CN107701326B - 内燃发动机及用于涂覆内燃发动机部件的方法 - Google Patents

Abstract

一种内燃发动机，包括配置为经受燃烧气体的部件，所述部件包括呈现表面的基板和涂覆到基板的表面的涂层。所述涂层包括涂覆到具有多个微球的表面的绝热层和与绝热层结合并密封绝热层的密封层。

Description

内燃发动机及用于涂覆内燃发动机部件的方法

技术领域

本发明涉及一种用于涂覆内燃发动机的部件的系统和方法。

背景技术

一些车辆包括用于推进的发动机组件。发动机组件可以包括内燃发动机和燃料喷射系统。内燃发动机包括一个或多个汽缸。每个汽缸限定燃烧室。在运行期间，内燃发动机燃烧燃烧室中的空气/燃料混合物，以便移动设置在汽缸中的活塞。

由于燃烧空气/燃料混合物以及冷却发动机结构以保持机械鲁棒性，在内燃发动机中建立了不均匀的温度分布。可以使用涂层来隔绝热的燃烧气体与冷的水冷发动机缸体，以通过将来自燃烧气体的热量传递到冷却水来避免能量损失。此外，在进气循环期间，涂层应快速冷却，以便燃料-空气混合物在点燃之前不会被加热。

发明内容

公开了一种内燃发动机和用于涂覆内燃发动机的部件的方法。内燃发动机包括被配置为经受燃烧气体的至少一个部件。所述部件包括呈现表面的基板和涂覆到基板的表面的涂层。

将具有约50微米至约1毫米厚度的绝热层涂覆到基板的表面。绝热层包括多个微球，并具有约80％和约95％之间的孔隙率。密封层与绝热层结合并密封绝热层。密封层的厚度为约1微米至约20微米。

涂层可以包括设置在基板的表面和绝热层之间并且结合到基板的表面和绝热层的结合层。结合层由一个或多个元素形成，以平衡基板和绝热层之间的热膨胀系数。绝热层还包括配置为与多个微球结合的基体材料。内燃发动机的至少一个部件可以包括活塞、排气口和/或阀。

在本发明的一个实施例中，一种形成用在内燃发动机的部件上的涂层的方法包括：提供具有支撑表面的模板并将结合层放置在支撑表面上。在结合层上涂覆绝热层，使得结合层设置在支撑表面和绝热层之间。使用加热工艺从绝热层、结合层和基板形成涂层。将涂层从模板的支撑表面移除并涂覆到部件的基板的表面上。

所述方法还可以包括通过加热涂层和基板的表面将涂层涂覆到基板的表面以促进涂层和基板表面之间的低温扩散结合的步骤。可替代地，将涂层涂覆到基板的表面的步骤包括：将涂层涂覆到铸模的表面并将涂层铸造在部件的基板的表面上。所述方法可以包括：将释放层涂覆到配置为接收涂层的铸模的表面的步骤。

此外，所述方法可以包括将密封层涂覆到绝热层的步骤，其中将密封层涂覆到绝热层的与结合层相对立设置的部分上。用于加热绝热层、结合层和基板的步骤的加热工艺可以包括高温烧结。将结合层放置在支撑表面上的步骤还包括将金属箔放置在或将结合层的涂层涂覆在支撑表面上。

在本发明的另一个实施例中，一种形成用在内燃发动机的部件上的涂层的方法包括：提供具有支撑表面的铸模并且将密封层涂覆到铸模的支撑表面。将绝热层涂覆到密封层，使得密封层设置在支撑表面和绝热层之间。使用加热工艺从绝热层和密封层形成涂层。涂层被模制到部件的基板的表面上以将涂层涂覆到该表面。

所述方法还可以包括将结合层涂覆到所述绝热层的步骤，其中所述绝热层设置在所述密封层和所述结合层之间。所述方法还可以包括加热涂层和基板的表面以促进涂层和基板的表面之间的低温扩散结合的步骤。此外，可以将释放层涂覆到铸模的支撑表面以接收密封层，其中释放层设置在铸模的支撑表面和密封层之间。用于加热绝热层和密封层的加热方法可以包括高温烧结。

通过以下结合附图对用于实施本发明的最佳模式的详细描述，本发明的上述特征和优点以及其它特征和优点将清晰可见。

附图说明

图1是车辆的示意图，示出了具有设置在多个部件中的一个或多个部件上的涂层的单缸内燃发动机的侧视图；

图2是设置在部件上的涂层的示意性截面侧视图；

图3A-3B是涂覆到部件的基板的涂层的结合微球的示意性截面侧视图；以及

图4A-4B是涂覆到部件的基板的涂层的示意性截面侧视图；以及

图5A-5D是根据本发明的涂覆内燃发动机的部件的方法的示意性截面侧视图。

具体实施方式

现在将详细参考在附图中示出的本发明的若干实施例。只要有可能，在附图和说明书中使用相同或相似的附图标记来表示相同或相似的部件或步骤。附图是简化的形式，而不是精确的尺度。为了方便和清楚的目的，可以使用关于附图的方向性术语，例如顶、底、左、右、上、上方、上部、下、下方、后和前。这些和类似的方向术语不应被解释为以任何方式限制本发明的范围。

参考附图，其中在几个附图中相同的附图标记对应于相似或相似的部件，图1中示意性地示出根据本发明的示例性实施例的具有推进系统12的车辆10的一部分。推进系统12可以是内燃发动机、燃料电池、马达等中的任何一种。推进系统12可以是车辆10的一部分，车辆10可以包括机动车辆，例如但不限于标准客车、运动型多功能车、轻型卡车、重型车辆、小型货车、公共汽车、交通车辆、自行车、机器人、农具、运动相关设备或任何其它运输设备。为了清楚起见，推进系统12在下文中将被称为内燃发动机或发动机12。

车辆10的发动机12可以包括一个或多个部件14。部件14可以由铝合金或钢或类似材料形成。涂层16可以涂覆到部件14的至少一个表面或部分上。如以下更详细描述的，涂层16可以包括各种构造和物理属性，包括但不限于热阻隔涂层(TBC)。在本发明的一个实施例中，涂层16可以包括复合或多层结构或构造。虽然图1的车辆10和发动机12是适用于本文公开的涂层16的典型示例应用，但是本设计不限于车辆和/或发动机应用。

部件14暴露于热量的任何固定或移动机器或制造可以通过使用本设计而受益。为了说明的一致性，下面将以车辆10和发动机12作为示例性系统进行描述，而不将涂层16的使用限制为这种实施例。

图1示出了限定单缸18的发动机12。然而，本领域技术人员将认识到，本发明也可以应用于具有多个汽缸18的发动机12的部件14。每个汽缸18限定燃烧室22。发动机12被配置成为车辆10的推进提供能量。发动机12可以包括但不限于柴油发动机或汽油发动机。发动机12还包括进气组件28和排气歧管30，每个排气歧管30与燃烧室22流体连通。发动机12包括往复运动的活塞20，其可在汽缸18内滑动。

燃烧室22被配置为燃烧空气/燃料混合物以提供用于车辆10的推进的能量。空气可以通过进气组件28进入发动机12的燃烧室22，在进气组件28处，由至少一个进气阀24控制来自进气歧管的气流进入燃烧室22。燃料被喷射到燃烧室22中以与空气混合，或者通过提供空气/燃料混合物的进气阀被吸入燃烧室22。空气/燃料混合物在燃烧室22内被点燃。空气/燃料混合物的燃烧产生排气，其排出燃烧室22并被吸入排气歧管30。更具体地，由至少一个排气阀26控制气流(排气流)排出燃烧室22。

参考图1和2，涂层16可以设置在发动机12的一个或多个部件14的面或表面上，这些部件包括但不限于活塞20、进气阀24、排气阀26、排气口或歧管30的内壁等。在本发明的一个实施例中，涂层16可以涂覆到发动机12的高温部分或部件14上并且结合到部件14，以形成绝热体，该绝热体被配置为在发动机12的运行期间减少传热损失、提高效率并且增加排气温度。

涂层16被配置为提供低热导率和低热容量以提高发动机效率。于是，低热导率降低了传热损失，并且低热容量意味着在温度波动期间涂层16的表面跟随气体的温度并且使对进入汽缸的冷空气的加热最小化，并且使得涂覆有涂层16的活塞和排气口能够提供低导热率和低热容量，同时满足高温能力和结构完整性的要求。此外，本发明公开了涂覆这种涂层系统的方法。这种涂层有利于最小化内燃发动机中的热损失以提高发动机效率。

在本发明的一个非限制性实施例中，涂层16可以是涂覆到部件14的呈现表面42上的约50微米(μm)至约1000μm的厚度，其具有约0.09W/mK的计算热导率和240kJ/m³K的热容量，以最小化热损失并提高发动机效率。应当理解，涂层16可以单独涂覆到不存在于发动机12内的部件。此外，应当理解，涂层16可以涂覆到不存在于发动机12内的部件，例如航天器、火箭、注射模具等的部件。

现在参考图2，每个部件14包括具有至少一个外部表面或呈现表面42的基板40。涂层16可以包括涂覆和/或结合到基板40的表面42的至少一层44。如图3A和3B所示，涂层16的至少一层44可以包括多个层，例如第一或绝热层46、第二或密封层48和/或第三或结合层49。

在本发明的一个实施例中，密封层48可以是薄的覆盖层，其防止燃烧残余物进入绝热层46并填充绝热层的多个微球50的开口孔隙。结合层49可以用于促进绝热层46与基板40的表面42的粘合。此外，如下面更详细描述的那样，结合层49可以包括一个或多个元素以在基板40和绝热层46之间平衡热膨胀系数(CTE)。

绝热层46可以包括多个微球50，其被烧结在一起以产生具有极高孔隙率和闭孔结构的层。优选地，绝热层46的孔隙率可以为至少约80％，更具体地为约80％至约95％之间的孔隙率。绝热层46的高孔隙率提供了将包含在其中的相应容积的空气和/或气体，因此提供了低有效导热率和低有效热容量所需的绝热性能。

设想绝热层46中孔隙率的容积量越高，热导率和热容量则越低。孔隙率水平需要与机械要求(例如抗压强度)相平衡，这是抵抗发动机12中的高压水平所需要的。绝热层的厚度T1可以在约100μm至约500μm之间，更具体地，为约200μm。密封层48的厚度T2可以在约1μm至约20μm之间，更特别地约5μm。绝热层46被配置为承受至少1000摄氏度(℃)的表面温度。

微球50可由聚合物、金属、玻璃和/或陶瓷材料的组合构成。在一个非限制性实施例中，微球50可以由诸如镍(Ni)、镍合金化合物、铁-铬-铝(FeCrAl)合金、钴(Co)合金等金属组成，用于耐久性和抵抗至少1000摄氏度(℃)的高温下的氧化和腐蚀。微球50可以具有在约10微米(μm)和约100μm之间的直径D1。微球是中空的，其外壳厚度为直径的约1％至约10％。

在另一个非限制性实施例中，微球50使用诸如玻璃泡或诸如

的空心微球等的陶瓷形成，用于耐久性并且抵抗高温下的氧化和腐蚀。微球50可以具有在约10微米(μm)和约100μm之间的直径D1，约为微球50的直径的约2％至约5％的壳厚度，以及中空的内部。

陶瓷微球50可以包含约50重量％至约90重量％的氧化硅(SiO₂)和约10重量％至约50重量％的氧化铝(Al₂O₃)。可替代地，多个空心微球可以包含约50重量％至约70重量％的氧化硅和约30重量％至约50重量％的氧化铝以实现更高的熔点。应当理解，陶瓷绝热层46具有较低的热导率。然而，陶瓷比最常用的合金具有更低的CTE。可替代地，可以使用氧化铝、氧化硅或其它氧化物或陶瓷来形成微球50。

微球50可以通过一种或多种物理因素(例如通过尺寸或密度)进行分选，以实现目标尺寸分布。在一个非限制性实施例中，微球50的平均直径将约为绝热层46的厚度的四分之一，但是应当理解，对于更薄的绝热层46，微球50的直径将更小。例如可以对直径约10微米至约50微米的微球50进行分选和选择。

现在参考图3A和3B，密封层48设置在绝热层46上方，使得绝热层46设置在密封层48和结合层49之间。密封层48可以是高温薄膜。更具体地，密封层48包括被配置为承受至少1100摄氏度(℃)的温度的材料。密封层48可以被配置为约1μm至约20μm的厚度，更特别地不大于约5μm。

密封层48可能对燃烧气体是非渗透性的，使得在密封层48和绝热层46之间提供密封。密封层48可以防止来自燃烧气体的碎片，例如未燃烧的碳氢化合物、烟灰、部分反应的燃料、液体燃料等进入由微球50限定的多孔结构。如果允许这种碎片进入绝热层46的多孔结构，则设置在多孔结构中的空气将最终被碎片置换并且绝热层46的绝热性能将降低或消除。

密封层48可以被配置为呈现平滑的外表面52。光滑的密封层48对于防止当空气流过密封层48的外表面52时产生湍流气流是重要的。此外，具有光滑表面的密封层48将防止提高传热系数。在一个非限制性示例中，密封层48可以通过电镀涂覆到绝热层46。在另一非限制性示例中，密封层48可以在烧结绝热层46的同时涂覆到绝热层46。

在一个实施例中，密封层48可以与金属微球50一同涂覆到绝热层46，其中密封层48可以是由以下中的一个或多个形成的约2μm至约20μm的厚度的箔：镍基超合金，

合金，不锈钢或类似的耐氧化和耐腐蚀合金。在另一个实施例中，密封层48可以与金属微球50一同涂覆到绝热层46，其中密封层48可以是通过电镀或气相沉积镍、钴、铬或铁或电镀在绝热层46上的元素的组合(例如镍(Ni)、锌(Zn)、铁(Fe)、铬(Cr)、钼(Mo)、钨(W)、锰(Mn)或铜(Cu))中的一种或多种而形成的约2μm至约20μm的厚度。

在又一个实施例中，密封层48可以与金属微球50一同涂覆到绝热层46，其中密封层48可以是约2μm至约50μm的厚度，其中微球50之间的容积填充有基体材料，例如熔体浸渗的金属合金、渗透金属浆料、化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)或电镀金属。在再一个实施例中，密封层48可以与陶瓷微球50一同涂覆到绝热层46，其中密封层48可以是由铝金属或铝合金箔中的至少一个形成、随后被氧化成氧化物层的厚度为约2μm至约20μm的箔。

在另一个实施例中，密封层48可以与陶瓷微球50一同涂覆到绝热层46，其中密封层48可以是由热处理形成陶瓷的陶瓷粘合剂形成的约2μm至约20μm的厚度。在另一个实施例中，密封层48可以与陶瓷微球50一同涂覆到绝热层46，其中密封层48可以是由一涂层形成的约2μm至约20μm的厚度，该涂层由前陶瓷前体构成，包括硅氧烷、硅烷、碳硅烷、硅氮烷、硼硅烷和类似的分子及其混合物，其随后通过热或UV固化而交联，然后在惰性气氛中热解成致密的陶瓷层。在另一个实施例中，密封层48可以与陶瓷微球50一同涂覆到绝热层46，其中密封层48可以是由致密基体形成的约2μm至约20μm的厚度，该致密基体包含渗透到开口孔隙中的陶瓷，包括随后氧化的铝金属或铝合金、陶瓷粘合剂、陶瓷前体。

密封层48可以被配置为具有足够的弹性，以便在暴露于碎片期间抵抗压裂或破裂。此外，密封层48被配置为具有足够的弹性，以便承受下面的绝热层46的任何膨胀和/或收缩。此外，绝热层46和密封层48各自被配置为具有相兼容的热膨胀特性系数以承受热疲劳。

在本发明的另一个实施例中，微球50可以与基体的颗粒组合以形成密封绝热层46的合金。基体可以与密封层48结合使用，或者可以用在绝热层46中代替密封层48。

所述颗粒可以是在比微球50低的温度下熔化或烧结的组合物，以将相邻的微球50融合在一起，并使基板40的表面42与基体融合，而不会使微球50变形或损坏。如果颗粒的熔点低于约1000摄氏度(℃)(使用绝热涂层16的内燃发动机12中的部件14的可能的表面温度)，则颗粒可以与微球50或另一材料形成合金以形成熔点大于1000摄氏度(℃)的基体。

颗粒可以包括金属(例如铝或铝合金)，其在低于1000摄氏度(℃)的温度下熔化，以融合微球50并通过氧化转化为氧化铝。可替代地，颗粒可以包含金属硝酸盐或金属醇盐前体，例如硝酸铝或异丙醇钛或原硅酸四乙酯，其可被热解为氧化物，例如氧化铝或氧化钛或氧化硅。在该实施例中，微球50与金属硝酸盐或醇盐前体或纯前体的溶液混合。

在又一替代实施例中，颗粒可以包含预陶瓷聚合物，例如硅氧烷、硅烷、碳硅烷、硅氮烷、硼硅烷和被热解成氧化物的类似分子。设想可以定义用于基体的颗粒的尺寸分布。在一个实施例中，可以从基体中排除小于涂层厚度的约十分之一或大于涂层厚度的约三分之一的任何颗粒，以通过避免微球50之间大的间隙来确保基体的结构耐久性和鲁棒性。

参考图4A和4B，第三或结合层49可以设置在基板40的表面42和绝热层46之间并且被配置为结合到基板40的表面42和绝热层46，使得绝热层46附着到基板40。在一个非限制性实施例中，结合层49被配置为扩散到基板40的表面42并进入绝热层46中以在它们之间形成结合。

在一个非限制性实施例中，基板40包括铝。结合层49可以包括选自以下群组的一个或多个元素：氧化铝成型镍合金，氧化铝成型钢，铬，黄铜和铁镍合金，以平衡基板40和绝热层46之间的热膨胀系数。但是应当理解，基板40和结合层49不限于所指定的材料并且可以包括其它材料。

在另一个实施例中，结合层49可以包括具有约30重量％至约45重量％的镍或

的低CTE涂层，其中高达约10％的镍和约10％的铁可以由钴或

替代并涂覆以约0.5mm至约3mm的厚度以在铝或钢的基板40与金属或陶瓷微球的CTE之间过渡CTE。在又一个实施例中，结合层49可以包括镍合金涂层，其具有约20重量％至约40重量％，以及约7重量％至约15重量％的铝，并涂覆以约0.5mm至约3mm的厚度，以在铝或钢的基板40与金属或陶瓷微球的CTE之间过渡CTE。

结合层49可以设置在基板40的整个表面42上，并且绝热层46设置在结合层49的整个一侧上，使得结合层49设置在基板40和绝热层46之间。可以在结合温度下将压缩力涂覆到绝热层46和基板40至少最小涂覆时间。在本发明的一个实施例中，结合层49可以由诸如

等的材料形成，被涂覆以减小基板40和绝热层46之间的CTE差异，并降低涂层16的能量释放速率。

结合层49的材料的熔化温度可以小于基板40和绝热层46的材料各自的熔化温度。此外，所需的结合温度可以小于基板40的材料和绝热层46的材料的熔化温度，但是足够高以足以促使在结合层49和绝热层46中的每个与基板40之间发生扩散。

应当理解，在将结合层49结合到基板40的表面42之前，可以将结合层49涂覆到绝热层46。此外，结合层49不限于用扩散结合到基板40的表面42和/或绝热层46，也可以使用其它附着方法例如通过润湿。密封层48设置在绝热层46上，使得绝热层46设置在密封层48和结合层49之间。

在本发明的一个实施例中，绝热层46可以通过将微球50的浆料涂覆到结合层49并且在另一个实施例中涂覆到部件14的基板40的表面42上而形成。绝热层46可以通过加压喷枪作为喷涂涂层涂覆到结合层49，调节加压喷枪以将绝热层46的均匀涂层分布到结合层49上。可替代地，绝热层46可以是刮刀涂覆的或用刮刀刮涂在结合层49上，从而烧结。

在另一个实施例中，将绝热层46涂覆到结合层49和/或基板40的表面42上，进行干燥和热处理以将前体热解成氧化物。在又一个实施例中，可将陶瓷前体单体与溶剂混合以产生可与微球50混合的液体。然后可将该浆料作为涂层涂覆到结合层49。在使溶剂蒸发之后，然后通过UV光曝光或通过热退火固化单体/微球涂层。固化使单体交联并形成刚性聚合物基体。然后将该聚合物基体在空气或惰性气氛中(例如在1000摄氏度(℃)氩气中)热解成陶瓷，精确的热解条件取决于陶瓷前体聚合物。

更详细地描述了将涂层16涂覆到部件14的基板40的表面42上的方法。该方法包括提供多个微球，例如陶瓷或金属微球。在本发明的一个实施例中，多个微球包括陶瓷微球，其可以经过分选，使得选择使用直径为约10微米至约100微米，优选约10微米至约50微米的陶瓷微球。

可以将基体的颗粒加入到所选择的微球50中。颗粒可以包括多种混合物，并且可以以微球50的重量百分比计约5重量％至约50重量％的量加入。在一个实施例中，基体混合物可包括氧化硼和约0重量％至约50重量％的氧化铝。在另一个实施例中，基体混合物可以包括硼硅酸盐玻璃。在又一个实施例中，基体混合物可以包括铝金属或铝合金，其被熔化以将微球50融合在一起并随后氧化成氧化物基体。

在再一个实施例中，基体混合物可以包括二氧化硅前体，其包括原硅酸四乙酯，其将微球50融合在一起并随后热解成氧化物基体。在另一个实施例中，基体混合物可以包括前陶瓷前体，其包括硅氧烷、硅烷、碳硅烷、硅氮烷、硼硅烷及其类似的分子及其混合物，其随后通过热或UV固化交联，然后在惰性气氛中热解至陶瓷基体。

设想可以将多个陶瓷微球50涂覆到基板40的表面42。可替代地，可以用如上所述的溶剂和粘合剂中的至少一种、多个陶瓷微球50以及基体56来制备浆料。使用包括但不限于喷涂、浸渍、粉末放置、喷涂和刮涂的方法将浆料涂覆到部件14的基板40的表面42上。对浆料和部件14的表面42涂覆至少一种热处理。至少一种热处理可以包括在约125摄氏度(℃)下在烘箱中干燥浆料和部件14的表面42，随后在约725摄氏度(℃)空气中烧结浆料和部件14两小时。非渗透性的密封层48可以结合到浆料上，使得非渗透性的密封层48密封浆料。

现在参考图5A-5D，更详细地描述了将涂层16涂覆到推进系统(诸如发动机12)的一个或多个部件14上的至少一种方法。如上所述，涂层16的绝热层46、密封层48和/或结合层49的涂覆可以通过喷涂、刮刀刮涂、浸涂等方式实现到具有复杂特征的表面，例如活塞或推进系统的排气阀。

现在参考图5A，将涂层16涂覆到部件14的方法包括提供具有呈现表面42的基板40。在本发明的一个实施例中，结合层49可以放置在表面42上并且被设置为接收将在其上形成绝热层46的多个微球50。可替代地，可以将多个微球50直接涂覆到基板40的表面42以形成绝热层46而不使用结合层49。在另一替代实施例中，含有多个微球50的浆料可以涂覆到结合层49并进行诸如烧结热处理的加热工艺，以形成绝热层46的预固化涂层。

然后可以将密封层48涂覆到绝热层46以密封绝热层46中的孔隙，如箭头和附图标记72概括所示。可以设想，可以在涂覆与绝热层46烧结的加热工艺之前将密封层48涂覆到绝热层46，或者可以在绝热层46烧结之后涂覆。

参考图5B，描述了将涂层16涂覆到推进系统的部件14的另一种方法。结合层49可以涂覆到模板的支撑表面58。结合层49可以通过涂覆支撑表面48而沉积在支撑表面58上，或者可以是涂覆在其上的预成型金属箔层。设想支撑表面58可以具有与基板40的表面42相似的尺寸和几何形状，尽管也可以考虑不同的尺寸和几何形状。

绝热层46的多个微球50可以使用上述过程中的一种或多种过程涂覆到模板的支撑表面58上的结合层49上，并且如箭头和附图标记74概括所示。可以对设置在结合层49上的绝热层46涂覆诸如高温烧结的第一加热工艺，以将绝热层46与结合层49结合。

绝热层46和结合层49可以从支撑表面58移除并放置在基板40的表面42上。涂覆第二加热工艺以形成涂层16。第二加热工艺(如箭头和附图标记76概括所示)通过低温扩散结合在低温下将绝热层46和结合层49结合，以将涂层16的各层粘合到部件14的基板40的表面42上。设想第二加热工艺还可以包括使用粘合助剂，例如钎焊等。

然后可以将密封层48涂覆到绝热层46以密封绝热层46中的孔隙。设想可以在涂覆第一加热工艺之前将密封层48涂覆到绝热层46以与绝热层46和结合层49烧结，或者可以在绝热层46和结合层49的烧结之后涂覆。

参考图5C，描述了将涂层16涂覆到内燃发动机12的部件14的又一种方法。提供铸模60以接收涂层16的一个或多个元素。释放层或涂层64可以放置在铸模60的支撑表面62上以接收密封层48。应当理解，释放层64可以接收密封层，如箭头和附图标记78概括所示，或者可替代地，密封层48可以直接涂覆到模具60的表面62。密封层48可以经由电镀或其它成型方法放置在释放层64上。

绝热层46的多个微球50可以使用上述的一个或多个过程涂覆到密封层48上，并且如箭头和附图标记80概括所示。结合层49可以通过涂覆绝热层46沉积在绝热层46上或者可以是涂覆在其上的预制金属箔层。还设想可以不将结合层49涂覆到绝热层46。

诸如高温烧结的第一加热工艺可以涂覆到绝热层46和/或结合层49，以将结合层49与绝热层46和密封层48结合，如箭头和附图标记82概括所示。可以理解，可以在涂覆第一加热工艺之前涂覆结合层49，或者可以在涂覆第一加热工艺以形成涂层16之后涂覆到绝热层46。

涂层16可以铸造和/或涂覆到部件的基板40的表面42上。涂覆第二加热工艺以在低温下通过促进低温扩散结合来在绝热层46、密封层48和/或结合层49之间产生结合，以将涂层16的各层粘合到部件14的基板40的表面42上。可替代地，可以使用铸造过程将基板40铸造到涂层16的结合层49上，以将涂层16粘合到基板40的表面42。

现在参考图5D，描述了将涂层16涂覆到内燃发动机12的部件14的另一种方法。可以将预成形的结合层49涂覆到支撑表面58。绝热层46的多个微球50可以涂覆到支撑表面58上的结合层49上，或者可以直接涂覆到支撑表面58而不使用结合层49。第一加热工艺涂覆到绝热层46和结合层49，由此在高温下烧结这些层以将绝热层46结合到结合层49上，以形成涂层16，如箭头和附图标记84概括所示。

然后可以将密封层48涂覆到绝热层46以密封绝热层46中的孔隙。设想可以在涂覆第一加热工艺以与绝热层46和结合层49烧结之前将密封层48涂覆到绝热层46，或者可以在绝热层46和结合层49的烧结之后进行涂覆。

提供铸模60以接收涂层16。涂层16可以直接涂覆到铸模60的表面62。可替代地，可以将释放层64放置在铸模60的表面62上，以在其上接收涂层16。部件14与铸模60配合使得涂层16可以被涂覆到部件14的基板40的表面42上，如箭头和附图标记86概括所示，以形成部件14，其上设置有涂层16，如箭头和附图标记88概括所示。

详细描述和附图或图是对本发明的支持和描述，但是本发明的范围仅由权利要求来限定。虽然已经详细描述了用于实施请求保护的公开内容的一些最佳模式和其它实施例，但是存在用于实践所附权利要求中限定的公开内容的各种替代设计和实施例。此外，附图中所示的实施例或本说明书中提到的各种实施例的特征不一定被理解为彼此独立的实施例。相反，可以将实施例的一个示例中描述的每个特征与来自其它实施例的一个或多个其它期望特征组合，从而产生未以文字或参照附图描述的其它实施例。因此，这样的其它实施例落在所附权利要求的范围的框架内。

Claims (9)

1.一种形成用在内燃发动机的部件上的涂层的方法，其包括：

提供具有支撑表面的模板；

将结合层放置在所述支撑表面上；

在所述结合层上涂覆绝热层，使得所述结合层设置在所述支撑表面和所述绝热层之间；

用加热工艺加热所述绝热层、结合层和基板以形成所述涂层；

从所述模板的所述支撑表面去除所述涂层；以及

将所述涂层涂覆到所述部件的基板的表面上。

2.根据权利要求1所述的方法，其中将所述涂层涂覆到所述基板的表面的步骤还包括：加热所述涂层和所述基板的表面以促进所述涂层和所述基板表面之间的低温扩散结合。

3.根据权利要求1所述的方法，其中将所述涂层涂覆到所述基板的表面的步骤还包括：

将所述涂层涂覆到铸模的表面；以及

在所述铸模中铸造所述部件，使得所述涂层附着到所述部件的所述基板的表面。

4.根据权利要求3所述的方法，其还包括将释放层涂覆到所述铸模的被配置为接收所述涂层的表面的步骤。

5.根据权利要求1所述的方法，其还包括将密封层涂覆到所述绝热层的步骤，其中将所述密封层涂覆到所述绝热层的与所述结合层相对立设置的部分上。

6.根据权利要求1所述的方法，其中将所述结合层放置在所述支撑表面上的步骤还包括：将金属箔结合层放置在所述支撑表面上。

7.一种内燃发动机，包括：

至少一个部件，其配置为经受燃烧气体，所述部件包括：

基板，其呈现一表面；以及

涂层，其涂覆到所述基板的表面，所述涂层通过如权利要求1-6中任一项所述的方法形成在基板的表面上，所述涂层包括：

涂覆到所述表面上的绝热层，所述绝热层具有在50微米至1毫米之间的厚度，其中所述绝热层包括多个微球和80％至95％的孔隙率；

设置在所述基板的表面和所述绝热层之间并且结合到所述基板的表面和所述绝热层的结合层；

密封层，其结合到所述绝热层并且密封所述绝热层，

其中所述密封层具有在1微米与20微米之间的厚度。

8.根据权利要求7所述的内燃发动机，其中所述结合层由一个或多个元素形成以平衡所述基板和所述绝热层之间的热膨胀系数。

9.根据权利要求7所述的内燃发动机，其中所述结合层由能够包括铜的一个或多个元素形成以促进所述基板和所述绝热层之间的结合。

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