用于等离子丝弧涂覆处理的金属丝合金的制作方法
【专利说明】用于等离子丝弧涂覆处理的金属丝合金
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2013年9月5日提交的序列号为61/874,069的美国临时申请的美国专利法35第119(e)条规定的优先权，其公开内容以引用的方式合并于本文中。
技术领域
[0003]本发明涉及用于在重型柴油内燃机中提供增强的气缸防腐蚀性的涂覆的金属丝。相比于用于重型柴油内燃机的铸造发动机主体的贱金属，使用单丝等离子转移丝弧(PTWA)技术施加的涂覆在防腐蚀性上具有更好的效果。
【背景技术】
[0004]当前，通过实施电弧喷涂在发动机主体的气缸孔轴承表面涂覆有合金。已知的电弧喷涂处理包括双丝电弧喷涂(TWAS)和等离子转移丝弧涂覆(PTWA)，在所述双丝电弧喷涂中两个金属丝以电流穿过金属丝的方式被供给。PTWA方法创建了运转的等离子，在所述等离子中阴极和单独的可消耗的金属丝自由端融化，并且持续供给融化的金属颗粒流并将颗粒投射到目标表面上。
[0005]由于非常要求运转条件，当前的重型柴油内燃机主体和气缸套通常由铸铁制成。柴油的高的硫含量以及称为气缸内的排气再循环的现象结合，从而在重型柴油发动机的气缸内产生非常具有腐蚀性的环境。需要提供比气缸的铸铁表面更好的防腐蚀性的材料来延长发动机的使用寿命。因此，有益的是使用丝弧沉积喷涂处理对气缸套孔进行涂覆，这生成了比具有比铸铁材料更好的防腐蚀性的涂层，因此相比于由灰铸铁合金组成的传统内衬增加了发动机的使用寿命。
[0006]等离子转移丝弧喷涂(PTWA)经常是用于涂覆气缸套的优选方法。在PTWA处理中，持续前进的给料材料(通常处于金属丝或金属棒的形式)通过使用收缩的等离子弧来融化，以只融化金属丝或金属棒(连接为阳极电极)的末端;融化的颗粒随后被推动至目标。等离子是电离气体的高速喷射，通过使电离气体穿过阴极电极的喷嘴孔下游，电离气体按照所期望地收缩并关于直线轴聚焦。在阴极电机和阳极喷嘴之间被撞击的高电弧被转移至也被保持为阳极的金属丝末端，或者高电弧可以被直接转移至金属丝末端。
[0007]仅由PTWA施加至气缸表面的涂层主要是与组成给料金属丝相同的材料。给料金属丝可以由几乎任何能够融化并且能够经由加压的气体蒸汽加速的材料。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是提供一种用于在创建具有更好的防腐蚀性的PTWA处理中使用的金属丝，以便其能够用在重型柴油发动机的气缸套上。
[0009]该目的通过用于PTWA涂覆处理、具有由不锈钢组成的外层的、且具有空心内核的金属丝实现。不锈钢优选为430不锈钢，但也可以使用其他类型。内核填充有由金属氧化物或者金属碳化物，特别是铬、钨、钛、钼以及镍的氧化物或碳化物组成的粉末。在优选的实施方式中，空心内核填充有由100%的碳化铬组成的粉末。碳化铬优选处于-325目颗粒尺寸的粉末形式，但也其他颗粒尺寸也会是适合的。
[0010]在等离子处理期间，粉末状的金属被加到不锈钢金属丝的成分中并且在等离子流中完全均质。这提供了沉积的材料的一致且不变的化学性质。
[0011]本发明还提供了用于使用PTWA处理涂覆部件的方法，在所述方法中金属丝为具有填充有金属氧化物或金属碳化物的中空内核的不锈钢金属丝。所述部件优选为气缸套，并且中空内核优选填充有100%的碳化铬。离子化与等离子处理由高电压排放启动，所述高电压排放在合金金属丝、喷嘴主体和阴极之间将等离子离子化。
[0012]在本发明的方法中，合金金属丝被供给到设计为创建等离子的设备中。除了等离子，载体气体以高压被引入到等离子流中。在本发明的一个实施例中，离子化与等离子处理由高电压排放启动，所述高电压排放在合金金属丝、喷嘴主体和阴极之间将等离子离子化。
[0013]因此产生的等离子以高速通过等离子喷嘴。在这种情况下，等离子气体被持续地供给至垂直于喷嘴的合金金属丝，从而使电路闭合。
[0014]在PTWA处理中，载体气体对从合金金属丝至待涂覆的目标产生的离子化的金属进行加速。被加速的金属离子冲击目标表面并且经由塑性变形机械地结合至目标表面。撞击目标表面的金属颗粒的快速减速释放了运动能和热能。这种释放的能量提供了使颗粒塑性变形所需的能量。当经由PTWA处理而应用时，已经发现填充有碳化铬粉末的不锈钢中空内核金属丝的使用创建了特别防腐的涂覆。
[0015]本发明提供了新的金属丝和新的用于涂覆重型柴油发动机的气缸套的处理。所述涂覆是高度防腐的，这延长了气缸套和发动机的使用寿命。
【附图说明】
[0016]当接合下面的附图阅读时，能够最好地理解具体实施例的详细描述。
[0017]在附图中，相同的附图标记用于指示相同的元件:
[0018]图1为根据本发明的金属丝的外鞘的横截面视图；
[0019]图2为本发明的横截面视图，其图示了图1的实心外鞘以及填充有陶瓷部件的空心中心；以及
[0020]图3示出了PTWA喷涂处理的示意图。
【具体实施方式】
[0021]具体参照附图，图1示出了具体的不锈钢合金的金属丝20以及在金属丝合金束23的中间包含空心腔的金属丝201。金属丝合金束优选由不锈钢组成，并且最优选的是由430不锈钢组成，但也可以使用其他合适类型的钢。430不锈钢是包含连续的铬的非可硬化钢，并且属于钢的铁素体组。这种钢因其好的防腐蚀性而为人们所知。
[0022]如在图2中示出的，金属丝束23的空心腔201填充有金属氧化物或者碳化物粉末25。在优选的实施例中，粉末25为100%的碳化铬。粉末优选为-325目，但也可以使用其他颗粒尺寸。
[0023]在PTWA喷涂期间，单独的元件，S卩，金属丝23中的钢和粉末25在等离子流中被完全均质。这提供了沉积材料的一致且不变的化学性质。
[0024]在根据本发明的方法中，部件，特别是由铝或铸铁制造或铸造的内燃机的气缸套涂覆有在PTWA处理期间由如图3所示的金属丝20形成的合金。
[0025]参照图3，示出了传统的PTWA热喷涂处理的示意图。金属丝20持续地供给到热源中，在所述热源中材料至少部分地融化。其依靠电提供的热源为等离子或电弧。PTWA具有等离子发生器或者包括具有喷嘴孔11的喷嘴10的枪头，导电的可消耗的金属丝20连接为第一电极和第二电极30。第二电极30通过绝缘主体32与喷嘴10绝缘。电功率通过电源U被应用为直流电，然而正电位连接至金属丝20，而负电位连接至第二电极30。
[0026]金属丝20与中心喷嘴10的喷嘴孔11垂直地供给。第二电极30通过由等离子气体源15提供的离子化的气体混合物，也称作等离子气体16流通。等离子气体16以高速，优选为超声速离开作为等离子喷射口 12的喷嘴孔11，并且当遇到作为第一电极的可消耗的金属丝20时使电路完整。
[0027]输送二级气体14通过包围等离子喷射口12的喷嘴10中的二级气体孔24加入。二级气体14作为由金属丝20形成的融化的液滴的二级雾化器工作，并支持将液滴转化为目标表面40上的金属喷涂物18。优选地，二级气体14为压缩空气。
[0028]金属丝供给部22机械地连接至喷嘴10并且形成在组件内。由绝缘材料或非绝缘材料制成的金属丝供给部22保持可消耗的金属丝20。在设备的运转中，金属丝20通过本领域已知的方式被持续供给，如穿过供给引导件的金属丝供给辊子。自由金属丝端21从金属丝供给部22露出，并接触与喷嘴孔11相对的等离子喷射口 12以形成金属喷涂物18。在运转中，金属喷涂物18直接朝向待喷涂的表面40。表面40优选为重型柴油发动机的铸铁气缸套。
[0029]电源的阳极终端连接至金属丝20，而阴极终端连接至第二电极30。同时地，高电压电源被启动足够的时间以在第二电极30和金属丝末端21之间击出高电压电弧。因此形成的高电压电弧为来自等离子电源的直流电流提供导电路径以从第二电极30流至金属丝20。作为该电能的结果，等离子气体被剧烈地加热，这引起处于涡流形式的气体以非常高的速度离开喷嘴孔11，通常形成从喷嘴孔11延伸超音速等离子喷射口 12。因此形成的等离子电弧为延长的等离子电弧，所述延长的等离子电弧起初从第二电极30穿过涡流等离子喷射口 16的中心部分延伸至最大延伸点。延伸超过最大电弧延伸点的高速等离子喷射口 12在第二电极30与金属丝20的自由端21之间提供导电路径。
[0030]等离子形成在第二电极30与金属丝20之间，引起金属丝末端随着连续供给到等离子喷射口 12中而融化。通过开口 24进入喷嘴10的二级气体14，诸如空气，在高压下通过外周的开口 26引入到喷嘴10中。二级气体被分配至一系列的间隔的孔。二级气体14的流动提供了金属丝供给部22、喷嘴10的冷却方式，以及提供了围绕延伸的等离子喷射口 12的气体的大致锥形的流动。高速二级气体的这种锥形流动与金属丝20的自由端21的下游处的延伸的等离子喷射口 12交叉，因此提供了额外的对由金属丝20的融化形成的融化的颗粒的离子化和加速的方式，并且创建了金属喷涂物18。
[0031]通过使用根据本发明的由不锈钢形成的具有100%碳化铬粉末内核的金属丝20，能够创建非常有效的防腐蚀涂覆。在等离子喷涂处理期间，粉末与不锈钢完全混合，在表面40上创建了完全一致的防腐蚀性。
【主权项】
1.用于在等离子转移丝弧涂覆处理中使用的金属丝，其中所述金属丝由不锈钢形成、具有填充有由100%的碳化铬组成的金属粉末的空心内核。2.根据权利要求1所述的金属丝，其中所述不锈钢为430不锈钢。3.根据权利要求1所述的金属丝，其中所述金属粉末具有大约-325目的颗粒尺寸。4.使用金属合金涂覆表面的方法，包括在表面上进行热喷涂涂覆处理，其中所述涂覆处理使用由不锈钢形成、具有填充有由100%的碳化铬组成的金属粉末的空心内核的金属丝进行。5.根据权利要求4所述的方法，其中所述热喷涂处理为等离子转移丝弧处理。6.根据权利要求4所述的方法，其中所述不锈钢为430不锈钢。7.根据权利要求4所述的方法，其中所述粉末具有大约-325目的颗粒尺寸。
【专利摘要】经由在重型柴油内燃机的气缸表面上的等离子转移丝弧(PTWA)热喷涂方法的沉积防腐材料的方法。所述PTWA处理使用填充有金属氧化物粉末或者金属碳化物粉末的不锈钢空心内核金属丝。该金属粉末可由100％的碳化铬组成。
【IPC分类】B05B7/18, B05B7/22, B05B7/16
【公开号】CN105517716
【申请号】CN201480046954
【发明人】托马斯·史密斯
【申请人】马勒工业股份有限公司
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2014年9月4日
【公告号】DE112014004111T5, US20150060413, WO2015034985A1