[发明专利]对于缸孔上的热喷涂层通过等离子射流进行表面活化

说明书

技术领域

本发明大体涉及在热喷保护涂层和目标基底之间达到更好的粘附性，以及 特别地涉及在施加保护涂层之前使用空气等离子体喷涂对基底进行预处理。

背景技术

热喷涂技术已经示出是在工件上沉积保护涂层(如热障涂层、耐磨涂层、 耐腐蚀涂层或类似物)的有效方式。高的沉积速率使得此类涂层方法适合于大 规模制造，例如与发动机缸孔和设计来在其中往复运动的活塞相关的生产。保 护涂层至基底的粘附性对于确定涂层是否适合特定应用(例如用于内燃发动机 缸孔的燃烧室内产生的严苛环境)的非常重要的指标。传统上，涂层至缸孔基 底粘附性的改善是通过各种表面活化预处理步骤所实现，包括如使用陶瓷颗粒 的喷砂处理、高压水射流喷射以及机械粗化/锁定的方法。虽然对其预期目的是 有效的，但它们显著增加了对涂层部件的制造工艺的复杂性和成本。例如，基 于机械粗化/锁定的方法涉及高的加工成本；这些成本由于短的工具寿命和大量 的善后需求而更甚。类似地，高压水射流喷射方法具有非常高的资金成本，而 喷砂处理方法具有砂污染问题，以及(连同上述的机械粗化一起)大量的善后 需求。这些善后需求中的一些(以及基底预处理)还会使用挥发性有机物 (VOCs)，其使用由于它们潜在的负面环境影响面临越来越严格的审查。也经常 使用包括单独的粘结涂层的沉积的其它尝试。由于上述的基底活化预处理，这 涉及明显的额外的复杂性以及相关成本。

热喷涂层的一种尤其有价值的形式是通过等离子喷涂，其中构成大量保护 涂层的成分受到惰性气体的离子流的影响。除了高的沉积速率，等离子喷涂是 有益的在于气体是化学上惰性的，而目标工件基底可保持相对冷却；这些因素 使其可避免对接触的涂层和基底的损害，这是以其它升高温度或化学活化工艺 所不能实现的方式。在等离子喷涂中，以围绕子弹形阴极的圆柱状阳极形式的 带相反电荷的电极形成在放电端处限定喷嘴的流动路径。直流电(DC)源施加 到电极使得当惰性气体引入到在电极之间的环形空间内时，其被电离以形成作 为喷射流离开喷嘴的等离子。单独的涂层插入路径(通常以管的形式)将保护 涂层材料前驱体(其通常以粉末的形式)注入到在喷嘴内形成的等离子射流。 装置(通常称为枪)在电流脉冲引入到阳极和阴极之间时运行，使得其产生通 过气体的电弧并穿过这些电极之间的间隙。电弧的形成与气体中从它们的原子 剥离并向着阳极加速的电子一致，而原子朝向阴极加速。稳定的电流供给帮助 电弧被推向喷嘴中的出口，其反过来又使气体流内的其它原子或分子离子化， 其产生在离开枪时能够被引导撞击合适的工件基底的高速等离子体。

等离子喷涂的甚至更特别形式被认为是等离子体转移导丝电弧(PTWA)热 喷涂。不同于基于粉末的给料，PTWA使用固体导丝，其在经受由喷枪产生的等 离子体射流时熔化。虽然等离子喷涂大体(特别地，PTWA)已经尤其适于涂覆 前述的发动机缸孔，但其还没有用于基底活化以作为改善保护涂层和基底之间 通常出现的较弱粘结的方式。相反，传统上诉诸于单独的结合涂层或一种或多 种前述的基底活化预处理。需要一种更简单、更廉价的方法，其还能减少负面 的环境外部影响。

发明内容