專利名稱：天然氣燃料發動機用活塞燃燒室的防熱蝕表面處理方法
技術領域：
本發明涉及一種防熱蝕表面處理方法，尤其涉及一種天然氣燃料發動機用活塞燃燒室的防熱蝕表面處理方法。
背景技術：
近年來，對環境的保護越來越重視，以天然氣作燃料越來越多的應用在各個領域。公共交通企業也開始大規模應用天然氣，通常是在汽油發動機上使用天然氣，產生了“天然氣—汽油兩用車”，由于受燃燒規律的影響，天然氣發動機排氣溫度較高，嚴重影響發動機活塞燃燒室的使用性能，有的將發動機燃燒室的形狀進行改變，有的改變發動機的壓縮比，發動機燃燒室形狀的改變所起的作用有限，發動機壓縮比的改變又受到了爆燃的限制。開發采用單一天然氣作燃料的發動機能很好的解決這一問題。但是由于采用單一天然氣作燃料，發動機的部分零部件(如氣門閥座、活塞等)的工況條件趨于惡化，傳統的發動機部件加工處理工藝已經無法滿足使用要求，其中鋁合金材料的發動機活塞在臺架試驗中多次出現失效，致使發動機功率下降，嚴重的表現為燒頂，造成拉缸使發動機無法正常工作。通過對失效活塞樣件的試驗檢測分析找到活塞失效的主要原因是鋁合金材料的抗熱疲勞性能無法達到天然氣發動機的使用要求，此外，天然氣燃料自身含有少量腐蝕性氣體(如H2S)也會造成鋁合金材料的腐蝕失效。因此，解決活塞失效問題成為天然氣發動機開發過程中的關鍵技術問題之一。
發明內容
為了解決天然氣發動機中活塞失效的問題，本發明的目的是提供一種天然氣燃料發動機用活塞燃燒室的防熱蝕表面處理方法，用這種方法處理之后，就會在鋁合金活塞表面生成熱障性致密陶瓷層，解決了天然氣發動機鋁合金活塞失效的問題。
本發明所采用的技術方案是天然氣燃料發動機用活塞燃燒室的防熱蝕表面處理方法，將鋁合金活塞滲入上述配好的溶液中，鋁合金活塞與電源正極相接，電源負極接不銹鋼板，通過電源對活塞施加電壓，控制不同時間范圍的電壓、占空比和頻率，通電時間與電壓的對應關系為0min，0V；0～2min，從0v增加到450v；2～3min，從450v增加到500v；3～5min，從500v降到520v；5～10min，從520v增加到530v；10～20min，530v；20～25min，從530v降到500v；25～30min，從500v降到300v；30～60min，300v；通電時間與占空比的對應關系為0～3min，12％；3～15min，15％；15～20min，12％；20～25min，10％；25～30min，8％；30～60min，8％；通電時間與頻率的對應關系為0～10min，300HZ；10～20min，400HZ；20～25min，500HZ；25～30min，600HZ；30～60min，600HZ；通電30～60分鐘后，即可在活塞表面原位生長一層致密的熱障陶瓷層。
堿性電解溶液為按重量與總體積比，六偏磷酸鈉15～25g/L，硅酸鈉6～10g/L，鉬酸鈉5～8g/L，碳酸鈉10～15g/L，鎢酸鈉3～5g/L，溶液的pH值范圍調節在8-12之間。
本發明的有益效果是由于本發明是通過對不同時間范圍內的電參數(電壓、占空比、頻率)的控制，調節不同階段的電源輸出能量，從而制備出滿足燃燒室熱蝕環境的致密性陶瓷層覆蓋在鋁合金活塞表面，經本發明公開的方法處理的鋁合金活塞完全滿足了天然氣發動機的使用要求，可以解決鋁合金活塞燃燒室熱蝕失效的問題。
圖1是通電時間與電壓的對比曲線；圖2是通電時間與占空比的對比曲線；圖3是通電時間與頻率的對比曲線；圖4是未經處理的鋁合金活塞試驗380小時后出現失效的圖片；圖5是未經處理的鋁合金活塞試驗500小時后出現燒頂的圖片；圖6是經微弧氧化處理后的活塞經試驗1000小時后仍完好的圖片。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明進行詳細說明。
天然氣燃料發動機用活塞燃燒室的防熱蝕表面處理方法，包括以下步驟，在氧化槽內配置堿性電解溶液，將鋁合金活塞滲入上述配好的溶液中，鋁合金活塞與電源正極相接，電源負極接不銹鋼板，通過電源對活塞施加電壓，控制不同時間范圍的電參數參見圖1，通電時間與電壓的對應關系為0min，0V；0～2min，從0v增加到450v；2～3min，從450v增加到500v；3～5min，從500v降到520v；5～10min，從520v增加到530v；10～20min，530v；20～25min，從530v降到500v；25～30min，從500v降到300v；30～60min，300v；參見圖2，通電時間與占空比的對應關系為0～3min，12％；3～15min，15％；15～20min，12％；20～25min，10％；25～30min，8％；30～60min，8％；參見圖3，通電時間與頻率的對應關系為0～10min，300HZ；10～20min，400HZ；20～25min，500HZ；25～30min，600HZ；30～60min，600HZ；通電30～60分鐘后，就會在活塞表面原位生長一層致密的熱障陶瓷層。
堿性電解溶液為按重量與總體積比，六偏磷酸鈉15～25g/L，硅酸鈉6～10g/L，鉬酸鈉5～8g/L，碳酸鈉10～15g/L，鎢酸鈉3～5g/L，溶液的pH值范圍調在8-12之間。
采用對比臺架試驗方法以確定本發明的處理方法對解決活塞失效的有效性。
對鋁合金活塞表面不處理和經本發明處理的天然氣發動機進行1000小時的全速全負荷臺架試驗。試驗結果表明，未經處理的活塞在臺架試驗進行到380小時拆檢發現鋁合金活塞出現部分失效，其主要失效形式為點蝕，如圖4所示。當試驗進行到500小時，鋁合金活塞發生嚴重失效，造成“燒頂”現象，活塞頂部已殘缺不全，如圖5所示。而對于經本發明處理后的鋁合金活塞的發動機在1000小時的臺架試驗中未發生活塞失效，拆檢發現活塞表面處理層良好，無點蝕、無剝落，如圖6所示。
經發動機1000小時全速全負荷臺架試驗證明經本發明處理的鋁合金活塞完全滿足了天然氣發動機的使用要求，該方法可以解決鋁合金活塞失效的問題。
實施例1天然氣燃料發動機用活塞燃燒室的防熱蝕表面處理方法，包括以下步驟，在氧化槽內配置堿性電解溶液按重量與總體積比，六偏磷酸鈉20g/L，硅酸鈉6g/L，鉬酸鈉7g/L，碳酸鈉15g/L，鎢酸鈉5g/L，溶液的pH值為10，將鋁合金活塞滲入上述配好的溶液中，鋁合金活塞與電源正極相接，電源負極接不銹鋼板，通過電源對活塞施加電壓，控制不同時間范圍的電參數，通電時間與電壓的對應關系為0min，0V；0～2min，從0v增加到450v；2～3min，從450v增加到500v；3～5min，從500v降到520v；5～10min，從520v增加到530v；10～20min，530v；20～25min，從530v降到500v；25～30min，從500v降到300v；30～60min，300v；通電時間與占空比的對應關系為0～3min，12％；3～15min，15％；15～20min，12％；20～25min，10％；25～30min，8％；30～60min，8％；通電時間與頻率的對應關系為0～10min，300HZ；10～20min，400HZ；20～25min，500HZ；25～30min，600HZ；30～60min，600HZ；通電30分鐘后，即可在活塞表面原位生長一層致密的熱障陶瓷層。
實施例2
天然氣燃料發動機用活塞燃燒室的防熱蝕表面處理方法，包括以下步驟，在氧化槽內配置堿性電解溶液按重量與總體積比，六偏磷酸鈉25g/L，硅酸鈉10g/L，鉬酸鈉5g/L，碳酸鈉10g/L，鎢酸鈉3g/L，溶液的pH值為8，將鋁合金活塞滲入上述配好的溶液中，鋁合金活塞與電源正極相接，電源負極接不銹鋼板，通過電源對活塞施加電壓，控制不同時間范圍的電參數，通電時間與電壓的對應關系為0min，0V；0～2min，從0v增加到450v；2～3min，從450v增加到500v；3～5min，從500v降到520v；5～10min，從520v增加到530v；10～20min，530v；20～25min，從530v降到500v；25～30min，從500v降到300v；30～60min，300v；通電時間與占空比的對應關系為0～3min，12％；3～15min，15％；15～20min，12％；20～25min，10％；25～30min，8％；30～60min，8％；通電時間與頻率的對應關系為0～10min，300HZ；10～20min，400HZ；20～25min，500HZ；25～30min，600HZ；30～60min，600HZ；通電60分鐘后，即可在活塞表面原位生長一層致密的熱障陶瓷層。
實施例3天然氣燃料發動機用活塞燃燒室的防熱蝕表面處理方法，包括以下步驟，在氧化槽內配置堿性電解溶液按重量與總體積比，六偏磷酸鈉15g/L，硅酸鈉8g/L，鉬酸鈉6g/L，碳酸鈉13g/L，鎢酸鈉4g/L，溶液的pH值為12，將鋁合金活塞滲入上述配好的溶液中，鋁合金活塞與電源正極相接，電源負極接不銹鋼板，通過電源對活塞施加電壓，控制不同時間范圍的電參數，通電時間與電壓的對應關系為0min，0V；0～2min，從0v增加到450v；2～3min，從450v增加到500v；3～5min，從500v降到520v；5～10min，從520v增加到530v；10～20min，530v；20～25min，從530v降到500v；25～30min，從500v降到300v；30～60min，300v；通電時間與占空比的對應關系為0～3min，12％；3～15min，15％；15～20min，12％；20～25min，10％；25～30min，8％；30～60min，8％；通電時間與頻率的對應關系為0～10min，300HZ；10～20min，400HZ；20～25min，500HZ；25～30min，600HZ；30～60min，600HZ；通電50分鐘后，即可在活塞表面原位生長一層致密的熱障陶瓷層。
實施例4天然氣燃料發動機用活塞燃燒室的防熱蝕表面處理方法，包括以下步驟，在氧化槽內配置堿性電解溶液按重量與總體積比，六偏磷酸鈉18g/L，硅酸鈉7g/L，鉬酸鈉8g/L，碳酸鈉14g/L，鎢酸鈉5g/L，溶液的pH值為9，將鋁合金活塞滲入上述配好的溶液中，鋁合金活塞與電源正極相接，電源負極接不銹鋼板，通過電源對活塞施加電壓，控制不同時間范圍的電參數，通電時間與電壓的對應關系為0min，0V；0～2min，從0v增加到450v；2～3min，從450v增加到500v；3～5min，從500v降到520v；5～10min，從520v增加到530v；10～20min，530v；20～25min，從530v降到500v；25～30min，從500v降到300v；30～60min，300v；通電時間與占空比的對應關系為0～3min，12％；3～15min，15％；15～20min，12％；20～25min，10％；25～30min，8％；30～60min，8％；通電時間與頻率的對應關系為0～10min，300HZ；10～20min，400HZ；20～25min，500HZ；25～30min，600HZ；30～60min，600HZ；通電40分鐘后，即可在活塞表面原位生長一層致密的熱障陶瓷層。
實施例5天然氣燃料發動機用活塞燃燒室的防熱蝕表面處理方法，包括以下步驟，在氧化槽內配置堿性電解溶液按重量與總體積比，六偏磷酸鈉23g/L，硅酸鈉9g/L，鉬酸鈉5g/L，碳酸鈉11g/L，鎢酸鈉3g/L，溶液的pH值為11，將鋁合金活塞滲入上述配好的溶液中，鋁合金活塞與電源正極相接，電源負極接不銹鋼板，通過電源對活塞施加電壓，控制不同時間范圍的電參數，通電時間與電壓的對應關系為0min，0V；0～2min，從0v增加到450v；2～3min，從450v增加到500v；3～5min，從500v降到520v；5～10min，從520v增加到530v；10～20min，530v；20～25min，從530v降到500v；25～30min，從500v降到300v；30～60min，300v；通電時間與占空比的對應關系為0～3min，12％；3～15min，15％；15～20min，12％；20～25min，10％；25～30min，8％；30～60min，8％；通電時間與頻率的對應關系為0～10min，300HZ；10～20min，400HZ；20～25min，500HZ；25～30min，600HZ；30～60min，600HZ；通電30分鐘后，即可在活塞表面原位生長一層致密的熱障陶瓷層。
權利要求
1.一種天然氣燃料發動機用活塞燃燒室的防熱蝕表面處理方法，其特征在于，將鋁合金活塞浸入堿性電解溶液中，鋁合金活塞與電源正極相接，電源負極接不銹鋼板，通過電源對活塞施加電壓，控制不同時間范圍的電壓、占空比和頻率，通電時間與電壓的對應關系為0min，0V；0～2min，從0v增加到450v；2～3min，從450v增加到500v；3～5min，從500v降到520v；5～10min，從520v增加到530v；10～20min，530v；20～25min，從530v降到500v；25～30min，從500v降到300v；30～60min，300v；通電時間與占空比的對應關系為0～3min，12％；3～15min，15％；15～20min，12％；20～25min，10％；25～30min，8％；30～60min，8％；通電時間與頻率的對應關系為0～10min，300HZ；10～20min，400HZ；20～25min，500HZ；25～30min，600HZ；30～60min，600HZ；通電30～60分鐘后，即可在活塞表面原位生長一層致密的熱障陶瓷層。
2.根據權利要求1所述的天然氣燃料發動機用活塞燃燒室的防熱蝕表面處理方法，其特征在于，所說的堿性電解溶液為按重量與總體積比，六偏磷酸鈉15～25g/L，硅酸鈉6～10g/L，鉬酸鈉5～8g/L，碳酸鈉10～15g/L，鎢酸鈉3～5g/L，溶液的pH值范圍調節在8-12之間。
全文摘要
一種天然氣燃料發動機用活塞燃燒室的防熱蝕表面處理方法，將鋁合金活塞滲入氧化槽的堿性電解溶液中并接電源的正極，電源的負極接不銹鋼板，通過對不同時間范圍內電參數的控制，制備出滿足燃燒室熱蝕環境的致密性陶瓷層覆蓋在鋁合金活塞表面，經本發明公開的方法處理的鋁合金活塞完全滿足了天然氣發動機的使用要求，可以解決鋁合金活塞燃燒室熱蝕失效的問題。
文檔編號C25D11/04GK1651615SQ200410073339
公開日2005年8月10日 申請日期2004年12月2日 優先權日2004年12月2日
發明者李均明, 蔣百靈, 白力靜, 時惠英 申請人:西安理工大學