專利名稱：一種缸套內(nèi)壁激光合金化工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及金屬材料表面加工技術領域，具體是指一種缸套內(nèi)壁激光合金化工 藝。技術背景
缸套是內(nèi)燃機、汽油發(fā)動機、液壓設備的核心零部件，活塞在缸套中作高速往復運 動造成缸套內(nèi)壁的磨損。并且由于缸套內(nèi)的環(huán)境惡劣，存在大量高溫、高壓油氣，直接致使 缸套表面的氧化和硫化，破壞了缸套內(nèi)壁金屬表面的性質，尤其是產(chǎn)生的硫化物等將導致 缸套內(nèi)壁金屬的腐蝕。在缸套的使用過程中，磨損是導致其失效的主要原因，所以對缸套內(nèi) 壁進行強化加工處理，以大幅度提高其耐磨性是提高缸套壽命的主要手段。與此同時，也需 要能提高缸套內(nèi)壁的耐高溫、耐腐蝕性。
現(xiàn)有技術中，一般采用激光淬火工藝對缸套內(nèi)壁進行強化，并且淬火帶呈網(wǎng)狀結 構。經(jīng)過激光淬火工藝處理后的缸套內(nèi)壁在摩擦過程中，未經(jīng)激光處理的基體部分最先因 摩擦而凹陷，形成菱形的儲油結構，從而降低缸套與活塞之間的摩擦系數(shù)，并且儲油結構還 可以儲存雜質和磨粒。同時，網(wǎng)狀淬火帶由于硬度大幅度提高，缸套內(nèi)壁的耐磨性能也得到 了提高。但目前采用激光淬火來提高缸套的耐磨性已經(jīng)達到了工藝極限，對缸套內(nèi)壁的耐 磨性、耐高溫性和耐腐蝕性的提高均有限。同時鑄鋼件的表面存在氣泡，也影響缸套內(nèi)壁的 耐磨性。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對上述背景技術存在的不足，提供一種可以顯著提高缸套內(nèi)壁 耐磨性、耐高溫性和耐腐蝕性，同時補償鑄鋼件表面的氣泡，從而延長缸套內(nèi)壁使用壽命的 缸套內(nèi)壁激光合金化工藝。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案一種缸套內(nèi)壁激光合金化工藝，其 步驟包括將粒徑為200-900nm的固體合金化粉末與水或酒精或丙酮混合后得到的激光 合金化涂料噴涂在缸套內(nèi)壁，形成噴涂層，再在高能密度激光的作用下，使涂料與基材熔 合，形成合金化帶；所述固體合金化粉末成分的質量分數(shù)為Si =21-30%, Ti =18-23%, V 0. 3-0. 8%, Cr :16-24%, Fe :12-18%, Co 5-7%, W :6-10%, Mo 3. 8-5. 0%o
所述噴涂層的厚度為30-150 μ m。
所述高能密度激光是指從(X)2激光功率為1600-2200W的激光，
激光光斑尺寸為Φ3. 5_5mm。
所述合金化帶呈沿活塞行程方向前密后疏的螺旋條紋狀。
本發(fā)明利用粒徑為超微的激光合金化涂料在激光作用下與基材熔合，在缸套表層 形成合金化層，向內(nèi)逐漸過渡到淬火層，然后是基材。合金化層組織細密，且合金粉末中的 各種耐高溫、耐腐蝕的合金元素均勻分散并熔滲入合金化層，大大提高了合金化層的耐高 溫、耐腐蝕性能，因此合金化層具有優(yōu)異的耐磨、耐高溫和耐腐蝕性能。次表層的淬火層對合金化層有很好的支撐和緩沖作用，防止在突然受力的情況下因合金化層硬度高而出現(xiàn)開 裂現(xiàn)象。同時，沿活塞行程方向上密下疏的螺旋條紋狀合金化層，可以根據(jù)缸套的工作狀 況，在活塞與缸套內(nèi)壁作用頻繁及作用力較大的區(qū)域增加了合金化帶與缸套內(nèi)壁的面積 比，從而增加了耐磨性，有效提高了缸套內(nèi)壁的壽命；同時在不需要高面積比的區(qū)域又可有 效提高加工效率，減少稀有貴重合金元素的消耗。這樣，普通鑄鋼缸套內(nèi)壁經(jīng)過激光合金化 處理后可達到整體合金鑄鐵缸套的性能，節(jié)約了大量昂貴的金屬材料，具有很強的實用性。 另外，添加的超微固體合金化粉末也可以補償鑄鋼缸套表面的氣泡。


圖1為本發(fā)明的螺旋條紋狀合金化帶展開示意圖2為本發(fā)明的合金化帶的橫截面示意圖3為實施例1中合金化帶的硬度與合金化帶內(nèi)部至表面的關系；
1.缸套內(nèi)壁、2.基材、3.合金化層、4.淬火層。
具體實施方式
以下結合具體實施例進一步說明本發(fā)明，但它們并不構成對本發(fā)明的限定，僅作 舉例
實施例一
將粒徑為200nm的固體合金化粉末與水按質量比2 1混合后得到的激光合金化 涂料噴涂在缸套內(nèi)壁，形成150 μ m厚的噴涂層，再在從(X)2激光器發(fā)射的功率為2000W的 激光作用下，使涂料與基材熔合，激光光斑尺寸為Φ 3. 5mm，形成寬度為3. 5mm的合金化帶， 所述合金化帶沿活塞行程方向呈前密后疏的螺旋條紋狀。所述固體合金化粉末成分的質量 分數(shù)為 Si 25%, Ti :21%，V :0· 5%，Cr :20%，F(xiàn)e :15%，Co :6%，W :8%，Mo :4· 5%。
如圖1所示，本發(fā)明的合金化帶呈上密下疏的螺旋條紋狀?？筛鶕?jù)缸套工作狀況 靈活調整合金化帶與缸套內(nèi)壁的面積比。在活塞與缸套內(nèi)壁作用頻繁及作用力較大的區(qū)域 適當增加合金化帶與缸套內(nèi)壁的面積比，增強缸套耐磨性，有效提高缸套內(nèi)壁的壽命，同時 在不需要高面積比的區(qū)域減小合金化帶與缸套內(nèi)壁的面積比，有效提高了加工效率，減少 了稀有貴重合金元素的消耗，因此具有很高的經(jīng)濟性和實用性。
如圖2所示，缸套內(nèi)壁合金化后，表層為合金化層，縱深方向逐漸過渡到淬火層， 然后是基材。合金化層組織細密，具有優(yōu)異的耐磨、耐高溫和耐腐蝕性能，次表層的淬火層 對合金化層有很好的支撐和緩沖作用，防止在突然受力的情況下因合金化層硬度高而出現(xiàn) 開裂現(xiàn)象。
如圖3所示，合金化帶的硬度達到了 HV1050，而灰鑄鐵缸套內(nèi)壁經(jīng)激光淬火后的 硬度一般為HV700左右。故缸套內(nèi)壁經(jīng)激光合金化后的硬度遠遠超過激光淬火所能達到的 硬度極限，大幅度提高了缸套內(nèi)壁的耐磨性能。同時，本發(fā)明的硬化層較深，超過1.0mm，且 分布呈現(xiàn)一定的梯度，耐沖擊性能更好，更加適合缸套內(nèi)惡劣的工作環(huán)境。
實施例2
將粒徑為500nm的固體合金化粉末與酒精按質量比2 1混合后得到的激光合金 化涂料噴涂在缸套內(nèi)壁，形成80 μ m厚的噴涂層，再在從(X)2激光器發(fā)射的功率為1800W的4激光作用下，使涂料與基材熔合，激光光斑尺寸為Φ4πιπι，形成寬度為4mm的合金化帶，所述 合金化帶呈沿活塞行程方向前密后疏的螺旋條紋狀。所述固體合金化粉末成分的質量分數(shù) 為 Si :21%，Ti :23%，V :0· 3%，Cr :18%，F(xiàn)e :12%，Co :5%，W :8· 9%，Mo :3· 8%。
在此工藝條件下，得到的合金化帶顯微硬度可達HV972，硬化層深度可達0. 8mm, 缸套內(nèi)壁的耐磨性能提高了 1. 2倍。
實施例3
將粒徑為900nm的固體合金化粉末與丙酮按質量比2 1混合后得到的激光合金 化涂料噴涂在缸套內(nèi)壁，形成100 μ m厚的噴涂層，再在從CO2激光器發(fā)射的功率為2000W的 激光作用下，使涂料與基材熔合，激光光斑尺寸為Φ4. 2mm，形成寬度為4. 2mm的合金化帶， 所述合金化帶呈沿活塞行程方向前密后疏的螺旋條紋狀。所述固體合金化粉末成分的質量 分數(shù)為 Si 30%, Ti 20%, V 0. 8%, Cr 16%, Fe 18%, Co 5%, W 6%, Mo 4. 2% ο
在此工藝條件下，得到的合金化帶顯微硬度可達HV880，硬化層深度可達1.0mm， 缸套內(nèi)壁的耐磨性能提高了 1. 32倍。
實施例4
將粒徑為300nm的固體合金化粉末與水按質量比2 1混合后得到的激光合金化 涂料噴涂在缸套內(nèi)壁，形成120 μ m厚的噴涂層，再在從CO2激光器發(fā)射的功率為2200W的激 光作用下，使涂料與基材熔合，激光光斑尺寸為Φ4. 5mm，形成寬度為4. 5mm的合金化帶，所 述合金化帶呈沿活塞行程方向前密后疏的螺旋條紋狀。所述固體合金化粉末成分的質量分 數(shù)為 Si 28%, Ti 20. 6%, V 0. 4%, Cr 17%, Fe 16. 8%, Co 6%, W 6. 2%, Mo 5. 0%
在此工藝條件下，得到的合金化帶顯微硬度可達HV940，硬化層深度可達1. Imm, 缸套內(nèi)壁的耐磨性能提高了 1.4倍。
實施例5
將粒徑為300nm的固體合金化粉末與水按質量比2 1混合后得到的激光合金化 涂料噴涂在缸套內(nèi)壁，形成30 μ m厚的噴涂層，再在從(X)2激光器發(fā)射的功率為1600W的激 光作用下，使涂料與基材熔合，激光光斑尺寸為5mm，形成寬度為5mm的合金化帶，所述合金 化帶呈沿活塞行程方向前密后疏的螺旋條紋狀。所述固體合金化粉末成分的質量分數(shù)為 Si :21%，Ti :18%，V :0. 5%，Cr :24%，F(xiàn)e :15. 5%，Co :7%，W :10%，Mo :4. 0%。
在此工藝條件下，得到的合金化帶顯微硬度可達HV860，硬化層深度可達0. 92mm, 缸套內(nèi)壁的耐磨性能提高了 1. 3倍。
權利要求
1.一種缸套內(nèi)壁激光合金化工藝，其步驟包括將粒徑為200-900nm的固體合金化粉 末與水或酒精或丙酮混合后得到的激光合金化涂料噴涂在缸套內(nèi)壁，形成噴涂層，再在高 能密度激光的作用下，使涂料與基材熔合，形成合金化帶；所述固體合金化粉末成分的質量 分數(shù)為 Si :21-30%, Ti :18-23%, V :0. 3-0. 8%, Cr :16-24%, Fe :12-18%, Co 5-7%, W 6-10%, Mo 3. 8-5. 0%。
2.根據(jù)權利要求1所述的缸套內(nèi)壁激光合金化工藝，其特征在于所述噴涂層的厚度 為 30-150 μ m。
3.根據(jù)權利要求1所述的缸套內(nèi)壁激光合金化工藝，其特征在于所述高能密度激光 是指從CD2激光功率為1600-2200W的激光，激光光斑尺寸為Φ 3. 5_5mm。
4.根據(jù)權利要求1所述的缸套內(nèi)壁激光合金化工藝，其特征在于所述合金化帶呈沿 活塞行程方向前密后疏的螺旋條紋狀。
全文摘要
一種缸套內(nèi)壁激光合金化工藝，其步驟包括將粒徑為200-900nm的固體合金化粉末與水或酒精或丙酮混合后得到的激光合金化涂料噴涂在缸套內(nèi)壁，形成噴涂層，再在高能密度激光的作用下，使涂料與基材熔合，形成合金化帶；所述固體合金化粉末成分的質量分數(shù)為Si21-30％，Ti18-23％，V0.3-0.8％，Cr16-24％，F(xiàn)e12-18％，Co5-7％，W6-10％，Mo3.8-5.0％。普通缸套內(nèi)壁經(jīng)過本發(fā)明的激光合金化處理后可達到整體合金鑄鐵缸套的性能，節(jié)約了大量昂貴的金屬材料，具有很強的實用性。
文檔編號C22C30/00GK102031515SQ20101058327
公開日2011年4月27日 申請日期2010年12月9日 優(yōu)先權日2010年12月9日
發(fā)明者張政, 王愛華, 韓甜 申請人:華中科技大學