气缸内壁耐磨涂层的制备及其摩擦学性能研究
发布时间：2021-01-19 18:46
发动机的燃烧室一般由气缸缸套、气缸盖、活塞和活塞环共同构成,其中气缸套与活塞环是在不稳定的负荷、速度、热工况下工作,是发动机中运行环境最为苛刻的零部件之一。缸套内壁的磨损失效严重影响机车的动力性能和使用寿命,频繁更换气缸套势必会造成极大的浪费。等离子喷涂具有高效、节材和环保的特点,是一种有效的材料表面强化技术。采用等离子喷涂技术在气缸套内壁制备耐磨涂层以延长缸套的使用寿命具有重要研究价值。本文在充分调研国内外关于热喷涂商用车发动机气缸内壁热喷涂材料及涂层的基础上,结合缸套的失效机理和缸套内壁的服役性能要求,采用大气等离子喷涂方式在基体上制备了 316L不锈钢、FeCrBSi和NiCrBSi三种合金涂层。考虑到发动机缸套在实际服役过程中内壁的温度为300～700℃,对得到的三种涂层分别进行300～700℃的热处理。着重分析热处理温度和气氛对涂层结构和性能的影响。通过光学显微镜、X射线衍射仪分析涂层的金相组织和相成分,并对涂层的孔隙率、显微硬度和摩擦学性能进行研究,采用扫描电镜观察磨痕表面,分析磨损机制。实验结果和研究分析表明,大气等离子喷涂的三种涂层组织均由扁平状粒子组成,层状粒子间存在...
【文章来源】：扬州大学江苏省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１喷涂粉末的显微形貌（ａ）?３１６Ｌ不锈钢粉末，（ｂ）?ＦｅＣｒＢＳｉ粉末，（ｃ）?ＮｉＣｒＢＳｉ粉末??
涂表面激活是进行热喷涂的第二道关键工序，原则上是对基体表面进行粗化处理。目前普??遍使用的表面粗化技术包括喷砂处理、高压水射流处理技术、机械粗加工技术、激光表面??前处理等，图２－３是常用表面激活方法处理后的基体表面形貌［２８］。??＿＿??图２－３三种不同表面激活方法形成的表面形态??Ｆｉｇ．?２－３?Ｓｕｒｆａｃｅ?ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ?ｆｏｒｍｅｄ?ｂｙ?ｔｈｒｅｅ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｓｕｒｆａｃｅ?ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ?ｍｅｔｈｏｄｓ．??喷砂处理因具有成本低、操作方便、适合大面积工件表面粗化等优点，早期的发动机??制造商大多采用喷砂处理方式。然而这种粗化处理方法存在许多内在问题，最显著的就是??喷砂处理后微小砂子颗粒可能会残留在基材表面，需要不断的进行清洗和烘干，在热喷涂??加工看来，即使工艺过程存在微细的颗粒或粉尘也会影响到涂层与基材的结合强度。??相比之下，高压水射流处理方法（水中无磨料颗粒）采用液体射流冲刷基材表面，因??此克服了喷砂处理可能存在残余颗粒的缺点。另外，这种方法处理过的基材表面相当光滑，??表面粗糙度值大约只有十几个微米。因此这种前处理方法有利于改善涂层表面粗糙度值。??但高压水射流方法只适用于铝合金气缸孔，而不适用于高压铸铁气缸孔，铸铁会产生收缩，??会改变缸筒内径。此外
砂所用材料为２０＃棕刚玉，喷砂压力为０．５?Ｍｐａ，喷砂角度为６０￣９０°，喷砂后的基体表面??粗糙度控制在２．５？１０?ｐｍ之间。所用喷砂设备是北京多特喷砂设备有限公司的ＧＰ－１干式??喷砂机，其外观如图２－４所示。???ｓ??图２－４?ＧＰ－ｌ喷砂机??Ｆｉｇ．?２－４?ＧＰ－１?ｓａｎｄ?ｂｌａｓｔｉｎｇ?ｍａｃｈｉｎｅ．??２．３．２大气等离子喷涂??（ａ）?…一粉了载气?（ｂ）?Ｏ??图２－５?（ａ）等离子喷涂工艺，（ｂ）喷涂层截面结构图［３８］??Ｆｉｇ．?２－５?（ａ）?Ｐｌａｓｍａ?ｓｐｒａｙ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ａｎｄ?（ｂ）?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅｒｍａｌｌｙ?ｓｐｒａｙｅｄ?ｌａｙｅｒ．［３８Ｊ??
【参考文献】：
期刊论文
[1]AC-HVAF喷涂纳米结构WC-12Co耐磨涂层的微观结构和性能（英文）[J]. 樊自拴,王山松,张正东. 稀有金属材料与工程. 2017(04)
[2]热喷涂汽车发动机气缸内壁涂层的研究进展[J]. 刘黎明,肖金坤,徐海峰,葛庆,张超. 表面技术. 2017(02)
[3]SiC含量对Al/SiC纳米复合材料干滑动磨损、腐蚀以及腐蚀磨损行为的影响（英文）[J]. Sareh MOSLEH-SHIRAZI,Farshad AKHLAGHI,Dong-yang LI. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2016(07)
[4]等离子喷涂制备Al2O3,ZrO2,Al2O3/ZrO2和ZrO2/Al2O3涂层的腐蚀性能（英文）[J]. S.SATHISH,M.GEETHA. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2016(05)
[5]内孔电弧热喷涂装置及涂层结构的研究[J]. 李增荣,李德元,王骞,王尧. 热加工工艺. 2015(14)
[6]热处理对等离子喷涂316L不锈钢涂层组织和性能的影响[J]. 杨德明,高阳,孙成琪,傅迎庆. 材料热处理学报. 2015(S1)
[7]电弧喷涂铁基减摩涂层磨损性能的分析[J]. 李增荣,李德元,王骞,徐鹤. 科学技术与工程. 2014(33)
[8]船用柴油机气缸套内壁热喷涂方式的研究[J]. 毛俊元,郑卫刚. 热加工工艺. 2014(18)
[9]用于柴油机节能减排的SUMEBore粉基涂层[J]. Bernd Distler,赵力. 国外铁道机车与动车. 2014(02)
[10]保护气缸套工作表面的SUMEBore涂层解决方案[J]. Ernst P,朱炳全. 国外内燃机. 2013(06)
本文编号：2987523
【文章来源】：扬州大学江苏省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１喷涂粉末的显微形貌（ａ）?３１６Ｌ不锈钢粉末，（ｂ）?ＦｅＣｒＢＳｉ粉末，（ｃ）?ＮｉＣｒＢＳｉ粉末??
涂表面激活是进行热喷涂的第二道关键工序，原则上是对基体表面进行粗化处理。目前普??遍使用的表面粗化技术包括喷砂处理、高压水射流处理技术、机械粗加工技术、激光表面??前处理等，图２－３是常用表面激活方法处理后的基体表面形貌［２８］。??＿＿??图２－３三种不同表面激活方法形成的表面形态??Ｆｉｇ．?２－３?Ｓｕｒｆａｃｅ?ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ?ｆｏｒｍｅｄ?ｂｙ?ｔｈｒｅｅ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｓｕｒｆａｃｅ?ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ?ｍｅｔｈｏｄｓ．??喷砂处理因具有成本低、操作方便、适合大面积工件表面粗化等优点，早期的发动机??制造商大多采用喷砂处理方式。然而这种粗化处理方法存在许多内在问题，最显著的就是??喷砂处理后微小砂子颗粒可能会残留在基材表面，需要不断的进行清洗和烘干，在热喷涂??加工看来，即使工艺过程存在微细的颗粒或粉尘也会影响到涂层与基材的结合强度。??相比之下，高压水射流处理方法（水中无磨料颗粒）采用液体射流冲刷基材表面，因??此克服了喷砂处理可能存在残余颗粒的缺点。另外，这种方法处理过的基材表面相当光滑，??表面粗糙度值大约只有十几个微米。因此这种前处理方法有利于改善涂层表面粗糙度值。??但高压水射流方法只适用于铝合金气缸孔，而不适用于高压铸铁气缸孔，铸铁会产生收缩，??会改变缸筒内径。此外
砂所用材料为２０＃棕刚玉，喷砂压力为０．５?Ｍｐａ，喷砂角度为６０￣９０°，喷砂后的基体表面??粗糙度控制在２．５？１０?ｐｍ之间。所用喷砂设备是北京多特喷砂设备有限公司的ＧＰ－１干式??喷砂机，其外观如图２－４所示。???ｓ??图２－４?ＧＰ－ｌ喷砂机??Ｆｉｇ．?２－４?ＧＰ－１?ｓａｎｄ?ｂｌａｓｔｉｎｇ?ｍａｃｈｉｎｅ．??２．３．２大气等离子喷涂??（ａ）?…一粉了载气?（ｂ）?Ｏ??图２－５?（ａ）等离子喷涂工艺，（ｂ）喷涂层截面结构图［３８］??Ｆｉｇ．?２－５?（ａ）?Ｐｌａｓｍａ?ｓｐｒａｙ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ａｎｄ?（ｂ）?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅｒｍａｌｌｙ?ｓｐｒａｙｅｄ?ｌａｙｅｒ．［３８Ｊ??
【参考文献】：
期刊论文
[1]AC-HVAF喷涂纳米结构WC-12Co耐磨涂层的微观结构和性能（英文）[J]. 樊自拴,王山松,张正东. 稀有金属材料与工程. 2017(04)
[2]热喷涂汽车发动机气缸内壁涂层的研究进展[J]. 刘黎明,肖金坤,徐海峰,葛庆,张超. 表面技术. 2017(02)
[3]SiC含量对Al/SiC纳米复合材料干滑动磨损、腐蚀以及腐蚀磨损行为的影响（英文）[J]. Sareh MOSLEH-SHIRAZI,Farshad AKHLAGHI,Dong-yang LI. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2016(07)
[4]等离子喷涂制备Al2O3,ZrO2,Al2O3/ZrO2和ZrO2/Al2O3涂层的腐蚀性能（英文）[J]. S.SATHISH,M.GEETHA. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2016(05)
[5]内孔电弧热喷涂装置及涂层结构的研究[J]. 李增荣,李德元,王骞,王尧. 热加工工艺. 2015(14)
[6]热处理对等离子喷涂316L不锈钢涂层组织和性能的影响[J]. 杨德明,高阳,孙成琪,傅迎庆. 材料热处理学报. 2015(S1)
[7]电弧喷涂铁基减摩涂层磨损性能的分析[J]. 李增荣,李德元,王骞,徐鹤. 科学技术与工程. 2014(33)
[8]船用柴油机气缸套内壁热喷涂方式的研究[J]. 毛俊元,郑卫刚. 热加工工艺. 2014(18)
[9]用于柴油机节能减排的SUMEBore粉基涂层[J]. Bernd Distler,赵力. 国外铁道机车与动车. 2014(02)
[10]保护气缸套工作表面的SUMEBore涂层解决方案[J]. Ernst P,朱炳全. 国外内燃机. 2013(06)
本文编号：2987523
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