涂覆内燃发动机的缸膛和气缸体的方法
【专利说明】涂覆内燃发动机的缸膛和气缸体的方法
[0001]说明书
[0002]本发明涉及一种生产涂覆表面的方法，特别涉及一种涂覆内燃发动机的缸膛的方法，以及还涉及涂覆内燃发动机的气缸体的方法。
[0003]在理想地获取理想的摩擦条件的情况下，内燃发动机缸膛应当在其内圆周和在其间往复运动的活塞或活塞环之间具有一致的且小的余隙。
[0004]DE 10 2007 023 297 Al号专利文件公开了一种两阶段方法，其具有紧跟预加工进行精密加工的目的。在开始生产不圆的初始形状的第二步骤之前，即，在开始精密加工之前，DE 10 2007 023 297 Al号专利文件提供了滑动层到预加工初始形状的施加。按照DE
102007 023 297 Al号专利文件，这可以仅仅通过热喷涂法、利用可以想到的电弧丝喷涂、大气等离子喷涂或高速火焰喷涂实现。等离子体粉末喷涂也可以为适当的喷涂方法。在这方面，DE 10 2007 023 297 Al号专利文件特别指出所施加的层的层厚度不应当小于至少50 μ mo此外，该表面应当进行热地、机械地、化学地预处理或在涂覆前以喷水器进行辅助的方式进行预处理。
[0005]在这些热涂覆法中，熔融的涂层粒子在高温时以及有时在非常高的速度时撞击待涂覆的表面，以便于产生热喷涂层。这清楚地涉及这样的缺点:待涂覆的基底材料事实上经受了不受控制的热处理，使得其材料属性可能改变。此外，其中设置了待涂覆的缸膛的缸体将被加热到非常高的温度，使得对缸体的进一步处理延迟持续必要的冷却阶段的持续时间。
[0006]具有摩擦适应性的耐磨层可以通过热喷涂法的手段生产。然而，这种性质的涂层在实践中不用于由灰口铸铁材料(GCI材料)制成的发动机体，因为该磨光的GCI表面由于具有它们的自动润滑功能的石墨薄片，其本身已经容易适应于摩擦条件。因此，在GCI发动机体中的磨损的机筒通过在钢层上的喷涂特别地被恢复到初始状态。接着通过珩磨再次建立初始直径是可行的。由通过热喷涂修复的这样的发动机已知的是它们与通过对缸膛进行精加工珩磨并使用特大号活塞进行修复的发动机相比展示了更低的耗油量或更高的动力。随着该气孔起到储油器的作用并向特别是处在活塞车削点的区域中以及因而在该混合摩擦的区域中的活塞环提供附加油料，其在活塞环和多孔热喷涂层之间建立了进一步降低的摩擦力。
[0007]在铝制发动机体的情况下(Al发动机体)，相比之下，该表面在涂覆之前将要被活化并粗糙化，举例来说，通过喷水器的手段或机械粗加工的方式进行此处理是可行的。然而，没有方法被考虑用于GCI发动机体，并且因此以与弯曲珩磨或锻锤涂刷相结合的相对高粗糙度的精加工珩磨是必须的。此外，成本较高的铝镍合金(NiAl)粘接基底材料的薄层必须在通过热方法施加实际功能性涂层之前进行热喷涂。这种两阶段处理使得用于GCI发动机体的涂覆成本增高，作为结果，该热喷涂在此是不利的。相比之下，用于由铝材料制成的发动机体的成本是更优惠的:在此，可以省掉由GCI材料制成的内衬。柔软的铝材料的简单的机械粗加工产生了具有咬边的粗糙轮廓，并因此该涂层可以直接在所述粗糙表面上进行热喷涂。该咬边甚至在没有任何粘接剂基底的情况下产生了非常高的粘合强度。
[0008]然而，举例来说，该热喷涂层对于层下腐蚀的问题上展示了瑕疵，在层下腐蚀的问题例如前提是使用腐蚀的、受污染的燃料时产生。在这种情况下，使用作为用于热喷涂涂覆的填充材料的高铬合金粉末或金属丝是必须的，作为结果，产品的成本进一步增加。然而，由于连续的孔隙，其接着可能会是这样:该冷凝物或酸可以通过该层侵蚀基底材料。只有通过对该层的附加浸渍，才可以防止这样的层下腐蚀的问题。
[0009]此外，隔热层可以通过使用具有氧化钇稳定性的二氧化锆(Zr-O2)的等离子体粉末喷涂法进行生产用于内燃发动机或燃汽轮机。通过等离子体粉末喷涂生产的这样的层具有甚至在高于1100°c的非常高的温度时的低的热传导特性。另一方面，通过等离子体粉末喷涂生产的这样的层由于它们的层结构包括微小裂缝这样的事实而不可经受机械负载，其情况为这种类型的热障层不适合作为在缸筒内经受摩擦学负载的涂层。
[0010]根据这些观察，用来生产涂覆的缸膛表面的方法，特别是用于给内燃发动机的缸体的缸膛涂覆的方法继续提供了改进的空间。
[0011]在这个背景下，该发明基于这样的目标:有利地开发在引言中详述的类型的方法。
[0012]所述目标通过具有权利要求1特征的方法并通过具有权利要求11特征的缸体来实现。
[0013]应当指出的是，在下列说明书中单独详细说明的特征和措施可以以任何所期望的技术上有意义的方式相互结合并公开本发明的进一步的改进。该说明书一一尤其与附图相结合一一对本发明及其部分的特征进行进一步的描述并详细说明。
[0014]按照本发明在下文中所展示的为一种生产涂覆的表面一一尤其是内燃发动机的缸膛一一的方法，所述方法至少包含以下步骤:
[0015]-生产存在于坯件中的主体；
[0016]-钻出缸膛并对其进行预加工；
[0017]-向该缸膛的内表面施加搪瓷涂层，以及
[0018]-对该涂覆的缸膛进行后处理，该搪瓷涂层通过相形成冶金地粘接到缸膛的基底材料上。
[0019]施加在缸膛的内表面上的搪瓷涂层具有特别好的隔热性能和特别好的摩擦性能。此外，层下腐蚀得到可靠地避免，省掉诸如举例来说氧化锆/氧化钇这样的昂贵添加剂是可行的。在这方面，方便地提供一种方法，在该方法中，适当的涂层在最低产品成本的情况下在组件的可靠操作上满足所有需求，然而，对于将要同时集成到现存的生产线用于在避免这些主要问题的情况下生产发动机缸体的根据本发明的方法同样是可行的。
[0020]按照本发明的搪瓷涂层优选地为熔融混合物。在该搪瓷温度上，形成玻璃的氧化物融化在一起以形成玻璃熔体。形成玻璃的氧化物在此可以为S12, B2O3, Na2O, K2O以及Al2O3O基底搪瓷包含按重量计大约23-34%的硼砂，按重量计28-52%的长石，按重量计5-20%的石英，按重量计大约5%的氟化物，剩余物为苏打和硝酸钠。Ti，Zr和Mo的氧化物可以作为遮光剂。
[0021]为了获得搪瓷涂层牢固地粘接到例如基底材料这样的金属基体的效果，提供例如钴、锰或镍的氧化物组成。使用诸如举例来说铁氧化物、铬氧化物和尖晶石这样的陶瓷颜料也是可行的。
[0022]在优选的改进中，所述基体为精磨的及熔融的。该熔融块是淬火的，也就是说其优选地浸入到水中，颗粒状玻璃熔块由此在随后步骤中产生为再次精磨。通过示例的方式，
30% -40 %的水与粘土和石英粉末被加入到研磨操作中。根据搪瓷的性质，以上提到的遮光剂和着色剂氧化物也被加入。
[0023]这形成了搪瓷釉浆，其为了更好地混合应当在该搪瓷釉浆将被再次使用之前静置一定时间，优选为静置几天。适当的改性剂的使用保证了存在均一的层厚度，举例来说在浸渍涂覆之后，使用充水装置的可行的浸入涂覆在下文中更详细地涉及。
[0024]可以选择对于施加搪瓷涂层一一即搪瓷釉浆一一的不同程序。一方面，该含水的搪瓷釉浆可以通过旋转装置的手段施加，当以缸膛的垂直方向围绕旋转装置的纵轴旋转时，选择装置可以在其中往复运动。该装置可以为矛状物状的形式，其对于待施加于多个通道一一即层一一中的材料是可行的。在其施加端，该矛状物便利地具有至少一个排出口，搪瓷釉浆可以从该排出口出现。可以说，该搪瓷