Способ упрочнения седел клапанов двигателя внутреннего сгорания из алюминиевого сплава

Авторы патента:

Владельцы патента RU 2390587:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Уфимский государственный авиационный технический университет (RU)

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к технологии упрочнения седел клапанов методом микродугового оксидирования, и может быть использовано для упрочнения седел клапанов двигателей внутреннего сгорания из алюминиевого сплава. Способ включает упрочнение поверхности седла клапана в электролите, при этом упрочнение осуществляют методом микродугового оксидирования в течение 2-х часов в электролите, состоящем из дистиллированной воды с добавлением 1-2 г/л КОН и 2-6 г/л Na₂SiO₃, при силе тока на аноде Ia=0,1÷1,0 А, силе тока на катоде Iк=0,1÷1,0 А, напряжении на аноде Ua=345-405 В и напряжении на катоде Uк=90-130 В. Технический результат: повышение износостойкости и микротвердости седел клапанов и технологичности способа. 1 табл.

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к технологии упрочнения седел клапанов методом микродугового оксидирования (МДО), и может быть использовано для упрочнения алюминиевых седел клапанов двигателей внутреннего сгорания.

Известен способ упрочнения седел клапанов, изготовленных из чугунов, методом газопорошковой лазерной наплавки хромборникелевым сплавом. Наплавка ведется с подачей наплавочного порошка в зону обработки при Р=2…3 кВт и v=0,1…0,2 м/мин, толщина слоя 0,7…0,8 мм.

[Упрочнение и легирование деталей машин лучом лазера. / B.C.Коваленко, Л.Ф.Головко - К.: Тэхника, 1990 г.]

Известен способ упрочнения седел клапанов методом газопламенной наплавки с применением порошков. Обработка наплавочного слоя и упрочнение производится плазмой. Наплавка производится порошковой проволокой ПП-НП-25Х5ФМС, под флюсом АН-20. Режим наплавки: диаметр проволоки 5 мм, сила тока 450-530 А, скорость наплавки 25 м/ч. [Плазменное поверхностное упрочнение. / Л.К.Лещинский - К.: Тэхника, 1990 г.]

Недостатками вышеописанных способов упрочнения поршневых канавок являются сложность химического состава легирующего компонента и, соответственно, его высокая стоимость. К тому же технология упрочнения связана с расплавлением материала, что обычно характеризуется низкой адгезией наплавляемого материала к подложке.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ упрочнения седел клапанов двигателя внутреннего сгорания композиционными электрохимическими покрытиями (КЭП), которые получают электроосаждением металла с дисперсными частицами. КЭП получают в гальванической ванне, в которую заливают электролит, засыпают порошок (Ni, Si, C), устанавливают аноды, деталь является катодом; дисперсную фазу электролита поддерживают во взвешенном состоянии или транспортируют к катоду. При пропускании через суспензию электрического тока на детали образуется покрытие (КЭП Ni-SiC). Толщина покрытия ≈0,1 мм, микротвердость слоя порядка 10 ГПа. [Бородин И.Н. Упрочнение деталей композиционными покрытиями. - М.: Машиностроение, 1982 г.]

Недостатком способа, выбранного в качестве прототипа, является то, что для получения такого покрытия в электролит необходимо добавлять порошки (т.е. получение дисперсной фазы, размеры частиц в которой тоже имеют значение), а также необходимость поддержания дисперсной фазы электролита во взвешенном состоянии.

Задача изобретения: повышение износостойкости седел клапанов в двигателях внутреннего сгорания за счет упрочнения МДО, использование в ДВС седел клапанов из алюминиевых сплавов.

Поставленная задача достигается тем, что в способе упрочнения седел клапанов двигателя внутреннего сгорания, при котором осуществляют упрочнение поверхности седла клапана в электролите, упрочнение поверхности осуществляют методом микродугового оксидирования в течение 2-х часов при силе тока I=0,1÷1 А и напряжении U=400÷600 В, а седло клапана выполнено из алюминиевого сплава.

Толщина упрочненного слоя, формируемого методом МДО, может составлять до 0,3 мм, имеет хорошее сцепление с подложкой и характеризуется высокой микротвердостью до 24 ГПа.

Пример конкретной реализации способа.

Методом МДО было произведено упрочнение седел клапанов двигателя ДМ 1, изготовленных из алюминиевого сплава Д 16.

Предлагаемый способ упрочнения седел клапанов реализуется с использованием установки МДО, которая состоит из ванны, заполненной электролитом, в нее погружают катод и анод (роль анода выполняет седло клапана), затем через них пропускают электрический ток.

Технологические параметры:

- электролит состоит из дистиллированной воды с добавлением

1-2 г/л КОН и 2-6 г/л Na₂SiO₃;

- обработка ведется в течение 2 часов;

- при обработке ведется контроль за следующими показателями:

(t - температура электролита, I_a - сила тока на аноде, I_к - сила тока на катоде, U_a - падения напряжения на аноде, U_к - падение напряжения на катоде).

В процессе обработки выше приведенные параметры имели следующие значения:

t=24÷32°C.

Ia-0,1÷1A,

Iк=0,1÷1А,

Ua=345-405 В,

Uк=90-130 В.

После упрочнения микротвердость поверхности седла клапана стала Нµ=10 ГПа.

Были проведены стендовые испытания седел клапанов на износостойкость. Результаты испытаний на износ для однотипных седел клапанов сведены в таблицу.

Седла клапана	Изменение массы седла клапана Δm, г	Разность между начальным и конечным Δl, мм
Седло клапана без упрочнения	0,021	0,0275
Седло клапана, упрочненное методом МДО	0	0,0005

Предложенный способ упрочнения седел клапанов из алюминиевого сплава имеет по сравнению с существующими способами следующие преимущества:

- высокая твердость;

- высокая износостойкость;

- высокая адгезия к подложке;

- высокая технологичность способа.

Способ упрочнения седел клапанов двигателя внутреннего сгорания из алюминиевого сплава, включающий упрочнение поверхности седла клапана в электролите, отличающийся тем, что упрочнение поверхности осуществляют методом микродугового оксидирования в течение 2-х часов в электролите, состоящем из дистиллированной воды с добавлением 1-2 г/л КОН и 2-6 г/л Na₂SiO₃, при силе тока на аноде Ia=0,1÷1,0 А, силе тока на катоде Iк=0,1÷1,0 А, напряжении на аноде Ua=345-405 В и напряжении на катоде Uк=90-130 В.

Изобретение относится к способу восстановления и упрочнения изношенных стальных деталей и направлено на восстановление ресурса деталей и повышение эффективности и надежности их последующей эксплуатации и может быть использовано в машиностроительной, металлургической и других отраслях промышленности.

Износостойкое композиционное покрытие и способ его получения // 2361970

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для создания пар трения, стойких к изнашиванию. .

Способ получения пористого анодного оксида алюминия // 2324015

Изобретение относится к области нанотехнологии и наноэлектроники, в частности к получению пористых наноматериалов. .

Способ получения защитных покрытий на поверхности металлов и сплавов // 2263728

Изобретение относится к электрохимической обработке поверхности металлов и сплавов для формирования на их поверхности коррозионно-, тепло- и износостойких покрытий и придания им защитных диэлектрических и декоративных свойств и может быть использовано в машиностроении, радиоэлектронике, химической промышленности, медицине, авиации.

Способ нанесения защитных покрытий на алюминий и его сплавы // 2263164

Изобретение относится к электрохимической обработке изделий из алюминия и его сплавов, а именно к плазменно-электролитическому оксидированию, и может быть использовано в различных отраслях машиностроения и приборостроения.

Способ получения покрытия на изделиях из алюминиевых содержащих кремний сплавов // 2251596

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для повышения эксплуатационных свойств поверхностей изделий из алюминиевых, в том числе алюминиево-кремниевых сплавов.

Способ получения термостойких изоляционных покрытий на изделиях из алюминиевых сплавов // 2237758

Изобретение относится к области электрохимического оксидирования алюминия и его сплавов и может найти применение в приборостроительной и радиоэлектронной промышленности, например, при изготовлении изоляционных деталей приборов контроля и регулирования температуры.

Способ восстановления и упрочнения изношенных деталей из алюминия и его сплавов // 2203170

Изобретение относится к восстановлению изношенных деталей и может быть использовано для электрохимического формирования оксидных износостойких покрытий на деталях из алюминия и его сплавов типа поршней при восстановлении и упрочнении изношенных деталей при ремонте машин.

Способ формирования защитного покрытия на деталях запорной арматуры (варианты) // 2199613

Изобретение относится к области формирования защитных износо- и коррозионно-стойких покрытий на деталях запорной арматуры, например шаровых и иных затворах, посадочно-уплотнительных элементов, корпусах кранов.

Способ получения защитных покрытий на поверхности металлов и сплавов // 2194804

Изобретение относится к электрохимической обработке поверхности металлов и сплавов для формирования на их поверхности коррозионно-, тепло- и износостойких покрытий и придания им защитных диэлектрических и декоративных свойств и может быть использовано, например, в машиностроении, радиоэлектронике, химической промышленности, медицине, авиации и т.д.

Литейный сплав на основе алюминия и способ получения защитного покрытия на его поверхности // 2421536

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано в авиационной, машиностроительной и судостроительной промышленности

Электролит для микродугового оксидирования алюминия и его сплавов // 2426823

Изобретение относится к электрохимическому формированию оксидных износостойких покрытий на алюминии и его сплавах

Способ получения покрытий на поверхностях глухих отверстий деталей из алюминиевых сплавов // 2471895

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в машиностроении, приборостроении и других отраслях промышленности

Способ получения покрытия на алюминиевых сплавах // 2547983

Изобретение относится к области нанесения покрытий на алюминий или его сплавы путем плазменного электролитического оксидирования. Способ включает нанесение на алюминиевый сплав оксидного покрытия путем плазменного электролитического оксидирования в водном электролите при наложении переменного тока эффективной плотностью 5-60 А/дм2, при этом дополнительно проводят модифицирующую обработку поверхности алюминиевого сплава в водном растворе, содержащем, г/л: азотную кислоту 450-500 и фтористый натрий 45-50, после чего проводят плазменное электролитическое оксидирование при наложении переменного тока, сформированного последовательностями из анодного и катодного импульсов с временным интервалом между последовательностями, при этом продолжительность каждого импульса составляет 100-250 микросекунд, а длительность временного интервала составляет не менее суммарной продолжительности анодного и катодного импульсов, при этом водный электролит имеет следующий состав, г/л: тетраборат натрия 10-водный 20-50, гидроокись натрия 1-4, натрий молибденовокислый 0,5-2, борная кислота 5-15. Технический результат - получение на высоколегированных алюминиевых сплавах равномерного по толщине износостойкого оксидного покрытия, обладающего повышенными защитными свойствами, на котором поверхностный слой оксида алюминия либо отсутствует, либо обладает малой толщиной, снижение шероховатости поверхности и сокращение трудозатрат на механическое снятие поверхностного слоя. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 5 пр.

Способ получения черного износостойкого антикоррозионного покрытия на алюминии и сплавах на его основе методом микродугового оксидирования // 2570869

Изобретение относится к электрохимической технологии формирования износостойких, диэлектрических, антикоррозионных и декоративных оксидных или оксидно-керамических покрытий на изделиях из алюминиевых сплавах, в частности для нанесения неорганических покрытий на детали, используемые в авиационной, машиностроительной, химической и строительной отраслях промышленности. Способ включает микродуговое оксидирование детали в щелочно-силикатном электролите при плотностях переменного тока от 8 до 40 А/дм2 микродугового оксидирования, при этом в электролит дополнительно вводят гексацианоферрат щелочного металла и гексаметафосфат щелочного металла при следующих содержаниях компонентов, г/л: щелочь 1-4, гесацианоферрат щелочного металла 5-10; гексаметафосфат щелочного металла 2-4, техническое жидкое стекло с содержанием cтжс=15/m ± 0,25, где m - модуль технического жидкого стекла, при этом после пропускания электричества через один литр электролита в количестве 7,5-8,5 А·ч в него добавляют гексацианоферрат щелочного металла в количестве cд, определяемом из соотношения cд=0,13·cг, где cг и cд - исходное и добавленное содержание гексацианоферрата щелочного металла в щелочно-силикатном электролите, при этом процесс микродугового оксидирования продолжают после окончания роста покрытия и прекращения горения микродуговых разрядов в течение времени τп, которое устанавливают по соотношению: τп=6000/(|i|·|t|)±1, мин, где |i|, |t| - абсолютные значения плотности заданного переменного тока в А/дм2 и температура электролита в °C соответственно. Технический результат - повышение равномерности покрытия по толщине, повышение коррозионной стойкости, адгезии, твердости покрытия и длительности работоспособности электролита при использовании простой установки и высокой производительности процесса. 3 з.п. ф-лы, 2 пр.

Способ нанесения керамического покрытия на алюминий и его сплавы // 2581956

Изобретение относится к области формирования защитных антифрикционных износостойких покрытий на деталях из алюминия и его сплавов или на деталях с покрытием из алюминия и его сплавов. Способ включает микродуговое оксидирование детали в электролите, содержащем щелочь 1-4 г/л, жидкое стекло 3-12 г/л и дистиллированную воду - до 1 л, при последовательном чередовании положительных и отрицательных импульсов напряжения с частотой наложения импульсов 50 Гц переменного тока, при этом поверхность детали подвергают несквозной перфорации путем формирования на ней углублений в шахматном порядке диаметром 0,3-0,6 мм, глубиной 0,5-1,3 мм, на расстоянии 0,3-0,6 мм друг от друга, после чего осуществляют микродуговое оксидирование детали в электролите в течение 3-6 ч. Технический результат: повышение надежности и долговечности работы детали. 3 пр.

Способ электрохимической обработки детали из алюминия и алюминиевых сплавов // 2596735

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в авиастроении и других отраслях промышленности. Способ включает нанесение защитного оксидного покрытия на деталь в растворе электролита в два этапа, при этом нанесение покрытия проводят импульсным током в режиме микродугового оксидирования в электролите, содержащем карбонат натрия и дистиллированную воду. На первом этапе осуществляют подъем напряжения до 250 В в течение 5 минут, а на втором этапе выдерживают максимальное значение напряжения 250 В в течение 15 минут. Технический результат - повышение усталостной долговечности алюминиевых сплавов, повышение экологичности за счет применения при оксидировании водного раствора карбоната натрия, являющегося менее агрессивным, и сокращение подготовительных мероприятий промывки, осветления и травления. 1 пр.

Способ получения износостойких покрытий на изделиях из алюминия и его сплавов // 2602903

Изобретение относится к области получения износостойких и коррозионно-стойких покрытий на изделиях из алюминия и его сплавов. Способ характеризуется тем, что изделие подвергают микродуговому оксидированию в анодно-катодном режиме при плотности тока 7-7,5 А/дм2 и соотношении анодного и катодного токов 1,0:0,9 в течение 70-75 мин в щелочном электролите, содержащем водные растворы гидроксида натрия и силиката натрия концентрацией 3,5-4 и 11,5-12 г/л соответственно, шлифуют до параметра шероховатости Ra 0,8-1,6, очищают от минеральных и органических загрязнений, пропитывают в ультразвуковой ванне в течение 10-13 мин суспензией политетрафторэтилена Ф-4Д, сушат и термически обрабатывают при температурах 40-50 и 290-300°С в течение 10-12 и 60-62 мин соответственно. Техническим результатом является повышение износостойкости и антифрикционных свойств покрытий. 3 ил., 1 табл., 1 пр.

Способ получения наноразмерного пористого анодного оксида алюминия // 2645237

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в области электронной промышленности. Способ включает формирование анодным окислением алюминиевого образца слоя пористого анодного оксида, который удаляют селективно по отношению к алюминию, формирование анодным окислением алюминия основного слоя пористого анодного оксида алюминия, отличающийся тем, что формирование удаляемого и основного слоев проводят в гальваностатическом режиме при постоянной температуре 5-10°C и плотности тока 5-15 мА/см2 в электролите следующего состава, г/л: ортофосфорная кислота 58,8-176,0, янтарная кислота 4-6, молибдат аммония 1-4, глицерин 1-3. Технический результат заключается в повышении твердости пористого анодного оксида алюминия и упрощении процесса анодного окисления. 1 табл.