具有热喷涂涂层的滑动部件及其生产方法

摘要

本发明涉及一种用于内燃机的滑动部件，包括：衬底；和涂层，所述涂层通过热喷涂粉末得到，所述粉末包含以下元素比例：55-75重量%铬Cr；3-10重量%硅Si；18-35重量%镍Ni；0.1-2重量%钼Mo；0.1-3重量%碳C；0.5-2重量%硼B；和0-3重量%铁Fe。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于内燃机的滑动部件(尤其活塞环)和生产这种滑动部件的方法。

发明内容

本发明的目的在于，相比具有通过电镀法或热喷涂法生产的活塞环涂层，提高具有以先前未使用的材料体系作为涂层材料的热喷涂活塞环的摩擦学性质。

通过热喷涂施用的基于铬的涂层尚未用在活塞环上。目前，含铬涂层体系通过电镀法施用于活塞环。此外，在工艺过程中将金属氧化物或金刚石颗粒埋入(embed)铬层中以提高耐磨性。

通过电镀法生产的用金属氧化物或金刚石颗粒强化的铬层的备选方法是通过热喷涂用基于铬的材料涂布滑动部件。用于减少热喷涂层中磨损的硬材料颗粒是碳化铬(Cr₃C₂)。

使用通过等离子喷涂或超音速火焰(high-velocity oxy fuel，HVOF)热喷涂生产的含有碳化铬的基于Cr的涂层体系作为活塞环涂层材料，导致生产新型的活塞环。

根据本发明第一方面，提供一种用于内燃机的滑动部件，包括衬底和涂层，所述涂层通过热喷涂由以下元素比例组成的粉末得到：

55-75%重量铬Cr；

3-10%重量硅Si；

18-35%重量镍Ni；

0.1-2%重量钼Mo；

0.1-3%重量碳C；

0.5-2%重量硼B；和

0-3%重量铁Fe。

用于滑动部件(尤其活塞环)的材料可以是例如钢或铸铁。

根据一个实施方案，粉末包含埋入Ni/Cr基体中的Cr₃C₂。

根据一个实施方案，将Cr₃C₂的比例调节为30-50 %重量Cr₃C₂。

根据一个实施方案，粉末的粒径在5-65μm范围内。

根据一个实施方案，埋入Ni/Cr基体中的碳化物的粒径在1-5μm范围内。

根据一个实施方案，涂层的层厚可达1000μm。

根据一个实施方案，热喷涂法包括超音速火焰喷涂或等离子喷涂。

根据一个实施方案，滑动部件是活塞环。

根据本发明另一方面，提供一种生产用于内燃机的滑动部件的方法，包括提供衬底和通过热喷涂含以下元素比例的粉末来涂布所述衬底：

55-75%重量铬Cr；

3-10%重量硅Si；

18-35%重量镍Ni；

0.1-2%重量钼Mo；

0.1-3%重量碳C；

0.5-2%重量硼B；和

0-3%重量铁Fe。

根据一个实施方案，粉末包含埋入Ni/Cr基体中的Cr₃C₂。

根据一个实施方案，将Cr₃C₂的比例调节为30-50 %重量Cr₃C₂。

根据一个实施方案，粉末的粒径在5-65μm范围内。

根据一个实施方案，埋入Ni/Cr基体中的碳化物的粒径在1-5μm范围内。

根据一个实施方案，涂布的层厚可达1000μm。

根据一个实施方案，热喷涂法包括超音速火焰喷涂或等离子喷涂。

根据一个实施方案，滑动部件是活塞环。

附图说明

图1显示根据本发明通过HVOF在活塞环材料上产生的Cr-Ni-Si-C-Fe-B涂层的显微组织照片。

具体实施方式

喷涂粉末，并测试显微组织(示于图1)和硬度以及耐磨性。显微组织照片显示无未熔化颗粒的均匀分布的碳化物和具有低孔隙度的非常致密的层。用于该情况中的材料体系得到以下化学组成：

65.5-65.7%重量铬Cr；

3.7-3.9%重量硅Si；

21.2-21.4%重量镍Ni；

1.2-1.3%重量钼Mo；

5.8-5.9%重量碳C；

0.7%重量硼B；和

1.2%重量铁Fe;

其中Cr₃C₂的比例是40%重量。

初步测试已显示各层具有<5%的孔隙度和约948 HV0.1的硬度。这是由于存在硬材料相例如Cr₃Si、Ni₂Si、Fe₃B和Cr₅B₃，以及HVOF法。

为了测试该体系的摩擦学性质，在润滑条件下通过内部标准测试系统进行测试。

表1显示测量的磨损值与通过电镀产生的基于Cr的层和通过热喷涂产生的基于Mo的层相比的评价。清楚表明的是，本发明说明书所述的材料体系可用作其他涂层技术的替代方案。此外，利用热喷涂法可实现显著较短的涂布时间(100μm/min相比电镀的1μm/h)。

表1：根据标准磨损测试对不同涂层体系的磨损的评价，与最大轴向磨损相关