全铝发动机关键部件陶瓷强化成套技术装备

项目所属单位：

中国科学院力学研究所

项目现状：

中试及产业化

项目基本信息

联系人姓名：

夏原

职务：

研究员

联系电话：

82543858

所属行业基本信息

项目所处行业现状、规模、行业未来3年左右的增长潜力和预计增长速度：

在汽车工业中，以铝合金发动机替代铸铁已经成为主流趋势。铝合金具有比强度高、导热性低等优点。发动机采用铝合金，可减低汽车自重10%，从而降低油耗8%。等离子体电解氧化是国际公认的绿色环保型表面陶瓷化技术。在铝合金缸体内壁和活塞上制备一定厚度耐磨抗蚀的陶瓷涂层，能有效替代铝合金缸体内镶嵌铁缸套的传统工艺，可显著提高铸铝发动机的服役寿命。

我国汽车、摩托车行业每年约有至少800～1000万台套铝合金发动机缸体的市场需求，市场应用前景广阔。

以小型汽油机铝合金(YLADC12)缸体为例，等离子体电解氧化技术处理的陶瓷层较传统工艺如镀铬和阳极氧化工艺具有更高的硬度、耐腐蚀、耐磨等特性。目前，镀铬工艺的成本约为每平方分米0.8元。而等离子体电解氧化技术处理每平方分米不到0.7元，按汽车、摩托车发动机缸体平均加工费30元计算，可实现产值近3亿元，其科技附加值含量较高。

核心技术

项目核心技术概述：

本项目在铝合金缸体内壁和活塞上制备一定厚度耐磨抗蚀的陶瓷涂层，可显著提高铸铝发动机的服役寿命。同时，陶瓷涂层的热障效应能够降低气缸内热量损失和发动机冷却的需求，从而提高发动机功率，降低排放量。

技术创新性描述：

1）设前级隔离变压器，对电网电压的干扰小；

2）实时监控电流、电压、功率、频率、脉宽、时间、温度及溶液浓度等；

3）通过动态闭环控制及时调整参数，使整个生产过程实现全自动化；

4）可设定恒流、恒压和恒功率三种输出方式，恒流、恒压在线无扰动转换；

5）脉冲频率范围为50～2000Hz，占空间比5～95%之间可调。

本项目核心技术水平处于国内领先水平。

知识产权

已获得知识产权情况，包括已获得的数量、名称、类型等：

1、铝合金缸体内壁陶瓷层的等离子体电解沉积方法及装置，ZL02160209.3

2、一种金属表面陶瓷化处理方法，ZL2004101028388

3、等离子体电解氧化自动控制装置及方法，ZL200610112905

未申报的知识产权，即该项技术未来可能获得的知识产权情况，包括类型、数量等：

三年内研究开发内容计划

未来2-3年内项目技术研究开发要做的工作及预期达到的效果：

以小型汽油机铝合金(YLADC12)缸体为例，等离子体电解氧化技术处理的陶瓷层较传统工艺如镀铬和阳极氧化工艺具有更高的硬度、耐腐蚀、耐磨等特性。目前，镀铬工艺的成本约为每平方分米0.8元。而等离子体电解氧化技术处理每平方分米不到0.7元，按汽车、摩托车发动机缸体平均加工费30元计算，可实现产值近3亿元，其科技附加值含量较高。

团队介绍

项目团队人数及核心技术人员简介

夏原，研究方向主要为材料表面陶瓷化设计与控制，功能薄膜研究。在科研上，以提高材料的抗烧蚀和耐强磨损能力为目标，通过对热浸稀土铝镀层组织演变及力学特性的透射电镜（TEM）研究，从理论上建立镀层生长的基本模型和表层材料的优化准则。探索出镀层厚度随时间变化的三个阶段的基本规律。提出超声振动制备热浸稀土铝的新方法。应用流体力学模型，通过合理简化分析，推导出镀层厚度与热浸镀关键工艺参数之间的关系，实现了对镀层厚度的自动控制。研究中提出了PEO瞬态伏安特性曲线数据的实际测量方法，从电化学测量角度，揭示出了陶瓷层生长阶段的三个不同特征。

李光，高离化率磁控溅射等离子体基离子注入沉积硬质薄膜及膜基界面注入混合研究真空阴极弧离子镀及磁过滤研究超硬纳米薄膜、功能薄膜镀膜过程的模拟与控制