JP2024505622A - 移植遮熱コーティングシステム - Google Patents
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Abstract
成形部品を形成するための方法及び成形部品。方法は、砂中子に遮熱コーティング（ＴＢＣ）システムを適用することと；ＴＢＣコート済み砂中子を鋳型に挿入することと；挿入されたＴＢＣコート済み砂中子を含む鋳型で鋳鉄部品を形成することとを含む。
Description
実施例は、成形プロセスにおいて砂中子に遮熱コーティングシステムを適用することを対象とする。
再生は、例えばディーゼルエンジンのマニホルドにおいて、ディーゼル微粒子フィルター等のフィルターから、蓄積した煤煙を除去するのに用いられるプロセスである。再生は、例えば排気熱により、若しくはフィルターに触媒を添加することによって、受動的に行われうるか、又は排気システムに熱を加えることによって能動的に行われうる。例えばダイカスト及び／又は射出成形プロセスによって作製されうるこれらのマニホルドは、例えば約７６０℃の極度の熱に曝されることがあり、その結果、部品で亀裂等の熱機械的疲労が生じることがあり、これによりガス及び熱が漏れうる。図７は、この亀裂が生じるおそれのある、排気マニホルド及びターボマニホルドの重要エリアを示している。これらの亀裂の存在により、排気及び／又はターボマニホルドがマニホルド内に熱を保つことが妨げられ、これにより、再生プロセスが蓄積した煤煙を適切に除去することが妨げられる。
遮熱コーティング（ＴＢＣ：Ｔｈｅｒｍａｌ Ｂａｒｒｉｅｒ Ｃｏａｔｉｎｇ）は、燃焼器、高圧タービン翼、羽根、及びシュラウド等の構成要素に適用される。ＴＢＣを構成要素に適用して、高温ガス経路の構成要素の作動温度を上げ、結果として、エネルギー出力がより高くなり、エンジン効率が改善しうる。ＴＢＣは、ＴＢＣコート済み構成要素がより高い作動温度で耐えることを可能にする断熱をもたらすことで、構成要素の耐久性を向上させ、エンジンの信頼性を改善する。さらに、ＴＢＣをマニホルドに適用した場合、以下の有利点が得られている。
実施例は、砂中子を用いて製品を成形することを対象とする。特に、成形物は、例えばエンジンで高熱を維持するように特別に設計されているが、亀裂の形成を防ぐ部品とすることができる。
移植遮熱コーティング（ＴＢＣ）システムは、鋳造又は成形プロセスの前に砂中子に適用される。ＴＢＣシステムは、砂中子に適用されるトップコートとしてのセラミック層と、トップコートに適用されるボンディングコートとしての金属層とを含むことができる。好ましくは、ＴＢＣシステムは、砂中子に適用される接着コートとしてのアブレイダブル層も含むことができ、この場合、トップコートが接着層に適用される。
ＴＢＣは、溶射プロセスを使用して砂中子に適用されうる。好ましくは、ＴＢＣシステムの各構成要素に同じ溶射プロセスを使用する。
実施例は、成形部品を形成するための方法であって、砂中子に遮熱コーティング（ＴＢＣ）システムを適用することと；ＴＢＣコート済み砂中子を鋳型に挿入することと；挿入されたＴＢＣコート済み砂中子を含む鋳型で鋳鉄部品を形成することとを含む方法を対象とする。
実施例において、ＴＢＣシステムは、セラミック層及び金属層を含んでもよい。方法は、空気プラズマ噴霧溶射プロセスを用いて砂中子上にセラミック層を適用することと；空気プラズマ噴霧溶射プロセスを用いてセラミック層に金属層を適用することとをさらに含んでもよい。セラミック層は、イットリア安定化ジルコニアを含んでもよく、金属層は、鋳鉄とのボンディングコートを形成する低合金炭素鋼を含んでもよい。さらに、方法は、セラミック層が適用される前に、空気プラズマ噴霧溶射プロセスを用いて砂中子を予熱することもさらに含んでもよい。
他の実施例によれば、ＴＢＣシステムは、接着層をさらに含んでもよい。さらに、方法は、セラミック層が適用される前に、空気プラズマ噴霧溶射プロセスを用いて砂中子に接着層を適用することを含んでもよく、セラミック層は接着層に適用される。接着層は、ＮｉＣ（ニッケルグラファイト）又は金属とポリマーの混合物、例えば金属ベースポリマー複合材料、特にＡｌベースポリマー、好ましくはＭＣｒＡｌＹベースポリマー（ここでＭは例えばＣｏ、Ｎｉ、若しくはＣｏ／Ｎｉに等しい）、ＮｉＣｒＡｌベースポリマー、ＮｉＡｌベースポリマー、Ａｌ－青銅ベースポリマー、又はＡｌＳｉポリエステルのうちの少なくとも１種を含みうる。好ましくは、接着層のポリマーは熱可塑性ポリマー、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＦＴＥ：Ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）を含む。
他の実施例によれば、砂中子は、ケイ砂、クロマイト砂、又はジルコン砂のうちの１種；ベントナイト；水；及び不活性スラッジを含んでもよい。砂中子は無煙炭も含みうる。さらに、ケイ砂、クロマイト砂、又はジルコン砂のうちの１種は、カンラン石、十字石、又はグラファイトをさらに含んでもよい。
実施例は、鋳鉄本体；及び鋳鉄本体の内表面と一体成形されたＴＢＣシステムを含む、成形部品を対象とする。好ましくは、ＴＢＣシステムは、成形部品を形成するための方法に従って適用される。
さらになお他の実施例によれば、ＴＢＣシステムは、セラミック層及び金属層を含む。セラミック層は、イットリア安定化ジルコニアを含んでもよく、金属層は、低合金炭素鋼を含んでもよい。ＴＢＣシステムは接着層をさらに含んでもよく、接着層は、ＮｉＣ（ニッケルグラファイト）又は金属とポリマーの混合物、例えば金属ベースポリマー複合材料、好ましくはＡｌベースポリマー、より好ましくはＭＣｒＡｌＹベースポリマー（ここでＭは例えばＣｏ、Ｎｉ、若しくはＣｏ／Ｎｉに等しい）、ＮｉＣｒＡｌベースポリマー、ＮｉＡｌベースポリマー、Ａｌ－青銅ベースポリマー、又はＡｌＳｉポリエステルのうちの少なくとも１種を含みうる。
本発明の他の例示的な実施例及び有利な点は、本開示及び添付の図面を精査することにより確かめられうる。
本発明は、本発明の例示的な実施例の非限定的な実例として、言及される複数の図面を参照しながら、以下の詳細な説明においてさらに説明され、図面のいくつかの図にわたって、同じ符号は同様の部品を表す。
本明細書に示される詳細は、本発明の実施例の単なる実例であり、且つ例示的な考察のためのものであり、最も有用で、且つ本発明の原理及び概念的態様が容易に理解される説明と考えられることを提供するために提示されるものである。これに関し、本発明の基本的な理解のために必要以上に詳細に本発明の構造的詳細を示そうとはされておらず、図面と共に説明されることにより、本発明のいくつかの形態が実際にどのように実施されうるかが当業者に明らかとなる。
中子は、ダイカスト及び／又は射出成形プロセスにおいて、構成要素、特に複雑な形状を有する構成要素の内表面を作製するのに使用される。図１は、エンジンマニホルド用の例示的な中子１０を示しているが、中子は、例えば自動車、スポーツ用多目的車、軽量及び大型トラック、農業装置、海上船舶、商用及び非商用車等のガソリン又はディーゼルエンジン用の構成要素、例えばターボチャージャー部品及び構成要素を形成する、任意の数の鋳造及び／又は成形プロセスに使用できることが理解される。例示的な実施例において、中子１０は砂組成物で作製され、砂組成物は、７５～８５重量％のケイ砂（ＳｉＯ２）、クロマイト砂（ＦｅＣｒ２Ｏ４）、又はジルコン砂（ＺｒＳｉＯ４）；５～１１重量％のベントナイト（粘土）；２～４重量％の水；及び３～５重量％の不活性スラッジ３～５％の混合物である。実施例において、ケイ砂、クロマイト砂、又はジルコン砂は、ある割合のカンラン石、十字石、若しくはグラファイトを含むことができ、且つ／又は組成物は最大１重量％（０～１重量％未満）の無煙炭を含むことができる。
鋳造及び／又は成形部品、例えばエンジンで利用される部品は、例えば約７６０℃の極度の熱に曝されることがあり、その結果、部品で亀裂等の熱機械的疲労が生じることがあり、これによりガス及び熱が漏れうる。さらに、例えばマニホルド内に熱を保つ又は維持するように設計された構成要素において、構成要素の筐体又は壁を通した熱伝達が可能な限り最大限に避けられるように構成要素が形成されることが望ましい。これらの課題に対処するため、実施例は、鋳造及び／又は成形部品の内表面に遮熱コーティング（ＴＢＣ）システムを形成することを対象とする。ＴＢＣシステムは、溶射、例えばプラズマ噴霧、高速酸素燃料（ＨＶＯＦ：Ｈｉｇｈ Ｖｅｌｏｃｉｔｙ Ｏｘｙｇｅｎ Ｆｕｅｌ）噴霧、又は粉末製品を堆積させて少なくともセラミック層及び金属層を形成するための他の好適な噴霧プロセスによって形成された、複数の層又はコーティングを含むことができる。現在記載されている解決策により、鋳造及び／又は成形部品の内表面の亀裂のない完全被覆は、砂中子と組み合わせたＴＢＣの溶射プロセスを使用して達成される。
図２Ａ～図２Ｆは、鋳造及び／又は成形部品に移送ＴＢＣを形成するための例示的なプロセスを示している。図２Ａに示されるように、砂中子２０、例えば図１に示される中子は、形成される部品の内部用に形成される。図２Ｂにおいて、溶射プロセスにより、砂中子２０にＴＢＣ２１（すなわち、セラミック層）が適用される。ＴＢＣ２１を適用する前に、砂中子２０、特にベントナイトを含む砂中子を予熱して、ＴＢＣ適用中に砂中の水又は結合している化学品の蒸発を避けることが有利でありえ、これらの蒸発は、乏しい接着、亀裂、及び破砕を不利に招きうる。非限定的な実例として、中子２０の予熱は、プラズマトーチ又はプルームを用いて、粉末を供給せずに、例えばカスケードプラズマトーチ、例えばＯＥＲＬＩＫＯＮ ＭＥＴＣＯ（ＵＳ）ＩＮＣのＳＩＮＰＬＥＸＰＲＯ－９０からの空気プラズマ噴霧により達成することができる。
遮熱コーティング２１は、作製される部品を熱機械的疲労（亀裂）から保護し、部品内に熱を保つように機能する。非限定的な実例として、作製される部品がエンジンマニホルドである場合、適用されたＴＢＣ２１は、燃料消費量低減のための熱管理効率を増加させる。好ましくは、ＴＢＣ２１は、１５～２５％よりも低い多孔性を有して、例えば図２Ｅを参照しながら以下で考察する鋳造プロセスの間の液体金属の浸透を避け、この浸透は、固化後の鋳造部品内での意図しない堆積物の生成につながりうる（すくわれ効果）。或いは、ＴＢＣ２１は、砂中子２０に適用される多孔性ＴＢＣ層と、多孔性ＴＢＣ層に適用される非多孔性（高密度）ＴＢＣ層とを含む、２層システムとして適用されてもよく、特に多孔性ＴＢＣ層は１５～２５％の多孔性を有し、非多孔性ＴＢＣ層は１％～１５％未満、より好ましくは５％～１０％の多孔性を有して、鋳造プロセスの間の液体金属の浸透を避ける。さらに、ＴＢＣ２１は、鋳造プロセスの間の液体金属の浸透を避けるための、砂中子２０から減少する多孔性を有する勾配層として適用されてもよい。ＴＢＣの多孔性を調節するために、コーティングパラメータを調節することができ、すなわち、プラズマの出力及び任意選択で２次ガスの流量、堆積粒子の速度及び／又は温度を状況に応じて制御することができる。例示的な実施例において、ＴＢＣ２１は、粉末製品、例えばイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ：Ｙｔｔｒｉａ Ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ Ｚｉｒｃｏｎｉａ）、例えばＯＥＲＬＩＫＯＮ ＭＥＴＣＯ（ＵＳ）ＩＮＣのＭＥＴＣＯ ２０４ＮＳ粉末を、厚さ１００～１０００ミクロン、好ましくは２００～８００、より好ましくは４００～５００ミクロンで砂中子２０に溶射することによって形成する。
ＴＢＣ２１の適用後、図２Ｃのように、ボンディングコート２２すなわち金属層を適用する。ボンディングコート２２により、図２Ｅの鋳造部品へのＴＢＣ２１の接着が確実になる。実施例において、ボンディングコート２２は、粉末製品、例えばＦｅＣｒＭｎＣ（Ｆｅ １．４～１．６Ｃｒ １．４～１．６Ｍｎ １．０～１．３Ｃ）、例えばＯＥＲＬＩＫＯＮ ＭＥＴＣＯ（ＵＳ）ＩＮＣのＭＥＴＣＯ ＸＰＴ５１２粉末、又はＣｏＣｒＡｌＹ（Ｃｏ ２９Ｃｒ ６Ａｌ ２Ｓｉ ０．３Ｙ）、例えばＯＥＲＬＩＫＯＮ ＭＥＴＣＯ（ＵＳ）ＩＮＣのＡＭＤＲＹ９２０）粉末を溶射することによってＴＢＣ２１に適用された低合金炭素鋼であってもよく、最大１００ミクロン、好ましくは最大５０ミクロン、より好ましくは約１５～３０ミクロンで適用されてもよい。しかしながら、鋳造プロセスの間の液体金属の浸透を避けるために、最大５００ミクロンの厚さ、好ましくは約１００～５００ミクロン、より好ましくは約１００～３５０ミクロンの厚さを有する、より厚いボンディングコート２２が適用されてもよい。好ましくは、ボンディングコート２２は、ＴＢＣ２１の適用で用いたものと同じ手法、すなわち、カスケードプラズマトーチ、例えばＯＥＲＬＩＫＯＮ ＭＥＴＣＯ（ＵＳ）ＩＮＣのＳＩＮＰＬＥＸＰＲＯ－９０からの空気プラズマ噴霧で適用する。
次に、図２Ｄに示されるように、コート済み砂中子２０を鋳型２４、例えば砂鋳型に挿入し、鋳造材料を受け入れるための間隙２３が鋳型２４内に形成されるようにする。図２Ｅにおいて、鋳造される部品に好適な鋳造材料２５、例えばねずみ鋳鉄、例えばフェライト系鋳鉄ＳｉＭｏ５１、オーステナイト系鋳鉄Ｄ５Ｓ、及びオーステナイト系鋳造ステンレス鋼ＨＫ３０を間隙２３に堆積させて、部品を鋳造する。従来の手法で、移植ＴＢＣコート済み鋳造部品を砂鋳型２４から取り出し、砂中子２０を同様に取り出す。
図２Ａ～図２Ｆに示された実施例の代替の実施例において、図２Ｃなしで、すなわちＴＢＣ２１後のボンディングコートを適用することなく、プロセスを行うことができる。図３Ａ～図３Ｅに例示されるこの代替の実施例において、図３ＢでＴＢＣ３１を適用した後、図３Ｃで鋳型３４にコート済み砂中子３０を挿入し、図３Ｄで鋳型３４の間隙３３に鋳造材料３５を堆積させる。図３Ｅで、従来の手法で移植ＴＢＣコート済み鋳造部品を鋳型３４から取り出し、砂中子３０を同様に取り出す。
鋳造及び／又は成形部品が亀裂から保護されること、及び作製された部品が部品内に熱を保持することを確実にするために、ＴＢＣ及びボンディングコート層は、液体鋳鉄が砂鋳型と直接接触しないように、部品の内表面を形成することになる砂鋳型の全部品に適用されるべきである。しかしながら、砂鋳型の機能エリア、例えば鋳型で中子の位置を定めるためのエリア、又は鋳型を組み立てるためのエリアの噴霧は避けられるべきである。
図４Ａ～図４Ｇは、鋳造及び／又は成形部品に移送ＴＢＣを形成するための別の例示的なプロセスを示している。図４Ａに示されるように、砂中子４０、例えば図１に示される中子は、形成される部品の内部用に形成される。図２Ａ～図２Ｆの例示的な実施例とは対照的に、ＴＢＣシステムは、接着（接着性）層４６すなわちアブレイダブル層を追加で含み、これは溶射プロセス、例えばカスケードプラズマトーチ、例えばＯＥＲＬＩＫＯＮ ＭＥＴＣＯ（ＵＳ）ＩＮＣのＳＩＮＰＬＥＸＰＲＯ－９０からの空気プラズマ噴霧により砂中子４０に適用される。様々なポリマーを含むケイ酸アルミニウムアブレイダブル層（ＡｌＳｉポリエステル）とすることができる接着層４６は、粉末製品、例えばＭＥＴＣＯ １６０６、ＭＥＴＣＯ ６０１、ＡＭＤＲＹ ２０１０、ＡＭＤＲＹ ＸＰＴ ２６８、又はＡＭＤＲＹ ２０００（全てＯＥＲＬＩＫＯＮ ＭＥＴＣＯ（ＵＳ）ＩＮＣより）を、厚さ２０～５００ミクロン、好ましくは約１００～４００ミクロン、より好ましくは約２００～３５０ミクロンまで溶射することによって砂中子４０に適用される。接着層３６を砂中子４０に適用することにより、第１層としての容易な堆積が確実となり、これは、接着層３６が砂中子４６との良好な親和性を有し、熱効果への感度がより低いことによる。有利なことに、上記の実施例と対照的に、接着性層４０又はそれに続く層の適用前に、砂中子４０の予熱は不要である。
図４Ｃにおいて、溶射プロセス、好ましくは接着層４６の適用で利用した同じ溶射プロセス、すなわち、カスケードプラズマトーチ、例えばＯＥＲＬＩＫＯＮ ＭＥＴＣＯ（ＵＳ）ＩＮＣのＳＩＮＰＬＥＸＰＲＯ－９０からの空気プラズマ噴霧により、ＴＢＣ４１すなわちセラミック層を接着層４６に適用する。上記の実施例のように、ＴＢＣ４１は、作製される部品を熱機械的疲労（亀裂）から保護し、部品内に熱を保つように機能する。上記のように、ＴＢＣ４１は、好ましくは１５～２５％よりも低い多孔性を有して、例えば図４Ｅを参照しながら以下で考察する鋳造プロセスの間の液体金属の浸透を避け、この浸透は、固化後の鋳造部品内での意図しない堆積物の生成につながりうる（すくわれ効果）。或いは、ＴＢＣ４１は、２層システム又は勾配層（接着層４６に適用された、多孔性ＴＢＣ層又はより高い多孔性を有するＴＢＣ層を含む）として堆積させることができる。例示的な実施例において、ＴＢＣ４１は、粉末製品、例えばイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、例えばＯＥＲＬＩＫＯＮ ＭＥＴＣＯ（ＵＳ）ＩＮＣのＭＥＴＣＯ（商標）２０４ＮＳ粉末を、厚さ１００～１０００ミクロン、好ましくは２００～８００、より好ましくは４００～５００ミクロンで砂中子４０に溶射することを適用することによって形成される。
ＴＢＣ４１の適用後、図４Ｄのように、ボンディングコート４２すなわち金属層を適用する。ボンディングコート４２により、図４Ｆの鋳造部品へのＴＢＣ４１の接着が確実になる。実施例において、ボンディングコート４２は、例えばＦｅＣｒＭｎＣ（Ｆｅ １．４～１．６Ｃｒ １．４～１．６Ｍｎ １．０～１．３Ｃ）、例えばＯＥＲＬＩＫＯＮ ＭＥＴＣＯ（ＵＳ）ＩＮＣのＭＥＴＣＯ ＸＰＴ５１２粉末、又はＣｏＣｒＡｌＹ（Ｃｏ ２９Ｃｒ ６Ａｌ ２Ｓｉ ０．３Ｙ）、例えばＯＥＲＬＩＫＯＮ ＭＥＴＣＯ（ＵＳ）ＩＮＣのＡＭＤＲＹ９２０）粉末を溶射することによってＴＢＣ４１に適用された低合金炭素鋼とすることができ、最大１００ミクロン、好ましくは最大５０ミクロン、より好ましくは約１５～３０ミクロン適用されうる。しかしながら、鋳造プロセスの間の液体金属の浸透を避けるために、上記のようなより大きな厚さを有する、より厚いボンディングコート４２を適用することができる。再び、ボンディングコート４２は、好ましくは、ＴＢＣ４１の適用で用いたものと同じ手法、すなわち、カスケードプラズマトーチ、例えばＯＥＲＬＩＫＯＮ ＭＥＴＣＯ（ＵＳ）ＩＮＣのＳＩＮＰＬＥＸＰＲＯ－９０からの空気プラズマ噴霧で適用される。
次に、図４Ｅに示されるように、コート済み砂中子４０を鋳型４３、例えば砂鋳型に挿入し、鋳造材料を受け入れるための間隙４４が鋳型４３内に形成されるようにする。図４Ｆにおいて、鋳造される部品に好適な鋳造材料４５、例えばねずみ鋳鉄、例えばフェライト系鋳鉄ＳｉＭｏ５１、オーステナイト系鋳鉄Ｄ５Ｓ、及びオーステナイト系鋳造ステンレス鋼ＨＫ３０を間隙４４に堆積させて、部品を鋳造する。従来の手法で、移植ＴＢＣコート済み鋳造部品を砂鋳型４４から取り出し、砂中子４０を同様に取り出す。しかしながら、この実施例において、接着層４６は、砂中子４０と接着層４６の間の破壊区域を増強することにより、鋳造プロセス後の砂中子４０の機械的除去中にＴＢＣ４１の完全性を確保するように機能する。接着層４６なしでは、ＴＢＣ４１の破壊のリスクが高い。
図４Ａ～図４Ｇに示された実施例の代替の実施例において、図４Ｄなしで、すなわちＴＢＣ４１後のボンディングコートを適用することなく、プロセスを行うことができる。図５Ａ～図５Ｆに例示されるこの代替の実施例において、ＴＢＣ５１を適用した後、鋳型５４にコート済み砂中子５０を挿入し、鋳型５４の間隙５３に鋳造材料５５を堆積させる。従来の手法で、移植ＴＢＣコート済み鋳造部品を鋳型５４から取り出し、砂中子５０を同様に取り出す。
鋳造及び／又は成形部品が亀裂から保護されること、及び作製された部品が部品内に熱を保持することを確実にするために、接着層、ＴＢＣ、及びボンディングコート層は、液体鋳鉄が砂鋳型と直接接触しないように、部品の内表面を形成することになる砂鋳型の全部品に適用されるべきである。しかしながら、砂鋳型の機能エリア、例えば鋳型で中子の位置を定めるためのエリア、又は鋳型を組み立てるためのエリアの噴霧は避けられるべきである。
上記の例示的なプロセスは、中子２０がコーティング用に粗い表面を提供するため、グリットブラストのような前処理が不要である点、及びコーティング用の部品が噴霧されたままの状態で使用される、すなわち機械加工等の後処理が不要である点で有利である。
図６は、まだ鋳型内にある部品の断面を示している。この実例において、厚さ２６４～３００ミクロンの接着コート６６（アブレイダブルベース材料層）を砂中子６０に適用し、厚さ４３５～４３８ミクロンのＴＢＣ６１（トップコート－セラミック層）を接着コート６６に適用し、厚さ１９～２３ミクロンのボンディングコート６２（金属層）をＴＢＣ６１に適用する。鋳造材料６５は、ボンディングコート６２上に鋳造されていることが示されている。
移植ＴＢＣシステムを有する鋳造及び／又は成形部品が大型トラック用エンジンマニホルドである場合、エンジン効率は０．５％改善することが見出されている。冷却システムへの熱放散を４～１２％減らし、後処理（ターボ）システムの温度を約２％高くし、より効率的な変換及びより効率的なターボシステムを提供することにより、燃料消費量は改善した。この削減は有意でありうる。例えば、単純な計算に基づき、０．２％の燃料を削減しながら寿命１０年にわたる車両１台当たりの費用削減はおよそ１０００ユーロである。特に、控えめに０．２％の燃料削減を仮定すると、大型トラックでの１年当たりの平均燃料消費量のディーゼル油５０，０００リットルに対して、削減は１，０００リットルほどにもなりうることが明らかである。しかしながら、試験で０．５％の燃料減少が示されたため、車両の寿命にわたる削減は、最大２，５００リットルとなりうる。
上述の実例は、単に説明のために提供され、本発明を限定するものとして一切解釈されるべきではないことが留意される。本発明は例示的な実施例を参照しながら説明されているが、本明細書において使用された用語は、限定する用語ではなく、説明及び例示する用語であることが理解される。変更は、現在述べられた及び補正された添付の特許請求の範囲内で、その態様において本発明の範囲及び趣旨から逸脱することなく、行われうる。本発明は、特定の手段、材料、及び実施例を参照しながら本明細書に記載されているが、本発明は、本明細書に開示された詳細に限定されることを意図するものではなく、むしろ、本発明は、添付の特許請求の範囲の範囲内にあるような、全ての機能的に均等な構造、方法、及び使用に及ぶ。
Claims (24)
- 成形部品を形成するための方法であって、
砂中子に遮熱コーティング（ＴＢＣ）システムを適用することと、
前記ＴＢＣコート済み砂中子を鋳型に挿入することと、
挿入された前記ＴＢＣコート済み砂中子を含む前記鋳型で鋳鉄部品を形成することと
を含む、方法。 - 前記ＴＢＣシステムが、セラミック層及び金属層を含む、請求項１に記載の方法。
- 空気プラズマ噴霧溶射プロセスを用いて前記砂中子上に前記セラミック層を適用することと、
前記空気プラズマ噴霧溶射プロセスを用いて前記セラミック層に前記金属層を適用することと
をさらに含む、請求項２に記載の方法。 - 前記セラミック層が、前記砂中子上に適用される多孔性ＴＢＣ層と、前記多孔性ＴＢＣ層に適用される非多孔性ＴＢＣ層とを含む２層システムとして適用される、請求項２又は３のいずれか一項に記載の方法。
- 前記セラミック層が、前記砂中子から減少する多孔性を有する勾配層として適用される、請求項２又は３のいずれか一項に記載の方法。
- 前記セラミック層が、１００～１０００ミクロン、好ましくは２００～８００ミクロン、より好ましくは４００～５００ミクロンの厚さで適用される、請求項２から５までのいずれか一項に記載の方法。
- 前記金属層が、１００～５００ミクロン、好ましくは１００～３５０ミクロンの厚さで適用される、請求項２から６までのいずれか一項に記載の方法。
- 前記金属層が、最大１００ミクロン、好ましくは最大５０ミクロン、より好ましくは１５～３０ミクロンの厚さで適用される、請求項２から６までのいずれか一項に記載の方法。
- 前記セラミック層がイットリア安定化ジルコニアを含み、前記金属層が、前記鋳鉄とのボンディングコートを形成する低合金炭素鋼を含む、請求項２から８までのいずれか一項に記載の方法。
- 前記セラミック層が適用される前に、
前記空気プラズマ噴霧溶射プロセスを用いて、前記砂中子を予熱すること
をさらに含む、請求項３に記載の方法。 - 前記ＴＢＣシステムが接着層をさらに含む、請求項１から９までに記載の方法。
- 前記接着層が、２０～５００ミクロン、好ましくは１００～４００ミクロン、より好ましくは２００～３５０ミクロンの厚さで適用される、請求項１１に記載の方法。
- 前記セラミック層が適用される前に、
空気プラズマ噴霧溶射プロセスを用いて、前記砂中子に前記接着層を適用すること
をさらに含み、前記セラミック層が、前記接着層に適用される、請求項１１又は１２に記載の方法。 - 前記接着層が、ＮｉＣ又は金属とポリマーの混合物、例えば金属ベースポリマー複合材料、好ましくはＡｌベースポリマーのうちの少なくとも１種、より好ましくはＭＣｒＡｌＹベースポリマー、ＮｉＣｒＡｌベースポリマー、ＮｉＡｌベースポリマー、Ａｌ－青銅ベースポリマー、又はＡｌＳｉポリエステルのうちの少なくとも１種を含む、請求項１１から１３までのいずれか一項に記載の方法。
- 前記砂中子が、
ケイ砂、クロマイト砂、又はジルコン砂のうちの１種；
ベントナイト；
水；及び
不活性スラッジ
を含む、請求項１から１４までに記載の方法。 - 前記砂中子が無煙炭をさらに含む、請求項１５に記載の方法。
- 前記ケイ砂、クロマイト砂、又はジルコン砂のうちの１種が、カンラン石、十字石、又はグラファイトをさらに含む、請求項１５又は１６のいずれか一項に記載の方法。
- 鋳鉄本体；及び
前記鋳鉄本体の内表面と一体成形されたＴＢＣシステム
を含む、成形部品。 - 請求項１から１７までのいずれか一項に記載の方法によって形成された、請求項１８に記載の成形部品。
- 前記ＴＢＣシステムが、セラミック層及び金属層を含む、請求項１８に記載の成形部品。
- 前記セラミック層がイットリア安定化ジルコニアを含み、前記金属層が低合金炭素鋼を含む、請求項１８及び２０に記載の成形部品。
- 前記ＴＢＣシステムが接着層をさらに含む、請求項１８、２０、及び２１に記載の成形部品。
- 前記接着層が、ＮｉＣ又は金属とポリマーの混合物、例えば金属ベースポリマー複合材料、好ましくはＡｌベースポリマーのうちの少なくとも１種、より好ましくはＭＣｒＡｌＹベースポリマー、ＮｉＣｒＡｌベースポリマー、ＮｉＡｌベースポリマー、Ａｌ－青銅ベースポリマー、又はＡｌＳｉポリエステルのうちの少なくとも１種を含む、請求項２２に記載の成形部品。
- ターボチャージャー構成要素、排気マニホルド、又はターボマニホルドのうちの１つである、請求項１８から２３までのいずれか一項に記載の成形部品。
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