用于生產(chǎn)涂層孔表面——特別是氣缸孔的涂層孔表面的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于生產(chǎn)涂層表面的方法，特別是生產(chǎn)內燃發(fā)動機的氣缸孔的涂層表面的方法。
【背景技術】
[0002]內燃發(fā)動機的氣缸孔應該在它的內部圓周和在其中以往復運動的方式移動的活塞和/或活塞環(huán)之間具有均勻和微小的間隙，以便在最好的情況下實現(xiàn)理想的摩擦學條件。眾所周知，氣缸孔在操作模式中變形，即與理想的圓柱形形狀有偏差，以致于實際圓柱生產(chǎn)的氣缸孔具有非圓柱形形狀。由于機械載荷——例如，如果缸蓋擰上，這樣的偏差會出現(xiàn)。這樣的偏差也可以通過熱和/或通過動力的影響出現(xiàn)。很明顯，在操作模式下偏離圓柱形形狀的氣缸孔的表面對摩擦學系統(tǒng)有負面影響。
[0003]為了解決這個問題，EP 1321229 BI號專利文獻提出了在空載狀態(tài)下，氣缸孔具有偏離參考形狀——即偏離圓柱形形狀——的初始形狀。在這方面，在EP 1321229B1號專利文獻中，提出了生產(chǎn)非圓形的氣缸孔的初始形狀，并且由于在操作模式下的上述影響，該初始形狀會變形成盡可能圓的形狀，即盡可能的圓柱形的形狀。
[0004]在DE 102007024569A1, DE 102007063567A1 和 DE 102009007023A1 號專利文獻中，還提出了首先生產(chǎn)在空載狀態(tài)下偏離圓柱形形狀的氣缸孔的初始形狀，其中在操作模式下氣缸孔變形成實質上圓形形狀，即盡可能的圓柱形形狀。
[0005]DE 102007023297A1號專利文獻也公開了適于操作負載和偏離圓柱形對稱性的孔的(非圓形)的機械加工應該具有優(yōu)點:結果是，氣缸變形可以在對降低油耗和改善活塞環(huán)調整可能更重要的操作條件下顯著的減少。DE 102007023297A1號專利文獻進一步公開了將要提供一種兩步法，其中精密加工是為了緊隨預加工。在用于生產(chǎn)非圓形形狀的初始形狀的第二步驟發(fā)起之前，即精密加工開始之前，DE 102007023297A1號專利文獻提供了施加滑動層到預加工的初始形狀上。根據(jù)DE102007023297A1號專利文獻，這唯一能夠通過熱噴涂工藝發(fā)生，其中，電弧金屬絲噴涂，大氣等離子體噴涂或高速火焰噴涂是可以想到的。等離子體粉末噴涂也可以是合適的噴涂方法。在這種情況下，DE102007023297A1號專利文獻尤其表明施加的層的層厚度不是為了比至少50 μ m還小。此外，在涂層之前，表面應該通過熱的，機械的，化學的或水噴射輔助的手段預先處理。
[0006]在所述的熱涂層方法中，在高溫下熔融和偶爾以非常高的速度的涂層顆粒接觸到將被涂層的表面，以便產(chǎn)生熱噴涂層。這里明顯的缺點是，將被涂層的基本材料部分地遭受熱處理，以致于其中的材料性能會改變。此外，其中設置有將被涂層的氣缸孔的氣缸體加熱到非常高的溫度，以致于使氣缸體的進一步的加工延遲所需冷卻階段的持續(xù)時間。
[0007]鑒于這些觀察結果，用于生產(chǎn)涂層孔表面，特別是氣缸孔的涂層空表面的方法，提供了進一步改善的空間。

【發(fā)明內容】

[0008]考慮到這一點，本發(fā)明的目的是有利地開發(fā)在引言中提到的類型的方法。
[0009]這個目的通過具有以下公開的特征的方法來實現(xiàn)的。
[0010]應當提到的是，單獨在下面的說明書中陳述的功能和措施也可以以任何技術上有利的方式彼此組合，并且公開本發(fā)明的進一步的實施例。說明書結合附圖描述本發(fā)明及其各部分的特征并詳述本發(fā)明及其各部分。
[0011]通過本發(fā)明，提出一種用于生產(chǎn)涂層表面，特別是內燃發(fā)動機的氣缸孔的涂層表面的方法，所述的方法至少包含在空載狀態(tài)下首先生產(chǎn)偏離參考形狀的氣缸孔的初始形狀的步驟，其中在進一步的步驟中，涂層通過電解發(fā)生。
[0012]從可以由鋁和/或由鋁合金形成的和具有最初粗糙地生產(chǎn)的氣缸表面的氣缸體開始，因此，在第一步驟中，產(chǎn)生氣缸孔的非圓柱形表面，其中特別地包含與圓柱形形狀的偏差。氣缸表面可以與氣缸體的生產(chǎn)同時生產(chǎn)，即鑄造，引入作為孔或者甚至插入作為氣缸體中的軸襯。通過這種粗糙地生產(chǎn)的氣缸孔，即實質上未經(jīng)處理的鋁，根據(jù)本發(fā)明方法的第一步驟通過與期望的偏差存在的負面形狀發(fā)起。
[0013]偏差的創(chuàng)造可通過珩磨發(fā)生，特別是通過形狀生產(chǎn)的珩磨操作發(fā)生，其中可以使用珩磨條一優(yōu)選金剛石條或彈簧式安裝的陶瓷條，以便產(chǎn)生經(jīng)受形狀生產(chǎn)的珩磨操作的表面。
[0014]如果通過以前幾乎未經(jīng)處理的基本材料(鋁；鋁合金)的加工的第一步驟，優(yōu)選通過形狀生產(chǎn)的珩磨操作，實現(xiàn)大約最終的尺寸，特別是幾乎與參考形狀有偏差的最終程度，則這是有利的。這是有優(yōu)勢的，因為只有非常薄的層能夠通過隨后的依靠電解的涂層施加，其中在預加工期間，施加的層的厚度(和通過珩磨的可選擇的后處理)自然地被考慮在內。
[0015]然而，所施加的層是非常薄的以致于校正程序幾乎可以省去。在這點上，幾乎最終尺寸應該已經(jīng)用先前的預加工實現(xiàn)。
[0016]通過形狀生產(chǎn)的珩磨操作，小程度的粗糙度可以存在，其中粗糙度自然地對涂層有影響。如果預加工表面具有從I到4 μ m范圍的粗糙度，則是有優(yōu)勢的。
[0017]在施加涂層之前，應該清潔表面，特別對表面進行脫脂。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的涂層是通過電解施加的。在優(yōu)選的實施例中，涂層在電解槽中發(fā)生。為了這個目的，可以有利地提供掩模以便相應地覆蓋不打算涂層的區(qū)域。為了掩蔽，可以提供通過合適的手段一即例如通過O形環(huán)密封件一密封氣缸孔的蓋子。因此，由于掩蔽，只有將要涂層的表面與電解質接觸。
[0019]通過形狀生產(chǎn)的珩磨操作的初始形狀的先前創(chuàng)造在涂層后得到保持是有利的。在電解中，電極被引入到氣缸孔中。這兩個元件具有大約相同的縱向范圍。在兩者之間，即在電極的外周與氣缸孔的表面之間，形成環(huán)狀間隙，電解質流體通過環(huán)形間隙流動。電極在這種情況下形成陰極，其中氣缸體形成陽極?？梢允┘泳哂?00到500伏特的電壓的脈沖直流電，其中電解自然地也可以利用非脈沖直流或交流電發(fā)生。10至30A/dm2的電流強度已經(jīng)證明是有利的。涂層時間可以在2至10分鐘范圍內選擇，其中所有氣缸孔可以同時涂層。自然地，因此，一個各自的電極也可以提供用于每個氣缸孔。
[0020]通過涂層，可以施加耐磨層，即產(chǎn)生。很明顯的是，可以避免熱的輸入和因此如在熱噴涂方法中可觀察到的與基本材料的性質相關的改變。熱引起的翹曲也可以避免。初始形狀保持如同在預加工的第一步驟中那樣，即，它已經(jīng)通過形狀生產(chǎn)的珩磨操作產(chǎn)生，特別甚至具有期望的偏差。
[0021]通過工藝參數(shù)的選擇，例如，涂層的孔隙率，可以具體設置，以便改進油保持能力，這是有利的。因此，減小的滑動摩擦磨損也通過孔隙率改進，其中流體動力潤滑性得到改進。涂層還具有高程度的硬度，以便減小在混合摩擦范圍內以低發(fā)動機速度進行的滑動摩擦。因此，發(fā)動機的壽命可以增加。
[0022]如果電解涂層的方法被執(zhí)行用于生產(chǎn)，例如，氧化物陶瓷涂層，則這是有利的。在有利的實施例中，涂層可以使用一個或下列方法的組合來實施:等離子體電氧化(PEO)，等離子體電解沉積(PED)和微弧氧化(MAO)。在這種情況下，形成的層由基本材料的一種或多種氧化物組成，即例如氧化鋁或氧化鈦。在方法的結合使用中，涂層優(yōu)選地在不同的連續(xù)涂層的步驟中發(fā)生，其中使用各自的涂層方法。
[0023]在優(yōu)選實施例中，實施所謂的等離子體電解沉積(PED)，其在液體電解質中產(chǎn)生。在這種情況下，層產(chǎn)生，其從表面到基本材料(鋁，鋁合金)中生長和在電極的方向上被創(chuàng)造，即幾乎成環(huán)形間隙。然而，在PED中，不僅氧化鋁的層而且其他金屬氧化物一比如氧化鈦的層可以產(chǎn)生。
[0024]特別是當通過電解涂層，即優(yōu)選通過PED方法時，特別均勻的層厚度可以實現(xiàn)，這可以在每個內部周緣區(qū)域上，甚至在具體產(chǎn)生偏差的區(qū)域中，在徑向方向上觀看到，這是有利的。在這方面，用于去除材料的過多施加的后加工幾乎可以省去，其自然地不影響可選擇的用于拋光的后加工。
[0025]這樣產(chǎn)生的層可以發(fā)展為特定的深度到基本材料中，其中向外的層具有與之偏差的較大的層厚度。在這方面，具有11至20 μ m的總厚度的層可以被生產(chǎn)得非常薄。在這方面，發(fā)展為基本材料的層厚度可以大約是向外發(fā)展的層厚度的33% (即大約三分之一)。如果層厚度，例如，為11至12 μ m，則發(fā)展為基本材料的層具有大約3 μ m的值，其中向外發(fā)展的層具有約8至9 μ m的值。即使層具有20 μ m的厚度，這仍然是在本發(fā)明的意義范圍內非常薄的。在這種情況下，大約5 μ m會發(fā)展為基本材料，其中具有15 μ m厚度的層會通過向外發(fā)展被創(chuàng)造。通過發(fā)展為基本材料，層此外幾乎與基礎材料交聯(lián)，其導致特別良好的連接，即緊密連接，即層與基本材料的粘合。甚至通過層的除熱在內燃發(fā)動機的操作中是特別有效的，因為所述層通過電鍍施加，其正如上面已經(jīng)提到的，導致與基本材料的特別牢固的接合。如此之薄的層可以緊接著經(jīng)受形狀生產(chǎn)的珩磨操作特別好的表面，其意味著無需在其期望的設計中改變經(jīng)受形狀生產(chǎn)的珩磨操作的表面，層與之相反承載。
[0026]相比于此，被熱施加的層具有至少50至250 μ m的層厚度。
[0027]通過電解施加的層因此大大薄于50 μ m且具有例如1500HV的硬度。自然地，層的特性以及層厚度，孔大小和層的粗糙度可以通過關于如已經(jīng)提到的