一种用于铝合金缸体的低摩擦涂层及其制备方法与流程

1.本技术涉及缸体加工领域，具体而言，涉及一种用于铝合金缸体的低摩擦涂层及其制备方法。


背景技术：

2.气缸体(或缸套)与活塞环是发动机中重要的一对摩擦副，特别是在缸体(或缸套)的上止点处，因该位置属贫油区域，不能形成良好的润滑油膜，导致摩擦磨损问题严重。目前市场上的发动机产品中采用的缸体材料大多为铸铁，采用铝合金替代铸铁作为缸体材料，可以显著降低整机重量。但是，铝合金基体耐磨性差，为此需要对铝合金缸体进行加工以提高其耐磨性能。


技术实现要素：

3.本技术的第一个目的在于提供一种用于铝合金缸体的低摩擦涂层。采用本发明的低摩擦涂层制备于铝合金缸体，可以取消铸铁缸套结构，在实现轻量化的同时，涂层与活塞环的摩擦系数、磨损量均小于铸铁缸套，改善发动机燃油经济性。本技术所述低摩擦涂层的结合强度大于等于35mpa，显微硬度大于等于400hv。
4.本技术的第二个目的在于提供一种用于铝合金缸体的低摩擦涂层的制备方法。
5.为达成上述第一发明目的，本技术采用如下具体技术方案：
6.一种用于铝合金缸体的低摩擦涂层，由表面功能层和结合层组成；
7.所述表面功能层包括fe314、fe316l、cr3c2、mos2、dy2o3、gd2o3、wc、tic、tin、bn、zro和fealcr。
8.所述结合层为fenicocraly。
9.作为一种实施方式，以表面功能层的质量分数为100％计，所述表面功能层中包括如下质量分数的各组分：
[0010][0011]
作为一种实施方式，所有表面功能层和结合层的组分都是粉末形式存在。
[0012]
作为一种实施方式，所述表面功能层的厚度为0.2-0.3mm。
[0013]
作为一种实施方式，所述结合层的厚度为0.08-0.15mm。
[0014]
为实现本技术的第二个发明目的，本技术提供一种用于铝合金缸体的低摩擦涂层的制备方法，包括如下步骤：
[0015]
1)将结合层的原料粉末喷涂至缸体的内表面以形成结合层；
[0016]
2)按照表面功能层中的各组分含量配制混合粉料，将混合粉料喷涂至结合层表面以在结合层上形成表面功能层；
[0017]
3)采用研磨颗粒对表面功能层表面进行研磨。
[0018]
作为一种实施方式，步骤1)和步骤2)中，所述喷涂为大气等离子体热喷涂。
[0019]
作为一种实施方式，步骤1)中，所述结合层厚度为0.08-0.15mm。
[0020]
作为一种实施方式，步骤2)中，所述表面功能层厚度为0.2-0.3mm。
[0021]
作为一种实施方式，步骤1)和步骤2)中，所述喷涂的喷枪功率为19-23kw。
[0022]
作为一种实施方式，步骤1)和步骤2)中，所述喷涂的间距为75-85mm。
[0023]
作为一种实施方式，步骤1)和步骤2)中，所述喷涂的喷枪转速为150-200rpm。
[0024]
作为一种实施方式，步骤3)中，所述研磨颗粒为碳化硅颗粒。
[0025]
作为一种实施方式，步骤3)中，所述研磨的时间为10-30分钟。
[0026]
本技术所记载的任何范围包括端值以及端值之间的任何数值以及端值或者端值之间的任意数值所构成的任意子范围。
[0027]
如无特殊说明，本技术中的各原料均可通过市售购买获得，本发明中所用的设备可采用所属领域中的常规设备或参照所属领域的现有技术进行。
[0028]
本技术实施例的上述方案与现有技术相比，至少具有以下有益效果：
[0029]
本技术提供的低摩擦涂层由表面功能层和结合层两部分组成，表面功能层由fe314合金、fealcr等材料组成；结合层的作用在于提升表面功能层与铝合金基体的结合
力；采用本技术提供的低摩擦涂层制备于铝合金缸体，可以取消铸铁缸套结构，在实现轻量化的同时，涂层与活塞环的摩擦系数和磨损量均小于铸铁缸套，提高了发动机燃油经济性；本技术所述低摩擦涂层的结合强度大于等于35mpa，显微硬度大于等于400hv。
附图说明
[0030]
图1示出了根据本技术实施例1提供的制备方法制备得到的表面功能层的tem形貌图；
[0031]
图2示出了根据本技术实施例1提供的制备方法制备得到的结合层的tem形貌图；
[0032]
图3示出了根据本技术实施例1提供的制备方法制备得到的低摩擦涂层的摩擦系数曲线图；
[0033]
图4示出了根据本技术实施例2提供的制备方法制备得到的低摩擦涂层的摩擦系数曲线图；
[0034]
图5示出了根据本技术对比例提供的制备方法制备得到的铸铁缸套摩擦系数曲线。
具体实施方式
[0035]
为了使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本技术保护的范围。
[0036]
在本技术实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本技术。在本技术实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种。
[0037]
应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
[0038]
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者装置中还存在另外的相同要素。
[0039]
特别需要说明的是，在说明书中存在的符号和/或数字，如果在附图说明中未被标记的，均不是附图标记。
[0040]
为达成上述第一发明目的，本技术采用如下具体技术方案：
[0041]
一种用于铝合金缸体的低摩擦涂层，由表面功能层和结合层组成；
[0042]
所述表面功能层包括fe314、fe316l、cr3c2、mos2、dy2o3、gd2o3、wc、tic、tin、bn、zro和fealcr。
[0043]
所述结合层为fenicocraly。
[0044]
本技术提供的低摩擦涂层由表面功能层和结合层两部分组成，表面功能层由
fe314、fealcr等材料组成；结合层的作用在于提升表面功能层与铝合金基体的结合力；采用本技术提供的低摩擦涂层应用于铝合金缸体上，可以取消铸铁缸套结构，在实现轻量化的同时，涂层与活塞环的摩擦系数和磨损量均小于铸铁缸套，提高了发动机燃油经济性；本技术所述低摩擦涂层的结合强度大于等于35mpa，显微硬度大于等于400hv。
[0045]
在本技术的某些实施例中，以表面功能层的质量分数为100％计，所述表面功能层中包括如下质量分数的各组分：
[0046][0047]
其中，fe314的质量分数可以是3.0wt％、3.1wt％、3.2wt％、3.3wt％、3.4wt％、3.5wt％、3.6wt％、3.7wt％、3.8wt％、3.9wt％或4.0wt％等；
[0048]
fe316l合金的质量分数可以是2.0wt％、2.1wt％、2.2wt％、2.3wt％、2.4wt％、2.5wt％、2.6wt％、2.7wt％、2.8wt％、2.9wt％或3.0wt％等；
[0049]
cr3c2的质量分数可以是2.0wt％、2.2wt％、2.4wt％、2.6wt％、2.8wt％、3.0wt％、3.2wt％、3.4wt％、3.6wt％、3.8wt％或4.0wt％等；
[0050]
mos2的质量分数可以是1.5wt％、1.7wt％、1.9wt％、2.0wt％、2.2wt％、2.4wt％、2.6wt％、2.8wt％、3.0wt％、3.2wt％、3.4wt％或3.5wt％等；
[0051]
dy2o3的质量分数可以是0.5wt％、0.6wt％、0.7wt％、0.8wt％、0.9wt％、1.0wt％、1.1wt％、1.2wt％、1.3wt％、1.4wt％或1.5wt％，等；
[0052]
gd2o3的质量分数可以是0.5wt％、0.6wt％、0.7wt％、0.8wt％、0.9wt％、1.0wt％、1.1wt％、1.2wt％、1.3wt％、1.4wt％、1.5wt％、1.6wt％、1.7wt％、1.8wt％、1.9wt％或2.0wt％等；
[0053]
wc的质量分数可以是1.0wt％、1.1wt％、1.2wt％、1.3wt％、1.4wt％、1.5wt％、1.6wt％、1.7wt％、1.8wt％、1.9wt％或2.0wt％等；
[0054]
tic的质量分数可以是0.2wt％、0.25wt％、0.3wt％、0.35wt％、0.4wt％、0.45wt％或0.5wt％等；
[0055]
tin的质量分数可以是0.2wt％、0.25wt％、0.3wt％、0.35wt％、0.4wt％、0.45wt％
或0.5wt％等；
[0056]
bn的质量分数可以是0.2wt％、0.25wt％、0.3wt％、0.35wt％、0.4wt％、0.45wt％或0.5wt％等；
[0057]
zro的质量分数可以是0.3wt％、0.35wt％、0.4wt％、0.45wt％、0.5wt％、0.55wt％、0.6wt％、0.65wt％、0.7wt％、0.75wt％或0.8wt％等。
[0058]
在本技术的某些实施例中，所有低摩擦涂层的组分都是粉末形式存在。
[0059]
在本技术的某些实施例中，所述表面功能层的厚度为0.2-0.3mm，例如可以是0.2mm、0.21mm、0.22mm、0.23mm、0.24mm、0.25mm、0.26mm、0.27mm、0.28mm、0.29mm或0.3mm等。
[0060]
在本技术的某些实施例中，所述结合层的厚度为0.08-0.15mm，例如可以是0.08mm、0.09mm、0.10mm、0.11mm、0.12mm、0.13mm、0.14mm或0.15mm等。
[0061]
本技术在缸体的内周设置低摩擦涂层可有效改善零部件的耐磨性能。
[0062]
表面功能层
[0063]
表面功能层中，通过向柔性金属基体(fealcr)中添加具有高耐磨性的硬质颗粒可以有效地改善基体材料的耐磨性能；在磨损过程中，由于硬质颗粒的存在，避免了基体材料的去除，从而提高了材料的耐磨性；同时由于柔性金属基体具有较好的韧性，阻止了裂纹的扩展。
[0064]
本技术采用fealcr作为柔性金属基体，在基体材料中加入碳化物、氧化物、氮化物和硫化物等作为硬质颗粒起到弥散强化作用，以提高表面功能层的硬度和耐磨性。考虑到不同硬质颗粒的热膨胀系数不同，本技术优选采用cr3c2、mos2、dy2o3、gd2o3、wc、tic、tin、bn和zro作为硬质颗粒加入基体材料中，不同化合物间热膨胀系数的良好匹配有利于提高表面功能层内部不同相间的界面相容性，进而提高表面功能层的韧性和内聚强度。
[0065]
本技术通过在基体材料中加入fe314和fe316l，与其中的硬质颗粒，尤其是碳化物颗粒形成了钢结硬质合金，其中的fe314和fe316l为粘结材料，硬质颗粒弥散均匀分布于基体材料中形成了具有高硬度、高耐磨性和高韧性的钢结硬质合金材料。钢结硬质合金材料在激冷激热交变冲击下具有很好的抗热裂性，综合性能好，适合在较大冲击负荷条件下使用，在各类耐磨零件中均得到成功应用，具备较长的使用寿命和显著的经济效益。
[0066]
碳化物除了与铁基合金材料组成钢结硬质合金外，还可以改善涂层的其他力学性能，如添加wc颗粒作为fealcr基体材料的形核质点，形成双硬质相以提高材料性能，当wc的添加量在1-2wt％范围内时材料性能最佳。
[0067]
此外，通过在原料中加入tic，tic与wc产生协同增效作用，在fealcr基体材料中组成双硬质相与粘结相，硬质相均匀分布于粘结相中，组织结构致密且缺陷较少，提高了材料的韧性。
[0068]
此外，本技术还在原料中加入cr3c2，其作用在于：(1)提高了表面功能层的密度，cr3c2可作为非自发形核的核心，阻碍柱状晶的生长，使合金组织细化和均匀化；由于添加cr3c2而生成的碳化物，无论是使晶粒沿晶界析出或是在基体材料弥散分布，均会使晶粒长大过程中晶界的迁移受阻，从而阻碍了晶粒的长大；因此cr3c2的加入有效抑制了喷涂过程中晶粒的长大，从而细化晶粒，使得单位体积的表面功能层的孔隙率更小，材料密度增加；(2)在喷涂过程中，fe与cr发生氧化，在材料粒子表面形成连续致密的复合氧化薄膜，对内
部金属起到了保护作用，降低了喷涂过程中涂层的氧化程度。
[0069]
本技术在原料中加入tin，tin是一种高硬度、耐腐蚀的涂层材料，但是tin的晶型是经岛状生长而成的柱状结构，与基体材料的晶型结构不同，因此形成的涂层的内应力较大，且柱状晶型的边界也易产生裂纹并促使裂纹扩大。为此，本技术在原料中加入bn，bn可中断并抑制tin的柱状晶型的生长，消散柱状晶型的尖端裂纹应力，减小了bn的晶粒尺寸，消除了涂层孔隙，增加了涂层的硬度和韧性，相对低的残余压应力有利于提高涂层的结合力，使得涂层的综合性能得到改善。
[0070]
本技术在原料中加入zro的目的在于提高涂层的隔热性能，一方面，zro的熔点高，化学成分与组织热稳定性好；另一方面，zro具有较低的热导率以及与基体材料最为接近的热膨胀系数。zro存在三种晶型：单斜相、四方相和立方相，单斜晶与四方晶型转变是可逆的，转变过程中体积会增大4-6％，在转变过程并不涉及原子扩散和成分变化，只是体积和形状发生变化，这将使涂层在使用过程中由于体积效应产生内应力而开裂或剥落，因此为了避免zro发生晶型转变，本技术在原料中加入dy2o3和gd2o3作为晶型稳定剂，以控制zro的晶型维持在四方相。
[0071]
结合层
[0072]
本技术中，所述结合层为fenicocraly，为不同元素混料熔炼后制成的合金粉末，为市售产品，本实施例采用的结合层原料由北矿公司购得。其主要作用在于减小缸体与表面功能层因热膨胀系数差异导致的开裂倾向，尽可能避免表面功能层与缸体因化学不兼容导致界面结合强度下降，提高了表面功能层与缸体之间的界面结合力。
[0073]
为实现本技术的第二个发明目的，本技术提供一种用于铝合金缸体的低摩擦涂层的制备方法，包括如下步骤：
[0074]
1)将结合层的原料粉末喷涂至缸体的内表面以形成结合层；
[0075]
2)按照表面功能层中的各组分含量配制混合粉料，将混合粉料喷涂至结合层表面以在结合层上形成表面功能层；
[0076]
3)采用研磨颗粒对表面功能层表面进行研磨。
[0077]
本技术中，表面功能层与结合层之间具有较高的结合强度的原因在于：(1)表面功能层致密均匀，没有孔洞和裂纹，氧化物含量低；(2)由于表面功能层的主要原料是fealcr，喷涂时，fe、cr和al元素会与空气中的氧气发生氧化反应放出大量的热量，使熔融的合金粒子的温度进一步升高，高温高速粒子撞击结合层表面后因放热反应不会迅速冷却，使得高温高速粒子接触到的结合层微区被加热以形成局部冶金结合，有利于提高表面功能层与结合层之间的结合强度；(3)原料中的金属元素在喷涂过程中易在空气中发生氧化反应并放热，对喷涂粒子或沉积材料进行二次加热，提高了喷涂材料的流动性和延展性，使喷涂材料能更好地润湿结合层并在结合层表面铺展，改善涂层之间的界面结合状态，从而提高了涂层之间的结合力和内聚强度。
[0078]
在本技术的某些实施例中，步骤1)和步骤2)中，所述喷涂为大气等离子体热喷涂。
[0079]
在本技术的某些实施例中，步骤1)中，所述结合层厚度为0.08-0.15mm。
[0080]
在本技术的某些实施例中，步骤2)中，所述表面功能层厚度为0.2-0.3mm。
[0081]
在本技术的某些实施例中，步骤1)和步骤2)中，所述喷涂的喷枪功率为19-23kw，例如可以是19kw、19.5kw、20kw、20.5kw、21kw、21.5kw、22kw、22.5kw或23kw等。
[0082]
在本技术的某些实施例中，步骤1)和步骤2)中，所述喷涂的间距为75-85mm，例如可以是75mm、76mm、77mm、78mm、79mm、80mm、81mm、82mm、83mm、84mm或85mm等。
[0083]
在本技术的某些实施例中，步骤1)和步骤2)中，所述喷涂的喷枪转速为150-200rpm，例如可以是150rpm、155rpm、160rpm、165rpm、170rpm、175rpm、180rpm、185rpm、190rpm、195rpm或200rpm等。
[0084]
在本技术的某些实施例中，步骤3)中，所述研磨颗粒为碳化硅颗粒。
[0085]
在本技术的某些实施例中，步骤3)中，所述研磨的时间为10-30分钟，例如但不限于10-25分钟、10-20分钟、10-15分钟、15-30分钟、15-25分钟、15-20分钟等。
[0086]
大气等离子喷涂通过等离子喷枪来实现，喷枪的喷嘴(阳极)和电极(阴极)分别接电源的正、负极，喷嘴和电极之间通入工作气体，借助高频火花引燃电弧。电弧将气体加热并使之电离，产生等离子弧，气体热膨胀由喷嘴喷出高速等离子射流。送粉气将粉末从喷嘴内(内送粉)或外(外送粉)送入等离子射流中，被加热到熔融或半熔融状态，并被等离子射流加速，以一定速度喷射到经预处理的基体表面形成涂层。常用的等离子气体有氩气、氢气、氦气、氮气或它们的混合物。
[0087]
在等离子体喷涂过程中，喷涂条件直接影响了涂层力学性能。根据本技术采用的喷涂材料，特别限定了喷涂过程的工艺参数，结合本技术限定的喷涂材料和特定条件下的工艺参数使得喷涂后形成的涂层组织更均匀，结构更致密。具体而言：
[0088]
本技术特别限定了喷枪功率限定在在19-23kw范围内，喷枪功率直接影响了喷涂粉末的熔化度和喷涂速度，而喷涂粉末的熔化度和喷涂速度直接影响了涂层的结构形貌，喷涂功率越高，喷涂粒子的熔化更充分，喷涂粒子的扁平度更高，涂层会更加致密。但是当喷涂功率超过一定范围时，会导致喷涂粉末过分融化，造成喷涂粉末在喷枪的喷嘴内部沉积，使得喷涂无法继续进行。
[0089]
本技术特别限定了喷涂间距限定在75-85mm范围内，在喷涂过程中，喷涂粉末通过喷枪加热形成了融化的球形熔滴，在喷枪的喷射作用下撞击在基体上并延展成扁平的片层，快速冷却后形成固相，随着喷枪的往复移动喷涂，多层固相累积形成具有一定厚度的涂层。当喷枪到基体的距离在75-85mm范围内时，可以确保熔滴到达基体时的冲击速度和温度仍维持较高水平，导致熔滴在基体表面的延展程度增加，进而提高了对基体表面的浸润性；此外，熔滴在维持高温状态下冲击前一层固相，导致凝固的固相再次受热重熔，使得最终得到的涂层孔隙率大幅提高。若喷涂间距小于75nm，粉末在焰流中不能受到充分的加热和加速，容易导致涂层疏松，而且易使基体局部温度过高而发生热变形，涂层的应力增大。若喷涂间距大于85mm，将使熔滴与基体和涂层撞击时的温度和速度过低，导致熔滴变形不充分，涂层气孔率较高，结合强度降低。
[0090]
下面结合附图详细说明本技术的可选实施例。
[0091]
实施例1
[0092]
本实施例提供了一种用于铝合金缸体的低摩擦涂层的制备方法，具体包括如下步骤：
[0093]
(1)采用大气等离子热喷涂工艺在缸体的内表面喷涂fenicocraly粉末以形成结合层，设置喷枪参数如下：喷枪的功率为20kw，喷涂间距为75mm，喷枪转速为150rpm；
[0094]
(2)喷涂后采用碳化硅颗粒对涂层表面研磨20min，得到厚度为0.11mm的结合层；
[0095]
(3)按如下组分配比进行混粉：3.2％的fe314、2.4％的fe316l、2.5％的cr3c2、1.6％的mos2、0.8％的dy2o3、0.7％的gd2o3、1.3％的wc、0.2％的tic、0.2％的tin、0.2％的bn、0.3％的zro，其余为fealcr，混合后得到混合粉料；
[0096]
(4)采用大气等离子热喷涂工艺在结合层表面喷涂混合粉料以在结合层上形成表面功能层，设置喷枪参数如下：功率20kw，喷涂间距为75mm，喷枪转速150rpm；
[0097]
(5)喷涂后采用碳化硅颗粒对涂层表面研磨20min，得到厚度为0.23mm的表面功能层，最终获得用于铝合金缸体的低摩擦涂层。
[0098]
采用上述步骤制备得到的低摩擦涂层的结合强度为38mpa，硬度为410hv。
[0099]
制备得到的表面功能层的tem形貌见图1。
[0100]
由图1可以看出，表面功能层内呈不同粒径的晶粒分布特征，表面功能层表面至深度500nm范围内，呈现非晶和纳米晶共存的特征，纳米晶粒径约为50-100nm。在深度500-2000nm纳米范围内，晶粒直径有所增加，约为100-200nm。在2000nm深度以下，出现细长条状晶粒，晶粒长度在1000-2000nm，宽度在50-100nm。表面功能层由表面至5000nm深度，呈现出三种晶粒特征。同时涂层内各析出相之间紧密结合，未产生明显的裂纹和缺陷。
[0101]
制备得到的结合层的tem形貌见图2。
[0102]
由图2可以看出，结合层的晶格条纹更加清晰，存在大量高度结晶的纳米晶颗粒，组织中未出现裂纹及缺陷。
[0103]
实施例2
[0104]
本实施例提供了一种用于铝合金缸体的低摩擦涂层的制备方法，具体包括如下步骤：
[0105]
(1)采用大气等离子热喷涂工艺在缸体的内表面喷涂fenicocraly粉末以形成结合层，设置喷枪参数如下：功率22kw，喷涂间距为80mm，喷枪转速180rpm；
[0106]
(2)喷涂后采用碳化硅颗粒对涂层表面研磨20min，得到厚度为0.13mm的结合层；
[0107]
(3)按如下组分配比进行混粉：3.7％的fe314合金、2.8％的fe316l合金、3.6％的cr3c2、3.2％的mos2、1.2％的dy2o3、1.6％的gd2o3、1.6％的wc、0.4％的tic、0.3％的tin、0.3％的bn、0.5％的zro，其余为fealcr，混合后得到混合粉料；
[0108]
(4)采用大气等离子热喷涂工艺在结合层表面喷涂混合粉料以在结合层上形成表面功能层，设置喷枪参数如下：功率22kw，喷涂间距为80mm，喷枪转速180rpm；
[0109]
(5)喷涂后采用碳化硅颗粒对涂层表面研磨20min，得到厚度为0.28mm的表面功能层，最终获得用于铝合金缸体的低摩擦涂层。
[0110]
采用上述步骤制备得到的低摩擦涂层的结合强度为45mpa，硬度为435hv。
[0111]
实施例3
[0112]
本实施例提供了一种用于铝合金缸体的低摩擦涂层的制备方法，具体包括如下步骤：
[0113]
(1)采用大气等离子热喷涂工艺在缸体的内表面喷涂fenicocraly粉末以形成结合层，设置喷枪参数如下：喷枪的功率为19kw，喷涂间距为78mm，喷枪转速为160rpm；
[0114]
(2)喷涂后采用碳化硅颗粒对涂层表面研磨20min，得到厚度为0.08mm的结合层；
[0115]
(3)按如下组分配比进行混粉：3％的fe314合金、2％的fe316l合金、4％的cr3c2、1.5％的mos2、1.5％的dy2o3、0.5％的gd2o3、2％的wc、0.3％的tic、0.5％的tin、0.4％的bn、
0.8％的zro，其余为fealcr，混合后得到混合粉料；
[0116]
(4)采用大气等离子热喷涂工艺在结合层表面喷涂混合粉料以在结合层上形成表面功能层，设置喷枪参数如下：喷枪的功率为19kw，喷涂间距为78mm，喷枪转速为160rpm；
[0117]
(5)喷涂后采用碳化硅颗粒对涂层表面研磨20min，得到厚度为0.2mm的表面功能层，最终获得用于铝合金缸体的低摩擦涂层。
[0118]
采用上述步骤制备得到的低摩擦涂层的结合强度为36mpa，硬度为418hv。
[0119]
实施例4
[0120]
本实施例提供了一种用于铝合金缸体的低摩擦涂层的制备方法，具体包括如下步骤：
[0121]
(1)采用大气等离子热喷涂工艺在缸体的内表面喷涂fenicocraly粉末以形成结合层，设置喷枪参数如下：喷枪的功率为23kw，喷涂间距为85mm，喷枪转速为200rpm；
[0122]
(2)喷涂后采用碳化硅颗粒对涂层表面研磨20min，得到厚度为0.15mm的结合层；
[0123]
(3)按如下组分配比进行混粉：4％的fe314合金、3％的fe316l合金、2％的cr3c2、3.5％的mos2、0.5％的dy2o3、2％的gd2o3、1％的wc、0.5％的tic、0.4％的tin、0.5％的bn、0.6％的zro，其余为fealcr，混合后得到混合粉料；
[0124]
(4)采用大气等离子热喷涂工艺在结合层表面喷涂混合粉料以在结合层上形成表面功能层，设置喷枪参数如下：喷枪的功率为23kw，喷涂间距为85mm，喷枪转速为200rpm；
[0125]
(5)喷涂后采用碳化硅颗粒对涂层表面研磨20min，得到厚度为0.3mm的表面功能层，最终获得用于铝合金缸体的低摩擦涂层。
[0126]
采用上述步骤制备得到的低摩擦涂层的结合强度为35mpa，硬度为405hv。
[0127]
将实施例1和实施例2制备得到的具有低摩擦涂层的铝合金缸体和铸铁缸套分别活塞环配副进行摩擦磨损试验，试验模式为线性往复运动，试验载荷为200n，速度为0.27m/s，时间为2小时，贫油润滑，试验后测得的摩擦系数和磨损率如表1所示：
[0128]
表1
[0129][0130][0131]
摩擦系数测试曲线见图3-图5，由表1提供的测试结果结合摩擦系数测试曲线可以看出，在铝合金缸体表面制备低摩擦涂层后，摩擦系数与磨损均小于铸铁缸套。
[0132]
以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者
替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种用于铝合金缸体的低摩擦涂层，其特征在于，由表面功能层和结合层组成；所述表面功能层包括fe314、fe316l、cr3c2、mos2、dy2o3、gd2o3、wc、tic、tin、bn、zro和fealcr；所述结合层为fenicocraly。2.根据权利要求1所述低摩擦涂层，其特征在于：以表面功能层的质量分数为100％计，所述表面功能层中包括如下质量分数的各组分：其余为fealcr。3.根据权利要求1所述低摩擦涂层，其特征在于：所有表面功能层和结合层的组分都是粉末形式存在。4.根据权利要求1所述低摩擦涂层，其特征在于：所述表面功能层的厚度为0.2-0.3mm。5.根据权利要求1所述低摩擦涂层，其特征在于：所述结合层的厚度为0.08-0.15mm。6.如权利要求1-5中任一所述用于铝合金缸体的低摩擦涂层的制备方法，包括如下步骤：1)将结合层的原料粉末喷涂至缸体的内表面以形成结合层；2)按照表面功能层中的各组分含量配制混合粉料，将混合粉料喷涂至结合层表面以在结合层上形成表面功能层；3)采用研磨颗粒对表面功能层表面进行研磨。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：步骤1)和步骤2)中，所述喷涂为大气等离子体热喷涂。8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：步骤1)中，所述结合层厚度为0.08-0.15mm；步骤2)中，所述表面功能层厚度为0.2-0.3mm。9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：步骤1)和步骤2)中，所述喷涂的喷枪功率为19-23kw；步骤1)和步骤2)中，所述喷涂的间距为75-85mm；
步骤1)和步骤2)中，所述喷涂的喷枪转速为150-200rpm。10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：步骤3)中，所述研磨颗粒为碳化硅颗粒；步骤3)中，所述研磨的时间为10-30分钟。

技术总结
本申请提供了一种用于铝合金缸体的低摩擦涂层及其制备方法；所述低摩擦涂层包括由缸体表面层叠设置的结合层和表面功能层；其中，所述表面功能层包括Fe314、Fe316L、Cr3C2、MoS2、Dy2O3、Gd2O3、WC、TiC、TiN、BN、ZrO和FeAlCr；所述结合层为FeNiCoCrAlY。采用本申请提供的低摩擦涂层制备于铝合金缸体，可以取消铸铁缸套结构，在实现轻量化的同时，涂层与活塞环的摩擦系数和磨损量均小于铸铁缸套，提高了发动机燃油经济性；本申请所述低摩擦涂层的结合强度大于等于35MPa，显微硬度大于等于400HV。显微硬度大于等于400HV。显微硬度大于等于400HV。


技术研发人员：李文平 王吉洋 邓飞 李军 夏广明 宋庆军 高东宏
受保护的技术使用者：中国第一汽车股份有限公司
技术研发日：2023.05.05
技术公布日：2023/8/9