专利名称：用于镶铸的气缸套的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种应用于气缸体的用于镶铸的气缸套。
背景技术：
为了实现汽车引擎的更轻重量和更小尺寸，由铝合金制成的气缸体通常装配有由铸铁制成的气缸套。作为用于生产这种装配有气缸套的气缸体的方法，已知方法是预先在用于气缸体的铸模中设置气缸套，将铸造材料(铝合金)浇铸到该铸模中，从而用铝合金覆盖气缸套的外周。近年来，为了增加引擎输出功率和降低燃料消耗，气缸孔的顶部死区中央附近的区域的热条件变得更加苛刻。此外，为了实现低燃料消耗，已经需要减小气缸孔之间的壁厚度以便减轻引擎的重量。为了符合该需要，过去，已知在日本专利公开(A)No. 2007-16733 中示出的用于镶铸的气缸套。这些用于镶铸的气缸套在与气缸体的结合强度和热传导率方面被改进。在气缸套的外周面上设有薄的底切突起，在薄的底切突起上继而形成热喷涂层。 作为热喷涂层的材料，使用Al-Si合金或其它铝合金或铜或铜合金。
发明内容
热喷涂层的表面特性根据热喷涂条件变化。热喷涂层的表面积尤其根据热喷涂条件而显著变化。用于镶铸的气缸套与气缸体之间的热传导率受热喷涂层表面的表面积显著影响，但是已知如果表面积变得大于一定值，则热传导率停止增大。本发明的一个目的是提供一种用于镶铸的气缸套，所述气缸套与气缸体之间的热传导率极佳。本发明提供一种用于镶铸的气缸套，所述气缸套在外周面上形成有比率为20至 80个/cm2的突起，突起的高度为0. 3至1. 2mm且带有底切部，在所述外周面上继而覆盖热喷涂层。其中所述热喷涂层由铁质材料组成，并且其中在所述气缸套的外周面的一定区域处热喷涂层表面的表面积与所述一定区域的面积的面积比率是12至23。所述面积比率特别优选是12至20。热喷涂层的面积比率受热喷涂层的表面特性显著影响。因此，通过改变热喷涂条件，能够改变面积比率。例如，如果在热喷涂时增大辅助空气压力，热喷涂层将变得更致密且热喷涂层的表面积将变得更小。另一方面，如果减小辅助空气压力，热喷涂层中的小孔将增多，热喷涂层将形成有增多的表面细小凸起形状，并且热喷涂层的表面积将增大。如果突起高度小于0. 3mm,则与气缸体接触的突起的高度将变得较短且结合强度将变得不足。如果超过1. 2mm，则难以使气缸套变薄，并且不能获得有效的热传导率。如果突起的数量小于20个/cm2，则与气缸体接触的突起的数量将变得较少且结合强度将变得不足。如果突起的数量大于80个/cm2，则几乎不能获得由于热喷涂层而导致的热传导率增大的效果。
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如果气缸套外周面具有小于12的面积比率，则气缸套与气缸体接触的外周面的表面积变得较小且不能获得有效的热传导率。即使面积比率超过23，热导电率也不会变得更高。所述热喷涂层优选具有0. 01至0. 2mm的厚度。如果热喷涂层具有小于0.01mm的厚度，则不会预期到热传导率的提高。如果超过 0. 2mm，则突起的底切部将通常被埋入热喷涂层中且将不能获得有效的结合强度。热喷涂层优选利用丝线状热喷涂材料形成。利用丝线状热喷涂材料，由于熔融金属通过空气喷涂，表面粗糙度变大且可容易实现大表面积。此外，热喷涂材料的熔融温度低且物理特性(氧化)几乎不变。此外，膜形成速度快且处理时间短。根据本发明的用于镶铸的气缸套，实现高热传导率且确保引擎性能改进。通过对热喷涂层的材料使用铁质材料，与传统上使用Al-Si合金的情况相比，能够选择丰富、低成本的资源。
图1示出本发明的实施例，其中(a)是用于镶铸的气缸套的透视图，(b)是该气缸套的外周面部的剖面图。图2是示出气缸体的附接气缸套的部分的平面图。图3说明测试件的制备，其中(a)是示出镶铸结构的平面图，(b)是示出从镶铸结构切去的测试件的透视图，(c)是示出测试件的部分的视图。图4是示出热传导率的测量方法的视图。
图5是示出热传导率的测试结果的图表。
附图标记说明
1气缸体
IA铝合金部
2气缸套
2A铸铁部
3内周面
4外周面
5突起
6底切部
7热喷涂层
10镶铸结构
Ll铸铁部直至突起基部的厚度
L2铸铁部和铝合金部的结合部的厚度
20测试件
21激光装置
22热电偶
23DC放大器
24记录器
具体实施例方式以下将参考
本发明的实施例。图1示出气缸套，而图2示出气缸体的装配了气缸套的部分。作为气缸体1的材料，考虑到减小重量和成本，使用例如JIS ADClO (相关标准=ASTM A380. 0)，JIS ADC12 (相关标准ASTM A383. 0)或其它铝合金。作为气缸套2的材料，考虑到耐磨性、抗咬合性和可加工性，使用例如JIS FC230或其它铸铁。铸铁的成分的一个例子是T. C :2. 9至3.7(质量％，下同)、Si :1. 6至2. 8、Mn :0. 5至1. 0、P :0. 05至0. 4，以及其余的Fe。如果需要，也可以添加Cr 0. 05至0. 4(质量％，下同)、B :0. 03至0. 08和Cu :0. 3至0. 5。每个气缸套2插入在气缸体1中，从而气缸套2的内周面形成气缸孔。即每个气缸套2被预先设置在用于气缸体的铸模中，然后铝合金熔融物被浇注到铸模中。由此，铸铁气缸套2位于铝合金气缸体1内部，结果形成镶铸结构。气缸套2的内周面被精加工且在完工时被赋予1. 5至2. 3mm的厚度。每个气缸套2的外周面4形成有多个突起5。突起5具有0. 3至1. 2mm的高度。 突起5的数量是20至80个/cm2。突起5具有底切部。作为底切部的例子，在本实施例中， 突起5被形成为底切形状。即，突起5具有由挤入形成的细中间段的底切部6。在气缸体1 的一部分进入气缸套2的突起5的底切部6周围的空间的状态下，气缸套2和气缸体1被结合在一起，从而确保气缸套2和气缸体1之间的结合强度。每个气缸套2的包括突起5的外周面4被热喷涂层7覆盖。热喷涂层7由铁质材料组成，且具有0. 01至0. 2mm的厚度。在气缸套2的外周面4的一定区域处热喷涂层7的表面的表面积与该区域的面积的比率是12至23。通过离心浇铸法生产气缸套2。如果使用离心浇铸法，能够以良好的生产率生产在其外周面4上具有相同突起5的气缸套2。以下，将说明气缸套2的生产方法。平均粒径0. 002至0. 02mm的硅藻土、皂土(粘土)、水和表面活性剂被按预定比例混合以生产涂布材料。涂布材料被喷射涂布到加热到200°C至400°C且保持旋转的铸模 (模型)的内表面，从而在铸模的内表面上形成涂层。涂层具有0.5至1.1mm的厚度。由于表面活性剂的作用，在涂层内部产生蒸气。由于气泡，在涂层中形成多个凹孔。涂层被干燥，然后，用铸铁熔融物填充旋转铸模。此时，该熔融物填充涂层的凹孔，从而形成多个相同的底切突起。熔融物硬化以形成气缸套，然后气缸套与涂层一起被从铸模取出。然后被吹洗以去除涂层，从而生产出在其外周面上有多个相同突起的气缸套。之后，气缸套外周面被由铁质材料组成的热喷涂层覆盖。热喷涂层由利用丝线状热喷涂材料的电弧喷涂或火焰喷涂形成。以下，接下来将说明对于包括铸铁气缸套的镶铸结构的热传导率的测试结果(见表1)，该气缸套在其外周面上具有底切突起且在气缸套上涂布由铁质材料组成的热喷涂层，在该气缸套周围浇铸铝合金以将两者一体结合。在示例和比较例中，用于测试的气缸套的铸铁成分如下T. C 2. 9 M 3. 7(质量％，下同)，Si :1· 6 至 2. 8，Mn 0. 5 至 1. 0，P 0. 05 至 0. 4， Cr 0. 05至0.4，其余的铁。气缸套的示例和比较例通过上面提到的生产方法制备。对于气缸套的热喷涂层的材料，使用与JIS Z3312相应的铁质焊接材料作为铁质材料。热喷涂层的厚度是0.2mm。在其外周面上具有底切突起且在其上涂布由铁质材料组成的热喷涂层的铸铁气缸套2被铸造铝合金覆盖，从而生产测试用镶铸结构10 (见图3 (a))。在示例和比较例中，用于测试的铝合金是JIS ADC12铝合金。1.突起高度度盘式深度计被用于测量气缸套2的突起高度。表1中示出测量的突起高度。2.突起的数量非接触式3D激光形状测量装置用于确定从突起5的基部到0. 2mm 高度位置的突起的等高线。从在IOmmX IOmm范围内封闭等高线的数量得到每cm2的突起数量。表1中示出突起的测量数量。3.面积比率通过3D激光显微镜在放大倍率200X且分辨率为0. 001 μ m条件下测量在气缸套的外周面的一定区域(竖向IOmmX水平IOmm)的热喷涂层的表面积。面积比率是从指定区域的范围内对象的表面形状得出的表面积与指定区域的面积的比率。在本发明中，面积比率被测量为在指定的一定区域(竖向IOmmX水平10mm) (IOOmm2)中具有微小粗糙度的热喷涂层表面的表面积对于该指定的一定区域的面积的比率。4.热传导率通过激光脉冲法确定热传导率。如图3所示，测试件20被从镶铸结构10切下，使得L1/L2 = 0. 45，其中铸铁部2A直至突起5的基部的厚度是Li，铸铁部2A 和铝合金部IA的结合部的厚度是L2。图3(a)中示出的双点画线示出切割线。即，测试件 20被从镶铸结构10切下以便提供IOmm的外径、铸铁部2A直至突起5的基部的1. 35mm的厚度、铸铁部2A和铝合金部IA的结合部的3mm的厚度。通过测量从激光点火开始到热量传导到测试件20的后表面的时间并利用测试件20的厚度计算热传导率。在图4中，20表示测试件，21表示激光装置，22表示热电偶，23表示DC放大器，24表示记录器。热传导率优选是:35W/m· k或以上。表1示出测试结果。改变该示例和比较例的测试件的热喷涂条件以改变面积比率。如表1和图5所示，如果面积比率小于12，则气缸套与气缸体接触的表面积小，热传导率变得小于35W/m · k，不能获得有效热传导率。表 1
权利要求
1.一种用于镶铸的气缸套，所述气缸套在外周面上形成有比率为20至80个/cm2的突起，所述突起的高度为0. 3至1. 2mm且带有底切部，所述外周面上继而被热喷涂层覆盖，其中，所述热喷涂层由铁质材料组成，并且其中在所述气缸套的外周面上的一定区域处热喷涂层表面的表面积与所述一定区域的面积的面积比率是12至23。
2.如权利要求1所述的用于镶铸的气缸套，其中所述面积比率是12至20。
3.如权利要求1或2所述的用于镶铸的气缸套，其中所述热喷涂层具有0.01至0. 2mm 的厚度。
4.如权利要求1、2或3所述的用于镶铸的气缸套，其中利用丝线状热喷涂材料形成所述热喷涂层。
全文摘要
本发明提供一种用于镶铸的气缸套，所述气缸套与气缸体之间的热传导率极佳，本发明的用于镶铸的气缸套包括用于镶铸的气缸套(2)，所述气缸套在外周面(4)上形成有比率为20至80个/cm2的突起(5)，所述突起的高度为0.3至1.2mm且带有底切部(6)，在所述外周面上继而覆盖热喷涂层(7)，其中热喷涂层(7)由铁质材料组成，且其中在所述气缸套的外周面(4)的一定区域处热喷涂层(7)表面的表面积与所述区域的面积的面积比率是12至23。所述热喷涂层优选具有0.01至0.2mm的厚度。优选利用丝线状热喷涂材料形成所述热喷涂层。
文档编号F02F1/00GK102383960SQ20111024342
公开日2012年3月21日 申请日期2011年8月24日 优先权日2010年8月25日
发明者堀米正巳, 斋藤仪一郎 申请人:帝伯工业股份公司, 帝国活塞环株式会社