本發(fā)明涉及氣缸套的改進技術領域，尤其涉及一種硼鑄鐵氣缸套刮碳環(huán)涂層及其制備和噴涂方法。

背景技術：

隨著發(fā)動機功率提升和運行時間延長，尤其是使用重油的柴油發(fā)動機，與氣缸套配合的活塞表面極易積累大量積炭，這些積累的積炭一方面影響了發(fā)動機的穩(wěn)定運行，另一方面導致潤滑油消耗的迅速上升，進而提升運行成本，在此背景下刮碳環(huán)技術應運而生。現(xiàn)有技術中，在氣缸套內(nèi)設置刮碳環(huán)主要有兩類結(jié)構(gòu)形式，一種是通過在氣缸套內(nèi)合適位置噴涂復合材料形成刮碳環(huán)，另外一種是設計單獨的與氣缸套配套的刮碳環(huán)配件。噴涂工藝制備的刮碳環(huán)由于對于復合材料要求較高，加上結(jié)構(gòu)本身的缺陷，目前應用的已經(jīng)較為有限。而單獨設計的刮碳環(huán)配件，由于與氣缸套配合較為緊密，且易于更換和維修，因而是目前活塞表面除碳的主要方式，因此，氣缸套刮碳環(huán)的設計是降低部件磨損、節(jié)約潤滑油成本的有效方法之一，但是現(xiàn)有技術中的刮碳環(huán)配件存在結(jié)構(gòu)本身硬度低、易損壞的缺陷，因而十分有必要對刮碳環(huán)的配方及制備工藝進行適當研究和改進。

美國rutger大學的sadangi等人利用“噴霧干燥→還原分解→氣相碳化”工藝制備了粒度為0.6μm的cr3c2粉末(參見r.k.sadangi，l.e.mccandlish，b.h.kear，p.seegopaul.synthesisandcharacterizationofsubmicronvanadiumandchromiumcarbidegraingrowthinhibitors.advancesinpowdermetallurgy&particularmaterials，1998：p9-p15)。其工藝過程為：首先制備含cr的前驅(qū)體溶液，然后進行噴霧干燥，再將噴霧干燥的粉末進行熱解，將熱解后的產(chǎn)物用ch4/h2混合氣體進行氣相碳化。該方法存在的主要問題是工藝較復雜，并且制得的碳化鉻粉末的粒度偏大，不能滿足碳化鉻粉末在現(xiàn)代工業(yè)中的應用。

經(jīng)檢索，中國專利申請，公開號：cn105803302a，公開日：2016.07.27，公開了一種刮碳環(huán)及其制備方法。該刮碳環(huán)采用離心鑄造工藝制備而成，以重量百分比計，該刮碳環(huán)的化學組成具體為：碳2.6～3.0％、硅1.7～2.2％；磷0.25～0.5％、硫＜0.1％、錳0.5～1.0％、硼0.25～0.5％、銅0.3～0.6％、鉻＜0.2％、鉬0.3～0.7％、鎳0.3～0.6％；余量為fe。該發(fā)明所提供的刮碳環(huán)具有生產(chǎn)周期短、成本低、抗拉強度高等優(yōu)點，初步應用實驗表明，能夠較好去除活塞表面積炭，降低潤滑油消耗，但該發(fā)明的刮碳環(huán)采用離心鑄造工藝制作，和氣缸套是硬接觸，過載使用時，容易互相損傷而縮短雙方的使用壽命。

技術實現(xiàn)要素：

1.發(fā)明要解決的技術問題

針對現(xiàn)有技術中存在與氣缸套配合的活塞表面極易積累大量積炭、刮碳環(huán)配件存在結(jié)構(gòu)本身硬度低、易損壞等問題，本發(fā)明提供了一種硼鑄鐵氣缸套刮碳環(huán)涂層及其制備和噴涂方法。它通過優(yōu)化涂層成分及分布，具有良好的耐鋅液腐蝕、耐磨損性能，并達到了提高涂層與氣缸套基層的結(jié)合強度的目的。

2.技術方案

為達到上述目的，本發(fā)明提供的技術方案為：

一種硼鑄鐵氣缸套刮碳環(huán)涂層，設置于氣缸套的頸部，所述刮碳環(huán)涂層的成分為nicr-cr3c2復合涂層，nicr合金具有優(yōu)異的耐熱、耐腐蝕、抗高溫氧化等性能，還起到粘結(jié)相的作用，cr3c2具有較好的高溫硬度和抗高溫氧化性，起硬質(zhì)相的作用，在涂層中還主要起到第二相粒子彌散強化的作用，能夠解決氣缸套內(nèi)活塞表面極易積累大量積炭、刮碳環(huán)配件存在結(jié)構(gòu)本身硬度低、易損壞等問題。而且，nicr-cr3c2具有與氣缸套相近的線膨脹系數(shù)，從而可大大降低因熱沖擊而造成的涂層剝落甚至失效，從而解決了本發(fā)明的技術問題。所述氣缸套的成分為硼鑄鐵，硼鑄鐵，即在灰鑄鐵中加入硼，可在金相組織中得到不同數(shù)量的含硼滲碳體或萊氏體組織的鑄鐵，隨硼含量的增加，顯微硬度增加，但過高的硼加入也會造成韌性降低。發(fā)明人經(jīng)過對比試驗發(fā)現(xiàn)，硼鑄鐵和nicr-cr3c2復合涂層有比較強的親和力，因此，兩者可以協(xié)同作用，提高兩者之間的結(jié)合強度。

進一步的技術方案，nicr-cr3c2復合涂層厚度為400～500μm，氣缸套噴涂了刮碳環(huán)之后，其內(nèi)徑通常比缸套小400～500μm，因而，缸套內(nèi)形成階梯形；其上、下方各車有退刀槽，中間形成刮碳環(huán)刃口，活塞頭部積碳在往復運動過程中不斷被刀口刮除掉，不能形成厚的積碳，刮下的積碳立即被排氣吹走，缸套表面的油膜不被破壞，缸套和活塞環(huán)保持良好的潤滑狀態(tài)，因此，可以大大降低缸套和活塞環(huán)的的磨損，并使其長久保持密封狀態(tài)。

進一步的技術方案，硼鑄鐵中硼的含量為0.05～0.12％，可在金相組織中得到不同數(shù)量的含硼滲碳體或萊氏體組織的鑄鐵，隨著硼含量的增加，顯微硬度增加，但過高的硼加入也會造成韌性降低，該限定范圍是發(fā)明人根據(jù)nicr-cr3c2復合涂層的使用，克服了只能添加0.03～0.08％的技術偏見，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)即便是超過0.08％的添加，氣缸套的使用壽命和使用效果相較于0.08％以下的添加反而更好，使用壽命提高了50-70％；所述nicr-cr3c2復合涂層中，cr3c2含量為70～80％，nicr為20～30％，這兩個百分比范圍的nicr粘結(jié)層與nicr-cr3c2金屬陶瓷具有較好的互熔性，其中cr3c2含量多為80％，nicr為20％，后續(xù)通過耐磨性等表征方法的檢測，可以證明是最佳比例。

一種硼鑄鐵氣缸套刮碳環(huán)涂層的制備方法，其中，所述cr3c2的制備方法為：

步驟一：混合：將重鉻酸銨粉體和納米碳黑粉體置于蒸餾水或去離子水中，混合攪拌均勻呈流體狀，加入模具中壓制成型呈前驅(qū)體；壓制后呈塊狀，以方便進行急凍；

步驟二：急凍：將前驅(qū)體快速轉(zhuǎn)入急凍空間中進行急凍；急凍的目的是在盡可能短的時間里讓流體凍結(jié)，重鉻酸銨粉體和納米碳黑粉體攪拌均勻后迅速定位，以防止塊狀流體由于密度的不同而分層，造成后續(xù)凍干處理后鉻源和碳源的分布不均，而造成碳化反應不均衡的不良后果；

步驟三：凍干：將急凍好的前驅(qū)體快速轉(zhuǎn)入真空冷凍干燥倉中進行凍干，凍干后的塊狀體只是水分子升華后形成的多微孔狀蜂窩塊，體積變化微小，均勻的鉻源和碳源定位不會發(fā)生變化，而且，凍干過程中，重鉻酸銨粉體在低溫下干燥過程中發(fā)生下列反應：

(nh4)2cr2o7(s)＝cr2o3(s)+n2↑+4h2o(2-1)

步驟四：碳化：關閉真空冷凍干燥倉冷阱，隨著溫度的升高，碳逐漸將鉻的高價氧化物還原成鉻的低價氧化物，位置固定的碳源和其周圍位置也相對固定的鉻源進行反應，最終生成均勻的碳化鉻，而且還是納米級的碳化鉻；由于凍干后塊狀體微孔孔隙的均勻性，反應中熱量的吸收也比較均勻，從而實現(xiàn)制得粒度均勻的納米級的碳化鉻的目的；

3cr2o3(s)+13c(s)＝2cr3c2(s)+9co(2-2)；

3(nh4)2cr2o7(s)+13c(s)＝2cr3c2(s)+9co+12h2o+3n2↑(2-3)(整體反應過程)。

進一步的制備方法，步驟一中，重鉻酸銨和納米碳黑粉體的配比為1：(0.17～0.21)，以防止碳源或鉻源過多的殘留；蒸餾水或去離子水用量為：粉體總重的55％～60％，對于重鉻酸銨和納米碳黑粉體的均勻混合來說，是適宜的流體成型狀態(tài)范圍；步驟二中急凍溫度為-100～-140℃，時間為30～150min，以達到迅速和徹底形成塊狀體的效果；步驟四中，升溫至900～1200℃進行碳化還原。

進一步的制備方法，步驟三中，凍干工藝曲線為：

a、初期：板溫0℃～100℃，升溫斜率2℃/min，100℃保持30～40分鐘，抽真空至60pa以內(nèi)；

b、中期：板溫降溫至80～85℃/min，保持50～60分鐘，真空控制在100pa以內(nèi)；

c、后期，板溫降溫至50～65℃/min，保持80～200分鐘，真空控制在80pa以內(nèi)。

凍干過程中，保持物料的相對低溫狀態(tài)，防止反應過于強烈而導致反應不均勻；

一種硼鑄鐵氣缸套刮碳環(huán)涂層的噴涂方法，步驟為：

步驟1)前處理：對需要噴涂的部位進行凈化處理，再裝好工裝，對非噴涂面進行遮蔽保護，之后在專用轉(zhuǎn)臺上對相應部位進行粗化；

步驟2)噴涂：用hvof方法進行噴涂，由于本發(fā)明的多元合金涂層中的各種成分，均能夠制得納米級的粒度，因此，用hvof(超音速噴涂)方法進行噴涂，效果更加明顯，制得的合金涂層附著力更強，涂層的孔隙率更??；

步驟3)打磨：用磨床磨加工至設計尺寸；

步驟4)封孔：用無機硅酸鹽封孔劑進行封孔。

進一步的噴涂方法，凈化處理中，打磨使用800#～1000#碳化硅砂紙對基材表面進行打磨，用無水乙醇清洗，丙酮脫脂；將氣缸套內(nèi)表面機械打磨至sa3級清潔度；

進一步的噴涂方法，凈化處理后再進行噴砂處理，噴砂處理使用粒徑為0.1～0.5mm鑄鐵砂為磨粒，壓縮空氣壓力＞0.8mpa，噴砂距離為80～100mm，噴砂角度為20°，使精糙度到達rz40～70μm。

進一步的噴涂方法，還包括步驟3)：冷卻后用激光器進行激光重熔工藝處理，激光功率為900～1000w，掃描速度為550～600mm/min，光斑大小10×3mm。

3.有益效果

采用本發(fā)明提供的技術方案，與現(xiàn)有技術相比，具有如下有益效果：

(1)本發(fā)明的一種硼鑄鐵氣缸套刮碳環(huán)涂層，氣缸套的成分為硼鑄鐵，硼鑄鐵，即在灰鑄鐵中加入硼，可在金相組織中得到不同數(shù)量的含硼滲碳體或萊氏體組織的鑄鐵，隨硼含量的增加，顯微硬度增加，但過高的硼加入也會造成韌性降低。刮碳環(huán)涂層的成分為nicr-cr3c2復合涂層，nicr合金具有優(yōu)異的耐熱、耐腐蝕、抗高溫氧化等性能，還起到粘結(jié)相的作用，cr3c2具有較好的高溫硬度和抗高溫氧化性，起硬質(zhì)相的作用，在涂層中還主要起到第二相粒子彌散強化的作用，能夠解決氣缸套在高溫復雜工況下極易損耗、使用壽命偏低的問題。而且，nicr-cr3c2具有與氣缸套相近的線膨脹系數(shù)，從而可大大降低因熱沖擊而造成的涂層剝落甚至失效，從而解決了本發(fā)明的技術問題；發(fā)明人經(jīng)過對比試驗發(fā)現(xiàn)，硼鑄鐵和nicr-cr3c2復合涂層有比較強的親和力，因此，兩者可以協(xié)同作用，提高兩者之間的結(jié)合強度，甚至可以提高硼的添加量；

(2)本發(fā)明的一種硼鑄鐵氣缸套刮碳環(huán)涂層，缸套噴涂了刮碳環(huán)之后，其內(nèi)徑通常比缸套小，因而，缸套內(nèi)形成階梯形；其上、下方各車有退刀槽，中間形成刮碳環(huán)刃口，活塞頭部積碳在往復運動過程中不斷被刀口刮除掉，不能形成厚的積碳，刮下的積碳立即被排氣吹走，缸套表面的油膜不被破壞，缸套和活塞環(huán)保持良好的潤滑狀態(tài)，因此，可以大大降低缸套和活塞環(huán)的的磨損，并使其長久保持密封狀態(tài)；

(3)本發(fā)明的一種硼鑄鐵氣缸套刮碳環(huán)涂層，隨著硼含量的增加，顯微硬度增加，但過高的硼加入也會造成韌性降低，該限定范圍是發(fā)明人根據(jù)nicr-cr3c2復合涂層的使用，克服了只能添加0.03～0.08％的技術偏見，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)即便是超過0.08％的添加，氣缸套的使用壽命和使用效果相較于0.08％以下的添加反而更好，使用壽命提高了50-70％；cr3c2含量為70～80％，nicr為20～30％，這兩個百分比范圍限定的nicr粘結(jié)層與nicr-cr3c2金屬陶瓷具有較好的互熔性，其中cr3c2含量多為80％，nicr為20％，后續(xù)通過耐磨性等表征方法的檢測，可以證明是最佳比例；

(4)本發(fā)明的一種硼鑄鐵氣缸套刮碳環(huán)涂層的制備方法，尤其是cr3c2的凍干工藝制備方法，凍干后的前驅(qū)塊狀體只是水分子升華后形成的多微孔狀蜂窩塊，體積變化微小，均勻的鉻源和碳源定位不會發(fā)生變化，位置固定的碳源和其周圍位置也相對固定的鉻源進行反應，最終生成均勻的碳化鉻，而且還是納米級的碳化鉻；由于凍干后塊狀體微孔孔隙的均勻性，反應中熱量的吸收也比較均勻，從而實現(xiàn)制得粒度均勻的納米級的碳化鉻的目的；

(5)本發(fā)明的一種硼鑄鐵氣缸套刮碳環(huán)涂層的制備方法，凍干工藝的使用，使重鉻酸銨和納米碳黑粉體的配比限定范圍可以根據(jù)化學反應式進行盡量精確的確定，避免了過多的雜質(zhì)，能夠防止碳源或鉻源過多的殘留而影響膜層質(zhì)量；

(6)本發(fā)明的一種硼鑄鐵氣缸套刮碳環(huán)涂層的制備方法，凍干過程中，加熱板溫度的范圍限定，能夠保持物料的相對低溫狀態(tài)(低于加熱板溫)，防止反應過于強烈而導致反應不均勻；

(7)本發(fā)明的一種硼鑄鐵氣缸套刮碳環(huán)涂層的噴涂方法，用hvof方法進行噴涂，由于本發(fā)明的多元合金涂層中的各種成分，均能夠制得納米級的粒度，因此，用hvof(超音速噴涂)方法進行噴涂，效果更加明顯，制得的合金涂層附著力更強，涂層的孔隙率更?。?/p>

(8)本發(fā)明的一種硼鑄鐵氣缸套刮碳環(huán)涂層的噴涂方法，噴涂前處理以及噴涂中的各種工藝參數(shù)，均是發(fā)明人結(jié)合本發(fā)明制得的納米級粉料，在進行了各種數(shù)據(jù)采集、分析、總結(jié)等創(chuàng)造性勞動的基礎上獲得，制得的涂層的強度達到80mpa以上，硬度達到1200hv以上，孔隙率1％以下，而且，在硬度試驗：nicr/cr3c2-20nicr涂層由界面至面層表面，顯微硬度逐步升高，最高達1363.3hv；

(9)本發(fā)明的一種硼鑄鐵氣缸套刮碳環(huán)涂層，在使用過程中，大大延長了缸套和活塞環(huán)的使用壽命；明顯阻止了燃氣串入曲軸箱，減少對潤滑油污染程度，降低了潤滑油的消耗量；由于潤滑油污染程度小，相應的自清濾清器等油路配件使用壽命延長，清理工作量減少，維護成本降低；降低了柴油機各種軸承的磨損，延長了機組的使用壽命；

(10)本發(fā)明的一種硼鑄鐵氣缸套刮碳環(huán)涂層的噴涂方法，激光重熔工藝可使涂層與基材形成冶金結(jié)合，其合金層的金相組織均有細密的針狀或枝狀的共晶組織，提高了金屬原子的親和力，進而進一步提高了涂層與基材結(jié)合程度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的硼鑄鐵氣缸套刮碳環(huán)涂層放大后結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為實施例中對比例的nicr/1cr13涂層橫截面顯微硬度分布圖；

圖3為本發(fā)明的cr3c2-20nicr涂層橫截面顯微硬度分布圖；

圖4為涂層截面顯微硬度分布統(tǒng)計圖。

圖中：1、氣缸套；2、刮碳環(huán)涂層；21、刮碳環(huán)刃口；22、退刀槽。

具體實施方式

為進一步了解本發(fā)明的內(nèi)容，結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細描述(注：如未特別注明，實施例中含量表示為重量含量)。

實施例1

本實施例的硼鑄鐵氣缸套刮碳環(huán)涂層2，如圖1所示，設置于氣缸套1的頸部，所述刮碳環(huán)涂層2的成分為nicr-cr3c2復合涂層，nicr合金具有優(yōu)異的耐熱、耐腐蝕、抗高溫氧化等性能，還起到粘結(jié)相的作用，cr3c2具有較好的高溫硬度和抗高溫氧化性，起硬質(zhì)相的作用，在涂層中還主要起到第二相粒子彌散強化的作用，能夠解決氣缸套1在高溫復雜工況下極易損耗、使用壽命偏低的問題。而且，nicr-cr3c2具有與氣缸套1相近的線膨脹系數(shù)，從而可大大降低因熱沖擊而造成的涂層剝落甚至失效，從而解決了本發(fā)明的技術問題。所述氣缸套1的成分為硼鑄鐵，硼鑄鐵，即在灰鑄鐵中加入硼，可在金相組織中得到不同數(shù)量的含硼滲碳體或萊氏體組織的鑄鐵，隨硼含量的增加，顯微硬度增加，但過高的硼加入也會造成韌性降低。發(fā)明人經(jīng)過對比試驗發(fā)現(xiàn)，硼鑄鐵和nicr-cr3c2復合涂層有比較強的親和力，因此，兩者可以協(xié)同作用，提高兩者之間的結(jié)合強度。

本實施例的硼鑄鐵氣缸套刮碳環(huán)涂層材料準備：nicr-cr3c2混合納米粉；

本實施例一種硼鑄鐵氣缸套刮碳環(huán)涂層的噴涂方法，步驟為：

步驟1)前處理：對需要噴涂的部位進行凈化處理，再裝好工裝，對非噴涂面進行遮蔽保護，之后在專用轉(zhuǎn)臺上對相應部位進行粗化；

步驟2)噴涂：用hvof方法進行噴涂，由于本發(fā)明的多元合金涂層中的各種成分，均能夠制得納米級的粒度，因此，用hvof(超音速噴涂)方法進行噴涂，效果更加明顯，制得的合金涂層附著力更強，涂層的孔隙率更??；

步驟3)打磨：用磨床磨加工至設計尺寸；

步驟4)封孔：用無機硅酸鹽封孔劑進行封孔。

實施例2

本實施例的硼鑄鐵氣缸套刮碳環(huán)涂層，基本結(jié)構(gòu)同實施例1，不同和改進之處在于：nicr-cr3c2復合涂層厚度為400μm，氣缸套1噴涂了刮碳環(huán)涂層2之后，其內(nèi)徑通常比缸套小400μm，因而，缸套內(nèi)形成階梯形；其上、下方各車有退刀槽22，中間形成刮碳環(huán)刃口21，活塞頭部積碳在往復運動過程中不斷被刀口刮除掉，不能形成厚的積碳，刮下的積碳立即被排氣吹走，缸套表面的油膜不被破壞，缸套和活塞環(huán)保持良好的潤滑狀態(tài)，因此，可以大大降低缸套和活塞環(huán)的的磨損，并使其長久保持密封狀態(tài)。

實施例3

本實施例的硼鑄鐵氣缸套刮碳環(huán)涂層，基本結(jié)構(gòu)同實施例1，不同和改進之處在于：硼鑄鐵中硼的含量為0.05％；nicr-cr3c2復合涂層厚度為500μm，cr3c2含量為70％，nicr為30％。

本實施例的硼鑄鐵氣缸套刮碳環(huán)涂層材料準備：nicr-cr3c2混合納米粉，其中，納米cr3c2粉的制備方法為：

步驟一：混合：將重鉻酸銨粉體和納米碳黑粉體按重量比1：0.17的配比置于粉體總重55％的蒸餾水中，混合攪拌均勻呈流體狀，加入方形模具中壓制成型呈前驅(qū)體；壓制后呈塊狀，以方便進行急凍；

步驟二：急凍：將前驅(qū)體快速轉(zhuǎn)入-100℃急凍空間中進行急凍150min；急凍的目的是在盡可能短的時間里讓流體凍結(jié)，重鉻酸銨粉體和納米碳黑粉體攪拌均勻后迅速定位，以防止塊狀流體由于密度的不同而分層，造成后續(xù)凍干處理后鉻源和碳源的分布不均；

步驟三：凍干：將急凍好的前驅(qū)體快速轉(zhuǎn)入真空冷凍干燥倉中進行凍干，板溫控制在100℃以下，凍干后的塊狀體只是水分子升華后形成的多微孔狀蜂窩塊，體積變化微小，均勻的鉻源和碳源定位不會發(fā)生變化，而且，凍干過程中，重鉻酸銨粉體在低溫下干燥過程中發(fā)生下列反應：

(nh4)2cr2o7(s)＝cr2o3(s)+n2↑+4h2o(2-1)

步驟四：碳化：關閉真空冷凍干燥倉冷阱，隨著溫度的升高，碳逐漸將鉻的高價氧化物還原成鉻的低價氧化物，位置固定的碳源和其周圍位置也相對固定的鉻源進行反應，最終生成均勻的碳化鉻，而且還是納米級的碳化鉻；由于凍干后塊狀體微孔孔隙的均勻性，反應中熱量的吸收也比較均勻，從而實現(xiàn)制得粒度均勻的納米級的碳化鉻的目的；

3cr2o3(s)+13c(s)＝2cr3c2(s)+9co(2-2)(碳化反應)；

3(nh4)2cr2o7(s)+13c(s)＝2cr3c2(s)+9co+12h2o+3n2↑(2-3)(整體反應過程)

本實施例一種硼鑄鐵氣缸套刮碳環(huán)涂層的噴涂方法，步驟為：

步驟1)前處理：將氣缸套表面機械打磨，打磨使用800#～1000#碳化硅砂紙對基材表面進行打磨，用無水乙醇清洗，丙酮脫脂；將氣缸套表面機械打磨至至少sa3級清潔度；后噴砂處理，使用粒徑為0.1mm鑄鐵砂為磨粒，壓縮空氣壓力1.0mpa，噴砂距離為80mm，噴砂角度為20°，使精糙度到達rz40μm；

步驟2)噴涂：用hvof方法進行噴涂：

nicr-cr3c2的噴涂方法參數(shù)為：氧氣流量：55scfh；煤油流量：22lph；噴涂距離360mm。

本實施例一種硼鑄鐵氣缸套刮碳環(huán)涂層，經(jīng)檢測：

涂層結(jié)合強度測試：根據(jù)gb/t8642-2002熱噴涂抗拉結(jié)合強度的測定方法：制得的涂層的強度達到89mpa；

涂層硬度分析：采用維氏硬度計進行測量，硬度達到1200hv以上，

涂層孔隙率采用涂膏法：將含有試液的膏狀物均勻涂敷在經(jīng)過清潔和干燥處理的試樣表面。膏狀物中的試液滲入涂層孔隙，與基體金屬作用，生成具有特征顏色的斑點，對膏體上有色斑點數(shù)目進行計數(shù)，即可得到涂層孔隙率，測得孔隙率0.77％；

抗高溫性能：在800℃抗氧化性能是10號鋼的20倍，可有效提高硼鑄鐵的使用壽命。

實施例4

本實施例的硼鑄鐵氣缸套刮碳環(huán)涂層，基本結(jié)構(gòu)同實施例1，不同和改進之處在于：硼鑄鐵中硼的含量為0.07％；nicr-cr3c2復合涂層厚度為450μm，cr3c2含量為75％，nicr為25％。

本實施例的硼鑄鐵氣缸套刮碳環(huán)涂層材料準備：nicr-cr3c2混合納米粉，其中，納米cr3c2粉的制備方法為：

步驟一：混合：將重鉻酸銨粉體和納米碳黑粉體按重量比1：0.21的配比置于粉體總重60％的蒸餾水中，混合攪拌均勻呈流體狀，加入方形模具中壓制成型呈前驅(qū)體；用2mpa壓力壓制后呈塊狀，壓至厚度為3cm，以方便進行急凍；

步驟二：急凍：將前驅(qū)體快速轉(zhuǎn)入-140℃急凍空間中進行急凍30min；

步驟三：凍干：將急凍好的前驅(qū)體快速轉(zhuǎn)入真空冷凍干燥倉中進行凍干，凍干工藝曲線為：

a、初期：板溫0℃～100℃，升溫斜率2℃/min，100℃保持30分鐘，抽真空至60pa以內(nèi)；

b、中期：板溫降溫至80℃/min，保持60分鐘，真空控制在100pa以內(nèi)；

c、后期，板溫降溫至50℃/min，保持200分鐘，真空控制在80pa以內(nèi)。

步驟四：碳化：關閉真空冷凍干燥倉冷阱，采用快速升溫后再階段式降溫的模式，30分鐘內(nèi)升溫至1200℃保持30分鐘，10分鐘內(nèi)降溫至1100℃再保持40分鐘，10分鐘內(nèi)再降溫至1000℃保溫20分鐘，10分鐘內(nèi)再降溫至900℃保持10分鐘，這種階段式降溫的優(yōu)點是，保持反應的穩(wěn)定性，進而可以保證碳化反應的均勻性以及實現(xiàn)制得粒度更加均勻的納米級的碳化鉻，經(jīng)sem掃描電鏡檢測，顆粒尺寸大約為35-40nm之間，粒度差距較小。

本實施例一種硼鑄鐵氣缸套刮碳環(huán)涂層的噴涂方法，步驟為：

步驟1)前處理：將氣缸套表面機械打磨，打磨使用1000#碳化硅砂紙對基材表面進行打磨，用無水乙醇清洗，丙酮脫脂；將氣缸套表面機械打磨至至少sa3級清潔度；后噴砂處理，使用粒徑為0.5mm鑄鐵砂為磨粒，壓縮空氣壓力1.2mpa，噴砂距離為100mm，噴砂角度為20°，使精糙度到達rz70μm；再裝好工裝，對非噴涂面進行遮蔽保護，之后在專用轉(zhuǎn)臺上對相應部位進行粗化；

步驟2)噴涂：用hvof方法進行噴涂：

nicr-cr3c2的噴涂方法參數(shù)為：氧氣流量：57scfh；煤油流量：21lph；噴涂距離370mm。；

步驟3)打磨：用磨床磨加工至設計尺寸；

步驟4)封孔：用無機硅酸鹽封孔劑進行封孔。

本實施例一種硼鑄鐵氣缸套刮碳環(huán)涂層，經(jīng)檢測：

涂層結(jié)合強度測試：根據(jù)gb/t8642-2002熱噴涂抗拉結(jié)合強度的測定方法：制得的涂層的強度達到97mpa；

涂層硬度分析：采用維氏硬度計進行測量，硬度達到1300hv以上，

涂層孔隙率采用涂膏法：將含有試液的膏狀物均勻涂敷在經(jīng)過清潔和干燥處理的試樣表面。膏狀物中的試液滲入涂層孔隙，與基體金屬作用，生成具有特征顏色的斑點，對膏體上有色斑點數(shù)目進行計數(shù)，即可得到涂層孔隙率，測得孔隙率0.67％；

抗高溫性能：在800℃抗氧化性能是10號鋼的25倍，可有效提高硼鑄鐵的使用壽命。

檢測時，發(fā)明人還研究了涂層在500℃(每隔10min淬火一次)高溫條件下的熱震性能，nicr/cr3c2-25nicr涂層經(jīng)50余次循環(huán)而不發(fā)生剝落。

強度試驗：采用e-7膠作為粘結(jié)劑，固化后開展拉伸實驗，以0.1mm/min速率拉伸，拉伸強度為97.5mpa時，粘結(jié)試樣發(fā)生斷裂，斷裂面為膠結(jié)層內(nèi)，表明涂層結(jié)合強度大于97.5mpa。

實施例5

本實施例的硼鑄鐵氣缸套刮碳環(huán)涂層，基本結(jié)構(gòu)同實施例1，不同和改進之處在于：硼鑄鐵中硼的含量為0.09％；nicr-cr3c2復合涂層厚度為460μm，cr3c2含量為80％，nicr為20％。

本實施例的硼鑄鐵氣缸套刮碳環(huán)涂層材料準備：nicr-cr3c2混合納米粉，其中，納米cr3c2粉的制備方法為：

步驟一：混合：將重鉻酸銨粉體和納米碳黑粉體按重量比1：0.19的配比置于粉體總重60％的蒸餾水中，混合攪拌均勻呈流體狀，加入方形模具中壓制成型呈前驅(qū)體；用1.2mpa壓力壓制后呈塊狀，壓至厚度為2cm，以方便進行急凍；

步驟二：急凍：將前驅(qū)體快速轉(zhuǎn)入-120℃急凍空間中進行急凍80min；

步驟三：凍干：將急凍好的前驅(qū)體快速轉(zhuǎn)入真空冷凍干燥倉中進行凍干，凍干工藝曲線為：

a、初期：板溫0℃～100℃，升溫斜率2℃/min，100℃保持40分鐘，抽真空至60pa以內(nèi)；

b、中期：板溫降溫至85℃/min，保持50分鐘，真空控制在100pa以內(nèi)；

c、后期，板溫降溫至55℃/min，保持120分鐘，真空控制在80pa以內(nèi)。

步驟四：碳化：關閉真空冷凍干燥倉冷阱，采用快速升溫后再階段式降溫的模式，40分鐘內(nèi)升溫至1200℃保持25分鐘，10分鐘內(nèi)降溫至1100℃再保持45分鐘，10分鐘內(nèi)再降溫至1000℃保溫30分鐘，5分鐘內(nèi)再降溫至900℃保持5分鐘，這種階段式降溫的優(yōu)點是，保持反應的穩(wěn)定性，進而可以保證碳化反應的均勻性以及實現(xiàn)制得粒度更加均勻的納米級的碳化鉻，經(jīng)sem掃描電鏡檢測，顆粒尺寸大約為35-40nm之間，粒度差距較小。

本實施例一種硼鑄鐵氣缸套刮碳環(huán)涂層的噴涂方法，步驟為：

步驟1)前處理：將氣缸套表面機械打磨，打磨使用900#碳化硅砂紙對基材表面進行打磨，用無水乙醇清洗，丙酮脫脂；將氣缸套表面機械打磨至至少sa3級清潔度；后噴砂處理，使用粒徑為0.25mm鑄鐵砂為磨粒，壓縮空氣壓力1.0mpa，噴砂距離為90mm，噴砂角度為20°，使精糙度到達rz50μm；再裝好工裝，對非噴涂面進行遮蔽保護，之后在專用轉(zhuǎn)臺上對相應部位進行粗化；

步驟2)噴涂：用hvof方法進行噴涂：

nicr-cr3c2的噴涂方法參數(shù)為：氧氣流量：59scfh；煤油流量：21lph；噴涂距離370mm；

步驟3)打磨：用磨床磨加工至設計尺寸；

步驟4)封孔：用無機硅酸鹽封孔劑進行封孔。

本實施例一種硼鑄鐵氣缸套刮碳環(huán)涂層，經(jīng)檢測：

涂層結(jié)合強度測試：根據(jù)gb/t8642-2002熱噴涂抗拉結(jié)合強度的測定方法：制得的涂層的強度達到103.6mpa；

涂層硬度分析：采用維氏硬度計進行測量，硬度達到1350hv以上，

涂層孔隙率采用涂膏法：將含有試液的膏狀物均勻涂敷在經(jīng)過清潔和干燥處理的試樣表面。膏狀物中的試液滲入涂層孔隙，與基體金屬作用，生成具有特征顏色的斑點，對膏體上有色斑點數(shù)目進行計數(shù)，即可得到涂層孔隙率，測得孔隙率0.61％；

抗高溫性能：在800℃抗氧化性能是10號鋼的29倍，有效提高了硼鑄鐵的使用壽命。

檢測時，發(fā)明人還研究了涂層在500℃(每隔10min淬火一次)高溫條件下的熱震性能，nicr/cr3c2-25nicr涂層經(jīng)60余次循環(huán)而不發(fā)生剝落。

強度試驗：采用e-7膠作為粘結(jié)劑，固化后開展拉伸實驗，以0.1mm/min速率拉伸，拉伸強度為107.5mpa時，粘結(jié)試樣發(fā)生斷裂，斷裂面為膠結(jié)層內(nèi)，表明涂層結(jié)合強度大于107.5mpa。

實施例6

本實施例的硼鑄鐵氣缸套刮碳環(huán)涂層，基本結(jié)構(gòu)同實施例1，不同和改進之處在于：硼鑄鐵中硼的含量為0.10％；nicr-cr3c2復合涂層厚度為470μm，cr3c2含量為80％，nicr為20％。

本實施例的硼鑄鐵氣缸套刮碳環(huán)涂層材料準備：nicr-cr3c2混合納米粉，其中，納米cr3c2粉的制備方法為：

步驟一：混合：將重鉻酸銨粉體和納米碳黑粉體按重量比1：0.20的配比置于粉體總重60％的蒸餾水中，混合攪拌均勻呈流體狀，加入方形模具中壓制成型呈前驅(qū)體；用1.4mpa壓力壓制后呈塊狀，壓至厚度為2.5cm，以方便進行急凍；

步驟二：急凍：將前驅(qū)體快速轉(zhuǎn)入-110℃急凍空間中進行急凍90min；

步驟三：凍干：將急凍好的前驅(qū)體快速轉(zhuǎn)入真空冷凍干燥倉中進行凍干，凍干工藝曲線為：

a、初期：板溫0℃～100℃，升溫斜率2℃/min，100℃保持35分鐘，抽真空至60pa以內(nèi)；

b、中期：板溫降溫至80℃/min，保持50分鐘，真空控制在100pa以內(nèi)；

c、后期，板溫降溫至60℃/min，保持100分鐘，真空控制在80pa以內(nèi)。

步驟四：碳化：關閉真空冷凍干燥倉冷阱，采用快速升溫后再階段式降溫的模式，40分鐘內(nèi)升溫至1200℃保持25分鐘，10分鐘內(nèi)降溫至1100℃再保持45分鐘，10分鐘內(nèi)再降溫至1000℃保溫30分鐘，5分鐘內(nèi)再降溫至900℃保持5分鐘，這種階段式降溫的優(yōu)點是，保持反應的穩(wěn)定性，進而可以保證碳化反應的均勻性以及實現(xiàn)制得粒度更加均勻的納米級的碳化鉻，經(jīng)sem掃描電鏡檢測，顆粒尺寸大約為30-35nm之間，粒度差距較小。

本實施例一種硼鑄鐵氣缸套刮碳環(huán)涂層的噴涂方法，步驟為：

步驟1)前處理：將氣缸套表面機械打磨，打磨使用1100#碳化硅砂紙對基材表面進行打磨，用無水乙醇清洗，丙酮脫脂；將氣缸套表面機械打磨至至少sa3級清潔度；后噴砂處理，使用粒徑為0.15mm鑄鐵砂為磨粒，壓縮空氣壓力1.3mpa，噴砂距離為80mm，噴砂角度為20°，使精糙度到達rz40μm；再裝好工裝，對非噴涂面進行遮蔽保護，之后在專用轉(zhuǎn)臺上對相應部位進行粗化；

步驟2)噴涂：用hvof方法進行噴涂：

nicr-cr3c2的噴涂方法參數(shù)為：氧氣流量：60scfh；煤油流量：23lph；噴涂距離390mm；

步驟3)打磨：用磨床磨加工至設計尺寸；

步驟4)封孔：用無機硅酸鹽封孔劑進行封孔；

步驟5)：冷卻后用激光器進行激光重熔工藝處理，激光功率為900w，掃描速度為550mm/min，光斑大小10×3mm。

實施例7

對比試驗：nicr/1cr13涂層，粒度、厚度及工藝參數(shù)相同，制得的nicr/1cr13涂層，采用金相顯微硬度分析，如圖2所示，由界面至面層表面，硬度為236.5、271.5、361.2、525.4、608.7、844.7。

本實施例6的硼鑄鐵氣缸套刮碳環(huán)涂層采用金相顯微硬度分析，如圖3所示，由界面至面層表面，硬度為253.4、334.1、751.2、1004.4、1122.9、1363.3。

兩種涂層截面硬度多點數(shù)據(jù)采集整理結(jié)果如圖4所示，可以看出，本發(fā)明的ncr3c2-20nicr涂層由界面至面層表面，顯微硬度逐步升高，最高達1363.3hv。

強度試驗：采用e-7膠作為粘結(jié)劑，固化后開展拉伸實驗，以0.1mm/min速率拉伸，拉伸強度為115.0mpa時，粘結(jié)試樣發(fā)生斷裂，斷裂面為膠結(jié)層內(nèi)，表明涂層結(jié)合強度大于115.0mpa。

實施例8

本實施例的硼鑄鐵氣缸套刮碳環(huán)涂層，基本結(jié)構(gòu)同實施例1，不同和改進之處在于：硼鑄鐵中硼的含量為0.11％；nicr-cr3c2復合涂層厚度為480μm，cr3c2含量為80％，nicr為20％。

本實施例的硼鑄鐵氣缸套刮碳環(huán)涂層材料準備：nicr-cr3c2混合納米粉，其中，納米cr3c2粉的制備方法為：

步驟一：混合：將重鉻酸銨粉體和納米碳黑粉體按重量比1：0.18的配比置于粉體總重60％的蒸餾水中，混合攪拌均勻呈流體狀，加入方形模具中壓制成型呈前驅(qū)體；用1.1mpa壓力壓制后呈塊狀，壓至厚度為3cm，以方便進行急凍；

步驟二：急凍：將前驅(qū)體快速轉(zhuǎn)入-130℃急凍空間中進行急凍100min；

步驟三：凍干：將急凍好的前驅(qū)體快速轉(zhuǎn)入真空冷凍干燥倉中進行凍干，凍干工藝曲線為：

a、初期：板溫0℃～100℃，升溫斜率2℃/min，100℃保持40分鐘，抽真空至60pa以內(nèi)；

b、中期：板溫降溫至85℃/min，保持50分鐘，真空控制在100pa以內(nèi)；

c、后期，板溫降溫至55℃/min，保持120分鐘，真空控制在80pa以內(nèi)。

步驟四：碳化：關閉真空冷凍干燥倉冷阱，采用快速升溫后再階段式降溫的模式，40分鐘內(nèi)升溫至1200℃保持25分鐘，10分鐘內(nèi)降溫至1100℃再保持45分鐘，10分鐘內(nèi)再降溫至1000℃保溫30分鐘，5分鐘內(nèi)再降溫至900℃保持5分鐘，這種階段式降溫的優(yōu)點是，保持反應的穩(wěn)定性，進而可以保證碳化反應的均勻性以及實現(xiàn)制得粒度更加均勻的納米級的碳化鉻，經(jīng)sem掃描電鏡檢測，顆粒尺寸大約為35-40nm之間，粒度差距較小。

本實施例一種硼鑄鐵氣缸套刮碳環(huán)涂層的噴涂方法，步驟為：

步驟1)前處理：將氣缸套表面機械打磨，打磨使用1200#碳化硅砂紙對基材表面進行打磨，用無水乙醇清洗，丙酮脫脂；將氣缸套表面機械打磨至至少sa3級清潔度；后噴砂處理，使用粒徑為0.2mm鑄鐵砂為磨粒，壓縮空氣壓力1.1mpa，噴砂距離為85mm，噴砂角度為20°，使精糙度到達rz40μm；再裝好工裝，對非噴涂面進行遮蔽保護，之后在專用轉(zhuǎn)臺上對相應部位進行粗化；

步驟2)噴涂：用hvof方法進行噴涂：

nicr-cr3c2的噴涂方法參數(shù)為：氧氣流量：59scfh；煤油流量：21lph；噴涂距離370mm；

步驟3)打磨：用磨床磨加工至設計尺寸；

步驟4)封孔：用無機硅酸鹽封孔劑進行封孔；

步驟5)：冷卻后用激光器進行激光重熔工藝處理，激光功率為1000w，掃描速度為650mm/min，光斑大小10×3mm。

本實施例一種硼鑄鐵氣缸套刮碳環(huán)涂層，經(jīng)檢測：

涂層結(jié)合強度測試：根據(jù)gb/t8642-2002熱噴涂抗拉結(jié)合強度的測定方法：制得的涂層的強度達到124.4mpa；

涂層硬度分析：采用維氏硬度計進行測量，硬度達到1360hv以上，

涂層孔隙率采用涂膏法：將含有試液的膏狀物均勻涂敷在經(jīng)過清潔和干燥處理的試樣表面。膏狀物中的試液滲入涂層孔隙，與基體金屬作用，生成具有特征顏色的斑點，對膏體上有色斑點數(shù)目進行計數(shù)，即可得到涂層孔隙率，測得孔隙率0.37％；

抗高溫性能：在800℃抗氧化性能是10號鋼的30倍，有效提高了硼鑄鐵的使用壽命。

實施例9

本實施例的硼鑄鐵氣缸套刮碳環(huán)涂層，基本結(jié)構(gòu)同實施例1，不同和改進之處在于：硼鑄鐵中硼的含量為0.12％；nicr-cr3c2復合涂層厚度為450μm，cr3c2含量為80％，nicr為20％。

本實施例的硼鑄鐵氣缸套刮碳環(huán)涂層材料準備：nicr-cr3c2混合納米粉，其中，納米cr3c2粉的制備方法為：

步驟一：混合：將重鉻酸銨粉體和納米碳黑粉體按重量比1：0.20的配比置于粉體總重60％的蒸餾水中，混合攪拌均勻呈流體狀，加入方形模具中壓制成型呈前驅(qū)體；用1.4mpa壓力壓制后呈塊狀，壓至厚度為2.5cm，以方便進行急凍；

步驟二：急凍：將前驅(qū)體快速轉(zhuǎn)入-110℃急凍空間中進行急凍90min；

步驟三：凍干：將急凍好的前驅(qū)體快速轉(zhuǎn)入真空冷凍干燥倉中進行凍干，凍干工藝曲線為：

a、初期：板溫0℃～100℃，升溫斜率2℃/min，100℃保持35分鐘，抽真空至60pa以內(nèi)；

b、中期：板溫降溫至80℃/min，保持50分鐘，真空控制在100pa以內(nèi)；

c、后期，板溫降溫至60℃/min，保持100分鐘，真空控制在80pa以內(nèi)。

步驟四：碳化：關閉真空冷凍干燥倉冷阱，采用快速升溫后再階段式降溫的模式，40分鐘內(nèi)升溫至1200℃保持25分鐘，10分鐘內(nèi)降溫至1100℃再保持45分鐘，10分鐘內(nèi)再降溫至1000℃保溫30分鐘，5分鐘內(nèi)再降溫至900℃保持5分鐘，這種階段式降溫的優(yōu)點是，保持反應的穩(wěn)定性，進而可以保證碳化反應的均勻性以及實現(xiàn)制得粒度更加均勻的納米級的碳化鉻，經(jīng)sem掃描電鏡檢測，顆粒尺寸大約為30-35nm之間，粒度差距較小。

本實施例一種硼鑄鐵氣缸套刮碳環(huán)涂層的噴涂方法，同實施例9。

本實施例一種硼鑄鐵氣缸套刮碳環(huán)涂層，經(jīng)檢測：

涂層結(jié)合強度測試：根據(jù)gb/t8642-2002熱噴涂抗拉結(jié)合強度的測定方法：制得的涂層的強度達到128.0mpa；

涂層硬度分析：采用維氏硬度計進行測量，硬度達到1360hv以上，

涂層孔隙率采用涂膏法：將含有試液的膏狀物均勻涂敷在經(jīng)過清潔和干燥處理的試樣表面。膏狀物中的試液滲入涂層孔隙，與基體金屬作用，生成具有特征顏色的斑點，對膏體上有色斑點數(shù)目進行計數(shù)，即可得到涂層孔隙率，測得孔隙率0.41％；

抗高溫性能：在800℃抗氧化性能是10號鋼的30倍，有效提高了硼鑄鐵的使用壽命。

實施例10

本實施例的硼鑄鐵氣缸套刮碳環(huán)涂層及其制備和噴涂方法，基本結(jié)構(gòu)同實施例8，不同之處在于：本實施例的硼鑄鐵氣缸套刮碳環(huán)涂層及其制備和噴涂方法，基本結(jié)構(gòu)同實施例8，不同之處在于：刮碳環(huán)涂層2呈階梯形環(huán)帶狀，退刀槽22寬度為刮碳環(huán)刃口21寬度的1/8～1/10，避免積碳存量過多影響活塞頭的往復運動，過少存貯空間過??；上、下方退刀槽的寬度為1：1，形成上下均勻的積碳暫存空間；刮碳環(huán)刃口21的寬度為氣缸套1直徑的1/8～1/10。退刀槽22和刮碳環(huán)刃口21相交處有弧形過渡，避免刃口對活塞頭過度損傷形成過多的積碳。本實施例中，氣缸套1直徑為320mm，刮碳環(huán)刃口21的寬度為40mm，上、下方退刀槽22的寬度為5mm。

步驟5)：冷卻后用激光器進行激光重熔工藝處理，激光功率為950w，掃描速度為600mm/min，光斑大小10×3mm。

以上示意性的對本發(fā)明及其實施方式進行了描述，該描述沒有限制性，附圖中所示的也只是本發(fā)明的實施方式之一，實際的結(jié)構(gòu)并不局限于此。所以，如果本領域的普通技術人員受其啟示，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造宗旨的情況下，不經(jīng)創(chuàng)造性的設計出與該技術方案相似的結(jié)構(gòu)方式及實施例，均應屬于本發(fā)明的保護范圍。