本發(fā)明涉及噴鍍被膜形成裝置及噴鍍被膜形成方法，并且涉及，例如，均用于在氣缸體的缸膛的內表面上形成噴鍍被膜的噴鍍被膜形成裝置及噴鍍被膜形成方法。

背景技術：

為了提高耐磨性等，在氣缸體的缸膛的內表面上形成噴鍍被膜，其中，發(fā)動機的活塞容納在該缸膛中。日本專利申請公報No.2002-030411(JP 2002-030411 A)公開了一種用于通過將等離子噴鍍裝置插入到缸膛中以在缸膛的內表面上形成噴鍍被膜的方法。在該方法中，為了防止氣缸體的基礎材料過熱，從插入在缸膛中的一個部件噴射冷卻劑氣體以使基礎材料的溫度保持在200℃以下。因此，JP2002-030411 A中公開的等離子噴鍍裝置另外需要用于基礎材料的冷卻機構。

技術實現(xiàn)要素：

在此，在熱噴鍍材料被熔化并且作為熔融顆粒被噴鍍在基礎材料上的情況下，因為在熔融顆粒附著至基礎材料之后直至熔融顆粒凝固為止的時間較長，噴鍍被膜相對于基礎材料的粘附性能改善?；诖耍瑑?yōu)選的是在熔融顆粒附著至基礎材料時溫度為高溫。

然而，由于在其上形成噴鍍被膜的缸膛通常處于常溫并且直到熔融顆粒的溫度達到凝固溫度為止的時間短，因此噴鍍被膜相對于基礎材料的粘附性能下降。

本發(fā)明提供了均能夠改善噴鍍被膜的粘附性能的噴鍍被膜形成裝置及噴鍍被膜形成方法。

提供了一種用于在氣缸體的缸膛的內表面上形成噴鍍被膜的噴鍍被膜形成裝置。噴鍍被膜形成裝置包括構造成通過向熱噴鍍材料施加電流所產生的電弧放電來使熱噴鍍材料熔化的熔融顆粒噴射部。熔融顆粒噴射部包括氣體噴射部。氣體噴射部構造成沿朝向內表面的方向向熔化的熱噴鍍材料噴射氣體。加熱部構造成在噴射之前預先加熱氣體。

通過這樣的構型，由于與等離子噴鍍裝置相比，在利用電弧放電的噴鍍被膜形成裝置中抑制了基礎材料的溫度增高。因此，可以在不提供用于缸膛的內表面的冷卻裝置的情況下形成噴鍍被膜。此外，可通過對待被噴射的氣體進行加熱來使熔融顆粒的在附著至缸膛的內表面時的溫度增高。這可以使直至熔融顆粒在其附著至基礎材料之后凝固為止的時間延長。由此，可以改善噴鍍被膜的粘附性能。

根據(jù)上述方面，當形成噴鍍被膜時，加熱部可設置在氣缸體的缸膛外。這使得可以在不對熔融顆粒噴射部進行大改變的情況下設置加熱部。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種用于通過使用噴鍍被膜形成裝置在氣缸體的缸膛的內表面上形成噴鍍被膜的噴鍍被膜形成方法。噴鍍被膜形成裝置包括熔融顆粒噴射部和加熱部。熔融顆粒噴射部包括氣體噴射部。噴鍍被膜形成方法包括：在噴射之前預先加熱氣體；通過熔融顆粒噴射部使熱噴鍍材料熔化；以及沿朝向內表面的方向向熔化的熱噴鍍材料噴射氣體。熱噴鍍材料是通過向熱噴鍍材料施加電流所產生的電弧放電而熔化的。

根據(jù)上述方面，當設置噴鍍被膜時，可將熔融顆粒噴射部插入到氣缸體的缸膛中，并且可將加熱部設置在氣缸體的缸膛外。

根據(jù)本發(fā)明，可以提供噴鍍被膜形成裝置及噴鍍被膜形成方法，所述噴鍍被膜形成裝置及噴鍍被膜形成方法均能夠改善噴鍍被膜的粘附性能。

附圖說明

下面將參照附圖對本發(fā)明的示例性實施方式的特征、優(yōu)點以及技術意義和工業(yè)意義進行描述，其中，相同的附圖標記表示相同的元件，并且在附圖中：

圖1是例示了根據(jù)實施方式的噴鍍被膜形成裝置的構造圖；

圖2是例示了根據(jù)實施方式的噴鍍被膜形成裝置中的熔融顆粒噴射部的一部分的截面圖；

圖3是例示了使用根據(jù)實施方式的噴鍍被膜形成裝置的噴鍍被膜形成方法的工藝圖，并且在上側示出了比較示例中的步驟而在下側示出了本實施方式中的步驟；

圖4是例示了根據(jù)實施方式的噴鍍被膜形成裝置中的熔融顆粒的溫度變化的視圖，并且橫軸表示經過的時間而縱軸表示熔融顆粒的溫度；以及

圖5是例示了根據(jù)實施方式的噴鍍被膜形成裝置中的噴射氣體的溫度與飛行的熔融顆粒的溫度之間的關系的曲線圖，并且橫軸表示噴射氣體的溫度而縱軸表示在缸膛附近的飛行的熔融顆粒的溫度。

具體實施方式

下面參照附圖對用于實施本發(fā)明的最佳方式進行描述。然而，本發(fā)明并不限于下面的實施方式。此外，為了描述清楚起見，適當?shù)睾喕讼旅娴拿枋龊透綀D。

首先對根據(jù)實施方式的噴鍍被膜形成裝置進行描述。噴鍍被膜形成裝置是用于在氣缸體的缸膛的內表面上形成噴鍍被膜的裝置，其中，發(fā)動機的活塞容納在該缸膛中。下面首先對噴鍍被膜形成裝置的構造進行描述。

圖1是例示了根據(jù)實施方式的噴鍍被膜形成裝置的構造圖。如圖1中所示，噴鍍被膜形成裝置100包括熔融顆粒噴射部10和加熱部20。熔融顆粒噴射部10包括噴嘴11和線材保持器12。加熱部20包括氣瓶21和加熱器22。

噴嘴11的形狀為管狀。噴嘴11的一個端部是細的噴射口11a。噴嘴11的位于與噴射口11a相反的一側的另一端部連接有氣體管31。噴嘴11將從氣體管31供給的氣體從噴射口11a噴射。如此從噴射口11a噴射的氣體被稱為噴射氣體18。因此，例如，熔融顆粒噴射部10包括氣體噴射部比如噴嘴11。

設置有多個線材保持器12，例如，兩個線材保持器12。線材保持器12保持熱噴鍍材料14。線材保持器12將熱噴鍍材料14保持成使得熱噴鍍材料14的遠端部14a在氣體噴射方向上設置在噴射口11a的前方。在熱噴鍍材料14的各個遠端部14a之間形成有間隙。線材保持器12構造成使得在熱噴鍍材料14的遠端部14a熔化耗盡時，線材保持器12將熱噴鍍材料14送出，從而使得熱噴鍍材料14的遠端部14a總是在氣體噴射方向上設置在噴嘴11的噴射口11a的前方。線材保持器12經由布線41電連接至直流電源。在下文中，直流電源被稱為DC。電流從DC電源經由布線41供給至線材保持器12。如此從DC電源供給的電流經由線材保持器12供給至熱噴鍍材料14。DC電源通過向熱噴鍍材料14施加電流來產生電弧放電。

在加熱部20中，對每一種氣體類型均設置有氣瓶21。例如，設置多個氣瓶21。例如，氣瓶中的一個氣瓶填充有空氣。例如，氣瓶中的另一個氣瓶填充有氮氣(N₂)。此外，各氣瓶21均連接有各自的氣體管32。如此連接至各氣瓶21的氣體管32連接在一起以成一體地形成為一根連接至加熱器22的氣體管32。氣體管31和氣體管32各自適當?shù)卦O置有開/閉閥。

加熱器22構造成使得氣體在加熱器22內流動。連接至氣瓶21的氣體管32連接至加熱器22的一個端部。連接至噴嘴11的氣體管31連接至加熱器22的另一端部。氣瓶21中的氣體在加熱器22內流動以被供給至噴嘴11。例如，在加熱器22內設置有多個用于產生遠紅外線的熱源。氣體管設置在熱源附近。加熱器22由此對在加熱器22內流動的氣體進行加熱。

圖2是例示了根據(jù)實施方式的噴鍍被膜形成裝置中的熔融顆粒噴射部的一部分的截面圖。如圖2中所示，例如，熔融顆粒噴射部10構造成使得氣體管31、熱噴鍍材料14和噴嘴11相互結合成一體。熔融顆粒噴射部10具有沿氣體管31和熱噴鍍材料14延伸的方向延伸的軸線A。噴嘴11的噴射口11a面向與軸線A垂直的方向。熱噴鍍材料14被保持成使得熱噴鍍材料14的遠端部14a在氣體噴射方向上設置在噴射口11a的前方。沿著軸線A延伸的氣體管31連接至噴嘴11的另一端部。噴嘴11的噴射口11a在將噴射氣體18朝向缸膛51的內表面噴射的情況下可以不面向與軸線A垂直的方向。

接下來將對根據(jù)實施方式的噴鍍被膜形成裝置100的操作進行描述。如圖1和圖2中所示，通過以噴鍍被膜15是設置在氣缸體50的缸膛51的內表面51a上的情況為示例來對操作進行描述。首先，熔融顆粒噴射部10被插入到氣缸體50中。然后，噴射口11a指向缸膛51的內表面51a。加熱部20設置在氣缸體50的外部。

如此，當形成噴鍍被膜15時，熔融顆粒噴射部10被插入到氣缸體50的缸膛51中并且加熱部20被設置在氣缸體50的缸膛51外。這使得可以在不對熔融顆粒噴射部10進行大改變的情況下設置加熱部20。

氣瓶21的閥被打開?？諝夂偷獨?N₂)氣體流動通過氣體管32、加熱器22和氣體管31。當氣體穿過加熱器22時，氣體變成熱氣體。因此，加熱部20在待被噴射的氣體被噴射之前預先對待被噴射的氣體進行加熱。例如，當氣體管32中的處于20℃的氣體穿過加熱器22時，該氣體的溫度增加到300℃。加熱之前的氣體的溫度和加熱之后的氣體的溫度都不限于上述溫度值。根據(jù)氣體的類型、熱噴鍍材料14的類型以及形成噴鍍被膜15的位置來適當?shù)剡x擇最佳溫度。如此加熱的氣體流動通過氣體管31并且從噴嘴11的噴射口11a以高速度噴射在噴射口11a的前方。

同時，DC電源在兩個線材保持器12之間施加直流電流。在由線材保持器12保持的熱噴鍍材料14之間施加電壓。當將電流施加至熱噴鍍材料14時，在熱噴鍍材料14的遠端部14a之間產生電弧放電16。由此，熱噴鍍材料14熔化。熔融顆粒噴射部10的氣體噴射部相對于通過電弧放電熔化的熱噴鍍材料14噴射指向缸膛51的內表面的氣體。將熔化的熱噴鍍材料14噴成霧狀以變成熔融顆粒17。因此，熔融顆粒噴射部10將噴射氣體18和由如此熔化的熱噴鍍材料14形成的熔融顆粒17一起相對于缸膛51的內表面51a噴射。

熔融顆粒17與噴射氣體18一起飛行并且被熔接至缸膛51的內表面51a。在氣缸體50的缸膛51的內部，熔融顆粒噴射部10在圍繞作為旋轉軸線的軸線A旋轉的同時沿著軸線A的方向移動。通過如此移動熔融顆粒噴射部10，在缸膛51的內表面51a上形成噴鍍被膜15。

接下來將對使用根據(jù)實施方式的噴鍍被膜形成裝置100的步驟流程進行描述。例如，對在氣缸體50的缸膛51的內表面51a上形成噴鍍被膜15的步驟進行描述。

圖3是例示了使用根據(jù)實施方式的噴鍍被膜形成裝置的噴鍍被膜形成方法的工藝圖，并且在上側示出了比較示例中的步驟而在下側示出了本實施方式中的步驟。

首先，對上側的比較示例進行描述。在比較示例中，在熱噴鍍之前使缸膛51的內表面51a變粗糙(步驟S11)。執(zhí)行該步驟以方便噴鍍被膜15的粘附。然后，在熱噴鍍之前對氣缸體50的基礎材料進行預熱(步驟S12)。在比較示例中，噴鍍被膜15是通過利用電弧噴鍍而形成在氣缸體50的缸膛51的內表面51a上的。因此，不同于等離子噴鍍，為了改善噴鍍被膜的粘附性能，需要對氣缸體50的基礎材料進行預熱。電弧噴鍍是一種通過利用電弧放電來執(zhí)行熱噴鍍的方法。

然后，執(zhí)行電弧噴鍍(步驟S13)。由此，在缸膛51的內表面51a上形成噴鍍被膜15。在比較示例中的電弧噴鍍中，沒有對噴射氣體18進行加熱。在此之后，在缸膛51的內表面51a上執(zhí)行后處理(步驟S14)。也就是說，在內表面51a上形成的噴鍍被膜15上執(zhí)行諸如研磨之類的處理。由此形成比較示例中的噴鍍被膜15。

在比較示例中，執(zhí)行了對氣缸體50的預熱。為了改善基礎材料與噴鍍被膜15之間的粘附性能以及整個噴鍍被膜15(熔融顆粒17之間)的粘附性能，對氣缸體50的基礎材料進行預熱的技術通常是已知的。氣缸體50由鋁基合金或鐵基合金制成。此外，氣缸體50的質量為15kg至30kg。因此，氣缸體50的熱容量大。除了這一點，氣缸體50的熱導率也高。因此，即使在對缸膛51的需要預熱部分進行預熱時，熱量也將被傳導至缸膛51的附近區(qū)域。

為此，有必要將整個氣缸體50預熱到比給定溫度更高的溫度。這相應地需要諸如預熱爐之類的設施，由此增加了生產成本。此外，由于整個氣缸體50的溫度增高的影響，熔融顆粒17附著至缸膛51以外的部分并且保持在缸膛51以外的部分上。因為這一點，在后處理中需要進行遮蓋和移除(高壓清洗等)，由此增加了生產成本。

同時，如在圖3中的下側所示，在本實施方式中，首先，在熱噴鍍之前使缸膛51的內表面51a變粗糙(步驟S21)，這是與比較示例類似的步驟。然后，執(zhí)行電弧噴鍍(步驟S22)。在本實施方式中，電弧噴鍍是通過使用加熱至高溫的氣體來執(zhí)行的。由此，在缸膛51的內表面51a上形成噴鍍被膜15。然后，在缸膛上執(zhí)行與比較示例類似的后處理(步驟S23)。由此形成本實施方式的噴鍍被膜15。

在本實施方式中，不需要如步驟S12中所示的那樣在熱噴鍍之前對氣缸體50的基礎材料進行預熱。因此，不需要預熱所必需的諸如爐之類的設施。此外，可以阻止熔融顆粒17附著至除缸膛51之外的部分以及保持在除缸膛51之外的部分上。此外，省去預熱步驟，因此使得可以縮短該步驟所需的時間。因此，所述實施方式的噴鍍被膜形成裝置100與比較示例相比能夠使生產成本降低。

圖4是例示了根據(jù)實施方式的噴鍍被膜形成裝置中的熔融顆粒的溫度變化的視圖，并且橫軸表示經過的時間而縱軸表示熔融顆粒的溫度。使用熱氣體的本實施方式中的溫度變化由虛線表示(實施方式)。執(zhí)行對基礎材料的預熱的比較示例中的溫度變化由點線表示(帶有預熱)。未執(zhí)行對基礎材料的預熱的比較示例中的溫度變化由實線表示(沒有預熱)。

如圖4中所示，在使用熱氣體的本實施方式中，飛行的熔融顆粒17的溫度隨著時間的推移而降低。然而，在飛行期間，本實施方式的熔融顆粒17的溫度高于比較示例中的熔融顆粒17的溫度。在本實施方式中，通過加熱待被噴射的氣體來抑制飛行的熔融顆粒17的溫度下降。此外，在本實施方式中，熔融顆粒17的在附著至缸膛51的基礎材料時的溫度高于比較示例中的熔融顆粒17在附著至缸膛51的基礎材料時的溫度。此外，直至熔融顆粒17在粘附至缸膛51的基礎材料之后凝固在基礎材料上為止的時間Δt與帶有預熱的比較示例相同程度的長。

同時，在帶有預熱的比較示例中，飛行的熔融顆粒17的溫度隨著時間的推移而降低。飛行的熔融顆粒17的溫度低于本實施方式的飛行的熔融顆粒17的溫度。這大概是由于在熔融顆粒17飛行期間熔融顆粒17被熔融顆粒17的周邊氣體冷卻的緣故。此外，在帶有預熱的比較示例中，熔融顆粒17在附著至基礎材料時的溫度低于本實施方式的熔融顆粒17在附著至基礎材料時的溫度。直至熔融顆粒17在附著至基礎材料之后凝固為止的時間與本實施方式大約相同。由于在基礎材料上執(zhí)行預熱，因此直到凝固為止的時間與本實施方式相同程度的長。

在沒有預熱的比較示例中，飛行的熔融顆粒17的溫度隨著時間的推移而降低。飛行的熔融顆粒17的溫度低于本實施方式的飛行的熔融顆粒17的溫度。類似于帶有預熱的比較示例，這大概是由于在熔融顆粒17飛行期間熔融顆粒17被熔融顆粒17的周邊氣體冷卻的緣故。熔融顆粒17在附著至基礎材料時的溫度也低于本實施方式的熔融顆粒17在附著至基礎材料時的溫度。直至熔融顆粒17在其附著至基礎材料之后凝固為止的時間與本實施方式以及帶有預熱的比較示例的直至熔融顆粒17在其附著至基礎材料之后凝固為止的時間相比較短。

已知直至熔融顆粒17在其附著至基礎材料之后凝固為止的時間(Δt)與噴鍍被膜15的粘附性能具有相關性。這大概是由于當熔融顆粒17在其附著至基礎材料之后凝固時，在噴鍍被膜15中引起張應力的緣故。此外，還已知的是，在熔融顆粒17突然凝固時，在噴鍍被膜15中引起的張應力變得更高。基礎材料的預熱使在熔融顆粒17附著至基礎材料之后的溫度下降的梯度變緩。

本實施方式中使用熱噴射氣體18的方法可抑制飛行的熔融顆粒17的溫度下降。這因此使得可以在熔融顆粒17粘附至基礎材料時獲得與比較示例相比更高的溫度。由此，可以使直到熔融顆粒17凝固為止的時間延長。這使得可以減少應力的發(fā)生并可以改善粘附性能。

作為改善噴鍍被膜的粘附性能的方法，存在通過用激光束照射噴鍍被膜15的激光輔助照射。然而，在氣缸體50的缸膛51內形成噴鍍被膜15的情況下，有必要將諸如用于執(zhí)行激光輔助照射的激光管之類的部件插入到缸膛51中。此外，有必要對將要附著至激光照射部分的雜質采取措施。在這點上，在本實施方式的方法中，沒有必要將諸如激光管之類的部件新插入到缸膛51中，并且沒有必要對將要附著至激光照射部分的雜質采取措施。

圖5是例示了根據(jù)實施方式的噴鍍被膜形成裝置中的噴射氣體的溫度與飛行的熔融顆粒的溫度之間的關系的曲線圖，并且橫軸表示噴射氣體的溫度而縱軸表示在缸膛附近的飛行的熔融顆粒的溫度。

如圖5中所示，通過增高噴射氣體18的溫度，可以使缸膛附近的飛行的熔融顆粒17的溫度增高。例如，在噴射氣體18沒有被加熱器22加熱的情況下，噴射氣體18的溫度為20℃。此時，在缸膛51附近的飛行的熔融顆粒17的溫度為2130℃。同時，當噴射氣體18的溫度通過加熱器22而增高到100℃時，在缸膛51附近的飛行的熔融顆粒17的溫度為2180℃。當噴射氣體18的溫度增高到200℃時，熔融顆粒17的溫度達到2240℃，并且當噴射氣體18的溫度增高到300℃時，熔融顆粒17的溫度達到2280℃。因此，通過將噴射氣體18的溫度從20℃增高到300℃，可以使熔融顆粒17的溫度增高約150℃。

應指出的是，通過電弧放電16得到的熔融顆粒17的早期溫度是3000℃。飛行的熔融顆粒17的顆粒直徑為50μm。熱噴鍍材料14的密度是7070kg/m³。熱噴鍍材料14的比熱是460J/(kg/K)。

下面將對本實施方式的效果進行描述。在根據(jù)本實施方式的噴鍍被膜形成裝置100中，待向熔融的熱噴鍍材料14噴射的氣體在噴射之前預先被加熱。這使得可以阻止熔融顆粒17在熔融顆粒17飛行至缸膛51的內表面51a期間被熔融顆粒17的周邊氣體冷卻。此外，可以使熔融顆粒17的在熔融顆粒附著至缸膛51的內表面51a時的溫度增加。這使得可以使直至熔融顆粒17在其附著至內表面51a之后凝固為止的時間延長。由此，抑制了噴鍍被膜15中的應力的出現(xiàn)，因此，使得可以改善氣缸體50的基礎材料與噴鍍被膜15之間的粘附性能以及整個噴鍍被膜15的粘附性能。

此外，不需要在熱噴鍍之前對氣缸體50的基礎材料進行預熱。因此，不需要諸如爐之類的設施。此外，可縮短預熱步驟。這使得可以降低生產成本。此外，不同于等離子噴鍍，電弧噴鍍不會使基礎材料過熱。因此也不需要諸如用于基礎材料的冷卻機構之類的設施。此外，與激光輔助照射不同，沒有必要將新裝置插入到缸膛51中。

當形成噴鍍被膜15時，熔融顆粒噴射部10被插入到氣缸體50的缸膛51中，而加熱部20被設置在氣缸體50的缸膛51之外。這使得可以在不對熔融顆粒噴射部10進行大的改變的情況下設置加熱部20。

上面已對根據(jù)本發(fā)明的噴鍍被膜形成裝置的實施方式進行了描述，但本發(fā)明不限于以上構型，并且在沒有背離本發(fā)明的技術思想的情況下可對以上實施方式進行修改。

例如，本實施方式處理了將噴鍍被膜形成裝置100用于在氣缸體50的缸膛51內形成噴鍍被膜15的情況。然而，可將噴鍍被膜形成裝置100應用于在除了氣缸體50的缸膛51內之外的部分中形成噴鍍被膜15的情況。此外，熔融顆粒噴射部10構造成使得噴嘴11、氣體管31和線材保持器12相互結合成一體，但熔融顆粒噴射部10也可以構造成使得噴嘴11、氣體管31和線材保持器12是分開設置的。