具有金属粘合层的气缸衬垫以及形成该气缸衬垫的方法
【技术领域】
[0001]本发明大体上涉及带涂层的气缸衬垫以及该带涂层的气缸衬垫的制造方法。
【背景技术】
[0002]内燃机的气缸通常包括适配到汽缸体的衬垫或套筒。该气缸衬垫包括外表面和环绕圆筒形区域的内表面。该气缸衬垫的内表面朝向活塞并提供了用于活塞环在内燃机的燃烧循环和运行期间的界面或滑动表面。因此，气缸衬垫典型地由坚硬的、耐磨损的材料形成。耐磨损的涂层，诸如类金刚石(diamond-like carbon, DLC)涂层，也可以被涂覆到该内表面上以增强耐磨性。
【发明内容】
[0003]本发明的一个方面提供了一种带涂层的气缸衬垫的制造方法。该方法包括提供包括从第一本体端延伸到第二本体端的内表面的本体。该内表面环绕中心轴线以限定孔口以及处于所述第一本体端的第一开口以及处于所述第二本体端的第二开口。该方法接着包括在所述本体的所述孔口内布置由金属形成的自耗金属电极。该方法随后包括密封所述第一开口和所述第二开口以沿着所述内表面形成沉积腔，并且喷溅所述自耗金属电极的金属到所述本体的所述内表面上。
[0004]带涂层的气缸衬垫的另一制造方法包括提供包括从第一本体端延伸到第二本体端的内表面的本体。所述内表面环绕中心轴线以限定孔口以及处于所述第一本体端的第一开口和处于所述第二本体端的第二开口。该方法接着包括在所述本体的所述孔口内布置由金属形成的自耗金属电极，并沿着所述自耗金属电极提供至少一个磁铁。该方法包括磁控溅射所述自耗金属电极的金属到所述本体的所述内表面上。
[0005]一种带涂层的气缸衬垫的另一制造方法包括提供包括从第一本体端延伸到第二本体端的内表面的本体。所述内表面环绕中心轴线限定孔口和处于所述第一本体端的第一开口以及处于所述第二本体端的第二开口。该方法接着包括在所述本体的所述孔口内布置由金属形成的自耗金属电极。所述自耗金属电极由金属形成并且包括沿着所述中心轴线限定中空开口的电极壁并且包括延伸通过所述电极壁的多个孔口。该方法接着包括提供载气通过所述中空开口和孔口，以及溅射所述自耗金属电极的所述金属到所述本体的所述内表面上。
[0006]本发明的另一方面提供了带涂层的气缸衬垫，其包括本体，所述本体具有内表面，所述内表面从所述第一本体端延伸到所述第二本体端。所述内表面具有从所述第一本体端延伸到所述第二本体端的内部长度并且环绕中心轴线以限定孔口和处于所述第一本体端的第一开口以及处于所述第二本体端的第二开口。耐磨损层包括布置在所述内表面上的碳氢化合物；金属粘合层布置在所述耐磨损层和所述内表面之间。所述金属粘合层由金属形成，并具有在所述内表面和所述中心轴线之间延伸的厚度。沿着至少70%的所述内部长度，所述金属粘合层的厚度的变化不大于5%。
[0007]本发明的方法以有效的方式沿着该气缸衬垫的内表面提供了大致均匀的、较厚的耐磨损层以及金属粘合层。该金属粘合层提供了较优的粘附性以使得耐磨损层和金属粘合层在内燃机中的气缸衬垫使用期间不会剥落。
【附图说明】
[0008]结合附图并参照下面的详尽描述，本发明的其他优点会更容易理解。其中:
[0009]图1为根据本发明的一种实施例的气缸衬垫以及用来涂覆该气缸衬垫的设备的横截面图；
[0010]图2为根据本发明的另一实施例的气缸衬垫以及用来涂覆该气缸衬垫的设备的横截面图；
[0011]图2A提供了图2的自耗金属电极的横截面俯视图；
[0012]图3为根据本发明的另一实施例的气缸衬垫以及用来涂覆该气缸衬垫的设备的横截面图；
[0013]图4为根据本发明的另一实施例的气缸衬垫以及用来涂覆该气缸衬垫的设备的横截面图；
[0014]图4A为图4的自耗金属电极的横截面俯视图；
[0015]图5为根据本发明的一种实施例的带涂层的气缸衬垫的横截面图；
[0016]图5A为图5的带涂层的气缸衬垫的一部分的放大图；
[0017]图5B示出了根据本发明的另一实施例的带涂层的气缸衬垫的一部分；
[0018]图5C示出了根据本发明的另一实施例的带涂层的气缸衬垫的一部分。
【具体实施方式】
[0019]本发明的一个方面提供了一种形成带涂层的气缸衬垫20的方法，其中，该气缸衬垫20用于被布置在汽缸体内并容纳内燃机的活塞。在图1-图4中示出了用于制造带涂层的气缸衬垫20的示例性设备；并且在图5中示出了根据本发明的方法形成的带涂层的气缸衬垫20的示例性实施方式。该方法包括溅射耐磨损层22，诸如类金刚石(DLC)涂层，以及金属粘合层24，诸如铬或钛涂层，在气缸衬垫20的内表面26上以提供较优的粘附性并防止在内燃机的气缸衬垫20使用期间剥落。该金属粘合层24通过溅射自耗金属电极28到该气缸衬垫20的内表面26上提供。该金属粘合层24的厚度ta是大体上均匀的并且沿着内表面26的内部长度I1的变化不超过5%。
[0020]形成气缸衬垫20的方法首先包括提供本体30，其中该本体30沿着中心轴线A周向地延伸并且在第一本体端32和第二本体端34之间从第一本体端32纵向地延伸到第二本体端34。该本体30包括朝向中心轴线A并且从第一本体端32纵向地延伸到第二本体端34的内表面26。该内表面26限定了孔口，该孔口在第一本体端32和第二本体端34之间具有圆筒形形状。该孔口具有能够容纳活塞的容积以使得在内燃机的运行期间该活塞能够在气缸衬垫20内往复运动并沿着内表面26滑动。该内表面26具有从第一本体端32延伸到第二本体端34的内部长度Iy第一本体端32限定环绕中心轴线A的第一开口 36，第二本体端34限定环绕中心轴线A的第二开口 38，并且开口 36、38两者均具有圆形形状。该本体30还具有面对内表面26并且从第一本体端32纵向地延伸到第二本体端34的外表面42。该外表面42具有从第一本体端32延伸到第二本体端34的外部长度I。。本体30的金属材料具有至少20HRC的硬度以及40-50W/(m -K)的热导率以使得其能够在典型的燃烧循环期间经受极端的传导。该本体30典型地由钢或合金钢组成。
[0021 ] 该方法接着包括沿着中心轴线A将自耗金属电极28布置在本体30的孔口内，如图1-3所示。该自耗金属电极28沿着中心轴线A从第一电极端44到第二电极端46纵向地延伸。该自耗金属电极28具有比内表面26的直径小的直径以在它们之间限定间隔。
[0022]该自耗金属电极28由金属形成，并且典型地大体由金属组成，或基于自耗金属电极28的整体重量包括至少90wt.%数量的金属。根据一种实施例，自耗金属电极28包括铬和钛的至少一种，并且优选地基本上由铬和/或钛组成。
[0023]在一种实施方式中，如图1所示，自耗金属电极28从第一电极端44到第二电极端46是固体的。在另一实施方式中，如图2-4所示，该自耗金属电极28包括环绕中心轴线A并且具有从第一电极端44到第二电极端46的中空开口 40的电极壁48。在图2和图3的实施方式中，电极壁48包括从中空开口 40延伸到沉积腔52的多个孔口 50。在图4的实施方式中，自耗金属电极28包括具有中空开口 40的电极壁48，并且磁铁54沿着电极壁48布置在中空开口 40内以使得金属粘合层24和耐磨损层22能够通过磁控溅射而被涂覆。图4A提供了图4的自耗金属电极28的横截面图。在这种实施例中，自耗金属电极28可以形成有孔口 50或不带孔口。
[0024]该方法接着包括提供密封的沉积腔52，该沉积腔对于溅射耐磨损层22和金属粘合层24到气缸衬垫20的内表面26上是足够的。在图1和图2的实施例中，该气缸衬垫20沿着本体30的内表面26提供了沉积腔52的一部分。这通过覆盖和密封本体30的第一开口 36和第二开口 38来实现的。该密封步骤优选地包括将第一盖56沿着第一本体端32布置以及将第二盖58沿着第二本体端34布置。第一盖56典型地为