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CN108999714B - 一种高性能气缸套组件及制造方法 - Google Patents

一种高性能气缸套组件及制造方法 Download PDF

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CN108999714B CN201810908366.7A CN201810908366A CN108999714B CN 108999714 B CN108999714 B CN 108999714B CN 201810908366 A CN201810908366 A CN 201810908366A CN 108999714 B CN108999714 B CN 108999714B
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Abstract

本发明公开了一种高性能气缸套组件，包括圆筒状的缸套和与缸套内壁滑动配合的活塞环，其特征在于：所述缸套和活塞环的的材质相同，均为灰铸铁、蠕墨铸铁和合金铸铁中的一种；缸套内壁镀有耐磨层，所述耐磨层为硬铬、铬镍、铬铁和铬钴合金中的一种，表面硬度为HV650~HV1100，在耐磨层上阳极刻蚀有微网纹；在缸套内周面设有刮擦槽，所述刮擦槽位于活塞上止点上方，用于刮掉活塞上堆积的颗粒物。还公开了一种高性能气缸套组件的制造方法。其能够提高缸套与活塞环的匹配性能，降低机油消耗，延长使用寿命。

Description

一种高性能气缸套组件及制造方法
技术领域
本发明涉及气缸套组件制造，具体涉及一种高性能气缸套组件及制造方法。
背景技术
内燃机是汽车、船舶、工程机械与发电机组中的重要动力系统，而气缸套和活塞环作为工作中的一对摩擦副，经历恶劣的高温、压力循环冲击和强烈磨损，是内燃机中的关键部件，其力学性能和摩擦学匹配直接影响内燃机动力工作性能的发挥，其机油耗和使用寿命对内燃机的运行成本起着至关重要的作用。
对内燃机气缸内表面或活塞环进行适当的处理，提高其表面耐磨性是提高内燃机工作性能和使用寿命的主要手段。目前，在内燃机气缸和活塞的制造过程中，表面处理方法主要有两类：其一是通过表面改性、涂层或镀层提高气缸内表面的硬度和耐磨性，采用的方法主要包括表面淬火、电镀硬铬、化学镀金属、激光表面淬火、等离子表面淬火等；其二是通过表面的储油结构降低摩擦副间的摩擦系数，改善润滑条件，减小磨损，采用的方法包括激光刻蚀、平顶珩磨、松孔镀铬、制造凹凸表面等。
然而，目前对于缸套和活塞环都是独立生产，没有系统地进行性能上的匹配，只能依靠用户使用过程中的不断磨合、筛选以及报废经验来选择合适的搭配方案，两者的制造与性能提升也独立进行。对于缸套的制造，较为传统的制造方法是改进缸体的材料和铸造工艺、内表面进行激光刻蚀或平顶珩磨，在其表面产生一定的耐磨性和储油结构，所达到的耐磨性能和润滑条件已经达到或接近传统制造方法的极限。珩磨缸套是多数气缸套的生产制造方法，实际生产中珩磨用磨料种类和特性以及制造中的随机性，所形成的储油结构依靠非常不均匀的磨痕，达不到日益复杂服役环境的要求。同时其表面未经任何强化，使用寿命大打折扣，维修周期缩短，成本极大地提高。激光刻蚀工艺通过控制激光工艺参数、激光束或工件的运动来获得一定形状的储油结构，同时气缸内表面的磨损情况也得到有效改善。目前，激光刻蚀与珩磨结合成为内燃机气缸摩擦副零件的主要制造方法，但是激光刻蚀形成的储油结构在不同服役条件与不同类型内燃机的气缸套上并不能完全满足要求，维修成本和机油损耗仍然非常高，加大了能源需求和运行成本。松孔镀铬已经在专利和文献中有所提及，在强化缸套和活塞环内表面的同时形成密集的储油沟槽，既提高了耐磨性又减小了与活塞之间的摩擦系数。但所报道的摩擦系数减小和节约机油的效果并不明显，在国内未能形成稳定的工艺而应用相对较少。
值得注意的是，作为一对摩擦副，两者的材料、结构和性能匹配决定着最终的使用寿命，选择合适的缸套和活塞环，不仅可以发挥两者各自的性能优势，还能延长维修周期、节约燃油和机油，降低运行成本。因此在考虑气缸套对磨损性能和节油更高要求的同时，同时设计制造与之匹配的活塞环意义重大，也是用户非常重视的整体解决方案。单纯采用单一技术手段或强化一方性能不能满足使用的要求，应该从材料、结构和制造三方面系统性的进行设计，提出一种节约机油、提高耐磨耐蚀性能、保证润滑条件的系统制造方法，对于内燃机的高效运行是极为重要的。
发明内容
本发明的目的是提供一种高性能气缸套组件及制造方法，其能够提高缸套与活塞环的匹配性能，降低机油消耗，延长使用寿命。
本发明所述的高性能气缸套组件，包括圆筒状的缸套和与缸套内壁滑动配合的活塞环，所述缸套和活塞环的的材质相同，均为灰铸铁、蠕墨铸铁和合金铸铁中的一种；缸套内壁镀有耐磨层，所述耐磨层为硬铬、铬镍、铬铁和铬钴合金中的一种，表面硬度为HV650~HV1100，在耐磨层上阳极刻蚀有微网纹；在缸套内周面设有刮擦槽，所述刮擦槽位于活塞上止点上方，用于刮掉活塞上堆积的颗粒物。
进一步，所述微网纹的形状为交叉网纹和/或独立沟槽，长度为0.3~10μm，深度为20~150μm，网纹密度为单位面积15%~50%。
优选地，所述微网纹形状为交叉网纹和/或独立沟槽，长度为8μm，深度为78μm，网纹密度为单位面积50%。
进一步，所述刮擦槽与活塞上止点的垂直距离为1~10mm，刮擦槽的深度为0.5~1.5mm。
进一步，所述活塞环外周面中部周向设有储油槽，所述储油槽的深度为0.1~1mm，宽度为活塞环厚度的1/2~1/4。
一种高性能气缸套组件的制造方法，其包括如下步骤：
缸套的制造，
a.粗加工，对铸态缸套进行粗加工，在缸套内壁上止点上方机械加工出刮擦槽，铸态缸套的材质为灰铸铁、蠕墨铸铁或合金铸铁；粗加工的缸套内径比成品内径大400~800μm，缸套外径比成品外径小20~200μm，内壁粗糙度为1~10μm，外壁粗糙度为3~20μm；
b.预处理，对缸套进行除油、除锈处理；
c.电镀，将缸套置于电镀液中进行电镀处理，在缸套内壁镀上耐磨层，所述耐磨层为硬铬、铬镍、铬铁和铬钴合金中的一种，表面硬度为HV650~HV1100；
d.清洗，对缸套依次进行清洗、干燥和除氢处理；
e.阳极刻蚀，对缸套进行阳极刻蚀处理，在缸套内壁形成微网纹；
f.清洗，对缸套进行清洗、干燥处理；
g.精加工，对缸套内壁进行精加工，打磨刮擦槽边沿至光滑锋利，内壁粗糙度为0.3~0.8μm，内径椭圆度为±3~5μm，内径垂直度为±3~10μm；
活塞环的制造，采用与缸套相同的材质铸造制得活塞环，然后采用喷涂或磷化对活塞环表面进行强化处理，活塞环表面硬度为HV250~HV450。
进一步，所述步骤c中耐磨层电镀液的组成为：
当耐磨层为硬铬合金时，其电镀液的组成为：铬酐的含量为180~250g/L，硫酸的含量为1~2.5g/L，酸比CrO3 /SO4为100/1~200/1；
当耐磨层为铬镍、铬铁和铬钴合金中的一种时，其电镀液组成为：铬酐的含量为180~250g/L，硫酸的含量为1~2.5g/L，酸比CrO3 /SO4为100/1~200/1，硫酸镍 10~35 g/L、氯化铁/硫酸铁5~20 g/L和硫酸钴5~25 g/L中的一种。
优选地，所述步骤c中耐磨层的电镀液的组成为：铬酐的含量为200g/L，硫酸的含量为2.0g/L，酸比CrO3 /SO4为120/1。
进一步，所述步骤c中耐磨层的电镀工艺参数为：电镀温度为50~65℃，电流密度40~75A/dm2，电镀时间2~18h，镀层厚度为50~450μm。
优选地，所述步骤c中耐磨层的电镀工艺参数为：电镀温度为55℃，电流密度65A/dm2，电镀时间6h，镀层厚度为310μm。
进一步，所述步骤e中阳极刻蚀液的组成为：氢氧化钠20~100g/L，碳酸钠30~200g/L，磷酸钠2~20 g/L、磷酸氢二钠1~5 g/L和偏磷酸钠2~10 g/L中的一种或两种。
优选地，所述步骤五中阳极刻蚀液的组成为：氢氧化钠65g/L，碳酸钠100g/L，磷酸钠2g/L。
进一步，所述步骤e中阳极刻蚀的工艺参数为：采用脉冲直流电源，脉冲频率为1~10Hz，电流密度为10~20 A/dm2，刻蚀时间为3~10min。
优选地，所述步骤五中阳极刻蚀的工艺参数为：采用脉冲直流电源，脉冲频率为10Hz，电流密度为15A/dm2，刻蚀时间为7min。
进一步，在所述活塞环外周面中部机械加工形成储油槽。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
1、本发明针对节油内燃机的性能需要和延寿，从材料和结构上将内壁耐磨层作为缸套的重要部分进行制造，获得较传统珩磨或激光刻蚀工艺更抗腐蚀、更长寿命的复合缸套，同时优选了性能匹配活塞环的制造，有利于缸套内壁性能的发挥，减少了维修周期和成本；
2、本发明利用匹配活塞环的表面强化力学性能，更好地发挥缸套内壁微网纹结构的储油作用，极大地改善了长期服役的润滑条件，使得缸套的机油消耗降低了60%~85%；
3、本发明在缸套内周面的上止点区域设置刮擦槽，减小了活塞环上黑炭等颗粒杂质的危害，使得缸套和活塞环的使用寿命提高了2~6倍。
附图说明
图1是本发明的缸套的结构示意图；
图2是本发明的活塞环的结构示意图；
图3是本发明的工艺流程图；
图4是本发明实施例一中缸套内壁的微网纹形貌示意图；
图5是本发明实施例二中缸套内壁的微网纹形貌示意图；
图6是本发明实施例三中缸套内壁的微网纹形貌示意图；
图7是本发明实施例四中缸套内壁的微网纹形貌示意图；
图8是本发明实施例五中缸套内壁的微网纹形貌示意图。
图中，1—缸套，2—耐磨层，3—刮擦槽，4—微网纹，5—活塞环，6—储油槽。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细说明。
参见图1和图2，所示的高性能气缸套组件，包括圆筒状的缸套1和与缸套1内壁滑动配合的活塞环5，所述缸套1和活塞环5的的材质相同，均为灰铸铁、蠕墨铸铁和合金铸铁中的一种。缸套1内壁镀有耐磨层2，所述耐磨层2为硬铬、铬镍、铬铁和铬钴合金中的一种，表面硬度为HV650~HV1100，在耐磨层2上阳极刻蚀有微网纹4。在缸套1内周面设有刮擦槽3，所述刮擦槽3位于活塞上止点上方，用于刮掉活塞上堆积的颗粒物。
所述微网纹4的形状为交叉网纹和/或独立沟槽，长度为0.3~10μm，深度为20~150μm，网纹密度为单位面积15%~50%。优选地，所述微网纹4形状为交叉网纹和/或独立沟槽，长度为8μm，深度为78μm，网纹密度为单位面积50%。
所述刮擦槽3与活塞上止点的垂直距离为10mm，刮擦槽3的深度为0.5mm。
所述活塞环5外周面中部周向设有储油槽6，所述储油槽6的深度为0.5mm，宽度为活塞环1厚度的1/2。
实施例一，参见图3，所示的高性能气缸套组件的制造方法，其包括如下步骤：
缸套的制造。
a.采用铸造法制得缸套，铸态缸套的材质为灰铸铁、蠕墨铸铁或合金铸铁，在缸套内壁上止点上方机械加工出刮擦槽，然后进行粗加工，粗加工的缸套内径比成品内径大400~800μm，缸套外径比成品外径小20~200μm，内壁粗糙度为1~10μm，外壁粗糙度为3~20μm。粗加工，缸套的成品尺寸为：内径400mm，外径600mm，长度900mm。
b.对缸套进行除油、除锈处理；采用氢氧化钠、碳酸钠、磷酸钠、表面活性剂和乳化剂混合水溶液在温度为80℃的条件下施加超声辅助清洗25min，然后进行除锈处理，采用10%硫酸水溶液酸洗5min，再用清水清洗3min保证无残留。
c.将缸套置于电镀液中进行电镀处理，在缸套内壁镀上耐磨层，所述耐磨层为硬铬、铬镍、铬铁和铬钴合金中的一种，所述耐腐蚀层为铬金属，电镀液的组成为：铬酐CrO3的含量为200g/L，硫酸H2SO4的含量为2.0g/L，酸比CrO3 /SO4为120/1；工艺参数为：电镀温度为55℃，电流密度65A/dm2，电镀时间6h，间隔0.5h打一次毛刺，表面硬度为HV750，镀层厚度为310μm。
d.对缸套依次进行清洗、干燥和除氢处理；首先进行超声清洗，温度为50℃，清洗时间为10min，再进行干燥，然后在温度为200℃的烘箱中除氢处理3h。
e.对缸套进行阳极刻蚀处理，在缸套内壁形成微网纹；阳极刻蚀液的组成为：氢氧化钠65g/L，碳酸钠100g/L，磷酸钠2g/l；阳极刻蚀的工艺参数为：采用脉冲直流电源，脉冲频率为10Hz，电流密度为15A/dm2，刻蚀时间为7min；参见图4，所示微网纹形状为交叉网纹，长度为8μm，深度为78μm，网纹密度为单位面积50%。
f.清洗，对缸套内壁进行超声清洗，温度为50℃，清洗时间为5min，然后干燥。
g.精加工，对缸套内壁进行精加工，打磨刮擦槽边沿至光滑锋利，内壁粗糙度为0.65μm，内径椭圆度为±3~5μm，内径垂直度为±3~10μm。
活塞环的制造，采用与缸套相同的材质铸造制得活塞环，然后采用喷涂或磷化对活塞环表面进行强化处理，活塞环表面硬度为HV250~HV450。
实施例二，一种高性能气缸套组件的制造方法，其包括如下步骤：
缸套的制造。
a.采用铸造法制得缸套，铸态缸套的材质为蠕墨铸铁，在缸套内壁上止点上方机械加工出刮擦槽，然后进行粗加工，粗加工的缸套内径比成品内径大400μm，缸套外径比成品外径小100μm，内壁粗糙度为5μm，外壁粗糙度为10μm。
b.对缸套进行除油、除锈处理；采用氢氧化钠、碳酸钠、磷酸钠、表面活性剂和乳化剂混合水溶液在温度为60℃的条件下施加超声辅助清洗25min，然后进行除锈处理，采用10%硫酸水溶液酸洗3min，再用清水清洗3min保证无残留。
c.将缸套置于电镀液中进行电镀处理，在缸套内壁镀上耐磨层，所述耐磨层为硬铬镀层；电镀液的组成为：铬酐CrO3的含量为200g/L，硫酸H2SO4的含量为1.8g/L，酸比CrO3/SO4为110/1；工艺参数为：电镀温度为60℃，电流密度50A/dm2，电镀时间4.5h，间隔0.5h打一次毛刺，表面硬度为HV860，镀层厚度为210μm。
d.对缸套依次进行清洗、干燥和除氢处理；首先进行超声清洗，温度为60℃，清洗时间为15min，再进行干燥，然后在温度为250℃的烘箱中除氢处理2.5h。
e.对缸套进行阳极刻蚀处理，在缸套内壁形成微网纹；阳极刻蚀液的组成为：氢氧化钠100g/L，碳酸钠145g/L，磷酸二氢钠2.5g/l；阳极刻蚀的工艺参数为：采用脉冲直流电源，脉冲频率为10Hz，电流密度为18A/dm2，刻蚀时间为10min；参见图5，所示的微网纹形状为交叉网纹，长度为15μm，深度为98μm，网纹密度为单位面积19%。
f.清洗，对缸套内壁进行超声清洗，温度为40℃，清洗时间为10min，然后干燥。
g.精加工，对缸套内壁进行精加工，打磨刮擦槽边沿至光滑锋利，内壁粗糙度为0.75μm，内径椭圆度为±3μm，内径垂直度为±5μm。
活塞环的制造，采用与缸套相同的材质铸造制得活塞环，然后采用喷涂或磷化对活塞环表面进行强化处理，活塞环表面硬度为HV350。
通过匹配活塞环的表面强化力学性能，更好地发挥缸套内壁微网纹结构的储油作用，极大地改善了长期服役的润滑条件，使得缸套的机油消耗降低了52%，使用寿命提高了2.8倍。
实施例三，参见图3，所示的高性能气缸套组件的制造方法，其包括如下步骤：
缸套的制造。
a.采用铸造法制得缸套，铸态缸套的材质为灰铸铁，在缸套内壁上止点上方机械加工出刮擦槽，然后进行粗加工，粗加工的缸套内径比成品内径大800μm，缸套外径比成品外径小100μm，内壁粗糙度为5μm，外壁粗糙度为10μm。粗加工，缸套的成品尺寸为：内径450mm，外径650mm，长度780mm。
b.对缸套进行除油、除锈处理；采用氢氧化钠、碳酸钠、磷酸钠、表面活性剂和乳化剂混合水溶液在温度为80℃的条件下施加超声辅助清洗40min，然后进行除锈处理，采用10%硫酸水溶液酸洗5min，再用清水清洗3min保证无残留。
c.将缸套置于电镀液中进行电镀处理，在缸套内壁镀上耐磨层，所述耐磨层为硬铬镀层，电镀液的组成为：铬酐CrO3的含量为250g/L，硫酸H2SO4的含量为1.8g/L，酸比CrO3/SO4为180/1；工艺参数为：电镀温度为60℃，电流密度75A/dm2，电镀时间9h，间隔0.5h打一次毛刺，表面硬度为HV985，镀层厚度为415μm。
d.对缸套依次进行清洗、干燥和除氢处理；首先进行水喷雾，温度为60℃，清洗时间为25min，再进行干燥，然后在温度为300℃的烘箱中除氢处理3h。
e.对缸套进行阳极刻蚀处理，在缸套内壁形成微网纹；阳极刻蚀液的组成为：氢氧化钠90g/L，碳酸钠185g/L，磷酸钠2g/l，偏磷酸钠2.5g/l；阳极刻蚀的工艺参数为：采用脉冲直流电源，脉冲频率为8Hz，电流密度为20A/dm2，刻蚀时间为10min；参见图6，所示的微网纹形状为交叉网纹和独立沟槽，长度为10μm，深度为68μm，网纹密度为单位面积38%。
f.清洗，对缸套内壁进行超声清洗，温度为50℃，清洗时间为10min，然后干燥。
g.精加工，对缸套内壁进行精加工，打磨刮擦槽边沿至光滑锋利，内壁粗糙度为0.58μm，内径椭圆度为±5μm，内径垂直度为±9μm。
活塞环的制造，采用与缸套相同的材质铸造制得活塞环，然后采用喷涂或磷化对活塞环表面进行强化处理，活塞环表面硬度为HV400。
通过匹配活塞环的表面强化力学性能，更好地发挥缸套内壁微网纹结构的储油作用，极大地改善了长期服役的润滑条件，使得缸套的机油消耗降低了70%，使用寿命提高了3倍。
实施例四，参见图3，所示的高性能气缸套组件的制造方法，其包括如下步骤：
缸套的制造。
a.采用铸造法制得缸套，铸态缸套的材质为灰铸铁，在缸套内壁上止点上方机械加工出刮擦槽，然后进行粗加工，粗加工的缸套内径比成品内径大600μm，缸套外径比成品外径小70μm，内壁粗糙度为5μm，外壁粗糙度为8μm。粗加工，缸套的成品尺寸为：内径400mm，外径600mm，长度900mm。
b.对缸套进行除油、除锈处理；采用氢氧化钠、碳酸钠、磷酸钠、表面活性剂和乳化剂混合水溶液在温度为80℃的条件下施加超声辅助清洗25min，然后进行除锈处理，采用10%硫酸水溶液酸洗5min，再用清水清洗3min保证无残留。
c.将缸套置于电镀液中进行电镀处理，在缸套内壁镀上耐磨层，所述耐磨层为硬铬镀层，电镀液的组成为：铬酐CrO3的含量为200g/L，硫酸H2SO4的含量为2.0g/L，酸比CrO3/SO4为120/1；工艺参数为：电镀温度为55℃，电流密度65A/dm2，电镀时间6h，间隔0.5h打一次毛刺，表面硬度为HV770，镀层厚度为315μm。
d.对缸套依次进行清洗、干燥和除氢处理；首先进行超声清洗，温度为50℃，清洗时间为10min，再进行干燥，然后在温度为200℃的烘箱中除氢处理3h。
e.对缸套进行阳极刻蚀处理，在缸套内壁形成微网纹；阳极刻蚀液的组成为：氢氧化钠65g/L，碳酸钠100g/L，偏磷酸钠2.2g/l；阳极刻蚀的工艺参数为：采用脉冲直流电源，脉冲频率为10Hz，电流密度为15A/dm2，刻蚀时间为7min；参见图7，所示的微网纹形状为交叉网纹，长度为8μm，深度为80μm，网纹密度为单位面积50%。
f.清洗，对缸套内壁进行超声清洗，温度为50℃，清洗时间为5min，然后干燥。
g.精加工，对缸套内壁进行精加工，打磨刮擦槽边沿至光滑锋利，内壁粗糙度为0.51μm，内径椭圆度为±3μm，内径垂直度为±7μm。
活塞环的制造，采用与缸套相同的材质铸造制得活塞环，然后采用喷涂或磷化对活塞环表面进行强化处理，活塞环表面硬度为HV240。
通过匹配活塞环的表面强化力学性能，更好地发挥缸套内壁微网纹结构的储油作用，极大地改善了长期服役的润滑条件，使得缸套的机油消耗降低了59%，使用寿命提高了3.5倍。
实施例五，参见图3，所示的高性能气缸套组件的制造方法，其包括如下步骤：
缸套的制造。
a.采用铸造法制得缸套，铸态缸套的材质为合金铸铁，在缸套内壁上止点上方机械加工出刮擦槽，然后进行粗加工，粗加工的缸套内径比成品内径大500μm，缸套外径比成品外径小80μm，内壁粗糙度为8μm，外壁粗糙度为12μm。粗加工，缸套的成品尺寸为：内径320mm，外径500mm，长度780mm。
b.对缸套进行除油、除锈处理；采用氢氧化钠、碳酸钠、磷酸钠、表面活性剂和乳化剂混合水溶液在温度为70℃的条件下施加超声辅助清洗30min，然后进行除锈处理，采用10%硫酸水溶液酸洗5min，再用清水清洗3min保证无残留。
c.将缸套置于电镀液中进行电镀处理，在缸套内壁镀上耐磨层，所述耐磨层为铬镍合金，电镀液的组成为：铬酐CrO3的含量为250g/L，硫酸H2SO4的含量为1.8g/L，酸比CrO3/SO4为170/1，硫酸镍 15g/l；工艺参数为：电镀温度为60℃，电流密度60A/dm2，电镀时间8h，间隔0.5h打一次毛刺，表面硬度为HV780，镀层厚度为253μm。
d.对缸套依次进行清洗、干燥和除氢处理；首先进行超声清洗，温度为40℃，清洗时间为15min，再进行干燥，然后在温度为250℃的烘箱中除氢处理1.5h。
e.对缸套进行阳极刻蚀处理，在缸套内壁形成微网纹；阳极刻蚀液的组成为：氢氧化钠80g/L，碳酸钠75g/L，磷酸钠2.5g/l；阳极刻蚀的工艺参数为：采用脉冲直流电源，脉冲频率为10Hz，电流密度为10A/dm2，刻蚀时间为6min；参见图8，所示的微网纹形状为交叉网纹，长度为5μm，深度为90μm，网纹密度为单位面积42%。
f.清洗，对缸套内壁进行超声清洗，温度为50℃，清洗时间为5min，然后干燥。
g.精加工，对缸套内壁进行精加工，打磨刮擦槽边沿至光滑锋利，内壁粗糙度为0.6μm，内径椭圆度为±4μm，内径垂直度为±6μm。
活塞环的制造，采用与缸套相同的材质铸造制得活塞环，然后采用喷涂或磷化对活塞环表面进行强化处理，活塞环表面硬度为HV310。
通过匹配活塞环的表面强化力学性能，更好地发挥缸套内壁微网纹结构的储油作用，极大地改善了长期服役的润滑条件，使得缸套的机油消耗降低了58%，使用寿命提高了3倍。

Claims (5)

1.一种高性能气缸套组件，包括圆筒状的缸套和与缸套内壁滑动配合的活塞环，其特征在于：所述缸套和活塞环的材质相同，均为灰铸铁、蠕墨铸铁和合金铸铁中的一种；缸套内壁镀有耐磨层，所述耐磨层为硬铬合金、铬镍合金、铬铁合金和铬钴合金中的一种，表面硬度为HV650~HV1100，在耐磨层上阳极刻蚀有微网纹；在缸套内周面设有刮擦槽，所述刮擦槽位于活塞上止点上方，用于刮掉活塞上堆积的颗粒物；
缸套的制造，
a.粗加工，对铸态缸套进行粗加工，在缸套内壁活塞上止点上方机械加工出刮擦槽，铸态缸套的材质为灰铸铁、蠕墨铸铁或合金铸铁；粗加工的缸套内径比成品内径大400~800μm，缸套外径比成品外径小20~200μm，内壁粗糙度为1~10μm，外壁粗糙度为3~20μm；
b.预处理，对缸套进行除油、除锈处理；
c.电镀，将缸套置于电镀液中进行电镀处理，在缸套内壁镀上耐磨层，所述耐磨层为硬铬合金、铬镍合金、铬铁合金和铬钴合金中的一种，表面硬度为HV650~HV1100；
d.清洗，对缸套依次进行清洗、干燥和除氢处理；
e.阳极刻蚀，对缸套进行阳极刻蚀处理，在缸套内壁形成微网纹；阳极刻蚀液的组成为：磷酸钠2~20 g/L、磷酸氢二钠1~5 g/L和偏磷酸钠2~10 g/L中的一种或两种，以及氢氧化钠65~100g/L和碳酸钠75~200g/L；阳极刻蚀的工艺参数为：采用脉冲直流电源，脉冲频率为1~10Hz，电流密度为10~20 A/dm2，刻蚀时间为3~10min；所述微网纹的形状为交叉网纹或独立沟槽，长度为0.3~10μm，深度为20~150μm，网纹密度为单位面积15%~50%；
f.清洗，对缸套进行清洗、干燥处理；
g.精加工，对缸套内壁进行精加工，打磨刮擦槽边沿至光滑锋利，内壁粗糙度为0.3~0.8μm，内径椭圆度为±3~5μm，内径垂直度为±3~10μm；
活塞环的制造，采用与缸套相同的材质铸造制得活塞环，然后采用喷涂或磷化对活塞环表面进行强化处理，活塞环表面硬度为HV250~HV450。
2.根据权利要求1所述的高性能气缸套组件，其特征在于：所述刮擦槽与活塞上止点的垂直距离为1~10mm，刮擦槽的深度为0.5~1.5mm。
3.根据权利要求1或2所述的高性能气缸套组件，其特征在于：在所述活塞环外周面中部机械加工形成储油槽，所述储油槽的深度为0.1~1mm，宽度为活塞环厚度的1/2~1/4。
4.根据权利要求1所述的高性能气缸套组件，其特征在于：所述步骤c中耐磨层电镀液的组成为：
当耐磨层为硬铬合金时，其电镀液的组成为：
铬酐的含量为180~250g/L，
硫酸的含量为1~2.5g/L，
酸比CrO3 /SO4为100/1~200/1；
当耐磨层为铬镍合金、铬铁合金和铬钴合金中的一种时，其电镀液组成为：
铬酐的含量为180~250g/L，
硫酸的含量为1~2.5g/L，
酸比CrO3 /SO4为100/1~200/1，
硫酸镍 10~35 g/L、氯化铁5~20 g/L、硫酸铁5~20 g/L和硫酸钴5~25 g/L中的一种。
5.根据权利要求1所述的高性能气缸套组件，其特征在于：所述步骤c中耐磨层的电镀工艺参数为：电镀温度为50~65℃，电流密度40~75A/dm2，电镀时间2~18h，镀层厚度为50~450μm。
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