一种低碳燃料发动机专用活塞裙部减磨涂层及制备涂覆方法与流程

本发明涉及发动机活塞涂层，具体涉及一种低碳燃料发动机专用活塞裙部减磨涂层及制备涂覆方法。

背景技术：

1、随着发动机技术的发展以及环保法规的要求，越来越多的发动机厂开始研发使用高浓度甚至100％的甲醇、乙醇等醇类作为燃料的发动机。醇类燃料热值较高、燃烧稳定，碳排放较少，来源广泛，符合现今世界节能低碳的发展大趋势。

2、为降低摩擦损失，目前的内燃机活塞一般在裙部涂覆以聚酰胺酰亚胺树脂，填充石墨粉的涂层。但是由于醇类燃料在燃烧时会产生少量醇酸、醛等一系列复杂的酸性物质，这类物质对高分子材料具有强力的溶胀作用，对金属具有一定的腐蚀作用，这类物质进入机油后会导致机油酸化，使其承载能力、润滑能力下降。这些弊端导致在相关发动机开发、试验时频繁出现活塞裙部减磨涂层失效，严重时导致发动机出现拉缸事故，影响发动机定型投产。类似情况近年来在国内多型新开发的采用高浓度醇类燃料的发动机上出现。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供一种低碳燃料发动机专用活塞裙部减磨涂层及制备涂覆方法，具有强力的耐甲醇、甲酸、乙醇、乙酸以及各类有机溶剂能力，同时摩擦磨损性能优良。

2、本发明是通过如下技术方案实现的：

3、提供一种低碳燃料发动机专用活塞裙部减磨涂层，包括改性聚酰胺酰亚胺、特种环氧树脂、抗酸剂、石墨粉、石墨烯、碳纤维和纳米颗粒；特种环氧树脂的分子式为c38h40o6，分子结构式为：

4、

5、其中：改性聚酰胺酰亚胺在减磨涂层中的质量分数为20-30％；特种环氧树脂在减磨涂层中的质量分数为20-30％；抗酸剂在减磨涂层中的质量分数为1.5-2.5％；石墨粉在减磨涂层中的质量分数为25-35％；石墨烯在减磨涂层中的质量分数为0.5-5％；碳纤维在减磨涂层中的质量分数为7.5-12.5％；纳米颗粒在减磨涂层中的质量分数为1.5-2.5％。

6、本方案中改性聚酰胺酰亚胺和特种环氧树脂均有多个耐热官能团，有独特的交联机制，聚合时形成互穿网络结构，大幅度提高树脂的耐热、耐有机溶剂性能，使得用作涂层时能抵抗高温恶劣环境，并保持涂层的稳定性，不易腐蚀脱落。

7、进一步的，改性聚酰胺酰亚胺为利用原位聚合的方法对聚酰胺酰亚胺进行改性，将其分子链结构变成三维立体空间结构。

8、进一步的，纳米颗粒为纳米级铝的化合物。

9、一种低碳燃料发动机专用活塞裙部减磨涂层的制备方法，包括以下步骤：

10、按以下顺序依次将改性聚酰胺酰亚胺、抗酸剂、石墨粉、石墨烯、碳纤维、纳米颗粒加入特种环氧树脂的混合液中；

11、通过真空高速分散和机械研磨对混合液进行充分混料，制成粘度35000-45000mpa.s的粘稠糊状物；

12、将粘稠糊状物涂覆，得到减磨涂层。

13、一种低碳燃料发动机专用活塞裙部减磨涂层的涂覆方法，包括以下步骤：

14、s1、清洗：对待涂覆的活塞进行喷淋清洗，使用去离子水喷淋压力0.2-0.5mpa，时间2-5min，清洗后吹干并烘干；

15、s3、涂覆：保持烘干后的活塞温度22-50℃并控制室温22-32℃，将涂层涂覆到活塞表面；

16、s4、固化：依次经历室温流平、升温、高温固化和控温冷却的过程，完成固化。

17、还包括s0、预处理，对活塞进行无机转化膜处理，包括磷化、发黑、氧化和锆化。

18、进一步的，在步骤s3中，使用丝网印刷或空气喷涂工艺进行涂覆。

19、作为优选，丝网印刷时，丝网规格60-100t，刮刀压力0.1-0.3mpa，印刷速度10-30mm/s。

20、进一步的，在步骤s4中，常温流平5-15min，进入连续固化炉，固化炉升温段20-30min，温度自室温线性升至200-240℃，200-240℃保温30-60min，随后进入降温段，20-30min内逐渐将至30-70℃。

21、本发明的有益效果：

22、本发明利用原位聚合的方法对聚酰胺酰亚胺进行改性，改变其分子链结构，使涂层在固化过程中由原来链状的分子结构变成三维的立体空间结构，涂层结合力更牢，涂层结构更稳定，涂层的耐醇酸能力得到大幅提高。

23、本发明在涂覆前要求对活塞进行磷化、发黑、氧化、锆化等无机转化膜处理，这类物质对醇酸类物质反应不敏感，也不易产生气体，减少因产生反应产物而导致的涂层鼓泡现象。

24、本发明通过多型发动机的装机试验，具有强力的耐甲醇、甲酸、乙醇、乙酸以及各类有机溶剂能力，对使用高浓度甲醇、乙醇作为燃料的发动机具有极强的适应性，摩擦磨损性能优良，其高温耐磨性是常规涂层(以杜邦公司的d-10-gbl为例)的10倍左右，对醇类燃料发动机的定型投产起到了关键性作用。

技术特征：

1.一种低碳燃料发动机专用活塞裙部减磨涂层，其特征在于：包括改性聚酰胺酰亚胺、特种环氧树脂、抗酸剂、石墨粉、石墨烯、碳纤维和纳米颗粒；特种环氧树脂的分子式为c38h40o6，分子结构式为：

2.根据权利要求1所述的低碳燃料发动机专用活塞裙部减磨涂层，其特征在于：改性聚酰胺酰亚胺为利用原位聚合的方法对聚酰胺酰亚胺进行改性，将其分子链结构变成三维立体空间结构。

3.根据权利要求1所述的低碳燃料发动机专用活塞裙部减磨涂层，其特征在于：纳米颗粒为纳米级铝的化合物。

4.一种权利要求1所述的低碳燃料发动机专用活塞裙部减磨涂层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

5.一种权利要求1所述的低碳燃料发动机专用活塞裙部减磨涂层的涂覆方法，其特征在于：包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的低碳燃料发动机专用活塞裙部减磨涂层的涂覆方法，其特征在于：还包括s0、预处理，对活塞进行无机转化膜处理，包括磷化、发黑、氧化和锆化。

7.根据权利要求5所述的低碳燃料发动机专用活塞裙部减磨涂层的涂覆方法，其特征在于：在步骤s3中，使用丝网印刷或空气喷涂工艺进行涂覆。

8.根据权利要求7所述的低碳燃料发动机专用活塞裙部减磨涂层的涂覆方法，其特征在于：丝网印刷时，丝网规格60-100t，刮刀压力0.1-0.3mpa，印刷速度10-30mm/s。

9.根据权利要求5所述的低碳燃料发动机专用活塞裙部减磨涂层的涂覆方法，其特征在于：在步骤s4中，常温流平5-15min，进入连续固化炉，固化炉升温段20-30min，温度自室温线性升至200-240℃，200-240℃保温30-60min，随后进入降温段，20-30min内逐渐降至30-70℃。

技术总结
本发明涉及发动机活塞涂层技术领域，具体涉及一种低碳燃料发动机专用活塞裙部减磨涂层及制备涂覆方法，包括改性聚酰胺酰亚胺、特种环氧树脂、抗酸剂、石墨粉、石墨烯、碳纤维和纳米颗粒；其中：改性聚酰胺酰亚胺在减磨涂层中的质量分数为20‑30％；特种环氧树脂在减磨涂层中的质量分数为20‑30％；抗酸剂在减磨涂层中的质量分数为1.5‑2.5％；石墨粉在减磨涂层中的质量分数为25‑35％；石墨烯在减磨涂层中的质量分数为0.5‑5％；碳纤维在减磨涂层中的质量分数为7.5‑12.5％；纳米颗粒在减磨涂层中的质量分数为1.5‑2.5％。本发明具有强力的耐甲醇、甲酸、乙醇、乙酸以及各类有机溶剂能力，对使用高浓度甲醇、乙醇作为燃料的发动机具有极强的适应性，摩擦磨损性能优良。

技术研发人员：刘国强,赵小峰,刘世英
受保护的技术使用者：滨州渤海活塞有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/29