CN103328678B - 用于具有珠光体、贝氏体、马氏体结构的热喷涂层的丝状喷涂材料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种尤其用于电弧丝喷涂的线状喷涂材料，它主要包括铁。所述喷涂材料至少与碳构成微合金，以便在所述喷涂材料的凝固过程中产生细珠光体、马氏体和贝氏体结构，在该结构中存在精细分布的氮化物。
Description
技术领域
本发明涉及一种尤其用于电弧丝喷涂的丝状喷涂材料，它主要包括铁和热喷涂层，所述涂层沉积在基质上。
背景技术
在制造内燃机时，由于能量效率和减少排放的原因，要力争达到尽可能小的摩擦以及高耐磨强度和抗损强度。为此，发动机部件，例如气缸孔或其壁设置有工作面层，或者将气缸套插入气缸孔中，该气缸套设置有工作面。这样的工作面的施加通常借助热喷涂进行，例如电弧丝喷涂。在电弧丝喷涂过程中，在两个丝状喷涂材料之间通过施加电压产生电弧。由此，丝尖熔化并且例如借助喷雾气体被输送到需进行涂覆的表面上，例如输送到它们产生聚集的气缸壁上。
由DE10308563B3已知用于内燃发动机的气缸套，它包括在工作面上具有防磨损涂层的基体，该基体基于硬的铁与碳和氧的合金，其中该防磨损涂层具有马氏体相并且形成氧化物，该防磨损层可通过电弧丝喷涂方法施加，并且该涂层的合金具有0.05重量%至3重量%的碳含量。
由DE102008034547B3已知用于具有贝氏体、马氏体结构的铁基热喷涂层的丝状喷涂材料，它具有0.23重量%至0.4重量%的碳含量以及0.75重量%至0.95重量%的铬含量以及其他合金成分。
由DE102008034549B3已知用于具有珠光体、贝氏体、马氏体结构的铁基热喷涂层的丝状的喷涂材料，它具有0.45重量%至0.55重量%的碳含量以及0.25重量%至0.35重量%的铜含量以及其他合金成分。
由DE102008034551B3已知用于具有贝氏体、马氏体结构的铁基热喷涂层的丝状的喷涂材料，它具有0.35重量%至0.55重量%的碳含量以及0.25重量%至0.35重量%的铜含量以及其他合金成分。
由DE102009039453A1或DE202009001002U1已知用于具有珠光体、贝氏体、马氏体结构的铁基热喷涂层的丝状的喷涂材料，它具有0.1重量%至0.28重量%的碳含量以及0.05重量%至0.3重量%的硅含量以及其他合金成分。
发明内容
本发明的一个目的在于，提供一种尤其用于电弧丝喷涂（喷射）的、低成本的改进的线状喷涂材料。在确定该线状喷涂材料时，除了涂层属性以外，还有针对性地对线状喷涂材料的喷涂性能以及喷涂层的可加工性产生影响。
本发明的另一目的在于，制造一种厚的、在摩擦方面改进的喷涂层，该喷涂层能够尤其通过电弧丝喷涂涂覆（沉积）在基质上并且能够良好地进行机加工。
该目的通过具有权利要求1所述特征的线状喷涂材料实现。
其他有利的优化为从属权利要求的主题。
本发明所述的、尤其用于电弧丝喷涂的线状喷涂材料主要包括铁。该喷涂材料至少与碳一起构成微合金，以便在该线状喷涂材料的凝固过程中就已至少产生珠光体和贝氏体，其中附加地设置有微合金元素以用于形成抗磨损的相以及用于优化摩擦方面的特性。
微合金是这样的合金，它主要由一种成分形成，其他成分仅以少量的重量百分比添加到所述成分中。包括硬的Fe3C以及铁素体（铁酸盐）的细条式珠光体是在摩擦方面积极有效的相。贝氏体是具有中等硬度和抗损强度的过渡相。马氏体是硬的、抗磨损的结构。可以通过对喷涂材料进行冷却的方式并且通过对微合金的合金成分进行选择来有针对性地对马氏体的形成产生影响。
同样地，可以通过对喷涂材料进行冷却的方式并且通过对微合金的合金成分进行选择来有针对性地对贝氏体与珠光体的比例产生影响。
基体—例如气缸工作面—上的在聚集时借助电弧丝喷涂在使用根据本发明的喷涂材料的情况下生成的涂层包括珠光体和贝氏体以及由马氏体构成的抗磨损的岛状体。
在摩擦方面有效的相用于优化临界系统状态中的工作性能，从而在例如润滑油膜撕裂的情况下通过粘附反应避免摩擦参与件的过度磨损或损坏。在气缸工作面/活塞环的摩擦系统中，所述状态尤其出现在混合摩擦区域中，例如上止点中心或下止点中心。
附图说明
下面借助附图对本发明的实施例进行进一步阐述。
其中：
图1示出了基质，该基质具有通过电弧丝喷涂沉积的涂层。
具体实施方式
图1中示出了基质1，该基质具有通过电弧丝喷涂（LDS）沉积的涂层2。在电弧丝喷涂过程中，将两个线状喷涂材料4供应给涂覆头3。在线状喷涂材料4之间点燃电弧5。在此，线状喷涂材料4熔化并且借助载体气体有目的性地涂覆在需进行涂覆的基体1上，所述喷涂材料在该基体处冷却、凝固并且形成涂层2。
线状喷涂材料4主要包括铁。所述喷涂材料至少与碳以这样的方式构成微合金，即，使得在该线状喷涂材料的凝固过程中就已至少产生珠光体和贝氏体。此外，在微合金中设置有合金成分，所述合金成分用于形成由马氏体形成的抗磨损的相以及用于减小摩擦系数。
合金的成分如下设置：
-0.28重量%至0.6重量%的碳，
-0.6重量%至0.8重量%的硅，
-1.0重量%至1.4重量%的锰，
-0.05重量%至0.35重量%的铬，
-0.04重量%至0.15重量%的铜，
-0.005重量%至0.03重量%的氮。
如果没有其他说明，则上述含量说明为分别基于总重量的重量百分比。
优选至少微量地、也就是说以至少0.001重量%的份额包含元素钒、钼、磷、硫、铝、镍。优选各成分的最大含量如下：钒为0.15重量%、镍为0.1重量%、钼为0.03重量%、其他元素为0.01重量%。
根据第一实施例，优选将具有下列成分的微合金用于线状喷涂材料4：
-0.4重量%的碳，
-0.7重量%的硅，
-1.32重量%的锰，
-0.06重量%的铜，
-0.19重量%的铬，
-0.015重量%的氮。
所述微合金的主要成分是铁。
利用由这些微合金形成的线状喷涂材料4进行的电弧丝喷涂形成了具有低多孔性和低粗糙度的尤其均匀的涂层2。
所述微合金的低的碳含量和提高的锰含量以及提高的硅含量使喷涂性能得到优化，其特征在于，在电弧丝喷涂过程中出现小的、均匀的、粘稠的液滴。由于其粘性，这些液滴在飞行过程中以及在碰撞过程中仅有很少的部分分解成更细微的颗粒并且由此更少地趋于氧化。更少的表面氧化有利于颗粒在基质上的附着（涂层附着力）以及颗粒彼此间的附着（涂层内聚力）。
此外，在喷涂层2的凝固过程中，提高的锰含量实现了优势性的珠光体/贝氏体的结构构成。
铜的添加优化了涂层2的防腐蚀性。
氮的添加促进了抗磨损的氮化物的形成，这也在摩擦方面有效地促进了摩擦系数的减小。
在涂层2的凝固过程中产生细条的珠光体和贝氏体以及由马氏体形成的抗磨损的岛状体。贝氏体是碳素钢的韧性的中间结构。珠光体是软铁素体相和硬碳化物相的混合结构。可以通过喷涂参数以对喷涂材料进行冷却的方式以及通过对微合金的合金成分进行选择来影响贝氏体和珠光体的形成。涂层2以软的、可延展的矩阵的形式构成，该矩阵由珠光体和贝氏体与由马氏体形成的硬的、抗磨损的岛状体组成。
优选对线状喷涂材料4进行热轧和/或热拉拔，并且随后慢慢地且加以控制地在炉中对该线状喷涂材料进行冷却和/或球化退火，从而获得可延展的结构，由此线状喷涂材料4保持柔韧。
对所述丝的合金成分进行测量，以便把特定元素例如碳的燃尽考虑进去。涂层2的合金组成根据所述燃尽而改变。将所述丝的组成调整为适合所喷涂的涂层的目标特性。
为了避免腐蚀，优选使线状喷涂材料4的表面包铜（镀铜）。
所述丝是低合金的，其中所述选择专门针对低成本的合金元素。
所获得的喷涂层显示出良好的可加工性和提高的摩擦特性以及良好的耐磨强度。
附图标记列表
1基质
2涂层
3涂覆头
4线状喷涂材料
5电弧。
Claims (5)
1.线状喷涂材料(4)，尤其用于电弧丝喷涂，该线状喷涂材料主要包括铁，其特征在于，该喷涂材料(4)至少与碳构成微合金，以便在该喷涂材料的凝固过程中就已产生珠光体、贝氏体和马氏体，其特征在于，如下设置合金成分：
分别基于总重量的
-0.28重量％至0.6重量％的碳，
-0.6重量％至0.8重量％的硅，
-1.0重量％至1.4重量％的锰，
-0.05重量％至0.35重量％的铬，
-0.04重量％至0.15重量％的铜，
-0.005重量％至0.03重量％的氮。
2.根据权利要求1所述的线状喷涂材料(4)，其特征在于，分别基于总重量地包含0.15重量％以内的钒、0.1重量％以内的镍、0.03重量％以内的钼、以及0.01重量％以内的磷、硫和铝。
3.根据前述权利要求之一所述的线状喷涂材料(4)，其特征在于，该线状喷涂材料(4)的表面设置有铜镀层。
4.铁基的热喷涂涂层，其特征在于，它具有如下合金成分：
分别基于总重量的
-0.28重量％至0.6重量％的碳，
-0.6重量％至0.8重量％的硅，
-1.0重量％至1.4重量％的锰，
-0.05重量％至0.35重量％的铬，
-0.04重量％至0.15重量％的铜，
-0.005重量％至0.03重量％的氮。
5.根据权利要求4所述的热喷涂涂层，其特征在于，该热喷涂涂层作为工作面层布置在活塞冲程发动机的气缸曲轴箱的内部。
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