【摘要】：隨著汽車(chē)工業(yè)的快速發(fā)展,能源和環(huán)境污染問(wèn)題變得越來(lái)越嚴(yán)峻。通過(guò)減輕汽車(chē)的重量和提高燃油經(jīng)濟(jì)性,可以有效地降低汽車(chē)的能耗,并且起到保護(hù)環(huán)境的效果,因而各國(guó)的汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)都在進(jìn)行相關(guān)的研究。國(guó)際權(quán)威機(jī)構(gòu)發(fā)布的研究報(bào)告指出燃料中超過(guò)一半都被汽車(chē)自重所消耗,更有研究機(jī)構(gòu)指出汽車(chē)自重每減輕10%,燃油的消耗也可相應(yīng)減少十分之一以上。發(fā)動(dòng)機(jī)不但是汽車(chē)上非常重要的部件之一,而且也是重量最大的零件之一,在汽車(chē)行業(yè)中超過(guò)一半以上的車(chē)輛均采用鋁合金材料來(lái)制造發(fā)動(dòng)機(jī)。雖然使用鋁合金材料制造的發(fā)動(dòng)機(jī)使得汽車(chē)重量減輕的程度很大,但其無(wú)法滿(mǎn)足缸體高耐磨性這一技術(shù)要求,通常采用嵌入鑄鐵缸套或者采用高硅鋁合金作為缸體的材料,但兩者都存在很多技術(shù)上不足。在鋁合金缸體內(nèi)壁上利用電弧熱噴涂技術(shù)制備出厚度大約在200-300μm之間的涂層,增加的重量幾乎可以忽略,可以靈活選擇噴涂所使用的絲材,噴涂和機(jī)械加工可以在缸體內(nèi)壁上依次進(jìn)行,精度也有保障,成本也很低。為了在鋁制發(fā)動(dòng)機(jī)缸體內(nèi)壁制備出致密、均勻、與基體結(jié)合強(qiáng)度高、高耐磨的涂層,首先設(shè)計(jì)并制造研制出可用于發(fā)動(dòng)機(jī)缸體內(nèi)表面噴涂的專(zhuān)用熱噴涂槍體,該槍體可以完成旋轉(zhuǎn)噴涂功能,并能保證噴涂層的結(jié)合性能和噴涂質(zhì)量。將選用的4Cr13、65Mn和08Mn2Si鐵基絲材噴涂到基本表面,利用金相顯微鏡和掃描電子顯微鏡,觀察并分析涂層的組織結(jié)構(gòu)和形貌特征,并借助能譜(EDS)分析和XRD圖譜分析,得出涂層中所含元素的特點(diǎn)及所含物相的成分。采用DPT-5著色滲透劑和吸附介質(zhì)(顯像劑),觀察液體在涂層孔隙中滲透情況,從而得出涂層中孔隙結(jié)構(gòu)的分布及形貌。利用ImageJ軟件得出孔隙輪廓圖片并計(jì)算出各涂層的孔隙率,然后利用MMU-5G材料端面高溫摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)在干濕環(huán)境下,采用不同應(yīng)力,進(jìn)行耐磨性試驗(yàn)并與灰鑄鐵對(duì)比,得出涂層的失重量、銷(xiāo)的失重量、涂層摩擦系數(shù)、涂層磨痕金相圖,結(jié)合涂層組成物質(zhì)特點(diǎn)、孔隙結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及孔隙率進(jìn)行涂層耐磨性分析,通過(guò)分析得出涂層硬度、涂層中的孔隙結(jié)構(gòu)、孔隙率的大小、孔隙的分布狀況等與涂層摩擦磨損性能之間的關(guān)系,并與建立的涂層數(shù)據(jù)模型進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,涂層的結(jié)合強(qiáng)度與涂層的孔隙率和氧化物占比有關(guān)。涂層的結(jié)合強(qiáng)度與涂層中氧化物含量以及涂層的致密度成正比關(guān)系。在干摩擦條件下,顯微硬度最大的65Mn涂層的磨損量最小,而顯微硬度最小的08Mn2Si涂層磨損量最大。涂層中氧化物的含量決定了涂層的摩擦性,涂層中的氧化物具有明顯的潤(rùn)滑作用,從而增加了涂層的耐磨性,涂層中氧化物的含量越高,摩擦過(guò)程中涂層表面形成的潤(rùn)滑膜越完整,涂層的摩擦系數(shù)越小。在浸油摩擦條件下,孔隙率及孔隙結(jié)構(gòu)的分布決定了涂層的摩擦性。與表面連通孔隙在摩擦過(guò)程中油液進(jìn)入孔隙中,在摩擦?xí)r儲(chǔ)存的油液不斷的輸送到摩擦界面,從而起到了減摩的作用。由此得出結(jié)論,自制的內(nèi)孔噴槍可以實(shí)現(xiàn)鋁制缸體內(nèi)壁的涂層的制備,涂層制備中粒子堆垛出現(xiàn)的孔隙結(jié)構(gòu),在缸體實(shí)況工作中,可以起到很好的減摩作用。因此利用電弧熱噴涂技術(shù)在鋁制發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)壁制備耐磨涂層,可以取代在鋁制缸體內(nèi)嵌入鑄鐵缸套或者采用高硅鋁合金作為缸體的方法,同時(shí)為內(nèi)燃機(jī)鋁制發(fā)動(dòng)機(jī)缸體內(nèi)壁耐磨涂層的制作提供了理論參考。
[Abstract]:With the rapid development of the automobile industry, the problem of energy and environmental pollution becomes more and more serious. By reducing the weight of the car and improving the fuel economy, the energy consumption of the automobile can be reduced effectively, and the effect of protecting the environment is effective. Therefore, the automobile production enterprises and the research institutions of various countries are carrying on the related research. More than half of the fuel is consumed by car weight, and more research institutions point out that the car's self weight is reduced by 10% and fuel consumption can be reduced by more than 1/10. More than half of the vehicles are made of aluminum alloy materials to make engines. Although the engine made using aluminum alloy material makes the weight of the car lighten, it can not meet the technical requirements of the high wear resistance of the cylinder, usually using the embedded cast iron cylinder liner or the high silicon aluminum alloy as the cylinder material, but both are stored. On the inner wall of the aluminum alloy cylinder, the coating with the thickness of about 200-300 m is prepared on the inner wall of the aluminum alloy cylinder. The weight of the increase is almost negligible. The wire material used can be chosen flexibly. The spraying and machining can be carried out in turn on the inner wall of the cylinder body, the precision is also guaranteed and the cost is very low. In order to make the inner wall of the aluminum engine cylinder tight and uniform, the coating with high bonding strength and high wear resistance is designed and manufactured, first, a special thermal spraying gun which can be used to spray the body surface of the engine cylinder is designed and manufactured. The gun body can finish the function of rotating spraying, and can ensure the bonding and spraying quality of the spraying layer. 4Cr13,65Mn and 08Mn2Si iron base wire were sprayed to the basic surface. The microstructure and morphology of the coating were observed and analyzed by metallographic microscope and scanning electron microscope. The characteristics of the elements in the coating and the composition of the phase contained in the coating were obtained by means of energy spectrum (EDS) analysis and XRD Atlas. The DPT-5 coloring permeation agent and adsorption medium were used. Mass (imaging agent), observe the permeability of liquid in the pores of the coating, and then get the distribution and morphology of the pore structure in the coating. Using the ImageJ software to get the pore profile picture and calculate the porosity of each coating, then use different stress and wear resistance test in the dry and wet environment by using the high temperature friction and wear test machine of the end face of MMU-5G material. Compared with gray cast iron, the loss weight of the coating, the loss weight of the pin, the friction coefficient of the coating, the gold phase diagram of the coating mark, the analysis of the wear resistance of the coating, combined with the characteristics of the composition of the coating, the characteristics of the pore structure and the porosity, were analyzed. The hardness of the coating, the pore structure in the coating, the size of the porosity and the distribution of the pores were obtained by analysis. The experimental results show that the bonding strength of the coating is related to the porosity of the coating and the ratio of oxide to the coating. The bonding strength of the coating is proportional to the oxide content in the coating and the density of the coating. Under dry friction, the hardness of the coating is hard. The wear of the 65Mn coating with the largest degree is the smallest, and the 08Mn2Si coating with the smallest microhardness is the largest. The oxide content in the coating determines the friction of the coating. The oxide in the coating has obvious lubrication, which increases the wear resistance of the coating. The higher the content of the oxide in the coating, the coating surface is formed during the friction process. The more complete the lubricating film is, the smaller the friction coefficient of the coating is, the friction of the coating is determined by the porosity and the distribution of the pore structure under the oil immersion friction condition. The oil liquid is transported into the pores during the friction process with the surface connected pores, and the oil stored in the friction is continuously transported to the friction interface, thus the effect of friction reduction is obtained. It is concluded that the self-made inner hole spray gun can prepare the coating of the inner wall of the aluminum cylinder, and the pore structure of the particle stacking in the preparation of the coating can play a very good antifriction effect in the actual work of the cylinder body. Therefore, the wear resistance coating of the inner wall of the aluminum engine can be prepared by the arc thermal spraying technology, which can be replaced in the aluminum cylinder. Cast iron cylinder liner or high silicon aluminium alloy is used as cylinder block, which provides a theoretical reference for the fabrication of wear resistant coating on the inner wall of aluminium engine cylinder block.
【學(xué)位授予單位】：沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TG174.4

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本文編號(hào)：2159263