[发明专利]形成喷涂铁涂层的方法和涂覆的元件

说明书

发明背景

1.发明领域

本发明涉及用电弧喷涂用线材形成铁喷涂涂层的方法，所述铁喷涂涂层通过借助电弧将电弧喷涂用线材熔融并在向熔融线材供应压缩气体的同时将熔融的电弧喷涂用线材喷涂到基底上而形成，还涉及具有铁喷涂涂层的元件，包括涂有铁喷涂涂层的基底。

2.相关技术描述

气缸体的气缸膛内表面涂有通过喷涂技术形成的喷涂涂层，所述喷涂技术涉及借助用电弧、等离子体或气体产生的火焰将各种金属或合金金属瞬间熔融，并借助压缩气体使雾化(使其成为细粒)的喷涂颗粒碰撞/固化和附着，以改进膛内表面的耐腐蚀性、耐磨性等。

例如，日本专利申请公开No.2009-155720(JP 2009-155720 A)公开了通过等离子体喷涂使用含有0.12质量％或更多碳的材料形成喷涂涂层的方法的示例技术。例如，日本专利申请公开No.2010-275581(JP 2010-275581 A)公开了形成喷涂涂层的方法，所述喷涂涂层含有：以质量比表示，0.3-0.4％C，0.2-0.5％Si，0.3-1.5％Mn和总计0.5％或更少的Cr和/或Mo，余量为Fe和不可避免的杂质。

尽管如JP 2009-155720 A和JP 2010-275581 A使用含有提高量的碳的材料可改进喷涂涂层的耐磨性，但也可能降低喷涂涂层的机械加工性。当用含有提高量的碳的电弧喷涂用线材进行电弧喷涂时，线材本身的强度可被改进，由此降低了生产率。

有了上述认知，日本专利申请公开No.2008-240029(JP 2008-240029 A)公开了使用含有主要组分Fe、0.01-0.2重量％C和0.25-1.7重量％Si的电弧喷涂用线材形成喷涂涂层的方法。在该方法中，喷涂涂层通过借助电弧将电弧喷涂用线材熔融并在向熔融线材供应压缩空气的同时将熔融的电弧喷涂用线材喷涂到基底上而形成。

然而，JP 2008-240029 A中公开的形成涂层的方法可能导致喷涂涂层与基底之间的粘附强度降低，这是因为用含有氧气的空气进行喷涂。具体而言，含氧气体的使用导致在基底上不仅附着形成涂层的铁氧化物，而且附着铁氧化物细尘。认为，在涂层与基底之间附着物质在基底上的存在降低涂层与基底之间的金属附着或锚定效果。该现象更明显地表现在使用JP 2009-155720 A和JP 2010-275581 A中公开的材料进行喷涂时。

发明概述

本发明提供了形成具有提高的与基底的粘附强度的铁喷涂涂层的方法，和涂覆有铁喷涂涂层的元件。

作为深入研究的结果，发明人注意到在电弧喷涂期间的熔融的电弧喷涂用线材的液滴。具体而言，发明人认为当熔融的电弧喷涂用线材的细雾化液滴附着在基底上时，在液滴到达基底的表面以前，液滴冷却(尽管液滴是飞行的)，导致在碰撞时基底与液滴之间的物理吸附降低和金属之间的附着率降低。

因此，发明人考虑了液滴的粘度和表面张力。具体而言，发明人认为，为使较大的液滴附着在基底上，重要的是提高液滴的粘度和液滴的表面张力。因此，发明人限定了加入铁中的碳的量以提高液滴的粘度，并限定了液滴飞行所借助的压缩气体以提高液滴的表面张力。

本发明第一方面涉及用熔融的电弧喷涂用线材的液滴在基底上形成铁喷涂涂层的方法，通过借助电弧将电弧喷涂用线材熔融并在向熔融线材供应压缩气体的同时将熔融线材喷涂到基底上而制备。该方法包括：使用含有铁和0.03-0.10质量％碳的第一线材作为电弧喷涂用线材和惰性气体作为压缩气体在基底上形成第一铁喷涂涂层的步骤；和使用含有铁和0.03-0.10质量％碳的第二线材作为电弧喷涂用线材和含有10-21体积％氧气的气体作为压缩气体在第一铁喷涂涂层上形成第二铁喷涂涂层的步骤。

根据本发明，在形成第一铁喷涂涂层的步骤中，首先用含有铁和0.03-0.10质量％碳的第一线材作为电弧喷涂用线材和用惰性气体作为压缩气体在基底上形成第一铁喷涂涂层。因此，在基底上可附着其中产生的氧化物的量降低的较大液滴(熔融的第一线材的液滴)。

即，使用含有铁和0.03-0.10质量％碳的低碳钢作为电弧喷涂用线材可提高熔融的第一线材的液滴的粘度，另外，使用惰性气体可提高从溶液中脱离和飞走的液滴的表面张力。因此，比常规液滴更粗的液滴在具有降低的氧化物生成的环境下可稳定地从第一线材飞向基底，因此使具有提高量的热的液滴作为铁喷涂涂层的一部分与基底碰撞。因此，可提高基底与铁喷涂涂层之间的物理吸附以及它们之间的金属附着率，由此提高铁喷涂涂层对基底的粘附度。