特別是用于氣缸工作面的滑動(dòng)配置系統(tǒng)以及用以制造該滑動(dòng)配置系統(tǒng)的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種滑動(dòng)配置系統(tǒng)，包括：由鋁材料構(gòu)成的基體(1)，特別是曲軸箱；和作為滑動(dòng)面(11)特別是作為氣缸工作面通過熱噴涂被施加于基體(1)上的涂層(2)，其中，所述滑動(dòng)面(11)包括由第一材料(4)構(gòu)成的第一相(6)和由第二材料(5)構(gòu)成的第二相(7)，所述第一材料(4)與所述第二材料(5)不同，所述第一材料(4)包括至少50質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的鐵(Fe)，并且所述第二材料(5)包括至少50質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的銅(Cu)。
【專利說明】
特別是用于氣缸工作面的滑動(dòng)配置系統(tǒng)以及用以制造該滑動(dòng)配置系統(tǒng)的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種滑動(dòng)配置系統(tǒng)和一種用以制造該滑動(dòng)配置系統(tǒng)的方法，特別是用于內(nèi)燃機(jī)中的氣缸工作面。此外，本發(fā)明還涉及具有該滑動(dòng)配置系統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]由現(xiàn)有技術(shù)已知熱噴涂的滑動(dòng)面，例如鋁質(zhì)曲軸箱中的氣缸工作面。對(duì)于批量生產(chǎn)，優(yōu)選在鐵基上施加涂層。為了優(yōu)化性能，特別是摩擦、磨損和自潤滑性能，可以有針對(duì)性地往涂層中加入不同的合金元素或微粒。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提出一種滑動(dòng)配置系統(tǒng)和一種用以制造該滑動(dòng)配置系統(tǒng)的方法， 特別是用于內(nèi)燃機(jī)中的氣缸工作面，其在制造經(jīng)濟(jì)的情況下能夠?qū)崿F(xiàn)堅(jiān)固耐久的滑動(dòng)面， 特別是應(yīng)達(dá)到不同的性能，諸如滑動(dòng)面的低摩擦、低磨損和良好的自潤滑性能。此外，本發(fā)明的目的是提出一種具有所述滑動(dòng)配置系統(tǒng)的相應(yīng)的內(nèi)燃機(jī)。
[0004]上述目的通過獨(dú)立權(quán)利要求的特征得以實(shí)現(xiàn)。從屬權(quán)利要求涉及本發(fā)明的一些有益設(shè)計(jì)。
[0005]由此，上述目的通過這樣的滑動(dòng)配置系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)，該滑動(dòng)配置系統(tǒng)包括:由鋁材料構(gòu)成的基體，特別是曲軸箱;和作為滑動(dòng)面特別是作為氣缸工作面通過熱噴涂被施加于基體上的涂層，其中，所述滑動(dòng)面包括由第一材料構(gòu)成的第一相和由第二材料構(gòu)成的第二相，所述第一材料與所述第二材料不同，所述第一材料包括至少50質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的鐵(Fe)，并且所述第二材料包括至少50質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的銅(Cu)。
[0006]由此，滑動(dòng)面的第一相包括鐵基合金，特別是使用非合金鋼或低合金鋼。第二相包括銅基材料，特別是鋁青銅。在所述滑動(dòng)面中，兩種原始材料并不是完全一起熔合成合金， 而是使這兩種材料至少部分地體現(xiàn)(重新恢復(fù))為獨(dú)立的相。特別是，比第二材料更多地使用第一材料，使得所述第一材料(特別是鋼)構(gòu)成基質(zhì)，其中，在該基質(zhì)內(nèi)嵌入包括所述第二材料(特別是青銅)的第二相。鋼具有下述優(yōu)點(diǎn):它在強(qiáng)度高和導(dǎo)熱性好的同時(shí)有非常小的磨損。由此，借助在滑動(dòng)面內(nèi)的第一材料或者說第一相，在耐磨強(qiáng)度良好的情況下可以承受大的負(fù)荷。主要包括銅的第二相是用來減少滑動(dòng)面的摩擦。
[0007]有益的是，作為第二材料，使用含有至少70質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的銅(Cu)和至少一種另外的合金元素(包括^KAl))的青銅。
[0008]優(yōu)選的是，第一材料與第二材料的比例(特別是在原材料中)在60:40和95: 5之間 (第一材料:第二材料)。由此產(chǎn)生用于構(gòu)成基質(zhì)的第一相，尤其是含鐵的。在該第一相內(nèi)嵌入有第二相，尤其是含銅的。
[0009]本發(fā)明此外還包括一種用以制造滑動(dòng)配置系統(tǒng)的方法，特別是用以制造這里所說明的滑動(dòng)配置系統(tǒng)的方法。該方法優(yōu)選應(yīng)用于內(nèi)燃機(jī)中的氣缸工作面。該方法至少包括下列步驟:(i)提供基體，優(yōu)選內(nèi)燃機(jī)的曲軸箱。該基體包括鋁材料，優(yōu)選包括鋁合金。以及，(ii)在基體上熱噴涂涂層。該熱噴涂的涂層(優(yōu)選在適當(dāng)?shù)臋C(jī)械處理工藝之后，特別是搪磨之后)形成滑動(dòng)面。在進(jìn)行涂層之前，優(yōu)選對(duì)要涂層的表面實(shí)施活化處理。在進(jìn)行熱噴涂時(shí)， 使用至少兩種不同的材料。在此，同時(shí)地?zé)釃娡窟@兩種材料。這兩種材料也可以稱為噴涂材料。例如將這兩種材料作為兩根絲材或者作為一根以外套包覆的絲材供給噴涂過程。然而所述至少兩種材料在供給到熱噴涂過程時(shí)甚至可能相互熔為合金，對(duì)此，于是要相應(yīng)地選擇用于噴涂的溫度，使得合金僅僅部分地熔合并且在涂層中產(chǎn)生兩個(gè)相。
[0010]通過同時(shí)熱噴涂兩種材料而產(chǎn)生了包括兩個(gè)相的滑動(dòng)面，其中，第一相為鐵基合金，特別是非合金鋼或低合金鋼，而第二相包括銅基材料，特別是鋁青銅。通過熱噴涂過程， 兩種原始材料并不是完全一起熔合成合金，或者，如果所述材料在熱噴涂之前存在于一種合金之中，該合金在熱噴涂時(shí)至少部分地發(fā)生分解。在兩種情況下，這兩種材料在涂層或者說滑動(dòng)面中至少部分地體現(xiàn)(重新恢復(fù))為獨(dú)立的相。特別是，比第二材料更多地使用第一材料，使得所述第一材料(特別是鋼)構(gòu)成基質(zhì)，其中，在該基質(zhì)中嵌入包括所述第二材料 (特別是青銅)的第二相。通過這種按照本發(fā)明進(jìn)行的涂層制造，可以根據(jù)材料的選擇來實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)面的各種大不相同的性能。在本發(fā)明方法的范圍內(nèi)，如同在本發(fā)明的滑動(dòng)面中那樣， 設(shè)定相同的原料和材料質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。
[0011]有益的是，使用等離子噴涂、高速火焰噴涂、電弧絲材噴涂或冷氣噴涂作為熱噴涂過程。
[0012]在等離子噴涂的情況中和在冷氣噴涂的情況中，通常使用粉末。在此所說明的方法中，相應(yīng)地將不同材料的兩種不同粉末同時(shí)地供給等離子噴涂過程。
[0013]在高速火焰噴涂的情況中，可以使用粉末或者使用絲材。在使用粉末的情況下，又是使用不同材料的兩種不同粉末。
[0014]在電弧絲材噴涂的情況中，使用絲材，特別是兩根、三根或四根絲材。與此相應(yīng)地， 這時(shí)以絲材的形式供給兩種材料。
[0015]不論是在電弧絲材噴涂的情況中還是在高速火焰噴涂的情況中，對(duì)于使用絲材， 存在著兩種不同的優(yōu)選方案:一是可以供給由第一材料構(gòu)成的第一絲材并同時(shí)供給由第二材料構(gòu)成的第二絲材。此外優(yōu)選規(guī)定:使用唯一一根絲材，該絲材的芯部由第二材料構(gòu)成并且該絲材的芯部的外套由第一材料構(gòu)成。通過這種方式，可以將兩種材料以僅僅一根絲材的形式同時(shí)供給熱噴涂過程。
[0016]利用不同熱噴涂方法進(jìn)行的試驗(yàn)表明:在調(diào)定適當(dāng)工藝參數(shù)的情況下，兩種材料在熱噴涂過程中并不完全熔透成合金，而是至少部分地作為兩種不同的相存在于涂層中。 這一點(diǎn)例如在顯微照片中可以清楚地看出。
[0017]此外，本發(fā)明還包括一種內(nèi)燃機(jī)，其具有所述滑動(dòng)面作為氣缸工作面。另外，有益地規(guī)定:按照上述方法來制造本發(fā)明的具有所述滑動(dòng)面的內(nèi)燃機(jī)。
[0018]通過本發(fā)明，可以在滑動(dòng)面內(nèi)同時(shí)利用第一材料的高耐磨強(qiáng)度和第二材料的低摩擦。由此，在內(nèi)燃機(jī)中盡管實(shí)現(xiàn)了耐磨強(qiáng)度卻依然能減小摩擦，從而降低燃料消耗和C02排放?！靖綀D說明】
[0019]本發(fā)明的其他一些細(xì)節(jié)、特征和優(yōu)點(diǎn)可由下文的說明和附圖獲得。附圖示出:
[0020]圖1為本發(fā)明滑動(dòng)配置系統(tǒng)和本發(fā)明方法的實(shí)施例的示意圖，和 [0021 ]圖2為一種可以使用在本發(fā)明方法的實(shí)施例中的絲材?！揪唧w實(shí)施方式】
[0022]借助圖1和2對(duì)具有滑動(dòng)面11的滑動(dòng)配置系統(tǒng)和用以制造該滑動(dòng)配置系統(tǒng)11的方法進(jìn)行說明。
[0023]圖1以示意方式大大簡(jiǎn)化地表示出基體1(在此構(gòu)造為鋁質(zhì)曲軸箱)的局部區(qū)段。通過熱噴涂，將一涂層2施加于基體1上。涂層2的外表面在機(jī)械加工之后便構(gòu)成滑動(dòng)面11，該滑動(dòng)面用作氣缸工作面。
[0024]為了進(jìn)行熱噴涂過程而使用熱噴涂設(shè)備3。特別是，該熱噴涂設(shè)備3為用于等離子噴涂、高速火焰噴涂或電弧絲材噴涂或冷氣噴涂的設(shè)備。
[0025]給所述熱噴涂設(shè)備3同時(shí)供給第一材料4和第二材料5。第一材料4主要由鋼或鐵構(gòu)成。第二材料5包括很大份額的銅。
[0026]通過熱噴涂過程將兩種材料4、5同時(shí)涂覆到基體1上，從而產(chǎn)生涂層2。
[0027]如圖1中的示意圖所示，由第一材料4產(chǎn)生第一相6。由第二材料5產(chǎn)生第二相7,該第二相嵌入第一相6中。
[0028]圖2所示出的絲材8特別是可以應(yīng)用于電弧絲材噴涂或應(yīng)用于高速火焰噴涂。該絲材8具有由第二材料5構(gòu)成的芯部9。芯部9被由第一材料4構(gòu)成的外套10所包圍。借助所示絲材8，可以同時(shí)給熱噴涂設(shè)備3供給兩種材料4、5。
[0029]附圖標(biāo)記列表
[0030]1 基體[〇〇31]2 涂層[〇〇32]3熱噴涂設(shè)備[〇〇33]4第一材料(鋼)[〇〇34]5第二材料(青銅)
[0035]6第一相(基質(zhì))
[0036]7第二相(嵌入物)
[0037]8 絲材
[0038]9 芯部
[0039]10 外套
[0040]11滑動(dòng)面
【主權(quán)項(xiàng)】
1.滑動(dòng)配置系統(tǒng)，包括:?由鋁材料構(gòu)成的基體(1)，特別是曲軸箱，和?通過熱噴涂被施加于基體(1)上的涂層(2)，作為滑動(dòng)面(11)，特別是作為氣缸工作 面，?其中，所述滑動(dòng)面(11)包括由第一材料(4)構(gòu)成的第一相(6)和由第二材料(5)構(gòu)成 的第二相(7)，所述第一材料(4)與所述第二材料(5)不同，所述第一材料(4)包括至少50質(zhì) 量百分?jǐn)?shù)的鐵(Fe)，并且所述第二材料(5)包括至少50質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的銅(Cu)。2.如權(quán)利要求1所述的滑動(dòng)配置系統(tǒng)，其特征在于:所述第一材料(4)包括至少70質(zhì)量 百分?jǐn)?shù)的鐵(Fe)。3.如前述權(quán)利要求之任一項(xiàng)所述的滑動(dòng)配置系統(tǒng)，其特征在于:所述第二材料(5)包括 至少70質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的銅(Cu)。4.如權(quán)利要求3所述的滑動(dòng)配置系統(tǒng)，其特征在于:所述第二材料是含有至少70質(zhì)量百 分?jǐn)?shù)的銅(Cu)和至少一種另外的合金元素的青銅，該合金元素包括鋁(A1)。5.如前述權(quán)利要求之任一項(xiàng)所述的滑動(dòng)配置系統(tǒng)，其特征在于:所述第一材料(4)與第 二材料(5)的比例在60:40和95:5之間(第一材料:第二材料)。6.內(nèi)燃機(jī)，其具有曲軸箱作為如前述權(quán)利要求之任一項(xiàng)所述的滑動(dòng)配置系統(tǒng)的基體 (1)并具有氣缸工作面作為如前述權(quán)利要求之任一項(xiàng)所述的滑動(dòng)配置系統(tǒng)的滑動(dòng)面(11)。7.用以制造滑動(dòng)配置系統(tǒng)的方法，特別是用以制造內(nèi)燃機(jī)中的氣缸工作面的方法，包 括下列步驟:-提供由鋁材料構(gòu)成的基體(1 )，特別是曲軸箱，和-在基體(1)上熱噴涂涂層(2)，以制成滑動(dòng)面(11)，其中，在熱噴涂過程中同時(shí)涂覆第 一材料(4)和與該第一材料不同的第二材料(5)，使得所述滑動(dòng)面(11)具有由第一材料(4) 構(gòu)成的第一相(6)和由第二材料(5)構(gòu)成的第二相(7 )，所述第一材料(4)包括至少50質(zhì)量百 分?jǐn)?shù)、優(yōu)選至少70質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的鐵(Fe)，并且所述第二材料(5)包括至少50質(zhì)量百分?jǐn)?shù)、優(yōu) 選至少70質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的銅(Cu)。8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于:使用電弧絲材噴涂作為熱噴涂過程，其中，將 兩種材料(4，5)作為絲材同時(shí)供給。9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于:使用這樣的絲材(8)，該絲材的芯部(9)由所 述第二材料(5)構(gòu)成并且該絲材的芯部(9)的外套(10)由所述第一材料(4)構(gòu)成。10.內(nèi)燃機(jī)，其具有滑動(dòng)配置系統(tǒng)，其中，所述滑動(dòng)配置系統(tǒng)是按照權(quán)利要求7至9之任一項(xiàng)制造的。
【文檔編號(hào)】C23C4/12GK106029935SQ201580008752
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2015年3月11日
【發(fā)明人】B·施萊夫, W·瓦格納
【申請(qǐng)人】寶馬股份公司