CN112135919A - 气缸套及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的课题在于提供一种气缸套，其具有即使在暴露于温度差较大的过于严苛热循环的情况下也不会产生裂纹的膜。本发明利用包括用于将含有碳化铬的热喷涂材料热喷涂到气缸套表面上的热喷涂步骤的制造方法解决课题。

Description

气缸套及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种气缸套，并且涉及一种对于重复的热循环具有耐性的气缸套。
背景技术
具有优良耐腐蚀性能的镀硬铬被大量使用于气缸套外表面的表面处理。例如专利文献1公开了一种在镀硬铬膜中含有1～10重量％的碳且该膜硬度为HV1100～HV1600的气缸套，并记载有在利用萨金特(Sargent)镀液进行镀铬时通过含有甲酸作为碳源而使其高硬度化，从而能够提供一种防止穴蚀效果较高的镀硬铬膜。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平1-152298号公报
发明内容
发明所要解决的课题
如专利文献1所述，通过使碳化铬部分析出到镀铬膜中而能够获得高硬度的镀铬膜。
另一方面，气缸套是在发动机燃烧时与冷却时之间暴露于高温低温的热循环的环境下使用。本发明人经研究之后发现过于严苛条件下的热循环有时会使气缸套的镀铬膜产生裂纹。
本发明的课题在于提供一种气缸套，其具有即使在暴露于温度差较大的过于严苛热循环的情况下也不会产生裂纹的膜。
用于解决课题的方案
本发明人为了解决上述课题而研究之后发现使用含有碳化铬的热喷涂材料而在气缸套表面上形成热喷涂膜则能够解决上述课题，从而完成了本发明。
本发明的一方式为一种气缸套的制造方法，其中，所述气缸套具有碳化铬膜，所述制造方法包括用于将含有碳化铬的热喷涂材料热喷涂到气缸套表面上的热喷涂步骤。
优选，所述热喷涂材料还含有镍，优选，所述碳化铬热喷涂膜的孔隙率为1.0％以上2.5％以下，优选，所述碳化铬热喷涂膜的硬度为900HV0.05以上，优选，所述热喷涂步骤为高速火焰热喷涂(HVOF:High Velocity Oxygen Fuel)或者等离子热喷涂。
而且，本发明的另一方式为一种具有碳化铬膜的气缸套，且为所述碳化铬膜为热喷涂膜的气缸套。
优选，所述热喷涂膜为高速火焰热喷涂膜或者等离子热喷涂膜。
发明效果
本发明能够提供一种气缸套，其具有即使在暴露于温度差较大的过于苛刻的热循环的情况下也不会产生裂纹的膜。而且，本发明能够提供一种除去上述抗裂性能以外且耐穴蚀性能也良好的气缸套。
附图说明
图1为用于表示耐热性(抗裂性能)评价结果的电子显微镜图像(附图代用照片)。
图2为用于表示耐热性(抗裂性能)评价结果的电子显微镜图像(附图代用照片)。
图3为用于表示耐热性评价结果的图表。
具体实施方式
本发明的一实施方式为一种具有碳化铬膜的气缸套的制造方法，并且包括用于将含有碳化铬的热喷涂材料热喷涂到气缸套表面上的热喷涂步骤。该热喷涂步骤在气缸套表面上形成碳化铬热喷涂膜。由热喷涂形成的碳化铬热喷涂膜即使在暴露于温度差较大的过于苛刻的热循环的情况下也不会产生裂纹。
用于形成碳化铬膜的热喷涂材料只要含有碳化铬(Cr3C2)即可并无特别限定，也可以含有碳化铬以外的成分。作为碳化铬以外成分的金属成分可以列举例如镍、钨、铝、钴、钛、铁等能够用作气缸套的膜的成分。
尽管对于热喷涂材料中的碳化铬的量只要能够形成碳化铬膜而并无特别限定，但在热喷涂材料中通常为25重量％以上，优选为50重量％以上，更为优选为60重量％以上，既可以为100重量％的碳化铬，也可以为90重量％以下，还可以为80重量％以下。
在热喷涂材料中含有镍的情况下，尽管对其含量并无特别限定，但在热喷涂材料中通常为10重量％以上，优选为15重量％以上，更为优选为20重量％以上，而且通常为40重量％以下，也可以为30重量％以下。
对于热喷涂材料的形状并无特别限定，尽管可以列举线材、棒材、粉末等，但在本实施方式中优选为粉末状。在为粉末状的情况下，尽管基于稳定供给的角度优选为球状，但也可以为其他形状。在热喷涂材料为球状粉末的情况下，其平均粒径通常为5μm以上，优选为10μm以上，而且通常为100μm以下，优选为50μm以下。可以利用激光衍射/散射法测定平均粒径。此外，本说明书中的球状是指平均圆形度为0.8以上。
对于热喷涂步骤中的热喷涂法并无特别限定，既可以是气体式也可以是电气式。典型的可以列举高速火焰热喷涂(HVOF:High Velocity Oxygen Fuel)、等离子热喷涂、电弧热喷涂等。
高速火焰热喷涂(HVOF)是一种通过使用了氧气的高速燃烧火焰使热喷涂材料熔融之后喷射到被处理物表面上而形成膜的方法。尽管对燃烧火焰的温度并无特别限定，但通常为2000℃以上，优选为2500℃以上，而且通常为3000℃以下。此外，由于替代氧气而使用空气的高速火焰热喷涂(HVAF)的空气也含有氧气，因而也包含于高速火焰热喷涂(HVOF)。
电弧热喷涂为一种通过在热喷涂材料的顶端产生电弧而使材料熔融，然后利用压缩空气等喷射该熔融的材料粒子的热喷涂方法，此外，等离子热喷涂为一种通过高温等离子使热喷涂材料熔融而形成膜的热喷涂方法。等离子热喷涂与其他热喷涂方法相比是一种成为高温的热喷涂方法。
当使用电子显微镜观察由热喷涂形成的碳化铬热喷涂膜的表面时，会呈现层状结构。这是与电镀生成的柱状结构不同的结构。尽管对形成的膜的膜厚并无特别限定，但通常为10μm以上，优选为50μm以上，而且通常为10mm以下，优选为5mm以下，更为优选为1mm以下。
本制造方法在热喷涂步骤前后也可以具有其他的步骤。作为其他的步骤可以列举对气缸套表面实施的底部切削处理、喷砂处理、外周研磨处理、进而对形成的膜实施的封孔处理等。
尽管并不限定碳化铬热喷涂膜的孔隙率，但通常为0.5％以上，优选为1％以上，而且通常为3％以上，优选为2.5％以下。通过设定为上述范围而提高耐穴蚀性能。此外，膜的孔隙率例如可以利用使用了金相显微镜的图像处理系统(在利用金相显微镜连续拍摄三视场的断面之后，利用专用程序测定视场中的孔隙率，并通过平均而计算出三视场的孔隙率)进行测定。而且，可以利用热喷涂后的封孔处理等而将膜的孔隙率调整为上述范围。
尽管并不限定碳化铬热喷涂膜的硬度，但若考虑实用的耐久性能则可以为300HV0.05以上，优选为800HV0.05以上，更为优选为900HV0.05以上，而且通常为1500HV0.05以下，优选为1200HV0.05以下。此外，可以利用显微维氏硬度计测定膜的硬度HV。
实施例
尽管下面会利用实施例更为具体地对本发明进行说明，但下面的实施例并非限定本发明的范围。
<实施例1>
使用25％镍铬碳化铬(Cr3C225(NiCr)、球状、平均粒径32～35μm)作为热喷涂材料，并利用高速火焰热喷涂(HVOF、燃烧火焰温度约为2800℃)在铸铁制衬套材表面上形成碳化铬热喷涂膜而获得试片1。衬套材表面的热喷涂膜的厚度为100μm。
<实施例2>
使用25％镍铬碳化铬(Cr3C225(NiCr)、球状、平均粒径32～35μm)作为热喷涂材料，并利用等离子热喷涂在铸铁制衬套材表面上形成碳化铬热喷涂膜而获得试片2。衬套材表面的热喷涂膜的厚度为100μm。
<比较例1>
将铸铁制衬套材浸渍在镀铬镀液中，获得具有镀铬的试片3。
<抗裂性能、耐热性评价>
准备具有上述膜的试片1和3各三片，并分别进行了20回加热至200℃、400℃、600℃，其后急冷至20℃以下的循环。准备两片试片2，并分别进行了20回加热至200℃、400℃，其后急冷至20℃以下的循环。然后利用电子显微镜观察各个试片的断面。将其结果表示在图1和2中。
如图1所示，尽管具有镀铬的试片3存在多个裂纹，而具有碳化铬热喷涂膜(HVOF)的试片1则未观察到裂纹。
而且，如图2所示，具有碳化铬热喷涂膜(等离子)的试片2则未观察到裂纹。
而且，利用显微维氏硬度计测定了各个试片的硬度。此外，测定以载荷0.05进行7点测定并采用其中中位5点的平均。其结果表示在图3中。
如图3所示，具有镀铬的试片3因重复温度上升而使膜的硬度大幅降低，而具有碳化铬热喷涂膜的试片1和2的膜硬度降低则较少。
<抗冲蚀试验>
接着对碳化铬热喷涂膜不仅具有良好的抗裂性能、耐热性而且一并具有抗冲蚀性进行了实证。
按照ASTM G3210(超声振动式冲蚀实验法)并在以下条件下对上述试片1和试片3进行了抗冲蚀试验。
循环水：自来水
自来水温度：55℃
流量：10L/min
试验时间：28小时
对试验前后的试片重量进行测定，计算出重量减少部分作为试片的冲蚀量。结果表示在表1中。此外，作为参考一并示出未处理的片的试验结果。
[表1]
表1
未处理 试片1 试片3
冲蚀量(28小时) 2.35％ 0.02％ 0.06％
<耐腐蚀试验>
将试片1和3的表面遮蔽，然后剥离遮蔽的中心部的10mm×10mm部分的遮蔽而使膜露出。
将膜露出的试片浸渍在60℃±3℃的0.5wt％硫酸中30分钟。在浸渍中1分钟手动搅拌3次。
对试验前后的试片重量进行测定，计算出重量减少部分作为试片的冲蚀量。结果表示在表2中。此外，作为参考一并示出未处理的片的试验结果。
[表2]
表2
未处理 试片1 试片3
冲蚀量(30分钟) 0.044％ 0.003％ 0.042％

Claims (7)

1.一种气缸套的制造方法，其中，所述气缸套具有碳化铬膜，其特征在于，所述气缸套的制造方法包括用于将含有碳化铬的热喷涂材料热喷涂到气缸套表面上的热喷涂步骤。
2.根据权利要求1所述的气缸套的制造方法，其特征在于，
所述热喷涂材料还含有镍。
3.根据权利要求1或2所述的气缸套的制造方法，其特征在于，
所述碳化铬膜的孔隙率为1.0％以上2.5％以下。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的气缸套的制造方法，其特征在于，
所述碳化铬膜的硬度为900HV0.05以上。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的气缸套的制造方法，其特征在于，
所述热喷涂步骤为高速火焰热喷涂(HVOF:High Velocity Oxygen Fuel)或者等离子热喷涂。
6.一种气缸套，具有碳化铬膜，其特征在于，
所述碳化铬膜为热喷涂膜。
7.根据权利要求6所述的气缸套，其特征在于，
所述热喷涂膜为高速火焰热喷涂(HVOF:High Velocity Oxygen Fuel)膜或者等离子热喷涂膜。
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