摘要
实现汽车的节能减排，是整个汽车行业所面临的重大挑战。减轻汽车的重量是实现这一宏伟目标的一条有效途径。采用铝制发动机缸体，可以减轻汽车的重量，在其缸体内壁喷涂一层铁基涂层，可以增强铝制缸体的耐磨性。本文采用电弧喷涂技术制备了三种铁基涂层：H08Mn2Si、4Cr13、65Mn。通过金相显微镜和扫描电子显微镜分析了涂层组织特征。这三种涂层材料均具有典型的层状涂层结构特征。三种涂层中以等轴非等轴孔隙居多，缝隙装孔隙最少，且孔隙在空间中呈星形拓扑结构分布。涂层孔隙对于液体的渗透性良好，通过模拟实验证明涂层在润滑条件的磨损状态下，能够一直保持油液的渗入。利用MMU-5G型万能摩擦磨损试验机分别在浸油润滑和干摩擦条件下，测试了涂层材料的摩擦系数，分析了涂层的耐磨性及磨损方式。试验结果表明：在所有磨损试验中，涂层磨损形式主要为磨粒磨损。在干磨条件下，灰铸铁试样的摩擦系数最少，其中的石墨起到的润滑的作用，而铁基涂层中的孔隙无法发挥其减磨作用，导致摩擦系数高于灰铸铁。在50N载荷浸油条件下，4Cr13涂层摩擦系数及耐磨性最好，孔隙起到了储油减磨的作用，三种涂层的摩擦性能均优于灰铸铁。在200N载荷浸油条件下，4Cr13涂层摩擦系数及耐磨性依然优于灰铸铁且在三种涂层中最好，H08Mn2Si涂层的摩擦系数比50N载荷浸油条件下降低幅度最大，说明涂层的摩擦性能要从本身耐磨性与其各种减磨结构综合衡量。
关键字：热喷涂；耐磨性；发动机缸体
Abstract
To realize the energy saving and emission reduction,is a major challenge facing the entire automotive industry.Reduce the weight of the car is an effective way to achieve this goal.Using aluminum engine block,can reduce the weight of the car,in the cylinder wall coating a layer of Fe based coating,can enhance the wear resistance of aluminum cylinder. This paper uses three kinds of Fe based coating by arc spraying technology system: H08Mn2Si,4Cr13,65Mn.The analysis of the microstructure of the coating by metallographic microscope and scanning electron microscope.These three kinds of coating materials have the typical characteristics of layered coating structure.Three kinds of coating with equiaxed non equiaxed pores are arranged,slit pores at least,and the pore space in a star topology.The pores of the coatings for liquid permeability good,wear condition through simulation experiments prove that coating on the lubrication condition,has been able to keep the oil infiltration.Universal friction and wear testing machine were soaked in oil lubrication and dry friction condition by using MMU-5G type,friction coefficient of the coating material were tested,analyzed the wear resistance and wear mode of coatings.The test results show that:in all wear test,the wear mechanisms are mainly abrasive wear.In dry friction condition,and the Fe based coating in the pores and unable to play its role in reducing wear,the friction coefficient is higher than that of gray cast iron.In the loading of50N oil immersed conditions, friction coefficient and wear resistance of4Cr13coating is the best,the pore to reduce abrasion of oil,the friction properties of three kinds of coatings are better th
an that of grey cast iron.In the loading of200N oil immersed conditions,the friction coefficient and wear resistance of4Cr13coating is better than the gray cast iron and the three kinds of coatings in the best,the friction coefficient of H08Mn2Si coating than50N under the condition of oil immersed load decrease,the friction properties of the coating itself from the wear resistance and antifriction structure comprehensive measure.
Keywords:thermal spraying;wear resistance;engine block
目录
摘要.............................................................................................................................................II 第1章绪论. (1)
1.1汽车发动机材料的发展 (1)
1.2热喷涂技术 (2)
1.3电弧喷涂技术 (2)
1.3.1电弧喷涂技术的原理及特点 (2)
1.3.2热喷涂技术的优点 (3)
1.3.3热喷涂技术的缺点 (4)
1.4发动机缸体喷涂技术 (5)
第2章实验仪器、材料及方法 (6)
2.1实验仪器 (6)
2.2涂层材料 (6)
2.3基体材料表面预处理 (7)
2.4喷涂工艺 (7)
2.5实验步骤 (9)
第3章涂层的组织分析 (12)
3.14Cr13涂层的组织形貌及物相分析 (12)
3.208Mn2Si的组织形貌及物相分析 (12)
3.365Mn涂层的组织形貌及物相分析 (13)
第4章涂层硬度及磨损试验 (15)
4.1涂层硬度 (15)
4.2涂层的磨损试验 (16)
沈阳汽车4.2.1实验设备 (16)
4.2.2实验步骤 (17)
4.2.3载荷50N下干摩擦10min (17)
4.3.4载荷50N浸油磨损2小时 (19)
4.3.5载荷200N浸油磨损2小时 (21)
4.4涂层横截面的观察 (23)
4.5小结 (23)
第5章结论 (25)
参考文献 (26)
第1章绪论
1.1汽车发动机材料的发展
环境保护，能源消耗是如今的焦点问题。在汽车行业中，也因此面临重大的挑战。如何减少燃料消耗，同时降低有害气体排放，成为了各汽车厂商所要解决的难题。
减轻汽车重量是汽车轻量化的重要途径。据研究表明，有六成的燃料消耗约用于汽车自身重量，所以汽车重量每减少一百公斤，百公里油耗便能减少0.4升左右。由于发动机是汽车上最重的零部件之一，所以减轻发动机的重量是汽车轻量化的重要环节。
现在，铝合金已经广泛应用在工业自动化的各项领域。其中之一便是代替传统铸铁，作为发动机缸体的材料。这项技术推进了汽车轻量化的发展，有效地节约燃料。
铝合金有着质量小，易加工等优点，降低发动机自重的同时又减小了油耗。据统计，市面上的汽车近乎有六成以上使用了全铝发动机。但由于铝本身的特点，导致铝合金的磨损性能低下。对此有三种解决方案：一是在缸体内部嵌入厚度约1.5-3mm的铸铁缸套；二是研制高硅铝合金作为缸体的材料；三是通过热喷涂技术在缸体内壁喷涂一种磨损性能优越的涂层。
第一种方法虽说解决了铝合金的不耐磨问题，但是由于重新嵌入了铸铁缸套，会再次增加自身的重量。同时，由于热传导性能差异，铸铁膨胀系数与铝制合金也不相同。第二种方法，高硅铝合金的确有着良好的磨损性能。但是高硅铝合金的制备技术在实践中还很难应用，并且制备成本大，应用受到局限。第三种方法由于是采用热喷涂技术，通过喷涂技术，可以改善铝制发动机缸体的耐磨性，涂层厚度很薄，几乎不会增加发动机本身的重量，这也使铝合金发动机的重量明显低于铸铁发动机。而且在涂层材料的选用上十分灵活，可以达到预期的耐磨目标。另外，由于涂层厚度也可以根据实际情况设定，这也使得发动机在各零件的装配过程中，完全保证精度要求。
1.2热喷涂技术
发展至今，由于喷涂技术制备的涂层有着良好的性能，已经被广泛应用，在钢类零部件的维修和防护上也起到至关重要的作用。在能源、冶金和汽车三大领域，热喷涂技术作为不可或缺的工艺手段。同时随着新型材料的发展，势必推进热喷涂技术的进化脚