CN112058611A - 一种采用激光织构化处理发动机轴套的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种采用激光织构化处理发动机轴套的方法，该方法包括以下步骤：⑴对车辆发动机轴套进行清洗；⑵进行表面织构化处理；⑶打磨、清洗后进行热处理；⑷配制混合涂料；⑸采用喷枪将混合涂料喷涂在轴套的表面，得到喷膜后的轴套；⑹喷膜后的轴套在清洁空气中室温放置数分钟后，经梯度温度固化、室温冷却即可。本发明对轴套采用激光表面织构化预处理工艺，在织构化表面采用减摩抗磨涂层，增强了轴套表面与涂层的结合力，能够有效地改善轴套与平衡轴之间的润滑性能，也提高了轴套在油介质中的耐腐蚀性能。

Description

一种采用激光织构化处理发动机轴套的方法
技术领域
本发明涉及车辆发动机技术领域，尤其涉及一种采用激光织构化处理发动机轴套的方法。
背景技术
车辆的噪声和振动最主要的来源就是发动机运转过程中各种惯性力不能被完全平衡所致，为了减少或消除这种噪声或振动，当前国内外各大汽车厂采用平衡轴技术来消除或消减发动机的振动。
发动机内的轴套是以铸铁为基体，轴套设置在平衡轴上对平衡轴起保护作用，但是平衡轴与轴套在配套使用过程中也在不断地进行着摩擦，在发动机长时间的运行后，轴套内壁将被磨损，使平衡轴与轴套之间空隙增大，导致平衡轴的跳动增大，从而影响平衡轴的正常运转，降低了发动机的工作可靠性，并增加了发动机平衡轴与轴套咬死的可能性。目前，采用在平衡轴和轴套之间添加润滑油的方式来保证二者之间充分的润滑，但是平衡轴与轴套间极小的间隙和相对的高速运转使得二者产生频繁的接触，尤其在启动及贫油条件下极易产生磨损，从而导致轴套在使用过程中由于自身润滑功能不完善等问题，进而造成平衡轴和轴套严重磨损，甚至报废的问题，另一方面也会增加平衡轴及轴套维护的频率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种提高轴套与平衡轴之间润滑性能的采用激光织构化处理发动机轴套的方法。
为解决上述问题，本发明所述的一种采用激光织构化处理发动机轴套的方法，包括以下步骤：
⑴对车辆发动机轴套进行清洗；
⑵对所述步骤⑴所得轴套采用LMS-10多维激光精细微加工***进行表面织构化处理；
⑶所述步骤⑵所得轴套经打磨、清洗后进行热处理；
⑷配制混合涂料：
按重量份计，先在140~160份分散介质中依次加入100份环氧树脂、25~35份二硫化钼，经锥形磨研磨分散后倒入球磨罐中，再依次加入1.3~1.5份防腐添加剂、2.0~2.3份耐磨添加剂、0.1份聚异丁烯多丁二酰亚胺、50份分散介质，经球磨24h后，即得分散均匀的混合涂料；
⑸在压缩空气或压缩氮气下，采用喷枪将所述混合涂料喷涂在所述步骤⑶所得轴套的表面，得到喷膜后的轴套；
⑹所述喷膜后的轴套在清洁空气中室温放置数分钟后，经梯度温度固化、室温冷却即可。
所述步骤⑵中激光加工参数设定为脉冲频率10~100KHz，激光功率6~7 W，加工次数1~5次，扫描速度1~10mm/s。
所述步骤⑶中热处理的条件是指温度为50~200℃，时间10~60min。
所述环氧树脂是指酚醛环氧树脂。
所述二硫化钼的纯度大于98%，粒度在5微米以下。
所述防腐添加剂是指氟化镧、氟化铈、混合稀土中的一种或几种组成。
所述耐磨添加剂是指氧化铅、氮化硼、氧化锆按0.8~1.0：0.7~0.8：0.5的重量份混合均匀的混合物。
所述分散介质是指按体积百分含量计，将丙酮40~70%、二甲苯20~40%、乙二醇***10~40%混合均匀所得的混合有机溶剂。
所述步骤⑹中梯度温度固化的条件是指100℃±10℃恒温60分钟；150℃±10℃恒温60分钟；180℃±10℃恒温120分钟。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明对轴套采用激光表面织构化预处理工艺，可增加涂层与基体间的结合面积与分散界面的拉伸应力，从而增强涂层基的界面结合强度，同时减小了涂层的剥落，可有效改善涂层的耐腐蚀性能。轴套表面激光织构化处理部位如图1所示，其表面织构形貌为圆型微坑或线型微坑，直径20~200微米或者线宽20~100微米，深度1~50微米，织构面积密度10~50%。
2、本发明在织构化表面采用减摩抗磨涂层，增强了轴套表面与涂层的结合力，能够有效地改善轴套与平衡轴之间的润滑性能，也提高了轴套在油介质中的耐腐蚀性能。同时可在启动等无油情况下提供极佳的润滑能力，实现最佳的减振降噪的效果。
3、本发明混合涂料中二硫化钼的纯度大于98%，粒度在5微米以下，因此，可以使其与树脂基体具有较好的匹配性，从而提高了涂层的抗摩减磨性能。
4、本发明混合涂料中设有防腐添加剂，因此，可有效提高涂层的抗腐蚀性能。
5、本发明混合涂料中设有耐磨添加剂，因此，可有效提高涂层的抗摩减磨性能。
6、本发明混合涂料中分散介质为混合有机溶剂，可以使环氧树脂充分溶解到溶剂中。
7、本发明混合涂料中聚异丁烯多丁二酰亚胺作为表面活性剂，提高了涂层的平整性。
8、本发明工艺简单，所制得的涂层经检测证实，喷膜后的轴套表面涂层结合力高、涂层表面平整，提高了轴套与平衡轴之间的润滑性能（参见表1）。
表1本发明制得的涂层主要性能指标
Figure DEST_PATH_IMAGE001
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例1中轴套激光表面织构化、喷膜部位示意图（其中1为轴套内端面，2为轴套内孔面）。
图2为本发明实施例1中轴套激光织构化表面SEM图。
图3为本发明实施例1中轴套激光织构化表面喷膜截面SEM图。
具体实施方式
实施例1一种采用激光织构化处理发动机轴套的方法，包括以下步骤：
⑴在丙酮中对车辆发动机轴套进行超声波清洗，超声时间10min。
⑵对步骤⑴所得轴套采用LMS-10多维激光精细微加工***进行表面织构化处理。其中：激光器波长532nm，激光功率6.5 W，脉冲频率40KHz，加工次数3次，扫描速度5mm/s。
图2为该轴套激光织构化表面SEM图。由图2可知，加工后轴套部件内表面织构形貌呈圆形微坑，直径约100微米，深度15微米，织构面积密度20%。
⑶步骤⑵所得轴套先用1500#的碳化硅砂纸进行轻微打磨，再在丙酮中进行超声波清洗10min，然后于150℃热处理30min。
⑷配制混合涂料：
按重量份计，先在150g分散介质中依次加入100g环氧树脂、30g二硫化钼，经锥形磨研磨分散后倒入球磨罐中，再依次加入1.5g氟化铈、2.2g防腐添加剂、0.1g聚异丁烯多丁二酰亚胺、50g分散介质，经球磨24h后，即得分散均匀的混合涂料。
其中：耐磨添加剂是指0.9g氧化铅、0.8g氮化硼、0.5g氧化锆混合均匀的混合物。
分散介质是指按体积百分含量计，将丙酮70%、二甲苯20%、乙二醇***10%混合均匀所得的混合有机溶剂。
⑸在压缩空气(无油、无水)或压缩氮气下，采用喷枪在气体压力为0.2MPa下将混合涂料喷涂在步骤⑶所得轴套的表面，喷涂好的轴套在室温下放置30min，得到喷膜后的轴套。
⑹喷膜后的轴套在清洁空气中室温放置数分钟后，经梯度温度固化、室温冷却即可。
涂层厚度在20~50微米均可得到满意效果。轴套喷膜部位见图1。
图3为该轴套激光织构化表面喷膜截面SEM图。由图3可知，涂层与轴套基体及激光织构化的微坑能很好的结合，提高了涂层与轴套表面的结合力。
实施例2一种采用激光织构化处理发动机轴套的方法，包括以下步骤：
⑴在丙酮中对车辆发动机轴套进行超声波清洗，超声时间10min。
⑵对步骤⑴所得轴套采用LMS-10多维激光精细微加工***进行表面织构化处理。其中：激光器波长532nm，激光功率6.5 W，脉冲频率40KHz，加工次数3次，扫描速度5mm/s。加工后轴套表面织构形貌：圆形微坑，直径80微米，深度20微米，织构面积密度15%。
⑶步骤⑵所得轴套先用1500#的碳化硅砂纸进行轻微打磨，再在丙酮中进行超声波清洗10min，然后于150℃热处理30min。
⑷配制混合涂料：
按重量份计，先在160g分散介质中依次加入100g环氧树脂、35g二硫化钼，经锥形磨研磨分散后倒入球磨罐中，再依次加入1.4g氟化铈、2.0g防腐添加剂、0.1g聚异丁烯多丁二酰亚胺、50g分散介质，经球磨24h后，即得分散均匀的混合涂料。
其中：耐磨添加剂是指0.8g氧化铅、0.7g氮化硼、0.5g氧化锆混合均匀的混合物。
分散介质是指按体积百分含量计，将丙酮60%、二甲苯30%、乙二醇***10%混合均匀所得的混合有机溶剂。
⑸在压缩空气(无油、无水)或压缩氮气下，采用喷枪在气体压力为0.2MPa下将混合涂料喷涂在步骤⑶所得轴套的表面，喷涂好的轴套在室温下放置30min，得到喷膜后的轴套。
⑹喷膜后的轴套在清洁空气中室温放置数分钟后，经梯度温度固化、室温冷却即可。
实施例3一种采用激光织构化处理发动机轴套的方法，包括以下步骤：
⑴在丙酮中对车辆发动机轴套进行超声波清洗，超声时间10min。
⑵对步骤⑴所得轴套采用LMS-10多维激光精细微加工***进行表面织构化处理。其中：激光器波长532nm，激光功率6 W，脉冲频率30KHz，加工次数2次，扫描速度4mm/s。加工后轴套表面织构形貌：线形微坑，宽80微米，深度30微米，织构面积密度20%。
⑶步骤⑵所得轴套先用1500#的碳化硅砂纸进行轻微打磨，再在丙酮中进行超声波清洗10min，然后于150℃热处理30min。
⑷配制混合涂料：
按重量份计，先在140g分散介质中依次加入100g环氧树脂、25g二硫化钼，经锥形磨研磨分散后倒入球磨罐中，再依次加入1.3g氟化铈、2.3g防腐添加剂、0.1g聚异丁烯多丁二酰亚胺、50g分散介质，经球磨24h后，即得分散均匀的混合涂料。
其中：耐磨添加剂是指1.0g氧化铅、0.8g氮化硼、0.5g氧化锆混合均匀的混合物。
分散介质是指按体积百分含量计，将丙酮50%、二甲苯30%、乙二醇***20%混合均匀所得的混合有机溶剂。
⑸在压缩空气(无油、无水)或压缩氮气下，采用喷枪在气体压力为0.2MPa下将混合涂料喷涂在步骤⑶所得轴套的表面，喷涂好的轴套在室温下放置30min，得到喷膜后的轴套。
⑹喷膜后的轴套在清洁空气中室温放置数分钟后，经梯度温度固化、室温冷却即可。
实施例4一种采用激光织构化处理发动机轴套的方法，包括以下步骤：
⑴在丙酮中对车辆发动机轴套进行超声波清洗，超声时间10min。
⑵对步骤⑴所得轴套采用LMS-10多维激光精细微加工***进行表面织构化处理。其中：激光器波长532nm，激光功率7 W，脉冲频率10KHz，加工次数1次，扫描速度1mm/s。加工后轴套表面织构形貌：线形微坑，宽90微米，深度25微米，织构面积密度25%。
⑶步骤⑵所得轴套先用1500#的碳化硅砂纸进行轻微打磨，再在丙酮中进行超声波清洗10min，然后于50℃热处理60min。
⑷配制混合涂料：
按重量份计，先在150g分散介质中依次加入100g环氧树脂、30g二硫化钼，经锥形磨研磨分散后倒入球磨罐中，再依次加入1.5g氟化铈、2.1g防腐添加剂、0.1g聚异丁烯多丁二酰亚胺、50g分散介质，经球磨24h后，即得分散均匀的混合涂料。
其中：耐磨添加剂是指0.85g氧化铅、0.75g氮化硼、0.5g氧化锆混合均匀的混合物。
分散介质是指按体积百分含量计，将丙酮40%、二甲苯40%、乙二醇***20%混合均匀所得的混合有机溶剂。
⑸在压缩空气(无油、无水)或压缩氮气下，采用喷枪在气体压力为0.2MPa下将混合涂料喷涂在步骤⑶所得轴套的表面，喷涂好的轴套在室温下放置30min，得到喷膜后的轴套。
⑹喷膜后的轴套在清洁空气中室温放置数分钟后，经梯度温度固化、室温冷却即可。
实施例5一种采用激光织构化处理发动机轴套的方法，包括以下步骤：
⑴在丙酮中对车辆发动机轴套进行超声波清洗，超声时间10min。
⑵对步骤⑴所得轴套采用LMS-10多维激光精细微加工***进行表面织构化处理。其中：激光器波长532nm，激光功率7 W，脉冲频率100KHz，加工次数5次，扫描速度10mm/s。加工后轴套表面织构形貌：线形微坑，宽100微米，深度35微米，织构面积密度30%。
⑶步骤⑵所得轴套先用1500#的碳化硅砂纸进行轻微打磨，再在丙酮中进行超声波清洗10min，然后于200℃热处理10min。
⑷配制混合涂料：
按重量份计，先在150g分散介质中依次加入100g环氧树脂、30g二硫化钼，经锥形磨研磨分散后倒入球磨罐中，再依次加入1.5g氟化铈、2.2g防腐添加剂、0.1g聚异丁烯多丁二酰亚胺、50g分散介质，经球磨24h后，即得分散均匀的混合涂料。
其中：耐磨添加剂是指0.9g氧化铅、0.8g氮化硼、0.5g氧化锆混合均匀的混合物。
分散介质是指按体积百分含量计，将丙酮40%、二甲苯20%、乙二醇***40%混合均匀所得的混合有机溶剂。
⑸在压缩空气(无油、无水)或压缩氮气下，采用喷枪在气体压力为0.2MPa下将混合涂料喷涂在步骤⑶所得轴套的表面，喷涂好的轴套在室温下放置30min，得到喷膜后的轴套。
⑹喷膜后的轴套在清洁空气中室温放置数分钟后，经梯度温度固化、室温冷却即可。
上述实施例1~5中，环氧树脂是指酚醛环氧树脂，该酚醛环氧树脂具有很好的耐热性、粘接性以及优良的耐腐蚀性能。
二硫化钼的纯度大于98%，粒度在5微米以下。
防腐添加剂是指氟化镧、氟化铈、混合稀土中的一种或几种组成。
梯度温度固化的条件是指100℃±10℃恒温60分钟；150℃±10℃恒温60分钟；180℃±10℃恒温120分钟。

Claims (9)

1.一种采用激光织构化处理发动机轴套的方法，包括以下步骤：
⑴对车辆发动机轴套进行清洗；
⑵对所述步骤⑴所得轴套采用LMS-10多维激光精细微加工***进行表面织构化处理；
⑶所述步骤⑵所得轴套经打磨、清洗后进行热处理；
⑷配制混合涂料：
按重量份计，先在140~160份分散介质中依次加入100份环氧树脂、25~35份二硫化钼，经锥形磨研磨分散后倒入球磨罐中，再依次加入1.3~1.5份防腐添加剂、2.0~2.3份耐磨添加剂、0.1份聚异丁烯多丁二酰亚胺、50份分散介质，经球磨24h后，即得分散均匀的混合涂料；
⑸在压缩空气或压缩氮气下，采用喷枪将所述混合涂料喷涂在所述步骤⑶所得轴套的表面，得到喷膜后的轴套；
⑹所述喷膜后的轴套在清洁空气中室温放置数分钟后，经梯度温度固化、室温冷却即可。
2.如权利要求1所述的一种采用激光织构化处理发动机轴套的方法，其特征在于：所述步骤⑵中激光加工参数设定为脉冲频率10~100KHz，激光功率6~7 W，加工次数1~5次，扫描速度1~10mm/s。
3.如权利要求1所述的一种采用激光织构化处理发动机轴套的方法，其特征在于：所述步骤⑶中热处理的条件是指温度为50~200℃，时间10~60min。
4.如权利要求1所述的一种采用激光织构化处理发动机轴套的方法，其特征在于：所述环氧树脂是指酚醛环氧树脂。
5.如权利要求1所述的一种采用激光织构化处理发动机轴套的方法，其特征在于：所述二硫化钼的纯度大于98%，粒度在5微米以下。
6.如权利要求1所述的一种采用激光织构化处理发动机轴套的方法，其特征在于：所述防腐添加剂是指氟化镧、氟化铈、混合稀土中的一种或几种组成。
7.如权利要求1所述的一种采用激光织构化处理发动机轴套的方法，其特征在于：所述耐磨添加剂是指氧化铅、氮化硼、氧化锆按0.8~1.0：0.7~0.8：0.5的重量份混合均匀的混合物。
8.如权利要求1所述的一种采用激光织构化处理发动机轴套的方法，其特征在于：所述分散介质是指按体积百分含量计，将丙酮40~70%、二甲苯20~40%、乙二醇***10~40%混合均匀所得的混合有机溶剂。
9.如权利要求1所述的一种采用激光织构化处理发动机轴套的方法，其特征在于：所述步骤⑹中梯度温度固化的条件是指100℃±10℃恒温60分钟；150℃±10℃恒温60分钟；180℃±10℃恒温120分钟。
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