專利名稱：絲狀噴涂材料、可由其產(chǎn)生的功能層和利用噴涂材料給基材涂層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種特別是用于電弧線材金屬噴涂的成本低廉的絲狀噴涂材料，在絲中主要包括含12 20%Cr的鐵鉻合金，還涉及可由其產(chǎn)生的耐腐蝕的、緊密的具有足夠高硬度和摩擦學(xué)上有利的特性的功能層，該層中含有至少10%的Cr。本發(fā)明還涉及一種用于給基材涂層的方法，其中使絲狀噴涂材料在電弧中熔化并且在基材上沉積成功能層。通過使用氮作為過程氣體使氮滲入層中，其一方面通過間隙硬化引起附加的強度，另一方面形成減少磨損和降低摩擦的氮化物。
背景技術(shù)：
出于能效和減少排放的原因在制造內(nèi)燃機時追求盡可能低的摩擦以及盡可能高的耐磨和耐磨損強度。為此發(fā)動機結(jié)構(gòu)部件，例如氣缸孔或其壁部具有工作面層或在氣缸 孔內(nèi)嵌入有具有工作面層的氣缸套。這種工作面層的施加大多借助熱噴涂、例如電弧線材金屬噴涂進行。在電弧線材金屬噴涂時，在兩個絲狀的噴涂材料之間通過施加電壓產(chǎn)生電弧。在此情況下絲尖熔掉并且例如借助霧化氣體被輸送待涂層的表面、例如氣缸壁上并且在此沉積。DE 102007010698A1公開了一種用于借助電弧線材金屬噴涂制造涂層的方法，其中輸送O. 51% (重量)碳化硼的鐵合金。該鐵合金具有下列成分0. I、. 7% (重量)的碳；10^18% (重量)的鉻；0. 8^2% (重量)的鑰；最多2% (重量)的錳和最多1% (重量)的硅。其他鐵基絲狀噴涂材料由 DE 102008034548B3 以及 DE 102008034550B3 和 DE102008034551B3公開。碳化硼的輸入實現(xiàn)了硼化鐵的形成從而提高了層硬度。但這一點增加了工藝成本并使可切削性變差。公知的是,基于低合金度(niedriglegierten)的鐵碳材料合金的傳統(tǒng)層系統(tǒng)類似于鑄鐵表面易受腐蝕。另一方面，迄今為止研究的含鉻層僅通過例如附加滲入硬料微粒例如像碳化硼取得所需的硬度。這一點還需要獨立于絲輸送裝置地借助粉末輸送裝置復(fù)雜地輸送粉末。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種特別是用于電弧線材金屬噴涂的、得到改進的絲狀噴涂材料。在此除了良好的噴涂性能外，目標還包括有針對性的層特性和良好的可加工性。層特性包括足夠的耐腐蝕性以及應(yīng)處于40(T850HV O. I范圍內(nèi)的足夠硬度。具有這些特性的層應(yīng)在無需附加輸送裝置的情況下實現(xiàn)。依據(jù)本發(fā)明該目的通過具有按權(quán)利要求I所述特征的絲狀噴涂材料得以實現(xiàn)。具有優(yōu)點的改進方案是從屬權(quán)利要求的主題。特別是用于電弧線材金屬噴涂的依據(jù)本發(fā)明的絲狀噴涂材料主要包括鐵鉻合金。所追求的耐腐蝕層需要最低含量為10% (重量)的Cr，以及O. 7% (重量)的C。為此噴涂絲中的Cr成分和C成分必須這樣選擇，以在工藝過程期間滿足這兩種元素的汽化。研究表明，噴涂絲合金成分的規(guī)定必須考慮絲中的直到2% (重量)的Cr含量以及直到25%的碳含量的汽化。例如，無腐蝕層中Cr的10%的最低濃度對應(yīng)于絲中12 20% (重量)的Cr的初始濃度。例如，層中O. 9%的C需要絲中最低1.2% (重量)的(C)濃度。在現(xiàn)場通過從過程氣體中加入氮對噴涂基材進行合金化，提供了用于實現(xiàn)所希望的層特性的附加值。這樣便產(chǎn)生了含有間隙固溶的(interstitiell geloestem)氮以及埋入的氮化物的區(qū)域，該氮化物在涂層過程期間由過程氣體N2與熔化的合金滴區(qū)域的反應(yīng)形成。這兩個合金過程都明顯有利于提高層硬度和耐磨強度。同時所形成的氮化物利于降低摩擦。通過有針對性的調(diào)整過程氣體的體積流量，可以在層中實現(xiàn)Fe0〈0. 5%的鐵氧化物含量。由此產(chǎn)生緊湊少孔的層，其與被氧化的層相比更不易層離的。


下面借助附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細說明。其中圖I示出具有通過電弧線材金屬噴涂沉積的層的基材。
具體實施例方式圖I示出具有通過電弧線材金屬噴涂(LDS)沉積的層2的基材I。在電弧線材金屬噴涂時，向涂層頭3輸送兩個絲狀噴涂材料4。在絲狀噴涂材料4之間點燃一電弧5。與此情況下，絲狀噴涂材料4熔化并借助載氣有針對性地被施加到待覆層的基材I上，并在那里冷卻、凝固、形成層2。絲狀噴涂材料4主要包括鐵鉻合金。噴涂材料至少利用碳作為微量合金(元素)這樣形成，使得在噴涂材料冷卻時便已經(jīng)形成主要/大部分的馬氏體。此外在合金中含有用于形成耐磨相和用于降低摩擦的合金成分，例如氮化鉻(鉻氮化物)、碳化物。
在所述絲中具有下列合金成分-碳O. 7% (重量) I. 2% (重量)，-絡(luò)12% (重量)20% (重量)，-猛O.8% (重量) 2% (重量)，-鑰O. 4% (重量廣I. 3% (重量)，-鎳O. 01% (重量) I % (重量)，-硫O. 01% (重量) O. 035% (重量)，-銅O. 01% (重量) O. 4% (重量)。依據(jù)本發(fā)明的絲合金的使得能夠形成錳硫化物和鑰硫化物的硫含量，與現(xiàn)有技術(shù)的絲合金相比尤其具有優(yōu)點。錳硫化物在可切削性方面改善經(jīng)熱噴涂的功能層的產(chǎn)品特性，而鑰硫化物起固體潤滑材料的作用。特別優(yōu)選的是，所述絲中附加地含有下列合金成分中的一種或多種-份額為O.01% (重量廣1% (重量)的硅，-份額為O.01% (重量) 0· 3% (重量)的釩，-份額為O.01% (重量) O. 045% (重量)的磷，
-最多份額為O.01% (重量)的鋁。如 果沒有其他說明，這些數(shù)量說明為各自相對于總重量的重量。合金的主要成分是鐵。利用由這種合金形成的絲狀噴涂材料4進行的電弧線材金屬噴涂使得產(chǎn)生一種具有低孔隙度和低粗糙度的、特別均勻的降低摩擦功率的功能層2。降低摩擦功率的經(jīng)電弧線材金屬噴涂形成的功能層2主要包括，具有下列合金成分的鐵基合金-碳O. 45% (重量) O. 8% (重量),-猛O.8% (重量廣2% (重量)，-鑰O. 4% (重量) I. 3% (重量)，-鉻彡10%(重量)，以及-鎳O. 01% (重量) I % (重量)，-硫O. 01% (重量) O. 035% (重量)，-銅O. 01% (重量) O. 35% (重量)，以上重量皆是相對于總重量的百分比。特別優(yōu)選的是，在功能層2中附加含有下列合金成分-娃,含量O.01% (重量) I % (重量)，-f凡,含量 O. 01% (重量)0.3% (重量)，-憐,含量O. 01% (重量)0.045% (重量)，-招,含量最多O.01% (重量)，以上重量百分比皆是相對于總重量的百分比。此外優(yōu)選的是，功能層2具有間隙固溶的鐵氮化物和鉻氮化物，其中，合金的氮含量份額為相對于總重量O. 01% (重量) 2% (重量)。氮改善了功能層2的均質(zhì)性和顆粒細度。鐵氮化物和鉻氮化物在保證高耐腐蝕性的同時，保證功能層2的層硬度和耐磨性。依據(jù)本發(fā)明的功能層2的特征特別是，對500直至IOOOppm高硫含量的柴油的高耐抗性，而現(xiàn)有技術(shù)的功能層在與這種燃料接觸時迅速腐蝕。依據(jù)本發(fā)明，通過將依據(jù)本發(fā)明的絲狀噴涂材料4在電弧5中熔化并使之作為功能層2沉積在基材I上進行對基材I的覆層，其中使用氮作為過程氣體/工藝氣體。使用氮作為過程氣體使間隙固溶體的鐵氮化物和鉻氮化物形成并結(jié)合到功能層2中。同時，鐵氧化物的形成得到抑制，這種鐵氧化物會使層特性變差，特別是使孔隙度提高、使可切削性變差并產(chǎn)生導(dǎo)致層破裂的結(jié)合/內(nèi)聚薄弱部位。絲狀噴涂材料4在電弧5中的熔化優(yōu)選在至少9000W的熔化功率下進行，特別是以至少250A的電流強度和/或至少36V的電壓進行。由此，在熔化時可以產(chǎn)生非常細的微粒，這種微粒又可以形成非常緊密的層構(gòu)造。為了使非常細的微粒由于設(shè)備抽吸的吸走保持在盡可能低的水平，具有優(yōu)點的是，構(gòu)造高速微粒射流(高噴射速度)。這可以通過使用例如在DE 102008004607A1中所描述的漸縮闊噴嘴/拉伐噴嘴進行。絲狀噴涂材料4具有優(yōu)點地以最大12m/s的速度輸送，熔化微粒的射流以最大20m/s的速度被抽走。這些參數(shù)極限保證了優(yōu)選層構(gòu)造的形成，同時使重要的合金成分不被抽走或汽化掉。此外具有優(yōu)點的是，通過在加熱爐內(nèi)的調(diào)溫處理或通過局部感應(yīng)加熱產(chǎn)生功能層2的壓力內(nèi)應(yīng)力，因為這樣改善了功能層2在基材I上的附著性。附圖標記列表I 基材2 層3涂層頭4絲狀噴涂材料
5 電弧
權(quán)利要求
1.特別是用于電弧線材金屬噴涂的絲狀噴涂材料(4)，主要包括鐵，其特征在于，噴涂材料(4)至少利用碳作為微量合金這樣形成，使得在噴涂材料凝固時，產(chǎn)生降低摩擦功率的功能層(2)，其中，包括分別相對于總重量的下列合金成分-碳O. 7% (重量) I. 2% (重量)， -鉻12% (重量) 20% (重量)， -猛O. 8% (重量廣2% (重量)， -鑰O. 4% (重量) 1.3% (重量), -鎳O. 01% (重量) I % (重量)， -硫O. 01% (重量) O. 035% (重量)， -銅O. 01% (重量) O. 4% (重量)。
2.按權(quán)利要求I所述的絲狀噴涂材料(4)，其特征在于，含有分別相對于總重量的 份額為O. 01% (重量) I % (重量)的硅， 份額為O. 01% (重量) O. 3% (重量)的釩， 份額為O. 01% (重量) O. 045% (重量)的磷， 份額為最多O. 01% (重量)的鋁。
3.降低摩擦功率的——特別是經(jīng)電弧線材金屬噴涂的——功能層(2)，主要包括鐵基合金，包括分別相對于總重量的下列合金成分 -碳O. 45% (重量) O. 8% (重量)， -猛O. 8 2% (重量), -鑰0·4 1·3% (重量)， -鉻彡10% (重量)， -鎳O. 01% (重量) I % (重量)， -硫O. 01% (重量) O. 035% (重量)， -銅O. 01% (重量) O. 35% (重量)。
4.按權(quán)利要求3所述的功能層(2)，其特征在于，含有分別相對于總重量的 份額為O. 01% (重量) I % (重量)的硅， 份額為O. 01% (重量)、.3% (重量)的釩， 份額為O. 01% (重量) O. 045% (重量)的磷， 份額為最多O. 01% (重量)的鋁。
5.按權(quán)利要求3或4所述的功能層(2)，其特征在于，功能層(2)具有間隙固溶的鐵氮化物和鉻氮化物，其中，合金的氮成分相對于總重量的份額為O. 01% (重量(重量)。
6.用于給基材(I)涂層的方法，其中使按權(quán)利要求I或2所述的絲狀噴涂材料(4)在電弧(5)中熔化并且在基材(I)上沉積成按權(quán)利要求3或4所述的功能層(2)，其中，使用氮作為過程氣體。
7.按權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，絲狀噴涂材料(4)在至少9000W的熔化功率下一特別是以至少250Α的電流強度和/或至少36V的電壓一在電弧中熔化。
8.按權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于，以最大12m/s的速度輸送絲狀噴涂材料(4)并以最大20m/s的速度抽走被熔化的微粒的射流。
9.按權(quán)利要求61之一所述的方法，其特征在于，通過在加熱爐中的調(diào)溫處理或通過局部的感應(yīng)加熱在功能層·(2)中產(chǎn)生壓力內(nèi)應(yīng)力。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于電弧線材金屬噴涂的鐵基的絲狀噴涂材料(4)以及一種由此可以在基材(1)上產(chǎn)生的功能層(2)。功能層(2)對高硫含量的柴油具有良好的耐腐蝕性。
文檔編號C22C38/38GK102906297SQ201180025401
公開日2013年1月30日 申請日期2011年5月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月22日
發(fā)明者P·伊茲奎爾多, R·竹斯, T·盧克斯, E·A·奧茲丹尼茲 申請人:戴姆勒股份公司