制备用于施以热喷涂层的表面的方法技术

本发明专利技术涉及一种在金属工件（１）上制备预先以机械方式粗化的表面以用于施加热喷涂层的方法，该表面包含锋利的毛边和凹陷。经粗化的层（２）通过用具有多个径向向外的弹性冲击丝（４）的快速转动锤或冲击刷（３）的锤或冲击刷擦进行加工，为了改善随后施加热喷涂层的粘附性，破坏毛边的边缘或者至少使其弯曲以形成后截面。刷子（３）以每分钟约３０００－６０００转的高转速转动，并且以其转动轴（１３）相对于工件（１）的表面（２）相距以下这样的恒定平行的距离并通过以下方式横向移动，使得分散在刷子（３）外围的冲击丝（４）的端部（５）以小于９０°的斜角连续地快速撞击邻近工件（１）的表面区域。刷子（３）包含实质上呈圆柱形、转动对称的刷体（７），刷体（７）具有多个平行于轴的支承杆（１１），支承杆（１１）安装在刷子的外围前侧刷盘（９、１０）之间，并且在刷子（３）的轴向方向支承靠近设置的多个冲击丝（４）。所述支承杆（１１）具有圆形截面，使得冲击丝（４）以在刷子的转动方向（６）上自由转动的方式安装在所述支承杆（１１）上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】如权利要求1的前序部分所述，本专利技术涉及一种在金属工件上制备用于施以热 喷涂层的表面的方法，涉及一种用于实施该方法的锤或冲击刷(percussion brash)，并且 还涉及一种根据所述方法制成的工件。众所周知，金属工件上用于通过热喷涂涂覆的表面必须是恰当制备的。这可以 通过粗化表面来实施。为了达到该目的，工业上使用各种工艺，例如喷砂、高压水喷 射、刷擦(brushing)、研磨和类似的加工工艺。然而，这些加工工艺存在一些问题。例 如，加工工艺产生的碎屑和零料会残留在加工过的表面上的槽或沟中，而且如果它们被 涂层覆盖并且包含在涂层中并且该层被珩磨后，就会带来问题。通过机械粗化制成的槽 和沟的深度约为100 μ m。该区域是平坦且光滑的，因此热喷涂层不能容易地粘附在这些 位置。对于在维修工作过程中发动机不得不通过热喷涂修复的情况，必须加工缸径内 的磨损的内部区，在上述内部区之上和之下保持具有例如经珩磨的原始平滑表面结构的 区域。如果该类型的缸径通过热喷涂修复，则涂层不能粘附到经珩磨的表面。对于由铝 合金组成的具有镶铸气缸套的发动机机体，通过热喷涂修复尤其困难，原因在于与气缸 套部分重叠的铝边(aluminumlip)以及铝边与要涂覆的气缸套的表面区域之间的区域。机 械粗化导致残留膨胀应力，这减小了工件的疲劳强度。一种公知的工艺也是在表面涂层可以通过热喷涂施加之前通过用金刚砂颗粒喷 砂并随后清洗来制备表面。除了相对复杂的表面清洗工艺步骤以外，用金刚砂颗粒喷砂 的主要缺点尤其还有极小的金刚砂颗粒渗入到要涂覆的表面，尽管彻底清洗还是会残 留在那里。在施加表面涂层以后，该类型的喷砂颗粒会明显削弱之前经清洗的表面上的 涂层的拉伸粘附强度。此外，磨料的颗粒还会粘附到要涂覆的工件的表面区域，该区域没有涂覆且相 应地之前也没有对其进行喷砂。当使用工件时，该类型的磨料颗粒会导致相当多的问 题。例如，问题会发生在已经以该形式处理的发动机的气缸运行面上。残留在发动机部 件中或者发动机部件上的金刚砂颗粒因此会导致相当多的问题，并且在特定的情况下， 会引起发动机故障。为了解决该问题，DE 198 40 117 Al号专利文件公开了一种空心体的内侧表面 在准备施加热喷涂层时移除材料的加工工艺，在该工艺中，移除形成空心体的内侧的一 些材料，并且制成具有确定结构和/或质量的表面。然而，该公知的工艺具有这样的缺 点其不能用以制成具有锯齿效果以及底切(undercut)的表面轮廓。然而，由于该类型 的表面结构对于热施加涂层提供拉伸粘附强度的决定性优势，因此这是一种决定性的劣 势。此外，材料移除工艺不能提供表面值(surface values)方面的一致性，因为加工工具 遭受不可避免的磨损量，因此还产生随工件磨损而变化的表面结构。此外，材料移除对 由该工艺制备的表面的机械强度有负面影响。此外，DE 27 12 863 Al号专利文件公开了一种用于从表面移除材料的冲击工 具，所述冲击工具在一端支承一束金属的材料移除针，这些材料移除针在它们的轴向上振动并且因此可以不断地撞击表面。该类型的针设备通常用以从表面中移除铁锈或者油 漆。然而，该类型的针设备还用于清洗混凝土构件。本专利技术的目的是当在金属工件的特定表面区域中制备用于施以热喷涂层的表面 时，消除前述问题。该目的通过权利要求1的技术特征实现。与传统的刷擦相比，机械粗化和刷擦 的结合提供具有与由喷砂或金刚砂喷砂或喷丸(shot-blasting)(即，用丸或一些其它适当 的磨料喷击)得到的性质非常类似的性质的表面结构。在本方法中，刷子以约3000到 6000转每分钟的极高转速转动，因此冲击丝将大量的局部能量转移到工件的表面。这导 致仅在工件的经加工表面区域内的塑性变形和粗糙程度增加，为了提高随后施加的热喷 涂层的粘附性，破坏粗化的表面上的锋利毛边或者对其至少部分地弯转以形成底切。在 处理过程中，碎屑和零料也从经加工的表面区域中移除，这样导致粘附性进一步提高并 且喷涂涂层的表面强度因而增加。当锋利毛边和经机械粗化的表面上的凹陷是由加工形成的槽、且冲击丝主要是 平行撞击槽时，情况尤其如此。当冲击丝撞击槽间形成的槽网的表面时，导致槽网表面 塑性变形的动能转移，因此槽网的材料流入任意侧上至少一个槽的区域中。这也可以看 作是槽网在槽的方向上的局部限定的凸缘，因此形成增加粘附强度所需的底切。由于冲击丝平行于槽进行撞击，因此产生底切的有利形式，因为槽网的材料藉 此主要横向相对于槽流动，并且因此产生底切的有利形式。在本专利技术中，主要是平行的 应该理解为冲击丝在主要是平行于槽方向的方向上移动的意思。例如，就转动的刷子而 言，当刷子的转动轴主要平行于表面取向并且主要横向相对于槽方向取向时，情况就是 如此。例如当表面被折起、钻孔或研磨时，例如当加工缸径时，槽制成沟。同样地， 槽还可以通过辊压或者挤压来制成。在本专利技术的范围内，将适当的槽结构引入表面的所 有方法均适于制成经机械粗化的表面。槽有利地具有梯形到矩形的横截面。在这样的横截面形式的情况下，如果平行 方式撞击的冲击丝使槽网的边缘和毛边横向相对于槽方向变形，则所需要的底切非常容 易形成。尤其是给定一种矩形横截面时，形成底切仅需要槽网横向相对于槽方向的槽网 的较小变形。梯形横截面的优点是其容易产生，然而所需的底切可以通过冲击刷擦产生。冲击丝的直径有利地大于槽宽度。在这里，槽宽度看作是槽网之间的平均距 离。在这种情况下，冲击丝从不会撞击槽的基底，而是总是撞击至少一个槽网以便在那 里产生底切，而对于平行刷擦而言，撞击槽的基底在理论上是可能的。在该情况下，冲击丝的直径还可以相当于槽间距的至少一倍，优选为槽间距的 两到三倍。该类型的冲击丝将总是碰撞一个槽网，但也可以碰撞两个槽网。因为槽网的 大区域塑形地变形，由于直径相对于槽间距相对较大，所以形成宽的底切。槽间距应当 理解为从槽中心到槽中心的距离或从槽网中心到槽网中心的距离的意思。有利地，槽深度与槽宽度的比率在0.2和1之间，优选为0.5和0.7。槽深度理 解为表示槽网的表面和槽的基底之间的平均距离。给定这些比例，可以将槽容易地引入 表面，不过还具有足够的深度，以形成要通过喷涂而施加的层与产生的底切之间的足够5的紧密连接。非常深的槽可能不会被喷涂材料填满；至于非常浅的槽，底切将是没有用 的，因为喷涂材料不会到达它们的后面。有利地，槽间距与槽宽度的比率在1.2和4之间，优选为1.8和2.2之间。本发 明中，槽间距为平均槽宽度加上槽网的平均宽度。槽网和槽因此具有相似的宽度。宽度 可以选择，使得首先，用喷涂材料对槽的良好填充得以确保，其次，槽网的宽度足以稳 固地接合喷涂层和基底材料。有利地，槽间距为0.1mm和Imm之间，优选为0.15mm和0.25mm之间。由此得到的槽和槽网易于生产，可以以有利的方式用冲击丝变形成底切，可以容易地被喷涂 材料填满并且具有足够的强度以保持喷涂层。结合的锤刷擦方法还在经加工的表面区域产生残留压应力(compressive stresses),因此，各种部件的疲劳强度增加。为了改善加工质量和长期负荷强度，锤或 冲击刷的冲击丝或主枝弹簧在丝的表面具有包含约53%的铬(对应于约1800的维氏硬度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在金属工件（１）上制备预先经机械粗化的表面（２）以用于施加热喷涂层的方法，其中，表面（２）具有锋利的毛边和凹陷，经粗化的表面（２）通过利用具有多个径向向外的弹性冲击丝（４）的快速转动的锤或冲击刷（３）的锤或冲击刷擦通过以下方式进行加工，破坏毛边的边缘并且／或者使其至少部分弯折以形成底切（２２）以便提高随后施加的热喷涂层的粘附性，其特征在于，经机械粗化的表面（２）上的锋利的毛边和凹陷是通过加工形成的槽（１７），并且冲击丝（４）主要是平行于槽进行撞击。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：克莱门斯玛丽亚瓦普特，马克希尔克，斯宾塞林登，
申请(专利权)人：福特全球技术公司，
类型：发明
国别省市：US