【摘 要】
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铝合金密度低,比强度高,在汽车发动机制造业已获得广泛的应用,降低了整车重量,实现了节油减排。但铝合金的硬度较低,耐磨性较差,为提高铝合金的耐磨性,通常在发动机的气缸内镶嵌铸铁套筒,但该方法又存在着铸铁套筒的重量较大、装配精度要求较高等问题。为了进一步减轻发动机重量,可以在铝合金气缸内壁制备耐磨涂层,替换铸铁套筒,但由于工件尺寸的制约,在气缸孔内壁制备涂层存在较大的工艺问题。本文拟采用等离子喷涂技术
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铝合金密度低,比强度高,在汽车发动机制造业已获得广泛的应用,降低了整车重量,实现了节油减排。但铝合金的硬度较低,耐磨性较差,为提高铝合金的耐磨性,通常在发动机的气缸内镶嵌铸铁套筒,但该方法又存在着铸铁套筒的重量较大、装配精度要求较高等问题。为了进一步减轻发动机重量,可以在铝合金气缸内壁制备耐磨涂层,替换铸铁套筒,但由于工件尺寸的制约,在气缸孔内壁制备涂层存在较大的工艺问题。本文拟采用等离子喷涂技术,以Ni Cr Al Y、13Cr、316L、Ni Cr-Cr3C2、Al2O3-13%Ti O2为涂层材料,设计不同的涂层结构,分别在5052铝合金平板和6061管筒内壁制备涂层,通过研究涂层的硬度、显微组织、孔隙率、结合强度、抗热震性、耐磨性、耐蚀性等性能,得到满足使用性能要求的涂层结构和涂层材料。本文在5052铝合金板材上分别制备了:单层结构Ni Cr Al Y涂层;以Ni Cr Al Y为粘结层材料,分别以13Cr、316L、Ni Cr-Cr3C2、Al2O3-13%Ti O2为工作层材料的粘结层+工作层双层结构涂层;以13Cr为过渡层材料,分别以Ni Cr-Cr3C2、Al2O3-13%Ti O2为工作层材料的粘结层+过渡层+工作层三层结构涂层。研究发现,涂层组织呈现层状结构,内部存在氧化物夹杂和孔隙,双层结构316L涂层孔隙率最低,为10.24%,结合强度最高,为20.8MPa;双层结构Ni Cr-Cr3C2涂层孔隙率最高,为19.2%,结合强度最低,为9.2MPa。Ni Cr-Cr3C2涂层硬度最大,达到1014HV0.1,耐磨性最好,Al2O3-13%Ti O2次之,为1058 HV0.1,316L、13Cr涂层硬度分别为385 HV0.1、378 HV0.1,Ni Cr Al Y涂层硬度最低,为258 HV0.1,耐磨性最差。双层结构涂层热震脱落次数从高到低为:316L涂层＞Al2O3-13%Ti O2涂层＞13Cr涂层＞Ni Cr-Cr3C2涂层,316L作为涂层材料抗热震性能最好。三层结构可以有效改善涂层抗热震性能,三层结构Ni Cr-Cr3C2、Al2O3-13%Ti O2涂层抗热震性能均优于对应双层结构涂层。在6061铝合金管筒内壁采用内孔等离子喷涂方法制备了:单层结构XPT-512、Ni Cr Al Y、316L涂层:以Ni Cr Al Y为粘结层材料,分别以316L、Ni35为工作层材料的粘结层+工作层双层结构涂层。研究发现,涂层组织呈现较致密的层状结构,不同材料和结构涂层结合强度相差较小,均在24.8 MPa-26.4MPa范围内。XPT-512涂层孔隙率低,0.53%,硬度最高,为410HV0.1,耐磨性最好,抗热震性能好,但耐蚀性最差。316L涂层较高,为1.08%,硬度较低,为260 HV0.1,耐磨性差,耐蚀性较好。Ni Cr Al Y涂层孔隙率最高,达到3.08%,硬度最低,210 HV0.1,耐磨性差,耐蚀性最好。双层结构316L涂层抗热震性能较单层结构涂层有明显改善,采用多层结构可以改善涂层抗热震性能。Ni35涂层喷涂过程中管端开裂,未能达到需求厚度较低。
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