一种内燃机锻钢活塞顶部隔热涂层的制备工艺技术领域
本发明涉及活塞隔热涂层领域，具体是一种内燃机锻钢活塞顶部隔热涂层的制备
工艺。
背景技术
随着发动机排放要求越来越严格，爆发压力不断提升，造成活塞顶部承受的热负
荷以及机械负荷不断升高，特别是重型柴油机活塞，采用原来的铝合金结构设计，经常出现
顶部开裂以及熔顶等故障，严重影响发动机的可靠性，部分发动机铝合金活塞采用了顶部
阳极氧化技术来降低顶部温度，仍不能满足发动机可靠性的要求。
伴随着锻钢结构活塞的不断出现，钢活塞目前呈现高速发展的势头，但是面对国
五、国六的法规要求，活塞顶部的温度越来越高，为了降低活塞顶部的热负荷，锻钢活塞顶
部采用了加工成型空腔油道的方式，使用机油来冷却活塞顶部。由于活塞持续顶部温度超
过320℃，而且由于钢的导热系数比较大，造成内冷油道靠顶部区域尤其是燃烧室区域，温
度较高，致使冷却机油容易焦化，长时间的焦化积累，容易堵塞内冷油道，造成活塞因为冷
却失效而造成顶部温度升高，超过钢的疲劳极限，造成顶部开裂现象。
根据发动机顶部对于隔热的要求，本发明主要是基于锻钢活塞的顶部隔热要求，
结合钢表面无法直接氧化的特性，公开一种用于解决该项难题的技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种内燃机锻钢活塞顶部隔热涂层的制备工艺，以解决上
述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种内燃机锻钢活塞顶部隔热涂层的制备工艺，包括以下步骤：
(1)在活塞机体表面电镀或等离子喷涂一层预处理铝涂层，电镀或等离子喷涂的
厚度为200μm±50μm；
(2)在预处理铝涂层表面进行阳极氧化或微弧氧化，处理的厚度为40μm～120μm，
粗糙度为Ra1.6以内。
作为本发明进一步的方案：所述步骤(1)中，电镀的步骤为：
1)经脱脂的活塞放入清洗水槽中漂洗干净；
2)经漂洗干净的活塞放入酸洗槽中酸洗，酸洗液的配置比例为硫酸：盐酸＝2：1，
质量浓度为2％～3％；
3)用自来水清洗活塞表面的残酸，清洗时间9s～11s，吹干气压0.5±0.1Mpa，防止
挂酸腐蚀活塞并烫干；
4)将经处理后的钢活塞放入反应炉中，并在反应炉底部放入适量的铝片，其上覆
盖配置的熔融盐，熔融盐是由质量比为2～3:1的NaCl和KCl组成的混合盐，并将待处理的活
塞处理面覆盖，同时将加热炉温度控制在750℃～850℃，电流密度控制在20/A·dm-2，电镀
时间控制在30min～40min，电镀厚度控制在200μm±50μm之间；
5)对电镀后的铝涂层顶面进行精车。
作为本发明再进一步的方案：所述步骤(2)中，微弧氧化的步骤为：
1)将铝涂层顶面精车完成的活塞进行微弧氧化，用专用防护工装密封活塞非氧化
部位；
2)安装上弹性导电挂具，确保每个挂具都有活塞，保持平衡；
3)用自来水清洗活塞表面的残酸，防止挂酸腐蚀活塞；
4)将自动航车移至氧化槽位置，每个活塞中心对应喷嘴口中心，对准导电仪，进行
微弧氧化处理，氧化处理的厚度为40μm～120μm，粗糙度为Ra1.6以内，氧化液温度控制在30
±5℃，pH值为9～13，溶液呈碱性，电流0～200A，频率700Hz～2100Hz，电压0～560V；
氧化液的成分含有8g/L的Na2SiO3、2g/L的KOH、2g/L的Na2WO4、3g/L的Na2EDTA以及
水；
5)氧化结束后待电源自动关闭，以及相关指示灯熄灭，将自动航车提起；
6)进入清水槽漂洗烫干，漂洗时间9～11s，吹干气压0.5±0.1Mpa。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的涂层隔热技术，可以降低顶面温度30～50℃，有效的解决了冷却油的烧
焦问题，经验批量验证，效果良好。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，
显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的
实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都
属于本发明保护的范围。
内燃机锻钢活塞顶部隔热涂层的制备工艺，包括以下步骤：
(1)在活塞机体表面电镀或等离子喷涂一层预处理铝涂层，电镀或等离子喷涂的
厚度为200μm±50μm；
(2)在预处理铝涂层表面进行阳极氧化或微弧氧化，处理的厚度为40μm～120μm，
粗糙度为Ra1.6以内。
其中，电镀的步骤为：
1)经脱脂的活塞放入清洗水槽中漂洗干净；
2)经漂洗干净的活塞放入酸洗槽中酸洗，酸洗液的配置比例为硫酸：盐酸＝2：1，
质量浓度为2％～3％；
3)用自来水清洗活塞表面的残酸，清洗时间9s～11s，吹干气压0.5±0.1Mpa，防止
挂酸腐蚀活塞并烫干；
4)将经处理后的钢活塞放入反应炉中，并在反应炉底部放入适量的铝片，其上覆
盖配置的熔融盐，熔融盐是由质量比为2～3:1的NaCl和KCl组成的混合盐，并将待处理的活
塞处理面覆盖，同时将加热炉温度控制在750℃～850℃，电流密度控制在20/A·dm-2，电镀
时间控制在30min～40min，电镀厚度控制在200μm±50μm之间；
5)对电镀后的铝涂层顶面进行精车。
其中，微弧氧化的步骤为：
1)将铝涂层顶面精车完成的活塞进行微弧氧化，用专用防护工装密封活塞非氧化
部位；
2)安装上弹性导电挂具，确保每个挂具都有活塞，保持平衡；
3)用自来水清洗活塞表面的残酸，防止挂酸腐蚀活塞；
4)将自动航车移至氧化槽位置，每个活塞中心对应喷嘴口中心，对准导电仪，进行
微弧氧化处理，氧化处理的厚度为40μm～120μm，粗糙度为Ra1.6以内，氧化液温度控制在30
±5℃，pH值为9～13，溶液呈碱性，电流0～200A，频率700Hz～2100Hz，电压0～560V；
氧化液的成分含有8g/L的Na2SiO3、2g/L的KOH、2g/L的Na2WO4、3g/L的Na2EDTA以及
水；
5)氧化结束后待电源自动关闭，以及相关指示灯熄灭，将自动航车提起；
6)进入清水槽漂洗烫干，漂洗时间9～11s，吹干气压0.5±0.1Mpa。
同时，通过这种工艺，也可以在活塞的燃烧室和内冷油道上进行该隔热涂层。
微弧氧化的原理及特点：微弧氧化表面处理，是指在普通阳极氧化的基础上，利用
弧光放电增强并激活在阳极上发生的反应，从而在铝合金材料的工件表面形成优质的强化
陶瓷膜的方法，通过用专用的微弧氧化电源在工件上施加电压，使工件表面的金属与电解
质溶液相互作用，在工件表面形成微弧放电，在高温、电场等因素的作用下，金属表面形成
陶瓷膜达到工件表面强化的目的。
微弧氧化技术的突出特点是：(1)大幅度地提高了材料的表面硬度，显微硬度在
1000HV至2000HV，最高可达3000HV，可与硬质合金相媲美，大大超过热处理后的高碳钢、高
合金钢和高速工具钢的硬度；(2)良好的耐磨损性能；(3)良好的耐热性及抗腐蚀性，从根本
上克服了铝、镁、钛合金材料在应用中的缺点，因此该技术有广阔的应用前景；(4)有良好的
绝缘性能，绝缘电阻可达100MΩ；(5)溶液为环保型，符合环保排放要求；(6)工艺稳定可靠，
设备简单；(7)反应在常温下进行，操作方便，易于掌握，(8)基体原位生长陶瓷膜，结合牢
固,陶瓷膜致密均匀，(9)微弧氧化对铝材要求不高，不管是含铜或是含硅的难以阳极氧化
铝合金，均可用于微弧氧化，且能得到理想膜层。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在
不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论
从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权
利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有
变化囊括在本发明内。