鑄件和用于這種鑄件的插入件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種鑄件(1)，該鑄件由鑄造材料鑄成并且在鑄件中成型有在運(yùn)行過(guò)程中由氣體流通經(jīng)過(guò)的通道(6)，其中，通道(6)至少區(qū)段式地通過(guò)單獨(dú)預(yù)制的并且鑄入鑄件(1)中的、由金屬組成的插入件(10)圍繞。由于這種鑄件(1)在其引導(dǎo)氣體的通道的區(qū)域中可耐受最高的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷，本發(fā)明提出，插入件(10)分別在其朝向氣體的內(nèi)表面(14)上以及在其朝向鑄造材料的外表面(12)上至少分別區(qū)段式地涂覆釉層或琺瑯層(13，15)。
【專利說(shuō)明】
鑄件和用于這種鑄件的插入件
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種鑄件，該鑄件由鑄造材料鑄成并且在鑄件中成型有在運(yùn)行過(guò)程中由氣體流通經(jīng)過(guò)的通道，其中，通道至少區(qū)段式地通過(guò)單獨(dú)預(yù)制的并且鑄入鑄件中的插入件圍繞。
【背景技術(shù)】
[0002]這種鑄件例如在DE 2 602 434 Al中已知。所涉及的鑄件是一種由鋁合金鑄成的用于內(nèi)燃機(jī)的氣缸頭。該氣缸頭的排氣通道在此通過(guò)在氣缸頭中鑄成的管狀的、由薄板材制成的插入件包繞。
[0003]該排氣通道的包繞在已知的氣缸頭中這樣實(shí)施，S卩，在鑄造材料和插入件的板材之間至少區(qū)段式地不存在直接的導(dǎo)熱接觸。以這種方式一方面使Al鑄造材料與在插入件中流通經(jīng)過(guò)氣缸頭的排氣通道的熱的廢氣隔離。另一方面，由于朝向圍繞板材外罩的鑄造材料的受限制的導(dǎo)熱接觸和與此伴隨的更小的隔離，該板材外罩實(shí)現(xiàn)了比其余氣缸頭體積明顯更高的溫度。由此應(yīng)產(chǎn)生排氣通道中的燃燒氣體的更好的再反應(yīng)，該再反應(yīng)又應(yīng)進(jìn)一步促使有害物質(zhì)排放的減少。
[0004]為了改善板制插入件相對(duì)于已知?dú)飧最^的鑄造材料的隔離，可以在插入件的外側(cè)涂覆陶瓷層。還可能的是，替代性或補(bǔ)充性地在板材制件之間形成隔熱的空氣間隙的條件下以雙層的形式實(shí)施已知?dú)飧最^的該板制插入件。
[0005]在DE37 11 433 Al中，關(guān)于二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸的例子中說(shuō)明了另一種可能性，即，限制了在流通經(jīng)過(guò)氣缸的排氣通道的熱廢氣和氣缸的輕金屬鑄造材料之間的熱傳遞。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)使排氣通道通過(guò)陶瓷部分覆蓋，該陶瓷部分具有比輕質(zhì)金屬鑄造材料明顯更低的導(dǎo)熱性能。
[0006]另外DE 10 2010 025 286 Al中還已知，用于內(nèi)燃機(jī)的輕金屬鑄造部分(例如氣缸頭)的排氣通道的內(nèi)表面可以由此有效地相對(duì)于過(guò)度熱負(fù)荷受到保護(hù)，即，通過(guò)使內(nèi)表面至少區(qū)段式地覆有由玻璃材料形成的涂層。在這種方案的實(shí)際使用中產(chǎn)生了特殊的挑戰(zhàn)，即，涂層一方面必須耐受在運(yùn)行中出現(xiàn)的機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷而其另一方面必須在沒(méi)有涂層剝落的危險(xiǎn)的條件下允許在與已涂層的表面區(qū)段鄰接的區(qū)段上進(jìn)行機(jī)械加工。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]在以上說(shuō)明的現(xiàn)有技術(shù)的背景下，本發(fā)明的目的在于這樣改善上述類型的鑄件，即，該鑄件可靠地在其引導(dǎo)氣體的通道的區(qū)域中可耐受最高的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷。此外還應(yīng)給出一種部件，其以簡(jiǎn)單的方式實(shí)現(xiàn)了針對(duì)該目的強(qiáng)化開(kāi)頭所述類型的鑄件。
[0008]關(guān)于鑄件的目的，按照本發(fā)明通過(guò)權(quán)利要求1中說(shuō)明的這類鑄件的設(shè)計(jì)方案得以實(shí)現(xiàn)。
[0009]關(guān)于該部件，上述目的的按照本發(fā)明的解決方案在于根據(jù)權(quán)利要求9形成的插入件。
[0010]本發(fā)明的有利的設(shè)計(jì)方案在從屬權(quán)利要求中說(shuō)明并且隨后類似于總的發(fā)明構(gòu)思一樣詳細(xì)地說(shuō)明。
[0011]按照本發(fā)明的鑄件相應(yīng)地由鑄造材料鑄成并且具有在運(yùn)行過(guò)程中由氣體流通經(jīng)過(guò)的通道，該通道至少區(qū)段式地通過(guò)單獨(dú)預(yù)制的并且鑄入鑄件中的插入件圍繞。在此，按照本發(fā)明，為本發(fā)明鑄件設(shè)置的插入件分別在其朝向氣體的內(nèi)表面上以及在其朝向鑄造材料的外表面上至少區(qū)段式地分別涂覆釉層或琺瑯層。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的理解，“釉層或琺瑯層”的概念為由無(wú)機(jī)化合物形成的層，這些無(wú)機(jī)化合物由相互熔合的氧化物組成，比如Si02、Al203、B203、Li20、Na20等。在此，這些層可以額外地含有以纖維形式(例如SiC纖維或C纖維)的無(wú)機(jī)的或者有機(jī)的化合物。在釉層或琺瑯層的制造過(guò)程中，通過(guò)水研磨這些熔合的化合物。隨后可選地混入纖維。這樣分別獲得的漿液隨后涂覆在插入件上并且烘烤成為各個(gè)釉層或琺瑯層。
[0013]按照本發(fā)明在使用中由氣體經(jīng)過(guò)的插入件內(nèi)表面上涂覆的釉層或琺瑯層保護(hù)插入件不受到化學(xué)侵蝕或者由在使用中所涉及的內(nèi)表面所暴露在其中的氣體產(chǎn)生的熱負(fù)荷。因此，釉層或琺瑯層可以表示防腐蝕保護(hù)，其保護(hù)插入件不受到化學(xué)侵蝕性的氣態(tài)介質(zhì)影響。
[0014]替代性或補(bǔ)充性地可以將釉層或琺瑯層形成為熱保護(hù)屏障，當(dāng)在運(yùn)行過(guò)程中非常熱的氣體流通過(guò)插入件時(shí)，通過(guò)該熱保護(hù)屏障也防止了插入件的過(guò)度加熱。
[0015]為此典型的應(yīng)用為作為鑄件形成的用于內(nèi)燃機(jī)的氣缸頭，在其排氣通道中鑄入以按照本發(fā)明的方式覆層的插入件。本發(fā)明恰好也適合于渦輪增壓機(jī)的殼體，該渦輪增壓機(jī)設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)的廢氣流中并且其由氣體流通經(jīng)過(guò)的通道對(duì)應(yīng)于按照本發(fā)明的方式覆層的插入件。
[0016]在鑄件朝向鑄造材料的外表面上設(shè)置的釉層或琺瑯層一方面確保了各個(gè)插入件在鑄造材料上理想的連接。因此，釉層或琺瑯層牢固地貼覆在通過(guò)插入件形成的基底上并且在其自由的外表面上提供連接面，通過(guò)該連接面產(chǎn)生了在鑄造材料和插入件之間的牢固連接。在此，為了提高層的隔熱可以混入在澆鑄過(guò)程中燃燒的材料。作為燃燒產(chǎn)物而產(chǎn)生的氣體在釉層或琺瑯層中形成許多由氣體填充的小的腔室或通道，通過(guò)這些腔室或通道的存在可以降低層的導(dǎo)熱性并與之伴隨地增強(qiáng)其隔熱的作用。通過(guò)將鋼材或者其他導(dǎo)熱相對(duì)差的材料用于制造按照本發(fā)明的插入件的基底可以進(jìn)一步促進(jìn)隔離作用。另一方面，按照本發(fā)明涂覆的外層也形成了插入件和周圍的鑄造材料之間的熱隔離，通過(guò)該外層使由插入件向鑄造材料的熱流中斷。如果按照本發(fā)明的插入件設(shè)置在鑄件中，其中，插入件的內(nèi)表面在使用中由熱氣體流通經(jīng)過(guò)，那么按照本發(fā)明設(shè)置在插入件的外表面上的釉層或琺瑯層會(huì)起到這樣的作用，即，與在直接由熱氣體流通的情況相比，明顯更少地加熱在插入件周圍的鑄造材料。
[0017]本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，與插入件直接暴露于氣體的作用的情況相比，在插入件支承各個(gè)層的基體由金屬制成的情況下，按照本發(fā)明的插入件由于在其上涂覆的釉層或琺瑯層的保護(hù)作用而明顯更薄或者可以由較弱的材料形成。
[0018]特別是在一種鑄件的按照本發(fā)明的設(shè)計(jì)方案中，不再需要昂貴的、例如雙層實(shí)施的板材結(jié)構(gòu)或者其他的構(gòu)造方式來(lái)通過(guò)在各個(gè)待屏蔽的通道和鑄件的鑄造材料之間形成空氣間隙實(shí)現(xiàn)所期望的隔熱作用。
[0019]取而代之地，按照本發(fā)明地在鑄件中鑄入的插入件可以是簡(jiǎn)單的部件，其基體例如通過(guò)適合的常規(guī)成型方法由板坯成型或者以各種其他的方式制成。因此，在待通過(guò)插入件屏蔽的鑄件的通道的復(fù)雜成型過(guò)程中例如可能適宜的是，插入件的基體以一種成型方法成型，例如通過(guò)澆鑄、鍛造、擠出或者類似的方法。每一種所述制造方式允許制造管狀的插入件，這些插入件完全地包繞各個(gè)待保護(hù)的通道。
[0020]當(dāng)插入件的基體由金屬材料組成時(shí)，該金屬材料具有比鑄成鑄件的金屬的鑄造材料更高的熔化溫度范圍，則得到了本發(fā)明的一種能夠耐受特別高熱的設(shè)計(jì)方案。因此熱穩(wěn)定、耐腐蝕的鋼材特別適合于插入件的基體的制造。在由板材進(jìn)行制造的過(guò)程中，不依賴于過(guò)程的各種復(fù)雜性和各個(gè)待保護(hù)的鑄件通道的形狀可能有利的是，板材成型件由兩個(gè)或者多個(gè)單獨(dú)部分組成。
[0021]如果針對(duì)按照本發(fā)明的目的而提供具有特別輕重量的插入件，那么可以使插入件的基體例如由金屬發(fā)泡體、特別是輕金屬發(fā)泡體制成。除了其最小化的重量之外，由泡沫材料制成的插入件具有高的形狀穩(wěn)定性并另外還提供額外的隔熱作用。
[0022]相對(duì)于其中分別待保護(hù)的通道在其內(nèi)表面直接覆有保護(hù)層的這類鑄件的制造，本發(fā)明具有本質(zhì)上的優(yōu)點(diǎn)，即，按照本發(fā)明的插入件不僅單獨(dú)預(yù)成型，而且可以在鑄入該鑄件中之前已經(jīng)按照本發(fā)明地設(shè)置有涂層。與此相應(yīng)地，涂覆過(guò)程也可以以簡(jiǎn)單的方式在特定的制造操作中無(wú)需顧及可能的負(fù)面影響地實(shí)施，這些制造操作可能具有對(duì)于產(chǎn)生涂層而言必要的操作步驟。在該背景下特別證實(shí)為有利的是，按照本發(fā)明設(shè)置作為涂層的層通常必須在相對(duì)較高的溫度下烘烤，在該溫度下可能已經(jīng)對(duì)鑄件的組織結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了影響。通過(guò)按照本發(fā)明的方式經(jīng)預(yù)涂層且隨后鑄入鑄件中的插入件可以在不存在這種危險(xiǎn)的情況下利用涂層的優(yōu)點(diǎn)。
[0023]因此，本發(fā)明特別適用于由輕金屬或者輕金屬合金組成的鑄件。因此，針對(duì)插入件，可以以按照本發(fā)明的方式在高的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷的條件下特別強(qiáng)化鑄件。相應(yīng)地，按照本發(fā)明制造的鑄件特別是氣缸頭、渦輪增壓機(jī)殼體和內(nèi)燃機(jī)的類似構(gòu)件，其中，特別是以按照本發(fā)明的方式可以由此保護(hù)這些鑄件引導(dǎo)熱氣體的通道，即，在所涉及的熱氣體通道的區(qū)域中分別設(shè)置以按照本發(fā)明的方式涂層的插入件。
[0024]按照本發(fā)明涂覆在插入件的內(nèi)表面和外表面上的涂層通常為釉層或者琺瑯層。各個(gè)層材料的選擇應(yīng)該在考慮組成待涂層的插入件的材料的條件下進(jìn)行。如果插入件由輕金屬材料組成，那么可以使用鋁琺瑯，其具有以1-20重量％含量的粗添加劑，比如剛玉、石英、碳化硅或者氧化鎢。如果相反地插入件由鋼材制成，那么可以使用鋼琺瑯，其同樣具有以1-20重量％含量的耐火材料的添加，比如Cr202、Si02、Al203、W03。為了提高溫度轉(zhuǎn)換穩(wěn)定性可以使分別使用的琺瑯在此也含有0.2-10重量％的無(wú)機(jī)或有機(jī)組成的纖維。
[0025]關(guān)于插入件的外表面的按照本發(fā)明的涂層，實(shí)際試驗(yàn)令人意外地發(fā)現(xiàn)，當(dāng)琺瑯用作涂層材料且常規(guī)的鑄造鋁合金用作鑄造材料時(shí)，得到了鑄造材料在牢固地貼覆在插入件上的涂層上的、強(qiáng)化的材料配合連接。在此，在涂層材料和鑄造材料之間形成金屬間相，其促使鑄造材料在涂層材料上的牢固的粘著并與之伴隨地通過(guò)由涂層材料產(chǎn)生的連接促使插入件在鑄件中以相同方式的牢固的固定。
[0026]在將一種琺瑯用于內(nèi)表面的涂層的情況下，以常規(guī)方式基于玻璃粉而制成的琺瑯適應(yīng)于此。如果保護(hù)鑄件的各個(gè)通道的插入件由輕金屬材料制成，那么添加到硼酸、苛性鈉溶液和硅酸鈉中并且含有已經(jīng)存在的已述耐火材料的鋁琺瑯連同水一起研磨成為能夠使用的漿液。如果該插入件相反地由鋼材制成，那么鋼琺瑯除了耐火材料之外還添加有黏土和少量的電解質(zhì)以及水而且由此形成的漿液以常規(guī)的類型和方式涂覆在插入件上并烘烤。除了硅質(zhì)的琺瑯之外也可以使用磷琺瑯、鋯琺瑯或者針對(duì)按照本發(fā)明的目的的變型。100份的玻璃料、10-21份的剛玉或者等量的具有同樣高的熔點(diǎn)的材料加入分別使用的玻璃粉末中，從而使內(nèi)表面的涂層的耐熱性最大化。
[0027]當(dāng)此處談及作為定量標(biāo)準(zhǔn)的“份”時(shí)，應(yīng)理解為加入琺瑯?lè)勰┑母鱾€(gè)組成成分的量借助對(duì)于所有組成成分相同的統(tǒng)一度量來(lái)測(cè)量而按照本發(fā)明為單個(gè)組成成分分別設(shè)置的“份”表示該統(tǒng)一度量的相應(yīng)倍數(shù)。
[0028]適合于制造這類琺瑯層的粉末描述在目前尚未公開(kāi)的德國(guó)專利申請(qǐng)DE10 2013108 429.1中，其內(nèi)容就此引入本申請(qǐng)的公開(kāi)內(nèi)容中。在所涉及的德國(guó)專利申請(qǐng)中說(shuō)明的琺瑯?lè)勰┨貏e適合用于覆蓋在運(yùn)行中受到高的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷的金屬表面并且作為混合物存在，該混合物含有:100.0份玻璃粉，可選的10-22份大于玻璃粉末的顆粒的粗玻璃顆粒，0.1-7.5份陶瓷纖維、玻璃纖維或碳纖維，以及相互替代的或相互結(jié)合的10-21份輕金屬的粉末狀存在的氧化物或1-5份重金屬的粉末。
[0029]如在該德國(guó)專利申請(qǐng)中所描述的一樣，按照本發(fā)明的琺瑯?lè)勰┑膯蝹€(gè)組成成分在此具有以下的意義:
[0030]a)玻璃粉末
[0031]玻璃粉末是所涉及的琺瑯?lè)勰┑幕A(chǔ)并且在按照本發(fā)明制成的、在金屬部件的各個(gè)表面區(qū)段上產(chǎn)生的琺瑯層中形成基體，琺瑯?lè)勰┑钠渌M成成分嵌入該基體中。
[0032]在此，現(xiàn)有技術(shù)中為此通常所使用的玻璃類型可以用作玻璃粉末。此處由具有比支承材料更低的膨脹系數(shù)的玻璃獲得的玻璃粉末適用于本發(fā)明，通過(guò)由琺瑯?lè)勰┬纬傻默m瑯層分別覆蓋的表面區(qū)段存在于該支承材料上。為了在琺瑯層的烘烤過(guò)程中避免各個(gè)金屬基底的損壞或變形，由這類玻璃獲得的玻璃粉末應(yīng)該在這樣的溫度下熔化，即該溫度低于各個(gè)支承材料的熔化溫度所處的溫度范圍。
[0033]在應(yīng)用于內(nèi)燃機(jī)部件的表面的情況下，該內(nèi)燃機(jī)部件由輕金屬鑄件制成并且在使用中暴露于熱氣流，已發(fā)現(xiàn)，在這類玻璃粉末的基礎(chǔ)上產(chǎn)生并剩余組成的琺瑯層也隨后可以可靠地耐受熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷并且當(dāng)廢氣溫度比鑄件材料和琺瑯層本身的熔化溫度高很多時(shí)可以可靠地保護(hù)輕金屬基底。在使用在輕金屬部件的表面區(qū)段上的情況下，該玻璃粉末的常規(guī)的熔化溫度在500- 650 °C、特別是在540- 580 °C的范圍內(nèi)。
[0034]形成這類琺瑯?lè)勰┑幕A(chǔ)的玻璃粉末的顆粒的粒度(平均直徑)通常在5_40μπι的范圍內(nèi)，其中，在實(shí)際中發(fā)現(xiàn)具有平均為25μπι的粒度的玻璃粉末是特別適合的。
[0035]b)粗玻璃顆粒
[0036]10-22份粗玻璃顆?？梢赃x擇性地加入這種琺瑯?lè)勰┲?，從而賦予由琺瑯?lè)勰┬纬傻默m瑯層進(jìn)一步改善的抗裂紋形成的穩(wěn)定性。在此，這樣的玻璃顆粒稱為“粗玻璃顆?！?，該玻璃顆粒大于形成琺瑯?lè)勰┗A(chǔ)的玻璃粉末的最大顆粒。為此，通常具有大于40μπι的平均直徑的玻璃顆粒算作粗玻璃顆粒。在此，粗玻璃顆粒的平均直徑不應(yīng)超過(guò)500μπι，從而防止通過(guò)這種琺瑯?lè)勰┊a(chǎn)生的涂層過(guò)強(qiáng)的粗糙化。
[0037]由于其相對(duì)較大的體積，粗玻璃顆粒在琺瑯層的烘烤過(guò)程中沒(méi)有完全熔化，而是保持包含在其基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中，如果在實(shí)際使用中在琺瑯層中形成裂紋，那么存在于琺瑯層中的玻璃顆粒根據(jù)裂紋不能克服的障礙的類型來(lái)對(duì)抗裂紋的進(jìn)一步擴(kuò)張。以這種方式有效地抵抗裂紋的進(jìn)一步發(fā)展并且防止了涂層的進(jìn)一步損壞。
[0038]類似于上述琺瑯?lè)勰┙M成的玻璃部分用作粗玻璃顆粒。由這種琺瑯?lè)勰┲瞥傻拇植Ａьw粒于是具有與所涉及的琺瑯?lè)勰┊a(chǎn)生的涂層的組成和特性相對(duì)應(yīng)的組成和特性。以這種方式確保了，按照本發(fā)明產(chǎn)生的涂層盡管有粗玻璃顆粒的存在仍盡可能地具有均一的特性和同樣均一的表現(xiàn)。這類粗玻璃顆粒被證實(shí)為特別適合于這類琺瑯?lè)勰?，這些粗玻璃顆粒在制造此處談及類型的琺瑯?lè)勰┑倪^(guò)程中已作為玻璃半熔物加入。這種半熔的(S卩，沒(méi)有完全熔化的)玻璃顆粒已證實(shí)在通過(guò)琺瑯?lè)勰┊a(chǎn)生的琺瑯層中避免更大的裂紋是特別有效的。
[0039]為了使粗玻璃顆粒的作用以期望的可靠性出現(xiàn)，該琺瑯?lè)勰┌?0-22份的這種玻璃顆粒，其中，當(dāng)至少15份粗玻璃顆粒加入琺瑯?lè)勰┲袝r(shí)設(shè)置為理想的作用。
[0040]c)陶瓷纖維、玻璃纖維或碳纖維
[0041]存在于上述琺瑯?lè)勰┲械睦w維具有特殊的意義。它們確保了由粉末形成的琺瑯層即使在可能由實(shí)際使用中出現(xiàn)的溫度波動(dòng)和機(jī)械式壓力負(fù)荷產(chǎn)生的高壓下仍可靠地粘著。
[0042]為了滿足該功能，在上述談及類型的琺瑯?lè)勰┲写嬖?.1-7.5份、特別是至少2份或者至少3.5-7.5份的陶瓷纖維、玻璃纖維或者碳纖維，其中，陶瓷纖維、玻璃纖維或者碳纖維可以分別單獨(dú)地或者也可以作為混合物而加入。當(dāng)粉末中存在4-6份的纖維材料時(shí)，產(chǎn)生了理想的作用。
[0043]原則上將具有10-9000μπι的纖維長(zhǎng)度的陶瓷纖維、玻璃纖維或者碳纖維用于琺瑯?lè)勰?。在此，較大的纖維長(zhǎng)度證實(shí)在由琺瑯?lè)勰┬纬傻默m瑯層的粘著性方面是有益的，但是可能影響可加工性。在小于1wii的纖維長(zhǎng)度的情況下，增強(qiáng)作用過(guò)弱。具有10-1000μπι長(zhǎng)度的纖維被證實(shí)為充分有效的并且同時(shí)確保了良好的可加工性。
[0044]作為碳纖維可以使用可購(gòu)買(mǎi)到的纖維。同樣也適用于陶瓷纖維和玻璃纖維，其中，涉及例如不同組成成分的SiC纖維或玻璃纖維。
[0045]d)輕金屬的氧化物或者重金屬的粉末
[0046]粉末狀存在的輕金屬的氧化物或者重金屬的粉末可以同時(shí)或二選一地存在于琺瑯?lè)勰┲校瑥亩褂涩m瑯?lè)勰┬纬傻耐繉拥娜埸c(diǎn)移動(dòng)至關(guān)于各種應(yīng)用目的有利的范圍內(nèi)。
[0047]以這種方式也可以在輕金屬部件上產(chǎn)生琺瑯層，其在對(duì)于各個(gè)輕金屬材料的熔化溫度不苛刻的烘烤條件下產(chǎn)生，但是在實(shí)際使用中，該琺瑯層是耐熱的，從而其可以可靠地耐受在此出現(xiàn)的最高溫度。
[0048]為了實(shí)現(xiàn)該效果，琺瑯?lè)勰┖?0-21份、特別是12-17份的以粉末狀存在的輕金屬的氧化物和/或1-5份、特別是2-4份的重金屬的粉末。
[0049]在此，“輕金屬”應(yīng)理解為具有小于5g/cm3的密度的金屬。特別是Al、Ti和Mg屬于這一類。
[0050]由于其大于2000°C的高熔點(diǎn)，這些輕金屬的氧化物、特別是Al氧化物適合于在琺瑯?lè)勰┲惺褂?。但是，在輕金屬部件的涂層過(guò)程中也可以使用其他輕金屬氧化粉末(比如由Ti氧化物和類似物組成的粉末)，它們的熔點(diǎn)總是分別大于100tC并因此明顯位于輕金屬基底的熔化溫度范圍以上。
[0051]當(dāng)輕金屬氧化物以相對(duì)于由琺瑯?lè)勰┊a(chǎn)生的無(wú)定型的涂層材料量的最大30%的含量存在時(shí)，則調(diào)整為輕金屬氧化物對(duì)由琺瑯?lè)勰┊a(chǎn)生的琺瑯層的特性理想的影響。
[0052]在此，“重金屬”應(yīng)理解為具有至少5g/cm3的密度的所有金屬或它們的合金。所有基于鐵的材料、特別是由合金鋼組成的金屬粉末屬于這一類。特別適合的是制造由不銹鋼組成的金屬粉末，不銹鋼例如由以名稱“V2A”和“V4A”已知、以材料編號(hào)1.4301和1.4401標(biāo)準(zhǔn)化的鋼材X5CrNil8-10和X5CrNiMol7-12-2組成。在此被證實(shí)為有利的是，各種金屬粉末的熔點(diǎn)為大于100tC，從而不會(huì)導(dǎo)致金屬粉末的特性在烘烤過(guò)程中變化。
[0053]當(dāng)重金屬或其合金的金屬粉以相對(duì)于無(wú)定型的涂層材料量的最大10%的含量存在時(shí)，則調(diào)整為該金屬粉末對(duì)由琺瑯?lè)勰┊a(chǎn)生的琺瑯層的特性理想的影響。
[0054]加入琺瑯?lè)勰┑母鞣N金屬粉末或各個(gè)粉末狀的輕金屬的氧化物的顆粒的平均直徑通常應(yīng)在10-500μπι的范圍內(nèi)。
[0055]e)其他組成成分
[0056]除了上述說(shuō)明的組成成分之外，在琺瑯?lè)勰┲挟?dāng)然可以選擇性地存在其他助劑，比如其為了形成琺瑯層通常所必需的。硼酸、苛性鈉溶液、硅酸鈉或者去離子水都屬于這一類。
[0057]原則上可能的是，以相同的方式形成按照本發(fā)明的插入件的內(nèi)涂層和外涂層。這樣在這種情況下可能是有益的，即，提供一種涂層，其一方面是足夠穩(wěn)定的，從而可以耐受流通經(jīng)過(guò)待保護(hù)的通道的氣體產(chǎn)生的侵襲，而另一方面在隔離作用的同時(shí)確保鑄造材料的良好的連接。
[0058]但是在許多情況下可能有益的是，對(duì)應(yīng)于通道的內(nèi)表面的涂層不同于設(shè)置在按照本發(fā)明的插入件的外表面上的涂層而實(shí)施。這在實(shí)際中由此可以實(shí)現(xiàn)，即，在插入件的內(nèi)表面和外表面上的層在其組成成分或其結(jié)構(gòu)方面相互不同。
[0059]當(dāng)流通過(guò)通道的氣體為熱的并且設(shè)置在內(nèi)表面上的涂層應(yīng)具有高的熱和機(jī)械的抵抗能力時(shí)，在插入件的內(nèi)表面和外表面上按照本發(fā)明設(shè)置的涂層的不同特性是特別有意義的，為此涂覆在插入件的外表面上的釉層或者琺瑯層應(yīng)具有理想的隔離作用。
[0060]在要求與朝向鑄造材料的外側(cè)對(duì)應(yīng)的涂層有高隔離作用的應(yīng)用情況下，已證實(shí)為有益的是，設(shè)置在外表面上的釉層或者琺瑯層有針對(duì)性地設(shè)置具有高的多孔性。包含在外表面中的氣泡或者氣體填滿的通道確保了外表面的較高的熱隔離數(shù)值。通過(guò)外表面在其與鑄造材料相接觸的外表面的區(qū)域中至少區(qū)段式地形成為開(kāi)孔的，另外可以實(shí)現(xiàn)插入件在周圍的鑄造材料上的理想的連接。鑄造材料在澆鑄過(guò)程中擠入這些敞開(kāi)的孔中，從而實(shí)現(xiàn)了鑄造材料與在插入件上牢固粘附的涂層材料的加強(qiáng)的、形狀配合的咬合。
[0061]當(dāng)插入件的基體由至少兩個(gè)相互獨(dú)立的部分組成時(shí)，得到了按照本發(fā)明的插入件的涂層的一種特別低成本的可能性，其中，這些部分分別相互獨(dú)立地涂覆有釉層或琺瑯層并隨后組合成為該插入件。通過(guò)將插入件拆分成為兩個(gè)或多個(gè)部分，就涂層過(guò)程而言特別是簡(jiǎn)化了插入件的內(nèi)表面的可接近性，從而可以快速且簡(jiǎn)單地實(shí)施釉層或琺瑯層的均勻涂覆。
【附圖說(shuō)明】
[0062]隨后借助示出實(shí)施例的附圖詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明。其中分別示意性示出了:
[0063]圖1以橫向于氣缸頭的縱向延伸的截面不出了氣缸頭的一部分；
[0064]圖2以對(duì)應(yīng)于圖1的截面圖示示出了用于澆鑄到根據(jù)圖1的氣缸頭的插入件。
【具體實(shí)施方式】
[0065]由針對(duì)該目的而通常使用的鋁鑄造材料(例如AlSi合金)鑄成的、用于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)或柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸頭I具有平面的支承面2，在使用過(guò)程中氣缸頭借助該支承面通過(guò)必要時(shí)位于中間的、在此未示出的活塞頭密封件放置在各個(gè)內(nèi)燃機(jī)的此處同樣未示出的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體上。在此，內(nèi)燃機(jī)具有成排設(shè)置的燃燒室并且在其中上下運(yùn)動(dòng)的、此處同樣不可見(jiàn)的活塞。
[0066]對(duì)應(yīng)于內(nèi)燃機(jī)的氣缸的數(shù)量，將多個(gè)拱曲狀形成的凹口3成型在支承面2中，這些凹口形成了在活塞的沖程方向上內(nèi)燃機(jī)的燃燒腔的上方閉合。
[0067]—個(gè)由氣缸頭I的縱向側(cè)面4’(進(jìn)入側(cè))引導(dǎo)的進(jìn)入通道5分別通入凹口 3，在運(yùn)行過(guò)程中，燃料空氣混合物分別通過(guò)該進(jìn)入通道5引入到燃燒腔中。同時(shí)，還從各個(gè)凹口3連接排出通道6，該排出通道通向氣缸頭I的相對(duì)的縱向側(cè)面4”(排出側(cè))并且通過(guò)該排出通道使燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣從內(nèi)燃機(jī)的燃燒腔中排出。進(jìn)入通道5的入口 7和排出通道6的出口8根據(jù)燃燒過(guò)程的發(fā)展以已知的方式通過(guò)各個(gè)閥門(mén)而開(kāi)放或關(guān)閉。所涉及的閥門(mén)為了簡(jiǎn)要起見(jiàn)在此處沒(méi)有示出。在入口 7和出口 8的區(qū)域中以已知的方式分別成型有用于未示出的閥門(mén)的閥座。
[0068]為了排出在運(yùn)行過(guò)程中由于燃燒過(guò)程而產(chǎn)生的熱量，氣缸頭I以同樣已知的方式由冷卻通道9穿過(guò)，在運(yùn)行過(guò)程中使冷卻液體流過(guò)該冷卻通道。
[0069]在內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行過(guò)程中由熱的廢氣而流通經(jīng)過(guò)的排出通道6由管狀的、在氣缸頭I中鑄成的插入件10包繞，該插入件一側(cè)引導(dǎo)至排出通道6的入口 8上的閥座而另一側(cè)引導(dǎo)至排出通道在縱向側(cè)面4”上的出口。
[0070]插入件10的基體11以常規(guī)的方式由兩個(gè)或多個(gè)相互焊接的板件組成，這些板件以同樣常規(guī)的方式通過(guò)深沖操作由相應(yīng)的板坯成型。替代性地可以使插入件10的基體11例如由管狀的生板件制成，該生板件通過(guò)內(nèi)高壓成型或者類似的方式而具有所要求的形狀?？梢越M成插入件10的基體11的板材由熱穩(wěn)定的、高機(jī)械負(fù)荷的鋼組成，該鋼以常見(jiàn)的方式通過(guò)熱乳和冷乳加工成為板件。板材的厚度通常為0.4-1.2mm、特別是不超過(guò)0.9mm。
[0071]插入件10在其朝向澆鑄材料的外表面12上覆有硅質(zhì)的層13，該硅質(zhì)層在其長(zhǎng)度和周長(zhǎng)上完全地覆蓋插入件10的基體11。插入件10的基體11的內(nèi)表面14也覆有硅質(zhì)的層15。存在于外表面12上的層13和存在于內(nèi)表面14上的層15分別為琺瑯層。層13，15在此分別由琺瑯漿形成，該琺瑯漿以200-900μπι、特別是400-500μπι的厚度涂覆并隨后在還濕潤(rùn)的狀態(tài)下在520-550°C的烘烤溫度下烘烤成為各個(gè)層13，15。層13，15在此可以同時(shí)通過(guò)基體11浸入到釉池中或者依次地且相互獨(dú)立地涂覆在各個(gè)內(nèi)表面14和外表面12上。
[0072]理想的是，琺瑯漿的涂覆在沒(méi)有各個(gè)預(yù)處理的情況下進(jìn)行。如果基體11的表面狀態(tài)不允許這樣，可以使基體11的表面處理在琺瑯漿的涂覆之前進(jìn)行，在表面處理過(guò)程中，內(nèi)表面14和外表面12以熱或化學(xué)的方式去油并隨后以化學(xué)的方式鈍化。如果必要的話，額外地通過(guò)使內(nèi)表面14和外表面12有目的地粗糙化而除去此處存在的氧化層。氧化層特別是可能在基體11不是由鋼板而是例如由Al板制成的情況下而存在。
[0073]為了制成用于產(chǎn)生在外表面12上的層13而設(shè)置的琺瑯漿，將
[0074]100.0份玻璃粉，其玻璃顆粒具有I Ομπι的平均直徑，
[0075]1-5 份炭黑，
[0076]2份硼酸，
[0077]I份苛性鈉溶液，
[0078]I份硅酸鈉，
[0079]47 份水
[0080]相互研磨成為琺瑯漿。
[0081]為了制成用于產(chǎn)生在內(nèi)表面14上的層15而設(shè)置的琺瑯漿，將
[0082]100份普通的招法狼半恪物(Aluminiumemai IIefritte)，5-7份具有50μηι的平均直徑的剛玉，
[0083 ] 4-6份具有I Ομπι的平均直徑的不銹鋼粉，
[0084]2份硼酸，
[0085]I份苛性鈉溶液，
[0086]I份硅酸鈉，
[0087]2-5份碳纖維，
[0088]55 份水
[0089]在瓷磨中相互加工成為琺瑯漿。
[0090]各種琺瑯漿的單個(gè)組分例如相互一起研磨，其中，在考慮材料特性的條件下通過(guò)選擇加入各個(gè)組分的時(shí)間點(diǎn)使研磨過(guò)程結(jié)束時(shí)各個(gè)組分所具有的顆粒大小確定。
[0091 ]琺瑯漿分別涂覆在基體11的對(duì)應(yīng)的外表面12和內(nèi)表面14上。隨后烘烤。
[0092]由于可形成氣泡的組分的含量，例如基體11的外表面12上所得到的層13具有確保層13的理想的絕熱性能的細(xì)孔?？拷鼘?3的自由的外側(cè)而存在的靠近表面的孔在此是敞開(kāi)的。在內(nèi)表面14上形成的層15相反地由于耐火的組成部分而具有高的熔融范圍，從而其可靠地耐受高的熱負(fù)荷，該層由于在運(yùn)行過(guò)程中熱廢氣的涌入而暴露于這樣的熱負(fù)荷中。插入件10相應(yīng)地使圍繞其的氣缸頭I的鑄造材料相對(duì)于過(guò)度的熱量隔離并同時(shí)確保了具有高溫的廢氣從氣缸頭I中排出。
[0093]附圖標(biāo)記
[0094]I 氣缸頭
[0095]2 支承面
[0096]3 凹口
[0097]4’氣缸頭I的縱向側(cè)面(進(jìn)入側(cè))
[0098]4”氣缸頭I的縱向側(cè)面(排出側(cè))
[0099]5 進(jìn)入通道
[0100]6 排出通道
[0101]7 進(jìn)入通道5的入口
[0102]8 排出通道6的入口
[0103]9 冷卻通道
[0104]10插入件
[0105]11基體
[0106]12插入件10的基體11的外表面
[0107]13外表面12上的硅質(zhì)的層
[0108]14插入件10的基體11的內(nèi)表面
[0109]15內(nèi)表面14上的硅質(zhì)的層
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種鑄件，所述鑄件由鑄造材料鑄成并且在所述鑄件中成型有在運(yùn)行過(guò)程中由氣體流通經(jīng)過(guò)的通道(6)，其中，所述通道(6)至少區(qū)段式地通過(guò)單獨(dú)預(yù)制的并且鑄入鑄件(I)中、由金屬組成的插入件(10)圍繞，其特征在于，所述插入件(10)分別在其朝向氣體的內(nèi)表面(14)上以及在其朝向鑄造材料的外表面(12)上至少區(qū)段式地分別涂覆釉層或琺瑯層(13，15)。2.根據(jù)上述權(quán)利要求所述的鑄件，其特征在于，在所述插入件的內(nèi)表面和外表面上的釉層或琺瑯層在其組成成分或其結(jié)構(gòu)方面相互不同。3.根據(jù)上述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的鑄件，其特征在于，相應(yīng)設(shè)置在所述插入件(10)的外表面(12)上的層(13)具有孔。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鑄件，其特征在于，鑄造材料在所述插入件(10)的澆鑄過(guò)程中擠入所述外表面(12)上的層(13)的孔中。5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的鑄件，其特征在于，所述插入件(10)是管狀的。6.根據(jù)上述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的鑄件，其特征在于，所述鑄件是用于內(nèi)燃機(jī)的氣缸頭(I)而且所述插入件對(duì)應(yīng)于實(shí)際應(yīng)用中氣缸頭(I)的引導(dǎo)廢氣的通道。7.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)所述的鑄件，其特征在于，所述鑄件是用于渦輪增壓機(jī)的殼體而且所述插入件對(duì)應(yīng)于實(shí)際應(yīng)用中所述殼體的引導(dǎo)廢氣的通道。8.根據(jù)上述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的鑄件，其特征在于，鑄造材料是輕金屬鑄造材料。9.在根據(jù)上述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的鑄件(I)中使用的插入件，其特征在于，所述插入件在其朝向由氣體流通經(jīng)過(guò)的通道(6)的內(nèi)表面(14)上以及在其朝向所述鑄件(I)的鑄造材料的外表面(12)上分別至少區(qū)段式地涂覆釉層或琺瑯層(13，15)。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的插入件，其特征在于，在所述插入件(10)的外表面(12)上設(shè)置的層(13)由多孔的琺瑯組成。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的插入件，其特征在于，在所述插入件(10)的外表面上的層(13)是開(kāi)孔的。12.根據(jù)權(quán)利要求9至11中任意一項(xiàng)所述的插入件，其特征在于，在所述插入件(10)的內(nèi)表面(14)上設(shè)置的層(15)由含有高熱穩(wěn)定的組成部分的琺瑯構(gòu)成。13.根據(jù)權(quán)利要求9至12中任意一項(xiàng)所述的插入件，其特征在于，所述插入件包括基體(11)，所述基體由輕金屬材料組成、具有釉層或琺瑯層(13，15)。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的插入件，其特征在于，所述基體(11)由輕金屬發(fā)泡體組成。15.根據(jù)權(quán)利要求9至14中任意一項(xiàng)所述的插入件，其特征在于，基體由至少兩個(gè)相互獨(dú)立的部分組成，這些部分分別彼此獨(dú)立地覆有釉層或琺瑯層并隨后組合成為所述插入件。
【文檔編號(hào)】F02F1/42GK105940212SQ201580005139
【公開(kāi)日】2016年9月14日
【申請(qǐng)日】2015年1月20日
【發(fā)明人】亨寧·梅施納, 羅爾夫·戈施, 安妮特·布雷特施奈德, 沃爾夫?qū)で?
【申請(qǐng)人】尼瑪克股份有限公司