用于膛壁的金属涂覆的方法和设备技术

本发明专利技术涉及借助大气等离子体喷涂对工件中的膛的膛壁进行金属涂覆的方法和设备，其中将具有阳极和阴极的涂覆喷管轴向移动到膛中并同时围绕其纵轴旋转、在阳极和阴极之间产生电弧，向其中引入等离子体气体混合物并电离，其中产生等离子体流，将涂料粉末供给到等离子体流中并将包含粒子的等离子体流喷涂到膛壁上并在膛壁上形成涂层。根据本发明专利技术设置，将涂覆喷管以轴向进给速度移动到膛中并以420转/min至520转/min的旋转速度旋转，和在30 l/min至70 l/min的等离子体气体混合物的体积流量下，以90 g/min至130 g/min的供给速率喷射涂料粉末。料粉末。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于膛壁的金属涂覆的方法和设备
[0001]本专利技术涉及根据权利要求1的前序部分的金属涂覆方法，其中将具有阳极和阴极的涂覆喷管轴向移动到膛中并同时围绕其纵轴旋转，在阳极和阴极之间产生电弧，向其中引入等离子体气体混合物并电离，其中产生等离子体流，将涂料粉末供给到等离子体流中并将包含粒子的等离子体流喷涂到膛壁上并在膛壁上形成涂层。
[0002]此外，本专利技术涉及根据权利要求13的序言部分的用于膛的膛壁的金属涂覆的设备，其含有：具有阳极和阴极的涂覆喷管，其中可将所述涂覆喷管轴向移动到膛中并同时可围绕其纵轴旋转；电流源，经由其可在阳极和阴极之间产生电弧，可借助引入装置向其中引入等离子体气体混合物，所述等离子体气体混合物在电弧中电离以产生等离子体流；用于将涂料粉末供给到等离子体流中的供给装置；和朝向膛壁的喷射喷嘴，其中通过等离子体流在膛壁上形成涂层。
[0003]尤其在发动机生产中，必须为缸膛的工作表面（Lauffl
ä
che）配备特定金属涂层，以确保在气缸工作表面与气缸活塞之间足够的摩擦和润滑条件。如果发动机外壳和气缸活塞都由相同金属，如铝制成，情况尤其如此。
[0004]为此，已知的是为膛壁配备特定涂层。对于这样的涂层，不同的方法是已知的，如所谓的火焰喷涂、激光喷涂、等离子体粉末堆焊（Plasma
‑
Pulver
‑
Auftragsschwei
ß
en）或使用熔丝电极的电弧喷涂。一种特别高效的涂层施加是所谓的大气等离子体喷涂。在燃烧器喷管中，在此借助电弧和输送气体的引入来产生具有高达2000 K或更高的高温的等离子体流。可向这种热等离子体流中引入细涂料粒子，其在等离子体流中熔融并随等离子体流高速施加到膛壁上。
[0005]一般方法和一般设备可获自例如EP 2 933 352 A1。
[0006]在施加涂层时，这必须具有稳定的设计。尤其是在用于发动机生产时，这必须具有多年的长使用寿命，其中使涂层暴露于高的热、机械和化学应力。在此，该涂层的甚至较小组成部分的脱落也已可引起严重的发动机损坏。
[0007]本专利技术的目的是提供可用于将金属涂层高效施加到膛壁上的方法和设备。
[0008]根据本专利技术，该目的一方面通过具有权利要求1的特征的方法实现，另一方面通过具有权利要求13的特征的设备实现。在从属权利要求中给出本专利技术的优选实施方案。根据本专利技术的方法的特征在于，将涂覆喷管以轴向进给速度移动到膛中并以420转/min至520转/min的旋转速度旋转，和在30 l/min至70 l/min的输送气体的体积流量下，以90 g/min至130 g/min的供给速率喷射涂料粉末。
[0009]根据本专利技术意识到，为了产生特别有利的涂层，燃烧器喷管在膛中的旋转速度与涂料粉末的供给速率之间的比率是决定性因素。在根据本专利技术的方法中，在此设置90 g/min至130 g/min的相对高输送速率，同时设置420转/min至520转/min的中等旋转速度。以这种方式，每转发生相对强的材料施加，其中根据本专利技术的发现，这有利于涂层的微孔构造。同时，涂料粒子至少在它们的外部充分熔融，以使它们形成固体结合体（Verbund）。在所示设定范围内每转的供给速率增加的情况下，在熔融和快速冷却之间的程度是特别有利的，因此得到所需的微孔层构造。通过将输送气体设定为30 l/min至70 l/min，进一步促进
这一点。
[0010]该方法的一个优选实施方案在于，设定3.8 mm/转至4.5 mm/转，特别是4.1 mm/转至4.2 mm/转的轴向进给速度。这得到具有所需结构的尤其稳定的层构造。特别优选的是，轴向进给速度为4.13 mm/转。
[0011]根据本专利技术的扩展方案，通过在阳极和阴极之间设定300 A至400 A，特别是360 A的放电电流，实现等离子体流的特别好的加热。
[0012]此外，通过用直径为1 mm至2 mm，优选1.5 mm的喷射喷嘴喷涂包含粒子的等离子体流，实现在膛壁上的良好表面施加。在此，喷管位于优选具有7 cm至15 cm直径的膛的中心。除圆柱形喷嘴外，也可使用具有相同或相似开口面的扁平喷嘴，其可具有例如1 mm
×
3 mm的尺寸。
[0013]为了定向施加材料，对于相对大的轴向进给而言有利的是，喷射喷嘴相对于纵轴向上倾斜5
°
至20
°
，特别是8
°
至12
°
，特别优选10
°
。以这种方式，可实现材料的基本径向定向施加，因为通过该倾斜可补偿由轴向进给而引起的偏差。
[0014]基本上，可在单次轴向施加中进行涂覆。根据依照本专利技术的方法变体，通过由多个涂覆层，特别是3至6个涂覆层构建该涂层，可实现该涂层的尤其稳定的结构，其中所述涂覆层分别由涂覆喷管的一次轴向通过形成。特别有利的是，用涂覆喷管在膛壁上进行四次轴向通过。
[0015]特别是通过形成150
ꢀµ
m至300
ꢀµ
m，特别是250
ꢀµ
m的层厚度，实现尤其稳定的涂层。在四次通过的情况下，因此特别可施加60
ꢀµ
m至70
ꢀµ
m的层厚度。
[0016]等离子体气体混合物可基本上以各种合适的方式形成。根据本专利技术的扩展方案，特别有利的是，通过使用氩气、氢气、氮气和/或氦气形成等离子体气体混合物。这些元素产生对该涂覆方法特别有效的等离子体流。可通过载气输送涂料粉末。
[0017]关于涂覆喷管的转数，尤其有利的是，设定450转/min至465转/min，特别是459转/min的旋转速度。根据本专利技术的发现，在这一转数范围内实现特别好的和稳定的材料施加。
[0018]关于等离子体气体混合物，优选的设定范围在于，设定40 l/min至50 l/min，优选44 l/min的等离子体气体混合物的体积流量。由此可对涂料粉末实现良好的输送效果，其中导致等离子体流的必要但不会太高的冷却。优选地，在此可使用40 l/min的氩气和4 l/min的氢气以形成等离子体气体混合物。
[0019]此外，特别适宜的是，将涂料粉末的供给速率设定为110 g/min。对于该涂层，市售涂料粉末通常可用于等离子体喷涂。
[0020]在此特别有利的是，使用包含铁粒子和/或其它金属的涂料粉末，其中粒子的平均尺寸在100纳米至100
ꢀµ
m之间。在此特别优选的是，在加热的等离子体流中，这些粒子完全或不完全熔融，即仅在它们的上表面熔融，因此当撞击到涂覆壁上时具有液滴的形状。以这种方式，涂层可由近似球形的单元（Elementen）组成，其通过有针对性的冷却形成具有位于其间的微空闲空间的涂层结构。特别地，这没有导致连续固体结合，而是熔融和冷却的涂料粒子仅在一些区域彼此结合，其中优选2%至20%的涂层体积由孔隙空腔形成。
[0021]根据本专利技术的设备的特征在于，设置并设本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.借助大气等离子体喷涂对工件中的膛的膛壁，特别是发动机缸体中的缸膛的工作表面进行金属涂覆的方法，其中
‑ꢀ
将具有阳极和阴极的涂覆喷管轴向移动到膛中并同时围绕其纵轴旋转，
‑ꢀ
在阳极和阴极之间产生电弧，向其中引入等离子体气体混合物并电离，其中产生等离子体流，
‑ꢀ
将涂料粉末供给到等离子体流中，
‑ꢀ
将包含粒子的等离子体流喷涂到膛壁上并在膛壁上形成涂层，和
‑ꢀ
涂料粉末的粒子在等离子体流中熔融并产生带有微孔的涂层，其特征在于将涂覆喷管以轴向进给速度移动到膛中并以420转/min至520转/min的旋转速度旋转，和在30 l/min至70 l/min的等离子体气体混合物的体积流量下，以90 g/min至130 g/min的供给速率喷射涂料粉末，和设定3.8 mm/转至4.5 mm/转的轴向进给速度。2.根据权利要求1的方法，其特征在于设定4.1 mm/转至4.2 mm/转的轴向进给速度。3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于在阳极和阴极之间设定300 A至400 A，特别是360 A的放电电流。4.根据权利要求1至3任一项的方法，其特征在于用直径为1 mm至2 mm，优选1.5 mm的喷射喷嘴喷涂包含粒子的等离子体流。5.根据权利要求1至4的方法，其特征在于所述喷射喷嘴相对于纵轴向上倾斜5
°
至20
°
，特别是8
°
至12
°
。6.根据权利要求1至5任一项的方法，其特征在于由多个涂覆层，特别是3至6个涂覆层构建所述涂层，其中涂覆层分别由涂覆喷管的一次轴向通过形成。7.根据权利要求1至6任一项的方法，其特征在于形成150
ꢀµ
m至300
...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：斯图姆机械装备制造有限公司，
类型：发明
国别省市：