CN103109116A - 用于糙化和涂敷表面的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于糙化和热涂敷表面（1）、尤其是内燃发动机的汽缸工作表面的方法，所述糙化为用于以涂层（9）对所述表面（1）进行热涂敷而对所述表面（1）进行的准备工作。所述方法特点在于在糙化期间将不同的糙化轮廓引入到表面（1）并且分布在表面（1）上的涂层（9）具有不同的属性。这容许在之后的热涂敷期间涂敷或喷涂工艺以实质上不变的喷涂参数实施。所述涂层（9）的不同属性，例如硬度、孔隙度、机械加工性、化学成分、氧化和附着力，之后仅基于不同糙化的表面（1）获得。

Description

用于糙化和涂敷表面的方法

本发明涉及一种根据权利要求1的前序所述的用于糙化和涂敷表面、尤其是内燃发动机的汽缸工作表面的方法，以及用这种方法生产的工件。

在汽缸工作表面是通过热涂敷工艺制造的情况下，大部分留油体积由珩磨期间暴露的孔隙所引起。众所周知，分布在汽缸工作表面上的不同的孔隙度可以改善发动机运转中的摩擦性能。因此，需要的留油体积在汽缸工作表面的长度上不一致。因此，在活塞运动反转的点所需要的留油体积比在这两点之间稍多。尤其是在上反转点，例如高热和机械负载之类的影响意味着有油膜断开的风险。

FR2924365A1号专利文献公开了通过热喷涂工艺以下述方式进行涂敷，即，在汽缸工作表面产生不同孔隙度，其喷涂参数，例如持续时间和/或喷涂操作的速率、预热温度或喷涂材料的组成，在喷涂过程中变化。不利的是其不能进行不变的喷涂工艺，恰恰相反，不得不适当地设置喷涂参数以对应喷头各自的位置。

本发明的目的在于提供一种方法，所述方法中汽缸工作表面上的涂层的孔隙度和其他属性的变化可以以简单的方式实现，尤其是不改变喷涂参数。

这个目的通过权利要求1的特征实现。

在糙化期间将不同的糙化轮廓引入到表面容许涂敷或喷涂工艺在随后热涂敷期间以实质上不变的喷涂参数实施。涂层的不同属性，例如硬度、孔隙度、氧化、机械加工性、化学成分和附着力，仅基于不同糙化的表面获得。

出乎预料地发现，根据选取的糙化轮廓，涂层的属性，尤其是孔隙度，发生了改变。如果改变第一糙化轮廓，使得很小的高台，例如尖顶，和/或形变在第二糙化轮廓中产生，喷涂的层或涂层就不同地建立在两个糙化轮廓上。尖顶和/或形变具有特定引入点的效果，在这些点例如氧化物优先生长。这在汽缸工作表面中出现有尖顶或形变的糙化轮廓的位置形成较高的层孔隙度，因而导致更大的留油体积。同时，糙化轮廓不需要完全不同；糙化轮廓的宏观结构可以保持相同，而仅仅是糙化轮廓加了进一步有尖顶或形变的微观结构，所述尖顶或形变相较于糙化轮廓不变的层形成改变了层形成。

在沿着气缸的相应区域特定地改变糙化结构容许层形成，并且由此使在相同的喷涂参数下孔隙度受到影响。也就是说，不同的孔隙度，以及由此造成的不同的留油体积，可以在所需位置产生而不需要在汽缸涂敷期间重设或改变涂敷工艺。

优选地，糙化轮廓包含基础轮廓。此基础轮廓或宏观结构可以对于整个表面，尤其是汽缸工作表面是相同的，例如在表面区域中引入不变的车制槽。不同的糙化轮廓之后通过微观结构的方式获得，例如通过将额外的形变特定地引入到基础轮廓中。表面也可以具有不同的基础轮廓，例如改变基础轮廓的样式、高度、宽度和/或间距，使得在汽缸工作表面上看，使用了不同的基础轮廓。

基础轮廓优选地配置为楔形榫头轮廓、矩形轮廓、梯形轮廓或锯齿轮廓。这些轮廓可以直接用于涂敷，但是也可以很容易地改变，以便产生规定的微观结构。基础轮廓的样式不限于这些轮廓，而是可能产生任何其它类型的基础轮廓，其在已经有基础轮廓的表面和/或通过进一步加工提供需要的切口。基础轮廓可以通过各种工艺形成，例如通过铣削、车削、激光等方式。

优选地，糙化轮廓通过引入或应用到基础轮廓的一个或多个次级轮廓产生。这可以在第一操作步骤中实施，即在产生基础轮廓时实施，例如使用有细微不同的切削刃的车刀。或者也可以单独地引入，其中，在产生基础轮廓的同时或在第二操作步骤中，在所述糙化轮廓的区域中使用随后由基础轮廓形成次级轮廓的工具。这种工具可以是滚轴，其随后使基础轮廓变形。或者也可以通过一个或多个小刀片发生，所述小刀片在糙化轮廓的区域中接合基础轮廓并相应地由基础轮廓切出次级轮廓。

在一种优选的配置中，次级轮廓形成为锯齿轮廓。然后，一个或多个锯齿轮廓形成基础轮廓。这样一方面容许切口的产生，所述切口有利于涂层的附着。另一方面，产生了在喷涂的层上引起氧化物形成并且因此导致更多孔的涂层的尖顶。

优选地，糙化轮廓是通过基础轮廓和/或进一步成形的次级轮廓至少在某些部分以塑性形变或消除的方式产生。这可以通过滚花、激光刻蚀、锤式刷、高压水冲、喷砂打磨或类似工艺实现。例如，基础轮廓可以以脉冲激光光束的方式形成凹痕，借以产生与基础轮廓不同的糙化轮廓。

优选地，本方法用于内燃发动机的汽缸缸体，表面是汽缸工作表面。在涂敷前将不同的糙化轮廓简单地引入到表面容许在完成的、涂敷的汽缸工作表面以简单的方式产生不同需求的孔隙度。

在优选的配置中，在汽缸工作表面滑动的活塞的顶部和/或底部死点区域的糙化轮廓由具有一个或多个应用的次级轮廓的基础轮廓组成。此措施以简单的方式获得了汽缸工作表面在顶部和底部死点的孔隙度高于介于其间的区域的孔隙度的效果。通过向基础轮廓引入或应用次级轮廓，在顶部和底部死点区域对遍及表面的基础轮廓进行简单加工，造成这些区域的涂层具有较高的孔隙度的效果。

在另一有利的配置中，在汽缸工作表面滑动的活塞的顶部和/或底部死点区域的糙化轮廓由基础轮廓或有一个或多个应用的次级轮廓的基础轮廓组成，所述基础轮廓和/或至少一个次级轮廓至少在某一部分通过塑性形变或消除进一步成形。基本上，应用与前述段落相同的想法，但是此处，基础轮廓和/或应用至该基础轮廓上的次级轮廓的塑性形变或加工例如通过滚花、锤式刷、激光加工、等等完成。

优选地，在汽缸工作表面上滑动的活塞的顶部和底部死点之间的区域的糙化轮廓由基础轮廓组成。在死点之间的区域，在任何情况下存在的基础轮廓不再进一步地加工。由于具有很少分支的基础轮廓的样式相对更简洁，在应用热涂敷工艺的过程中喷涂的层固化时形成较少的氧化物，由此这个区域的孔隙度低于前面两段所述的区域。

这种对基础轮廓和次级轮廓或形变的基础轮廓的划分容许以简单的方式在汽缸工作表面产生所需的不同孔隙度。在应用热涂敷工艺时，喷涂参数可以保持实质上不变；涂层的不同属性实质上基于不同的糙化轮廓获得。

本发明的进一步优势和配置可从附图获得，其中

图1显示通过糙化后的汽缸工作表面的截面；

图2a-d显示放大的来自图1的细部A-D的截面；

图3显示通过涂敷后的汽缸工作表面的截面；以及

图4a-d显示放大的来自图3的细部A-D的截面。

图1显示通过经糙化的汽缸缸体2的汽缸工作表面1的截面，汽缸工作表面1是汽缸孔3的内表面。汽缸工作表面1具有顶部死点4区域和底部死点5区域，所述死点区域是汽缸工作表面1上活塞-此处未示出-的上端和下端位置，在此位置活塞速度短暂地达到零，其完全或至少部分被活塞覆盖。图2a-d中表示来自汽缸缸体的细部A-D的膛板2a的放大的截面。

图2a显示放大的来自顶部死点4区域和底部死点5区域之间的区域的细部A。糙化的汽缸工作表面1具有作为糙化轮廓的梯形基础轮廓6。这可以由对汽缸缸体2材料简单地车削、铣削或钻削操作产生。

图2b显示放大的来自底部死点5区域的细部B。糙化的汽缸工作表面1具有作为糙化轮廓的梯形基础轮廓6，所述基础轮廓6另外还有两个锯齿形的次级轮廓7。这两个次级轮廓7可以由基础轮廓6例如通过轧制操作形成。

图2c显示放大的来自顶部死点4的下部区域的细部C。糙化的汽缸工作表面1具有作为糙化轮廓的梯形基础轮廓6，所述基础轮廓6另外还有细分的锯齿轮廓8作为次级轮廓，所述锯齿轮廓8已经引入到基础轮廓6的顶部侧面。锯齿轮廓8可以通过在基础轮廓6产生之前以精细车削的方式引入到光滑的汽缸内壁而产生。在基础轮廓6产生之后，其依然保留在基础轮廓6的顶部侧面。

最后，图2d显示放大的来自顶部死点4的上部区域的细部D，即在内燃发动机中产生最大负载的地方。糙化的汽缸工作表面1同样地也具有作为糙化轮廓的梯形基础轮廓6，所述基础轮廓6另外还有两个来自图2b的锯齿形的次级轮廓7和如图2c所述的细分的锯齿轮廓8作为另一次级轮廓。通过使用两个不同的次级轮廓7、8，糙化轮廓在这个区域比仅由基础轮廓6组成的图2a的糙化轮廓具有相对更大的表面。

图3显示通过如图1所示的汽缸缸体2的汽缸工作表面1的同样的截面，但是在汽缸工作表面1通过热喷涂工艺涂敷涂层9之后。

在图4a-d中表示来自细部A-D的汽缸缸体膛板2a放大的截面，类似于图2a-d中的表示。因为涂层9的热涂敷，其中非常热的材料喷涂到糙化的表面1，糙化轮廓同时发生局部熔化，因此糙化轮廓在涂敷涂层之后不再具有与涂敷之前，即糙化工艺之后，相同的横截面样式。为此，在下文参照糙化轮廓样式之处，应当始终以图2a-d中的糙化轮廓的最初样式为基础。

图4a再次显示放大的来自顶部死点4区域和底部死点5区域之间的区域的细部A，这次具有涂层9。基础轮廓6的光滑的样式具有使涂层9在热喷涂期间无任何大的氧化物形成和孔隙形成产生的效果。孔隙10相应地小；涂层9具有低孔隙度。因为在这个区域活塞速度很高，低孔隙度对于耗油量有积极的效果。

在图4b的放大的来自底部死点5的区域的细部B中，涂层9显示比图4a中更粗或更大的孔隙10。造成这样的原因是，在热喷涂过程中起触发层形成作用的两个次级轮廓7（如图2b所示）因为喷涂的材料的热量熔解并因此导致喷涂上的材料较快地固化，促进涂层9中氧化物和孔隙形成。

图4c的中的情况与图4b中的情况类似，图4c中显示放大的来自顶部死点4的下部区域。细分的锯齿轮廓8（如图2c所示）再次起到在涂层9中触发氧化物形成和孔隙形成的作用。孔隙比图4b中的略微较细或较小，但是比图4a中的较粗大。

在图4d中，表示放大的来自顶部死点4的上部区域的细部D，可以清楚地看到因为在这个区域相对更大的糙化轮廓表面而在应用涂层9期间产生的非常粗和大的孔隙。这容许顶部死点4区域提供非常多孔的涂层9，其即使在活塞的速度非常小并且点火压力非常大的时候仍然以理想的方式保持活塞的润滑。

Claims (16)

1.一种用于糙化和热涂敷表面（1）、尤其是内燃发动机的汽缸工作表面的方法，所述糙化为用于以涂层（9）对所述表面（1）进行热涂敷而对所述表面（1）进行的准备工作，其特征在于，在糙化期间将不同的糙化轮廓引入到所述表面（1），并且分布在所述表面（1）上的涂层（9）具有不同的属性。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述涂层（9）的不同属性适用于包含所述涂层（9）的硬度、孔隙度、机械加工性、氧化、化学成分和附着力的群组中的至少一种属性。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述糙化轮廓包含基础轮廓（6）。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基础轮廓（6）配置为楔形榫头轮廓、矩形轮廓、梯形轮廓或锯齿轮廓。

5.如权利要求3或4所述的方法，其特征在于，糙化轮廓通过将一种或多种次级轮廓（7）引入或应用到基础轮廓（6）而产生。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述次级轮廓制成锯齿轮廓（8）。

7.如权利要求3至6中的一项所述的方法，其特征在于，糙化轮廓由基础轮廓和/或次级轮廓进一步成形的方式产生，所述次级轮廓的进一步成形至少在某些部分通过塑性形变或消除的方式实现。

8.一种工件，其特征在于，根据前述权利要求中的一项所述的方法制造。

9.一种具有为热涂敷准备的表面（1）的工件，尤其是通过前述权利要求1-7中的一项所述的方法制造的工件，其特征在于，所述表面（1）具有不同的糙化轮廓。

10.如权利要求9所述的工件，其特征在于，所述糙化轮廓由一个或多个基础轮廓组成，并且，对于不同的糙化轮廓，至少一个基础轮廓在某些区域根据所需要的属性发生形变。

11.如权利要求9或10所述的工件，其特征在于，所述一个糙化轮廓或基础轮廓（6）配置为楔形榫头轮廓、矩形轮廓、梯形轮廓或锯齿轮廓。

12.如权利要求10或11所述的工件，其特征在于，一个或多个所述次级轮廓（7、8）应用到基础轮廓（6）的全部或某些部分。

13.如权利要求9至12中的一项所述的工件，其特征在于，所述工件是内燃发动机的汽缸缸体（2）并且所述表面是汽缸工作表面（1）。

14.如权利要求13所述的工件，其特征在于，在所述汽缸工作表面（1）中滑动的活塞的顶部和/或底部死点（4、5）区域中的糙化轮廓由具有一个或多个应用的次级轮廓（7、8）的基础轮廓（6）组成。

15.如权利要求13所述的工件，其特征在于，在所述汽缸工作表面中滑动的活塞顶部和/或底部死点区域中的糙化轮廓由基础轮廓或具有一个或多个应用的次级轮廓的基础轮廓组成，并且所述基础轮廓和/或至少一个次级轮廓至少在某些部分通过塑性形变或消除的方式进行进一步成形。

16.如权利要求13至15中的一项所述的工件，其特征在于，在所述汽缸工作表面（1）中滑动的活塞顶部和底部死点（4、5）之间的区域中的糙化轮廓由基础轮廓（6）组成。

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