热喷涂缸体铁基涂层材料组织及耐磨性分析
吴比
沈阳工业大学硕士学位论文
摘 要
本文对铝合金发动机机体的耐磨性问题的三种解决方案作了简要的对比。绝大多数的铝合金发动机采用镶嵌壁厚为 1.5-3mm 的铸铁缸套以改善铝合金的耐磨性能。但此法存在以下缺点：缸套自身增加了大约 1.5kg 的重量；而且由于装配需要，增加了发动机缸体的总体尺寸。其次，铸铁缸套成分无法灵活的改变，很难达到与活塞环最佳的摩擦副组合。对发动机的工作效率造成很大的影响。而采用热喷涂技术制备发动机缸体涂层可以克服这些缺点。
本文概述了热喷涂制备缸体涂层技术的发展，电弧喷涂技术的原理、特点、应用，以及喷涂参数对涂层性能的影响。本文采用电弧喷涂技术制备了五种铁基涂层：08Mn2Si、08A、4Cr13、65Mn、08CrMoVA。通过金相显微镜和扫描电子显微镜分析了涂层组织特征。这五种涂层材料均具有扁平层状结构，氧化物和孔隙多数分布在扁平粒子边界，也有少数分布在粒子内部。利用金相分析系统测量了涂层的孔隙率分别为：6.17%、4.48%、3.32%、5.56%、6.59%。通过 X射线衍射分析仪对氧化物定性分析，发现涂层中都存在可以减磨的 FeO氧化物。涂层显微硬度分别为：231.2HV、213.8HV、287.9HV、328.9HV、226.6HV。利用 MMW-1 型立式万能摩擦磨损试验机分别在流体润滑、边界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。并与灰铸铁缸套材料做了对比。为热喷涂制备缸体涂层材料的选择提供参考。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。在流体润滑条件下，4Cr13 涂层摩擦系数及耐磨性最好，且优于灰铸铁。在边界润滑条件下，FeO 氧化物及孔隙降低了涂层的摩擦系数，08A 及 4Cr13 涂层摩擦系数及耐磨性优于灰铸铁。在干磨条件下，灰铸铁的摩擦系数最小，但失重大；08Mn2Si 涂层摩擦系数略高于灰铸铁，但失重最少。此时，硬度越高耐磨性越好，但同时对偶件磨损越严重。
关键字：热喷涂，耐磨性，发动机缸体
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