制造气缸衬套的方法及此种衬套技术

将硬耐磨层（７）喷镀到内燃机气缸衬套圆柱形的内表面上，在喷镀并可能对此耐磨层进行修整后，耐磨层的内表面上镀一层磨合层（８），而不需对硬耐磨层进行加工，降低其粗糙度。在此两镀层间，也可喷镀一层或多层中间镀层（９），中间镀层的硬度低于耐磨层的平均硬度，但高于磨合层的硬度。在与活塞环接触前，已喷镀上的耐磨层（７）本身具有至少Ｎ９级的粗糙度，最好，其粗糙度介于Ｎ１１级和Ｎ１２级之间。磨合层（８）可以是镀有如钼、铝、银或镍金属的石墨球，以改善缸套磨合时的润滑条件。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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。本专利技术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，按照本专利技术上述的方法，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，可能不需要对喷镀上的耐磨层进行加工减少粗糙度。未经珩磨的耐磨层，其粗糙度超过N9级，一般位于N11级和N12级范围内。也即，它的最大的粗糙度大于以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。在对缸套的磨合最优化，但制造更困难的方法中，所用的粉末成分在喷镀中要加以调整，这样，镀层能均匀地互相融合。因而，可防止镀层间出现明显的边界，在缸套使用寿命期间，跑合面的特性将从由纯磨合材料组成的附着表面，缓慢地改变到由硬耐磨材料组成的附着表面。本专利技术也关系到内燃机特别是大型二冲程十字型头发动机的气缸衬套。它包括一个缸套毛坯，缸套毛坯圆柱形内表面上至少有一层硬耐磨层。它由热喷镀法如等离子弧法或火焰喷射法喷镀上去的。当耐磨层裸露，直接与活塞环接触，该硬耐磨层可形成活塞环在缸套中滑动的跑合面，而在未动用状态时，耐磨层上有一层较软的磨合层。按照本专利技术，缸套的特征是若整个喷镀硬耐磨层，至少其表面粗糙度可保留在N9级，更可取的是保留在N11级到N12级的区间内，不需任何减少粗糙度的机械精加工。从上述本专利技术说明中可看出，具有耐磨层的优点是，保留了由喷镀所形成的粗糙度。在优选的实施例中，磨合层包括或由镀有诸如钼、铝、银或镍等金属的可能的是镀银的石墨球组成。镀有金属的石墨球有极佳的干式润滑性能。它允许相当大数量的颗粒在磨合初期，从磨合层中分离出来。分离出来的颗粒有助于活塞环外表面与缸套内表面间的润滑。由磨合层最高点磨损脱落的颗粒，大多数将沉积在镀层的最深凹陷处，它将减少缸套内表面的粗糙度。当磨合层磨损掉，即露出耐磨层，但与露出耐磨层同时，磨合层最高点被磨损掉，这样，活塞环本身和磨合层同时被磨损掉，将减少耐磨层本身的粗糙度。因而，耐磨层裸露的部位，其粗糙度将大大低于制造时耐磨层的粗糙度。若磨合层中镀有金属的石墨球与银混合，便具有较大的强度。同时，改善了干式润滑性能。磨合层与耐磨层石硬度及强度间的差别，可由向缸套的这两镀层提供钼和氧化钼混合物组成的中间层来加以减少。本质上，这种差别以已知的方式减少了活塞环与缸套间卡住的危险。钼和氧化钼混合物还可进一步提供比磨合层硬度更高的一层耐磨层，这样，活塞环只是逐渐地靠着硬度较高的表面运行的。大型发动机的气缸衬套通常由铸铁制成，它限制了缸套可承受的机械负荷和温度负荷。因而，希望用其他材料制造缸套，如采用钢制造缸套。但，众所周知，钢的滑动性能极差。因而不能作为活塞环的跑合面使用。在优选的实施例中，缸套毛坯由钢制成。因而，直至目前为止，它比商业上可获得的大型发动机缸套能承受更大的负荷。磨合层的硬度位于70至130维氏硬度区间内。选用的中间层的硬度位于250至750维氏硬度区间。耐磨表面的微观硬度高达2000维氏硬度。最贴近钢缸套毛坯的硬度很高的耐磨层，可保证活塞环不磨损。而低硬度的磨合层，在缸套最初的磨合期间，可防止活塞环损坏。耐磨层最好由铬、镍和钼等组成的软基体组成。在软基体中夹有诸如二碳化三铬(Cr3C2)，碳化三镍(Ni3C)，碳化钼(MoC)，三氧化二铬(Cr2O3)，和β-萘酚(BN)等的硬颗粒。这样一种镀层耐磨性极高。因为软基体为硬度极高的颗粒提供了良好的存储处，防止了镀层的磨损。按本专利技术，在软的韧性基本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造内燃机特别是大型二冲程十字型头发动机气缸衬套（１）的方法，其中，采用如：等离子弧喷射镀或火焰喷镀的热喷镀方法，在缸套毛坯（６）圆柱形内表面上，喷镀至少一层硬耐磨层（７），此耐磨层在裸露状态时，可形成活塞在缸套内滑动的跑合面，其中，磨合层（８）的硬度低于耐磨层，镀于气缸衬套的内表面上，其特征是，由于磨合层（８）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进一步减少粗糙度的机械加工，保留由喷镀所产生的硬耐磨层（７）的表面粗糙度。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：TS克努森，
申请(专利权)人：曼B及W柴油机公司，
类型：发明
国别省市：DK[丹麦]