[發明專利]處理部件表面的方法

無效

• 申請號: 00803917.8
• 申請日: 2000-01-26
• 公開（公告）號: CN1340111A
• 公開（公告）日: 2002-03-13
• 發明（設計）人: R·海尼曼;K·費貝爾;T·海德
• 申請（專利權）人: 大眾汽車有限公司
• 主分類號: C23C4/12
• 分類號: C23C4/12;C23C4/06;C23C4/18
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 蔡民軍,趙辛

本發明涉及一種按照權利要求1的前序部分所述的利用等離子束對位于處理區域中的部件表面進行處理的方法。

主要用于氣缸曲軸箱的亞共晶鋁硅合金由于耐磨的硅相成分太少而不適合用于活塞--活塞環--氣缸工作面這個系統的摩擦負載。過共晶鋁硅合金，例如合金AlSil₇Cu₄Mg具有足夠的硅晶體成分。通過化學的和/或機械的處理步驟，相對于由鋁晶體構成的母體，這種硬的耐磨的組織成分得到提高，并且構成一個必要的支承面成分。但是相對于亞共晶合金和準共晶合金，這種合金的缺陷是差的可鑄性、差的可處理(可加工)性和高的成本。

克服這些缺陷的一個可能性是鑄入由耐磨材料，例如灰鑄鐵合金和過晶體鋁合金制成的氣缸套。但是此時的問題是缸套和重鑄材料之間的結合，這只是通過機械的咬合來保證的。通過采用一種多孔的陶瓷缸套材料，可以在澆鑄過程中使該陶瓷缸套材料浸入而形成一種材料間的結合。此時要求對模子進行緩慢的充填和應用高的壓力，這使該方法的經濟性大大降低。

另一種方法是將亞共晶合金和準共晶合金作為電鍍涂層直接涂覆到工作面上。但是這種方法很昂貴并且從摩擦化學上來說其耐磨性不夠。還有一種方法是構成熱噴涂層，它們同樣也是直接施加到工作面上的。但是，由于僅僅是微力學上的連接，這些涂層的粘合強度是不夠的。

因此已經有人建議使用激光器對表面進行再熔化、注入合金材料、彌散處理和涂覆涂層，對表面實施改良，例如由文獻DE19643029A1中公開的那樣。但是此時的缺陷是，這樣制成的氣缸工作面涂面具有太多的孔眼，并且其浸入深度較小，結果，涂覆的涂層的粘附力較小，不符合要求。

本發明的任務是，提供一種改進的上述種類的方法，它們克服了前面所提到的缺陷并能在短的處理時間內實現快速生產。

按照本發明，這個任務是通過一個具有權利要求1中的特征部分的特征的上述種類的方法解決的。在從屬權利要求中給出了本發明的一些有利的方案。

按照本發明，在一個上述種類的方法中，規定粒子束至少部分地按照一個預定的圖樣掃描要處理的部件表面。

它的優點在于，通過對例如較小負荷區域只進行部分的處理，達到縮短處理時間的目的。

合適的方式是借助于火焰噴涂、帶有等離子束的等離子噴涂或高壓噴涂實施熱噴涂。

例如預定的圖樣至少包括對要處理的表面有一次掃描、尤其是兩次反向的掃描或者以一個預定的上升角α例如1°-90°多次螺旋形的掃描。該圖樣的另一種情況或者附加地包括一個對要處理的表面進行的線形的、角形的、交叉狀或點狀的掃描。當此時要處理的表面是內燃機曲軸箱的一個氣缸中與活塞相配合的氣缸工作面時，那么按照目的的要求，按照一個預定圖樣的掃描是在活塞的上死點和下死點之間的一個區域中進行的。

在部件的例如承受高負荷的區域中，等離子束對要處理的部件表面的掃描至少部分是全表面的，以便在全表面上實現合金化。如果此時要加工的表面是內燃機曲軸箱的一個氣缸中與活塞相配合的氣缸工作面，那么，全表面的掃描最好在活塞的上死點和下死點之間的一個區域中進行。此時全表面的掃描例如至少在一個高度上進行，該高度相應于活塞的活塞環組的寬度，其中尤其有利的是全表面掃描要超過活塞的活塞環組的寬度的量為活塞行程的12％，例如大約為5mm。

通過在緊靠近粒子束接觸區之前的局部區域、在該區域中和/或在該區域之后的局部區域中，用激光束對部件的材料實施熔化，而獲得一種處理結果，即浸入深度更大，材料進入更好以及用等離子束涂覆的材料與部件的材料的連接更好。

為了進一步改善涂覆的材料層的性能，在處理后對部件表面附加地用激光束處理，尤其是再熔化。

依照目的的要求，通過熔化涂覆區中的部件材料而構成一個熔池。

例如，部件是用鋁制造的，并且尤其是一個活塞式內燃機的曲軸箱，在它的氣缸的氣缸工作面上要進行涂層處理。此時在一個優選的實施例中，在制造耐磨的表面期間，在曲軸箱的水腔中通流一種冷卻介質，尤其是氣體氮或者一種冷卻液體。

為了制造一個耐磨表面，以尤其有利的方式，借助于粒子束將一種粉態材料，尤其是硅或一種硅合金涂布在部件的材料上，此時該部件的材料最好是鋁。

例如通過表面處理，在部件的表面上構成一個耐磨表面，尤其是熱噴涂層形式的耐磨表面。此時尤其有利的是，在制造耐磨表面的處理過程中，接著實施一個珩磨工序作為補充處理，由此可以磨平硬化的表面。

從從屬權利要求以及下面對照附圖對本發明進行說明中可以得出本發明的其它特征、優點和有利的結構。附圖中，