CN108018519B - 附着到气缸孔的强化层 - Google Patents

附着到气缸孔的强化层 Download PDF

Info

Publication number
CN108018519B
CN108018519B CN201711048716.9A CN201711048716A CN108018519B CN 108018519 B CN108018519 B CN 108018519B CN 201711048716 A CN201711048716 A CN 201711048716A CN 108018519 B CN108018519 B CN 108018519B
Authority
CN
China
Prior art keywords
cylinder bore
millimeters
cylinder
strengthening layer
engine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201711048716.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108018519A (zh
Inventor
H·李
D·A·杰勒德
M·S·克雷默
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GM Global Technology Operations LLC
Original Assignee
GM Global Technology Operations LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GM Global Technology Operations LLC filed Critical GM Global Technology Operations LLC
Publication of CN108018519A publication Critical patent/CN108018519A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108018519B publication Critical patent/CN108018519B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/02—Pretreatment of the material to be coated, e.g. for coating on selected surface areas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/08—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat
    • C23C24/10—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat with intermediate formation of a liquid phase in the layer
    • C23C24/103—Coating with metallic material, i.e. metals or metal alloys, optionally comprising hard particles, e.g. oxides, carbides or nitrides
    • C23C24/106—Coating with metal alloys or metal elements only
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/02—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings only including layers of metallic material
    • C23C28/021—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings only including layers of metallic material including at least one metal alloy layer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
    • C23C4/06—Metallic material
    • C23C4/073—Metallic material containing MCrAl or MCrAlY alloys, where M is nickel, cobalt or iron, with or without non-metal elements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
    • C23C4/06—Metallic material
    • C23C4/08—Metallic material containing only metal elements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
    • C23C4/14—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying for coating elongate material
    • C23C4/16—Wires; Tubes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/004—Cylinder liners
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/18—Other cylinders
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/04—Tubular or hollow articles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/34—Laser welding for purposes other than joining
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F2200/00—Manufacturing

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)
  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)

Abstract

本发明提供了一种发动机缸体及用于涂覆发动机气缸的发动机气缸孔的内表面的方法。所述方法包括将强化层或强化环附着在气缸孔内表面的上部。强化层或强化环可以通过激光熔覆附着。所述方法还包括将热喷涂层沉积到气缸孔的内表面上和强化层或强化环上。

Description

附着到气缸孔的强化层
技术领域
本发明涉及具有沉积在气缸孔内表面上的热喷涂层的发动机缸体，及用于涂覆气缸孔内表面的方法。
背景技术
热喷涂是如下一种涂覆方法，其将由燃烧或电等离子体或电弧加热并通常熔化的材料施加到诸如发动机的气缸孔的基底上。相对于其它涂覆方法，例如电镀、溅射和物理与气相沉积，该方法能够在大面积上快速地施加相对厚的涂层。
热喷涂层的坚固性和耐久性似乎几乎完全是涂层材料的特征，并且其次其反映了施加的质量。但是，已经确定的是，事实上通常情况下影响热喷涂层的坚固性和耐久性的最重要的因素是热喷涂层和表面之间的粘结强度。在热涂层实际磨损很久前，弱粘结可以允许热喷涂层破裂或剥落，有时产生相对大的碎片，但是强粘结使得热喷涂层成为其下的表面的整体且不可剥落的组分。在热喷涂层和气缸孔的内表面之间实现良好的粘结是制造商面临的挑战之一。
此外，即使最初实现了可接受的粘结，热喷涂层需要能够在许多发动机循环中保持可工作状态。然而，发动机缸体的基础材料和汽缸孔本身的内表面可随时间而弯曲，尤其是在气缸的开口端处以及在高温条件下。在这种条件下，热喷涂层可破裂或剥落，这也可减少气缸的热喷涂层的寿命。
例如参考图1A，图中示出了所需的圆筒形状，其中圆筒5A在底部6A处和与开口端8A相邻的顶部7A处具有大体相同的圆周。但是如参考图1B所示，在高温条件下由具有相对低强度的诸如铝的材料形成的圆筒5B可发生变形。因此，气缸5B在开口端8B附近的顶部7B处的圆周最终可比气缸5B的底部6B处的圆周大。这可导致附着在气缸5B上的热喷涂层破裂。
发明内容
本发明提供了一种发动机缸体的气缸孔，其中气缸孔的内表面在施加热喷涂层之前附着强化层或强化环，以及提供用于施加强化层和热喷涂的相关方法。可以通过激光熔覆附加强化层或强化环。强化层或强化环可以在气缸的开口端增加强度，以防止气缸变形，并且强化层还可以改善热喷涂层的粘附。
在一种可以与本发明公开的其它形式组合或分离的形式中，提供了一种用于涂覆发动机气缸的气缸孔内表面的方法。该方法包括将强化层激光熔覆至发动机气缸孔内表面的上部。该方法还包括将热喷涂层沉积到发动机气缸孔的内表面上，使得内表面上几乎所有的活塞行进路径都由热喷涂层覆盖。
在另一种可以与本发明公开的其它形式组合或分离的形式中，提供了一种用于涂覆发动机气缸的气缸孔内表面的方法。该方法包括将强化层附着在气缸孔内表面的上部以及将热喷涂层沉积到气缸孔的内表面上。沉积热喷涂层，使得内表面上几乎所有的活塞行进路径都由热喷涂层覆盖，并且热喷涂层比强化层在气缸孔中延伸地更远。
在另一种可以与本发明公开的其它形式组合或分离的形式中，提供了一种发动机缸体，其包括限定多个气缸孔的多个气缸。每个气缸孔具有内表面，并且每个内表面具有激光熔覆在内表面上部的强化环。在每个气缸孔的内表面上形成热喷涂层。热喷涂层粘附在内表面和强化环上。
可以提供附加特征，例如：由主要成分为镍的镍合金形成强化层；由以下中至少一种形成强化层：镍合金、铜合金和钢合金；缸孔的内表面限定活塞行进路径；在气缸的开口端处将强化层完全附着在活塞行进路径的外部；提供强化层，其具有的厚度在约0.1毫米至约0.4毫米的范围内；提供强化层，其具有的高度在约5毫米至约50毫米的范围内；将强化层设置在与从气缸的开口端延伸的倒角重叠的位置处；在内表面的上部形成上槽；将加强层设置在上槽内；通过激光熔覆形成强化层；以及发动机缸体由铝构成。
其他方面、优点和适用范围从本发明提供的描述中可以显而易见地得出。应当理解，描述和具体实施例仅用于说明的目的，并不旨在限制本发明的范围。
附图说明
本发明描述的附图仅用于说明的目的，并不旨在以任何方式限制本发明的范围。
本发明的附图本质上是示意性的，并且不一定按比例绘制或表示所示元件之间的距离或关系。
图1A是具有需要的气缸孔壁形状的发动机气缸的示意性透视图；
图1B是具有带扩大开口端的变形气缸孔壁形状的另一发动机气缸的示意性透视图；
图2是根据本公开的原理的内燃机缸体及其发动机气缸的气缸孔壁的放大视图的示意性透视图；
图3是沿图2的线3-3截取的根据本公开的原理的气缸孔壁的一部分的放大横截面示意图，气缸孔壁具有施加到其上的强化层和热喷涂层；
图4是根据本公开的原理的图2和图3的气缸孔壁的透视图，气缸孔壁具有在施加热喷涂层之前设置在所述气缸孔壁上部的强化层；
图5是图2至图4所示的气缸孔壁的横截面图，示出了根据本发明的原理设置在发动机气缸中的活塞；
图6是示出根据本发明的原理用于在发动机气缸孔的内表面上形成涂层的方法的框图；并且
图7是示出根据本发明的原理用于在发动机气缸孔的内表面上形成涂层的另一种方法的框图。
具体实施方式
以下描述本质上仅是示例性的，并不旨在限制本发明、其应用或用途。
参考图2，示出了内燃机缸体，并且一般用附图标记10表示。发动机缸体10通常包括多个气缸12，其具有内部气缸孔14，多个用于螺纹紧固件的凸缘16和开口18，以及用于接收和固定诸如气缸盖、轴、歧管和盖子(全部未示出)等部件的其它特征。
图2的右侧是气缸孔14的放大图。气缸孔14可以是基底的表面，基底是诸如铝发动机缸体10或已经安装在发动机缸体10中的铁套筒的表面。因此，气缸孔14具有内表面壁19。在任一情况下，气缸孔14的内表面19的表面光洁度可以是机械粗糙化或活化的机械加工轮廓。
应当理解，尽管本发明以与内燃机10的气缸孔14相关联地方式示出，当然所述装置是特别有益的，本公开同样适用于其他圆柱形表面并提供有益的效果，例如液压缸壁以及诸如暴露于滑动摩擦力的平面轴承的平坦表面。
现在参考图3，图示为气缸孔14的一部分的放大横截面示意图，其示意性地示出气缸孔14的内表面19的激活表面的表面构造20。在上述情况下参考图示出了燕尾形表面构造，但是应当理解，可以使用其它表面构造或省略表面构造，这不超出本公开的精神和范围。在一些实施例中，作为示例，表面构造的深度可以为约50至约250微米。
如参考图3和图4所示，将加强层22(呈环形)附着在气缸孔14的内表面19的上部24。(图4示出了施加热喷涂层26之前的气缸12，热喷涂层26仅在图3和图5中示出)。强化层或强化环22优选通过激光熔覆在气缸孔14的内表面19上，但是强化层22可以更换为以另一种合适的方式附着，例如通过焊接。
可以使用激光束将强化层22激光熔覆到内表面19上，激光束产生具有在强化层22和气缸孔14的内表面19之间两侧的原子共享的扩散接合。激光熔覆可以在强化层22和内表面19之间的结合区域产生最小的稀释、破裂和热影响区域。因此，在强化层22和缸孔14的内表面19之间形成激光熔覆结合。强化层22可以通过不同的方式增加气缸孔14的上部24的强度，例如，产生防止变形的高温蠕变强度、产生增强的拉伸和屈服强度、产生由于较高的弹性模量而增加的刚度以及产生气缸壁19更小的热膨胀，以在操作期间控制气缸14的大小和形状。
作为示例，包括气缸孔14的内表面19的发动机缸体10可以由铝形成。强化层22优选地由高温合金形成，例如主要含有镍的镍合金，或铜合金、不锈钢或低合金钢。强化层/强化环22可以具有厚度t和高度h，例如约0.1毫米至约0.4毫米范围内的厚度t和在约5毫米至约50毫米范围内高度h。在另一个变型中，高度h可以在约10毫米至约25毫米之间。
如参考图5所示，每个气缸12具有活塞28，其构造成借助于发动机曲轴(未示出)在气缸12内移动。一个气缸12的一个发动机燃烧循环可以包括四个冲程：进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程。在进气冲程期间，活塞28下降到最底部位置，为气缸12提供空气和燃料。最底部位置可以称为下止点(BDC)位置，其中活塞28距离气缸12的开口端30最近。在压缩冲程期间，曲轴将活塞28向最上方的位置驱动，从而压缩气缸12内的空气/燃料混合物。最顶部位置可以称为上止点(TDC)位置。在发动机燃烧循环期间，活塞28沿着气缸壁19在下止点(BDC)和上止点(TDC)之间行进长度d，以限定活塞的行进路径。
在一些变型中，强化层/强化环22完全位于与气缸12的上部24上的气缸12的开口端30相邻的活塞行进路径的外侧。因此，热喷涂层26可以比加强层22在气缸孔14中延伸地更远。
每个气缸12可以限定与开口端30相邻的倒角区域32，并且强化层/强化环22可以设置在与倒角区域32重叠的位置处。例如，在图3所示的例子中，倒角区域32的底部34与强化层的顶部36沿着气缸12的高度重叠。
上槽38可以在内壁19的上部24形成，并且如果需要，强化层22可以设置在内槽38内。
热喷涂层26在每个气缸孔14的内表面19上形成，其中热喷涂层26粘附在内表面19(包括表面轮廓20)和强化层22上。通常，本公开所述的内表面19的热喷涂层26在珩磨后可以为约150微米，并且通常在约130微米至约175微米之间。但是一些应用可要求热喷涂层26更厚或更薄。热喷涂层26可以是钢或钢合金、另一种金属或合金、陶瓷或任何其它适用于产品的使用条件的热喷涂材料，并且可以通过诸如等离子体、爆轰、线弧、火焰或HVOF的多种热喷涂方法中的任何一种施用于基底或材料上。热喷涂层26可以与强化层22形成耐久的结合，因此整体上增加了热喷涂层26和气缸孔14之间的粘结强度。
现在参考图6，参考图示出了用于涂覆发动机气缸孔的内表面的方法，并且总体上以100表示。在步骤102中，方法100包括将强化层附着在气缸孔的内表面的上部。然后方法100包括步骤104，其将热喷涂层沉积到气缸孔的内表面上，使得内表面上几乎所有的活塞行进路径都由热喷涂层覆盖。
方法100可以可选地包括通过激光熔覆将强化层附着到内表面上。在某些形式中，热喷涂层比强化层在发动机气缸孔内延伸地更远。方法100还可以包括由主要成分为镍的镍合金或另一种诸如铜或钢合金的合金形成的强化层。方法100还可以包括在发动机气缸的开口端处将强化层完全附着到活塞行进路径的外部。
此外，方法100可以可选地包括提供强化层，强化层的厚度在约0.1毫米至约0.4毫米之间且其高度在约5毫米至约50毫米之间。此外，方法100可以包括将强化层设置在与从发动机气缸的开口端延伸的倒角重叠的位置。此外，方法100可以包括在气缸孔的内表面的上部形成上槽，并将强化层设置在上槽内。
现在参考图7，并且继续参考图2至图5，图7示出了用于涂覆发动机气缸孔的内表面的方法的另一变型，并且总体以200表示。方法200是包括多个细节的示例，图6所示的方法100对所有这些细节没有要求。
方法200包括步骤202，即启动发动机气缸孔14的内表面19以实现随后施加的涂层26和内表面19之间的更好的粘合。例如，步骤202可以包括使用工具去除材料，将材料从内表面19去除或将凹槽加工至内表面19，以形成基部的表面轮廓。
方法200可以包括步骤204，将上槽38加工至内表面19的上部24以便放置强化层22。方法200可以可选地包括清洗气缸孔14，例如在步骤202和204中对内表面19进行加工后进行清洗。
方法200包括步骤206，其中激光熔覆在内表面19内的上槽38中的强化层/强化环22。例如，步骤206可以包括使用激光束将高温合金环22(例如镍基合金、奥氏体不锈钢或铜合金)熔覆在气缸孔14的内表面19上的上槽38内。
方法200可以包括可选步骤208，即执行次级粗糙化过程，例如喷水或另一机械操作，以沿内表面19的长度完成表面轮廓20。
然后，方法200包括步骤210，在内表面19上热喷涂或沉积热喷涂层。
步骤210包括在表面轮廓20和熔覆区域(环22)上热喷涂诸如钢涂层的涂层。
方法200还可以包括步骤212，加工合成孔表面(暴露于热喷涂的侧40上)以满足尺寸和表面光洁度的期望和要求。
在一些变型中，热喷涂层26可以比强化层22在气缸孔14中延伸地更远。此外，方法200可以可选地包括提供强化层22，强化层22具有的厚度t在约0.1毫米至约0.4毫米范围内和/或高度h在约5毫米至约50毫米范围内，或者高度h在约10毫米至约25毫米范围内。
方法200可以包括在气缸12的开口端30处将强化层22完全附着在活塞行进路径外侧(在BDC和TDC之间)。在一些变型中，方法200可以包括将强化层22设置在与从气缸22的开口端30处延伸的倒角32重叠的位置。
该描述本质上仅是示例性的，并且变型旨在本公开的范围内。本发明所示的实施例可以以各种方式组合，并且不超出本公开的精神和范围。这些变化不被认为是偏离本发明的精神和范围。

Claims (9)

1.一种用于涂覆发动机气缸的发动机气缸孔的内表面的方法，所述方法包括：
将强化层附着在所述发动机气缸孔的所述内表面的上部；
将热喷涂层沉积到所述发动机气缸孔的所述内表面上，使得所述内表面上几乎所有的活塞行进路径都由所述热喷涂层覆盖，所述热喷涂层比所述强化层在所述发动机气缸孔中延伸地更远；以及
在所述发动机气缸的开口端处将所述强化层完全附着在所述活塞行进路径的外部。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述强化层附着在所述内表面的所述上部的步骤是通过将所述强化层激光熔覆到所述内表面的所述上部来进行。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括由以下至少一种合金形成所述强化层：镍合金，铜合金和钢合金。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括提供厚度在约0.1毫米至约0.4毫米范围内的所述强化层，所述方法还包括提供高度在约5毫米至约50毫米范围内的所述强化层。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括在所述内表面的所述上部中形成上槽，并且将所述强化层设置在所述上槽内，所述方法还包括通过激光熔覆形成所述强化层，所述方法还包括将所述热喷涂层沉积到所述强化层上。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括将所述强化层设置在与从所述发动机气缸的所述开口端延伸的倒角重叠的位置。
7.一种发动机缸体，包括：
多个气缸，限定多个气缸孔，每个气缸孔具有内表面，每个内表面具有激光熔覆在所述内表面的上部的强化环；以及
在所述每个气缸孔的内表面上形成的热喷涂层，所述热喷涂层粘附在所述内表面和所述加强环上，每个强化环在所述多个气缸的每个气缸的开口端处完全设置在活塞行进路径的外部。
8.根据权利要求7所述的发动机缸体，其中所述发动机缸体由铝形成，所述热喷涂层由钢合金形成，所述强化环由以下至少一种合金形成：镍合金、铜合金和钢合金。
9.根据权利要求7或8所述的发动机缸体，还包括多个活塞，每个活塞可沿着所述多个气缸孔的气缸孔的所述内表面在活塞行进路径中移动，
其中每个强化环的厚度在约0.1毫米至约0.4毫米的范围内，高度在约5毫米至约50毫米的范围内，
每个气缸限定与所述开口端相邻的倒角区域，所述强化环设置在与所述倒角区域重叠的位置处，
所述上部在所述上部中形成上槽，
并且所述强化环设置在所述上槽内。
CN201711048716.9A 2016-11-04 2017-10-31 附着到气缸孔的强化层 Active CN108018519B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/343286 2016-11-04
US15/343,286 US10407761B2 (en) 2016-11-04 2016-11-04 Strengthening layer attached to cylinder bore

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108018519A CN108018519A (zh) 2018-05-11
CN108018519B true CN108018519B (zh) 2020-03-06

Family

ID=62003180

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711048716.9A Active CN108018519B (zh) 2016-11-04 2017-10-31 附着到气缸孔的强化层

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10407761B2 (zh)
CN (1) CN108018519B (zh)
DE (1) DE102017125660B4 (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10160129B2 (en) * 2017-01-30 2018-12-25 Ford Motor Company Mechanical roughening profile modification
CN110877003B (zh) * 2019-12-26 2023-06-23 安徽工业大学 一种基于双脉冲强激光技术的孔类零件内壁喷涂方法和装置
CN111593341B (zh) * 2020-05-22 2022-06-14 江苏大学 一种重型燃气轮机叶片高性能热障涂层及其多工艺组合制备方法
CN114318330A (zh) * 2021-12-14 2022-04-12 江苏紫金动力股份有限公司 一种发动机缸套强化方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1749429A (zh) * 2004-09-17 2006-03-22 日产自动车株式会社 喷镀前处理方法和经喷镀前处理的发动机气缸体
CN201858034U (zh) * 2010-10-31 2011-06-08 无锡开普动力有限公司 一种直列水冷发动机机体
CN102317495A (zh) * 2009-03-04 2012-01-11 日产自动车株式会社 气缸体以及热喷镀镀层形成方法
CN104975975A (zh) * 2014-04-14 2015-10-14 福特全球技术公司 汽缸孔表面轮廓和工艺
CN105200420A (zh) * 2014-05-28 2015-12-30 中国科学院力学研究所 一种铸铁气缸盖鼻梁区激光熔覆工艺
CN105648385A (zh) * 2016-01-15 2016-06-08 张家港清研再制造产业研究院有限公司 一种气缸体缸孔超音速火焰喷涂铁基涂层及其制备方法
CN106245028B (zh) * 2015-06-08 2019-01-22 通用汽车环球科技运作有限责任公司 TiO2作为用于气缸孔热喷涂的粘合层的应用

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020073982A1 (en) 2000-12-16 2002-06-20 Shaikh Furqan Zafar Gas-dynamic cold spray lining for aluminum engine block cylinders
AT410700B (de) 2001-08-03 2003-06-25 Jenbacher Ag Zylinderlaufbuchse
JP4512002B2 (ja) * 2005-07-08 2010-07-28 トヨタ自動車株式会社 シリンダライナ
US9168613B2 (en) * 2010-10-22 2015-10-27 Paul T. Colby Vertical laser cladding system
DE102011086803A1 (de) 2011-11-22 2013-05-23 Ford Global Technologies, Llc Reparaturverfahren einer Zylinderlauffläche mittels Plasmaspritzverfahren
US20140137831A1 (en) * 2012-11-21 2014-05-22 RZR Corporation Cylinder Bore Coating System
DE102015201999A1 (de) 2015-02-05 2016-08-11 Ford Global Technologies, Llc Hubkolbenmotor, Kraftfahrzeug

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1749429A (zh) * 2004-09-17 2006-03-22 日产自动车株式会社 喷镀前处理方法和经喷镀前处理的发动机气缸体
CN102317495A (zh) * 2009-03-04 2012-01-11 日产自动车株式会社 气缸体以及热喷镀镀层形成方法
CN201858034U (zh) * 2010-10-31 2011-06-08 无锡开普动力有限公司 一种直列水冷发动机机体
CN104975975A (zh) * 2014-04-14 2015-10-14 福特全球技术公司 汽缸孔表面轮廓和工艺
CN105200420A (zh) * 2014-05-28 2015-12-30 中国科学院力学研究所 一种铸铁气缸盖鼻梁区激光熔覆工艺
CN106245028B (zh) * 2015-06-08 2019-01-22 通用汽车环球科技运作有限责任公司 TiO2作为用于气缸孔热喷涂的粘合层的应用
CN105648385A (zh) * 2016-01-15 2016-06-08 张家港清研再制造产业研究院有限公司 一种气缸体缸孔超音速火焰喷涂铁基涂层及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20180127861A1 (en) 2018-05-10
US10407761B2 (en) 2019-09-10
DE102017125660A1 (de) 2018-05-09
CN108018519A (zh) 2018-05-11
DE102017125660B4 (de) 2021-11-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108018519B (zh) 附着到气缸孔的强化层
JP6622710B2 (ja) 付加加工が燃焼ボウル周縁および冷却ギャラリーを製造することを特徴とする１部品ピストン
US9163579B2 (en) Piston with anti-carbon deposit coating and method of construction thereof
KR100981898B1 (ko) 실린더 라이너 및 실린더 라이너 제조 방법
US9169800B2 (en) Piston with anti-carbon deposit coating and method of construction thereof
US8037860B2 (en) Cylinder liner and engine
EP3420215B1 (en) Insulation layer on steel pistons without gallery
EP3489495B1 (en) Method of manufacturing internal combustion engine, internal combustion engine, and coupling cylinder
US20130133608A1 (en) Cylinder liner of a reciprocating engine
JP2008542603A (ja) ディーゼルエンジンのためのコーティングされたパワーシリンダ部品
US20160297039A1 (en) Method of remanufacturing an engine block
EP2964939B1 (en) Piston with anti-carbon deposit coating and method of construction thereof
CN108707853A (zh) 增强气缸孔机械特性的激光重熔
US20220364643A1 (en) Coated piston ring for an internal combustion engine
KR20090113262A (ko) 복수의 실린더 슬리브와 그에 부착된 재료 스트립을 가지는 단-실린더 슬리브를 구비하는 실린더 크랭크 하우징의 제조 방법
KR101676236B1 (ko) 노출된 기능성 표면을 가진 슬라이딩 요소
WO2021050471A1 (en) Coated piston ring for an internal combustion engine

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant