專利名稱：一種頭部硬質陽極氧化內燃機活塞的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種內燃機活塞，具體為一種頭部硬質陽極氧化的內燃機活塞。
背景技術：
活塞是發(fā)動機的核心部件，隨著發(fā)動機向低油耗、低噪音、低排放目標的發(fā)展，對 活塞的質量要求越來越高。內燃機活塞要求工作溫度高、熱沖擊大、速度高、摩擦頻繁，普 通活塞難以滿足在工況惡劣的條件下工作，長期制約發(fā)動機綜合性能的提高。為此國內外 科技人員實施了各種舉措如“活塞整體陽極化處理” “微弧氧化處理” “頭部熱噴涂陶瓷 層”等，但考慮工藝復雜程度、成本控制、使用條件等因素，以上方法各自有不同的應用范圍 局限。
發(fā)明內容本實用新型的目的是克服內燃機活塞應對溫度高、熱沖擊大、速度高、摩擦頻繁中 出現(xiàn)的不足，而提供一種頭部(第二環(huán)岸及以上)硬質陽極氧化的內燃機活塞，使活塞的綜 合性能得到提高。本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的一種頭部硬質陽極氧化內燃機活塞，其基體材 質為Al-Si合金，其特征在于活塞頭部外表面有8-60 μ m的陽極氧化膜層。陽極氧化膜層生成工藝采用直流電源陽極氧化，具體工藝流程為化學除油-熱 水洗_冷水洗_出光-冷水洗_工裝局部保護活塞_氧化_冷水洗；陽極氧化工藝條件包 括電壓、電流、氧化溶液溫度、氧化時間及氧化溶液成分配比。所述的陽極氧化的工藝條件為電壓45-70V，氧化電流密度3_7A/dm2，氧化溶液溫 度-5-0°C，氧化時間30-60分鐘，所用的氧化溶液濃度為硫酸200-240g/L、草酸15_20g/ L、硫酸鋁0. 2-0. 5g/L所述的工裝為內徑與活塞環(huán)槽外徑、活塞裙部外徑相當?shù)念悎A筒狀保護套。鋁合金在特定的工作條件下，在外加電流的作用下，在陽極上形成氧化膜的過程， 稱做陽極氧化。鋁合金活塞經(jīng)氧化反應后在其表面生成Al2O3氧化膜層，該膜層硬度很高， 維氏顯微硬度可達250HV-500HV，故稱硬質陽極氧化。該氧化膜層熔點高達2050°C，導熱系 數(shù)小于0. 16W/m2*K，可使活塞頭部燃燒室承受瞬時高溫，并可起絕熱作用。實踐證明，用直 流電源進行陽極氧化可以得到優(yōu)質氧化膜層。硬質陽極氧化裝置主要有電源及調壓控制系統(tǒng)、電解槽、攪拌系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)四部 分組成。電源及調壓控制系統(tǒng)提供了硬質陽極氧化所需的高壓電，電解槽通常由鉛版制成， 兼做陰極，內盛氧化溶液；攪拌系統(tǒng)可以提高溶液中電解質的均勻性；冷卻系統(tǒng)可以保證 電解液所需的工作溫度。具體為將活塞頭部以外的區(qū)域用專用工裝封閉起來，計算活塞頭部表面積、在恒 溫室中測量活塞頭部厚度和裙部型線尺寸、清洗活塞表面，優(yōu)選各項工藝參數(shù)，配置合適的 氧化液成分和組分，設定電壓至45-70V，電流密度在3-7A/dm2，啟動氧化溶液冷卻和攪拌系統(tǒng)。將活塞放入氧化溶液中，通電后，表面立即生成很薄的一層高絕緣性能的氧化膜，隨著 氧化膜的產生，氧化溶液對氧化膜的溶解作用也就開始了。由于氧化膜不均勻，氧化膜薄 的地方首先被溶解，形成了孔隙。氧化溶液通過孔隙到達活塞表面，使電化學反應繼續(xù)進 行。因為溶解總是在氧化膜相對薄弱的部位發(fā)生，當氧化物絕緣膜被溶解后，在該部位生成 新的氧化膜，溶解點轉移到其它相對薄弱的區(qū)域，氧化膜的生成伴隨著氧化膜的溶解，當膜 的生成速度大于溶解速度，氧化膜層逐漸增厚，最終形成的氧化膜層是均勻的。這種氧化膜 層是由Al2O3組成，可以獲得較高的耐磨性、耐腐蝕性、耐熱沖擊性，提高發(fā)動機的壽命和效 率。注意氧化電流密度、氧化溶液的成分、電壓的控制、氧化時間的控制是提高活塞頭 部氧化膜層厚度和質量的關鍵。通過優(yōu)化氧化膜層的生長過程的電流密度與氧化時間的工 藝參數(shù)，最終獲取最佳經(jīng)濟厚度8-60 μ m耐腐蝕、耐磨、耐高溫沖擊氧化膜層。本實用新型的有益效果是，活塞頭部(第二環(huán)岸及以上)氧化膜層適當，耐磨性及 耐高溫沖擊性更好，制造方法中，活塞頭部硬質陽極氧化工藝主要優(yōu)點是工藝容易掌握和 實現(xiàn)參數(shù)自動控制，易于組織工業(yè)化大生產，設備占地面積小，處理能力強，生產效率高，在 不降低材質性能及不改變合金工件原幾何尺寸、表面粗糙度的條件下，可大幅度提高活塞 的耐磨、耐腐蝕、抗高溫沖擊性能，滿足惡劣工況條件下的需要。上述方法制造的活塞裝機 后，①使用壽命明顯提高；②尾氣排放CO、HC含量明顯下降。

圖1是本實用新型活塞的局剖放大示意圖。圖2是本實用新型活塞陽極氧化裝置示意圖。圖3是本實用新型工裝結構示意圖。圖中，a.活塞頭部，b.活塞裙部，1。陽極氧化膜層，2.活塞基體，3.電解槽，4.冷 卻管，5.氧化溶液，6.工裝。
具體實施例一種頭部硬質陽極氧化內燃機活塞，其基體材質為Al-Si合金，活塞頭部a外表面 有8-60 μ m的陽極氧化膜層1。陽極氧化膜層1生成工藝采用直流電源陽極氧化，具體工藝流程為化學除油-熱 水洗_冷水洗_出光-冷水洗_氧化_冷水洗；陽極氧化工藝條件包括電壓、電流、氧化溶 液溫度、氧化時間及氧化溶液成分配比。陽極氧化的工藝條件為電壓45-70V，氧化電流密度3_7A/dm2，氧化溶液溫 度-5-0°C，氧化時間30-60分鐘，所用的氧化溶液濃度為硫酸200-240g/L、草酸15_20g/ L、硫酸鋁0. 2-0. 5g/L。陽極氧化裝置主要有電源及調壓控制系統(tǒng)、電解槽3、攪拌系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)四部分 組成。將活塞頭部a以外的區(qū)域用專用工裝封閉起來后放入氧化溶液5中，通電后啟動氧 化溶液冷卻和攪拌系統(tǒng)，在活塞表面立即生成很薄的一層高絕緣性能的氧化膜，隨著氧化 膜的產生，氧化溶液對氧化膜的溶解作用也就開始了。由于氧化膜不均勻，氧化膜薄的地方 首先被溶解，形成了孔隙。氧化溶液通過孔隙到達活塞表面，使電化學反應繼續(xù)進行。因為溶解總是在氧化膜相對薄弱的部位發(fā)生，當氧化物絕緣膜被溶解后，在該部位生成新的氧 化膜，溶解點轉移到其它相對薄弱的區(qū)域，氧化膜的生成伴隨著氧化膜的溶解，當膜的生成 速度大于溶解速度，氧化膜層逐漸增厚，最終形成的氧化膜層5是均勻的。
權利要求一種頭部硬質陽極氧化內燃機活塞，其基體材質為Al Si合金，其特征在于活塞頭部外表面有8 60μm的陽極氧化膜層。
專利摘要一種頭部硬質陽極氧化內燃機活塞，其基體材質為Al-Si合金，其特征在于活塞頭部外表面有8-60μm的陽極氧化膜層。陽極氧化膜層生成工藝采用直流電源陽極氧化，即化學除油-熱水洗-冷水洗-出光-冷水洗-氧化-冷水洗；陽極氧化的工藝條件為電壓45-70V，氧化電流密度3-7A/dm2，氧化溶液溫度-5-0℃，氧化時間30-60分鐘，所用的氧化溶液濃度為硫酸200-240g/L、草酸15-20g/L、硫酸鋁0.2-0.5g/L。其有益效果是，本實用新型方法工藝容易掌握和實現(xiàn)參數(shù)自動控制，本實用新型產品可提高活塞的耐磨、耐腐蝕、抗高溫沖擊性能?；钊b機后，①使用壽命提高；②尾氣排放CO、HC含量下降。
文檔編號C25D11/04GK201763458SQ20102052057
公開日2011年3月16日 申請日期2010年9月5日 優(yōu)先權日2010年9月5日
發(fā)明者孔令東, 孔德芬, 張書民, 張魯京, 甄介生, 顏君衡, 魏運財 申請人:曲阜金皇活塞股份有限公司