专利名称：一种陶瓷汽缸及其制备技术的制作方法
技术领域：
本发明属于铝合金缸体及内表面硬化处理技术，特别涉及钼合金 缸体内表面的陶瓷化处理工艺。
技术背景铝合金由于其轻质易成型、比轻度高、导热性能好，成为汽油发 动机缸套的主要材料之一。但由于发动机活塞是在汽缸内做快速往复 运动，铝合金缸体的耐磨性、耐冲击性、耐腐蚀性等性能较差而限制 了铝合金在发动机缸体上作为直接磨擦副的应用。铝合金缸体必须进 行适当的内表面硬化处理。汽缸要求工作温度高，热冲击大，速度高 速磨擦频繁，普通汽缸难以满足工况恶劣的条件下工作，长期制约着 发动机综合性能的提高。常用的镶铸铁套气缸制备工艺复杂、界面结合质量稳定性较差；镀镍、铬工艺及复合镀工艺对境污染严重，达不到环境友好的要求。还有碳化硅复合陶瓷(专利号93115277.1 ),需要高温二次烧结，工艺难度大。发明内容本发明的主要目的是，消除现有铝合金复合材料活塞汽缸技术中， 成本高、污染重的缺点，提供一种操作简便又稳定，无污染，具有非 常好的耐磨性、耐腐蚀、抗高温冲击性好的复合陶瓷层的铝合金基体 气缸及其制备技术。本发明的方案是 一种陶瓷汽缸，在基质材料为ADC12或AC4A 的汽缸内壁上，有一层陶瓷层，其特征在于所述陶瓷层为微弧氧化陶
瓷层，其组分包括Y-Al203、 a- A1 203，陶瓷层的厚度为15-120jLim。 上述ADC12的化学成分为Cu: 1. 5-3. 5， Si: 9. 6-12, Mg: 0..3, Zn: 1， Fe:1.3, Mn: 0. 5， Ni: 0. 5，余量Al。 AC4A的化学成分为Cu: 0. 25， Si:8-10, Mg:O. 3-0. 6, Zn:O. 25, Fe: 0. 55, Mn: 0. 3—0. 6, Ni:O. 1， Ti: 0. 2余量Al。珩磨加工完后的所述陶瓷层厚度可为15-50 jum。 上述陶瓷汽缸的制备技术，其特征在于工艺过程是将待处理的 缸体作为阳极、内置不锈钢管作为阴极，将以碱性电解溶液从缸体一 端通过缸体，从缸体的另一端流出；工艺过程中控制的条件为电压 450V-750V,电流密度为20-40 A/dm2，时间是40-90min,所述电源采 用不对称的正负脉冲高压电源；碱性电解溶液成份为Na2Si03: 4-8g/L、 NaOH: 2-5g/L Na3A103: l-3 g/L， Na2W042-4g/L, EDT 二钠1-3 g/L， 电解液PH值为9-13。溶液温度控制在10-50°C。陶瓷化处理装置主要有电源及调压控制系统、冷却系统、电解槽、 搅拌系统、汽缸屏蔽工装等部分组成。电源及调压控制系统提供了处 理所需的高压电；冷却系统可以保证电解液的温度在工艺范围内；电 解槽通常由不锈钢制成，兼做阴极，内盛电解溶液；搅拌系统可以提 高溶液中电解液的均勻性；汽缸屏蔽工装可以保证非处理面不得与电 解液接触。本发明釆用100-300 KW特殊电源及自动控制系统及去离子水配制 成不同组份的电解液。根据技术要求，在电解液中加入铝酸盐、钨酸 钠等不同添加剂，目的为了提高陶瓷层的顺应性、嵌藏性、耐磨性， 及耐热冲击性。在一般情况下，电解液PH值最大为9-12，电解液组
分组成可为Na2Si03 : 4-8g/L 、 NaOH 2-5g/L : Na3A103: 1-3 g/L,Na2W04:2-4g/L,电解液PH值为9-13。优化工艺电流密度、电压、 时间控制等工艺参数本发明陶瓷化处理电流密度、电压、时间控制、 电解液温度的控制是提高汽缸工作表面生成陶瓷层质量的关键。要求 分别设置恒电流、恒电压控制装置和电解热交换温控装置工艺电压 一般控制在450-750V范围内，电流密度控制在20-40A/dm2，电解液温 度一般控制在10-5(TC范围内。随着处理时间的延长陶瓷层也随之不 断形成及增加厚度，处理时间越长，陶瓷层的厚度越厚,但表面的粗糙 度也随之增加。可根据汽缸的陶瓷层厚度要求来决定参数的调整，一 般陶瓷层厚度为50-120 jum。汽缸珩磨后可获得15-50 jum的陶瓷层本发明的汽缸陶瓷化处理操作简便又稳定，在整个陶瓷化处理过 程中，不需改变电解液的浓度，可重复使用，获得的复合陶瓷层汽缸 膜层厚、致密度高、硬度高、具有非常好的耐磨性，耐腐蚀、抗高温 冲击性。
图1为内孔带微弧氧化陶瓷层的铝合金陶瓷汽缸示意图。 图2为汽缸内孔陶瓷化装置示意图。图中，l.汽缸基体，2.陶瓷层，3.内孔表面，4.阳极接线柱，5. 电解槽，6.绝缘槽，7.搅拌系统，8.阳极电极棒，9.工装，10.汽缸， 11.电解液，12.高压电源，13.控制系统。
具体实施方式
实施例一以ADC12材质汽缸为例电解液(11)为以水玻璃为主要成分，各 成分与总体积比配置溶液，Na2Si03: 7 g/L、 NaOH 4g/L、 Na3A103 2 g/L、 Na2W04:4 g/L EDT二钠3 g/L，将PH值调整在13。将配置好的电 解溶液从缸体下部的导进管流进，从上部的口管流出，溶液通过循环 冷却系统在缸体内流动。内置不锈钢管接电源阴极，缸体接电源阳极。 开始4分钟内，通过电源对缸体施加电流密度为20 A/dm2， 4分钟后 通过电源对缸体施加电流密度为20-28 A/dm2，处理结東前电流密度随 着陶瓷层厚度的增加而变化。利用气泵的搅拌冷却电解液温度为 45-55°C,处理时间55分钟，在缸体内表面原位生长一层致密的A1203 陶瓷层。经测量厚度为100-llOjum,经过銜磨可以获得经济的陶瓷层 厚度。实施例二以AC4A材质汽缸为例电解液为以水玻璃为主要成分，各成分与 总体积比配置溶液，Na2Si03: 4 ml/L、 NaOH 2. 5g/L、 Na3A103 2. 5 g/L、 Na2W04: 3 g/L EDT二钠2. 5 g/L，将PH值调整在IO。将配置好的电 解溶液从缸体下部的导进管流进，从上部的口管流出，溶液通过循环 冷却系统在缸体内流动。内置不锈钢管接电源阴极，缸体接电源阳极。 开始8分钟内，通过电源对缸体施加电流密度为22 A/dm2， 8分钟后 通过电源对缸体施加电流密度为25-30 A/dm2,处理结東前电流密度随 着陶瓷层厚度的增加而变化。利用气泵的搅拌冷却电解液温度为 25-35 °C，处理时间40分钟就会在缸体内表面原位生长一层致密的 A1A陶瓷层。经测量厚度为65-75 经过珩磨可以获得经济的陶瓷 层厚度。根据不同需要，可以控制陶瓷层的厚度，综合考虑发动机性 能和经济性，最佳厚度单边为60-120 jum,銜磨后的最佳经济厚度为
15—50 |um。对上述两种处理工艺后的陶瓷层进行硬度和耐磨试验其显微硬 度均在HV900以上，耐磨试验时间达到600小时以上。
权利要求
1.一种陶瓷汽缸，在基质材料为ADC12或AC4A的汽缸内壁上，有一层陶瓷层，其特征在于所述陶瓷层为微弧氧化陶瓷层，陶瓷层组分包括γ-Al2O3、α-Al2O3，陶瓷层的厚度为15-120μm。
2. 如权利要求1所述的陶瓷汽缸，其特征在于所述陶瓷层厚度为 15-50 jum。
3. —种陶瓷汽缸的制备技术，其特征在于工艺过程是将待处理 的缸体作为阳极、内置不锈钢管作为阴极，将以碱性电解溶液从缸体 一端通过缸体，从缸体的另一端流出；工艺过程中控制的条件为电 压450V-750V,电流密度为20-40 A/dm2,时间是40-90min，所述电源采用不对称的正负脉冲高压电源；碱性电解溶液成份为Na2Si03: 4-8g/L、 NaOH: 2-5g/L Na3A103: 1-3 g/L,: Na2W042-4g/L， EDT 二钠 1-3 g/L,电解液PH值为9-13。溶液温度控制在10-50°C。
4. 如权利要求3所述的一种陶瓷汽缸的制备技术，其特征在于工 艺过程所需陶瓷化处理装置主要有电源及调压控制系统、冷却系统、 电解槽、搅拌系统、汽缸屏蔽工装。
全文摘要
一种陶瓷汽缸及其制备技术，属于铝合金缸体及内表面硬化处理技术。该陶瓷汽缸的基质材料为ADC12或AC4A，在汽缸内壁上有一层微弧氧化陶瓷层，陶瓷层组分包括γ-Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>、α-Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>，厚度为15-120μm。微弧氧化处理工艺过程是将待处理的缸体作为阳极、内置不锈钢管作为阴极，将以碱性电解溶液从缸体一端通过缸体，从缸体的另一端流出；工艺过程中控制的条件为电压450V-750V，电流密度为20-40A/dm<sup>2</sup>，时间是40-90min；碱性电解溶液成分为Na<sub>2</sub>SiO<sub>3</sub>4-8g/L、NaOH2-5g/L、Na<sub>3</sub>AlO<sub>3</sub>1-3g/L，Na<sub>2</sub>WO<sub>4</sub>2-4g/L，EDT二钠1-3g/L，电解液PH值为9-13。溶液温度控制在10-50℃。本发明的汽缸陶瓷化处理操作简便又稳定，获得的复合陶瓷层汽缸膜层厚、致密度高、硬度高、具有非常好的耐磨性，耐腐蚀、抗高温冲击性。
文档编号F16J10/00GK101158401SQ200710114379
公开日2008年4月9日 申请日期2007年11月20日 优先权日2007年11月20日
发明者孔令东, 宋文启, 张书民, 张鲁京, 颜君衡 申请人:曲阜金皇活塞股份有限公司