镶铸部件、气缸体、用于在镶铸部件上形成覆盖物的方法和用于制造气缸体的方法

专利名称：镶铸部件、气缸体、用于在镶铸部件上形成覆盖物的方法和用于制造气缸体的方法
技术领域：
本发明涉及一种具有镶铸(嵌铸，包心铸造，insert cast)在铸造金属 内的外表面的镶铸部件、用于在镶铸部件上形成覆盖物的方法、使用镶铸 部件作为气缸套的气缸体和制造气缸体的方法。
背景技术：
镶铸用于例如将用作镶铸部件的气缸套与铸造金属内的气缸体结合。 气缸套在气缸体内形成气缸孔。在气缸套的外表面和气缸体之间产生强接 合力以保持气缸孔的圆度是很重要的。将气缸套的外表面的特性调整为在气缸套的外表面和气缸体之间产生 强接合力也极其重要。因此，日本早期公开的实用新型53-163405号公报 提出用喷涂层覆盖气缸套的外表面。在日本早期公开的实用新型53-163405 号公报中，金属颗粒以无规律的方式附着到气缸套的外表面上以在外表面 内形成凹坑。在铸造过程中，液态金属流入凹坑中。这会产生在气缸套的 外表面和气缸体之间产生强接合力的锚固效果。日本专利特开2003-53508号公报提出通过进行喷丸处理、等离子喷涂 等将低熔点材料的覆盖物以冶金工艺涂布到气缸套的外表面上。这阻止了 氧化膜在气缸套外表面上的形成并提高了气缸套的外表面与气缸体之间的 附着性。日本专利特开2003-120414号公净艮提出在气缸套的外表面上在活塞的 上死点区域和下死点区域形成铝合金的活化层。这用金属使气缸套接合至 曲轴箱。内燃机在增大输出的同时变得更轻。结果，气缸孔之间的间隔变得更 窄。这样，对于用铸造金属镶铸气缸套而形成的气缸体而言，需要进一步 增大气缸套和气缸体之间的接合力。在曰本早期公开的实用新型53-163405号公报中，在气缸套的外表面 内形成凹部以在铸造过程中接纳液态金属。这样，气缸体的一部分锚固在 气缸套外表面的凹部中。但是，由于液态金属只接触气缸套的外表面，所 以与气缸套外表面内的凹部间的锚固有限。这样，只用气缸套外表面内的 凹部无法获得充分的接合力。在日本专利特开2003-53508号公报中，将低熔点的覆盖物涂布到气缸 套的外表面上。在铸造过程中，覆盖物接触液态金属。这产生热效应并使 覆盖物融合，从而获得令人满意的金属结合。但是，整个覆盖物完全仅由 低熔点材料形成。尽管这提高了导热性，但仅通过液态金属与均质膜的接 触无法获得充分的接合力。在日本专利特开2003-120414号公报中，形成有熔点比气缸套的熔点 低的活化层。但是，活化层由均质铝合金形成。这样，仅通过熔化活化层 的表面无法获得充分的接合力。发明内容本发明的目的是提供一种例如为气缸套的镶铸部件，该镶铸部件具有 镶铸在铸造金属内的外表面，使得在用作镶铸部件的表面层的金属层和形 成气缸体的铸造金属之间产生较强的接合力。本发明的一个方面是一种包括镶铸在铸造金属内的外表面的镶铸部 件。所述外表面具有覆盖物，所述覆盖物为非均质金属层。该非均质金属 层包括基体金属相中的一个或多个M金属相。分散金属相中的至少 一个 是低熔点金属相，该低熔点金属相由熔点比基体金属相和铸造金属的熔点 低的金属制成。本发明的另一个方面是一种配备有气缸套的气缸体，所述气缸套包括 镶铸在铸造金属内的外表面。所述外表面具有覆盖物，所述覆盖物为非均质金属层。该非均质金属层包括基体金属相中的 一个或多个分散金属相。 分散金属相中的至少 一个是低熔点金属相，该低熔点金属相由熔点比基体 金属相和铸造金属的熔点低的金属制成。本发明的又一个方面是一种用于在镶铸部件上形成覆盖物的方法，所述镶铸部件包括镶铸在铸造金属内的外表面。所述方法包括以下步骤以 多种金属材料同时喷涂所述外表面，所述多种金属材料包括熔点比所述铸 造金属的熔点低的低熔点金属材料和熔点比所述低熔点金属材料的熔点高 的高熔点金属材料；并且形成非均质金属层，在所述非均质金属层中，所 述低熔点金属材料的低熔点金属相分散在所述高熔点金属材料的高熔点金 属相中。从下面结合附图作出的、通过示例示出本发明原理的说明中可清楚看 到本发明的其它方面和优点。


通过参照下面对当前优选实施例的说明以及附图可最佳地理解本发明 及其目的和优点，在附图中图1 (A )是示出根据本发明第 一 实施例的气缸套的整体结构的透视图；图1 (B)是示出气缸套的表面的附近区域的局部放大剖视图；图2 (A)是示出气缸体的气缸套的附近区域的局部透视图；图2 (B)是示出气缸体的气缸套的附近区域的局部剖视图；图3是示出在气缸体的形成过程中喷涂层的附近区域的局部放大剖视图；图4是示出在气缸体的形成过程中喷涂层的附近区域的局部放大剖视图；图5是示出根据本发明第二实施例的气缸套的表面的附近区域的局部 ;故大剖^L图；图6是示出用于制造气缸套的工序的流程图； 图7是示出用于制造气缸套的工序的说明图；图8是示出用于在铸模内形成收缩的凹孔的过程的说明图；图9是示出在气缸体的形成过程中喷涂层的附近区域的放大剖视图；图IO是示出在气缸体的形成过程中喷涂层的附近区域的放大剖视图；图11是示出根据本发明第三实施例的电弧喷涂过程的说明图；图12 (A)是示出在本发明的第二和第四实施例中形成在气缸套的外表面上的突起部的形状的等高线图；图12 (B)是示出在第二和第四实施例中气缸套的外表面和突起部的高度之间的关系的图示；图13 (A)是示出在第二和第四实施例中形成在气缸套的外表面上的突起部的形状的等高线图；以及图13 (B)是示出在第二和第四实施例中形成在气缸套的外表面上的突起部的形状的等高线图。
具体实施方式
[第一实施例现在参照图1至4对本发明的第一实施例进行说明。 〈气缸套2的结构〉如图1 (A)所示，气缸套2的主体2a是由铸铁制成的圆筒体。在气 缸套主体2a的外表面6 (下文中称作"气缸套外表面")上形成有喷涂层 8。喷涂层8布置在气缸套外表面6上以在铸造过程中将气缸套2冶金接合 到气缸体4上。考虑到耐磨性、抗咬合性和可加工性，铸铁的成分优选地设定如下。T.C:以质量计2.9%至3.7%Si:以质量计1.6%至2.8%Mn:以质量计0.5%至1.0%P:以质量计0.05%至0.4%其余成分为Fe。如果需要，可加入下列成分。Cr:以质量计0.05%至0.4% B:以质量计0.03%至0.08% Cu:以质量计0.3%至0.5% 〈喷涂层8的结构〉如图1 (B)所示，覆盖气缸套主体2a的喷涂层8是包括多个处于分 散状态的金属相(在本实施例中为两个金属相)的非均质金属层。喷涂层 8主要包括由高熔点金属材料(铝或铝合金)形成的基体金属相8a (对应 于高熔点金属相和高导热性金属相)。基体金属相8a包括由低熔点金属材 料(锌或锌合金)形成的M金属相8b (对应于低熔点金属相)。各个分 散金属相8b均具有无定形的岛的形状并分布在整个基体金属相8a中。 〈喷涂层8的形成〉当在气缸套外表面6上形成喷涂层8时，用粗糙化装置(喷抛处理装 置(blast processing device)或喷水装置)对气缸套外表面6进行粗糙化 处理。在粗糙化处理之后，用喷涂装置(等离子喷涂装置或高速火焰/高速氧 燃料(HVOF)喷涂装置)喷涂气缸套外表面6。由高熔点金属材料粉末 和低熔点金属材料粉末的混合物构成的粉末材料被喷涂到气缸套外表面6 上以形成喷涂层8。使用铝或铝合金作为高熔点金属材料。铝和铝合金的熔点(约660X:) 与形成气缸体4的气缸体材料/成块材料(block material)的铸造金属基本 相同。在这种情况下，可使用与气缸体材料相同的金属粉末。使用锌或锌合金作为低熔点金属材料。锌和锌合金的熔点(约420°C ) 低于气缸体材料和高熔点金属材料的熔点。高熔点金属材料粉末和低熔点料的体积比变得例如小于50%。参照图1 (B)，由低熔点金属材料制成 的分散金属相8b是在铸造气缸体4时液态金属进入喷涂层8的部分。低熔 点金属材料的混合比率的下限值必须被设定为使得液态金属能够充分进入 喷涂层8的值。低熔点金属材料的混合比率根据粉末颗粒的尺寸、喷涂条件等而有所不同。但是，混合比率的下限值在此被设定成使得体积比为5% 至10%。在喷涂过程中，高熔点金属材料和低熔点金属材料的熔融颗粒同时撞 击气缸套外表面6。高熔点金属材料和低熔点金属材料在这种撞击中并不 均匀地混合。也就是说，高熔点金属材料的金属相和低熔点金属材料的金 属相除了在金属相的融合界面处之外相互独立地凝固。这样，喷涂层8形 成为其中无定形的分散金属相8b分散在整个基体金属相8a中的非均质金 属层。〈气缸体4的结构和铸造〉如图2(A)所示，气缸体4形成为使得气缸套2的气缸套外表面6 被铸造金属镶铸起来。使用轻合金材料作为铸造金属，即用于形成气缸体 的气缸体材料。特别地，从减少重量和成本的方面考虑，可使用铝或铝合 金。使用例如在"JIS ADC10 (相应的标准US ASTM A 380.0 ) " 、 "JIS ADC12 (相应的标准ASTM A 383.0)，，等中所描述的材料作为铝合金。将气缸套2布置在铸模中。然后，将铝或铝合金的液态金属浇入铸模 中。这形成了气缸体4，而气缸套2的气缸套外表面6即喷涂层8的整个 外周被铝或铝合金镶铸起来。在气缸体4内在气缸套2周围形成有如图2 (B)所示的水套4a。参照图3，液态金属10在铸造过程中加热形成在气缸套外表面6上的 喷涂层8。喷涂层8形成有分散在整个基体金属相8a中的分散金属相8b。 分散金属相8b的熔点低于基体金属相8a和气缸体材料(铸造金属)的熔 点。这样，分散金属相8b在与液态金属10接触时比基体金属相8a更快地 熔化成液态。液态金属10进入基体金属相8a中的^ft金属相8b的区域，同时与熔 化的分散金属相8b混合。然后液态金属10迅速地形成将喷涂层8表面附 近的分散金属相8b连接到喷涂层8内的分散金属相8b的连续形状。这样， 液态金属10通过进入喷涂层8而形成如图4所示的虚拟/假想植物根 (virtual vegetation root)的形状。随后，使铸模中的液态金属IO冷却并凝固。这就完成了气缸体4的铸造。第一实施例具有下述优点。(1)气缸套外表面6被喷涂层8覆盖，喷涂层8是包括基体金属相 8a和分散金属相8b的非均质金属层。在铸造过程中，液态金属10经分散 金属相8b进入喷涂层8并在虚拟植物根的状态下凝固。由于气缸体4的一 部分以虚拟植物根的状态进入喷涂层8，所以气缸体4的表面刚性地固定 到气缸套2的表面上。因此，与液态金属只接触气缸套2的表面层的现有 技术相比可获得更强的接合力。(2 )喷涂层8通过以作为高熔点金属的铝或铝合金和作为低熔点金属 的锌或锌合金的粉末状态的混合物喷涂气缸套外表面6而形成。这可容易 地形成包括基体金属相8a和分散金属相8b的喷涂层8。(3) 基体金属相8a是例如为铝和铝合金的具有高导热性的材料。这 样，气缸体4的一部分形成为虛拟植物根的状态而与基体金属相8a互相缠 绕。这可在气缸套2附近获得高导热性并获得气缸孔2b的高冷却性能。 [第二实施例现在参照图5至10对本发明的第二实施例进行说明。在第二实施例中 与笫一实施例相似的部分在此将不再说明。 〈气缸套12的结构〉如图5所示，在气缸套外表面16上形成有多个瓶颈状的突起部17。 突起部17具有下列特征。(1)每个突起部17的最窄部分(颈部17c )位于基部17a和末端部 17b之间。(2 )突起部17的直径从颈部17c向基部17a和末端部17b增大。 (3 )每个突起部17在末端部17b具有基本上平坦的顶表面17d (气 缸套主体12a的径向最靠外的表面)。(4) 在相邻的突起部17之间形成有基本上平坦的表面(底表面17e)。 在使气缸套外表面16粗糙化之后，在气缸套外表面16上形成喷涂层18以在铸造过程中将气缸套2冶金接合到气缸体4上。 〈气缸套12的制造步骤〉进行图6所示的步骤A至H以制造气缸套12。气缸套12的制造将参 照图7详细加以说明。 [步骤A以预定比率混合耐火基材Cl、粘结剂C2和水C3而制备悬浊液C4。 在本实施例中，耐火基材Cl、粘结剂C2和水C3的可选混合量以及 耐火基材Cl的平均粒径的范围设定如下。耐火基材Cl的混合量以质量计8%至30% 粘结剂C2的混合量以质量计2%至10% 水C3的混合量以质量计60%至卯％ 耐火基材C1的平均粒径0.02 mm至0.1 mm。 [步骤B将预定量的表面活性剂C5加入到悬浊液C4中以制备铸模涂料C6。 在本实施例中，表面活性剂C5的可选添加量的范围设定如下。 表面活性剂C5的添加量以质量计0.005% <X<以质量计0.1% (X 为添加量)。 [步骤C使被加热到预定温度的模具P (铸模)旋转以将铸模涂料C6喷射和涂布到模具P的内表面Pi上。铸模涂料C6的层(铸模涂料层C7)在模具P的整个内表面Pi上形成有大致均一的厚度。在本实施例中，铸模涂料层C7的可选厚度的范围设定如下。铸模涂料层C7的厚度0.5 mm至1.5mm图8示出在铸模涂料层C7内形成瓶颈状的孔的状态。参照图8，表面活性剂C5对铸模涂料层C7内的气泡Dl起作用并在铸模涂料层C7的表面内形成孔D2 。当各个孔D2延伸到模具P的内表面Pi时，瓶颈状的孔D3在铸模涂料层C7内形成。 [步骤D]在使铸模涂料层C7干燥后，将由铸铁形成的液态金属CI浇入旋转的 模具P中以铸造气缸套主体12a。在与铸模涂料层C7内的孔D3相对应的 位置处孔D3的形状转移到气缸套主体12a的外表面上。这形成瓶颈状的 突起部17 (见图5)。[步骤E在液态金属CI硬化且形成气缸套主体12a后，将气缸套主体12a和 铸模涂料层C7 —起从模具P中取出。 [步骤F用喷抛处理装置Ma从气缸套主体12a的外表面移除铸模涂料层C7。 [步骤G用粗糙化装置(喷抛处理装置Ma或其它喷抛处理装置或喷水装置) 对气缸套外表面16进行粗糙化处理。 [步骤H用喷涂装置Mb将粉末状的高熔点金属材料和粉末状的低熔点金属材 料的混合物喷涂到气缸套外表面16上。喷涂层18形成为其中无定形的分 散金属相18b (对应于低熔点金属相)分布在基体金属相18a (对应于高熔 点金属相)中的非均质金属层。通过上面的步骤制造出图5所示的气缸套 12。〈突起部17的面积比率〉 在本实施例中，在步骤F之后突起部17的第一面积比率Sl和第二面 积比率S2的可选范围设定如下。第一面积比率S1:大于或等于10% 第二面积比率S2:小于或等于55% 或者，所述范围可设定如下。 第一面积比率S1: 10%至50% 第二面积比率S2: 20%至55%第一面积比率Sl等于沿着距离底表面17e的高度为0.4 mm (使用底 表面17e作为基准的沿突起部17的高度方向的距离)的平面在气缸套外表面16的每单位面积上的突起部17的截面积。第二面积比率S2等于沿着距离底表面17e的高度为0.2 mm (使用底 表面17e作为基准的沿突起部17的高度方向的距离)的平面在气缸套外表 面16的每单位面积上的突起部17的截面积。面积比率Sl和S2从突起部17的用三维激光测量装置产生的等高线 图(图12和13)获得。突起部17的高度和分布密度由在步骤C中形成的铸模涂料层C7内的 孔D3的深度和分布密度确定。铸模涂料层C7形成为使得突起部17的高 度为0.5至1.5 mm，而在每平方厘米的气缸套外表面16上突起部17的数 量为5至60个。〈气缸体的结构和制造〉气缸体在气缸套12的气缸套外表面26被镶铸在铸造金属内的情况下 形成。使用轻合金材料作为用于形成气缸体的铸造金属，也就是说，气缸 体材料与第一实施例的相同。将图5所示的气缸套12布置在铸模中，并将铝或铝合金的液态金属 20浇入铸模中(见图9 )。喷涂层18的整个外周被铝或铝合金镶铸起来以 形成气缸体14,如图10所示。与第一实施例相同，在气缸体14中，液态金属20以虛拟植物根的状 态进入喷涂层18。然后铸模中的液态金属20凝固，并且气缸体14的铸造 完成。气缸体14内的与喷涂层18接触的部分以虚拟植物根的状态进入喷 涂层18并凝固。第二实施例具有下述优点。(1)在气缸套12中，除了由喷涂导致的接合之外，喷涂层18和气缸 套主体12a还通过瓶颈状的突起部17接合。这经由喷涂层18进一步增强 了气缸套主体12a和喷涂层18之间以及气缸套主体12a和气缸体14之间 的接合力。因此，可令人满意地保持气缸孔的圆度。此外，瓶颈状的突起部17导致从气缸套主体12a向气缸体14的高导 热性和气缸孔2b的高冷却性能。第三实施例图11所示的气缸套22具有使用多种类型(在本实施例中为两种类型) 的线材Wrl和Wr2以及电弧喷涂装置Mc形成在与第一实施例中具有相 同结构的气缸套主体22a上的喷涂层28。电弧喷涂装置Mc在两种类型的线材Wrl和Wr2之间进行电弧放电 以使线材Wrl和Wr2熔化。熔化的颗粒被从压缩空气喷嘴Mca喷出的压 缩空气吹送到气缸套主体22a的气缸套外表面26上。从线材Wrl和Wr2 之间被压缩空气喷嘴Mca吹送的熔化颗粒不会均匀地混合。也就是说，高 熔点金属材料的金属相和低熔点金属材料的金属相除了在金属相的融合界 面处之外相互独立地凝固。这样，喷涂层28形成为其中无定形的分散金属 相分散在整个基体金属相中的非均质金属层，如图1 (B)所示。第一线材Wrl和第二线材Wr2的材料和结构不同，以形成非均质金 属层。第一线材Wrl由铝制成。第二线材Wr2由具有分离形式的两种类 型的金属制成。更具体地，第二线材Wr2可由轴向缠绕或层压的铝线和锌 线形成，或由插入中空铝线的锌线形成。喷涂层28以与第一实施例相同的方式形成为这样的状态，其中用作分 散金属相的锌分散在由铝制成的整个基体金属相中。考虑到第一线材Wrl完全由铝制成，通过改变第二线材Wr2中的铝 部分和锌部分的截面积的比例来调节喷涂层28中的锌相的体积比。第二线材Wr2和第一线材Wrl可由相同的材料制成。在这种情况下， 通过改变线材Wrl和Wr2两者的铝部分和锌部分的截面的比例来调节喷 涂层28中的锌相的体积比。第三实施例具有与第 一 实施例相同的优点。 [第四实施例在本实施例中，使用图11所示的电弧喷涂装置Mc通过电弧喷涂在与 第二实施例具有相同结构的气缸套主体上形成喷涂层。这形成图5所示的 气缸套，并且通过镶铸图IO所示的气缸套而制造气缸体。第四实施例具有与第二实施例相同的优点。线图的说明关于第二实施例的突起部17，现在将参照图12和13对用非接触式的 三维激光测量装置获得的等高线图进行讨论。 〈突起部17的等高线图〉首先，对用于测量各个突起部17的等高线的方法进行说明。将用于等高线测量的试件设置在试验台上以生成等高线图。将试件的 底表面17e (气缸套外表面16)布置成面向三维激光测量装置。激光束照 射成基本上与气缸套外表面16垂直。通过激光照射获得的测量结果由图像 处理装置获取以产生图12 (A)所示的等高线图。图12 (B)示出气缸套外表面16和等高线(h0至h10)之间的关系。 从气缸套外表面16 (底表面17e)沿高度方向(箭头Y的方向)每隔预定 距离截取突起部17的等高线h。在下文中，使用气缸套外表面16作为基 准沿着箭头Y的方向的距离被称作"测量高度"。在图12 (A)和12 (B)的等高线图中，等高线h以每隔0.2 mm的 测量高度被示出。但是，等高线间的间隔可改变。[a突起部17的第一面积比率Sl图13 (A)是只示出0.4 mm或更高的测量高度的等高线h的等高线 图(第一等高线图)。等高线图的面积(WlxW2)是用于获得第一面积 比率Sl的单位面积。在第一等高线图中，由等高线h4所包围的区域R4的面积(图中用阴 影线表示的面积SR4)等于位于测量高度为0.4 mm的平面内的突起部的 截面积(突起部17的第一截面积)。在第一等高线图中区域R4的数量(区 域数量N4)相当于第一等高线图中突起部17的数量(突起部数量N1)。第一面积比率S1被计算为区域R4的总面积(SR4xN4)占等高线图 的面积(WlxW2)的比率。也就是说，第一面积比率S1相当于沿着测量 高度为0.4 mm的平面在气缸套外表面16的单位面积上所占的突起部17 的总的第一截面积。第一面积比率Sl通过下面所示的公式获得。Sl= ( SR4 x N4 ) / (Wl x W2 ) x 100[%
[b突起部n的第二面积比率S2图13 (B)示出只示出0.2 mm或更高的测量高度的等高线h的等高 线图(第二等高线图)。等高线图的面积(WlxW2)是用于获得第二面 积比率S2的单位面积。在第二等高线图中，由等高线h2所包围的区域R2的面积(图中用阴 影线表示的面积SR2)等于位于测量高度为0.2 mm的平面内的突起部的 截面积(突起部17的第二截面积)。在第二等高线图中区域R2的数量(区 域数量N2)相当于第二等高线图中突起部17的数量。第二等高线图的面 积等于第一等高线图的面积。这样，突起部17的数量等于突起部数量N1。第二面积比率S2被计算为区域R2的总面积(SR2xN2)占等高线图 的面积(Wl x W2)的比率。也就是说，第二面积比率S2相当于沿着测量 高度为0.2 mm的平面在气缸套外表面16的单位面积上所占的突起部17 的总的第二截面积。第二面积比率S2通过下面所示的公式获得。S2= ( SR2 x N2 ) / (Wl x W2 ) x 100[%[c]第一和第二突起部截面积第一截面积SR4被计算为突起部17的沿测量高度为0.4 mm的平面截 取的截面积，第二截面积SR2被计算为突起部17的沿测量高度为0.2 mm 的平面截取的截面积。例如，对等高线图进行图像处理，通过计算第一等 高线图(图13(A))中区域R4的面积而获得突起部17的第一截面积SR4， 通过计算第二等高线图(图13 (B))中区域R2的面积而获得突起部17 的第二截面积SR2。[d突起部数量突起部数量Nl是在每单位面积(1 cm2)的气缸套外表面16上形成的 突起部17的数量。例如，对等高线图进行图像处理，通过计算第一等高线 图(图13 (A))中区域R4的数量(区域数量N4)而获得突起部数量 Nl。将第一面积比率为10%或更大的气缸套与第一面积比率小于10%的气缸套在气缸体内的(气缸)孔的变形量方面进行比较。结果发现，后一 气缸套的气缸孔的变形量比前一气缸孔大三倍。当气缸套的第二面积比率为55%或更大时，空隙百分比会突然增大。 空隙百分比是指在气缸套和气缸体之间的边界处的截面内所占的空隙的百 分比。基于这些结果，通过将第一面积比率为10%或更大和第二面积比率S2 为55%或更小的气缸套应用于气缸体，可增大气缸体材料和气缸套的接合 强度和附着性。当第一面积比率Sl的上限为50%时，第二面积比率S2变为55%或 更小。当第二面积比率S2的下限为20%时，第一面积比率Sl变为10% 或更大。[其它实施例在上述每个实施例中，高熔点金属相是铝或铝合金，但是也可以是铜 或铜合金。由铜或铜合金形成的基体金属相也相当于高导热性金属相。低 熔点金属相是锌或锌合金，但是也可以是锡、锡合金、铅、铅合金、锑或 锑合金。在上述每个实施例中，只需要多种金属相具有至少两种熔点并且金属 相中的至少一个的熔点低于气缸体材料的熔点。例如，如果在上述每个实施例中存在两种熔点，则这两个熔点可低于 气缸体材料(铸铁)的熔点。例如，喷涂层可由锌(熔点约420'C)和 锡(熔点约232°C)形成。在这种情况下，在铸造气缸体的过程中当液 态金属接触喷涂层时，喷涂层中的锡先熔化，从而液态金属以与锡混合的 状态进入喷涂层。随后锌熔化，但是液态金属已经以虚拟植物根的状态存 在于喷涂层中。这样，当液态金属凝固时，虚拟植物根的状态在喷涂层中 保持完好。这样，与液态金属只接触表面层的现有技术相比可获得更强的 接合力。在这种情况下，高熔点金属相的熔点优选地比气缸体材料(铸造金属)的熔点高以确保凝固之后的虚拟植物根的状态。在上述实施例中使用一个喷涂装置喷涂两种类型的金属材料。但是， 可准备对应于各种金属材料的多个喷涂装置，并且可将金属材料同时喷涂 到气缸套外表面上的相同位置以形成作为非均质金属层的喷涂层。在上述每个实施例中，两种类型的金属相形成喷涂层。但是，在喷涂 层中可存在三种或更多种金属相，只要在基体金属相中分布有至少 一个分 散金属相即可。在第二和第四实施例中，瓶颈状的突起部可用于在气缸套主体和喷涂 层之间以及气缸套主体和气缸体之间获得充分的接合力。在这种情况下， 无需对气缸套外表面进行粗糙化处理。在图12和13所示的等高线图中，突起部17可形成为使得对于每个突 起部17都示出由等高线h4所包围的区域R4。也就是说，气缸套可形成为 使得各个突起部17在测量高度为0.4 mm的位置处是独立的。在这种情况 下，气缸体和气缸套之间的接合力进一步增强。在测量高度为0.4 mm的位置处，通过将每个突起部17的面积设定为 0.2至3.0 mm2,可在制造步骤中抑制突起部17的破损和接合力下降。第二和第四实施例中的突起部满足下列所有条件U)至(d):(a) 突起部的高度为0.5至1.5 mm;(b) 突起部在外表面上的数量为每平方厘米5至60个；(c) 在突起部的通过用三维激光测量装置在突起部的高度方向上测量 外表面而获得的等高线图中，由高度为0.4mm的等高线所包围的区域的第 一面积比率SI为10%或更大；和(d )在突起部的通过用三维激光测量装置在突起部的高度方向上测量 外表面而获得的等高线图中，由高度为0.2 mm的等高线所包围的区域的 第二面积比率S2为55%或更小。或者，突起部可满足下列所有条件(a)至(d'):(a) 突起部的高度为0.5至1.5 mm;(b) 突起部在气缸套外表面上的数量为每平方厘米5至60个；(C')在突起部的通过用三维激光测量装置在突起部的高度方向上测量外表面而获得的等高线图中，由高度为0.4 mm的等高线所包围的区域 的第一面积比率Sl为10%至50%;和(d，)在突起部的通过用三维激光测量装置在突起部的高度方向上测 量外表面而获得的等高线图中，由高度为0.2 mm的等高线所包围的区域 的第二面积比率S2为20%至55%。此外，突起部只需满足下列条件(a)和(b)中的任一个(a) 突起部的高度为0.5至1.5 mm;(b) 突起部在气缸套外表面上的数量为每平方厘米5至60个。 在这种情况下，在气缸套和气缸体之间也可获得强的接合力。 突起部可满足条件(a)和(b)中的至少一个以及条件(c)和(d)或条件(c')和(d')。在这种情况下，在气缸套和气缸体之间也可获得强 的接合力。本领域技术人员应当清楚，本发明能以许多其它具体形式实施而不会 背离本发明的精神或范围。因此，本发明的示例和实施例应被认为是例述性而非限制性的，并且本发明不限于本文所给出的细节，而是可在所附权利要求的范围和等效内容下进行修改。
权利要求
1.一种镶铸部件，其特征在于包括镶铸在铸造金属内的外表面，所述外表面具有覆盖物，所述覆盖物为非均质金属层，所述非均质金属层包括基体金属相中的一个或多个分散金属相，其中所述分散金属相中的至少一个是低熔点金属相，所述低熔点金属相由熔点比所述基体金属相和所述铸造金属的熔点低的金属制成。
2. 根据权利要求l所述的镶铸部件，其特征在于，所述铸造金属是铝 或铝合金；所述低熔点金属层是锌、锌合金、锡、锡合金、铅、铅合金、 锑或锑合金。
3. 根据权利要求l所述的镶铸部件，其特征在于，所述基体金属相是 高导热性金属相。
4. 根据权利要求3所述的镶铸部件，其特征在于，所述高导热性金属 相由铝、铝合金、铜或铜合金形成。
5. 根据权利要求l所述的镶铸部件，其特征在于，所述基体金属相的 熔点与所述铸造金属的熔点相同或比所述铸造金属的熔点高。
6. 根据权利要求l所述的镶铸部件，其特征在于，所述非均质金属层 通过以形成所述非均质金属层的所有金属相的材料同时喷涂所述外表面而 形成。
7. 根据权利要求6所述的镶铸部件，其特征在于，所述非均质金属层 通过粉末喷涂多种粉末材料的混合物而形成。
8. 根据权利要求6所述的镶铸部件，其特征在于，所述非均质金属层 通过电弧喷涂多种线材而形成。
9. 根据权利要求l所述的镶铸部件，其特征在于，所述镶铸部件是气 缸套，当铸造内燃机的气缸体时，通过将所述气缸套的所述外表面镶铸在 所述铸造金属内而将所述气缸套接合到所述气缸体上。
10. 根据权利要求9所述的镶铸部件，其特征在于，在所述外表面上 形成有多个瓶颈状的突起部，所述突起部满足下列条件中的至少 一个(a)所述突起部的高度为0.5 mm至1.5 mm;和(b )所述突起部在所述外表面上的数量为每平方厘米5至60个。
11. 根据权利要求10所述的镶铸部件，其特征在于，所述突起部还满 足下列所有条件(c)在所述突起部的通过用三维激光测量装置在所述突起部的高度方 向上测量所述外表面而获得的等高线图中，面积比率SI为10%或更大， 其中Sl是由高度为0.4mm的等高线所包围的区域的面积比率；和(d )在所述突起部的通过用所述三维激光测量装置在所述突起部的高 度方向上测量所述外表面而获得的等高线图中，面积比率S2为55%或更 小，其中S2是由高度为0.2 mm的等高线所包围的区域的面积比率。
12. 根据权利要求10所述的镶铸部件，其特征在于，所述突起部还满 足下列所有条件(c，)在所述突起部的通过用三维激光测量装置在所述突起部的高度 方向上测量所述外表面而获得的等高线图中，面积比率SI为10%至50%， 其中Sl是由高度为0.4mm的等高线所包围的区域的面积比率；和(d')在所述突起部的通过用所述三维激光测量装置在所述突起部的 高度方向上测量所述外表面而获得的等高线图中，面积比率S2为20%至 55%，其中S2是由高度为0.2mm的等高线所包围的区域的面积比率。
13. 根据权利要求ll所述的镶铸部件，其特征在于，所述突起部还满 足下列所有条件(e) 在所述等高线图中由高度为0.4 mm的等高线所包围的区域相互 独立；和(f) 在所述等高线图中由高度为0.4 mm的等高线所包围的区域的面 积为0.2 mm2至3.0 mm2。
14. 根据权利要求12所述的镶铸部件，其特征在于，所述突起部还满 足下列所有条件(e)在所述等高线图中由高度为0.4 mm的等高线所包围的区域相互 独立；和(f)在所述等高线图中由高度为0.4 mm的等高线所包围的区域的面 积为0.2 mm2至3.0 mm2,
15. —种气缸体，其特征在于包括包括镶铸在铸造金属内的外表面的气缸套，所述外表面具有覆盖物， 所述覆盖物为非均质金属层，所述非均质金属层包括基体金属相中的一个 或多个分散金属相，其中所述分散金属相中的至少一个是低熔点金属相， 所述低熔点金属相由熔点比所述基体金属相和所述铸造金属的熔点低的金 属制成。
16. —种用于在镶铸部件上形成覆盖物的方法，所述镶铸部件包括镶 铸在铸造金属内的外表面，所述方法的特征在于包括以下步骤以多种金属材料同时喷涂所述外表面，所述多种金属材料包括熔点比 所述铸造金属的熔点低的低熔点金属材料和熔点比所述低熔点金属材料的 熔点高的高熔点金属材料；并且形成非均质金属层，在所述非均质金属层 中，所述低熔点金属材料的低熔点金属相分散在所述高熔点金属材料的高 熔点金属相中。
17. 根据权利要求16所述的方法，其特征在于，使用熔点与所述铸造 金属的熔点相同或比所述铸造金属的熔点高的所迷高熔点金属材料执行所 述喷涂步骤。
18. 根据权利要求16所述的方法，其特征在于，使用高导热性金属材 料作为所述高熔点金属材料执行所述喷涂步骤。
19. 根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述喷涂步骤使用所 述低熔点金属材料和所述高熔点金属材料的粉末材料混合物。
20. 根据权利要求16所述的方法，其特征在于，使用包括所述低熔点 金属材料和所述高熔点金属材料的多种线材通过电弧喷涂执行所述喷涂步
21. 根据权利要求16所述的方法，其特征在于，在所述镶铸部件上执 行所述喷涂步骤，所述镶铸部件在所述外表面上包括多个瓶颈状的突起部， 所述突起部满足下列条件中的至少 一个(a)所述突起部的高度为0.5mm至1.5mm;和(b )所述突起部在所述外表面上的数量为每平方厘米5至60个。
22. 根据权利要求21所述的方法，其特征在于，在所述镶铸部件上执 行所述喷涂步骤，所述镶铸部件在所述外表面上包括所述多个瓶颈状的突 起部，所述突起部还满足下列所有条件(c )在所述突起部的通过用三维激光测量装置在所述突起部的高度方 向上测量所述外表面而获得的等高线图中，面积比率Sl为10%或更大， 其中Sl是由高度为0.4mm的等高线所包围的区域的面积比率；和(d )在所述突起部的通过用所述三维激光测量装置在所迷突起部的高 度方向上测量所述外表面而获得的等高线图中，面积比率S2为55%或更 小，其中S2是由高度为0.2mm的等高线所包围的区域的面积比率。
23. 根据权利要求21所述的方法，其特征在于，在所述镶铸部件上执 行所述喷涂步骤，所述镶铸部件在所述外表面上包括所述多个瓶颈状的突 起部，所述突起部还满足下列所有条件(c')在所述突起部的通过用三维激光测量装置在所述突起部的高度 方向上测量所述外表面而获得的等高线图中，面积比率Sl为10%至50%, 其中Sl是由高度为0.4mm的等高线所包围的区域的面积比率；和(d')在所述突起部的通过用所述三维激光测量装置在所述突起部的 高度方向上测量所述外表面而获得的等高线图中，面积比率S2为20%至 55%，其中S2是由高度为0.2mm的等高线所包围的区域的面积比率。
24. 根据权利要求22所述的方法，其特征在于，在所述镶铸部件上执 行所述喷涂步骤，所述镶铸部件在所述外表面上包括所述多个瓶颈状的突 起部，所述突起部还满足下列所有条件(e) 在所述等高线图中由高度为0.4 mm的等高线所包围的区域相互 独立；和(f) 在所述等高线图中由高度为0.4 mm的等高线所包围的区域的面 积为0.2 mm2至3.0 mm2。
25. 根据权利要求23所述的方法，其特征在于，在所述镶铸部件上执行所述喷涂步骤，所述镶铸部件在所述外表面上包括所述多个瓶颈状的突起部，所述突起部还满足下列所有条件(e) 在所述等高线图中由高度为0.4 mm的等高线所包围的区域相互 独立；和(f) 在所述等高线图中由高度为0.4 mm的等高线所包围的区域的面 积为0.2 mm2至3.0 mm2。
26. —种通过将气缸套的外表面镶铸在铸造金属内来制造气缸体的方 法，所述方法的特征在于包括以下步骤以多种金属材料同时喷涂所述外表面，所述多种金属材料包括熔点比 所述铸造金属的熔点低的低熔点金属材料和熔点比所述低熔点金属材料的 熔点高的高熔点金属材料；并且形成非均质金属层，在所述非均质金属层 中，所述低熔点金属材料的低熔点金属相分散在所述高熔点金属材料的高 熔点金属相中。
全文摘要
气缸套外表面被包括基体金属相和分散金属相的喷涂层或非均质金属层覆盖。在铸造过程中，液态金属从分散金属相进入喷涂层并以虚拟植物根的状态凝固。气缸体的表面由此刚性地固定到气缸套的表面上。在这种情况下，与液态金属只接触表面层的现有技术相比可在气缸体和气缸套之间产生强的接合力并获得高的导热性。
文档编号F02F1/02GK101218428SQ20068002493
公开日2008年7月9日 申请日期2006年7月6日 优先权日2005年7月8日
发明者三原敏宏, 佐藤乔, 堀米正巳, 宫本典孝, 山下信行, 平野雅挥, 斋藤仪一郎, 柴田幸兵, 高见俊裕 申请人:丰田自动车株式会社