[发明专利]制造包覆层的方法和用于制造包覆层的装置

说明书

本发明涉及制造包覆层的方法和用于制造包覆层的装置。将第一金属粉末供给至基材以形成包覆层的始端部。在所述始端部形成之后，将第二金属粉末供给至所述基材。所述第一金属粉末中Si、Ni、Mo和Al中的至少一种的浓度低于其在所述第二金属粉末中的浓度。

技术领域

本发明涉及一种制造包覆层(clad layer)的方法和一种制造包覆层的装置。

背景技术

例如，为了改善发动机用气缸盖的阀座的耐久性并增加其设计的自由度，已知激光加工，其中使激光束照射到阀座，同时例如供给粉末包覆材料，使阀座和激光束以相对的方式旋转，由此形成包覆层。该激光加工为如下技术，其中执行发动机的燃烧室所需的机械加工，例如，对于在其上执行阀孔形成加工等的气缸盖，在供给由铜合金等制成且具有耐磨性的粉末包覆材料的同时，向将变成阀座的区域照射激光束，且形成最终将成为阀座的环状包覆层，即包覆珠部，并且通常将该技术称为激光包覆加工或包覆加工。

顺便指出，在形成上述环状包覆层时，需要确保用于使终端部叠加在充当包覆层的包覆操作起始部的始端部上并形成重叠部的包覆量。然而，在该重叠部，存在出现例如未焊接部和裂纹的缺陷的问题。

为了解决这一问题，在日本专利3409631(JP 3409631B)中提出了如下技术：其中，当通过使充当包覆操作终端部的终端部叠加在充当包覆层的包覆操作起始部的始端部上而形成包覆层时，将始端部的表面相对于金属基材的表面的倾斜角度调节到预定范围内。

发明内容

然而，如JP 3409631 B中所述的所提出的技术那样，精确地调节包覆层的始端部的表面的倾斜角度是非常困难的。此外，与吸气侧相比，在高温环境下需要确保排气侧的耐磨性。当将硬质粒子的面积比高、基质(matrix)(除硬质粒子外的基体的部分)的硬度高且防止在阀和阀座表面之间发生附着磨损的材料(例如，包含大量的Ni、Si、Mo和Al的材料)用作适合于在排气侧上的阀座用的包覆材料从而形成包覆层时，仍然存在在上述始端部出现许多裂纹的问题。

更具体地讲，当Ni和Si含量增加时，易于形成Cu-Ni-Si的网眼状结构，并且改善基质的硬度。此外，当Mo含量增加时，包含Mo-Si-Fe和Mo-Ni-Si的硬质粒子的面积比增加。此外，当Al含量增加时，易于形成Cu-Ni-Al的固溶强化结构，并且改善基质的硬度。

然而，在激光包覆加工中，由于Cu基粉末包覆材料被熔化并焊接到由Al制成的气缸盖上，Al成分不可避免地混入包覆结构中(该现象被称为Al稀释)。当混入的Al成分的量超过规定值(Cu的Al固溶限)时，形成金属间化合物(AlNi、CuAl等)，导致材料伸长减小且导致残余拉伸应力增加。当第二层(终端部)被包覆时，如果对该部施加热收缩，则由于该负载可能出现裂纹。特别地讲，由于包覆层的始端部具有小体积或小截面积(cross-sectionalarea)，所以Al稀释成分比其它部位更高(例如，一般部(general part)的Al稀释成分为约0％至1％，而始端部的Al稀释成分为约3％至5％)，并且材料伸长的减小和残余拉伸应力的增加变得更大，因此更易于出现裂纹。

也就是说，当形成上述环状包覆层时，由于作为包覆层的操作起始部的始端部具有比作为在始端部形成之后的部分的一般部小的包覆层体积或截面积，因此容易受到来自Al基材的Al稀释的影响。当Al浓度高时，由于易于形成金属间化合物(例如CuAl)，且在包覆层中易于出现裂纹，因此阀座的耐久性劣化。

本发明提供了一种制造包覆层的方法以及一种用于制造包覆层的装置，通过该方法可以降低在上述包覆层的始端部中的开裂。