專利名稱：屬于滑動副的機(jī)械零件及其制造方法
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屬于滑動副的機(jī)械零件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機(jī)械零件，它屬于大型發(fā)動機(jī)特別是二沖程大型 柴油機(jī)的具有兩個可相互相對運(yùn)動的機(jī)械零件的滑動副，并且至少在 面向相應(yīng)的另一機(jī)械零件的側(cè)面的區(qū)域內(nèi)具有耐磨結(jié)構(gòu)，該耐磨結(jié)構(gòu) 具有容納于 一金屬母體中的由較硬材料制成的粒子以及具有粗糙不平 的表面，并且，該機(jī)械零件設(shè)計為大型發(fā)動機(jī)的活塞環(huán)或氣缸套或帶 有至少一個活塞環(huán)槽的活塞或其他的滑動元件。
由DE 10 2006 023 396 (尚未在先公開)得知大型發(fā)動機(jī)的一種 具有抗磨涂層形式之耐磨結(jié)構(gòu)的機(jī)械零件。其中，抗磨涂層由許多置 入一個由鎳合金構(gòu)成的母體中的陶資粒子組成。同時，在涂層的上面
設(shè)置一個薄的、只由母體材料構(gòu)成的覆蓋層。然而，該覆蓋層的表面 (如實踐中業(yè)已表明的那樣)是非常粗糙不平的，這對于磨合過程是 不利的。因此，需要進(jìn)行一種磨削工藝形式的加工。經(jīng)驗已表明，這 是非常費時和高成本的。再加上鎳合金由于其硬度之故對于磨合目的 終歸是不利的。
由此出發(fā)，因而本發(fā)明的目的就是，對開頭所述型式的結(jié)構(gòu)設(shè)置 作出改進(jìn)，以降低制造費用并達(dá)到很好的磨合性能。另一目的涉及一 種簡單的和經(jīng)濟(jì)的方法，用以制造本發(fā)明的機(jī)械零件。
上述目的的第一部分按照本發(fā)明這樣實現(xiàn)，即，在耐磨結(jié)構(gòu)上涂 覆一個補(bǔ)償其上面的不平度和粗糙度的磨合襯層，所述磨合襯層由一 種在磨合過程中適于磨損的磨合材料構(gòu)成，該磨合材料不同于處在其 下面的耐磨結(jié)構(gòu)的材料并且與耐磨結(jié)構(gòu)冶金結(jié)合，而且該磨合材料比 耐磨結(jié)構(gòu)更軟以及至多與相應(yīng)對置的機(jī)械零件的滑動面同樣耐磨。
由此便完全消除了已知結(jié)構(gòu)設(shè)置的上述缺點。因為磨合襯層由磨 合材料構(gòu)成，所以能預(yù)期有很好的磨合特性。由于磨合襯層補(bǔ)償了處 在其下面的耐磨結(jié)構(gòu)的粗糙度和不平度，因此，有利的是，不需要進(jìn)行磨削加工。此外借此還確保耐磨結(jié)構(gòu)的處在上面的區(qū)域內(nèi)的硬粒 子，即使在磨合過程將近結(jié)束時露出其表面，也仍然具備可靠的固定， 從而不必?fù)?dān)心這些粒子脫落。有利的是，未加磨削的表面從開始就產(chǎn) 生了 一種氣密的接觸面，這一點特別對于活塞環(huán)與氣缸套之間的滑動 副是非常理想的。按照本發(fā)明的措施的另一優(yōu)點在于，由于磨合襯層 的冶金連結(jié)，故而能確保磨合襯層在處于其下面的耐磨結(jié)構(gòu)上得以可 靠固定，借此可靠地避免發(fā)生剝落。
上述措施的有利設(shè)計和適宜發(fā)展描述于各從屬權(quán)利要求中。
這樣，適宜的是，磨合村層可以具有100至200HV的硬度。在這 種情況下便能預(yù)期實現(xiàn)一種特別好的磨合性能。而仍然確保有足夠的 耐久性，以便保證足夠長的磨合時間。
上述措施的另一發(fā)展可以是，構(gòu)成磨合襯層的材料具有低于1050 X:、優(yōu)選為600'C至800'C的熔化溫度。該措施能夠有利地實現(xiàn)磨合襯 層的簡單制造，其中，只熔化磨合襯層的材料，而處在其下面的耐磨 結(jié)構(gòu)仍保持凝固的狀態(tài)。由此確?？梢允鼓ズ弦r層在處于其下面的 耐磨結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的邊界層上實現(xiàn)非常薄的冶金連結(jié)。因此，在該邊界層 中通常所預(yù)期的脆性對于整體效果僅僅產(chǎn)生微小的影響，這是有利的。
有利地，磨合襯層在新狀態(tài)下具有50至300微米(nm)的平均 厚度。這樣的厚度按經(jīng)驗足夠用于1000至2000小時的磨合時間，其 中，相對的滑動面的磨損性可以通過厚度適配加以考慮。對置的滑動 面越是磨損性大的，磨合襯層的厚度可以越厚。
上述措施的另一發(fā)展可以是，磨合襯層在新狀態(tài)下具有1至20Ra 的表面粗糙度。這完全不需要后續(xù)精加工而仍然從開始便確保實現(xiàn)特 別好的密封。
上述措施的一種特別適宜的發(fā)展可以在于，在作為磨合襯層基礎(chǔ) 的磨合材料中置入許多與其相比更硬的粒子，優(yōu)選是由陶資材料如 入1203和/或CrO和/或03<:2制成的粒子。借此可以延長磨合襯層的耐 用度并從而延長磨合時間。適宜的是，置入的粒子在磨合襯層的總體 積上的份額可以在5至30%體積(體積百分比)之間的范圍內(nèi)。因此確保置入的粒子不會過多地影響(或者說損害)磨合性能。
有利地，作為磨合襯層基礎(chǔ)的磨合材料可以至少包含銅(Cu)和
/或錫(Sii)。這樣就允許按照個別情況優(yōu)化符合要求的磨合特性。
對此， 一種特別有利的設(shè)計可以是，磨合襯層包含約70。/。銅(Cu)
和約30%錫(Sn)。這樣的材料可有利地用于許多情況。也可設(shè)想，
還另外添加銻(Sb)的成分。在此，形成了所謂的巴氏合金，它在實
踐中作為軸承合金使用，因此可以便利地買到。
適宜的是，容納磨合襯層的耐磨結(jié)構(gòu)可以包括由一種鎳合金構(gòu)成
的母體，在其中置入由陶瓷材料組成的粒子，這里，陶瓷材料在耐磨
結(jié)構(gòu)的總體積上的體積份額可以多于60%,優(yōu)選為85%。這些措施產(chǎn)
生了特別高的承載強(qiáng)度和耐磨性。通過磷(P)和/或硅(Si)的較少 量添加，母體的熔化溫度可以降到鑄鐵等的熔化溫度以下，這樣就能
便于實現(xiàn)磨合襯層往耐磨結(jié)構(gòu)上和/或其往一基體上的涂覆。
涉及方法的目的按照本發(fā)明這樣達(dá)到，即，給具有耐磨結(jié)構(gòu)的機(jī) 械零件涂覆一個覆蓋所述耐磨結(jié)構(gòu)的磨合襯層，其中，在涂層過程中 供給耐磨結(jié)構(gòu)和/或構(gòu)成磨合襯層的材料如此多的能量，使得磨合村層 在耐磨結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生一種符合要求的冶金連結(jié)。如果要求在耐磨結(jié)構(gòu)與 磨合襯層之間有厚的邊界層，則應(yīng)供給如此多的能量，即，將磨合襯 層熔合上去。在對其不作要求的情況下，則將能量供給減少，使磨合 襯層擴(kuò)散上去。其中，只需要這樣多的能量，即，只是熔化構(gòu)成磨合 襯層的材料，而處在其下面的耐磨結(jié)構(gòu)仍保持凝固的狀態(tài)。因此，在 這種情況下實現(xiàn)了較薄的邊界層。并且還排除了對支承結(jié)構(gòu)的損害。
有利地，為了實現(xiàn)耐磨結(jié)構(gòu)的涂層，而采用一個相對于它可相對 運(yùn)動的、在其上產(chǎn)生一加熱斑點的加熱裝置，其中，向該加熱斑點或 一個與其緊鄰的區(qū)域供給構(gòu)成磨合襯層的材料。這便能夠?qū)崿F(xiàn)一種結(jié) 構(gòu)簡單的涂層裝置以及一種在窄的限度內(nèi)受控制的能量供給。在此， 供給加熱斑點或與之緊鄰的區(qū)域的材料可以以粉末形式和/或以金屬 絲或帶材的形式供給。
特別有利的是，對于作為一個基本材料的涂層構(gòu)造的耐磨結(jié)構(gòu)，將該耐磨結(jié)構(gòu)和磨合襯層以相同方式涂覆到相應(yīng)配置的基底上。這一 點可以同時或者有時間間隔地進(jìn)行。在每一情況下，設(shè)備技術(shù)的費用 都不多。
上述措施的其他有利設(shè)計和適宜發(fā)展描述于其余各從屬權(quán)利要求 中，通過下文借助附圖針對實例的說明可以更詳細(xì)地得知。
在以下描述的附圖中示出


圖1 一種應(yīng)用實例的剖視圖，是一種與氣缸套配合作用的、具 有支承結(jié)構(gòu)和在其上設(shè)置的磨合襯層的活塞環(huán)的形式；
圖2 磨合襯層與耐磨結(jié)構(gòu)的鄰界區(qū)域的一個局部部分； 圖3設(shè)有置入的許多陶資粒子的磨合襯層的一個局部部分； 圖4 一種涂層裝置，包括兩個激光槍，其具有用于構(gòu)成耐磨結(jié) 構(gòu)的材料和構(gòu)成磨合襯層的材料的分別配置的供給裝置；以及
圖5 圖4的一種變型方案，包括一個激光槍和一個兩通道的供 給裝置。
本發(fā)明可以有利地廣泛應(yīng)用于下述場合，即，具有高耐用度的滑 動副需要進(jìn)行一定磨合的那些場合，例如在冶金工業(yè)、磨礦工業(yè)、食 品工業(yè)、發(fā)動機(jī)等等的機(jī)械中。 一種特別優(yōu)選的應(yīng)用領(lǐng)域是大型發(fā)動 機(jī)，特別是二沖程大型柴油機(jī)，并且在這里特別是與一氣缸套和所配 的活塞環(huán)槽配合作用的活塞環(huán)。
圖1示出氣缸套l的一個示意表示的部分，在其中設(shè)置一個上升 和下降的活塞2。活塞設(shè)有圓周側(cè)的活塞環(huán)槽3，在這些活塞環(huán)槽中分 別容納一個以其圓周面貼緊氣缸套1內(nèi)面的相應(yīng)活塞環(huán)4。圖1中只 示出了一個活塞環(huán)槽3和一個活塞環(huán)4?；钊h(huán)4包括由鑄鋼制成的 基件5并且在其面向?qū)χ玫臉?gòu)件(在這里是面向氣缸套1)的側(cè)面的 區(qū)域內(nèi)具有耐磨結(jié)構(gòu)6,耐磨結(jié)構(gòu)在這里是一種在基件5上涂覆的保 護(hù)層的形式。當(dāng)然也可設(shè)想，耐磨結(jié)構(gòu)也已經(jīng)基于基件構(gòu)成。耐磨結(jié) 構(gòu)6在圓周側(cè)設(shè)有面向氣缸套1的一個運(yùn)行面的磨合襯層7。
耐磨結(jié)構(gòu)6，如由圖2可見的那樣，包括置入一母體8中的許多 硬質(zhì)材料粒子9。對此可以涉及陶瓷材料，如具有3000HV至5000HV硬度的碳化鎢(WC)。為了構(gòu)成母體8，適宜設(shè)置包括磷(P)和/或 硅(Si)的鎳合金。這些材料是無毒的，因而也能在食品領(lǐng)域中使用。 適宜的是，鎳合金包含1至15%體積(即體積百分比)、優(yōu)選3.65% 體積的P， 1至6%體積、優(yōu)選2.15%體積的Si，以及剩余部分是Ni。 陶資粒子在耐磨結(jié)構(gòu)6的總體積上的體積份額大于60%,并且可以優(yōu) 選達(dá)85%。置入的陶瓷粒子9適宜具有球形的外形，直徑為40至160 微米(iLim)。由耐磨結(jié)構(gòu)6所構(gòu)成的涂層的厚度可以適配于個別具體 情況的特性。在當(dāng)前所示型式的活塞環(huán)中，由耐磨結(jié)構(gòu)6所構(gòu)成的涂 層可以具有0.2至2mm的厚度。
耐磨結(jié)構(gòu)6的徑向表面在涂覆磨合襯層7之前，如圖2可以看出 的那樣，是較為粗糙不平的，亦即其具有許多凸峰10和在其中間的許 多凹谷ll，這對于磨合過程是有害的。因此，在耐磨結(jié)構(gòu)6上涂覆磨 合襯層7的目的包括補(bǔ)償耐磨結(jié)構(gòu)6的表面粗糙度和填滿凹谷11, 從而到磨合過程結(jié)束，在圖2中用虛線12表示的表面不存在凸出的棱 邊和尖角。由于各凹谷ll是填滿的，那些在側(cè)向限定凹谷11的向上 凸出的硬粒子9也能可靠地埋入圍繞它的材料中，從而不必?fù)?dān)心其脫 落。磨合襯層7使得對耐磨結(jié)構(gòu)6的加工不再必要。在制造磨合襯層 7時產(chǎn)生一個具有在圖2中表示的微小粗糙度的表面13。該粗糙度宜 為1至20Ra。這個粗糙度能夠?qū)崿F(xiàn)活塞環(huán)4在所配置的氣缸套1的滑 動面上氣密地接觸。因此不需要進(jìn)行附加的加工。
磨合襯層7可以由任何適用的磨合材料構(gòu)成，其在磨合時期的過 程中被逐漸地磨耗和消失。在大型發(fā)動機(jī)，如二沖程大型柴油機(jī)中， 如其用于船用推進(jìn)裝置，磨合時期總計達(dá)到約1000至2000工作小時， 為此，磨合襯層7的厚度適宜為50至300微米(pm )。作為磨合襯層 7基礎(chǔ)的磨合材料應(yīng)該比處在其下面的耐磨結(jié)構(gòu)6明顯更軟，并且無 論如何不比對置的滑動面(在這里是氣缸套1的滑動面)更硬，優(yōu)選 也是軟一些。適宜的是，磨合襯層7具有100至200HV的硬度。
為了構(gòu)成磨合襯層7可以采用一種包含銅(Cu)和/或錫(Sn) 的金屬。利用一種包含70。/。Cu和30。/。Sn的Cu-Sn合金形式的青銅，在實驗中可以達(dá)到很好的效果。也可以設(shè)想釆用巴氏合金，它除銅和
錫外，還包含在巴氏合金中常用份量的銻(Sb)和/或鋅(Zn)。這些 材料的熔點處在600與900'C之間的范圍內(nèi)，因而便于進(jìn)行涂層過程。 磨合襯層7的熔化溫度的下限不低于200'C。
為了延長磨合時間，亦即增加磨合襯層7的耐用度，它可以設(shè)有 置入的許多硬粒子14，如圖3所示。對此適宜的是，可以涉及陶資粒 子，其優(yōu)選具有球形結(jié)構(gòu)和達(dá)50微米(nm)的直徑。作為陶瓷材料， 可以采用A1302、 CrO、 03<:2等。硬粒子14在磨合襯層7總體積上 的份額依據(jù)所要求的磨合襯層7耐用度而定，可以為5至30%體積。
構(gòu)成磨合襯層7的涂層這樣涂覆到可磨損的結(jié)構(gòu)6上，即，在邊 界區(qū)域內(nèi)在耐磨結(jié)構(gòu)6與磨合襯層7之間產(chǎn)生一種冶金連結(jié)。該冶金 連結(jié)以一種在圖2中對于耐磨結(jié)構(gòu)6與磨合襯層7之間的邊界區(qū)域所 表示的邊界層15的形式出現(xiàn)，它由兩個接界的層的元素構(gòu)成。在圖1 中只通過一虛線表示出該邊界層15。邊界層15可以通過形成合金(熔 合)或者造成擴(kuò)散過程而構(gòu)成。在第一種情況下，將磨合襯層7熔合 到耐磨結(jié)構(gòu)6上或?qū)⑵淙酆系交w5上，在第二種情況下則將磨合襯 層7擴(kuò)散到耐磨結(jié)構(gòu)6或基體5上。對于構(gòu)成耐磨結(jié)構(gòu)6的涂層在基 體5上的連結(jié)，也同樣如此。在這里還形成了一個作為合金(熔合) 區(qū)或擴(kuò)散區(qū)構(gòu)造的邊界層，其只通過一虛線示于圖1中。在熔合時將 產(chǎn)生較大厚度的邊界層15,從而確保相互間非常好的連結(jié)。但經(jīng)常在 邊界層內(nèi)會形成很脆的結(jié)晶，這就提高了脆裂的危險。該危險可以這 樣避免，即，將邊界層構(gòu)造為擴(kuò)散層。擴(kuò)散層只具有相當(dāng)于擴(kuò)散深度 的厚度，由此， 一方面將脆性結(jié)晶的體積份額保持在窄的限度內(nèi)，而 另一方面仍然確保很好的冶金連結(jié)。按照所希望的涂覆類型，在涂覆 過程中供給或多或少的能量。在熔合(形成合金)時，不僅要熔化涂 層材料而且要熔化處于其下面的材料的上面區(qū)域。在擴(kuò)散時，只要熔 化涂層材料。處在下面的材料被加熱，但仍保持于凝固狀態(tài)。
碳化物形式的陶瓷材料以可能在較高的溫度下分解或者轉(zhuǎn)變?yōu)榫?有其他的幾何形狀的其他的碳化物。如果耐磨結(jié)構(gòu)6的硬粒子9由碳化物構(gòu)成，則為了保護(hù)這些碳化物，磨合襯層7適宜這樣進(jìn)行涂覆， 即，耐磨結(jié)構(gòu)6被加熱不超過碳化物的分解溫度。當(dāng)然，對于耐磨結(jié) 構(gòu)6在基體5上的涂覆，這也同樣適用。對此適宜這樣做，即，為實
受"地實現(xiàn)僅僅完:熔;t涂層材料:而處于其)面的材料仍^全保
持凝固的狀態(tài)，從而便導(dǎo)致上文所說明的擴(kuò)散結(jié)合。
可以通過涂層材料的噴鍍、涂層材料的熔化或涂層材料的燒結(jié)來 實現(xiàn)涂層過程。
為了實現(xiàn)耐磨結(jié)構(gòu)6往基體5上的涂覆以及為了實現(xiàn)磨合村層7 往耐磨結(jié)構(gòu)6上的涂覆，適宜的是，可以采用一種產(chǎn)生加熱斑點的、 相對待涂層表面可相對運(yùn)動的加熱裝置。為了構(gòu)成該加熱裝置，適宜 的是，可以采用至少一個產(chǎn)生激光束的激光槍和/或至少 一個感應(yīng)線 圏。代替激光束，也可以采用一種所謂的等離子體轉(zhuǎn)移電弧(PTA)。 其中，耐磨結(jié)構(gòu)和磨合襯層可以在分開的工序中或者在一個共同的工 序中涂覆。在每一情況下，適宜的是，可以以相同的方式實現(xiàn)涂覆， 因而，為了涂覆構(gòu)成耐磨性結(jié)構(gòu)6的涂層和為了涂覆磨合襯層7，可 采用同一裝置或者同樣構(gòu)造的裝置。
構(gòu)成耐磨性結(jié)構(gòu)6的涂層和/或磨合襯層7,如上所述，可以熔合 或擴(kuò)散到相應(yīng)配置的基底上。為了實現(xiàn)熔合，要產(chǎn)生一種構(gòu)成過渡區(qū) 域的熔體，它不僅包含容納層的組分而且包含待涂覆到其上的層的組 分。為此，將待涂覆的材料以及基底的表面附近區(qū)域都加熱到能實現(xiàn) 向液態(tài)相過渡的程度。為了實現(xiàn)擴(kuò)散，則只將相應(yīng)待涂覆的材料轉(zhuǎn)化 為液態(tài)相。
圖4和5中說明了適用的裝置。在兩種情況下，耐磨結(jié)構(gòu)6都是 以一涂層的形式涂覆到一基體5上，而磨合襯層7以另一涂層的形式 涂覆到耐磨結(jié)構(gòu)6上。
在按圖4的實施形式中，設(shè)置有兩個前后接連布置的能源，它們 是兩個接連設(shè)置的激光槍16、 17的形式，兩激光槍分別產(chǎn)生一個激光 束16a、 17a。代替激光槍，也可以設(shè)置PTA燒嘴(等離子體轉(zhuǎn)移電弧-燒嘴)和/或感應(yīng)線圏等。為每一能源或每一能量傳輸射線配置一
個材料供給裝置18或19,它們具有供應(yīng)輸入端18a、 19a，并產(chǎn)生作 為材料傳輸射線18b或19b表示的指向能量傳輸射線的材料供給。
相應(yīng)的涂層材料可以以圓形的或有棱角的金屬絲、帶材的形式或 者粉末形式供給待涂層的表面。在所示的實例中，處理的是粉末狀材 料。與此相應(yīng)地，供應(yīng)裝置18、 19經(jīng)由輸入端18a、 19a供應(yīng)相應(yīng)的 粉末狀材料并且發(fā)送出一種引導(dǎo)粉末狀材料的材料流18b或19b。其 中，粉末適宜通過保護(hù)氣體進(jìn)行輸送，以防氧化。
通過能量傳輸射線16a或17a，在所示的實例中分別為激光束的 形式，在待涂層的基底上產(chǎn)生一加熱斑點。同時，相應(yīng)配置的材料傳 輸射線18b或19b這樣定向，即，將涂層材料直接供給到加熱斑點或 者一個與其緊鄰的區(qū)域。在第一情況下，供給的材料與所配的能量傳 輸射線會合，從而以熔化的狀態(tài)到達(dá)相應(yīng)配置的基底上，基底通過余 能同樣被加熱。如果希望實現(xiàn)一種通過合金構(gòu)成的邊界層15,則將能 源16或17設(shè)定為，使得所供給的能量足以將涂層材料和基底表面附 近的區(qū)域都熔化。如果中間層15只需構(gòu)造為擴(kuò)散層，則將能源16或 17設(shè)定為，僅僅完全熔化涂層材料，而相應(yīng)配置的基底仍保持凝固的 狀態(tài)。對此，在采用激光槍的情況下，可以簡單地實現(xiàn)能量供給的精 確控制。
圖4中所設(shè)的能源16、 17及分別配置的材料傳輸裝置18、 19是 有間距地前后布置的。該間距可以選擇為，使得在涂覆磨合襯層7以 前耐磨結(jié)構(gòu)6便已完全凝固，或者在涂覆磨合襯層7時耐磨結(jié)構(gòu)6至 少在上面尚未凝固。
在當(dāng)前的實例中(其包括一個在含鐵的基體5上涂覆的、由具有 置入的陶瓷粒子的鎳合金組成的耐磨結(jié)構(gòu)6和一個通過包含銅和錫的 青銅構(gòu)成的磨合襯層7 )，將耐磨結(jié)構(gòu)6以及磨合襯層7都通過擴(kuò)散與 相應(yīng)配置的基底相結(jié)合。因此，上述在能量產(chǎn)生裝置16、 17之間的間 距選擇為，使得在涂覆磨合襯層7之前，首先產(chǎn)生的耐磨結(jié)構(gòu)6便已 完全凝固。其中，如上所述，能量傳輸應(yīng)這樣控制，即，只熔化相應(yīng)待涂覆的材料，而相應(yīng)的基底仍保持凝固的狀態(tài)。
圖4中示出了一個第三能量傳輸射線20,它設(shè)置在第二能量傳輸 射線17a的后面。借助于該后置的能量傳輸射線20，只傳輸這樣多的 能量，即，使磨合襯層7的表面變光滑并且適用于磨合過程。代替應(yīng) 用本身為光滑處理而設(shè)的能量傳輸射線20，也可以設(shè)想，在完成涂層 之后，借助于能量傳輸射線16a和/或17a進(jìn)行光滑處理，而沒有相應(yīng) 的材料供給。
在所示實例中，能源16、 17以及為其配置的材料供給裝置18、 19和產(chǎn)生后置能量傳輸射線20的能源都是固定設(shè)置的。相應(yīng)地，要 按箭頭v移動基體5，以制造所要的涂層。但也可設(shè)想，基體5固定 設(shè)置，而移動涂層裝置。在此，可以將全部的能量產(chǎn)生裝置連同必要 時配置的材料供給裝置組合成一個構(gòu)成統(tǒng)一可動的組件的涂層頭。
在按圖5的實施形式中，只以激光槍的形式設(shè)置一個能源21，它 產(chǎn)生一能量傳輸射線21a。給該能量傳輸射線供給兩個材料射線，以 形成第一個構(gòu)成耐磨結(jié)構(gòu)6的涂層和第二個構(gòu)成磨合襯層7的涂層。 為此可以設(shè)置兩個材料供給裝置。在所示實例中，只設(shè)置了一個材料 供給裝置22，它構(gòu)造成兩通道式的。相應(yīng)地，材料供給裝置22設(shè)有 兩個材料輸入端22a或22a'，用于構(gòu)成耐磨結(jié)構(gòu)6的材料或構(gòu)成磨合 襯層7的材料。材料供給裝置22也產(chǎn)生在涂層方向彼此后置的用于構(gòu) 成耐磨結(jié)構(gòu)6或構(gòu)成磨合襯層7的材料的兩個材料傳輸射線22b、22b'。
材料傳輸射線22b、 22b'定位成，首先使構(gòu)成耐磨結(jié)構(gòu)6的材料 傳輸射線22b到達(dá)尚未涂層的基體5表面，接著使構(gòu)成磨合襯層7的 材料傳輸射線22b'到達(dá)借助于射線22b已經(jīng)產(chǎn)生了的耐磨結(jié)構(gòu)6的上 面。射線22b、 22b'之間的間距在當(dāng)前情況下可以如此之小，使得已 涂覆的構(gòu)成耐磨結(jié)構(gòu)6的層仍然可以散發(fā)出足夠的能量，用以熔化為 構(gòu)成磨合襯層7而涂覆的材料。
為了產(chǎn)生很好適用于磨合目的的表面，如按圖4的實施形式那樣， 可以同樣采用一個后隨的能量傳輸射線20。關(guān)于作為統(tǒng)一一體組件的 結(jié)構(gòu)形式或基件5的運(yùn)動或涂層頭，前文所述內(nèi)容同樣適用。
權(quán)利要求
1.一種機(jī)械零件，它屬于大型發(fā)動機(jī)的具有兩個可相互相對運(yùn)動的機(jī)械零件的滑動副并且至少在面向相應(yīng)另一機(jī)械零件的側(cè)面的區(qū)域內(nèi)具有耐磨結(jié)構(gòu)(6)，該耐磨結(jié)構(gòu)具有容納于一金屬母體(8)中的由較硬材料制成的粒子(9)以及具有粗糙不平的表面，并且，該機(jī)械零件設(shè)計為大型發(fā)動機(jī)的活塞環(huán)(4)或氣缸套(1)或帶有至少一個活塞環(huán)槽(3)的活塞(2)或其他的滑動元件，其特征在于，在所述耐磨結(jié)構(gòu)(6)上涂覆有一個補(bǔ)償其上面的不平度和粗糙度的磨合襯層(7)，所述磨合襯層由一種在磨合過程中適于磨損的磨合材料構(gòu)成，該磨合材料不同于處在其下面的耐磨結(jié)構(gòu)(6)的材料并且與之冶金結(jié)合，而且該磨合材料比耐磨結(jié)構(gòu)(6)更軟以及至多與相應(yīng)對置的機(jī)械零件的滑動面同樣耐磨。
2. 按照權(quán)利要求l所述的機(jī)械零件，其特征在于，磨合襯層(7) 具有100至200HV的硬度。
3. 按照上述權(quán)利要求之一項所述的機(jī)械零件，其特征在于，構(gòu)成 磨合襯層(7)的材料具有至多1050X:的熔化溫度。
4. 按照權(quán)利要求3所述的機(jī)械零件，其特征在于，構(gòu)成磨合襯層 (7)的材料具有600X:至800。C的熔化溫度。
5. 按照上述權(quán)利要求之一項所述的機(jī)械零件，其特征在于，磨合 村層(7)在新狀態(tài)中具有50至300微米(nm)的平均厚度。
6. 按照上述權(quán)利要求之一項所述的機(jī)械零件，其特征在于，磨合 襯層(7)在新狀態(tài)中具有1至20Ra的表面粗糙度。
7. 按照上述權(quán)利要求之一項所述的機(jī)械零件，其特征在于，在磨 合襯層(7)的磨合材料中置入由更硬材料制成的粒子(14)。
8. 按照權(quán)利要求7所述的機(jī)械零件，其特征在于，置入的粒子(14 ) 由陶瓷材料構(gòu)成。
9. 按照權(quán)利要求8所述的機(jī)械零件，其特征在于，置入的粒子(14 ) 由八1203和/或CrO和/或03<:2構(gòu)成。
10. 按照權(quán)利要求7至9之一項所述的機(jī)械零件，其特征在于， 置入的粒子(14)在磨合襯層(7)的總體積上的份額為5至30%體 積。
11. 按照上述權(quán)利要求之一項所述的機(jī)械零件，其特征在于，作 為磨合襯層(7)基礎(chǔ)的磨合材料至少包含銅和/或錫。
12. 按照權(quán)利要求11所述的機(jī)械零件，其特征在于，作為磨合襯 層(7)基礎(chǔ)的磨合材料為包含70。/。Cu和30。/。Sn的青銅。
13. 按照權(quán)利要求11所述的機(jī)械零件，其特征在于，磨合襯層(7) 的磨合材料由巴氏合金構(gòu)成，它除銅和錫外還包含銻(Sb)。
14. 按照上述權(quán)利要求之一項所述的機(jī)械零件，其特征在于，容 納磨合襯層(7)的耐磨結(jié)構(gòu)(6)包含一種鎳合金作為母體(8),在 其中置入陶瓷材料的粒子(9)。
15. 按照上述權(quán)利要求之一項所述的機(jī)械零件，其特征在于，容 納磨合襯層(7)的耐磨結(jié)構(gòu)(6)是一個金屬的、優(yōu)選由鐵材料構(gòu)成 的基體(5)的涂層。
16. 按照權(quán)利要求14或15所述的機(jī)械零件，其特征在于，構(gòu)成 母體(8)的鎳合金包含l至15%體積的P， l至6。/o體積的Si，剩余 部分是Ni。
17. 按照權(quán)利要求16所述的機(jī)械零件，其特征在于，構(gòu)成母體(8) 的鎳合金包含3.65%體積的P和2.15%體積的Si,以及剩余部分是 M。
18. 按照上述權(quán)利要求之一項所述的機(jī)械零件，其特征在于，陶 瓷粒子(9)在容納磨合襯層的耐磨結(jié)構(gòu)(6)的總體積上的體積份額 為大于60%體積、優(yōu)選至多85%體積或者為85%體積。
19. 按照上述權(quán)利要求之一項所述的機(jī)械零件，其特征在于，耐 磨結(jié)構(gòu)(6)的陶瓷粒子(9)至少部分地由碳化鴒(WC)構(gòu)成并且 具有3000至5000HV的硬度。
20. 按照上述權(quán)利要求之一項所述的機(jī)械零件，其特征在于，耐 磨結(jié)構(gòu)(6)的優(yōu)選為陶瓷的粒子(9)是球形的，并且優(yōu)選具有40至160微米(nm)的直徑。
21. 按照權(quán)利要求7至20之一項所述的機(jī)械零件，其特征在于， 置入磨合襯層(7)中的優(yōu)選為陶瓷的粒子(14)是球形的，并且優(yōu)選 具有20至50微米(nm)的直徑。
22. 按照權(quán)利要求1所述的機(jī)械零件，其特征在于，該機(jī)械零件 屬于二沖程大型柴油機(jī)的一個滑動副。
23. 按照權(quán)利要求22所述的機(jī)械零件，其特征在于，該機(jī)械零件 構(gòu)成為活塞環(huán)(4)。
24. 按照權(quán)利要求22所述的機(jī)械零件，其特征在于，該機(jī)械零件 構(gòu)成為氣缸套(1)。
25. 按照權(quán)利要求22所述的機(jī)械零件，其特征在于，該機(jī)械零件 構(gòu)成為具有至少一個活塞環(huán)槽(3)的活塞(2)。
26. 用于制造按照上述權(quán)利要求之至少一項所述的機(jī)械零件的方 法，其特征在于，給具有耐磨結(jié)構(gòu)(6)的機(jī)械零件涂覆一個覆蓋所述 耐磨結(jié)構(gòu)(6)的磨合襯層(7),其中，在涂層過程中供給如此多的能 量，以致磨合襯層(7)在耐磨結(jié)構(gòu)(6)上產(chǎn)生一種冶金連結(jié)。
27. 按照權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于，磨合襯層(7) 被熔合到耐磨結(jié)構(gòu)(6)上。
28. 按照權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，磨合襯層(7) 被擴(kuò)散到耐磨結(jié)構(gòu)(6)上，其中，在涂層過程中只提供如此多的能量， 以致僅僅是作為磨合襯層(7)基礎(chǔ)的磨合材料熔化，而處在其下面的 耐磨結(jié)構(gòu)(6)材料仍保持凝固的狀態(tài)。
29. 按照上述權(quán)利要求26至28之一項所述的方法，其特征在于， 磨合襯層(7)被噴鍍到耐磨結(jié)構(gòu)(6)上。
30. 按照上述權(quán)利要求26至28之一項所述的方法，其特征在于， 磨合襯層(7)被熔化到耐磨結(jié)構(gòu)(6)上。
31. 按照上述權(quán)利要求26至30之一項所述的方法，其特征在于， 為了給耐磨結(jié)構(gòu)(6 )涂覆磨合襯層(7 )，采用 一個相對于耐磨結(jié)構(gòu)(6 ) 可相對運(yùn)動的、在其上產(chǎn)生一加熱斑點的加熱裝置(17， 21)，并且，向加熱斑點或一個與之緊鄰的區(qū)域中供給構(gòu)成磨合襯層(7)的材料。
32. 按照權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，為了產(chǎn)生加熱斑 點而采用 一激光槍或一 PTA燒嘴。
33. 按照權(quán)利要求31或32所述的方法，其特征在于，構(gòu)成磨合 襯層(7)的材料是作為粉末、金屬絲或帶材供給加熱斑點的。
34. 按照上述權(quán)利要求26至33之一項所述的方法，其特征在于， 對于作為一個基體(5)的涂層構(gòu)造的耐磨結(jié)構(gòu)(6)，將該耐磨結(jié)構(gòu)和 容納于其上的磨合襯層(7)以相同方式涂覆到相應(yīng)配置的基底上。
35. 按照權(quán)利要求34所述的方法，其特征在于，在一個工序中制 造耐磨結(jié)構(gòu)(6)和磨合襯層(7)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種屬于滑動副的機(jī)械零件(4)，它至少在面向與其配合作用的機(jī)械零件的側(cè)面的區(qū)域內(nèi)具有耐磨結(jié)構(gòu)(6)，該耐磨結(jié)構(gòu)具有容納于一金屬母體中的較硬的粒子和具有粗糙不平的表面，可以通過下述方式降低制造費用并達(dá)到很好的磨合性能，即，在耐磨結(jié)構(gòu)(6)上涂覆一個補(bǔ)償其上面的不平度和粗糙度的磨合襯層(7)，所述磨合襯層由一種在磨合過程中適于磨損的磨合材料構(gòu)成，該磨合材料不同于處在其下面的耐磨結(jié)構(gòu)(6)的材料并且與之冶金結(jié)合，而且該磨合材料比耐磨結(jié)構(gòu)(6)更軟以及至多與相應(yīng)對置的機(jī)械零件的滑動面同樣耐磨。
文檔編號C23C4/06GK101680073SQ200880013303
公開日2010年3月24日 申請日期2008年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月25日
發(fā)明者J·W·福格, L·莫丘爾斯基, M·E·本松 申請人:曼柴油機(jī)歐洲股份公司曼柴油機(jī)德國分公司