[发明专利]用于铝质活塞的隔热涂层

说明书

本发明涉及一种涂覆的铝质活塞，尤其是一种用于内燃机的铝质活塞，并且涉及一种用于涂覆该活塞的方法。该活塞的区域包括用涂层密封的等离子体氧化物层，该涂层包括聚硅氮烷类、水玻璃类或聚硅氧烷类聚合物。

技术领域

本发明涉及一种铝质活塞，尤其是用于内燃机的铝质活塞，其具有包括等离子体氧化物层和密封层的涂层，且还涉及该铝质活塞的制备方法。

背景技术

往复活塞式发动机中的燃烧过程是非常复杂的。通过将燃烧室隔热，能够增加内燃机的效率，从而减少燃料消耗。

用于使活塞隔热的方法在现有技术中是已知的。

举例来说，使用通过热喷涂施加的层。虽然这个方法能够应用不同材料，但是在柴油发动机燃烧碗(combustion bowl)的底切区域中，所产生的层对活塞冠(piston crown)的结合并不令人满意。此外，为了获得固定的层厚度，层的机械加工是有必要的。

还使用通过阳极氧化产生的涂层。然而，由此产生的层具有开放的孔，因此其隔热效果不足。

因此有必要提供一种用于铝质活塞的涂层，该涂层在适当厚度下具有良好的隔热效果，且易于生产。

通过包括等离子体氧化物层以及聚硅氮烷类密封层、水玻璃类密封层或聚硅氧烷类密封层的涂层，令人惊讶地解决了这个问题。

具体实施方式

本发明涉及一种铝质活塞，尤其涉及一种用于内燃机的铝质活塞，其中，所述活塞的区域包括用涂层密封的等离子体氧化物层，所述涂层包括聚硅氮烷类(polysilazane-based)、水玻璃类(water glass-based)或聚硅氧烷类(polysiloxane-based)聚合物。本发明还涉及一种用于涂覆内燃机中的活塞的方法，其中，在所述活塞的区域上产生等离子体氧化物层，并且将包括聚硅氮烷类、水玻璃类或聚硅氧烷类聚合物的涂层施加至所述等离子体氧化物层。

有利地，在本发明的上下文中，优选包括燃烧碗的整个活塞冠可以设置有用于隔热的涂层。在一个特别优选的实施方案中，仅活塞冠的不包括碗部的外部区域被涂覆。

本发明可用于涂覆特别是由铝合金制成的活塞，该铝合金用于发动机活塞的重力铸造。这些通常具有8wt.％-20wt.％、优选为8.5°wt.％-13wt.％的硅含量。至多5.4wt.％的、优选4wt.％或更少的低铜含量也是有利的，因为高铜含量对等离子体氧化具有负面影响。

根据本发明，包括聚硅氮烷类、水玻璃类或聚硅氧烷类聚合物的密封层(下文也称为聚硅氮烷类、水玻璃类或聚硅氧烷类的层)被施用至等离子体氧化物层。优选是给予聚硅氮烷类的层。

该聚硅氮烷类、水玻璃类或聚硅氧烷类的层可以为多层系统，其中，各层使用不同基底材料和/或添加剂。举例来说，可以使用由优选薄的无机聚硅氮烷下层、和使用添加剂改性的有机聚硅氮烷的上层组成的双层。

a.聚硅氮烷类涂层

无机或有机聚硅氮烷均能够用作基底。根据本发明所使用的无机聚硅氮烷形成包含式-(H₂Si-NH)_n-结构单元的Si和N原子的无定形网格(amorphous network)，并且也称为全氢聚硅氮烷(perhydropolysilazane)。在有机聚硅氮烷的情况下，网格由有机基团修饰，这产生了式-(R¹R²Si-NH)-的结构单元。当然，也可以使用每单体仅含有一个有机基团的聚合物。

聚硅氮烷类涂层通常用于电子器件。为此可商售的产品可用于本发明的上下文中。

为了形成无机聚硅氮烷，使用全氢聚硅氮烷在溶剂中的溶液。举例来说，可以使用二丁醚中的20％全氢聚硅氮烷(例如来自默克(Merck))。