專利名稱：一種離心等離子冶金高紅硬性活塞環(huán)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)械制造領(lǐng)域，尤其涉及等離子冶金及離心鑄造技術(shù)。
背景技術(shù)：
內(nèi)燃機(jī)、空氣壓縮機(jī)、柱塞泵等機(jī)械中的活塞環(huán)工作時運(yùn)行速度很高，表面接觸摩 擦點(diǎn)的瞬間溫升可達(dá)到上千度，要求具備良好的紅硬性。目前優(yōu)質(zhì)耐磨活塞環(huán)的制造方法 一般是先離心鑄造出圓筒，機(jī)械加工成環(huán)，再經(jīng)堿洗除油、酸洗活化和電鍍硬鉻，生產(chǎn)過程 存在環(huán)境污染，而且鍍鉻層的硬度當(dāng)溫度超過427°C時迅速降低，不是理想的活塞環(huán)表面防 護(hù)材料。陶瓷材料雖然具有優(yōu)越的耐高溫性能，但其脆性大，限制了在高速運(yùn)動部件上的應(yīng) 用。在金屬材料中，鎢基合金的紅硬性好，但用于整體制造活塞環(huán)仍存在成本高，脆性大等 弊病。比較理想的方法是在鋼基活塞環(huán)的外表面形成一層高結(jié)合強(qiáng)度的鎢基合金，目前還 沒有此類技術(shù)出現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服活塞環(huán)電鍍硬鉻技術(shù)的不足，發(fā)明一種在活塞環(huán)外表形成 高結(jié)合強(qiáng)度的鎢基合金層的方法。本發(fā)明的技術(shù)原理是采用轉(zhuǎn)移弧等離子冶金的方法，在內(nèi)部裝有石墨導(dǎo)電環(huán)和陶瓷隔環(huán)的高速旋轉(zhuǎn)的 鋼筒中，以同步送粉熔覆等離子炬中的鎢極為負(fù)極，鋼筒及石墨導(dǎo)電環(huán)為正極，經(jīng)過噴嘴壓 縮的轉(zhuǎn)移等離子弧在等離子炬中的鎢極和石墨環(huán)之間引燃，同時送入含鎢的鐵基合金粉 末，合金粉末在等離子弧中熔化后，在離心力的作用下，在陶瓷隔環(huán)之間的石墨導(dǎo)電環(huán)上形 成液態(tài)金屬環(huán)，其中的鎢元素由于密度大，被離心力壓縮富集至環(huán)的外表面，冷凝后形成與 鋼基體結(jié)合牢固的高紅硬性鎢基合金層。


圖1是本發(fā)明的轉(zhuǎn)移弧等離子冶金活塞環(huán)過程示意圖。1-可旋轉(zhuǎn)鋼筒，2-內(nèi)陶瓷隔環(huán)，3-石墨導(dǎo)電環(huán)，4-同步送粉熔覆等離子炬，5-轉(zhuǎn)移 等離子弧，6-離心等離子冶金活塞環(huán)，7-高紅硬性鎢基合金層，8-外陶瓷隔環(huán)。
具體實(shí)施例方式結(jié)合圖1再對本發(fā)明的實(shí)施方式和效果作進(jìn)一步說明。在可旋轉(zhuǎn)鋼筒1內(nèi)依次裝入內(nèi)陶瓷隔環(huán)2、石墨導(dǎo)電環(huán)3和外陶瓷隔環(huán)8，石墨導(dǎo) 電環(huán)3內(nèi)表面涂刷一層導(dǎo)電防粘涂料，將同步送粉熔覆等離子炬4伸入到石墨導(dǎo)電環(huán)3處 固定，開動可旋轉(zhuǎn)鋼筒1以每分鐘800 1800轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，引燃轉(zhuǎn)移等離子弧5，將石墨 導(dǎo)電環(huán)3加熱至800 1000°C后，再送入含重量百分?jǐn)?shù)1 20%鎢、1 5%碳、其余為鐵 的混合粉末，粉末在轉(zhuǎn)移等離子弧5的加熱下熔化，在離心力的作用下形成離心等離子冶金活塞環(huán)6，鎢元素的密度大，被富集于活塞環(huán)6的最外層形成高紅硬性鎢基合金層7，鎢基 合金層7與活塞環(huán)6的鋼基體呈牢固的冶金結(jié)合，達(dá)到活塞環(huán)所需尺寸時滅弧停粉，凝固后 鋼筒1停轉(zhuǎn)，取出外陶瓷環(huán)8和活塞環(huán)6。在石墨導(dǎo)電環(huán)3的內(nèi)表面涂刷導(dǎo)電防粘涂料后， 再裝入外陶瓷隔環(huán)8，可進(jìn)行下一個活塞環(huán)的生產(chǎn)過程。
本發(fā)明的積極效果是克服了目前活塞環(huán)電鍍硬鉻技術(shù)的不足，利用轉(zhuǎn)移弧等離 子冶金的方法在離心力作用下一步法生產(chǎn)外表面冶金結(jié)合高紅硬性鎢基合金層的活塞環(huán)， 材料利用率高，生產(chǎn)方法簡單，不產(chǎn)生環(huán)境污染，活塞環(huán)的耐磨性能好。
權(quán)利要求
一種離心等離子冶金高紅硬性活塞環(huán)的方法，其實(shí)施步驟是在可旋轉(zhuǎn)鋼筒內(nèi)依次裝入內(nèi)陶瓷隔環(huán)、石墨導(dǎo)電環(huán)和外陶瓷隔環(huán)，將同步送粉熔覆等離子炬伸入到石墨導(dǎo)電環(huán)處固定，開動可旋轉(zhuǎn)鋼筒以每分鐘800～1800轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，引燃轉(zhuǎn)移等離子弧，將石墨導(dǎo)電環(huán)加熱至800～1000℃后，送入合金粉末，粉末加熱熔化達(dá)到活塞環(huán)所需尺寸時滅弧停粉，凝固后鋼筒停止旋轉(zhuǎn)，取出外陶瓷環(huán)和活塞環(huán)。
2.如權(quán)利要求1所述方法，其特征是送入合金粉末的成分配比按照重量百分?jǐn)?shù)為鎢 1 20%，碳1 5%，其余為鐵。
全文摘要
一種離心等離子冶金高紅硬性活塞環(huán)的方法，在內(nèi)部裝有石墨導(dǎo)電環(huán)和陶瓷隔環(huán)的高速旋轉(zhuǎn)的鋼筒中，以同步送粉熔覆等離子炬中的鎢極為負(fù)極，鋼筒及石墨導(dǎo)電環(huán)為正極，經(jīng)過噴嘴壓縮的轉(zhuǎn)移等離子弧在鎢極和石墨環(huán)之間引燃，同時送入含鎢的鐵基合金粉末在等離子弧中熔化，在離心力的作用下，在陶瓷隔環(huán)之間的石墨導(dǎo)電環(huán)上形成活塞環(huán)，其中的鎢元素由于密度大，被離心力壓縮富集至環(huán)的外表面，冷凝后形成與鋼基體結(jié)合牢固的高紅硬性鎢基合金層。本發(fā)明材料利用率高，生產(chǎn)方法簡單，不產(chǎn)生環(huán)境污染，活塞環(huán)的耐磨性好。
文檔編號B22F3/115GK101972850SQ20101055280
公開日2011年2月16日 申請日期2010年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月16日
發(fā)明者李惠琪, 李敏, 柴祿, 王淑峰, 許慧, 遲靜 申請人:山東科技大學(xué)