一種用於熱噴塗應用的合金組合物的製作方法

2023-05-18 10:49:51 1

本發明涉及鋼鐵冶金學，並且更具體地涉及用於熱噴塗金屬沉積法的鐵合金組合物。

背景技術：

該部分的陳述僅僅提供與本發明相關的背景信息，並且可以或可以不構成現有技術。

典型的熱噴塗方法使用多種類型的金屬組合物以實現特定的最終機械特性。在一些應用中，在熱噴塗過程之後對合金塗層進行機械加工。例如，發動機機體的汽缸膛的熱噴塗塗層需要第一機械加工操作以使缸膛的尺寸便於適當的活塞配合。可以採用第二機械加工操作以在合金塗層的表面上形成特定的表面裝飾或圖案用以潤滑和耐磨。

儘管當前的熱噴塗材料組合物實現了其預期目的，但是始終需要顯示出改進的性能，尤其是從塗層龜裂、機械加工性、潤滑性和機械特性的角度考慮的新型且改進的材料組合物。因此，在該領域中需要一種改進這些性能特性的改進的熱噴塗材料組合物。

技術實現要素：

本發明為用於使用等離子體傳送線弧熱噴塗裝置沉積到母體金屬表面(例如鋁)上的鐵基合金。合金包括約0.10重量％至約0.75重量％的量的碳C、約0.50重量％至約2.50重量％的量的錳Mn、約0.30重量％至約1.50重量％的量的矽Si、約0.40重量％至約3.00重量％的量的鋁Al，以及約0.10重量％至約0.35重量％的量的硫S。合金的餘量是鐵Fe。

在本發明的另一個實施例中，合金進一步包括約0.15重量％至約0.75重量％的量的碳C、約0.00重量％至約3.00重量％的量的鉻Cr、約0.00重量％至約1.00重量％的量的鉬Mo、約0.30重量％至約1.50重量％的量的矽Si、約0.40重量％至約3.00重量％的量的鋁Al、約0.00重量％至約1.00重量％的量的鈦Ti、以及約0.10重量％至約0.35重量％的量的硫S。合金的餘量是鐵Fe。

在本發明的又另一個實施例中，合金進一步包括約0.28重量％至約0.35重量％的量的碳C、約1.35重量％至約1.65重量％的量的錳Mn、約0.95重量％至約2.00重量％的量的鉻Cr、約0.00重量％至約0.40重量％的量的鉬Mo、約0.50重量％至約1.00重量％的量的矽Si、約1.10重量％至約1.40重量％的量的鋁Al、約0.00重量％至約0.60重量％的量的鈦Ti、約0.24重量％至約0.33重量％的量的硫S、以及約0.00重量％至約0.03重量％的量的磷P。合金的餘量是鐵Fe。

在本發明的又另一個實施例中，合金進一步包括約0.25重量％至約0.30重量％的量的碳C、約1.35重量％至約1.65重量％的量的錳Mn、約0.50重量％至約1.00重量％的量的矽Si、約1.10重量％至約1.40重量％的量的鋁Al、約0.24重量％至約0.33重量％的量的硫S，以及約0.00重量％至約0.03重量％的量的磷P。合金的餘量是鐵Fe。

在本發明的又另一個實施例中，合金進一步包括約0.10重量％至約0.60重量％的量的碳C、約1.00重量％至約2.00重量％的量的錳Mn、約8.00重量％至約30.00重量％的量的鉻Cr、約0.00重量％至約3.00重量％的量的鉬Mo、約0.30重量％至約1.50重量％的量的矽Si、約0.40重量％至約3.00重量％的量的鋁Al、約0.00重量％至約1.00重量％的量的鈦Ti、約0.10重量％至約0.33重量％的量的硫S，以及約0.00重量％至約14.00重量％的量的鎳Ni。合金的餘量是鐵Fe。

在本發明的又另一個實施例中，合金被形成到用於等離子體傳送線弧熱噴塗裝置的線材和粉末中的一種中。

在本發明的又另一個實施例中，合金被沉積到內燃發動機的汽缸體的汽缸壁上。

在本發明的又另一個實施例中，汽缸體由鑄造鋁合金製成。

從以下結合附圖對實施本發明的最佳方式進行的詳細描述中能夠很容易了解到本發明的上述特徵和優點以及其他特徵和優點。

附圖說明

圖1是根據本發明的用於內燃發動機的汽缸體的透視圖；

圖2是根據本發明的汽缸體的塗覆汽缸膛壁的橫截面；以及

圖3是根據本發明的用於汽缸膛壁的塗層的合金組成的表格。

具體實施方式

參照圖1，示出了內燃發動機的汽缸體(其通常用參考數字10表示)，並且現在將對其進行描述。汽缸體10具有幾個主要特徵件，包括多個汽缸膛12、曲軸箱部分14、缸蓋頂面16、水泵部分18、底殼導軌20、以及軸承蓋22。更具體地，多個汽缸膛12可以包括兩個汽缸膛至十六個或更多的汽缸膛。在該實施例中，四個汽缸膛12對齊，使得汽缸膛12的每個軸線彼此平行。在其它實施例中，在不脫離本發明的範圍下，汽缸膛12可被設置成「V」形、平坦的或者其他布置。每個汽缸膛12的頂端終止在缸蓋頂面16處，而每個汽缸膛12的底端終止在汽缸體10的曲軸箱部分14處。

現在轉向圖2並繼續參照圖1，示出了汽缸膛壁24的橫截面，並且現在將對其進行描述。汽缸膛壁24包括內表面或周邊26和外表面28。外表面28可以與用作水冷卻通道的空腔相鄰或者其可用作相鄰汽缸膛12的汽缸膛壁24。在任一方面，當運行中，汽缸膛壁24的內表面26暴露於往復式活塞(未示出)。汽缸膛壁24的內表面26包括粘合至汽缸膛壁24的母體材料的材料的塗層30。在一些實施例中，汽缸膛壁24的母體材料可以為鑄造鐵合金或鋁合金。然而，在不脫離本發明的範圍下，可以使用其它類型的合金。使用多種方法中的任一種，將塗層30粘合至汽缸膛壁24的母體材料。一種這樣的方法為如美國專利號5,938,944說明的等離子體傳送線弧熱噴塗裝置。在不脫離本發明的範圍下，可以使用所公開的方法的其它類似方法或變型。在將塗層30施加到汽缸膛壁24的內表面26上之後，可以對塗層30的內表面32進行機械加工以實現與活塞的精確配合併且實現規定的表面裝飾或珩磨圖案。

現在轉向圖3並繼續參照圖2，以表格形式示出了多種示例性合金並且現在將對其進行描述。合金1-4以線材或粉末形式製成並且用於熱噴塗裝置中以將合金1-4沉積在汽缸膛壁24的內表面26上從而形成塗層30。示例性合金1基於下述碳鋼合金，其特別地具有約0.15wt％至約0.75重量百分比(wt％)範圍內的碳C、約0.50wt％至約2.50wt％範圍內的錳Mn、最大約3.00wt％的鉻Cr、最大約1.00wt％的鉬Mo、約0.30wt％至約1.50wt％範圍內的矽Si、約0.40wt％至約3.00wt％範圍內的鋁Al、最大約1.00wt％的鈦Ti，以及約0.10wt％至約0.35wt％範圍內的硫S並且餘量是鐵Fe。更具體地，碳C成分用於改進最終塗層30的強度並克服最終塗層30的龜裂。猛Mn用於促進塗層冷卻期間的馬氏體轉變，並且鉬Mo用於改進的潤滑性和抗點蝕性，且鋁Al和鈦Ti成分用於調整熱噴塗過程中形成的氧化物。氧化鋁Al2O3和氧化鈦TiO2有助於最終塗層30的耐磨特性。硫S成分形成硫化物S2以改進塗層30的機械加工性和潤滑性。

示例性合金2基於下述鋼合金，其特別地具有約0.28wt％至約0.35重量百分比(wt％)範圍內的碳C、約1.35wt％至約1.65wt％範圍內的錳Mn、最大約0.50wt％的鉻Cr、最大約0.40wt％的鉬Mo、約0.50wt％至約1.00wt％範圍內的矽Si、約1.10wt％至約1.40wt％範圍內的鋁Al、最大約0.60wt％的鈦Ti、約0.24wt％至約0.33wt％範圍內的硫S，以及最大約0.03wt％的磷P並且餘量是鐵Fe。更具體地，碳C成分用於改進最終塗層30的強度並克服最終塗層30的龜裂。鋁Al和鈦Ti成分用於調整熱噴塗過程中形成的氧化物。氧化鋁Al2O3和氧化鈦TiO2有助於最終塗層30的耐磨和摩擦特性。硫S成分形成硫化物S2以改進塗層30的機械加工性和潤滑性。

示例性合金3基於下述鋼合金，其特別地具有約0.25wt％至約0.30重量百分比(wt％)範圍內的碳C、約1.35wt％至約1.65wt％範圍內的錳Mn、約0.50wt％至約1.00wt％範圍內的矽Si、約1.10wt％至約1.40wt％範圍內的鋁Al、約0.24wt％至約0.33wt％範圍內的硫S，以及最大約0.03wt％的磷P並且餘量是鐵Fe。更具體地，碳C成分用於改進最終塗層30的強度並克服最終塗層30的龜裂。鋁Al成分用於調整熱噴塗過程中形成的氧化物。氧化鋁Al2O3有助於最終塗層30的耐磨和摩擦特性。硫S成分形成硫化物S2以改進塗層30的機械加工性和潤滑性。

示例性合金4基於下述不鏽鋼合金，其特別地具有約0.10wt％至約0.60重量百分比(wt％)範圍內的碳C、約1.00wt％至約2.00wt％範圍內的錳Mn、約8.00wt％至約30.00wt％範圍內的鉻Cr、最大約3.00wt％的鉬Mo、約0.30wt％至約1.50wt％範圍內的矽Si、約0.40wt％至約3.00wt％範圍內的鋁Al、最大約1.00wt％的鈦Ti、約0.10wt％至約0.33wt％範圍內的硫S，以及最大約14.00wt％的鎳Ni並且餘量是鐵Fe。更具體地，碳C成分用於改進最終塗層30的強度並克服最終塗層30的龜裂。鋁Al和鈦Ti成分用於調整熱噴塗過程中形成的氧化物。氧化鋁Al2O3和氧化鈦TiO2有助於最終塗層30的耐磨和摩擦特性。硫S成分形成硫化物S2以改進塗層30的機械加工性和潤滑性。

雖然詳細描述了用於實施本發明的最佳方式，但熟悉本發明所涉及領域的人員將認識到在隨附權利要求書的範圍內的用於實施本發明的各種可選設計和實施例。