[发明专利]活塞环的涂层方法及装置

说明书

发明的技术领域

本发明涉及在活塞环毛坯上涂层的方法，特别是在意欲用于大型柴油发动机的活塞环毛坯上涂层的方法。

本发明还涉及实施该方法的装置。

技术背景

推荐用于大型柴油发动机，诸如船用发动机中的那类活塞环在发动机运行期间受到极端条件的作用。高度磨损、热和腐蚀作用使活塞环很快磨损，从而必须更换。

已提出许多增加活塞环使用寿命的方法。有些方法旨在对活塞环最易受作用的部分，最好是其外周边，涂敷耐磨层。这些耐磨层能例如借助电解反应，用化学方法镀至环材料上，或在加热装置，常常是能量束的作用下焊接至所述环材料上。

今天，可应用若干方法借助能量束，如激光束，对工件加以涂层，能量束加热工件的一个区域。在这样的涂层时，通常，涂层粉末和工件一起熔融，造成粉末和工件的某些材料均被熔融。此方法的一个缺陷是，工件材料遭受不希望有的改变，诸如形成马氏体。如果马氏材形成于涂层之下，使用期间，将有涂层与工件脱开的极大风险。

此种涂层的另一缺陷是，它要求工件有不同的加热和冷却阶段。这样，在工件中以及在工件与涂层之间均可能产生应力，影响涂层和工件的强度。

此外，在生产活塞环时会出现特有的问题。通常活塞环是通过将铸管切割成“薄片”而形成的，铸管的横截面多少有些椭圆形。在一个加工步骤中，椭圆形环加工成具有贯穿的切口，以使气体得以通过，并在发动机运行时能更好地接触活塞的衬。这种椭圆形状与更为对称的形状相比，难于处理。材料中必要的应力对活塞环的作用是很关键的，但难于与形为涂层的、牢固、适当地连接的耐磨层相结合。

本发明的目的在于提出一种方法和装置，用于对活塞环毛坯涂敷耐磨、结合良好的耐磨层。

发明内容

本发明的目的借助引言部分提出的方法而达到，其中，涂层粉末输送至活塞环毛坯的接连部分之一上，此后，涂层粉末借助能量辐射装置加以熔融，用以在活塞环毛坯的所述部分上形成涂层。

能量束允许作用在涂层粉末上，其能量被粉末吸收，转换成热量，它熔融粉末。通过正确使用所选的能量辐射，粉末熔融时对活塞环毛坯产生最小的效应。此熔融恰好足以进行令人满意的涂层焊接，从而使活塞环毛坯中的热作用区域(HAZ)达到最小。这最终造成活塞环具有牢固地粘结在活塞环上的高强度的涂层。

最好允许能量辐射在涂层粉末上作用一个时间间隔，该时间间隔调节成，除了熔融粉末材料所需的热量外，基本没有热量出现。能量辐射可根据涂层粉末的成分和粉末的量加以调节，在此情况下，该方法能通过作用时间而加以调节，以使基本只出现熔融粉末材料所需的热量。

用于熔融粉末的能量辐射较受推荐的是激光辐射，但，例如等离子体辐射也是可行的。

根据本发明的第二方面，目的借助一种在活塞环毛坯上涂层的装置，特别是在意欲用于大型柴油发动机的活塞环毛坯上涂层的装置而达到。装置包括粉末送进装置，它布置在活塞环毛坯的邻近，用于将涂层粉末输送至活塞环毛坯的接连部分之一上；以及能量辐射装置，它布置在活塞环毛坯的邻近，用于将涂层粉末熔融在所述部分上。

该装置最好适应于，能量辐射允许在涂层粉末上作用一个时间间隔，该时间间隔调节成，除了熔融粉末材料所需的热量外，基本没有热量出现。

能量辐射装置最好是用于产生激光束的激光装置。此类装置是人所周知的，且较易于调节。

按照此方法，活塞环毛坯最好相对粉末送进装置和能量辐射装置依次移动。在活塞环毛坯的每一部分之后，活塞环毛坯的一个新部分就依次前进，这使该方法得以连续地进行。

因此，本发明提出的装置最好设置有驱动装置，用于在活塞环毛坯与粉末送进装置及能量辐射装置之间进行相对运动。于是，驱动装置最好布置成，以便活塞环毛坯的部分先通过粉末送进装置，然后通过能量辐射装置。按照此方法，粉末是在能量束加热之前施加的。结果，活塞环材料的加热不多于熔融涂层粉末、形成涂层所必须的。活塞环材料的最小加热是如上所述的为何热作用区域(HAZ)最小，因而也就是在活塞环毛坯中马氏体形成最少的原因。

此方法最好起始和结束于活塞环毛坯的一个同一区域上，因为起始和终止区域具有变得不均匀或不规则的风险。通过将这些区域布置成相互相邻，这样，在由活塞环毛坯生产活塞环时，就可能选择此区域成形必须的切口。从而，用于成品活塞环中的材料在涂层的边缘就不会有应力或不规则度。