[发明专利]沉积一种被分类为介于可机加工与耐磨损之间的热喷涂层的方法

说明书

本发明涉及在金属基底上热喷金属涂层的技术，且更特殊地涉及当附着在轻金属比如铝上时既具有增强的可机加工性，又具有增强的耐磨性的涂层。

已知在铸铝发动机体的汽缸孔上涂上热喷涂层从而改进铝表面的耐磨性能并由此排除(a)插入铸铁衬来承受钢活塞环的滑动接触的需求，或(b)采用高硅含量铝合金的需求，这要求进行处理从而沉淀硬质磨粒来承受滑动接触。热喷涂层可施加相对较薄的厚度，比如100-1000微米(0.1-1.0mm，或0.0004-0.04英寸)，从而在满足性能需求的前提下增进了材料的经济性。

在汽缸孔上采用热喷涂层的缺点之一是已经引起孔涂覆表面加工方法中的显著变化，这部分是由于其增加了的表面硬度。这种增加了的硬度造成在机加工过程中刀具寿命缩短。搪磨(honing)刀具通常是自对准的且被浮动支撑从而跟踪汽缸孔上涂层的几何结构，而不是沿一根与涂覆表面无关的轴来去除材料。这种类型的搪磨是不希望的，因为热喷涂层趋于改变其在孔壁从顶到底及从一侧到另一侧的厚度。这样的搪磨过程会造成沿汽缸壁的非均匀涂层去除和涂层厚度变化。如果精加工后的表面不是绝对与曲柄孔的轴找准，活塞组件的合适装配是困难的或者会导致过早的磨损。如果热喷涂层以这样一种方式被沉积，即允许对以曲柄孔(支承孔)的真实轴为导向的趋于进行直接搪磨或机加工，而不担心涂层会被扭曲或破坏，这是所希望的，且具有有效的成本。

本发明为一种在一个圆柱形表面的内部热喷一个涂层的方法，该方法被分类为介于增强的最佳可机加工性和增强的耐磨性之间。该方法包括步骤：(a)制备一个轻金属(light metal)基底的圆柱孔表面，该表面上的油脂被清洗了并经改性从而改变呈现在其上的任何氧化物膜；(b)采用金属粉末或线状(metal or powder wire)原料以及一种喷射液滴或颗粒作为一种喷雾的基本雾化气体(primary atomizinggas)，在制备好的孔表面上热喷涂一个金属液滴或颗粒的沉积层，所述的液滴或颗粒具有一种与基底金属在金属工艺学上粘结在一起的化学能力，喷雾被定位而沉积由这样的液滴或颗粒构成一个大致均匀的涂层；且(c)在两个或多个阶段中改变雾化气体的化学成分，从而相对于液滴和颗粒从基本上成为一种金属液滴氧化物形成气体称为基本上为一种或惰性或非氧化气体。金属丝或粉末原料可包含低碳钢或不锈钢；金属氧化物形成气体可包含空气或氧气；而惰性气体或非氧化气体可由氮气或氩气组成。氧化物形成气体将促使金属液滴或颗粒首先使铁和Wuestite(FeO)的复合层或分层沉积，它有益地占了涂层重量的10-30％(重量)。当使用惰性或非氧化气体时，FeO所呈现的量远小于10％(重量)且可被认为是氧化物贫化的。虽然氧化物贫化的上层将通过搪磨被除去，而搪磨后下面的复合物将变成注定保留在孔壁上的耐磨损层，好比是牺牲性的而实质上增强搪磨工具的寿命。

附图简述如下：

图1为本发明基本步骤的一个方框图；

图2为本发明的工艺步骤的一个流程图；

图3为用于热沉积本发明涂层的一个喷嘴装置实例的一个放大简图；

图4为根据本发明的一种实施方式涂覆的一个三层涂层系列的一个简要说明；

图5为根据本发明的另一种实施方式涂覆的一个化学上渐进的(progressively)分层涂层的一个简要说明；

图6为根据本发明沉积的一个多层涂层的横截显微照片(100×)；

图7为比较分层或多层涂层的不同区域显微硬度的一个图示说明；

图8为当加工成层(layered)或分层涂层的不同区域时，比较工具磨损的一个图示说明。