一種氣缸套筒內壁形成鎳硼鍍層的方法以及包括該鎳硼鍍層的氣缸套筒的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種在斯特林電機的氣缸套筒內壁形成鎳硼鍍層的方法，該方法包括：將氣缸套筒內壁浸泡在以硼氫化物為還原劑的化學鍍鎳硼合金溶液中，鎳離子在氣缸套筒內壁還原析出形成鎳硼鍍層。本發明還提供一種氣缸套筒，該氣缸套筒包括氣缸套筒本體和氣缸套筒本體內壁上按照所述方法形成的鎳硼鍍層。本發明采用化學鍍鎳硼合金鍍層由于不需經過熱處理或是經過較低溫的熱處理就能達到HV800以上的硬度，對于有高尺寸精度要求的零件，采用本發明的化學鍍鎳硼合金鍍層可以避免高溫制備過程，從而降低零件的形變程度。
【專利說明】一種氣缸套筒內壁形成鎳硼鍍層的方法以及包括該鎳硼鍍 層的氣缸套筒
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種斯特林電機的氣缸套筒，尤其涉及一種在氣缸套筒內壁形成鎳硼 鍍層的方法以及包括該鎳硼鍍層的氣缸套筒。
【背景技術】
[0002] 斯特林發動機是倫敦牧師Robert Stirling于1816年發明的，所以稱為斯特林發 動機（Stirling engine)。它是一種閉循環活塞式熱機，高效率的能量轉換裝置，斯特林發 動機屬外燃引擎，只要高溫熱源溫度夠高，無論是使用太陽能、廢熱、核原料、牛糞、丙烷、天 然氣、沼氣（甲烷）、丁烷與石油在內的任何燃料，皆可使之運轉，不同于必須使用特定燃料 的汽油引擎、柴油引擎等內燃引擎。斯特林發動機的氣缸和活塞是重要的組成部分，氣缸和 活塞之間的氣密性、滑動性是斯特林循環中的關鍵性質，高精度的加工是生產高效率斯特 林電機的關鍵。
[0003] 在實際的使用過程中，氣缸的磨損會導致活塞運動氣密性和滑動性降低，從而降 低電機的整體功率。氣缸在引導活塞不斷進行往復運動的過程中，氣缸套內壁與活塞之間 長時間、高頻率地互相摩擦，導致氣缸作用的有用功率降低，消耗一部分能量。因此，需要在 氣缸套內壁進行鍍層來解決這個問題。有采用電鍍來實現的，然而電鍍鍍層金屬容易脫落， 而且電鍍的鍍層厚度變化大、不易控制，就造成氣缸套的一些關鍵尺寸很難控制，而且電鍍 液體給環境污染造成較為嚴重的影響和負擔。
[0004] 為解決上述問題，紛紛研究化學鍍的可行性。例如中國專利CN1220796C提供一種 氣缸套筒內壁鍍鉻工藝，以及中國專利CN2602174Y提供一種覆有非晶態鎳磷合金鍍層的 新型活塞，然而這些鍍層的硬度均不能達到要求，只有HV300-500,為了得到較高硬度的鍍 層，都需要高溫熱處理，例如經過400-450°C的熱處理后，硬度會達到HV950-1000,然而這 種熱處理會引起鋁質氣缸發生變形。
【發明內容】
[0005] 本發明為解決現有技術中的上述問題提出的，其目的是提供一種不用熱處理的情 況下就能達到足夠硬度的在氣缸套筒內壁形成鎳硼鍍層的方法。
[0006] 本發明的另一目的是提供一種包括所述方法制得的鎳硼鍍層的氣缸套筒。
[0007] 為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：
[0008] 本發明提供一種在氣缸套筒內壁形成鎳硼鍍層的方法，其特征在于，該方法包括： 將氣缸套筒內壁浸泡在以硼氫化物為還原劑的化學鍍鎳硼合金溶液中，鎳離子在氣缸套筒 內壁還原析出形成鎳硼鍍層。
[0009] 優選地，所述氣缸套筒內腔表面在鍍覆前經過除油、除銹的預處理。
[0010] 優選地，所述化學鍍鎳硼合金溶液包括〇. 5-4. 5g/l的硼氫化物、20-40g/l的鎳 鹽、40-80g/l的有機絡合物、20-60g/l的氫氧化鈉或氫氧化銨、0.6-0.9g/l的表面活性劑 和0· 5-1. 5g/l穩定劑。
[0011] 優選地，所述鎳鹽選自NiCl2和/或NiS04的水合化合物。
[0012] 優選地，所述有機絡合物選自乙二胺、檸檬酸鹽、丁二酸鹽、醋酸鹽、丙二酸鹽中任 意一種或幾種。
[0013] 優選地，所述穩定劑選自含硫的脂肪族碳酸、炔（屬）酸、芳香族硫化物、重金屬化 合物、噻吩、硫茚中任意一種或多種。
[0014] 優選地，所述化學鍍鎳硼合金溶液的pH值為13-14,溫度為85-95°C。
[0015] 本發明還提供一種氣缸套筒，其特征在于，該氣缸套筒包括氣缸套筒本體和氣缸 套筒本體內壁上按照如上所述的方法形成的鎳硼鍍層。
[0016] 優選地，所述鍍層厚度為5-15 μ m。
[0017] 優選地，所述鍍層中的硼元素含量小于1%質量百分數。
[0018] 優選地，所述鍍層硬度為HV800-1200。
[0019] 本發明采用上述技術方案，與現有技術相比，具有如下技術效果：
[0020] 1、本發明采用化學鍍鎳硼合金鍍層由于不需經過熱處理或是經過較低溫的熱處 理就能達到HV800以上的硬度，對于有高尺寸精度要求的零件，采用本發明的化學鍍鎳硼 合金鍍層可以避免高溫制備過程，從而降低零件的形變程度。
[0021] 2、本發明的化學鍍鎳硼合金鍍層的表面光滑、漂亮、抗氧化，氣缸與活塞之間的耐 磨性顯著提高。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022] 圖1為本發明氣缸套筒內壁鍍有鎳硼合金鍍層的剖視圖。
[0023] 圖中：1、氣缸；2、鎳硼合金鍍層。
【具體實施方式】
[0024] 本發明提供一種在氣缸套筒內壁形成鎳硼鍍層的方法，以及一種如圖1所示的氣 缸套筒，該氣缸套筒包括氣缸套筒本體1和氣缸套筒本體內壁上按照所述的方法形成的鎳 砸鍛層2。
[0025] 下面通過具體實施例對本發明進行詳細和具體的介紹，以使更好的理解本發明， 但是下述實施例并不限制本發明范圍。
[0026] 實施例1
[0027] 本發明的氣缸套筒內壁的鎳硼鍍層通過下述步驟得到：
[0028] 除油一水洗一除銹一水洗一鍍層一水洗一晾干。
[0029] 首先將0· 8g/l的硼氫化鈉、30g/l的NiCl2 · 6H20、60g/l的乙二胺、40g/l的氫氧 化鈉、0. 75g/l的表面活性劑和0. 8g/l的穩定劑組成的化學鍍鎳硼合金溶液配制好置于鎳 硼溶液槽中，將鎳硼溶液槽置于85-95°C的水浴缸中，再將預處理好的氣缸套筒放在該鎳硼 溶液槽中恒溫條件下鍍覆，得到在氣缸套筒內壁形成的鎳硼鍍層。
[0030] 測量所得鎳硼鍍層的厚度為l〇ym，硬度為HV950,鍍層中的硼元素含量小于1% 質量百分數，鍍層表面光滑。
[0031] 實施例2
[0032] 本發明的氣缸套筒內壁的鎳硼鍍層通過下述步驟得到：
[0033] 除油一水洗一除銹一水洗一鍍層一水洗一晾干。
[0034] 首先將0· 5g/l的硼氫化鈉、20g/l的NiS04 · 7H20、40g/l的乙二胺、20g/l的氫氧 化銨、〇. 6g/l的表面活性劑和0. 6g/l的穩定劑組成的化學鍍鎳硼合金溶液配制好置于鎳 硼溶液槽中，將鎳硼溶液槽置于85-95°C的水浴缸中，再將預處理好的氣缸套筒放在該鎳硼 溶液槽中恒溫條件下鍍覆，得到在氣缸套筒內壁形成的鎳硼鍍層。
[0035] 測量所得鎳硼鍍層的厚度為8μπι，硬度為HV850,鍍層中的硼元素含量小于1%質 量百分數，鍍層表面光滑。
[0036] 實施例3
[0037] 本發明的氣缸套筒內壁的鎳硼鍍層通過下述步驟得到：
[0038] 除油一水洗一除銹一水洗一鍍層一水洗一晾干。
[0039] 首先將2. 5g/l的硼氫化鈉、40g/l的NiCl2 · 6H20、80g/l的乙二胺、60g/l的氫氧 化鈉、0. 9g/l的表面活性劑和1. 5g/l的穩定劑組成的化學鍍鎳硼合金溶液配制好置于鎳 硼溶液槽中，將鎳硼溶液槽置于85-95°C的水浴缸中，再將預處理好的氣缸套筒放在該鎳硼 溶液槽中恒溫條件下鍍覆，得到在氣缸套筒內壁形成的鎳硼鍍層。
[0040] 測量所得鎳硼鍍層的厚度為12μπι，硬度為HV1100,鍍層中的硼元素含量小于1% 質量百分數，鍍層表面光滑。
[0041] 應用例
[0042] 在800w斯特林電機的氣缸套筒內用本發明所述方法化學鍍鎳硼合金后，進行電 機制冷效果測試，測試結果如下：
[0043] 1、未電鍍氣缸，裝機測試1個小時后，制冷效果開始有明顯變化，制冷效率降低 10%左右，電流和總功率能耗增加，使用真圓度儀檢測氣缸有0. 010-0. 022mm的磨損，活塞 表面有磨損痕跡，并散發出焦糊味；
[0044] 2、鍍鎳硼合金的氣缸裝機測試1個小時后，制冷效果未見明顯變化，電流和總功 率能耗不變，真圓度儀檢測氣缸未有磨損，無異味。
[0045] 以上對本發明的具體實施例進行了詳細描述，但其只是作為范例，本發明并不限 制于以上描述的具體實施例。對于本領域技術人員而言，任何對本發明進行的等同修改和 替代也都在本發明的范疇之中。因此，在不脫離本發明的精神和范圍下所作的均等變換和 修改，都應涵蓋在本發明的范圍內。
【權利要求】
1. 一種在氣缸套筒內壁形成鎳硼鍍層的方法，其特征在于，該方法包括：將氣缸套筒 內壁浸泡在以硼氫化物為還原劑的化學鍍鎳硼合金溶液中，鎳離子在氣缸套筒內壁還原析 出形成鎳硼鍍層。
2. 根據權利要求1所述的一種在氣缸套筒內壁形成鎳硼鍍層的方法，其特征在于，所 述氣缸套筒內壁在鍍覆前經過除油、除銹的預處理。
3. 根據權利要求1所述的一種在氣缸套筒內壁形成鎳硼鍍層的方法，其特征在于，所 述化學鍍鎳硼合金溶液包括〇. 5-4. 5g/l的硼氫化物、20-40g/l的鎳鹽、40-80g/l的有機絡 合物、20-60g/l的氫氧化鈉或氫氧化銨、0. 6-0. 9g/l的表面活性劑和0. 5-1. 5g/l穩定劑。
4. 根據權利要求3所述的一種在氣缸套筒內壁形成鎳硼鍍層的方法，其特征在于，所 述鎳鹽選自NiCl2和/或NiS0 4的水合化合物。
5. 根據權利要求3所述的一種在氣缸套筒內壁形成鎳硼鍍層的方法，其特征在于，所 述有機絡合物選自乙二胺、檸檬酸鹽、丁二酸鹽、醋酸鹽、丙二酸鹽中任意一種或幾種。
6. 根據權利要求3所述的一種在氣缸套筒內壁形成鎳硼鍍層的方法，其特征在于，所 述穩定劑選自含硫的脂肪族碳酸、炔（屬）酸、芳香族硫化物、重金屬化合物、噻吩、硫茚中 任意一種或多種。
7. 根據權利要求1所述的一種在氣缸套筒內壁形成鎳硼鍍層的方法，其特征在于，所 述化學鍍鎳硼合金溶液的pH值為13-14,溫度為85-95°C。
8. -種氣缸套筒，其特征在于，該氣缸套筒包括氣缸套筒本體和氣缸套筒本體內壁上 按照如權利要求1-7所述的方法形成的鎳硼鍍層。
9. 根據權利要求8所述的一種氣缸套筒，其特征在于，所述鍍層厚度為5-15 μ m。
10. 根據權利要求8所述的一種氣缸套筒，其特征在于，所述鍍層中的硼元素含量小于 1%質量百分數。
11. 根據權利要求8所述的一種氣缸套筒，其特征在于，所述鍍層硬度為HV800-1200。
【文檔編號】C23C18/34GK104152876SQ201410384634
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月6日 優先權日:2014年8月6日
【發明者】王冬冬 申請人:寧波華斯特林電機制造有限公司