[发明专利]用于膛壁的金属涂覆的方法和设备

说明书

本发明涉及借助大气等离子体喷涂对工件中的膛的膛壁进行金属涂覆的方法和设备，其中将具有阳极和阴极的涂覆喷管轴向移动到膛中并同时围绕其纵轴旋转、在阳极和阴极之间产生电弧，向其中引入等离子体气体混合物并电离，其中产生等离子体流，将涂料粉末供给到等离子体流中并将包含粒子的等离子体流喷涂到膛壁上并在膛壁上形成涂层。根据本发明设置，将涂覆喷管以轴向进给速度移动到膛中并以420转/min至520转/min的旋转速度旋转，和在30 l/min至70 l/min的等离子体气体混合物的体积流量下，以90 g/min至130 g/min的供给速率喷射涂料粉末。

本发明涉及根据权利要求1的前序部分的金属涂覆方法，其中将具有阳极和阴极的涂覆喷管轴向移动到膛中并同时围绕其纵轴旋转，在阳极和阴极之间产生电弧，向其中引入等离子体气体混合物并电离，其中产生等离子体流，将涂料粉末供给到等离子体流中并将包含粒子的等离子体流喷涂到膛壁上并在膛壁上形成涂层。

此外，本发明涉及根据权利要求13的序言部分的用于膛的膛壁的金属涂覆的设备，其含有：具有阳极和阴极的涂覆喷管，其中可将所述涂覆喷管轴向移动到膛中并同时可围绕其纵轴旋转；电流源，经由其可在阳极和阴极之间产生电弧，可借助引入装置向其中引入等离子体气体混合物，所述等离子体气体混合物在电弧中电离以产生等离子体流；用于将涂料粉末供给到等离子体流中的供给装置；和朝向膛壁的喷射喷嘴，其中通过等离子体流在膛壁上形成涂层。

尤其在发动机生产中，必须为缸膛的工作表面（Lauffläche）配备特定金属涂层，以确保在气缸工作表面与气缸活塞之间足够的摩擦和润滑条件。如果发动机外壳和气缸活塞都由相同金属，如铝制成，情况尤其如此。

为此，已知的是为膛壁配备特定涂层。对于这样的涂层，不同的方法是已知的，如所谓的火焰喷涂、激光喷涂、等离子体粉末堆焊（Plasma-Pulver-Auftragsschweißen）或使用熔丝电极的电弧喷涂。一种特别高效的涂层施加是所谓的大气等离子体喷涂。在燃烧器喷管中，在此借助电弧和输送气体的引入来产生具有高达2000 K或更高的高温的等离子体流。可向这种热等离子体流中引入细涂料粒子，其在等离子体流中熔融并随等离子体流高速施加到膛壁上。

一般方法和一般设备可获自例如EP 2 933 352 A1。

在施加涂层时，这必须具有稳定的设计。尤其是在用于发动机生产时，这必须具有多年的长使用寿命，其中使涂层暴露于高的热、机械和化学应力。在此，该涂层的甚至较小组成部分的脱落也已可引起严重的发动机损坏。

本发明的目的是提供可用于将金属涂层高效施加到膛壁上的方法和设备。

根据本发明，该目的一方面通过具有权利要求1的特征的方法实现，另一方面通过具有权利要求13的特征的设备实现。在从属权利要求中给出本发明的优选实施方案。根据本发明的方法的特征在于，将涂覆喷管以轴向进给速度移动到膛中并以420转/min至520转/min的旋转速度旋转，和在30 l/min至70 l/min的输送气体的体积流量下，以90 g/min至130 g/min的供给速率喷射涂料粉末。

根据本发明意识到，为了产生特别有利的涂层，燃烧器喷管在膛中的旋转速度与涂料粉末的供给速率之间的比率是决定性因素。在根据本发明的方法中，在此设置90 g/min至130 g/min的相对高输送速率，同时设置420转/min至520转/min的中等旋转速度。以这种方式，每转发生相对强的材料施加，其中根据本发明的发现，这有利于涂层的微孔构造。同时，涂料粒子至少在它们的外部充分熔融，以使它们形成固体结合体（Verbund）。在所示设定范围内每转的供给速率增加的情况下，在熔融和快速冷却之间的程度是特别有利的，因此得到所需的微孔层构造。通过将输送气体设定为30 l/min至70 l/min，进一步促进这一点。

该方法的一个优选实施方案在于，设定3.8 mm/转至4.5 mm/转，特别是4.1 mm/转至4.2 mm/转的轴向进给速度。这得到具有所需结构的尤其稳定的层构造。特别优选的是，轴向进给速度为4.13 mm/转。