活塞環(huán)廣泛地用在如蒸汽機、柴油機、汽油機、壓縮機、液壓機等各種動力機械上,承擔密封、調(diào)節(jié)機油( 控油) 、導熱( 傳熱) 、導向( 支承) 等四個作用,承受高溫、高摩擦、熱疲勞、氣體腐蝕等惡劣的工作環(huán)境。
早期的活塞環(huán)靠鑄造形成,但隨著環(huán)境要求的不斷提高,活塞環(huán)的表面承受著越來越嚴苛的表面摩擦作用,各種先進的表面處理應用其中,如溶射、電鍍、鍍鉻、氣體氮化、物理沉積、鋅錳系磷化處理、表面涂層等。
20 世紀 60 年代,出現(xiàn)了鉬金屬的火焰噴涂技術( 以及隨后改進的 HVOF 技術) ,在氧化性火焰作用下,將鉬絲熔化噴涂在活塞環(huán)表面,形成一層鉬及氧化鉬耐磨層,起到一定的潤滑作用。由于涂層中氧化鉬的脆性較大,必須在活塞環(huán)的表面加工出若干細小凹槽,用于放置氧化鉬涂層。當達到一定使用溫度時,氧化鉬涂層不但會脫落,而且溝槽會引起活塞環(huán)基體產(chǎn)生裂紋。
等離子噴涂技術在惰性氣體等離子體產(chǎn)生的10 000 K 以上的高溫下,將鉬金屬和 Mo2C 的復合物粉末徹底熔化為液態(tài),然后沉積在活塞環(huán)基體材料表面進而凝固生長。與火焰噴涂技術相比,Mo-Mo2C 等離子噴涂技術具有三大優(yōu)勢: ( 1) 涂層與基體材料呈金屬鍵結(jié)合,結(jié)合強度大大增強; ( 2) 涂層呈少( 無) 孔隙的致密結(jié)構(gòu),保證了涂層具有極佳的潤滑作用; ( 3) 涂層中無氧化物夾雜,大大提高涂層的韌性,保證基體材料被完好地封閉在涂層以下,保證大大提高涂層的耐磨性。因此,等離子噴涂 Mo-Mo2C 涂層可提供 150 000 km 的運行壽命。
目前,Mo-Mo2C 等離子噴涂技術已經(jīng)取得良好的應用前景。