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专利号: 2014106587781
申请人: 西安理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 铸造;粉末冶金
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种发动机挺柱,在其工作面具有耐磨涂层,其特征在于:所述耐磨涂层为WC致密陶瓷层。

2.如权利要求1所述的发动机挺柱,其特征在于:WC致密陶瓷层为准单晶相,所述准单晶相是指,介于多晶相与单晶相之间,相较于多晶相,晶向一致性高、晶界明显减少,并且原子排列比较有序的显微组织。

3.如权利要求1或2所述的发动机挺柱,其特征在于:沿WC致密陶瓷层纵向剖面,其厚度为50-180μm,优选为100-180μm;优选地,WC的体积分数大于80%,优选大于85%;

WC致密陶瓷层粒径为10-50μm,优选为20-50μm。

4.一种发动机挺柱,在其挺柱内腔表面具有梯度复合涂层,其特征在于:所述梯度复合涂层为碳化物涂层,包括依次呈梯度分布的WC致密陶瓷层、微米WC陶瓷层、WC与基体的融合层。

5.如权利要求4所述的发动机挺柱,其特征在于:WC致密陶瓷层为准单晶相,所述准单晶相是指,介于多晶相与单晶相之间,相较于多晶相,晶向一致性高、晶界明显减少,并且原子排列比较有序的显微组织。

6.如权利要求4或5所述的发动机挺柱,其特征在于:沿WC致密陶瓷层纵向剖面,其厚度为50-180μm,优选为100-180μm;优选地,WC的体积分数大于80%,优选大于85%;

WC致密陶瓷层粒径为10-50μm,优选为20-50μm。

7.如权利要求4-6之一所述的发动机挺柱,其特征在于:沿微米WC陶瓷层纵向剖面,其厚度为70-180μm,优选为130-180μm;优选的,WC的体积分数大于75%,优选大于80%;

优选的,WC的粒径为5-30μm,优选为6-25μm。

8.如权利要求4-7之一所述的发动机挺柱,其特征在于:沿WC与基体的融合层的纵向剖面,其厚度为60μm-300μm,优选100-300μm;优选的,其中WC的体积分数为

40%-80%,优选为60%-80%;该层中优选的,WC的粒径为1-20μm,优选为5-10μm。

9.如权利要求4-8之一所述的发动机挺柱,其特征在于:梯度复合层总厚度为

180-660μm,优选在330-660μm。

10.如权利要求4-9之一所述的发动机挺柱,其特征在于:组织根据热处理不同为珠光体、马氏体、铁素体、贝氏体、奥氏体和索氏体中的一种或几种;优选地,该梯度复合涂层被施加于碳钢表面。

11.一种如权利要求1-3之一所述发动机挺柱制备方法,其特征在于内腔表面具有耐磨涂层,包括如下步骤:

1)先准备一钨板,优选的,其中钨的纯度应控制在99.7-99.99%,优选的,所述钨板先被加以表面处理;

2)按照发动机挺柱尺寸,用聚苯乙烯泡沫塑料制作发动机挺柱消失模;

3)按照发动机挺柱尺寸制作砂型,根据发动机挺柱的工作受力状况,其主要磨损的部位是发动机挺柱的内腔表面,据此在砂型内发动机挺柱芯模外壁表面固定石墨纸,然后将钨板卷绕并紧贴在奥氏体不锈钢发动机挺柱芯模的石墨纸上,使其与石墨纸紧密结合;优选地,用CO2水玻璃硬化砂、覆膜砂、自硬树脂砂或潮模砂制作砂型;

4)将碳钢基材冶炼为钢液,优选地,温度控制在1610℃-1630℃;

5)将上述钢液浇入放置有石墨纸和钨板的发动机挺柱芯模的砂型内,待钢液冷却凝固后,取出铸件,清砂处理,获得发动机挺柱基体为碳钢,工作表面为与钨板的复合体;优选地,采用消失模真空吸铸工艺,将上述钢液浇入放置有石墨纸和钨板的发动机挺柱芯模的砂型内;优选地,浇注温度控制在1610℃-1630℃,浇注时间为40-50秒为宜,更优选地,一分钟后,在冒口补浇;进一步优选地,室温冷却;

6)将浇铸完得到的发动机挺柱复合体放入具有保护气氛的保温炉内保温,最后随炉冷却至室温,从而在挺柱内表面形成耐磨涂层,而挺柱基体仍为碳钢基体;

其中,耐磨涂层为WC致密陶瓷层。

12.如权利要求11所述的发动机挺柱内腔表面耐磨涂层的制备方法,其特征在于:WC致密陶瓷层为准单晶相,所述准单晶相是指,介于多晶相与单晶相之间,相较于多晶相,晶向一致性高、晶界明显减少,并且原子排列比较有序的显微组织;优选地,通过控制步骤6)中保温时间、保温温度获得该WC致密陶瓷层。

13.一种如权利要求4-10之一所述发动机挺柱的制备方法,其特征在于,其内腔表面具有梯度复合涂层,包括如下步骤:

1)先准备一钨板,优选的,其中钨的纯度应控制在99.7-99.99%,优选的,所述钨板的厚度控制在0.2-3mm;优选的,所述钨板先被加以表面处理;

2)按照发动机挺柱尺寸,用聚苯乙烯泡沫塑料制作发动机挺柱消失模;

3)按照发动机挺柱尺寸制作砂型,根据发动机挺柱的工作受力状况,其主要磨损的部位是发动机挺柱的内腔表面,据此在砂型内发动机挺柱芯模外壁表面固定石墨纸,然后将钨板卷绕并紧贴在奥氏体不锈钢发动机挺柱芯模的石墨纸上,使其与石墨纸紧密结合,优选地,用CO2水玻璃硬化砂、覆膜砂、自硬树脂砂或潮模砂制作砂型;

4)将碳钢基材冶炼为钢液,优选地,温度控制在1610℃-1630℃;

5)将上述钢液浇入放置有石墨纸和钨板的发动机挺柱芯模的砂型内,待钢液冷却凝固后,取出铸件,清砂处理,获得发动机挺柱基体为碳钢,工作表面为与钨板的复合体;优选地,采用消失模真空吸铸工艺,将上述钢液浇入放置有石墨纸和钨板的发动机挺柱芯模的砂型内,优选地,浇注温度控制在1610℃-1630℃,浇注时间为40-50秒为宜,更优选地,一分钟后,在冒口补浇;进一步优选地,室温冷却;

6)将浇铸完得到的发动机挺柱复合体放入具有保护气氛的保温炉内保温,最后随炉冷却至室温,从而在挺柱内表面形成耐磨涂层,而挺住基体仍为碳钢基体;

7)所得的具有梯度复合涂层的发动机挺柱被进一步热处理以获得更合适的基体组织。

14.如权利要求13所述的发动机挺柱的制备方法,其特征在于:步骤6)中通过控制保温时间、保温温度获得该梯度复合涂层即碳化物涂层,所述碳化物涂层包括依次呈梯度分布的准单晶相WC致密陶瓷层、微米WC陶瓷层、WC与基体的融合层。

15.如权利要求14所述的发动机挺柱内腔表面梯度复合涂层的制备方法,其特征在于:保温温度、保温时间以及最终能够获得的梯度复合涂层的总厚度符合如下公式,

1/2

L=kTlogt +b0

其中:

L——梯度复合涂层的总厚度(μm),

k——是常数,取值为0-1,k≠0,

T——保温温度(K),

t——保温时间(s),

b0——初始厚度(μm),即钢液浇注后与钨板2之间形成的复合层的厚度。

16.如权利要求13-15之一所述的发动机挺柱的制备方法,其特征在于:所述步骤1)中,表面处理的步骤如下:第一步酸洗,选用300mL/L的盐酸或60mL/L的磷酸或120mL/L的双氧水,后流水冲洗;

第二步酸洗,选用300mL/L的氢氟酸或200mL/L的硫酸或240mL/L的双氧水,后流水冲洗;

第三步表面打磨,选用800目或更细的Al2O3砂纸,最后用酒精超声清洗。

17.如权利要求13-16之一所述的发动机挺柱的制备方法,其特征在于:所述步骤3)中的外部碳源为石墨纸1;优选地,所述石墨纸1为三级以上,纯度99%,厚度为

0.1-0.35mm。

18.如权利要求13-17之一所述的发动机挺柱内腔表面碳化物涂层的制备方法,其特征在于:所述步骤6)中,升温至1000-1140℃,升温速度控制在7℃/min,保温时间为2-8h,优选4-8h。

19.如权利要求13-18之一所述的发动机挺柱内腔表面碳化物涂层的制备方法,其特征在于:所选碳钢基体为低碳钢、中碳钢和高碳钢。

20.如权利要求13-19之一所述的发动机挺柱内腔表面碳化物涂层的制备方法,其特征在于:所述保护气为氩气或氮气,气体流量为4-8mL/min。

21.如权利要求13-20之一所述的发动机挺柱内腔表面碳化物涂层的制备方法,其特征在于:所述的步骤7)中的热处理工序为:在550-800℃左右进行热处理,基体为珠光体组织;或在220-450℃进行热处理,基体为贝氏体组织;或在220℃以下进行热处理,基体为马氏体组织。