[发明专利]机械化学修整工具

说明书

一种用于机械化学处理的工具(1)包括轴(10)、n≥1的n个数量的工作凸耳(20)以及施力布置(2)。所述施力布置(2)被构造用于在所述工作凸耳(20)上施加工作力(F)。所述工作凸耳(20)包含具有高于800HV的维氏值和高于200GPa的杨氏模量的耐磨材料。每个工作凸耳(20)具有背向主轴线(11)并且具有低于1μm的表面粗糙度Ra的接触表面(22)。所述接触表面(22)具有凸状弯曲，所述凸状弯曲具有至多等于所述点至所述主轴线的最近距离的曲率半径。所述接触表面(22)的宽度小于r/2n。在每个工作凸耳(20)上施加的所述工作力为至少P·L·r/2n，其中P＝10⁷Pa并且L为所述接触表面长度。

技术领域

本发明整体涉及用于增强汽缸膛的摩擦学特性的装置和方法，并且具体地涉及用于机械化学表面整饰的装置和方法。

背景

移动活塞组装件与汽缸膛之间的摩擦占内燃机中的机械能损失的最大部分。摩擦还导致活塞环磨损，这影响压缩密封和耗油量。因此，一般需要提供具有尽可能低的摩擦并且经受尽可能小的磨损的汽缸膛表面，同时自使用的第一天起并且在整个发动机寿命内保持其最佳的摩擦学特性。

提供低摩擦表面的现有技术的方法包括使用PVD和CVD涂层、等离子体溅射、固体润滑剂膜和聚合物粘结的固体润滑剂涂层。因此，公布的美国专利申请2005/0214540描述了用于活塞的PVD和CVD涂层，并且美国专利4,629,547描述了通过等离子体溅射获得的低摩擦的含硼膜。某些固体膜润滑剂的实用性为人所知较长时间。下文仅呈现出几个例子。美国专利1,654,509描述了将石墨嵌入到金属粘结剂中用来制备用于轴承的抗磨涂层。公布的英国专利申请GB 776502 A描述了通过用含磷、硫、硒或卤素原子的汽化的反应性物质处理形成的保护性膜。GB782263显示通过在含有碱金属氰化物、碱金属氰酸酯和活性硫的熔融盐浴中将黑金属部件加热至高于500℃的温度进行对黑金属部件的硫化改善了耐磨性和咬粘。公布的国际专利申请WO03/091479A描述了通过在含有适当添加剂的油中加热而对活塞环和活塞的化学处理。美国专利5,363,821公开了将石墨、MoS₂、BN固体润滑剂掺入到聚合物载体/粘结剂中用来通过使用后续热固着的喷涂施加在汽缸膛壁处制备减摩涂层。日本专利申请2004-76914公开了用于通过将钼和硫包覆到聚酰胺酰亚胺树脂基质中产生低摩擦涂层的方法。

大多数固体润滑剂系统的共同点在于润滑剂以纯的润滑剂物质形式或以在承载物质中的润滑剂形式沉积到表面上。沉积之后可接着不同种类的后处理，通常为热处理。因此润滑剂将被提供为在待润滑表面的顶部上的层。

通过使用机械化学过程、借助于摩擦化学反应的修整来产生低摩擦表面的制造方法已描述于公布的美国专利申请2013/0104357 A1或公布的美国专利申请2010/0272931A1中。方法涉及在含有耐火金属二硫属化物固体润滑剂前体的过程流体存在下、在施加足够高的负载的同时使硬工具摩擦部件表面。已显示借助于摩擦化学反应的修整产生关于表面粗糙度、耐磨性和减摩性的显著改善。与其他先前的固体润滑剂系统相比，如此制备的表面组合物作为原始表面的修饰而产生并且由此成为与原始提供的表面成一体的部分。

借助于摩擦化学反应的修整处理可视为制造中的磨合(running-in)过程。发动机的磨合或走合(breaking-in)使表面不规则部分变平滑并且降低各种摩擦部件；环/膛系统与气阀机构之间的局部压力，特别是对于平推杆凸轮式发动机，这是所关注的主要点。然而，虽然发动机磨合为传动新的或改造的发动机的公认程序以便最大化其功率输出和耐久性，但是从未尝试在部件水平下进行发动机磨合-作为部件制造过程中的专用整饰操作。此举使得允许针对每个部件单独地最佳化加工条件，从而最大化处理效果。