磷化或阳极氧化以改善发动机缸膛上热喷涂图层的粘合制造技术

一种具有阳极氧化或磷化粘结层的发动机缸膛以及一种在沉积热喷涂保护涂层之前用阳极氧化或磷化粘结层涂覆发动机缸膛表面的方法。还可以使用清洗或者相关的预处理操作。在一个优选的形式中，该缸膛由铝基合金或镁基合金制成，同时所述粘结层在该缸膛和最外部的保护涂层之间形成了一个多孔界面。添加剂可以置于阳极氧化液或磷化液以提高粘附性和耐腐蚀性。

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
本专利技术总体涉及实现热喷涂保护涂层和底层基板之间更好的粘合，具体涉及在发动机缸膛的表面进行磷化或阳极氧化以改善其与热喷涂层之间的粘合，使得不需要单独的衬筒在发动机运行期间保护该缸膛。内燃机(ICE)的汽缸壁按照严格的标准制造，且这些汽缸壁和发动机往复运动的活塞之间具有紧密公差，以此来促进发动机的高效运行。从更高的发动机转速和更热更多完全的燃烧过程中获得更多动力，可能为发动机带来额外的负荷，而这可能对发动机的耐久性产生不利影响，尤其是在采用轻质材料的发动机配置中，这些轻质材料与其铁基对应物相比表现出不同的性能特征。关于发动机缸体的汽缸壁被给予的热和摩擦负荷增加的问题，再没有比这些问题更令人关注的了，而汽缸壁，连同活塞和火花机构，共同组成了这些先进发动机设计的燃烧室。为轻质发动机合金制成的缸膛提供保护的一种常规方法是使用一个独立的汽缸套筒(也被称为衬筒)。常规形式的套筒是由一种铁基材料制成，虽然这样的套筒对其预期目的是有用的，但其也显著增加了发动机的重量。此外，通过被设计为于缸膛的上述严格尺寸内适配的单独组件，其也要求精确制造来确保安全、持久的放置，这增加了复杂性和附随的成本，这是不希望出现的。热喷涂技术已经被证明是一种将保护涂层——诸如热障涂层、耐磨耐擦涂层、防腐蚀涂层、润滑剂保持涂层等等——沉积到工件上的方法。高沉积速率使此类涂层方法适用于大规模制造，包括诸如等离子转移丝电弧(PTWA)、旋转单丝(RSW)、超音速火焰喷涂(HVOF)、粉末等离子和双丝电弧(TWA)。本专利技术人先前已经研究过使用热喷涂层的方式来使发动机缸体缸膛无需使用汽缸套筒，但发现，此类涂层可能会遇到有关涂层无法粘附到膛壁的耐久性问题。热喷涂保护涂层对基材的粘附性是用于确定涂层是否适用于特定应用的一个非常重要的指标。传统上，改善涂层对基材的粘附性是通过各种表面活化预处理步骤来实现的，包括例如利用陶瓷颗粒喷砂、高压水射流喷射和机械粗糙化或相关燕尾榫接合或锁定方法。虽然有效地实现其预期目的，但其也增加了涂层组件制造工艺的复杂性和成本。例如，基于机械粗糙化/锁定的办法涉及高的加工成本(至少一部分由刀具寿命短引起)和大量的清理要求。同样地，高压水射流喷射方法资金成本很高，而喷砂方法存在砂污染的问题以及显著的清理要求(与上述机械粗糙化一样)。其中的一些清理要求(以及基材预处理)也可使用挥发性有机化合物(VOC)，但因其对环境的潜在负面影响，其使用也处于越来越严格的审查之下。这样，总体上仍然需要一种这些已知方法的替代物，以将保护涂层粘附到基材上，具体来说粘附到发动机缸膛壁上。同样地，也可能存在需要某个上述表面活化预处理步骤的情况；在这种情况下，仍然需要有效简易地除去任何因使用这类预处理产生的残余或相关污染物。此外，仍需要应用一个多孔涂层以改善随后应用的热喷涂层的粘结性，不管是否使用了常规喷砂、水射流喷射或机械粗糙化。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，涂覆铝基发动机缸膛基材表面的一种方法，包括清洗表面以基本上除去一种或多种污染物，通过阳极氧化或磷化活化表面，然后在所述活化的表面上形成热喷涂层。这样，使用磷化或阳极氧化改善了随后应用的热喷涂层与缸膛表面的粘结。在一个优选形式中，本方法作为上述喷砂、高压水射流或机械粗糙化的替代，而在另一个形式中，本方法可作为这些技术的附加工艺以进一步提高涂层的粘结附着力。根据本专利技术的另一个方面，一种制备发动机缸膛的表面用于随后热喷涂层的方法，包括清洁表面以基本上除去其上的污染物；以及通过阳极氧化或磷化来活化表面。根据本专利技术的又一个方面，公开了一种内燃机组件，其由内部限定了许多缸膛的发动机缸体组成。粘结层形成在由汽缸孔所限定的表面上，该粘结层通过由磷化或阳极氧化组成的组而形成；以及热喷涂层沉积在粘结层上。在一个优选形式中，缸膛由铝基材料制成，而粘结层由铝的氧化物制成，热喷涂层由铁合金制成。附图说明通过参阅以下附图，能够最好地理解对本专利技术的优先实施例的详细描述，其中相同的结构用相同的参考数字来表示，且附图中各个元件并未按规定比例完全示出。图1示出了根据本专利技术一方面的抽象发动机缸体的视图，该发动机缸体中形成有四个缸膛并能接收表面活化及热喷涂层；图2示出了图1所示发动机缸膛的已经过机械粗糙化预处理的抽象表面；图3示出了图1所示发动机缸膛的已经过高压水射流预处理的抽象表面；图4示出了图1所示发动机缸膛的已经过喷砂预处理的抽象表面；图5示出了根据本专利技术一方面的图1所示发动机缸体的发动机缸膛的剖视图，其通过热喷涂装置沉积有保护涂层；和图6示出了根据本专利技术一方面的活塞、发动机缸膛壁及沉积的保护涂层之间协作的剖视图。具体实施方式首先参考图1，它是一台带有缸膛(本文中也被称为“发动机孔”或更简单的“孔”)110的四缸汽车内燃发动机缸体100的简图。除了孔110外，根据发动机配置，除了别的以外，缸体100包括曲轴箱及其轴承120、凸轮轴轴承(当前这些均未示出)、动力输出连接器130、水冷冷却夹套140、变速器安装硬件150及冷却剂或润滑剂流道160(如图5具体显示)部分。如上所述，一般孔110已包含有一个单独的重型铸铁嵌入件或套筒(通常厚度约为2-3mm)，且该嵌入件或套筒尺寸经过调整以牢固嵌入孔中。事实上，在发动机配置中，其中缸体100是由轻质材料，例如铝及其合金(如A380、A319或A356)或镁或其合金铸成，通常添加的此类衬筒被认为是实现耐磨性所必须的。本专利技术人已经确定当缸体100由传统上太硬难以铸造的合金铸成时，如由Al/Cu类合金、过共晶合金(如390)或类似物铸成时，根据本专利技术的一个或多个方面通过阳极氧化或磷化可能实现的预处理后，应用热喷涂层可以保护孔110，无需此类衬筒。事实上，尽管当前本专利技术公开代理人将传统亚共晶合金(如319和356)用于发动机缸体，而且近共晶或共晶合金(如380)可采用本文公开的方法有利地使用，但本专利技术人认为当本文所述的处理工艺与前述过共晶体、Al/Cu和相关太硬难以铸造的合金共同使用时，此类“极简孔”配置(即其中不需要单独的铁基汽缸衬筒或其他嵌入件)是非常有可能实现的。然后参见图2、图3及图4，示出了描述已经过机械粗糙化处理的缸膛110表面的显微图，其采用锁定底切几何形状(图2)、高压水射流(图3)及喷砂(图4)。如图所示，此类粗糙化改变了缸膛110表面的形貌以促进涂层与基材之间的联锁配合。下面特别参见图2及图3，所述表面限定了粗糙度，其通常易于模拟磷化或阳极氧化粘结层(通常由300表示，更具体地由300A表示所述磷化版本、300B表示阳极氧化描述版本)产生的孔隙度，下文会更详细地对粘结层进行描述。不受限于理论，本专利技术人认为所述粗糙度及相关表面孔隙度是整体的以实现缸膛110与粘结层300之间以及粘结层300与热喷涂层400之间的高度粘结。下面参考图5及图6，基于喷涂的应用可用于在内壁形式的基材上沉积该粘结层300和热喷涂层400，该内壁是由缸膛110限定的。在本上下文中，提及的基材、表面、内壁、圆周表面或类似术语应诠释为包括铸造汽缸体100的内壁，采用本专利技术涂层可以不用使用配置成在孔110中适配的单独圆柱形套筒、嵌入件或相关衬筒。在一种形式中，当本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种涂敷发动机缸膛的所述表面的方法，所述方法包括：清洗所述表面以基本上去除其上的污染物；通过阳极氧化或磷化来活化所述表面；以及在所述活化表面上形成热喷涂层。

【技术特征摘要】
2015.06.29 US 14/7531521.一种涂敷发动机缸膛的所述表面的方法，所述方法包括：清洗所述表面以基本上去除其上的污染物；通过阳极氧化或磷化来活化所述表面；以及在所述活化表面上形成热喷涂层。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述污染物是由选自基本上由喷砂、高压水射流、激光蚀刻或机械粗糙化组成的组的预处理产生的，使得所述清洗发生在所述预处理之后。3.根据权利要求1所述的方法，其中执行所述活化来代替选自基本上由喷砂、高压水射流、激光蚀刻或机械粗糙化组成的组的预处理。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述磷化或阳极氧化形成多孔涂层作为粘结层，其中：所述粘结层包括陶瓷氧化物，并且所述陶瓷氧化物包括氧化铝。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：Y·王，D·A·杰拉德，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US