專利名稱：活塞環(huán)涂層用復(fù)合材料、活塞環(huán)涂層及其制備方法
活塞環(huán)涂層用復(fù)合材料、活塞環(huán)涂層及其制備方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種活塞環(huán)涂層用復(fù)合材料、活塞環(huán)涂層及其制備方法。
背景技術(shù)：
活塞環(huán)是用于嵌入活塞槽溝內(nèi)部的金屬環(huán)，廣泛用于各種動力機械上，如蒸汽機、 柴油機、汽油機、壓縮機、液壓機等。其中，活塞環(huán)是發(fā)動機內(nèi)部的核心部件，其影響著發(fā)動機的效率、載荷、速度和壽命。
目前一般通過表面技術(shù)提高活塞環(huán)性能，如電鍍、鍍鉻、氣體氮化、表面涂層處理等。其中，表面鍍鉻能明顯改善活塞環(huán)的耐磨性能，進(jìn)一步通過對鍍鉻層進(jìn)行陽極松孔處理，提高潤滑油存儲能力，能夠提高活塞環(huán)的使用壽命。然而，電鍍鉻工藝存在耗能大、毒性大、污染環(huán)境等缺點。氣體氮化技術(shù)以工藝經(jīng)濟可靠、環(huán)境友好等特點受到關(guān)注，但是氮化后的活塞環(huán)表面硬度不高且滲層深度不大，不能滿足發(fā)動機的發(fā)展要求。表面涂層處理由于具有制備工藝簡單、涂層性能良好等優(yōu)點成為提高活塞環(huán)性能的研究重點之一，如劉曉紅等公開了在活塞環(huán)表面電刷鍍Ni-W-SiC涂層的方法(劉曉紅，余憲海.柴油機活塞環(huán) Ni-W-SiC復(fù)合電刷鍍研究.中國修船，2005，2 :25-27)；許小鋒等公開了在活塞環(huán)表面化學(xué)鍍Ni-P-Si3N4涂層的方法(許小鋒，鐘良，劉繼光.化學(xué)鍍Ni-P-Si3N4復(fù)合鍍層在柴油機氣缸套和活塞環(huán)上的應(yīng)用.蘇州科技學(xué)院學(xué)報，2005，18(1) :14-17)。雖然上述涂層均能夠提高活塞環(huán)的使用壽命，但上述涂層均較為致密，難以存儲潤滑油；另外，其摩擦系數(shù)相對較高，活塞環(huán)的耐磨減磨性能仍需進(jìn)一步提高。
公開號為CN 1320767A的發(fā)明專利采用物理氣相沉積(PVD)技術(shù)在活塞環(huán)上形成了 TiCN或TiAlZr (CN)或TiCrNi (CN)鈦基納米陶瓷涂層，該涂層的干摩擦系數(shù)較低，一般為0. 2左右，可以提高活塞環(huán)的使用壽命，但該涂層較薄，承受能力較差，難以滿足發(fā)動機高載荷、高速度的要求。公開號為CN101430004A的發(fā)明專利采用PVD技術(shù)制備粘結(jié)層為 Cr、耐磨層為Cr/CrN多層涂層、減磨層Cr/Cr203多層涂層的復(fù)合涂層，該涂層較厚，承受能力較好，但其摩擦系數(shù)相對較高，耐磨減磨性能較差。公開號為CN 102080207A的發(fā)明專利采用PVD技術(shù)制備DLC/TiAlN/CrN/Cr多層超硬膜涂層，雖然其摩擦系數(shù)較低，但抗高溫性能較差，難以滿足活塞環(huán)服役環(huán)境要求。
公開號為CN 101715521A的發(fā)明專利采用熱噴涂技術(shù)制備得到了粘結(jié)層為Ni、耐磨層為含CrC、WC和MoC的Mo合金涂層、磨合層為AlCu或Ni-石墨的復(fù)合涂層，公開號為 CN 86106714A的發(fā)明專利采用等離子噴涂技術(shù)制備含鉬、碳、鉻、鎳、硼、硅和氧化鋁的涂層，公開號為CN 1705765A的發(fā)明專利采用熱噴涂技術(shù)制備得到含碳化鉻粒子的Ni-Cr合金涂層，上述涂層均采用熱噴涂技術(shù)制備，具有一定的孔隙，可以存儲潤滑油，能夠提高發(fā)動機效率，但其涂層材料摩擦系數(shù)相對較高，耐磨減磨性能較差。另外，熱噴涂技術(shù)會引起組分相變、分解、揮發(fā)、氧化等現(xiàn)象，制備得到的涂層呈層狀結(jié)構(gòu)，涂層內(nèi)聚強度低。發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種活塞環(huán)涂層用復(fù)合材料、活塞環(huán)涂層及其制備方法，采用本發(fā)明提供的活塞環(huán)涂層用復(fù)合材料制備得到的活塞環(huán)涂層具有孔隙，可存儲潤滑油，且該涂層具有良好的力學(xué)性能、耐磨減磨性能和自潤滑性能。
本發(fā)明提供了一種活塞環(huán)涂層用復(fù)合材料，包括
7wt % 30wt % 的 Ni ；
5. 5wt % 30wt % 的 Cr ；
2wt% Al ；
0. 5wt% Si ；
5wt% 25襯％的 Ti3SiC2 ；
20wt% 60wt%的(Ti, Al, Si, C)N。
優(yōu)選的，所述Ti3SiC2的平均粒徑不大于6 μ m。
優(yōu)選的，所述(Ti，Al, Si, ON的平均粒徑不大于3 μ m。
本發(fā)明還提供了一種活塞環(huán)涂層，由以下原料形成
7wt% Ni ；
5. 5wt % 30wt % 的 Cr ；
2wt% Al ；
0. 5wt % 2wt % 的 Si ；
5wt% 25襯％的 Ti3SiC2 ；
20wt % 60wt % 的(Ti，Al，Si，C) N ；
所述涂層由NiCrAlSi合金包覆Ti3SiC2和(Ti，Al，Si，C)N形成，具有多孔結(jié)構(gòu)。
優(yōu)選的，所述涂層的孔隙率不大于7%。
優(yōu)選的，所述涂層的平均孔徑不大于12 μ m。
本發(fā)明還提供了一種活塞環(huán)涂層的制備方法，包括以下步驟
以氮氣作為載氣，將上述技術(shù)方案所述的活塞環(huán)涂層用復(fù)合材料冷噴涂于活塞環(huán)表面，得到活塞環(huán)涂層。
優(yōu)選的，所述氮氣的壓力為200磅/平方英寸 500磅/平方英寸，所述氮氣的溫度為 500°C 700°C。
優(yōu)選的，所述活塞環(huán)的溫度為100°C 200°C。
優(yōu)選的，所述冷噴涂的噴涂速度為800m/s 1500m/s。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的活塞環(huán)涂層用復(fù)合材料，包括7wt% 30wt%的 Ni ；5. 5wt% Cr ；2wt% Al ；0. 5wt% Si ；5wt% 25wt% 的Ti3SiC2 ；20wt% 60wt%的(Ti，Al，Si，C)N。其中，Si能夠提高復(fù)合材料的抗拉強度、 屈服強度和硬度，同時能夠降低復(fù)合材料的摩擦系數(shù)；所述Ti3SiC2和(Ti，Al，Si，C)N均具有較低的摩擦系數(shù)、良好的自潤滑性能和良好的抗高溫性能，從而使得到的活塞環(huán)涂層具有良好的力學(xué)性能和耐磨減磨性能，從而滿足發(fā)動機高效率、高載荷、高速度、高壽命以及節(jié)能環(huán)保的要求。實驗表明，上述復(fù)合材料形成的涂層的硬度值為1000HV以上，干摩擦系數(shù)為0. 25以下，每微米厚度摩擦行程為9000m以上，滴機油潤滑摩擦系數(shù)為0. 0009以下， 每微米厚度摩擦行程大于100000m，與活塞環(huán)的結(jié)合強度大于100N。另外，本發(fā)明采用上述活塞環(huán)涂層用復(fù)合材料通過冷噴涂工藝噴涂于活塞環(huán)表面能夠得到多孔的涂層，且所述涂層為NiCrAlSi合金包裹Ti3SiC2和(Ti，Al，Si，C)N的結(jié)構(gòu)，不僅能夠存儲潤滑油，具有良好的耐磨減磨性能，而且Ti3SiC2和(Ti，Al，Si，C)N不會發(fā)生相變和晶粒長大，具有良好的力學(xué)性能和抗高溫性能。
具體實施方式
本發(fā)明提供了一種活塞環(huán)涂層用復(fù)合材料，包括
7wt % 30wt % 的 Ni ；
5. 5wt % 30wt % 的 Cr ；
2wt % 13wt % 的 Al ；
0. 5wt % 2wt % 的 Si ；
5wt%~ 25wt%^ Ti3SiC2 ；
20wt% 60wt%的(Ti, Al, Si, C)N。
本發(fā)明提供的活塞環(huán)涂層用復(fù)合材料包括Ni，所述M具有耐高溫、硬度高、耐磨性好等優(yōu)點。在本發(fā)明中，所述Ni的含量為7wt% 30wt%，優(yōu)選為IOwt% 25wt%，更優(yōu)選為15wt% 20wt%。
本發(fā)明提供的活塞環(huán)涂層用復(fù)合材料還包括Cr，所述Cr可增加涂層的耐磨性能。在本發(fā)明中，所述Cr的含量為5. 5wt % 30wt %，優(yōu)選為IOwt % 25wt %，更優(yōu)選為 15wt% 20wt%。
本發(fā)明提供的活塞環(huán)涂層用復(fù)合材料還包括Al，所述Al可增加涂層的耐腐蝕性能。在本發(fā)明中，所述Al的含量優(yōu)選為2wt% 13wt%，優(yōu)選為5wt% 10wt%。
本發(fā)明提供的活塞環(huán)涂層用復(fù)合材料還包括Si，所述Si能夠增加涂層的抗拉強度、屈服強度和硬度，同時能夠降低涂層的摩擦系數(shù)，提高其耐磨減磨性能。在本發(fā)明中，所述Si的含量為0. 5wt% 2wt%，優(yōu)選為Iwt % 1. 5wt%。
本發(fā)明提供的活塞環(huán)涂層用復(fù)合材料還包括Ti3SiC2, Ti3SiC2, Ti3SiC2是一種具有三元層狀結(jié)構(gòu)的碳化物，屬于陶瓷，同時具有金屬和陶瓷的優(yōu)異性能。在本發(fā)明中，所述 Ti3SiC2優(yōu)選為納米尺寸的Ti3SiC2,即納米Ti3SiC2，其平均粒徑優(yōu)選不大于6 μ m,更優(yōu)選不大于5 μ m。所述Ti3SiC2具有較低的摩擦系數(shù)、良好的自潤滑性能和良好的耐高溫性，能夠提高涂層的耐磨減磨性能和抗高溫性能。在本發(fā)明中，所述Ti3SiC2的含量為5wt% 25wt%，優(yōu)選為 IOwt % 20wt%，更優(yōu)選為 12wt% 18wt%。
本發(fā)明提供的活塞環(huán)涂層用復(fù)合材料還包括(Ti，Al，Si，C)N，所述(Ti，Al，Si，C) N是一種具有納米晶/非晶復(fù)合結(jié)構(gòu)的超硬粒子，具有非晶碳結(jié)構(gòu)，其硬度可高達(dá)32GPa、摩擦系數(shù)低、自潤滑性能好、可耐100(TC高溫，能夠提高活塞環(huán)涂層的硬度、耐磨減磨性能和抗高溫性能。在本發(fā)明中，所述(Ti，Al，Si，C)N優(yōu)選為納米尺寸的(Ti，Al，Si，C)N，即納米(Ti ,Al,Si,C) N,其平均粒徑優(yōu)選不大于3 μ m,更優(yōu)選不大于2 μ m。所述(Ti ,Al,Si,C) N的含量為20wt % 60wt %，優(yōu)選為25wt % 55wt %，更優(yōu)選為30wt % 50wt %。本發(fā)明對所述(Ti，Al，Si，C)N的來源沒有特殊限制，可以從市場上購買，如西北有色金屬研究院研制的(Ti，Al，Si，C)N超硬粒子。
本發(fā)明將Ni粉、Cr粉、Al粉、Si粉、Ti3SiC2和(Ti，Al，Si，C)N混合均勻后，即可得到活塞環(huán)涂層用復(fù)合材料。在進(jìn)行混合時，所述M粉的平均粒徑優(yōu)選小于20μπι，更優(yōu)選為10 μ m 15 μ m ；所述Cr粉的平均粒徑優(yōu)選小于15 μ m,更優(yōu)選為8 μ m 12 μ m ；所述 Al粉的平均粒徑優(yōu)選小于15 μ m,更優(yōu)選為5 μ m 12 μ m ；所述Si粉的平均粒徑優(yōu)選小于 10 μ m,更優(yōu)選為2 μ m 5 μ m ；所述Ti3SiC2的平均粒徑優(yōu)選不大于6 μ m，更優(yōu)選為2 μ m 5 μ m ；所述(Ti，Al，Si，C)N的平均粒徑優(yōu)選不大于3 μ m，更優(yōu)選為0. 1 μ m 3 μ m。
本發(fā)明提供的活塞環(huán)涂層用復(fù)合材料包括Ni、Cr、Al、Si、Ti3SiC2和(Ti，Al，Si， C)N，其中，Si能夠提高復(fù)合材料的抗拉強度、屈服強度和硬度，同時能夠降低復(fù)合材料的摩擦系數(shù)；所述Ti3SiC2* (Ti，Al，Si，C)N均具有較低的摩擦系數(shù)、良好的自潤滑性能和良好的抗高溫性能，從而使得到的活塞環(huán)涂層具有良好的力學(xué)性能和耐磨減磨性能，從而滿足發(fā)動機高效率、高載荷、高速度、高壽命以及節(jié)能環(huán)保的要求。
本發(fā)明還提供了一種活塞環(huán)涂層，由上述技術(shù)方案所述的復(fù)合材料形成，該涂層為由NiCrAlSi合金包覆Ti3SiC2和(Ti，Al，Si，C)N形成的涂層，具有多孔結(jié)構(gòu)。
上述技術(shù)方案所述的復(fù)合材料在活塞環(huán)上形成涂層時，Ni、Cr、Al和Si形成 NiCrAlSi 合金，并將 Ti3SiC2 和(Ti, Al, Si, C)N 包覆于其中，所述 Ti3SiC2 和(Ti, Al, Si, C) N不會發(fā)生相變和晶粒長大，從而使得涂層具有良好的力學(xué)性能。
本發(fā)明提供的涂層為多孔結(jié)構(gòu)，即所述涂層表面具有孔隙，該孔隙能夠存儲潤滑油，提高發(fā)動機效率。在本發(fā)明中，所述涂層的孔隙率優(yōu)選不大于7 %，更優(yōu)選不大于6 %， 最優(yōu)選不大于5% ；所述涂層的平均孔徑優(yōu)選不大于12μπι，更優(yōu)選不大于ΙΟμπι，最優(yōu)選不大于8 μ m。
本發(fā)明提供的涂層中，Ti3SiC2和(Ti，Al，Si，C)N不會發(fā)生相變和晶粒長大，從而使得涂層具有良好的力學(xué)性能、耐磨減磨性能和抗高溫性能，從而滿足發(fā)動機高效率、高載荷、高速度、高壽命以及節(jié)能環(huán)保的要求。
本發(fā)明還提供了一種活塞環(huán)涂層的制備方法，包括
以氮氣作為載氣，將上述技術(shù)方案所述的活塞環(huán)涂層用復(fù)合材料冷噴涂于活塞環(huán)表面，得到活塞環(huán)涂層。
本發(fā)明采用冷噴涂工藝將上述技術(shù)方案所述的活塞環(huán)涂層用復(fù)合材料噴涂于活塞環(huán)表面，得到活塞環(huán)涂層。本發(fā)明對所述活塞環(huán)的材質(zhì)沒有特殊限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的碳鋼、低合金鋼、馬氏體不銹鋼等鋼材或球狀石墨鑄鐵等鑄鐵均可以。在進(jìn)行冷噴涂時，所述活塞環(huán)的溫度優(yōu)選為100°c 200°C，更優(yōu)選為120°C 180°C。在本發(fā)明中，所述活塞環(huán)的溫度是指進(jìn)行噴涂時所述活塞環(huán)的初始溫度。
在采用冷噴涂工藝進(jìn)行噴涂時，本發(fā)明以氮氣作為載氣，所述氮氣的壓力優(yōu)選為 200磅/平方英寸 500磅/平方英寸，更優(yōu)選為250磅/平方英寸 450磅/平方英寸， 最優(yōu)選為300磅/平方英寸 400磅/平方英寸；所述氮氣的溫度優(yōu)選為500°C 700°C， 更優(yōu)選為550°C 650°C，在本發(fā)明中，所述氮氣的溫度是指所述氮氣的預(yù)熱溫度。在進(jìn)行冷噴涂時，所述復(fù)合材料的噴涂速度優(yōu)選為500m/s以上，更優(yōu)選為800m/s 1500m/s ；所述噴涂距離優(yōu)選為20mm 25mm，更優(yōu)選為21mm 23mm。
噴涂完畢后，得到活塞環(huán)涂層。在噴涂過程中，所述Ni、Cr、Al和Si形成NiCrAlSi 合金，并將Ti3SiC2和(Ti，Al，Si，C)N包覆于其中，形成具有多孔結(jié)構(gòu)的涂層。
得到涂層后，對其進(jìn)行顯微結(jié)構(gòu)觀察，結(jié)果表明，其為NiCrAlSi合金包裹Ti3SiC2和(Ti，Al，Si，C)N 的結(jié)構(gòu)；
得到涂層后，測定所述涂層的孔隙率和孔徑，其孔隙率不大于7%、平均孔徑不大于 12μ ；
采用顯微硬度計測量所述涂層的硬度，所述涂層的硬度值為1000HV以上；
采用球盤磨損試驗機測量所述涂層的耐磨性和摩擦系數(shù)，參數(shù)如下對磨材料為直徑5mm的WC-7% Co硬質(zhì)合金球，相對滑動速度為400m/min，載荷為49N，磨損時間為 30min，結(jié)果表明，所述涂層的干摩擦系數(shù)為0. 25以下，每微米厚度摩擦行程為9000m以上， 滴機油潤滑摩擦系數(shù)為0. 0009以下，每微米厚度摩擦行程大于100000m ；
采用劃痕儀測量所述涂層的結(jié)合強度，參數(shù)如下載荷從20N加到100N，劃動速度為lOmm/min，結(jié)果表明，所述涂層的結(jié)合強度大于100N。
本發(fā)明提供的活塞環(huán)涂層用復(fù)合材料，包括7wt % 30wt %的Ni ；5. 5wt % 30wt % 的 Cr ；2wt % 13wt % 的 Al ；0. 5wt % 2wt % 的 Si ；5wt % 25wt % 的 Ti3SiC2 ； 20wt% 60wt%的(Ti，Al，Si，C)N。其中，Si能夠提高復(fù)合材料的抗拉強度、屈服強度和硬度，同時能夠降低復(fù)合材料的摩擦系數(shù)；所述Ti3SiC2和(Ti，Al，Si，C)N均具有較低的摩擦系數(shù)、良好的自潤滑性能和良好的抗高溫性能，從而使得到的活塞環(huán)涂層具有良好的力學(xué)性能和耐磨減磨性能，從而滿足發(fā)動機高效率、高載荷、高速度、高壽命以及節(jié)能環(huán)保的要求。另外，本發(fā)明采用上述活塞環(huán)涂層用復(fù)合材料通過冷噴涂工藝噴涂于活塞環(huán)表面能夠得到多孔的涂層，且所述涂層為NiCrAlSi合金包裹Ti3SiC2和(Ti，Al，Si，C)N的結(jié)構(gòu)， 不僅能夠存儲潤滑油，具有良好的耐磨減磨性能，而且Ti3SiC2和(Ti，Al，Si，C)N不會發(fā)生相變和晶粒長大，具有良好的力學(xué)性能和抗高溫性能。
為了進(jìn)一步說明本發(fā)明，以下結(jié)合實施例對本發(fā)明提供的活塞環(huán)涂層用復(fù)合材料、活塞環(huán)涂層及其制備方法進(jìn)行詳細(xì)描述。
實施例1
將平均粒徑為10 μ m的Ni粉、平均粒徑為8 μ m的Cr粉、平均粒徑為5 μ m的Al、 平均粒徑為3 μ m的Si、平均粒徑為6 μ m的Ti3SiC2和平均粒徑為3 μ m的(Ti，Al，Si，C)N 按照以下重量百分比混合均勻，得到混合粉末7%的Ni、5. 5%的Cr、2%的A1、0. 5%的Si、 25%的 Ti3SiC2 和 60%的(Ti, Al, Si, C)N 60%。
將所述混合粉末采用冷噴涂工藝噴涂于鑄鐵活塞環(huán)表面，形成厚度為50 μ m的涂層，所述冷噴涂工藝的參數(shù)如下載氣氮氣壓力為400磅/平方英寸，氮氣預(yù)熱溫度為 600°C，鑄鐵活塞環(huán)預(yù)熱溫度為200°C，噴涂粉末速度為1200m/s，噴涂距離為21mm ；
得到涂層后，測定所述涂層的孔隙率和孔徑，其孔隙率為7%、平均孔徑為12μπι ；
采用顯微硬度計測量所述涂層的硬度，所述涂層的硬度值為1450HV ；
采用球盤磨損試驗機測量所述涂層的耐磨性和摩擦系數(shù)，參數(shù)如下對磨材料為直徑5mm的WC-7% Co硬質(zhì)合金球，相對滑動速度為400m/min，載荷為49N，磨損時間為 30min，結(jié)果表明，所述涂層的干摩擦系數(shù)為0. 15，每微米厚度摩擦行程為12000m，滴機油潤滑摩擦系數(shù)為0. 00072，每微米厚度摩擦行程大于150000m ；
采用劃痕儀測量所述涂層的結(jié)合強度，參數(shù)如下載荷從20N加到100N，劃動速度為lOmm/min，結(jié)果表明，所述涂層的結(jié)合強度大于100N。
實施例2
將平均粒徑為12 μ m的Ni粉、平均粒徑為10 μ m的Cr粉、平均粒徑為8 μ m的Al、 平均粒徑為4 μ m的Si、平均粒徑為2 μ m的Ti3SiC2和平均粒徑為1 μ m的(Ti，Al，Si，C) N按照以下重量百分比混合均勻，得到混合粉末20 %的Ni、18 %的Cr、8 %的Al、1 %的Si、 13%的 Ti3SiC2 和 40%的(Ti, Al, Si, C)N 60%。
將所述混合粉末采用冷噴涂工藝噴涂于鑄鐵活塞環(huán)表面，形成厚度為80 μ m的涂層，所述冷噴涂工藝的參數(shù)如下載氣氮氣壓力為350磅/平方英寸，氮氣預(yù)熱溫度為 600°C，鑄鐵活塞環(huán)預(yù)熱溫度為150°C，噴涂粉末速度為1100m/S，噴涂距離為21mm ；
得到涂層后，測定所述涂層的孔隙率和孔徑，其孔隙率為5%、平均孔徑為ΙΟμπι ；
采用顯微硬度計測量所述涂層的硬度，所述涂層的硬度值為1200HV ；
采用球盤磨損試驗機測量所述涂層的耐磨性和摩擦系數(shù)，參數(shù)如下對磨材料為直徑5mm的WC-7% Co硬質(zhì)合金球，相對滑動速度為400m/min，載荷為49N，磨損時間為 30min，結(jié)果表明，所述涂層的干摩擦系數(shù)為0. 19，每微米厚度摩擦行程為10000m，滴機油潤滑摩擦系數(shù)為0. 00078，每微米厚度摩擦行程大于130000m ；
采用劃痕儀測量所述涂層的結(jié)合強度，參數(shù)如下載荷從20N加到100N，劃動速度為lOmm/min，結(jié)果表明，所述涂層的結(jié)合強度大于100N。
實施例3
將平均粒徑為15 μ m的Ni粉、平均粒徑為12 μ m的Cr粉、平均粒徑為10 μ m的 Al、平均粒徑為5 μ m的Si、平均粒徑為0. 5 μ m的Ti3SiC2和平均粒徑為0. 1 μ m的(Ti，Al， Si, ON按照以下重量百分比混合均勻，得到混合粉末30%的Ni、30%的Cr、13%的Al、2% 的 Si、5%的 Ti3SiC2 和 20%的(Ti, Al, Si, C)N 60%。
將所述混合粉末采用冷噴涂工藝噴涂于鑄鐵活塞環(huán)表面，形成厚度為100 μ m的涂層，所述冷噴涂工藝的參數(shù)如下載氣氮氣壓力為200磅/平方英寸，氮氣預(yù)熱溫度為 600°C，鑄鐵活塞環(huán)預(yù)熱溫度為100°C，噴涂粉末速度為900m/s，噴涂距離為21mm ；
得到涂層后，測定所述涂層的孔隙率和孔徑，其孔隙率為3%、平均孔徑為8μπι ；
采用顯微硬度計測量所述涂層的硬度，所述涂層的硬度值為1050HV ；
采用球盤磨損試驗機測量所述涂層的耐磨性和摩擦系數(shù)，參數(shù)如下對磨材料為直徑5mm的WC-7% Co硬質(zhì)合金球，相對滑動速度為400m/min，載荷為49N，磨損時間為 30min，結(jié)果表明，所述涂層的干摩擦系數(shù)為0. 22，每微米厚度摩擦行程為9500m，滴機油潤滑摩擦系數(shù)為0. 0009，每微米厚度摩擦行程大于IOOOOOm ；
采用劃痕儀測量所述涂層的結(jié)合強度，參數(shù)如下載荷從20N加到100N，劃動速度為lOmm/min，結(jié)果表明，所述涂層的結(jié)合強度大于100N。
由上述實施例可知，本發(fā)明提供的活塞環(huán)涂層具有良好的力學(xué)性能和耐磨減磨性能，能夠滿足發(fā)動機高效率、高載荷、高速度、高壽命以及節(jié)能環(huán)保發(fā)展的需求。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種活塞環(huán)涂層用復(fù)合材料，包括 7wt% Ni ；5. 5wt%~ 30wt%^ Cr ； 2wt% Al ；0. 5wt% Si ；5wt% Ti3SiC2 ；20wt%~ 60wt%^ (Ti, Al, Si, C)N。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的活塞環(huán)涂層用復(fù)合材料，其特征在于，所述Ti3SiC2的平均粒徑不大于6 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的活塞環(huán)涂層用復(fù)合材料，其特征在于，所述(Ti，Al，Si，ON 的平均粒徑不大于3 μ m。
4.一種活塞環(huán)涂層，由以下原料形成 7wt% Ni ；5.5wt%~ 30wt%^ Cr ； 2wt% Al ；0. 5wt% Si ；5wt% Ti3SiC2 ；20wt%~ 60wt%^ (Ti, Al, Si, C)N ；所述涂層由NiCrAlSi合金包覆Ti3SiC2和(Ti，Al，Si，C)N形成，具有多孔結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的活塞環(huán)涂層，其特征在于，所述涂層的孔隙率不大于7%。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的活塞環(huán)涂層，其特征在于，所述涂層的平均孔徑不大于 12 μ m。
7.一種活塞環(huán)涂層的制備方法，包括以下步驟以氮氣作為載氣，將權(quán)利要求1 3任意一項所述的活塞環(huán)涂層用復(fù)合材料冷噴涂于活塞環(huán)表面，得到活塞環(huán)涂層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述氮氣的壓力為200磅/平方英寸 500磅/平方英寸，所述氮氣的溫度為5000C 700 0C。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述活塞環(huán)的溫度為100°C 200°C。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述冷噴涂的噴涂速度為800m/s 1500m/s。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種活塞環(huán)涂層用復(fù)合材料，包括7wt％～30wt％的Ni；5.5wt％～30wt％的Cr；2wt％～13wt％的Al；0.5wt％～2wt％的Si；5wt％～25wt％的Ti3SiC2；20wt％～60wt％的(Ti，Al，Si，C)N。本發(fā)明還提供了一種活塞環(huán)涂層及其制備方法。Si能夠提高復(fù)合材料的抗拉強度、屈服強度和硬度，同時能夠降低復(fù)合材料的摩擦系數(shù)；Ti3SiC2和(Ti，Al，Si，C)N均具有較低的摩擦系數(shù)、良好的自潤滑性能和良好的抗高溫性能，從而使得到的活塞環(huán)涂層具有良好的力學(xué)性能和耐磨減磨性能，從而滿足發(fā)動機高效率、高載荷、高速度、高壽命以及節(jié)能環(huán)保的要求。
文檔編號F16J9/26GK102517577SQ20121000902
公開日2012年6月27日 申請日期2012年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月12日
發(fā)明者劉存波, 華云峰, 吳利榮, 周琳, 樊新宇, 田從豐, 趙勇 申請人:山推工程機械股份有限公司