搪瓷粉、具有搪瓷涂层表面区段的金属构件及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种搪瓷粉、具有表面区段的金属构件，该表面区段具有搪瓷涂层，和 制造该金属构件的方法。
【背景技术】
[0002] 如在 Dr. -Ing. Wolfgang K恤 η 博:t 在 Ob电 Γ 打旨.cheO. Poly surf aces (表面多重曲 面）第2/09号第6-9页发表的''M6;g.l.ichkeite.n.und Grenzen der Emaillierung von Leichtmetallen"(轻金属的涂搪的可能与限制）一文中详细阐述的，除了数世纪W来已知 的钢和铜制成的构件能够涂搪，上世纪中叶W来轻金属，如侣、儀、铁制成的构件的涂搪也 日益重要。运样从技术的角度来看，保护构件表面免于腐蚀的侵蚀十分重要。
[0003] 如该文中进一步阐述的，搪瓷涂层设及玻璃层，该玻璃层特别在烙融溫度和热膨 胀系数方面适应于为其提供的载体材料。其结合了玻璃表面的性能和金属的材料和加工性 能。与其他涂层不同，玻璃-金属组合物在各个搪瓷涂层的烧制中结合，所谓的金属间相形 成于玻璃材料和金属基材之间的中间层。运些中间层确保了运些涂层特别紧密地粘合到金 属上。为了运个目的，当今的现代搪瓷是多组分混合物，该混合物借助于其共晶系统在低的 烧制溫度下达到了非常良好的机械硬度和化学稳定性。因而已涂搪的工件能够例如通过弯 曲、银口或钻孔来加工并且可W额外地设置功能性的、纳米级的溶胶-凝胶层，从而例如对 硬的、耐刮的搪瓷层补充耐高溫的不粘的效果。
[0004] 从DE 10 2010 025 286 A1还已知，轻金属铸件，例如内燃机的气缸头的废气道的 内表面运样有效地防止过量的热应力，即至少一段段地涂覆由玻璃材料组成的涂层。实际 使用该方案时出现特别的挑战在于，涂层一方面必须确保承受操作过程中出现的机械和热 负荷并且另一方面，必须允许各个构件的与已涂层的表面区段邻接的区段的机械加工而没 有涂层剥落的危险。
【发明内容】
[0005] 在前述现有技术的背景下，本发明的目的在于制造一种允许在金属构件特别是轻 金属构件上产生涂层的涂层材料，该涂层也能够确保负载高的机械和热负载并且适用于机 械加工。除此之外，还给出在至少一个表面区段上具有相应产生的涂层的金属构件和用于 制造该金属构件的方法。
[0006] 对于涂层材料，根据本发明上述目的通过具有权利要求1中给出的组成部分的搪 瓷粉末来实现。
[0007] 对于金属构件，上述目的通过具有权利要求6给出的特征的金属构件来实现。
[000引对于方法，根据本发明上述目的最后通过在具有至少一个含搪瓷涂层的表面区段 的金属构件的生产中，进行权利要求12中列举的方法步骤来实现。
[0009]本发明有利的实施方式在从属权利要求中给出并且随后详细阐述一般的发明思 想。
[0010] 根据本发明的搪瓷粉w混合物存在，含有100份的玻璃粉，可选10-22份的大于玻 璃粉的颗粒的粗玻璃粒，0.1-7.5份的陶瓷纤维、玻璃纤维或者碳纤维，W及互相替代或互 相组合，10-21份的粉状的轻金属的氧化化合物或者1-5份的重金属粉末。
[0011] 当运里作为剂量单位提到"份"时，如在搪瓷技术中通常的那样，将"份"理解为由 对各个组分相同的统一单位来测量的各个组分加入搪瓷粉中的质量并且根据本发明的各 个组分分别具有的"份"表示该统一单位的各自的倍数。因此，运里使用的W "份"为单位的 数据就是质量数据（即，不是体积数据），该数据关于确定的、能够自由选择的重量单位，例 如g或kg。各个重量单位能够与各个所需的总质量相关地来选择。如果在根据本发明的搪瓷 粉的小于1千克的范围内仅需要少量，就选择用"克"作为参考单位。于是将lOOg的玻璃粉， 可选10-22g的大于玻璃粉的颗粒的粗玻璃粒，0.1g-7.5g的陶瓷纤维、玻璃纤维或者碳纤 维，W及互相替代或互相组合，l〇-21g的粉状的轻金属的氧化化合物或者l-5g的重金属粉 末混合成根据本发明的搪瓷。反之，如果需要500kg量级的质量，则将根据本发明的搪瓷粉- 配方的各个"份"配置为例如"5kg"的质量单位。于是根据本发明，将500kg的玻璃粉，可选 50-110kg的大于玻璃粉的颗粒的粗玻璃粒，0.5-37.化g的陶瓷纤维、玻璃纤维或者碳纤维， W及互相替代或互相组合，50-10化g的粉状的轻金属的氧化化合物或者5-25kg的重金属粉 末混合成根据本发明的搪瓷。
[0012] 根据本发明的搪瓷粉的各个组分具有下列意义：
[001引a)玻璃粉
[0014] 玻璃粉是根据本发明的搪瓷粉的基础并且形成了根据本发明构成的、在金属构件 的相应表面区段上产生的搪瓷涂层的基质，搪瓷粉的其他组分加入到该基质中。
[0015] 现有技术中通常使用的玻璃类别可W作为运里的玻璃粉。因此，具有比载体材料 低的膨胀率的玻璃的玻璃粉适用于本发明的，表面区段在该载体材料上，而应用根据本发 明的搪瓷粉形成的搪瓷涂层分别涂覆表面区段。为了在搪瓷涂层的烧制过程中避免相应金 属基板的损伤和变形，由运种玻璃制造的玻璃粉在低于相应载体材料的烙融溫度的溫度范 围的溫度下烙化。
[0016] 当用在轻金属构件的表面区段上时玻璃粉的烙融溫度通常在480至化50°C，特别是 540 到 580°C 或 510 到 540°C。
[0017] 在用在轻金属制造的构件的表面时，已发现，当相关构件在操作中在具有搪瓷涂 层的表面上暴露时的溫度大大高于轻金属材料的烙点和由根据本发明的搪瓷粉制成的涂 层自身，在运种玻璃粉的基础上制成的和根据本发明其他部分组成的搪瓷涂层确保承受热 和机械负载并且可靠地保护轻金属基板。运样，根据本发明的搪瓷粉特别适用于内燃机的 由轻金属、特别是侣材料制成的构件的表面的涂层，该涂层在使用中暴露于热的废气流。运 种构件在实践中通常由铸造技术制造。
[0018] 根据本发明的搪瓷粉不仅适合暴露于热气流的表面区段的涂层，也可W用于金属 构件的外侧上的面的涂层。在将构件加热到高溫的操作中，由根据本发明的搪瓷粉成型的 层可W用于降低热福射。
[0019] 同样地，用根据本发明的搪瓷粉涂覆在金属构件表面上，在涂覆后该表面会具有 非常平滑的外表面。运样的面能够例如设置在金属构件的液体流通管区域或者其他构件区 段上，运些区段在操作中暴露于沿着它们流动的液体。
[0020] 用根据本发明的搪瓷粉制成的涂层在挑战性的环境中也能够W目标方式保护分 别具有根据本发明制成的搪瓷-涂层的表面免于腐蚀。
[0021] 构成本发明的搪瓷粉的基础的玻璃粉的粒径(平均直径)通常为5-40皿，其中实践 表明具有平均25WI1的颗粒大小的玻璃粉特别合适。
[0022] b)粗玻璃粒
[0023] 可W可选地将10-22份的粗玻璃粒加入根据本发明的搪瓷粉，W给予根据本发明 的搪瓷粉制成的搪瓷涂层进一步改善的抗裂纹稳定性。将运些玻璃颗粒称之为"粗玻璃 粒"，大于构成了根据本发明的搪瓷粉的基础的玻璃粉的最大颗粒。运里通常将平均直径大 于40μπι的玻璃粒算作其中。因而粗玻璃粒的平均直径不超过500ym，W防止根据本发明的搪 瓷粉制成的涂层的过度粗化。
[0024] 由于其可比较的大体积，粗玻璃粒在般烧搪瓷涂层时并不完全烙化，而是保持其 基本结构。如果在实际使用中在搪瓷涂层中形成裂缝，根据本发明在搪瓷涂层中的粗玻璃 粒W屏障的形式抵抗裂缝进一步延伸，各个裂缝都不能越过该屏障。W运种方式有效地抵 消了裂缝的前进并且防止了涂层的进一步损伤。
[0025] 如同根据本发明的搪瓷粉组成的玻璃组分可W用作粗玻璃粒。W运种搪瓷粉制造 的粗玻璃粒因而具有对应于由根据本发明的搪瓷粉制成的涂层的组成和性能的组成和性 能。W运种方式确保了根据本发明制成的涂层尽管存在粗玻璃粒仍具有尽可能均匀的性质 和同样一致的行为。运些在制造根据本发明的搪瓷粉的过程中已经作为烙块加入的粗玻璃 粒被证明是特别适合于根据本发明的搪瓷粉。运些烧结的，即没有完全烙断的玻璃颗粒被 证明是在避免在通过根据本发明的搪瓷粉制成的搪瓷涂层中更大的裂缝形成方面特别地 有效。
[0026] 为了使粗玻璃粒的效果具有