具有氧化和腐蚀保护的钢活塞制造技术

提供了一种用于内燃机的活塞，其被涂覆以增强氧化保护和/或腐蚀保护。活塞包括由铁基材料形成的主体。铁基材料涂有超级合金和磷酸锰。超级合金优选为NiCrAlY、NiCrAl、NiCr、CoCrAly和/或CoNiCrAlY。磷酸锰可以设置在超级合金上，但不能设置在超级合金和铁基材料之间。超级合金优选具有0.1

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有氧化和腐蚀保护的钢活塞
[0001]交叉引用
[0002]该国际(PCT)专利申请要求2019年1月18日提交的62/794223、2019年1月25日提交的62/796698、2019年5月10日提交的62/846307和2019年5月13日提交的62/846916的美国临时专利申请的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
[0003]背景
1.

[0004]本专利技术涉及暴露于高温的车辆构件，例如,内燃机和排气管的活塞，以及用于在构件的整个使用寿命期间保护构件在操作环境中免受氧化和腐蚀的措施。
[0005]2.相关技术
[0006]对暴露在高温下的车辆构件(例如活塞)的性能要求越来越高。因此，预计此类活塞的冠部在使用过程中会暴露在不断升高的温度下。例如，由4140或微合金钢制成的活塞可能具有520℃的设计温度上限。如果暴露在高于该限制的工作温度下，可能会出现氧化和腐蚀问题，从而对活塞的性能和寿命造成不利影响。一种可能的解决方案是改用不同的钢合金，但考虑到成本高、导电性降低以及更大但仍受限制的设计温度限制，这些选项不适用于工作温度可能达到甚至超过800℃的预期应用。

技术实现思路

[0007]本专利技术的一个方面提供一种在活塞用于内燃机期间具有增强的氧化保护和/或腐蚀保护的活塞。活塞包括由铁基材料制成的主体、设置在主体上的超级合金和设置在主体和超级合金中至少一个上的磷酸锰。
[0008]第二实施例还提供了一种在活塞用于内燃机期间具有增强的氧化保护和/或腐蚀保护的活塞。活塞包括铁基材料制成的主体和设置在主体上的超级合金。超级合金选自NiCrAlY、NiCrAl、NiCr、CoCrAly和CoNiCrAlY组成的组。超级合金的厚度为0.1～2.0mm，孔隙率1％～5％，表面粗糙度Ra小于5微米。
[0009]本专利技术的另一方面提供一种用于内燃机的构件，其在活塞用于内燃机中期间具有增强的氧化保护和/或腐蚀保护。该构件包括由铁基材料制成的主体、设置在主体上的超级合金和设置在主体和超级合金中至少一个上的磷酸锰。
附图说明
[0010]当结合以下说明书和以下附图考虑时，将更充分地理解本专利技术的这些和其他特征和优点，其中：
[0011]图1是根据示例性实施例的二冲程内燃机中的活塞；
[0012]图2是根据示例性实施例的活塞的横截面透视图；
[0013]图3是根据另一示例性实施例的活塞的横截面透视图；以及
[0014]图4a
‑
4e是根据示例性实施例的制造活塞过程中步骤的局部示意图。
具体实施例
[0015]本专利技术的一个方面提供一种在操作期间暴露于高温的车辆构件，例如活塞10或排气管。活塞10的主体12或其他构件涂覆有超级合金14，并且在一些实施例中，涂覆有磷酸锰(MnP)16以增强氧化保护和/或侵蚀保护。
[0016]超级合金14和MnP 16可应用于各种车辆构件，例如，各种不同设计的活塞和排气管。图1
‑
3是可以被涂覆的活塞10类型的例子。本说明书将以活塞10为例，但其他发动机构件可以涂覆超级合金14和MnP 16。通常，活塞10的主体12由4140或微合金钢制成。主体12可以替代地由铸铁或其他金属材料形成。
[0017]由4140钢制成的无涂层活塞主体12的设计温度上限可以是520℃，如果主体12暴露在超过520℃的温度下，主体12的特定区域，例如碗边缘20，可能会损坏。碗区域的损坏可能不利于碗的完整性和寿命。预计其他承受极端操作温度(超过其设计上限)的钢合金活塞主体会因氧化和/或侵蚀而遭受类似的损坏，因此上述内容旨在代表目前所有的钢活塞主体。但是，如果将超级合金14应用于钢主体12，那么活塞可以承受接近和超过800℃的内燃机，特别是柴油机的工作温度。
[0018]在一个示例性实施例中，活塞10被设计用于二冲程发动机22，如图1所示。二冲程发动机用两个冲程完成动力循环，例如，活塞10仅在曲轴旋转一圈时的上下运动。通常，二冲程发动机包括用于气体交换的曲轴箱24、进气口26、排气口28和活塞10。在二冲程发动机运行期间，活塞10不仅可以作为活塞，还可用作压缩机、进气阀和排气阀。由于二冲程内燃机具有进气口和排气口，而不是气门，因此活塞10的下部，例如活塞10的裙部30，当活塞10在发动机的腔室32中往复运动时，用于密封燃烧室并用作进气和排气阀。该示例性实施例的二冲程活塞10在待审的美国专利申请号16/287,714中进行了详细描述，其通过引用并入本文。
[0019]涂覆的活塞10的另一个例子示于图2。示例性活塞10设计用于重型柴油发动机。在示例实施例中，活塞10包括由金属材料，特别是钢形成的主体12。用于形成主体12的钢可以是例如AISI 4140级或微合金38MnSiVS5。主体12围绕中心轴线A并沿着中心轴线从上端34纵向延伸到下端36。主体12还包括围绕中心轴线从上端向下端周向延伸的冠部38。在图2的实施例中，在这种情况下通过焊接将冠部38连接到主体12的其余部分。
[0020]活塞10的冠部38在上端限定了燃烧表面40，在活塞10在内燃机中使用期间，该燃烧表面40直接暴露于热气体并因此暴露于高温和高压。在示例性实施例中，燃烧表面40包括从平面外碗边缘20延伸的燃烧碗42，并且燃烧表面40包括在中心轴处的顶点。活塞10的冠部38还包括限定环台44的环形带和位于外径表面并围绕中心轴线周向延伸以接收至少一个环(未示出)的至少一个环槽46。通常，活塞10包括两个或三个环槽46。环台44邻近每个环槽设置并且将环槽46彼此隔开并与燃烧表面40隔开。
[0021]在图2的例子中，活塞10包括围绕冠部38和主体12的其余部分之间的中心轴线周向延伸的冷却通道48。冷却通道48可以包含冷却流体以在内燃机中的活塞10使用期间从热的冠部38散热。此外，冷却流体或油可喷入冷却通道48中或沿冠部38的内表面喷淋，以在内燃机使用过程中降低冠部38的温度。
[0022]如图2所示，主体12还包括一对销座50，其围绕中心轴线相互间隔开并从冠部38悬垂。每个销座上设有一个销孔，用于容纳肘节销，用于连接活塞10到一个连接杆。主体12还
包括一对裙部30，使销座50围绕中心轴线彼此间隔开并且从冠部38悬垂。
[0023]根据图3所示的另一个示例实施例，活塞10是无油道活塞10。无油道活塞10包括具有燃烧表面40的冠部38，燃烧表面40直接暴露于包含在内燃机气缸孔内燃烧室的燃烧气体中。在示例性实施例中，燃烧表面40包括在中心轴处的顶点。环槽46和环台44从燃烧表面40悬垂并沿活塞10的外径周向延伸。无油道活塞10还包括销座50，销座50围绕中心轴由裙部30隔开。
[0024]图3的活塞10的下冠部表面52形成在冠部38的下侧，与燃烧表面40相对并且在环槽46的径向向内。冠部下表面52是可见表面，在直接从底部观察活塞10时，不包括任何销孔。从活塞10的下侧看，冠部下表面52是敞本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种活塞，包括：主体，所述主体由铁基材料形成，超级合金，所述超级合金设置在所述主体上，以及磷酸锰，所述磷酸锰设置在所述主体和所述超级合金中的至少一个上。2.如权利要求1所述的活塞，其中，所述超级合金选自由NiCrAlY、NiCrAl、NiCr、CoCrAly和CoNiCrAlY组成的组。3.如权利要求2所述的活塞，其中，所述超级合金是NiCrAlY。4.如权利要求1所述的活塞，其中，所述超级合金为厚度为200
‑
400微米的层的形式。5.如权利要求1所述的活塞，其中，所述磷酸锰不设置在所述超级合金和所述主体的所述铁基材料之间。6.如权利要求1所述的活塞，其中所述主体包括在所述主体上端处的冠部，所述冠部包括在所述上端的燃烧表面，所述燃烧表面具有沿所述主体的外径周向延伸的平面外缘，所述燃烧表面具有从所述外缘的内边缘向内延伸的燃烧碗，以及所述超级合金沿所述外缘的所述内边缘设置。7.如权利要求1所述的活塞，其中，所述主体包括在所述主体上端处的冠部，所述冠部包括在所述上端的燃烧表面，所述冠部包括环形带，所述环形带围绕中心轴线周向延伸并具有所述主体的外径表面，所述环形带包括用于接收至少一个环的至少一个环槽，所述冠部包括位于所述燃烧表面和所述环形带的至少一者中的凹部，以及所述超级合金设置在所述凹部中。8.如权利要求1所述的活塞，其中，所述超级合金设置在所述主体的上端，所述超级合金呈涂层形式，所述涂层呈现为所述活塞的最上表面。9.如权利要求1所述的活塞，其中，所述主体包括在所述主体上端处的冠部，所述冠部包括在所述上端的燃烧表面，所述冠部包括围绕中心轴线周向延伸并具有所述主体的外径表面的环形带，所述环形带包括用于接收至少一个环的至少一个环槽，所述超级合金设置在所有所述燃烧表面上，所述超级合金没有设置在所述环带上，所述磷酸锰设置在所述环形带上，所述磷酸锰没有设置在所述燃烧表面上，以及所述磷酸锰没有设置在所述超级合金上。10.如权利要求9所述的活塞，其中，所述磷酸锰没有设置在所述环形带的顶面上。11.如权利要求10所述的活塞，其中，所述环形带的所述顶面没有被涂覆。12.如权利要求1所述的活塞，其中，所述磷酸锰设置在所述超级合金上以及设置在所述主体的所有未涂覆所述超级合金的表面上。13.如权利要求1所述的活塞，其中，在所述主体上设置一层所述超级合...

【专利技术属性】
技术研发人员：沃伦，
申请(专利权)人：天纳克有限责任公司，
类型：发明
国别省市：