CN107110058B - 用于内燃机的湿式汽缸衬套及其获取方法、以及内燃机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种内燃机的部件，并且特别涉及设置有周向外表面(12)的湿式汽缸衬套(10)，所述外表面(12)接纳包含硅的第一层(1)的施加，在所述第一层(1)上施加有包含氧化硅纳米颗粒的第二弹性体层(2)，以便当抵抗由空蚀引起的侵蚀的作用而工作时增加衬套(10)的耐久性。

Description

用于内燃机的湿式汽缸衬套及其获取方法、以及内燃机
技术领域
本发明涉及内燃机的部件，并且特别涉及设置有周向外表面的湿式汽缸衬套，在所述外表面接收包含硅的第一层的施加，在所述第一层上施加有包含氧化硅纳米颗粒的第二弹性体层，以便当其在工作时抵抗由于空蚀的侵蚀作用时增加衬套的耐久性。
背景技术
用于重型或大型车辆的柴油内燃机的汽缸衬套通常具有被冷却流体或冷却剂包围的外表面，所述冷却流体或冷却剂起作用以驱散所产生的热。这些现有技术中被广泛称为湿式轴套或汽缸衬套的湿式汽缸衬套对已知为空蚀引起的侵蚀的故障机制是敏感的。
空蚀为由突然的压降而发生的液体介质中蒸发气泡的形成。汽缸的移动导致湿式气缸衬套外侧的高速振动，使得当其加速时冷却流体具有低于发生流体蒸发时的最小压力点的压力降低。因此，发生冷却流体的局部蒸发，形成蒸发气泡。当局部压力再次增加时，流体中形成的蒸发气泡就会消失。如果蒸发气泡的消失区域接近衬套的外表面，那么气泡能够导致在表面上发生侵蚀，因此促进材料的损失，并且甚至破坏湿式汽缸衬套。
在上述条件下，空蚀的现象能够在接近湿式汽缸衬套的外表面的任何部分发生，然而观察到两种类型的反复发生的空蚀。第一类型的空蚀发生在湿式汽缸衬套的最大力的区域(推力侧或反推力侧)中，此时由于二次移动而发生活塞的冲击。第二类型的空蚀发生在汽缸衬套与发动机本体之间的装配间隙中，此时存在冷却流体的高流速。这些高流速减小了流体的局部压力，并且受到汽缸衬套产生的小移动的影响。
在现有技术中发现了由各种技术进行的防止或减小空蚀现象以及所导致的侵蚀的尝试，这样，例如，在韩国文献KR20070060326中，其描述了具有增加的耐磨损和耐空蚀的湿式汽缸衬套。在其外表面上，汽缸衬套接纳由具有导热性能的聚合物组成的聚合物涂层。导热剂被添加至聚合物，产生具有聚合物基体以及沿基体分布的导热剂的非均相涂层。
英国文献GB76954描述了一种湿式汽缸衬套，其在其外表面接纳天然的或合成的橡胶涂层，所述涂层能够被喷洒、硫化或设置在表面上。
所述两篇文献，以及遇到的其他技术都没有提供用于由空蚀引起的侵蚀的问题以及湿式汽缸衬套的可能的破裂的有效的解决方案。
因此需要找到一种用于湿式汽缸衬套的解决方案，其能够在汽缸衬套经受由空蚀引起的侵蚀的时保证极好的耐久性，使得汽缸衬套遭受更少的质量损失，因此防止衬套的可能的破裂。
发明目的
本发明的目的包括提供具有耐空蚀的外表面的湿式汽缸衬套。
本发明的目的也包括提供一种湿式汽缸衬套，其包括由例如硅组成的第一层，以及包含氧化硅纳米颗粒的硅烷-弹性体层，从而在由空蚀引起的侵蚀的作用下增加衬套的外表面的抵抗。
本发明的目的还包括提供在湿式汽缸衬套上施加涂层的方法，从而增加对空蚀的抵抗。
发明内容
本发明的主题为用于内燃机的湿式汽缸衬套，包括由含铁合金制成、设置有周向外表面的汽缸本体，在所述周向的外表面上依次施加有第一层和第二层，第二层用作冷却流体与沉积在外表面上的第一层之间的界面，汽缸衬套包括第一层和第二层，第一层由至少一种硅或至少一种双组分环氧粘合剂组成的第一层，并且第二层包括包含氧化硅纳米颗粒的硅烷-弹性体化合物以及粘合改性剂添加剂，第二层经受由空蚀引起的侵蚀，并且第一层可选地用作用于耐高温的界面。
本发明的主题也是一种用于获得用于内燃机的湿式汽缸衬套的方法，包括以下步骤：
步骤i)通过离心和剖光进行铸造；
步骤ii)对将要沉积有第一层的表面进行喷砂；
步骤iii)在外表面上喷洒或涂刷第一层，所述第一层由硅组成，将衬套保持在环境温度下至少30分钟；或者喷洒由双组分环氧粘合剂组成的第一层，将汽缸保持在环境温度下至少24小时；以及
步骤iv)在第一层上喷洒或涂刷第二层，其包括包含氧化硅纳米颗粒的硅烷-弹性体化合物以及粘合改性剂添加剂，将衬套保持在环境温度下至少24小时，或者保持在115℃的温度下至少30分钟。
本发明的主题还是包括至少一个如之前限定的湿式汽缸衬套的内燃机。
附图说明
从以下基于下列附图的详细描述能够更好地理解用于内燃机的湿式汽缸衬套：
图1-汽缸衬套的透视图；
图2-应用在根据本发明的汽缸衬套上的层结构的横截面的示意图；以及
图3-在间接空蚀测试中的汽缸衬套质量损失的抵抗。
具体实施方式
本发明涉及用于内燃机的湿式汽缸衬套10。更具体地，本发明涉及设置有周向外表面12的汽缸衬套10，在所述周向外表面12上施加由两个层组成的涂层。该涂层包括直接施加在衬套10的外表面12上的包含硅的第一层1，以及施加在第一层1上的包含氧化硅纳米颗粒的第二、硅烷-弹性体层2。结果，衬套10具有更高的耐空蚀性，因此减少了外表面12的侵蚀，这提供了衬套10的更少的质量损失，以及因此具有更高的耐久性。
为了正确地理解本发明，需要说明已知为由空蚀引起的侵蚀的故障机理的作用。首先，由根据工作负荷的压力的变化引起的空蚀现象只发生在流体或液体介质中。因此，湿式汽缸衬套10由于其外表面12被冷却流体包围而经受空蚀的作用。
当内燃机运转时，在汽缸内部发生压力变化，意味着冷却流体通过低压区域以及高压区域。当冷却流体的低压降低到最低压力点以下时，发生流体的蒸发，从而形成蒸发气泡。当它们通过高压区域时，蒸发气泡围绕衬套的外表面12迅速消失。蒸发气泡的这种形成和消失经常发生，并且导致衬套10的侵蚀，产生质量损失，并因此降低了衬套的耐久性。这些气泡的消失甚至能够将衬套的外表面穿孔，导致衬套10的破裂。
如图1所示，湿式汽缸衬套10设置有管或中空的汽缸本体11，所述汽缸本体11通常由诸如铸铁的含铁合金组成。该汽缸本体11特别包括两个表面，即，发生活塞的轴向移动的内表面13，以及周向的外表面12。外表面12被冷却流体或制冷剂液体包围，并且接纳涂层的施加，因此构成本发明。
如能够在图2中观察到的，根据本发明的涂层包括两个层，即，直接施加在衬套10的外表面12上的、包含硅的第一聚合物层1，以及施加在第一层1上的、包含氧化硅纳米颗粒和粘合改性剂添加剂的第二硅烷-弹性体层2。
第一层1的组成优选为硅，并且可选地能够使用添加有铜颗粒的双组分环氧树脂，以便增加耐高温性。
在第一层1中使用的硅通过使用压力枪的喷洒或涂刷方法来施加，并且将层保持在环境温度至少30分钟，使得第一层能够粘合至外表面12。在可选的构造中，双组分环氧树脂将被喷洒在衬套的外表面，并且将在环境温度下保持至少24小时。
更具体地，第二层2包括聚二甲基硅氧烷的增强的硅烷-弹性体化合物，其浓度为8％至22％的氧化硅纳米颗粒的体积，优选16％至22％的氧化硅纳米颗粒的体积，以及浓度为乙烯基硅烷和环氧硅烷或者氨基硅烷类型的粘合改性剂添加剂的8％至9％的体积。
氧化硅纳米颗粒具有10nm至800nm，优选300至600nm的尺寸。第二层2被喷洒在第一层1上，并且衬套10被保持在环境温度下至少24小时，并且也能够通过将其加热至115℃至少30分钟而进行加速方法。
层1，2具有50至500μm的总厚度，优选50至300μm之间的厚度，然而第一层1具有5至50μm之间的厚度。
用于获得用于内燃机的湿式汽缸衬套10的方法，包括以下步骤：
步骤i)通过离心和剖光进行铸造；
步骤ii)对将要沉积有第一层1的表面进行喷砂；
步骤iii)在外表面12上喷洒或涂刷第一层1，所述第一层1由硅组成，将衬套10保持在环境温度下至少30分钟；或者喷洒由双组分环氧粘合剂组成的第一层1，将衬套10保持在环境温度下至少24小时；以及
步骤iv)在第一层1上喷洒或涂刷第二层2，其包括包含氧化硅纳米颗粒的第二硅烷-弹性体化合物以及粘合改性剂添加剂，将衬套10保持在环境温度下至少24小时，或者保持在115℃的温度下至少30分钟。
层1，2的施加方法能够在衬套10的外表面区域12的全部(即100％)执行，或者其能够部分地(50％)施加在衬套10的外表面区域12。
如通过在测试工作台上实施的测试在图3中示出的结果所证明的，相比于现有技术，本发明的主题具有明显的优点。
如图3中能够分析的那样，以mg/h(毫克每小时)示出针对湿式汽缸衬套的质量损失率，其中根据现有技术的衬套10包括珍珠岩铸铁。
根据ASTM G32标准进行湿式汽缸衬套的质量损失估计的测试，所述测试包括在测试工作台上的空蚀测试。
根据现有技术的衬套10具有4.9mg/h的质量损失率。也能够观察到，根据本发明的衬套具有0.5mg/h的质量损失率。
如能够注意到的，根据本发明的汽缸衬套10具有比根据现有技术的衬套10小85％至90％的平均质量损失。因此，相比于现有技术中提供的技术方案，根据本发明的汽缸衬套10实现了质量损失率的显著降低。
该质量损失率的降低证明了，由本发明提出的两层的硅烷-弹性体涂层保证了汽缸衬套10具有更大的抵抗，因此防止了湿式汽缸衬套遭受由空蚀产生的侵蚀作用所引起的损坏或破裂。
已经描述了优选实施例的示例，需要理解的是，本发明的范围覆盖其他可能的变化，并且本发明只由包括等同替代方式的所附的权利要求书的内容限定。

Claims (16)

1.一种用于内燃机的湿式汽缸衬套，包括由含铁合金制成、设置有周向外表面(12)的汽缸本体(11)，所述外表面(12)上依次施加有第一层(1)和第二层(2)，所述第二层(2)用作冷却流体与沉积在所述外表面(12)上的所述第一层(1)之间的界面，汽缸衬套(10)的特征在于，所述第一层(1)由至少一种硅或至少一种双组分环氧粘合剂组成，并且所述第二层(2)包括包含氧化硅纳米颗粒的硅烷-弹性体化合物以及粘合改性剂添加剂，所述第二层(2)经受由空蚀引起的侵蚀，并且所述第一层(1)用作抗高温的界面。
2.如权利要求1所述的汽缸衬套，其特征在于，所述第二层(2)包括聚二甲基硅氧烷类型的硅烷-弹性体化合物。
3.如权利要求1所述的汽缸衬套，其特征在于，所述第二层(2)包括乙烯基硅烷和环氧硅烷或者氨基硅烷类型的粘合改性剂添加剂。
4.如权利要求1所述的汽缸衬套，其特征在于，所述第二层(2)包括8％至22％的体积的氧化硅纳米颗粒。
5.如权利要求1所述的汽缸衬套，其特征在于，所述第二层(2)包括16％至22％的体积的氧化硅纳米颗粒。
6.如权利要求1所述的汽缸衬套，其特征在于，所述第二层(2)包括8％至9％的体积的粘合改性剂添加剂。
7.如权利要求1所述的汽缸衬套，其特征在于，所述第二层(2)包括具有10至800nm之间的尺寸的氧化硅纳米颗粒。
8.如权利要求1所述的汽缸衬套，其特征在于，所述第二层(2)包括具有300至600nm之间的尺寸的氧化硅纳米颗粒。
9.如权利要求1所述的汽缸衬套，其特征在于，所述第一层(1)和第二层(2)具有50至500μm之间的总厚度。
10.如权利要求1所述的汽缸衬套，其特征在于，所述第一层(1)和第二层(2)具有150至300μm之间的总厚度。
11.如权利要求1所述的汽缸衬套，其特征在于，所述第一层(1)具有5至50μm之间的厚度。
12.如权利要求1所述的汽缸衬套，其特征在于，通过喷洒或涂刷方法而沉积所述第一层(1)。
13.如权利要求1所述的汽缸衬套，其特征在于，通过喷洒或涂刷方法而沉积所述第二层(2)。
14.一种用于获得用于内燃机的湿式汽缸衬套(10)的方法，包括以下步骤：
步骤i)通过离心和剖光进行铸造；
步骤ii)对将要沉积有第一层(1)的表面进行喷砂；
方法的特征在于其还包括以下步骤：
步骤iii)在外表面(12)上喷洒或涂刷第一层(1)，所述第一层(1)由硅组成，将衬套(10)保持在环境温度下至少30分钟；或者喷洒由双组分环氧粘合剂组成的第一层(1)，将衬套(10)保持在环境温度下至少24小时；以及
步骤iv)在所述第一层(1)上喷洒或涂刷第二层(2)，其包括包含氧化硅纳米颗粒的硅烷-弹性体化合物以及粘合改性剂添加剂，将衬套(10)保持在环境温度下至少24小时，或者保持在115℃温度下至少30分钟。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，第一层(1)和第二层(2)的施加在衬套(10)的外表面(12)的100％上执行，或者在衬套(10)的外表面(12)的50％上执行。
16.一种内燃机，其特征在于，其包括至少一个如权利要求1所限定的湿式汽缸衬套(10)。
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