CN105909418A - 一种复合表面处理活塞及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于活塞加工领域，涉及活塞表面加工，尤其涉及一种复合表面处理活塞及其制备方法，包括活塞裙部印刷减摩涂层和活塞表面整体镀锡两个环节，活塞表面运用裙部印刷减摩涂层加整体镀锡处理复合表面处理方法，裙部印刷石墨层或MoS2层有效防止了活塞的裙部摩擦，活塞表面整体镀锡处理，有效防止了活塞环槽与活塞环之间的摩擦，及活塞环岸与气缸之间的摩擦；增强活塞的耐腐蚀性、减磨润滑性，大大提高了气缸与活塞的抗咬合性，防止早期损伤，避免拉缸现象，使整机平稳运转，减少故障率，延长整机运行寿命。

Description

一种复合表面处理活塞及其制备方法
技术领域
本发明属于活塞加工领域，涉及活塞表面加工，尤其涉及一种复合表面处理活塞及其制备方法。
背景技术
目前国内汽车市场“井喷式”发展和国III排放标准的全面实施，尤其是国家对小排量1.6L以下轿车政策扶持力度的加大，国产轿车面临巨大的发展机遇。发动机作为动力源，对汽车的环保、节能起着决定作用，随着我国环保政策的出台和实施，汽车发动机对活塞各项指标提出了更高的要求，因此有必要在研究“低排量”、“节能”活塞领域进行开发，减少发动机的排气污染物的排放。
低排量、环保节能已成为社会发展的趋势，人类进行的社会活动必须要满足环保节能长久性的发展，这是历史发展的趋势。随着我国环保政策的出台和实施，汽车发动机需满足欧III、欧IV排放标准，这对活塞的各项性能指标提出了更苛刻的要求，因此，极有必要在研究环保节能活塞领域进行开发研究，减少发动机的污染物排放。
活塞在发动机中起到至关重要的作用，活塞分为制作毛坯、毛坯加工以及表面处理三个步骤。现有活塞表面处理方式为单一表面处理，无法满足活塞使用环境恶化条件，更不能满足安全、环保、节能需求。单独对裙部进行印刷二硫化钼仅能防止裙部与汽缸壁的摩擦，而对环槽无法起到有效保护；单独进行整体镀锡，可以对环槽进行防护，但发动机正常使用过程中对活塞裙部与汽缸壁无法进行防护。
发明内容
本发明针对上述的问题，提供了一种复合表面处理活塞及其制备方法。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为，
一种复合表面处理活塞，包括活塞主体，所述活塞主体包括活塞头部以及设置在活塞头部下部的活塞裙部，其特征在于，所述活塞裙部的外侧设置有减摩涂层，所述减摩涂层为石墨层或MoS2层，所述活塞主体的外侧设置有镀锡层。
作为优选，所述减摩涂层的厚度为8～20μm。
作为优选，所述镀锡层的厚度为1.5-3.5μm。
一种复合表面处理活塞制备方法，包括活塞裙部印刷减摩涂层和活塞表面整体镀锡；
第一步，活塞裙部印刷减摩涂层，具体包括以下步骤：
A.化学除油：利用PH值为8～12的碱性药液对活塞整体进行表面清洗，碱性药液的温度为45～80℃，清洗时间为1～8min；
B.水洗：a.热水洗：利用温度为40～75℃的热水对经化学处理后的活塞整体进行清洗，清洗时间为1～6min；b.冷水洗：经过热水洗的活塞整体再利用冷水进行清洗，冷水温度为-10～0℃，清洗时间为1～8min；
C.酸洗：利用PH值为1～5的酸性溶液对经过步骤B的活塞整体进行表面清洗，清洗时间为2～3min；
D.水洗：利用冷水对经过酸洗处理的活塞整体进行清洗，清洗时间为5～20min；
E.磷化：利用PH值为1～5的磷化液对经步骤D所得的活塞进行表面磷化处理，其溶液温度为40～80℃，磷化时间为10～200S；
F.水洗：a.冷水洗：对磷化所得的活塞整体进行清洗，清洗时间为1～8min；b.热蒸馏水洗：利用水温为50～90℃的蒸馏水对活塞整体进行清洗，清洗时间为1～6min；
G.烘干：经过步骤F水洗后的活塞进行烘干处理，烘干温度为80～150℃，烘干时间为8～20min；
H.恒温处理：将烘干所得的活塞放到恒温箱内进行恒温处理，恒温箱的温度为40～80℃；
I.印刷减摩涂层:利用丝网印刷机对活塞的裙部进行印刷减摩涂层，活塞温度为40～80℃，环境温度为15～30℃，刮板压力为0.5～1Mpa，相对湿度<40％，网板为120～140目；
J.放置：放置时间为3～8min；
K.固化：利用电阻固化炉对活塞进行固化处理，得到半成品活塞，固化温度为150～230℃，固化时间为50～90min；
第二步，活塞表面整体镀锡，具体包括以下步骤：
L.化学除油：利用PH值为8～12的碱性药液对活塞整体进行表面清洗，碱性药液的温度为45～80℃，清洗时间为1～8min；
M.水洗：a.热水洗：利用温度为40～75℃的热水对经化学处理后的活塞整体进行清洗，清洗时间为1～6min；b.冷水洗：经过热水洗的活塞整体再利用冷水进行清洗，冷水温度为-10～0℃，清洗时间为1～8min；
N.酸洗：利用PH值为1～5的酸性溶液对经过步骤B的活塞整体进行表面清洗，清洗时间为2～3min；
O.水洗：利用冷水对经过酸洗处理的活塞整体进行清洗，清洗时间为5～20min；
P.表面镀锡：利用PH值为10～15的K2SnO3溶液进行表面镀锡处理，其K2SnO3溶液的温度为70～200℃，镀锡时间1～5min；
Q.水洗：利用冷水对经步骤P表面镀锡的活塞进行冷水清洗，冷水温度为-10～0℃，清洗时间为2～20min；
R.烘干：经过步骤Q水洗后的活塞进行烘干处理，得到成品活塞，烘干温度为80～150℃，烘干时间为8～20min。
作为优选，，所述碱性药液为铝合金清洗剂，所述铝合金清洗剂为碱性金属液体清洗剂。
作为优选，所述酸洗溶液为HNO3或HF。
作为优选，所述磷化液为活塞专用磷化液，所述活塞专用磷化液为H3PO4。
作为优选，所述K2SnO3溶液含有K2SnO3和H2O，所述K2SnO3和H2O的比值为1:2～1:6。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于，
1、活塞表面运用裙部印刷减摩涂层加整体镀锡处理复合表面处理方法，裙部印刷石墨层或MoS2层有效防止了活塞的裙部摩擦，活塞表面整体镀锡处理，有效防止了活塞环槽与活塞环之间的摩擦，及活塞环岸与气缸之间的摩擦。
2、增强活塞的耐腐蚀性、减磨润滑性，大大提高了气缸与活塞的抗咬合性，防止早期损伤，避免拉缸现象，使整机平稳运转，减少故障率，延长整机运行寿命。
3、整体镀锡复合表面处理，有效降低发动机机械损耗，据统计，家用汽车行驶过程中的能量损耗有7.5％来自发动机的机械损耗，而内部摩擦引起的机械损失占到发动机机械损失的70％左右，复合表面处理活塞则有效降低摩擦提高发动机效率，减少功率损失的关键手段之一，已有研究表明，内燃机摩擦功每减少10％，大约能节约1.5％燃油。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。
实施例1，本发明提供了一种复合表面处理活塞，包括活塞主体，活塞主体包括活塞头部以及设置在活塞头部下部的活塞裙部，活塞裙部的外侧设置有减摩涂层，减摩涂层为石墨层或MoS2层，减摩涂层的厚度为8～20μm，活塞主体的外侧设置有镀锡层，镀锡层的厚度为1.5-3.5μm。
本发明还提供了一种复合表面处理活塞及其制备方法，下面结合制备方法具体说一下本发明的有益效果，包括活塞裙部印刷减摩涂层和活塞表面整体镀锡两个大的环节，下面针对上述两个大环节具体说一下制备步骤，
第一个环节是活塞裙部印刷减摩涂层环节：首先是利用化学方法进行除去活塞表面的油，主要是利用PH值为10的铝合金清洗剂对活塞进行化学去油的处理，清洗剂的温度为70℃，清洗时间为5min，值得注意的是，清洗剂在使用的过程中，应当注意每清洗4-4.5万只活塞的时候，则需更换一次清洗剂，平时则补加；再对经化学除油后的活塞进行水洗，水洗有包括了两部分，分别为热水洗和冷水洗，热水洗的水温为65℃，水洗的时间为3min，冷水洗的水温为-5℃，水洗的时间为5min，热水洗有利于洗去活塞表面残留的活性剂，冷水洗进一步洗净活塞表面，先热水后冷水洗使活塞表面更洁净；然后再酸洗，本发明中所用的是PH值为2的HNO3溶液对活塞进行酸洗，清洗的时间为3min，酸洗是除锈和氧化层；活塞酸洗完之后则进行冷水洗，清洗的时间为10min；采用上述一个步骤对活塞进行处理，其目的为了磷化效果更好，经过上述步骤之后则对活塞进行磷化处理，利用PH值为3的H3PO4溶液对胡骚死进行处理，此时H3PO4溶液的温度为70℃，磷化时间为100S，采用磷化的目的主要是为了提高后续膜层的附着力；磷化完成后，再将活塞进行冷水洗，清洗时间为5min，在利用热蒸馏水进行清洗，水温为70℃，时间为4min，目的是去除磷化残留物，经过上述步骤处理的活塞，要进行烘干处理，烘干时间为15min，烘干温度为120℃，烘干是为了使活塞干燥；烘干之后的活塞要放到恒温箱内，进行恒温处理，将恒温温度控制在一定区间内，本发明中选用的恒温温度为70℃；经过恒温处理后的活塞，表面性能是最适合喷涂或印刷涂料；然后利用丝网印刷机(该机器是购买的现有的产品)对活塞的裙部进行涂层处理，该涂层为减摩涂层，发明人一般会选用石墨层或者MoS2层，当然为了满足要求，涂层的厚度也是有要求的，一般将涂层的厚度选为10～15μm，在涂层印刷的过程中，要合理的控制各方面的因素才能提高整体的印刷效果，从恒温箱出来的活塞温度为70℃，在加工的过程中应当尽量的减少活塞温度的浮动，除此之外，在本加工过程中，对环境温度、刮板压力(该挂板主要是指的丝网印刷机上的刮板)、相对湿度以及网板的数目都是有很高要求的，一般环境温度为28℃，刮板压力为1Mpa，相对湿度则不大于40％，网板的个数则为140目；经过裙部涂层的活塞需放置5min，然后在利用电阻固化炉进行固化处理，固化温度为200℃，固化时间为75min；通过上述步骤的活塞则完成了本发明的第一个环节，在第一个环节和第二个环节之间，发明人为了提高活塞的合格率，根据涂层的厚度以及活塞的外观(活塞表面呈黑亮色，颜色均匀无黑板杂质)，进行检测，不合格的则在处理。
第二个环节是活塞表面整体镀锡环节，其中首先进行的化学除油、热水洗、冷水洗、酸洗以及冷水洗的方法、所采用的设备、温度以及时间都是和第一环节中前面的步骤和目的都是一样的，故不作详细的说明；经过上述处理的活塞则进行整体镀锡处理，选用一定比例的K2SnO3溶液对活塞整体表面进行镀锡处理，此时K2SnO3溶液的温度应不低于80℃，镀锡的时间为3min；镀锡完之后的活塞需冷水洗，水洗的时间为10min；最后做烘干处理，得到成品，烘干的温度为120℃，时间为15min；同样，也可以对成品进行检测，主要检测锡层厚度1.5-3.5μm和活塞的外观(活塞表面呈银白色，颜色均匀无黑斑杂质)，符合标准的，则是最终的成品。
本发明中所用的清洗设备为全自动超声波清洗机，该机器是发明人购买的。
发明人为了提高活塞整体的效果，具体有以下设计，
减摩涂层为石墨层或MoS2层，在上述的具体步骤中也有提到，涂层厚度为8～20μm；
碱性药液为铝合金清洗剂，铝合金清洗剂为128碱性金属液体清洗剂，选用128碱性金属液体清洗剂的目的是综合考虑得出的，主要是效果和成本两个方面；
酸洗溶液为HNO3或HF；
磷化液为活塞专用磷化液，活塞专用磷化液为H3PO4；
K2SnO3溶液为K2SnO3和H2O组成，其K2SnO3：H2O为1:2～1:6。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种复合表面处理活塞，包括活塞主体，所述活塞主体包括活塞头部以及设置在活塞头部下部的活塞裙部，其特征在于，所述活塞裙部的外侧设置有减摩涂层，所述减摩涂层为石墨层或MoS2层，所述活塞主体的外侧设置有镀锡层。
2.根据权利要求1所述的一种复合表面处理的活塞，其特征在于，所述减摩涂层的厚度为8～20μm。
3.根据权利要求1所述的一种复合表面处理的活塞，其特征在于，所述镀锡层的厚度为1.5-3.5μm。
4.一种制备权利要求1中复合表面处理活塞的方法，其特征在于，包括活塞裙部印刷减摩涂层和活塞表面整体镀锡；
第一步，活塞裙部印刷减摩涂层，具体包括以下步骤：
A.化学除油：利用PH值为8～12的碱性药液对活塞整体进行表面清洗，碱性药液的温度为45～80℃，清洗时间为1～8min；
B.水洗：a.热水洗：利用温度为40～75℃的热水对经化学处理后的活塞整体进行清洗，清洗时间为1～6min；b.冷水洗：经过热水洗的活塞整体再利用冷水进行清洗，冷水温度为-10～0℃，清洗时间为1～8min；
C.酸洗：利用PH值为1～5的酸性溶液对经过步骤B的活塞整体进行表面清洗，清洗时间为2～3min；
D.水洗：利用冷水对经过酸洗处理的活塞整体进行清洗，清洗时间为5～20min；
E.磷化：利用PH值为1～5的磷化液对经步骤D所得的活塞进行表面磷化处理，其溶液温度为40～80℃，磷化时间为10～200S；
F.水洗：a.冷水洗：对磷化所得的活塞整体进行清洗，清洗时间为1～8min；
b.热蒸馏水洗：利用水温为50～90℃的蒸馏水对活塞整体进行清洗，清洗时间为1～6min；
G.烘干：经过步骤F水洗后的活塞进行烘干处理，烘干温度为80～150℃，
烘干时间为8～20min；
H.恒温处理：将烘干所得的活塞放到恒温箱内进行恒温处理，恒温箱的温度为40～80℃；
I.印刷减摩涂层:利用丝网印刷机对活塞的裙部进行印刷减摩涂层，活塞温度为40～80℃，环境温度为15～30℃，刮板压力为0.5～1Mpa，相对湿度<40％，网板为120～140目；
J.放置：放置时间为3～8min；
K.固化：利用电阻固化炉对活塞进行固化处理，得到半成品活塞，固化温度为150～230℃，固化时间为50～90min；
第二步，活塞表面整体镀锡，具体包括以下步骤：
L.化学除油：利用PH值为8～12的碱性药液对活塞整体进行表面清洗，碱性药液的温度为45～80℃，清洗时间为1～8min；
M.水洗：a.热水洗：利用温度为40～75℃的热水对经化学处理后的活塞整体进行清洗，清洗时间为1～6min；b.冷水洗：经过热水洗的活塞整体再利用冷水进行清洗，冷水温度为-10～0℃，清洗时间为1～8min；
N.酸洗：利用PH值为1～5的酸性溶液对经过步骤B的活塞整体进行表面清洗，清洗时间为2～3min；
O.水洗：利用冷水对经过酸洗处理的活塞整体进行清洗，清洗时间为5～20min；
P.表面镀锡：利用PH值为10～15的K2SnO3溶液进行表面镀锡处理，其K2SnO3溶液的温度为70～200℃，镀锡时间1～5min；
Q.水洗：利用冷水对经步骤P表面镀锡的活塞进行冷水清洗，冷水温度为-10～0℃，清洗时间为2～20min；
R.烘干：经过步骤Q水洗后的活塞进行烘干处理，得到成品活塞，烘干温度为80～150℃，烘干时间为8～20min。
5.根据权利要求4所述的一种复合表面处理活塞及其制备方法，其特征在于所述碱性药液为铝合金清洗剂，所述铝合金清洗剂为碱性金属液体清洗剂。
6.根据权利要求4所述的一种复合表面处理活塞及其制备方法，其特征在于，所述酸洗溶液为HNO3或HF。
7.根据权利要求4所述的一种复合表面处理活塞及其制备方法，其特征在于，所述磷化液为活塞专用磷化液，所述活塞专用磷化液为H3PO4。
8.根据权利要求4所述的一种复合表面处理活塞及其制备方法，其特征在于，所述K2SnO3溶液含有K2SnO3和H2O，所述K2SnO3和H2O的比值为1:2～1:6。
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