碳碳CC复合材料活塞

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1、1、    碳/碳（C/C）复合材料活塞碳/碳（C/C）复合材料（碳纤维增强碳基复合材料）是一种先进的战略材料，不仅广泛应用于航空航天和军工领域，在铸造以及其他交通装备制造中，也在逐步扩大应用。该材料具有很好的理化性能与力学性能。如：热膨胀系数低（1~5x10-6/℃），约为铝合金的1/10；导热率高(150~180W/m.K)；密度小（约为1.8g/cm3），是陶瓷的1/2~1/3；摩擦性能好（摩擦系数为0.2~0.3），且具有自润滑作用；热冲击性能好；高温性能优异（3DC/C复合材料在1700C及惰性环境下的抗弯性能为571.

2、9Mpa）。在温度高于3000℃时，C/C复合材料具有比铝合金更高的强度。因此，C/C复合材料很适合用作内燃机的活塞材料。使用C/C复合材料活塞，具有3个明显的好处：1)减小了活塞的质量，由此可提高柴油机的热效率和机械效率；2)提高了活塞的使用温度，如在活塞顶镀敷CVR硅基涂层，其使用温度可更高。3)如汽缸套也用C/C复合材料制造，缸套与活塞的匹配间隙会很小，这有利于进一步提高柴油机的机械效率。目前，C/C复合材料活塞在大功率内燃机车柴油机上应用的试验研究，国外已有相关报道。从短期发展来看，铸铁和铝合金在内燃机车活塞材料中仍将占主

3、导地位。但从长远发展来看，随着柴油机功率的提高和C/C复合材料技术的日益成熟及成本的逐步下降，碳/碳（C/C）复合材料活塞肯定会取代当前其他材料的活塞，它必将成为未来内燃机发展的核心高新材料。2、    活塞环的复合陶瓷薄膜强化技术长期以来，柴油机使用的是喷钼活塞环。实践表明，喷钼环存在活塞环节断、喷钼层剥离而造成拉缸、活塞环与环槽磨损大导致窜气等问题。采用先进的复合陶瓷薄膜强化技术，对活塞环进行表面处理，可有效改善其各项性能，经济效益显著。复合陶瓷薄膜强化技术是采用低温等离子化学气相沉积（CVD）新工艺，在电场作用下，使含N、B

4、、Si的有机烷类发生电离，在摩擦副的表面生成复合陶瓷薄膜，经陶瓷薄膜与基体材料间的相互扩散，在金属表面形成一种具有网络结构和微粒子结构的新的功能材料。它能提高金属基体表面的硬度、耐磨性、韧性、抗氧化性和耐腐蚀性，并可降低其表面的摩擦因数，达到高效、节能和节材的目的。复合陶瓷薄膜强化的活塞环与喷钼环相比，具有下列优点：①    提高了活塞环的表面硬度，约为母体环显微硬度的1.5~2.5倍，具有较高的耐磨性、抗氧化性和耐腐蚀性；②    CVD技术实现了低温下金属表面及镀层材料间的相互扩散，基体与镀层结合力强，活塞环表面不会产生剥离；

5、③    它具有很好韧性，防止了活塞环的节断；④    因活塞环表面形成了微晶体与网络结构并存的薄膜，使其具有较好的储油性，改善了环与汽缸壁的润滑性能，增强了耐磨性，导热性，提高了密封性能，对节省燃油、机油、降低排放具有显著效果。牵引齿轮渗碳后直接淬火工艺齿轮渗碳后淬火一般有直接淬火与重新加热淬火2种方式。前者是渗碳后直接在油中淬火；后者是渗碳后先冷却到室温，然后在重新加热到奥氏体化温度保温后在油中淬火。直接淬火因只需加热1次，能耗少，成本低，且零件变形小，因此具有明显的优点。该工艺目前已在汽车齿轮行业得到了广泛的应用，但在铁路机

6、车齿轮行业，因齿轮的金相检验标准比汽车的要求更高，故尚未推广应用。中国南车集团戚墅堰机车车辆工艺研究所对机车牵引齿轮常用的6种渗碳钢：15CrNi6、17CrNiMo6、20CrMnMo(1)、20CrMnMo(2)、20CrNi2Mo、20Cr2Ni4，进行了大量的试验研究，并对地铁齿轮和DF7G从动齿轮进行了渗碳后直接淬火的试验。通过试验与分析以及实际应用后，得出如下结论：1）    采用渗碳后直接淬火工艺强化的齿轮，其原材料的奥氏体晶粒度应在8级以上，钢中的酸溶铝含量应在0.030%~0.045%之间，Al/N值在3~5之间

7、，以确保齿轮具有较细的心部组织。2）    采用渗碳后直接淬火工艺强化的齿轮，其表面碳浓度应控制在低限，如：含钼钢20CrMnMo、20CrNi2Mo、17CrNiMo6，其表面碳浓度应在0.8%以下，而铬镍钢15CrNi6、20Cr2Ni4的表面碳浓度应不超过0.75%。3）    采用渗碳后直接淬火工艺强化的齿轮，其硬化层深度、组织、硬度均符合有关铁标的技术要求，且热处理变形小、工艺周期短。因此，该工艺值得在机车渗碳强化的牵引齿轮上推广应用。3、    制动盘的新材料、新工艺3.1铝—碳化硅复合材料制动盘铝合金制动盘一方面由于

8、磨损严重,另一方面有抱闸可能,所以,其摩擦性能难以令人满意。采用碳化硅粒子增强的铝基复合材料(CMA)制动盘具有许多优点。这些碳化硅粒子在限制磨损的同时改善了制动盘的摩擦性能。一般而言,铝合金基体具有耐高温机械性能。最好采用如AS7G06、AV4N