《鉻基陶瓷複合鍍層加工方法及其活塞環》是儀征雙環活塞環有限公司於2002年12月23日申請的專利，該專利的申請號為02148600X，公布號為CN1424436，公布日為2003年6月18日，發明人是吳映雪、劉千喜。
《鉻基陶瓷複合鍍層加工方法及其活塞環》所述鉻基陶瓷複合鍍層的加工方法是活塞環在鉻酐、硫酸、三價鉻及適量催化劑AFC的槽液中電鍍一層硬鉻，厚度10-50微米；採用物化手段處理鉻層網紋，使其具有一定的密度、深度及寬度；將陶瓷微粒嵌入這些網紋中並固定，微粒粒度範圍為0.05-10微米；將已嵌入陶瓷微粒的網紋覆蓋、封閉；重複多次，使鉻層達到規定的厚度。活塞環成品表面複合層厚度為0.05-0.20微米；由多層單元複合層組成，層狀結構；陶瓷微粒在鍍層中平均含量達2-10％，分布在鉻層的微裂紋及其交叉形成的孔隙中；活塞環直徑為12-400毫米。
2007年，《鉻基陶瓷複合鍍層加工方法及其活塞環》獲得第五屆江蘇省專利項目獎優秀獎。
基本介紹
- 中文名：鉻基陶瓷複合鍍層加工方法及其活塞環
- 公布號：CN1424436
- 公布日：2003年6月18日
- 申請號：02148600X
- 申請日：2002年12月23日
- 申請人：儀征雙環活塞環有限公司
- 地址：江蘇省儀征市長江路176號
- 發明人：吳映雪、劉千喜
- 分類號：C25D15/00
- 代理機構：南京君陶專利代理有限責任公司
- 代理人：沈根水
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
2002年12月前內燃機活塞環廣泛採用鍍硬鉻進行表面強化。硬鉻鍍層厚度一般為0.05-0.20毫米，全部成分為鉻及少量吸附的H、O，硬度為750-1100HV0.1，層內分布有由於本身裂紋交錯形成的孔隙，具有良好的耐磨性。但在潤滑條件差或熱負荷、機械負荷很大的場合，鍍硬鉻活塞環與缸壁摩擦惡化，容易出現熔著磨損，嚴重時發生“拉缸”或鉻層剝落，並不足以滿足內燃機高功率、長壽命、低排放的要求。另外，採用複合鍍以改善鉻層缺陷，人們進行了長期實驗，即採用常規複合鍍工藝，將陶瓷微粒經過活化處理後加入鍍硬鉻溶液中，有的還加入特定催化劑，進行電鍍，鉻結晶沉積時將附著在鉻層上的陶瓷微粒包裹共沉積，形成複合層。但由於鍍鉻時大量析氫，導致複合層中陶瓷微粒含量極低，一般不超過1％；且由於陶瓷微粒夾雜在鉻晶粒之間，鍍層易產生較大脆性，易造成受力脫落。
發明內容
專利目的
《鉻基陶瓷複合鍍層加工方法及其活塞環》的目的在於針對上述存在的缺陷，提出一種陶瓷微粒含量高達2-10％且陶瓷微粒分布於鉻層原有網紋及孔隙的新型鉻基陶瓷複合鍍層的加工方法及其活塞環。
技術方案
活塞環表面鉻基陶瓷複合鍍層的工藝步驟依次為：
一、取直徑12-400毫米的活塞環，在鉻酐150-350克/升、硫酸1-4克/升、三價鉻2-10克/升及適量催化劑AFC的槽液中，在電流密度40-100安/平方分米條件下先鍍一層硬鉻，電鍍時間5-40分，厚度10-50微米；
二、採用物化手段處理鉻層網紋，使它密度為40-200條/毫米、深度為2-20微米及寬度為0.1-5微米；
三、將陶瓷微粒嵌入這些網紋中並固定。這些陶瓷材料為：氮化矽或碳化矽或三氧化二鋁陶瓷微粉以及這些陶瓷微粉兩種或兩種以上的混合物，微粒粒度範圍為0.05-10微米；
四、在鉻酐150-350克/升、硫酸1-4克/升、三價鉻2-10克/升及適量催化劑AFC的槽液中，在電流密度40-100安/平方分米條件下鍍一層硬鉻，電鍍時間為2-5分，將已嵌入陶瓷微粒的網紋覆蓋、封閉；
五、重複工藝步驟1-4進行循環，使鉻層厚度為0.05-0.40毫米。
採用此發明的鉻基陶瓷複合鍍層進行表面強化的活塞環，在完成上述的鉻基複合陶瓷鍍層加工後，再進行相應機械加工等處理後，形成成品，成品鉻基陶瓷複合鍍層厚度為0.05-0.20毫米；它由2-15層單元複合層組成，具有典型的層狀結構；陶瓷微粒含量平均達2-10WT％，且陶瓷微粒分布在鉻層的微裂紋及其交叉形成的孔隙中，陶瓷微粒平均粒度範圍0.05-10微米；活塞環直徑為12-400毫米。
改善效果
《鉻基陶瓷複合鍍層加工方法及其活塞環》的優點：鉻基陶瓷複合鍍層由數層單元複合鍍層組成，具有典型的層狀結構；每單元複合鍍層結構，從表面看：其鉻層基體具有一定密度、深度及寬度、相互交叉的網紋，陶瓷微粒鑲嵌在這些網紋中；從斷面看：由於上述網紋交叉形成斷面孔隙，陶瓷微粒分布在這些孔隙中。陶瓷微粒含量高，且不會產生異常脆性。因此，該專利的新型鉻基陶瓷複合鍍層活塞環能夠承受較大的熱負荷和機械負荷，即使在活塞環與缸壁油膜處於邊界狀態下，也不會發生“拉缸”；同時由於嵌入了高硬度的陶瓷微粒，耐磨性能也得到極大提高，能夠滿足現代發動機高性能要求。
技術領域
《鉻基陶瓷複合鍍層加工方法及其活塞環》涉及的是一種陶瓷微粒含量高達2-10％、且陶瓷分布於鉻層原有裂紋及孔隙的新型鉻基陶瓷複合鍍層的加工方法及其活塞環。屬活塞環技術領域。
權利要求
活塞環表面新型鉻基陶瓷複合鍍層的加工方法。其特徵是：該加工工藝是一個重複的加工過程，其工藝步驟依次為：
一、取直徑12-400毫米的活塞環，在鉻酐150-350克/升、硫酸1-4克/升、三價鉻2-10克/升及適量催化劑AFC的槽液中，在電流密度40-100安/平方分米條件下先鍍一層硬鉻，電鍍時間5-40分鐘，厚度10-50微米；
二、採用物化手段處理鉻層網紋，使它密度為40-200條/毫米、深度為2-20微米及寬度為0.1-5微米；
三、將陶瓷微粒嵌入這些網紋中並固定。這些陶瓷材料為：氮化矽或碳化矽或三氧化二鋁陶瓷微粉以及這些陶瓷微粉兩種或兩種以上的混合物，微粒粒度範圍為0.05-10微米；
四、在鉻酐150-350克/升、硫酸1-4克/升、三價鉻2-10克/升及適量催化劑AFC的槽液中，在電流密度40-100安/平方分米條件下鍍一層硬鉻，電鍍時間為2-5分鐘，將已嵌入陶瓷微粒的網紋覆蓋、封閉；
五、重複工藝步驟1-4進行循環，使鉻層厚度為0.05-0.40毫米。
實施方式
- 實施例1
取直徑12毫米活塞環，在1000升鍍鉻液中，其中鉻酐150克/升，硫酸1克/升，三價鉻2克/升，適量催化劑AFC，電流密度100安/平方分米，電鍍時間5分鐘，先鍍一層10微米硬鉻；物化法加工鉻層網紋，密度40條/毫米、寬度0.1微米、深度2微米；將氮化矽陶瓷微粒嵌入網紋中固定，陶瓷微粒粒度為0.05-2微米；在1000升鍍鉻液中（其中鉻酐150克/升，硫酸1克/升，三價鉻2克/升，適量催化劑AFC），電流密度100安/平方分米，電鍍時間5分鐘，進行封閉；再從頭開始重複兩次，鉻基陶瓷複合鍍層厚度為50微米。活塞環經加工成成品後，鉻基陶瓷複合鍍層厚度為50微米，由兩個單元複合層組成，陶瓷微粒含量外圓2.5％，斷面3.4％。
- 實施例2
取直徑100毫米活塞環，在1000升鍍鉻液中，其中鉻酐250克/升，硫酸2.5克/升，三價鉻3克/升，適量催化劑AFC，電流密度70安/平方分米，電鍍時間15分鐘，先鍍～層25微米硬鉻；物化法加工鉻層網紋，密度120條/毫米、寬度2.5微米、深度11微米；將碳化矽陶瓷微粒嵌入網紋中固定，陶瓷微粒粒度為1-5微米；在1000升鍍鉻液中（其中鉻酐250克/升，硫酸2.5克/升，三價鉻3克/升，適量催化劑AFC），電流密度70安/平方分米，電鍍時間3分鐘，進行封閉；再從頭開始重複25次，鉻基陶瓷複合鍍層厚度為400微米。活塞環經加工成成品後，鉻基陶瓷複合鍍層厚度為200微米，由15個單元複合層組成，陶瓷微粒含量外圓6.3％，斷面6.7％。
- 實施例3
取直徑400毫米活塞環，在1000升鍍鉻液中，其中鉻酐350克/升，硫酸4克/升，三價鉻4克/升，適量催化劑AFC，電流密度40安/平方分米，電鍍時間40分鐘，先鍍一層50微米硬鉻；物化法加工鉻層網紋，密度200條/毫米、寬度5微米、深度20微米；將氮化矽和碳化矽的混合陶瓷微粒嵌入網紋中固定，陶瓷微粒粒度為1-10微米；在1000升鍍鉻液中（其中鉻酐350克/升，硫酸4克/升，三價鉻4克/升，適量催化劑AFC），電流密度100安/平方分米，電鍍時間2分鐘，進行封閉；再從頭開始重複8次，鉻基陶瓷複合鍍層厚度為200微米。活塞環經加工成成品後，鉻基陶瓷複合鍍層厚度為130微米，由五個單元複合層組成，陶瓷微粒含量外圓9.7％，斷面8.7％。
榮譽表彰
2007年，《鉻基陶瓷複合鍍層加工方法及其活塞環》獲得第五屆江蘇省專利項目獎優秀獎。
