本發(fā)明涉及鋼鐵冶金學(xué)，并且更具體地涉及用于熱噴涂金屬沉積法的鐵合金組合物。

背景技術(shù)：

該部分的陳述僅僅提供與本發(fā)明相關(guān)的背景信息，并且可以或可以不構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。

典型的熱噴涂方法使用多種類型的金屬組合物以實(shí)現(xiàn)特定的最終機(jī)械特性。在一些應(yīng)用中，在熱噴涂過程之后對合金涂層進(jìn)行機(jī)械加工。例如，發(fā)動機(jī)機(jī)體的汽缸膛的熱噴涂涂層需要第一機(jī)械加工操作以使缸膛的尺寸便于適當(dāng)?shù)幕钊浜?。可以采用第二機(jī)械加工操作以在合金涂層的表面上形成特定的表面裝飾或圖案用以潤滑和耐磨。

盡管當(dāng)前的熱噴涂材料組合物實(shí)現(xiàn)了其預(yù)期目的，但是始終需要顯示出改進(jìn)的性能，尤其是從涂層龜裂、機(jī)械加工性、潤滑性和機(jī)械特性的角度考慮的新型且改進(jìn)的材料組合物。因此，在該領(lǐng)域中需要一種改進(jìn)這些性能特性的改進(jìn)的熱噴涂材料組合物。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為用于使用等離子體傳送線弧熱噴涂裝置沉積到母體金屬表面(例如鋁)上的鐵基合金。合金包括約0.10重量％至約0.75重量％的量的碳C、約0.50重量％至約2.50重量％的量的錳Mn、約0.30重量％至約1.50重量％的量的硅Si、約0.40重量％至約3.00重量％的量的鋁Al，以及約0.10重量％至約0.35重量％的量的硫S。合金的余量是鐵Fe。

在本發(fā)明的另一個實(shí)施例中，合金進(jìn)一步包括約0.15重量％至約0.75重量％的量的碳C、約0.00重量％至約3.00重量％的量的鉻Cr、約0.00重量％至約1.00重量％的量的鉬Mo、約0.30重量％至約1.50重量％的量的硅Si、約0.40重量％至約3.00重量％的量的鋁Al、約0.00重量％至約1.00重量％的量的鈦Ti、以及約0.10重量％至約0.35重量％的量的硫S。合金的余量是鐵Fe。

在本發(fā)明的又另一個實(shí)施例中，合金進(jìn)一步包括約0.28重量％至約0.35重量％的量的碳C、約1.35重量％至約1.65重量％的量的錳Mn、約0.95重量％至約2.00重量％的量的鉻Cr、約0.00重量％至約0.40重量％的量的鉬Mo、約0.50重量％至約1.00重量％的量的硅Si、約1.10重量％至約1.40重量％的量的鋁Al、約0.00重量％至約0.60重量％的量的鈦Ti、約0.24重量％至約0.33重量％的量的硫S、以及約0.00重量％至約0.03重量％的量的磷P。合金的余量是鐵Fe。

在本發(fā)明的又另一個實(shí)施例中，合金進(jìn)一步包括約0.25重量％至約0.30重量％的量的碳C、約1.35重量％至約1.65重量％的量的錳Mn、約0.50重量％至約1.00重量％的量的硅Si、約1.10重量％至約1.40重量％的量的鋁Al、約0.24重量％至約0.33重量％的量的硫S，以及約0.00重量％至約0.03重量％的量的磷P。合金的余量是鐵Fe。

在本發(fā)明的又另一個實(shí)施例中，合金進(jìn)一步包括約0.10重量％至約0.60重量％的量的碳C、約1.00重量％至約2.00重量％的量的錳Mn、約8.00重量％至約30.00重量％的量的鉻Cr、約0.00重量％至約3.00重量％的量的鉬Mo、約0.30重量％至約1.50重量％的量的硅Si、約0.40重量％至約3.00重量％的量的鋁Al、約0.00重量％至約1.00重量％的量的鈦Ti、約0.10重量％至約0.33重量％的量的硫S，以及約0.00重量％至約14.00重量％的量的鎳Ni。合金的余量是鐵Fe。

在本發(fā)明的又另一個實(shí)施例中，合金被形成到用于等離子體傳送線弧熱噴涂裝置的線材和粉末中的一種中。

在本發(fā)明的又另一個實(shí)施例中，合金被沉積到內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的汽缸體的汽缸壁上。

在本發(fā)明的又另一個實(shí)施例中，汽缸體由鑄造鋁合金制成。

從以下結(jié)合附圖對實(shí)施本發(fā)明的最佳方式進(jìn)行的詳細(xì)描述中能夠很容易了解到本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)以及其他特征和優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的用于內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的汽缸體的透視圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明的汽缸體的涂覆汽缸膛壁的橫截面；以及

圖3是根據(jù)本發(fā)明的用于汽缸膛壁的涂層的合金組成的表格。

具體實(shí)施方式

參照圖1，示出了內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的汽缸體(其通常用參考數(shù)字10表示)，并且現(xiàn)在將對其進(jìn)行描述。汽缸體10具有幾個主要特征件，包括多個汽缸膛12、曲軸箱部分14、缸蓋頂面16、水泵部分18、底殼導(dǎo)軌20、以及軸承蓋22。更具體地，多個汽缸膛12可以包括兩個汽缸膛至十六個或更多的汽缸膛。在該實(shí)施例中，四個汽缸膛12對齊，使得汽缸膛12的每個軸線彼此平行。在其它實(shí)施例中，在不脫離本發(fā)明的范圍下，汽缸膛12可被設(shè)置成“V”形、平坦的或者其他布置。每個汽缸膛12的頂端終止在缸蓋頂面16處，而每個汽缸膛12的底端終止在汽缸體10的曲軸箱部分14處。

現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖2并繼續(xù)參照圖1，示出了汽缸膛壁24的橫截面，并且現(xiàn)在將對其進(jìn)行描述。汽缸膛壁24包括內(nèi)表面或周邊26和外表面28。外表面28可以與用作水冷卻通道的空腔相鄰或者其可用作相鄰汽缸膛12的汽缸膛壁24。在任一方面，當(dāng)運(yùn)行中，汽缸膛壁24的內(nèi)表面26暴露于往復(fù)式活塞(未示出)。汽缸膛壁24的內(nèi)表面26包括粘合至汽缸膛壁24的母體材料的材料的涂層30。在一些實(shí)施例中，汽缸膛壁24的母體材料可以為鑄造鐵合金或鋁合金。然而，在不脫離本發(fā)明的范圍下，可以使用其它類型的合金。使用多種方法中的任一種，將涂層30粘合至汽缸膛壁24的母體材料。一種這樣的方法為如美國專利號5,938,944說明的等離子體傳送線弧熱噴涂裝置。在不脫離本發(fā)明的范圍下，可以使用所公開的方法的其它類似方法或變型。在將涂層30施加到汽缸膛壁24的內(nèi)表面26上之后，可以對涂層30的內(nèi)表面32進(jìn)行機(jī)械加工以實(shí)現(xiàn)與活塞的精確配合并且實(shí)現(xiàn)規(guī)定的表面裝飾或珩磨圖案。

現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖3并繼續(xù)參照圖2，以表格形式示出了多種示例性合金并且現(xiàn)在將對其進(jìn)行描述。合金1-4以線材或粉末形式制成并且用于熱噴涂裝置中以將合金1-4沉積在汽缸膛壁24的內(nèi)表面26上從而形成涂層30。示例性合金1基于下述碳鋼合金，其特別地具有約0.15wt％至約0.75重量百分比(wt％)范圍內(nèi)的碳C、約0.50wt％至約2.50wt％范圍內(nèi)的錳Mn、最大約3.00wt％的鉻Cr、最大約1.00wt％的鉬Mo、約0.30wt％至約1.50wt％范圍內(nèi)的硅Si、約0.40wt％至約3.00wt％范圍內(nèi)的鋁Al、最大約1.00wt％的鈦Ti，以及約0.10wt％至約0.35wt％范圍內(nèi)的硫S并且余量是鐵Fe。更具體地，碳C成分用于改進(jìn)最終涂層30的強(qiáng)度并克服最終涂層30的龜裂。猛Mn用于促進(jìn)涂層冷卻期間的馬氏體轉(zhuǎn)變，并且鉬Mo用于改進(jìn)的潤滑性和抗點(diǎn)蝕性，且鋁Al和鈦Ti成分用于調(diào)整熱噴涂過程中形成的氧化物。氧化鋁Al₂O₃和氧化鈦TiO₂有助于最終涂層30的耐磨特性。硫S成分形成硫化物S²以改進(jìn)涂層30的機(jī)械加工性和潤滑性。

示例性合金2基于下述鋼合金，其特別地具有約0.28wt％至約0.35重量百分比(wt％)范圍內(nèi)的碳C、約1.35wt％至約1.65wt％范圍內(nèi)的錳Mn、最大約0.50wt％的鉻Cr、最大約0.40wt％的鉬Mo、約0.50wt％至約1.00wt％范圍內(nèi)的硅Si、約1.10wt％至約1.40wt％范圍內(nèi)的鋁Al、最大約0.60wt％的鈦Ti、約0.24wt％至約0.33wt％范圍內(nèi)的硫S，以及最大約0.03wt％的磷P并且余量是鐵Fe。更具體地，碳C成分用于改進(jìn)最終涂層30的強(qiáng)度并克服最終涂層30的龜裂。鋁Al和鈦Ti成分用于調(diào)整熱噴涂過程中形成的氧化物。氧化鋁Al₂O₃和氧化鈦TiO₂有助于最終涂層30的耐磨和摩擦特性。硫S成分形成硫化物S²以改進(jìn)涂層30的機(jī)械加工性和潤滑性。

示例性合金3基于下述鋼合金，其特別地具有約0.25wt％至約0.30重量百分比(wt％)范圍內(nèi)的碳C、約1.35wt％至約1.65wt％范圍內(nèi)的錳Mn、約0.50wt％至約1.00wt％范圍內(nèi)的硅Si、約1.10wt％至約1.40wt％范圍內(nèi)的鋁Al、約0.24wt％至約0.33wt％范圍內(nèi)的硫S，以及最大約0.03wt％的磷P并且余量是鐵Fe。更具體地，碳C成分用于改進(jìn)最終涂層30的強(qiáng)度并克服最終涂層30的龜裂。鋁Al成分用于調(diào)整熱噴涂過程中形成的氧化物。氧化鋁Al₂O₃有助于最終涂層30的耐磨和摩擦特性。硫S成分形成硫化物S²以改進(jìn)涂層30的機(jī)械加工性和潤滑性。

示例性合金4基于下述不銹鋼合金，其特別地具有約0.10wt％至約0.60重量百分比(wt％)范圍內(nèi)的碳C、約1.00wt％至約2.00wt％范圍內(nèi)的錳Mn、約8.00wt％至約30.00wt％范圍內(nèi)的鉻Cr、最大約3.00wt％的鉬Mo、約0.30wt％至約1.50wt％范圍內(nèi)的硅Si、約0.40wt％至約3.00wt％范圍內(nèi)的鋁Al、最大約1.00wt％的鈦Ti、約0.10wt％至約0.33wt％范圍內(nèi)的硫S，以及最大約14.00wt％的鎳Ni并且余量是鐵Fe。更具體地，碳C成分用于改進(jìn)最終涂層30的強(qiáng)度并克服最終涂層30的龜裂。鋁Al和鈦Ti成分用于調(diào)整熱噴涂過程中形成的氧化物。氧化鋁Al₂O₃和氧化鈦TiO₂有助于最終涂層30的耐磨和摩擦特性。硫S成分形成硫化物S²以改進(jìn)涂層30的機(jī)械加工性和潤滑性。

雖然詳細(xì)描述了用于實(shí)施本發(fā)明的最佳方式，但熟悉本發(fā)明所涉及領(lǐng)域的人員將認(rèn)識到在隨附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)的用于實(shí)施本發(fā)明的各種可選設(shè)計和實(shí)施例。