專(zhuān)利名稱(chēng)：大功率發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞以及用于在這種活塞上制造防磨損層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明依據(jù)第一發(fā)明設(shè)想涉及用于特別是二沖程柴油機(jī)這種大功率發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞，帶有由鐵質(zhì)材料組成的活塞冠，活塞冠具有用于各自容納一個(gè)活塞環(huán)的環(huán)形活塞環(huán)槽，其中，至少最上部距燃燒室最近的活塞環(huán)槽在其遠(yuǎn)離燃燒室的側(cè)面的區(qū)域內(nèi)具有防磨損層。
本發(fā)明依據(jù)另一發(fā)明設(shè)想還涉及一種用于在這種活塞上制造防磨損層的方法，其中，將防磨損層在活塞環(huán)槽遠(yuǎn)離燃燒室的側(cè)面的區(qū)域內(nèi)涂覆到從屬活塞冠的鐵質(zhì)材料上。
背景技術(shù)：
在這種類(lèi)型的公知設(shè)置中，防磨損層作為由硬鉻組成通常電鍍涂覆的金屬鍍層構(gòu)成。但事實(shí)證明，迄今為止所使用的這種防磨損層在高壓和高溫和/或者增壓空氣中高濃度磨蝕顆粒等方式的高負(fù)荷情況下的耐抗性不夠。后果是相當(dāng)短的使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
從該問(wèn)題出發(fā)本發(fā)明的目的因此在于，以簡(jiǎn)單和成本低廉的方法對(duì)開(kāi)頭所述的活塞這樣進(jìn)行改進(jìn)，使其即使在高負(fù)荷情況下也能使防磨損層達(dá)到相當(dāng)長(zhǎng)的使用壽命，以及提供一種用于涂覆依據(jù)本發(fā)明防磨損層的方法。
上述目的的第一部分在與依據(jù)本發(fā)明活塞的結(jié)合下由此得以實(shí)現(xiàn)，即防磨損層具有金屬基體，里面嵌入硬度大于鉻的承載微粒。
防磨損層的硬度以及耐抗性主要受承載微粒特性的影響。因?yàn)檫@種承載微粒具有大于鉻或氧化鉻的硬度，所以依據(jù)本發(fā)明的措施與公知的鉻保護(hù)層相比提高了耐磨強(qiáng)度。因?yàn)閳?jiān)硬的保護(hù)層嵌入較軟的基體內(nèi)，所以保證了防磨損層足夠的延展性。通過(guò)承載微粒嵌入基體內(nèi)，為形成承載微粒也可以具有優(yōu)點(diǎn)的方式使用這些材料，在這種情況下它們可以在所要求的厚度上不作為固體制造。依據(jù)本發(fā)明的這些措施因此可以任何所要求的厚度并具有所要求的承載能力制造防磨損層，從而以具有優(yōu)點(diǎn)的方式延長(zhǎng)了使用壽命。
上述措施具有優(yōu)點(diǎn)的構(gòu)成和依據(jù)目的的進(jìn)一步構(gòu)成在從屬權(quán)利要求中予以說(shuō)明。因此承載微粒依據(jù)目的可以具有倒圓的造型。由此確保承載微粒不是按照磨粒的方式作用，從而避免了從屬活塞環(huán)不希望的磨損。同時(shí)保證可靠地支承和固定在基體內(nèi)。
另一依據(jù)目的的措施在于，承載微粒具有20-60μ的直徑。這一點(diǎn)可以達(dá)到承載微粒比較高的比例以及均勻的分布。依據(jù)目的防磨損層50Vol％由承載微粒組成。
上述措施另一進(jìn)一步構(gòu)成在于，基體由含有Ni、Cr、B和Si成分的合金組成。這種合金以具有優(yōu)點(diǎn)的方式形成基體比較高的硬度。此外，所稱(chēng)的材料還具有良好的流動(dòng)特性，從而保證以噴涂法簡(jiǎn)單處理并易于獲得防磨損層的均勻厚度。
具有優(yōu)點(diǎn)的是承載微粒由陶瓷，最好WC組成。這些措施以特別是成本低廉的方式產(chǎn)生非常堅(jiān)硬的承載微粒。
依據(jù)目的防磨損層的厚度為0.3-0.5mm。由此確保活塞環(huán)槽內(nèi)的間隙在防磨損層磨損的過(guò)程中不會(huì)過(guò)大。
上述措施另一具有優(yōu)點(diǎn)的構(gòu)成在于，防磨損層的密度在徑向上從內(nèi)向外增加。在活塞環(huán)槽徑向外部的區(qū)域內(nèi)負(fù)荷最高，從而那里也必須存在最高的承載能力，這一點(diǎn)利用密度徑向向外增加來(lái)達(dá)到。所稱(chēng)的措施因此確保在活塞環(huán)槽徑向?qū)挾壬系拿芏确植蓟九c負(fù)荷相應(yīng)，從而在整個(gè)寬度上形成一種比較均勻的磨損。由此防止活塞環(huán)產(chǎn)生不希望的翹曲。
另一具有優(yōu)點(diǎn)的措施在于，活塞冠的鐵質(zhì)材料至少在與防磨損層相鄰的區(qū)域內(nèi)硬化。由此與防磨損層沉陷到基底材料內(nèi)產(chǎn)生反作用，并同時(shí)避免防磨損層與接受該層的基底材料之間硬度差別過(guò)大，這一點(diǎn)同樣具有優(yōu)點(diǎn)地對(duì)耐久性產(chǎn)生影響。
開(kāi)頭所述目的的第二部分在與依據(jù)分類(lèi)方法的結(jié)合下由此得以實(shí)現(xiàn)，即構(gòu)成防磨損層的材料由帶有構(gòu)成基體的金屬合金和在該合金中所接受的硬度大于鉻，最好具有大于1600HV硬度的承載微粒的聚合體組成，將該聚合體噴涂到活塞環(huán)槽的準(zhǔn)備好的側(cè)面上，其中，構(gòu)成基體的金屬合金處于一種聚合狀態(tài)下，并接著或者同時(shí)對(duì)所噴涂材料的進(jìn)行熱處理。
通過(guò)將構(gòu)成防磨損層直接噴涂到活塞環(huán)槽的從屬側(cè)面上，達(dá)到與基底材料良好結(jié)合的目的。隨后進(jìn)行的熱處理確保由于噴射角可能產(chǎn)生的厚度差得到可靠補(bǔ)償。同時(shí)利用熱處理還達(dá)到基底材料所要求的硬度的目的。
依據(jù)目的噴射角可以在活塞環(huán)槽的寬度上變化，其中，噴射角在徑向外部區(qū)域內(nèi)陡于徑向內(nèi)部區(qū)域內(nèi)。按照這種方式以具有優(yōu)點(diǎn)的方式在徑向的外部區(qū)域內(nèi)達(dá)到所要求的更大密度。
所稱(chēng)目的另一解決方案在與依據(jù)分類(lèi)方法的結(jié)合下由此得以實(shí)現(xiàn)，即構(gòu)成防磨損層的材料由帶有構(gòu)成基體的金屬合金和在該合金中所接受的硬度大于鉻，最好具有大于1600HV硬度的承載微粒的聚合體組成，將該聚合體以一種借助于粘結(jié)劑結(jié)合的方式施加到活塞環(huán)槽的準(zhǔn)備好的側(cè)面上并隨后進(jìn)行熱處理，在熱處理時(shí)將構(gòu)成基體的金屬合金熔化并將粘結(jié)劑燒焦。由此避免了與噴涂法相關(guān)存在的困難，特別是比較深、窄的活塞環(huán)槽情況下出現(xiàn)的困難。
依據(jù)目的在此方面可以這樣進(jìn)行，從構(gòu)成防磨損層的材料中在使用粘結(jié)劑的情況下產(chǎn)生具有環(huán)形防磨損層濕試樣一個(gè)扇形段的造型，將該濕試樣施加到活塞環(huán)槽的所屬側(cè)面上并然后進(jìn)行熱處理。濕試樣的制造使操作變得容易。
另一在任何情況下均具有優(yōu)點(diǎn)的措施在于，熱處理在輸送保護(hù)氣體下進(jìn)行。由此避免特別是在與基底材料的結(jié)合區(qū)內(nèi)氧化，從而保證取得防磨損層在基底材料上良好的附著。


上述措施其他具有優(yōu)點(diǎn)的構(gòu)成和依據(jù)目的的進(jìn)一步構(gòu)成在其他從屬權(quán)利要求中予以說(shuō)明并具體參閱借助附圖的下列舉例說(shuō)明。其中圖1示出二沖程大功率柴油機(jī)活塞的一部分；圖2示出依據(jù)圖1設(shè)置一部分防磨損層的放大圖；圖3示出依據(jù)圖1設(shè)置活塞環(huán)槽連同部分噴涂防磨損層的放大圖；圖4示出依據(jù)圖1設(shè)置活塞環(huán)槽在防磨損層熱處理期間的放大圖；以及圖5示出嵌入活塞環(huán)槽內(nèi)的扇形防磨損層-濕試樣的俯視圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)槎_程大功率柴油機(jī)和類(lèi)似的大功率發(fā)動(dòng)機(jī)。這種發(fā)動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理本身公知。
圖1示出上部分，也就是二沖程大功率柴油機(jī)活塞2的所謂活塞冠1。在這里所示類(lèi)型的大功率發(fā)動(dòng)機(jī)情況下，活塞冠1由像灰口鑄鐵或者鑄鋼件這種鐵質(zhì)材料組成。每個(gè)活塞2的活塞冠1具有一個(gè)由多個(gè)彼此設(shè)置的活塞環(huán)3組成的活塞束，通過(guò)其密封活塞冠1的外殼面與接受活塞2襯套的工作面之間的間隙。活塞環(huán)3各自由活塞冠1的從屬活塞環(huán)槽4接受。
至少最上部的活塞環(huán)槽4，也就是距由活塞2限制的燃燒室最近的活塞環(huán)槽4在其下部區(qū)域內(nèi)，也就是其遠(yuǎn)離燃燒室的側(cè)面具有防磨損層5，處于其上面的是從屬的活塞環(huán)3。依據(jù)目的，多個(gè)彼此相鄰的上部活塞環(huán)槽4具有這種防磨損層5。在所示的實(shí)施例中，所有活塞環(huán)槽4均具有這種防磨損層5。
如從圖2可最清楚看到的那樣，防磨損層5包括具有高硬度的承載微粒6，它們嵌入與通過(guò)鐵質(zhì)材料構(gòu)成的活塞冠1的基底材料連接的金屬基體7內(nèi)。承載微粒6的硬度高于鉻或在鉻的表面上形成的氧化鉻的硬度。為此使用其硬度大于1600HV的承載微粒6。構(gòu)成基體7的材料硬度低于承載微粒6，從而保證了防磨損層5足夠的延展性。適用于構(gòu)成基體7的材料為Ni-Cr-Si-Fe-B-C合金。該合金依據(jù)目的含有74％的Ni、15％的Cr、4％的Si、3.5％的Fe、3％的B和0.5％的C。
承載微粒6依據(jù)目的由可成本低廉提供的陶瓷材料組成。利用由WC(碳化鎢)組成的承載微粒6在實(shí)驗(yàn)時(shí)取得了良好的效果。
如圖2所示，承載微粒6依據(jù)目的具有倒圓直至球形的外形。承載微粒6的直徑為20-60μ。依據(jù)目的承載微粒6均勻地通過(guò)基體7分布。承載微粒6占整個(gè)防磨損層5的比例最高可達(dá)80Vol％。利用50％的比例在實(shí)驗(yàn)時(shí)達(dá)到了良好效果。
防磨損層5的厚度這樣確定，使其在防磨損層5磨損的情況下不超過(guò)活塞環(huán)3和活塞環(huán)槽4之間的允許間隙。依據(jù)目的因此防磨損層5的厚度最高為1mm，最好為0.3-0.5mm。在特別大的設(shè)置情況下防磨損層5的所稱(chēng)厚度大于上限或者相反。
防磨損層5在其整個(gè)寬度上具有統(tǒng)一的密度。但依據(jù)目的密度在寬度上的分布基本相當(dāng)于負(fù)荷在寬度上的分布。與此相應(yīng)，密度徑向從內(nèi)部向徑向外部增加，并在從屬活塞環(huán)槽4的外部邊緣區(qū)域內(nèi)最高。由此達(dá)到在活塞環(huán)槽的寬度上形成基本上均勻的磨損，從而從屬的活塞環(huán)3不會(huì)傾翻并防止扭曲。
如從圖1可進(jìn)一步看到的那樣，防磨損層5作為通過(guò)在活塞冠1的基底材料內(nèi)加工的梯形部位8構(gòu)成的袋的填充料構(gòu)成，該袋向上敞開(kāi)并在徑向上從內(nèi)部隔片9一直延伸到從屬活塞環(huán)槽4的外部邊緣。隔片9靠近梯形部位8的側(cè)面傾斜，從而梯形部位8和填充該部位的防磨損層5徑向內(nèi)部末端變尖。在隔片9和活塞環(huán)槽4的徑向內(nèi)部界限之間具有一個(gè)環(huán)形槽10，它可以防止缺口應(yīng)力和熱中斷。
如圖3所示，防磨損層5例如可以等離子噴涂法或者HVOF-噴涂法噴涂到基底材料上。為此使用附圖中通過(guò)噴頭11示出的噴涂裝置，通過(guò)該裝置將構(gòu)成防磨損層5的材料噴入通過(guò)梯形部位8構(gòu)成的袋內(nèi)，如通過(guò)噴射束12所示。如圖3中通過(guò)回轉(zhuǎn)箭頭13所示，噴射角在此方面可以這樣變化，使其在活塞環(huán)槽4的外部邊緣區(qū)域內(nèi)存在一個(gè)比防磨損層5的內(nèi)部邊緣區(qū)域內(nèi)更陡的噴射角。按照這種方式在防磨損層5的外部邊緣區(qū)域內(nèi)取得比內(nèi)部邊緣區(qū)域內(nèi)更高密度的防磨損層5。
構(gòu)成基體7的材料在噴涂過(guò)程期間以液態(tài)的，也就是熔化的方式存在并在凝固時(shí)與基底材料結(jié)合。承載微粒6散射到液態(tài)的基體材料內(nèi)并利用該材料噴涂。在基體材料凝固時(shí)，承載微粒在基體中定位。
在噴涂過(guò)程后進(jìn)行圖4中所示的熱處理。為此在所示的實(shí)施例中具有加熱裝置14，該裝置進(jìn)入活塞環(huán)槽4內(nèi)并通過(guò)該裝置可加熱新噴入的防磨損層5。加熱裝置14由至少一個(gè)進(jìn)入活塞環(huán)槽4內(nèi)比較短的加熱段組成，該段可感應(yīng)式加熱，也就是說(shuō)具有至少一個(gè)可施加電流的線(xiàn)圈。在熱處理期間，包括活塞環(huán)槽4的活塞冠這樣旋轉(zhuǎn)，使整個(gè)圓周得到處理。一般旋轉(zhuǎn)一圈足夠。這一過(guò)程依據(jù)目的為每個(gè)具有防磨損層5的活塞環(huán)槽4反復(fù)。但是也可以設(shè)想為具有防磨損層的多個(gè)或者所有活塞環(huán)槽4同時(shí)進(jìn)行熱處理。同樣也可以具有多個(gè)通過(guò)圓周分布的加熱段，由此減少旋轉(zhuǎn)角。不言而喻，取代感應(yīng)式加熱裝置也可以使用具有一個(gè)或者多個(gè)燃燒器的加熱裝置或者激光加熱裝置。
借助于加熱裝置14可取得的溫度高于構(gòu)成基體7的材料的熔化溫度。在所示的實(shí)施例中該溫度為1000-1200℃。通過(guò)該熱處理在噴涂過(guò)程中不可避免的小厚度差得到補(bǔ)償。同時(shí)在此方面基底材料與防磨損層5相鄰的區(qū)域15硬化，如圖4中通過(guò)虛線(xiàn)所示。依據(jù)目的加熱裝置14可以這樣構(gòu)成或這樣進(jìn)行熱處理，即不僅使活塞環(huán)槽4下部側(cè)壁上的區(qū)域15內(nèi)進(jìn)行硬化，而且上部側(cè)壁上的區(qū)域內(nèi)也得到硬化，如圖4中同樣通過(guò)虛線(xiàn)16所示那樣。
在所示的實(shí)施例中，熱處理在噴涂過(guò)程之后進(jìn)行。但熱處理也可以在噴涂過(guò)程期間就開(kāi)始進(jìn)行。在任何情況下噴涂過(guò)程和熱處理均在保護(hù)氣體氛圍下進(jìn)行，從而不會(huì)進(jìn)行氧化。例如氬這種保護(hù)氣體可以通過(guò)圖3和4中所示的噴頭11或加熱裝置14所屬的噴嘴17或18輸送，噴頭與未詳細(xì)示出的保護(hù)氣體源連接。
為避免在噴涂防磨損層時(shí)不希望地涂覆隔片9和槽10以及活塞環(huán)槽4的徑向內(nèi)壁，如圖3所示具有適當(dāng)?shù)淖o(hù)板21。它是一個(gè)裝入活塞環(huán)槽4內(nèi)由多個(gè)段組成的環(huán)，它起到所要求的護(hù)板作用。護(hù)板在圓周側(cè)上這樣處理或者由黃銅這種材料組成，使其不與防磨損層5產(chǎn)生粘結(jié)。通過(guò)護(hù)板大大簡(jiǎn)化了噴涂過(guò)程。
用于涂覆防磨損層5的另一種可能性在于，構(gòu)成防磨損層5的材料，也就是基體材料連同里面所接受的承載微粒6，以一種借助于粘結(jié)劑結(jié)合或預(yù)燒結(jié)的方式施加到活塞環(huán)槽4的準(zhǔn)備好的下部側(cè)面上并接著進(jìn)行熱處理，在熱處理時(shí)將構(gòu)成基體7的金屬合金熔化并將粘結(jié)劑燒焦。在這種方法中，可以避免在噴涂法中必須以比較小的噴涂角工作的非常深且窄的活塞環(huán)槽情況下出現(xiàn)的困難。
粘結(jié)劑可以這樣構(gòu)成，使其與構(gòu)成防磨損層5的材料共同形成一種糊劑，可以涂在活塞環(huán)槽從屬的側(cè)壁上。但也可以設(shè)想制造一種實(shí)心板狀或者帶狀濕試樣方式的中間產(chǎn)品，將其加入從屬的活塞環(huán)槽4內(nèi)。在任何情況下都要接著進(jìn)行用于熔化基體材料和用于燒焦粘結(jié)劑的熱處理。這種粘結(jié)劑例如可以是稀釋的PVA(聚乙烯醇)、硅或者乳膠。
如從圖5可看到的那樣，上述濕試樣依據(jù)目的可以環(huán)形防磨損層5的扇形段19的方式制造。由多個(gè)彼此連接的扇形段19可以與此相應(yīng)構(gòu)成一個(gè)加入活塞環(huán)槽4內(nèi)的環(huán)。隔片9在此方面構(gòu)成濕試樣19的一個(gè)可靠的內(nèi)部阻擋邊。處于隔片9內(nèi)部的徑向槽10可以具有優(yōu)點(diǎn)的方式將熱處理限制在通過(guò)梯形部位8構(gòu)成的袋的區(qū)域上。槽10這樣實(shí)際構(gòu)成不處理的區(qū)域，由此可以防止熱中斷。
如上述實(shí)施例中那樣，熱處理可以借助于電加熱裝置或者借助于具有燃燒器的激光裝置進(jìn)行并依據(jù)目的同樣在保護(hù)氣體氛圍下進(jìn)行?？僧a(chǎn)生的溫度在任何情況下都要高于基體材料的熔化溫度，也就是高于1000-1200℃。為保證基體材料良好均勻的分布，該材料應(yīng)具有良好的流動(dòng)性，就像在含有Ni、Cr、B和Si成分的金屬合金中的情況那樣。各元素的比例可與上面已經(jīng)提到的實(shí)施例相應(yīng)。為改善流動(dòng)性，在某些情況下依據(jù)目的可以添加所謂的流動(dòng)劑。
為避免在噴涂或在熔化防磨損層5時(shí)液態(tài)材料通過(guò)相關(guān)活塞環(huán)槽4的徑向外部邊緣滴落，通過(guò)梯形部位8構(gòu)成的袋可以徑向外部通過(guò)在噴涂過(guò)程期間具有的，此后，也就是在防磨損層5凝固之后可以取下的環(huán)形封閉工具20限制，如圖3-5中所示那樣。例如它可以是一個(gè)由多個(gè)扇形段組成的環(huán)，其內(nèi)側(cè)這樣進(jìn)行處理或者由這種材料組成，使其不與防磨損層5粘結(jié)。
作為選擇也可以設(shè)想防磨損層5通過(guò)釬焊的扇形段構(gòu)成，這些扇形段事先已經(jīng)由熔化的基體材料和填充到該材料內(nèi)的承載微粒構(gòu)成。
權(quán)利要求書(shū)(按照條約第19條的修改)1.用于特別是二沖程大功率柴油機(jī)這種大功率發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞，帶有由鐵質(zhì)材料組成的活塞冠(1)，活塞冠具有用于各自容納一個(gè)活塞環(huán)(4)的環(huán)形活塞環(huán)槽(4)，其中，至少最上部且距燃燒室最近的活塞環(huán)槽(4)在其遠(yuǎn)離燃燒室的側(cè)面的區(qū)域內(nèi)具有防磨損層(5)，其特征在于，防磨損層(5)具有金屬基體(7)，里面嵌入承載微粒(6)，其中，基體(7)由至少含有Ni、Cr、B、Si成分的合金組成，并且其中，至少承載微粒(6)具有大于鉻的硬度，并且防磨損層(5)作為在活塞冠(1)的基底材料內(nèi)加工的梯形部位(8)的填充料構(gòu)成，該梯形部位在徑向上從內(nèi)部隔片(9)一直延伸到從屬的活塞環(huán)槽(4)的外部邊緣。
2.按權(quán)利要求1所述的活塞，其中，梯形部位(8)和填充該梯形部位的防磨損層(5)徑向內(nèi)部末端變尖。
3.按前述權(quán)利要求之一所述的活塞，其中，承載微粒(6)具有大于1600HV的硬度。
4.按前述權(quán)利要求之一所述的活塞，其中，承載微粒(6)具有倒圓的外形。
5.按前述權(quán)利要求之一所述的活塞，其中，承載微粒(6)在基體(7)中均勻分布。
6.按前述權(quán)利要求之一所述的活塞，其中，承載微粒(6)占防磨損層(5)的比例最高為80Vol％。
7.按權(quán)利要求6所述的活塞，其中，承載微粒(6)占防磨損層(5)的比例為50Vol％。
8.按前述權(quán)利要求之一所述的活塞，其中，構(gòu)成基體(7)的金屬合金包括74％的Ni、15％的Cr、4％的Si、3.5％的Fe、3％的B和0.5％的C。
9.按前述權(quán)利要求之一所述的活塞，其中，承載微粒(6)由陶瓷材料組成。
10.按權(quán)利要求9所述的活塞，其中，承載微粒(6)由碳化鎢(WC)組成。
11.按前述權(quán)利要求之一所述的活塞，其中，防磨損層(5)的厚度最高為1mm。
12.按權(quán)利要求11所述的活塞，其中，防磨損層(5)的厚度為0.3-0.5mm。
13.按前述權(quán)利要求之一所述的活塞，其中，防磨損層(5)的密度從徑向內(nèi)部向徑向外部增加。
14.按前述權(quán)利要求之一所述的活塞，其中，接受防磨損層(5)的基底材料至少在與防磨損層(5)相鄰的區(qū)域(15)內(nèi)硬化。
15.按前述權(quán)利要求之一所述的活塞，其中，基底材料在活塞環(huán)槽(4)的兩個(gè)側(cè)壁區(qū)域(15、16)中具有硬化的區(qū)域(15、16)。
16.按權(quán)利要求14或15所述的活塞，其中，基底材料在活塞環(huán)槽(4)的徑向內(nèi)部表面區(qū)域內(nèi)不硬化。
17.按前述權(quán)利要求之一所述的活塞，其中，隔片(9)通過(guò)環(huán)形槽(10)與活塞環(huán)槽(4)的徑向內(nèi)表面隔開(kāi)。
18.按前述權(quán)利要求之一所述的活塞，其中，活塞環(huán)束的多個(gè)上部活塞環(huán)槽(4)具有防磨損層(5)。
19.按權(quán)利要求18所述的活塞，其中，所有活塞環(huán)槽(4)均具有防磨損層(5)。
20.用于在按前述權(quán)利要求之一所述的活塞上制造防磨損層的方法，其中，防磨損層(5)在所屬活塞環(huán)槽(4)遠(yuǎn)離燃燒室的側(cè)面的區(qū)域內(nèi)涂覆在活塞冠(1)的鐵質(zhì)材料上，其特征在于，構(gòu)成防磨損層(5)的材料由構(gòu)成基體(7)的金屬合金和在該合金中所接受的硬度大于鉻的承載微粒(6)組成，將該材料噴涂在活塞環(huán)槽(4)的準(zhǔn)備好的側(cè)面上，其中，構(gòu)成基體(7)的金屬合金處于熔化的聚合狀態(tài)下，并且接著或者同時(shí)進(jìn)行所噴涂材料的熱處理。
21.按權(quán)利要求20所述的方法，其中，在防磨損層(5)的寬度上改變噴射角，其中，噴射角在徑向的外部區(qū)域內(nèi)比在徑向的內(nèi)部區(qū)域內(nèi)陡。
22.前述權(quán)利要求20或21所述的方法，其中，活塞環(huán)槽(4)的與防磨損層(5)的徑向內(nèi)部邊緣相鄰的區(qū)域在噴涂過(guò)程期間借助于護(hù)板(21)覆蓋。
23.用于在按前述權(quán)利要求1-20之一所述的活塞上制造防磨損層的方法，其中，防磨損層(5)在所屬活塞環(huán)槽(4)遠(yuǎn)離燃燒室的側(cè)面的區(qū)域內(nèi)涂覆在活塞冠(1)的鐵質(zhì)材料上，其特征在于，構(gòu)成防磨損層(5)的材料由構(gòu)成基體(7)的金屬合金和在該合金中所接受的硬度大于鉻的承載微粒(6)組成，將該材料以借助于粘結(jié)劑結(jié)合的方式施加到活塞環(huán)槽(4)的準(zhǔn)備好的側(cè)面上并接著進(jìn)行熱處理，在熱處理時(shí)將構(gòu)成基體(7)的金屬合金熔化并將粘結(jié)劑燒焦。
24.按權(quán)利要求23所述的方法，其中，使用粘結(jié)劑從構(gòu)成防磨損層(5)的材料產(chǎn)生具有環(huán)形防磨損層(5)濕試樣的各自一個(gè)扇形段(19)的造型，將該濕試樣施加到活塞環(huán)槽(4)的所屬側(cè)面上并然后進(jìn)行熱處理。
25.前述權(quán)利要求20-24之一所述的方法，其中，熱處理在輸送保護(hù)氣體下進(jìn)行。
26.按前述權(quán)利要求20-25之一所述的方法，其中，熱處理在高于構(gòu)成基體(7)材料的熔化溫度的溫度下進(jìn)行。
27.按前述權(quán)利要求20-26之一所述的方法，其中，使用可感應(yīng)加熱式加熱裝置(14)進(jìn)行熱處理，該裝置通過(guò)活塞環(huán)槽(4)的一部分圓周延伸并通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)活塞冠(1)而使防磨損層(5)移動(dòng)經(jīng)過(guò)該裝置。
28.按前述權(quán)利要求20-26之一所述的方法，其中，使用至少一個(gè)燃燒器和/或激光裝置進(jìn)行熱處理。
29.按權(quán)利要求20-28之一所述的方法，其中，將防磨損層(5)裝入在基底材料內(nèi)加工的梯形部位(8)內(nèi)。
30.按權(quán)利要求29所述的方法，其中，梯形部位(8)徑向外部通過(guò)環(huán)形環(huán)(20)限制，直至防磨損層(5)的凝固。
權(quán)利要求
1.特別是二沖程大功率柴油機(jī)這種大功率發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞，帶有由鐵質(zhì)材料組成的活塞冠(1)，活塞冠具有用于容納各自一個(gè)活塞環(huán)(4)的環(huán)形活塞環(huán)槽(4)，其中，至少最上部距燃燒室最近的活塞環(huán)槽(4)在其遠(yuǎn)離燃燒室側(cè)面的區(qū)域內(nèi)具有防磨損層(5)，其特征在于，防磨損層(5)具有一種金屬基體(7)，里面嵌入承載微粒(6)，其中，至少承載微粒(6)具有大于鉻的硬度。
2.按權(quán)利要求1所述的活塞，其中，承載微粒(6)具有大于1600HV的硬度。
3.按前述權(quán)利要求之一所述的活塞，其中，承載微粒(6)具有倒圓的外形。
4.按前述權(quán)利要求之一所述的活塞，其中，承載微粒(6)具有20-60μ的直徑。
5.按前述權(quán)利要求之一所述的活塞，其中，承載微粒(6)在基體(7)上均勻分布。
6.按前述權(quán)利要求之一所述的活塞，其中，承載微粒(6)占防磨損層(5)的比例最高為80Vol％。
7.按權(quán)利要求6所述的活塞，其中，承載微粒(6)占防磨損層(5)的比例為50Vol％。
8.按前述權(quán)利要求之一所述的活塞，其中，基體(7)由含有Ni、Cr、Si成分的合金組成。
9.按權(quán)利要求8所述的活塞，其中，基體(7)包括74％的Ni、15％的Cr、4％的Si、3.5％的B和0.5％的C構(gòu)成的金屬合金。
10.按前述權(quán)利要求之一所述的活塞，其中，承載微粒(6)由陶瓷組成。
11.按權(quán)利要求10所述的活塞，其中，承載微粒(6)由碳化鎢(WC)組成。
12.按前述權(quán)利要求之一所述的活塞，其中，防磨損層(5)的厚度最高為1mm。
13.按權(quán)利要求8或9所述的裝置，其中，防磨損層(5)的厚度為0.3-0.5mm。
14.按前述權(quán)利要求之一所述的活塞，其中，防磨損層(5)的密度徑向從內(nèi)徑向向外增加。
15.按前述權(quán)利要求之一所述的活塞，其中，接受防磨損層(5)的基底材料至少在與防磨損層(5)相鄰的區(qū)域內(nèi)硬化。
16.按前述權(quán)利要求之一所述的活塞，其中，基底材料在活塞環(huán)槽(4)的兩個(gè)側(cè)壁區(qū)域內(nèi)硬化。
17.按前述權(quán)利要求之一所述的活塞，其中，防磨損層(5)作為在活塞冠(1)基底材料內(nèi)加工的梯形部位(8)的填充料構(gòu)成。
18.按權(quán)利要求17所述的活塞，其中，梯形部位(8)徑向內(nèi)部通過(guò)環(huán)形隔片(9)限制，該隔片通過(guò)環(huán)形槽(10)與活塞環(huán)槽(4)的徑向內(nèi)表面隔開(kāi)。
19.按前述權(quán)利要求之一所述的活塞，其中，一個(gè)活塞環(huán)束的多個(gè)上部活塞環(huán)槽(4)具有防磨損層(5)。
20.按權(quán)利要求19所述的活塞，其中，所有活塞環(huán)槽(4)均具有防磨損層(5)。
21.用于在前述權(quán)利要求之一所述的活塞上制造防磨損層的方法，其中，防磨損層(5)在所屬活塞環(huán)槽(4)遠(yuǎn)離燃燒室側(cè)面的區(qū)域內(nèi)涂覆在活塞冠(1)的鐵質(zhì)材料上，其特征在于，構(gòu)成防磨損層(5)的材料由構(gòu)成基體(7)的金屬合金和在該合金中所接受的硬度大于鉻的承載微粒(6)組成，將該材料噴涂在活塞環(huán)槽(4)的準(zhǔn)備好的側(cè)面上，其中，構(gòu)成基體(7)的金屬合金處于一種聚合狀態(tài)下，接著或者同時(shí)進(jìn)行所噴涂材料的熱處理。
22.按權(quán)利要求21所述的方法，其中，在防磨損層(5)的寬度上改變噴射角，其中，噴射角在徑向的外部區(qū)域內(nèi)陡于徑向的內(nèi)部區(qū)域內(nèi)。
23.按前述權(quán)利要求21或22所述的方法，其中，活塞環(huán)槽(4)與防磨損層(5)的徑向內(nèi)部邊緣相鄰的區(qū)域在噴涂過(guò)程期間借助于護(hù)板(21)覆蓋。
24.用于在前述權(quán)利要求1-20之一所述的活塞上制造防磨損層的方法，其中，防磨損層(5)在所屬活塞環(huán)槽(4)遠(yuǎn)離燃燒室側(cè)面的區(qū)域內(nèi)涂覆在活塞冠(1)的鐵質(zhì)材料上，其特征在于，構(gòu)成防磨損層(5)的材料由構(gòu)成基體(7)的金屬合金和在該合金中所接受的硬度大于鉻的承載微粒(6)組成，將該材料以一種借助于粘結(jié)劑結(jié)合的方式施加到活塞環(huán)槽(4)的準(zhǔn)備好的側(cè)面上并接著進(jìn)行熱處理，在熱處理時(shí)將構(gòu)成基體(7)的金屬合金熔化并將粘結(jié)劑燒焦。
25.按權(quán)利要求24所述的方法，其中，從構(gòu)成防磨損層(5)的材料中在使用粘結(jié)劑的情況下產(chǎn)生具有環(huán)形防磨損層(5)濕試樣各自一個(gè)扇形段(19)的造型，將該濕試樣施加到活塞環(huán)槽(4)的所屬側(cè)面上并然后進(jìn)行熱處理。
26.按前述權(quán)利要求21-25之一所述的方法，其中，熱處理在輸送保護(hù)氣體下進(jìn)行。
27.按前述權(quán)利要求21-26之一所述的方法，其中，熱處理在高于構(gòu)成基體(7)材料的溫度下進(jìn)行。
28.按前述權(quán)利要求21-27之一所述的方法，其中，熱處理在使用可感應(yīng)式加熱的加熱裝置(14)情況下進(jìn)行，該裝置通過(guò)活塞環(huán)槽(4)的一部分圓周延伸并通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)活塞冠(1)使防磨損層(5)移動(dòng)經(jīng)過(guò)該裝置。
29.按前述權(quán)利要求21-27之一所述的方法，其中，熱處理在使用至少一個(gè)燃燒器和/或者激光裝置的情況下進(jìn)行。
30.按權(quán)利要求21-29之一所述的方法，其中，將防磨損層(5)裝入在基底材料內(nèi)加工的梯形部位(8)內(nèi)。
31.按權(quán)利要求30所述的方法，其中，梯形部位(8)直至防磨損層(5)凝固徑向外部通過(guò)一個(gè)環(huán)形環(huán)(20)限制。
全文摘要
在帶有由鐵質(zhì)材料組成的活塞冠(1)的大功率發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞上，活塞冠具有用于各自容納一個(gè)活塞環(huán)(3)的環(huán)形活塞環(huán)槽(4)，其中，至少最上部距燃燒室最近的活塞環(huán)槽(4)在其遠(yuǎn)離燃燒室側(cè)面的區(qū)域內(nèi)具有防磨損層(5)，為了達(dá)到提高防磨損層(5)承受能力和使用壽命的目的，防磨損層(5)具有金屬基體(7)，里面嵌入硬度大于鉻的承載微粒(6)。防磨損層(5)可以噴涂、熔鍍或者釬焊在上面。
文檔編號(hào)C25D15/00GK1780997SQ200480011514
公開(kāi)日2006年5月31日 申請(qǐng)日期2004年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月28日
發(fā)明者米凱爾·艾斯·本宗, 耶斯佩爾·韋伊洛·卡斯滕森, 斯滕·克羅·延森, 萊赫·莫丘爾斯基 申請(qǐng)人:Man B&W柴油機(jī)公司