等離子氣缸套鍍陶層檢測(cè)

郭鵬鵬 吳福亮 何一鳴

摘 要：氣缸套水道外圓等離子鍍陶是解決發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)缸套水套表面出現(xiàn)穴蝕失效問(wèn)題的有效措施。本文研究了一種快速檢測(cè)厚度的方法，對(duì)增加了鍍陶工藝的工藝路線生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品進(jìn)行厚度檢測(cè)，根據(jù)破壞性檢測(cè)制定的標(biāo)準(zhǔn)樣塊，制定快速測(cè)量對(duì)應(yīng)表，實(shí)現(xiàn)在線快速測(cè)量，降低檢測(cè)成本。

關(guān)鍵詞：氣缸套；穴蝕；等離子；檢測(cè)

中圖分類(lèi)號(hào)：U464.123 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2018）07-0037-03

Inspection of ceramic coating on plasma cylinder

GUO Pengpeng1 WU Fuliang1 HE Yiming2

（1.GKN Zhongyuan Cylinder Liner Company Limited， Jiaozuo Henan 454750；2.North China University of Water Resources and Electric Power， Zhengzhou Henan 450000）

Abstract： The plasma plating of the outer circle of the cylinder liner is an effective measure to solve the cavitation failure on the surface of the cylinder liner of the engine. This paper investigated a method of rapid detection of increased thickness of the ceramic plating process process product thickness detection， according to the destructive testing standard sample， making rapid measurement corresponding to the table， to achieve rapid measurement， reduce the cost of testing.

Keywords： cylinder liner；cavitation；plasma；detection

氣缸套表面鍍陶工藝的應(yīng)用提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的整體效果，鍍層的硬度和耐磨性等力學(xué)性能均得到極大改善。

鍍陶的基本原理為：利用帶正電（或帶負(fù)電）荷的陶瓷微粒在鍍物表面被吸附，同時(shí)由于電鍍過(guò)程中金屬原子在陰極析出，將微粒埋藏在被鍍物表面，從而形成復(fù)合電鍍層[1]。鍍陶工藝適用于鋁、銅、鑄鐵、青銅、銅及鎳合金等金屬材料，鍍層厚度為12～500μm，一般選擇在40～150μm，且在電鍍后可根據(jù)需要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行微量鏜磨和研磨[2-3]。

1 氣缸套鍍陶工藝的優(yōu)點(diǎn)

1.1 提高發(fā)動(dòng)機(jī)壽命

氣缸套復(fù)合鍍層中，質(zhì)密堅(jiān)硬的陶瓷的體積分?jǐn)?shù)為7.5%～12%，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5%～4%。這種硬質(zhì)陶瓷顆粒提高了鎳基硬度，使其從原來(lái)的Hv300提高到Hv500。陶瓷顆粒真正硬度在Hv240左右，含有這種高硬度的材質(zhì)，才使得鍍層特別耐磨[4]。

除了提高氣缸壁的硬度和耐磨性能外，鍍陶氣缸的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是具有良好的儲(chǔ)油性。由于鍍陶工藝使陶瓷微粒在氣缸內(nèi)表面析出，活塞環(huán)在往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)不會(huì)將附著在氣缸內(nèi)表面的機(jī)油完全刮除，因此，在氣缸內(nèi)表面能形成一層較厚油膜，保持氣缸內(nèi)表面具有良好的潤(rùn)滑效果。

因?yàn)闅飧滋族兲展に囂岣吡藲飧滋椎挠捕取⒛湍バ阅埽⑻岣吡藲飧變?nèi)表面的潤(rùn)滑效果，與一般發(fā)動(dòng)機(jī)相比，其發(fā)動(dòng)機(jī)使用壽命可提高1～2倍。

1.2 增進(jìn)散熱性

鍍陶氣缸套表面由于電鍍層薄、鎳基質(zhì)導(dǎo)熱性好，使發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱效果比一般發(fā)動(dòng)機(jī)好。

1.3 耐腐蝕性

鎳鉻鋁釔粉末鍍層與其他鍍鎳層的耐腐蝕性相同。此外，鎳鉻鋁釔除具有高硬度外，其耐高溫性和化學(xué)穩(wěn)定性能也較好，因此對(duì)化學(xué)物質(zhì)具有良好的耐腐蝕性。

2 試驗(yàn)檢測(cè)方法

《金屬基體上的金屬覆蓋層電沉積和化學(xué)沉積層附著強(qiáng)度試驗(yàn)方法評(píng)述》GB/T5270-2005規(guī)定了測(cè)試方法。評(píng)定鍍層與基體金屬結(jié)合力的方法很多，但大多為定性方法，定量測(cè)試方法由于諸多困難，僅在試驗(yàn)研究中應(yīng)用[5]。

2.1 定性試驗(yàn)檢測(cè)方法——彎曲試驗(yàn)

彎曲試驗(yàn)是在外力作用下使式樣彎曲或拐折，由于鍍層與基體金屬（或中間鍍層）受力程度不同，兩者產(chǎn)生分力，當(dāng)該分力大于其結(jié)合強(qiáng)度時(shí)，鍍層即從基體（或中間鍍層）上剝落。任何剝離、碎裂、片狀剝落的跡象均認(rèn)為是結(jié)合力不好。

彎曲試驗(yàn)通常包括如下幾種情況：①將試樣沿一直徑等于試樣厚度的軸，反復(fù)彎曲180°，直至試樣斷裂，鍍層不起皮、不脫落為合格；②將試樣沿一直徑等于試樣厚度的軸，彎曲180°，然后放大四倍檢查彎曲部分，鍍層不起皮、不脫落為合格；③將試樣固定在臺(tái)鉗中，反復(fù)彎曲試樣，直至基體斷裂，鍍層不起皮、不脫落，或放大四倍檢查，鍍層與基體不分離均為合格；④直徑為1mm以下的線材，將其繞在直徑為線材直徑3倍的軸上；直徑1mm以上的線材，繞在直徑與線材相同的金屬軸上，均繞成10～15個(gè)緊密靠近的線圈，鍍層不起皮、不脫落為合格[6-7]。

2.2 本文提出的快速試驗(yàn)檢測(cè)方法

快速厚度檢測(cè)根據(jù)破壞性檢測(cè)制定的標(biāo)準(zhǔn)樣塊，制定快速測(cè)量的對(duì)應(yīng)表，實(shí)現(xiàn)在線快速測(cè)量，降低檢測(cè)成本。

3 實(shí)驗(yàn)與檢測(cè)

對(duì)比國(guó)外電鍍陶瓷鎳選用的材料粒度：53～106μm，鎳鉻鋁釔粉末，型號(hào)9620，我們優(yōu)選粒度：45～74μm，鎳鉻鋁釔粉末，型號(hào)9620。產(chǎn)品見(jiàn)圖1。

3.1 鍍陶層厚度檢測(cè)

3.1.1 國(guó)外厚度顯微鏡檢測(cè)。國(guó)外鍍陶層厚度檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1，部分試樣部位見(jiàn)圖2。

說(shuō)明：同一只缸套8個(gè)試樣，最小值低于標(biāo)準(zhǔn)要求，不合格，其中一個(gè)平均值不符合要求下限。

從表1發(fā)現(xiàn)，同一只氣缸套國(guó)外鍍陶層厚度最大值為115.09μm，最小值為21.20μm，平均值為55.393 75μm，標(biāo)準(zhǔn)偏差平均值為14.988 75μm。可見(jiàn)，國(guó)外鍍陶技術(shù)的氣缸套厚度偏差值較大，不均勻。

3.1.2 國(guó)內(nèi)厚度顯微鏡檢測(cè)。國(guó)內(nèi)鍍陶層厚度檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2，試樣部位見(jiàn)圖3。

從表2發(fā)現(xiàn)，同一只氣缸套國(guó)內(nèi)鍍陶層厚度最大值為124.22μm，最小值為57.82μm，平均值為85.632 5μm，標(biāo)準(zhǔn)偏差平均值為10.965μm。可見(jiàn)，國(guó)內(nèi)鍍陶技術(shù)的氣缸套厚度偏差值較國(guó)外小，標(biāo)準(zhǔn)偏差平均值比國(guó)外低，整體氣缸套鍍陶層厚底較國(guó)外均勻。

3.2 鍍陶表面粗糙度檢測(cè)

3.2.1 國(guó)內(nèi)外鍍陶表面粗糙度對(duì)比

注：Ra為輪廓算術(shù)平均偏差；Rz為微觀不平度十點(diǎn)高度。

通過(guò)表3與表4數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，國(guó)外鍍陶層粗糙度比國(guó)內(nèi)技術(shù)的鍍陶層粗糙度相比，國(guó)內(nèi)整體比國(guó)外粗糙度值小，效果更好。

3.3 國(guó)內(nèi)外度陶結(jié)合力對(duì)比。國(guó)內(nèi)外度陶結(jié)合力對(duì)比見(jiàn)表5。

通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，德國(guó)鍍陶層結(jié)合力最大值為12.8MPa，最小值為11.2MPa，平均值為11.65MPa；我國(guó)鍍陶層結(jié)合力最大值、最小值和平均值分別為15.5、11.8、13.925MPa。對(duì)比德國(guó)氣缸套鍍陶結(jié)合力，從四組數(shù)據(jù)中得到，我國(guó)鍍陶氣缸套結(jié)合力分別高于德國(guó)3.3、0.8、3.6、0.4MPa；最大值、最小值、平均值分別高于德國(guó)2.7、0.6、2.275MPa。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)增加等離子鍍陶工藝后，氣缸套的結(jié)合力明顯得到增加，與國(guó)外相比有明顯的優(yōu)勢(shì)。

4 測(cè)厚儀與顯微檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比，實(shí)現(xiàn)快速測(cè)量

國(guó)內(nèi)外鍍陶層厚度檢測(cè)結(jié)果如表6和表7所示。

國(guó)內(nèi)鍍陶層檢測(cè)數(shù)據(jù)為工藝優(yōu)化前試驗(yàn)時(shí)的數(shù)據(jù)，優(yōu)化后鍍層厚度已提高，均勻性也比國(guó)外好

5 總結(jié)

大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)及理論分析研究及生產(chǎn)實(shí)踐均表明，鍍陶層厚度檢測(cè)方法操作簡(jiǎn)便、檢測(cè)成本低、檢測(cè)時(shí)間短、準(zhǔn)確度高、能實(shí)現(xiàn)在線快速測(cè)量。針對(duì)增加了鍍陶工藝的工藝路線生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品進(jìn)行厚度檢測(cè)，根據(jù)破壞性檢測(cè)制定的標(biāo)準(zhǔn)樣塊，制定快速測(cè)量對(duì)應(yīng)表，實(shí)現(xiàn)在線快速測(cè)量，降低檢測(cè)成本。

參考文獻(xiàn)：

[1]崔洪芝，尹華躍.等離子束氣缸套內(nèi)壁硬化處理新技術(shù)[J].金屬熱處理，2000（3）：28-29.

[2]毛俊元，鄭衛(wèi)剛.激光重熔-等離子噴涂陶瓷納米涂層在氣缸套內(nèi)壁中的研究[J].叉車(chē)技術(shù)，2014（4）：22-24.

[3]崔洪芝，尹華躍.等離子束硬化處理氣缸套內(nèi)壁的應(yīng)用研究[J].中國(guó)表面工程，1999（4）：38-40，51.

[4]韓旭東，楊俊，楊茂順.等離子是氣缸套表面處理的首選方法[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2013（1）：22-24.

[5]徐海峰. 機(jī)車(chē)氣缸套等離子噴涂再制造涂層的制備及摩擦磨損性能的研究[D].揚(yáng)州：揚(yáng)州大學(xué)，2017.