/Ar流量比例为23sccm/53sccm，溅射用金属铬靶作为溅射靶材，制作氮化铬薄膜前，先在真空度为2×10-3Pa条件下用-490V 的脉冲直流偏压下，用Ar+轰击清洗样品表面30min对表面清洁、活化。
...【技术特征摘要】
1.一种锻钢活塞头部阻氢复合涂层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的锻钢活塞头部阻氢复合涂层的制备方法，其特征在于：在步骤s1中，喷砂时间为30-60s，喷砂材料为24#刚玉粒度砂，喷砂气压力为0.5-1.0mpa，喷嘴到基体表面距离保持100-200mm，倾角40-50°，活塞的旋转速度为200转/min，喷枪上下移动速度950mm/s。
3.根据权利要求1所述的锻钢活塞头部阻氢复合涂层的制备方法，其特征在于：在步骤s1中，使用气枪对喷砂面进行处理，气枪压力0.5-0.6mpa，压缩气经过ao/aa两个级别，四个过滤器进行过滤，清理时间为20-30s/只。
4.根据权利要求1所述的锻钢活塞头部阻氢复合涂层的制备方法，其特征在于：在步骤s2中，在真空炉内进行热处理温度70℃，时间30min，真空度为：1.33×10-3 pa～1.33×10-5pa。
5.根据权利要求1所述的锻钢活塞头部阻氢复合涂层的制备方法，其特征在于：在步骤s3中，喷涂使用的合金丝材丝径0.8-2.0mm，喷涂电压 25-43v ，工作电流 100-200a，喷涂间距100-200mm，送丝速度160-300mm/s。
6.根据权利要求1所述的锻钢活塞头部阻氢复合涂层的制备方法，其特征在于：在步骤s4中，喷涂过程中氮气作为主气，流量为2100l/m...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵小峰，刘国强，刘世英，
申请(专利权)人：滨州渤海活塞有限公司，
类型：发明
国别省市：
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