[发明专利]制造气缸衬套的方法及此种衬套

说明书

本发明是有关内燃机特别是有关大型二冲程十字头型发动机气缸衬套的一种制造方法。它的方法是：采用热喷镀，如等离子弧喷镀或火焰喷镀方法，在缸套毛坯圆柱形内表面上至少喷镀一层硬耐磨层。此镀层在裸露状态时，可形成活塞在缸套内滑动时的跑合面。硬度较耐磨层低的磨合层则镀在气缸衬套的内表面上。

这样的一种方法，已从出版的日本专利No.51-151414中获悉。该专利中说明，将由高含量硅的铝合金或高含量铬的铁合金组成的耐磨层喷镀到铝气缸衬套的内表面上。随后，喷镀的镀层即在磨床上珩磨，并浸入几个化学槽中。其中最后一个化学槽是用于在耐磨层外表面上镀锡的，锡层厚为5-10μm。据说，磨合层应减少在硬的，已经珩磨的耐磨层中的气孔的尺寸和数目。除锡外，磨合层也可包括一层经磷化锰处理的薄膜，或一层聚四氟乙烯薄膜。

参见已出版的日本专利No.56-156751,56-156752,60-125362,59-150080和61-157875以及美国专利No.4,233,072,也已知，其他气缸衬套已镀有硬耐磨层，但无一层合适的磨合层。另外，已知商业上已制造的几种气缸衬套镀有硬耐磨层，但无一种合适的耐磨层。这些气缸衬套的共同特点是：硬耐磨层是经珩磨的，否则要经加工以获得从N5级到N7级的粗糙度。

对汽车气缸衬套来说，缸套的内径很小，以致减小耐磨层粗糙度的加工，可在通常即可获得的机床上完成。当然，这种加工会涉及费用问题，并使缸套的制造更为困难。

大型二冲程十字头型发动机气缸衬套的内径约为0.25-0.9m。对这些缸套珩磨加工，耗时特多。而对直径最大的缸套来说，由于它对珩磨机的尺寸有严格要求，因而世界上只有少数几个地方能对其加工。因此，对大型发动机来说，镀有耐磨层的缸套在商业上的应用，已被认为是不现实的。

本发明的目的是：用一层耐磨层和一层磨合层的方法，来简化气缸衬套的制造方法。

根据这种目的，按照本发明上述的方法，其特征是：由于磨合层镀在耐磨层表面上，除可能的修整外，对耐磨层表面不需任何其他进一步减少粗糙度的机械加工，因而保留由喷镀所产生的硬耐磨层的表面粗糙度。

完全出乎意料的是，已经证明，可能不需对喷镀上的耐磨层进行减少粗糙度的加工。未经珩磨的耐磨层，其粗糙度超过Ra≤6.3μm(N9级)，一般位于12.5μm＜Ra≤50μm(N11级与N12级间)范围内。也即，它的最大的粗糙度大于前已知的经加工的耐磨层的粗糙度4到35倍。

磨合层镀在耐磨层上最大粗糙度处，这样，耐磨层的最高点不会紧压到活塞环对着缸套一面的接触表面，而这种紧压会刮伤活塞环。在新缸套投入使用不久，耐磨层最高点处磨合层将被磨耗。这样，这些最高点即被活塞环磨掉。从耐磨层上突出点处磨掉的硬颗粒，即嵌入耐磨层有凹陷处的磨合层的部位中。这些凹陷处自然是大于已知缸套中的那些凹陷处，因为耐磨层尚未加工到小的粗糙度。因而，这些凹陷处更适于容纳松散的硬颗粒，这将减少活塞环上不希望有的磨损危险。

在一个特别简单的实施例中，磨合层是喷镀到缸套的内表面上。由喷镀形成的磨合层的粗糙度，只是在缸套投入使用时才能消除。在喷镀耐磨层和磨合层上进行喷镀，完全可不使用已知的化学镀液，而缸套的加工也只采用一种类型的机械即可完成。另外，喷镀磨合层还有优点，使两个镀层具有相当的粗糙度。当缸套投入使用时，磨合层碰到许多突出点，而软颗粒即从这些突出点处被磨损脱落，并沉积在缸套表面的凹陷处。这意味，缸套内表面的粗糙度将由其身自下降到一适当低的水平。同时，耐磨层中的凹陷处，也将有效地被软材料所填满。

最好的是，在镀磨合层前，缸套先喷镀一层中间层。中间层的硬度低于耐磨层的平均硬度，但高于磨合层的硬度。中间层也可作为一层耐磨层，但它为从磨合层到最硬的耐磨层间提供了平顺的过渡。这对缸套的磨合层有好处，因为有了中间层，结果是首先镀的硬耐磨层将很缓慢地裸露出，只是在缸套长期使用后才会裸露。

可以通过优选的方法获得一种特别简单的缸套制造方法。在这种方法中，耐磨层和磨合层均是使用热喷镀法喷镀到气缸衬套的内表面上。这些喷镀上去的镀层，除可能的修整外，在制造中，不需任何其他的加工。若这些镀层的喷镀在厚度上无大的局部变化，则镀层的修整即可省掉。在此情况时，只要将所需的数层镀层直接依次喷镀到缸套的内表面上，缸套元坯即可完工。可以镀二层或多层的耐磨层，其硬度朝跑合面方向交互下降。