用于等離子絲弧涂覆處理的金屬絲合金的制作方法
【專利說明】用于等離子絲弧涂覆處理的金屬絲合金
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求于2013年9月5日提交的序列號為61/874,069的美國臨時申請的美國專利法35第119(e)條規定的優先權，其公開內容以引用的方式合并于本文中。
技術領域
[0003]本發明涉及用于在重型柴油內燃機中提供增強的氣缸防腐蝕性的涂覆的金屬絲。相比于用于重型柴油內燃機的鑄造發動機主體的賤金屬，使用單絲等離子轉移絲弧(PTWA)技術施加的涂覆在防腐蝕性上具有更好的效果。
【背景技術】
[0004]當前，通過實施電弧噴涂在發動機主體的氣缸孔軸承表面涂覆有合金。已知的電弧噴涂處理包括雙絲電弧噴涂(TWAS)和等離子轉移絲弧涂覆(PTWA)，在所述雙絲電弧噴涂中兩個金屬絲以電流穿過金屬絲的方式被供給。PTWA方法創建了運轉的等離子，在所述等離子中陰極和單獨的可消耗的金屬絲自由端融化，并且持續供給融化的金屬顆粒流并將顆粒投射到目標表面上。
[0005]由于非常要求運轉條件，當前的重型柴油內燃機主體和氣缸套通常由鑄鐵制成。柴油的高的硫含量以及稱為氣缸內的排氣再循環的現象結合，從而在重型柴油發動機的氣缸內產生非常具有腐蝕性的環境。需要提供比氣缸的鑄鐵表面更好的防腐蝕性的材料來延長發動機的使用壽命。因此，有益的是使用絲弧沉積噴涂處理對氣缸套孔進行涂覆，這生成了比具有比鑄鐵材料更好的防腐蝕性的涂層，因此相比于由灰鑄鐵合金組成的傳統內襯增加了發動機的使用壽命。
[0006]等離子轉移絲弧噴涂(PTWA)經常是用于涂覆氣缸套的優選方法。在PTWA處理中，持續前進的給料材料(通常處于金屬絲或金屬棒的形式)通過使用收縮的等離子弧來融化，以只融化金屬絲或金屬棒(連接為陽極電極)的末端;融化的顆粒隨后被推動至目標。等離子是電離氣體的高速噴射，通過使電離氣體穿過陰極電極的噴嘴孔下游，電離氣體按照所期望地收縮并關于直線軸聚焦。在陰極電機和陽極噴嘴之間被撞擊的高電弧被轉移至也被保持為陽極的金屬絲末端，或者高電弧可以被直接轉移至金屬絲末端。
[0007]僅由PTWA施加至氣缸表面的涂層主要是與組成給料金屬絲相同的材料。給料金屬絲可以由幾乎任何能夠融化并且能夠經由加壓的氣體蒸汽加速的材料。
【發明內容】
[0008]本發明的目的是提供一種用于在創建具有更好的防腐蝕性的PTWA處理中使用的金屬絲，以便其能夠用在重型柴油發動機的氣缸套上。
[0009]該目的通過用于PTWA涂覆處理、具有由不銹鋼組成的外層的、且具有空心內核的金屬絲實現。不銹鋼優選為430不銹鋼，但也可以使用其他類型。內核填充有由金屬氧化物或者金屬碳化物，特別是鉻、鎢、鈦、鉬以及鎳的氧化物或碳化物組成的粉末。在優選的實施方式中，空心內核填充有由100%的碳化鉻組成的粉末。碳化鉻優選處于-325目顆粒尺寸的粉末形式，但也其他顆粒尺寸也會是適合的。
[0010]在等離子處理期間，粉末狀的金屬被加到不銹鋼金屬絲的成分中并且在等離子流中完全均質。這提供了沉積的材料的一致且不變的化學性質。
[0011]本發明還提供了用于使用PTWA處理涂覆部件的方法，在所述方法中金屬絲為具有填充有金屬氧化物或金屬碳化物的中空內核的不銹鋼金屬絲。所述部件優選為氣缸套，并且中空內核優選填充有100%的碳化鉻。離子化與等離子處理由高電壓排放啟動，所述高電壓排放在合金金屬絲、噴嘴主體和陰極之間將等離子離子化。
[0012]在本發明的方法中，合金金屬絲被供給到設計為創建等離子的設備中。除了等離子，載體氣體以高壓被引入到等離子流中。在本發明的一個實施例中，離子化與等離子處理由高電壓排放啟動，所述高電壓排放在合金金屬絲、噴嘴主體和陰極之間將等離子離子化。
[0013]因此產生的等離子以高速通過等離子噴嘴。在這種情況下，等離子氣體被持續地供給至垂直于噴嘴的合金金屬絲，從而使電路閉合。
[0014]在PTWA處理中，載體氣體對從合金金屬絲至待涂覆的目標產生的離子化的金屬進行加速。被加速的金屬離子沖擊目標表面并且經由塑性變形機械地結合至目標表面。撞擊目標表面的金屬顆粒的快速減速釋放了運動能和熱能。這種釋放的能量提供了使顆粒塑性變形所需的能量。當經由PTWA處理而應用時，已經發現填充有碳化鉻粉末的不銹鋼中空內核金屬絲的使用創建了特別防腐的涂覆。
[0015]本發明提供了新的金屬絲和新的用于涂覆重型柴油發動機的氣缸套的處理。所述涂覆是高度防腐的，這延長了氣缸套和發動機的使用壽命。
【附圖說明】
[0016]當接合下面的附圖閱讀時，能夠最好地理解具體實施例的詳細描述。
[0017]在附圖中，相同的附圖標記用于指示相同的元件:
[0018]圖1為根據本發明的金屬絲的外鞘的橫截面視圖；
[0019]圖2為本發明的橫截面視圖，其圖示了圖1的實心外鞘以及填充有陶瓷部件的空心中心；以及
[0020]圖3示出了PTWA噴涂處理的示意圖。
【具體實施方式】
[0021]具體參照附圖，圖1示出了具體的不銹鋼合金的金屬絲20以及在金屬絲合金束23的中間包含空心腔的金屬絲201。金屬絲合金束優選由不銹鋼組成，并且最優選的是由430不銹鋼組成，但也可以使用其他合適類型的鋼。430不銹鋼是包含連續的鉻的非可硬化鋼，并且屬于鋼的鐵素體組。這種鋼因其好的防腐蝕性而為人們所知。
[0022]如在圖2中示出的，金屬絲束23的空心腔201填充有金屬氧化物或者碳化物粉末25。在優選的實施例中，粉末25為100%的碳化鉻。粉末優選為-325目，但也可以使用其他顆粒尺寸。
[0023]在PTWA噴涂期間，單獨的元件，S卩，金屬絲23中的鋼和粉末25在等離子流中被完全均質。這提供了沉積材料的一致且不變的化學性質。
[0024]在根據本發明的方法中，部件，特別是由鋁或鑄鐵制造或鑄造的內燃機的氣缸套涂覆有在PTWA處理期間由如圖3所示的金屬絲20形成的合金。
[0025]參照圖3，示出了傳統的PTWA熱噴涂處理的示意圖。金屬絲20持續地供給到熱源中，在所述熱源中材料至少部分地融化。其依靠電提供的熱源為等離子或電弧。PTWA具有等離子發生器或者包括具有噴嘴孔11的噴嘴10的槍頭，導電的可消耗的金屬絲20連接為第一電極和第二電極30。第二電極30通過絕緣主體32與噴嘴10絕緣。電功率通過電源U被應用為直流電，然而正電位連接至金屬絲20，而負電位連接至第二電極30。
[0026]金屬絲20與中心噴嘴10的噴嘴孔11垂直地供給。第二電極30通過由等離子氣體源15提供的離子化的氣體混合物，也稱作等離子氣體16流通。等離子氣體16以高速，優選為超聲速離開作為等離子噴射口 12的噴嘴孔11，并且當遇到作為第一電極的可消耗的金屬絲20時使電路完整。
[0027]輸送二級氣體14通過包圍等離子噴射口12的噴嘴10中的二級氣體孔24加入。二級氣體14作為由金屬絲20形成的融化的液滴的二級霧化器工作，并支持將液滴轉化為目標表面40上的金屬噴涂物18。優選地，二級氣體14為壓縮空氣。
[0028]金屬絲供給部22機械地連接至噴嘴10并且形成在組件內。由絕緣材料或非絕緣材料制成的金屬絲供給部22保持可消耗的金屬絲20。在設備的運轉中，金屬絲20通過本領域已知的方式被持續供給，如穿過供給引導件的金屬絲供給輥子。自由金屬絲端21從金屬絲供給部22露出，并接觸與噴嘴孔11相對的等離子噴射口 12以形成金屬噴涂物18。在運轉中，金屬噴涂物18直接朝向待噴涂的表面40。表面40優選為重型柴油發動機的鑄鐵氣缸套。
[0029]電源的陽極終端連接至金屬絲20，而陰極終端連接至第二電極30。同時地，高電壓電源被啟動足夠的時間以在第二電極30和金屬絲末端21之間擊出高電壓電弧。因此形成的高電壓電弧為來自等離子電源的直流電流提供導電路徑以從第二電極30流至金屬絲20。作為該電能的結果，等離子氣體被劇烈地加熱，這引起處于渦流形式的氣體以非常高的速度離開噴嘴孔11，通常形成從噴嘴孔11延伸超音速等離子噴射口 12。因此形成的等離子電弧為延長的等離子電弧，所述延長的等離子電弧起初從第二電極30穿過渦流等離子噴射口 16的中心部分延伸至最大延伸點。延伸超過最大電弧延伸點的高速等離子噴射口 12在第二電極30與金屬絲20的自由端21之間提供導電路徑。
[0030]等離子形成在第二電極30與金屬絲20之間，引起金屬絲末端隨著連續供給到等離子噴射口 12中而融化。通過開口 24進入噴嘴10的二級氣體14，諸如空氣，在高壓下通過外周的開口 26引入到噴嘴10中。二級氣體被分配至一系列的間隔的孔。二級氣體14的流動提供了金屬絲供給部22、噴嘴10的冷卻方式，以及提供了圍繞延伸的等離子噴射口 12的氣體的大致錐形的流動。高速二級氣體的這種錐形流動與金屬絲20的自由端21的下游處的延伸的等離子噴射口 12交叉，因此提供了額外的對由金屬絲20的融化形成的融化的顆粒的離子化和加速的方式，并且創建了金屬噴涂物18。
[0031]通過使用根據本發明的由不銹鋼形成的具有100%碳化鉻粉末內核的金屬絲20，能夠創建非常有效的防腐蝕涂覆。在等離子噴涂處理期間，粉末與不銹鋼完全混合，在表面40上創建了完全一致的防腐蝕性。
【主權項】
1.用于在等離子轉移絲弧涂覆處理中使用的金屬絲，其中所述金屬絲由不銹鋼形成、具有填充有由100%的碳化鉻組成的金屬粉末的空心內核。2.根據權利要求1所述的金屬絲，其中所述不銹鋼為430不銹鋼。3.根據權利要求1所述的金屬絲，其中所述金屬粉末具有大約-325目的顆粒尺寸。4.使用金屬合金涂覆表面的方法，包括在表面上進行熱噴涂涂覆處理，其中所述涂覆處理使用由不銹鋼形成、具有填充有由100%的碳化鉻組成的金屬粉末的空心內核的金屬絲進行。5.根據權利要求4所述的方法，其中所述熱噴涂處理為等離子轉移絲弧處理。6.根據權利要求4所述的方法，其中所述不銹鋼為430不銹鋼。7.根據權利要求4所述的方法，其中所述粉末具有大約-325目的顆粒尺寸。
【專利摘要】經由在重型柴油內燃機的氣缸表面上的等離子轉移絲弧(PTWA)熱噴涂方法的沉積防腐材料的方法。所述PTWA處理使用填充有金屬氧化物粉末或者金屬碳化物粉末的不銹鋼空心內核金屬絲。該金屬粉末可由100％的碳化鉻組成。
【IPC分類】B05B7/18, B05B7/22, B05B7/16
【公開號】CN105517716
【申請號】CN201480046954
【發明人】托馬斯·史密斯
【申請人】馬勒工業股份有限公司
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2014年9月4日
【公告號】DE112014004111T5, US20150060413, WO2015034985A1