專利名稱：用于鑲鑄的部件、氣缸體和用于制造氣缸套的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于鑲鑄(嵌鑄，包心鑄造，insert casting )的部件， 該部件通過鑲鑄而被包圍在鑄造金屬內(nèi)，本發(fā)明還涉及一種具有這種鑲鑄 部件作為氣缸套的氣缸體。
背景技術(shù)：
用于鑲鑄的部件例如包括氣缸套，所述氣缸套通過鑲鑄與氣缸體結(jié)合 而形成氣缸孔。為了保持氣缸孔的高水平的圓度，這種部件的與用在鑲鑄 中的鑄造材料接觸的外圓表面需要具有與氣缸體的高接合強(qiáng)度。為了產(chǎn)生這種高接合強(qiáng)度，調(diào)整氣缸套外圓表面的狀態(tài)是很重要的。 因此，已提出一種用噴涂層覆蓋氣缸套外圓表面以形成表面層的技術(shù)(例 如，日本早期公開的實(shí)用新型53-163405號(hào)公報(bào))。日本早期公開的實(shí)用 新型53-163405號(hào)公報(bào)公開了一種位于氣缸套外圓表面上的表面層，在所 述氣缸套外圓表面上噴涂粒狀金屬，使得粒狀金屬無規(guī)律地聚集在所述表 面上并形成表面凹凸不平。在鑄造過程中，被熔化的金屬流入表面凹凸不 平的凹部而產(chǎn)生錨固效果，并產(chǎn)生高接合強(qiáng)度。此外，提出這樣一種技術(shù)，其中通過噴丸處理或等離子噴涂將低熔點(diǎn) 材料的膜以冶金工藝接合到氣缸套外圓表面上，從而在所述表面上沒有氧 化膜形成(例如，日本專利特開2003-53508號(hào)公^J 。這增大了氣缸套與 氣缸體之間的附著性。還提出另 一種技術(shù)，其中由鋁合金制成的活化層作為表面層形成在氣 缸套外圓表面的上死點(diǎn)區(qū)域和下死點(diǎn)區(qū)域，使得活化層建立與曲軸箱的金 屬結(jié)合(例如，日本專利特開2003-120414號(hào)公報(bào))。隨著近來減輕內(nèi)燃機(jī)重量的趁勢(shì)，已采用氣缸孔之間距離較短的發(fā)動(dòng) 機(jī)設(shè)計(jì)。此外，還出現(xiàn)了增大發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力的趨勢(shì)。因此，在通過氣缸套的 鑲鑄而生產(chǎn)的氣缸體中，需要提高氣缸套與氣缸體之間的附著性，從而提 高冷卻性能。但是，在日本早期公開的實(shí)用新型53-163405號(hào)公報(bào)和日本專利特開 2003-120414號(hào)公報(bào)中，氣缸套外圓表面上的噴涂層通過使在高溫下熔融的 金屬顆粒撞擊氣缸套而形成。因此，在噴涂層的表面上形成氧化膜，并且 在噴涂層內(nèi)存在氧化物。結(jié)果，在噴涂工藝之后金屬的導(dǎo)熱性變得小于相 同金屬在噴涂工藝之前的導(dǎo)熱性。這種構(gòu)型無法將冷卻性能提高到令人滿 意的水平。根據(jù)日本專利特開2003-53508號(hào)公報(bào)，在氣缸套外圓表面上形成低熔 點(diǎn)材料的膜。當(dāng)該膜在鑄造過程中與被熔化的金屬接觸時(shí)，熱效應(yīng)導(dǎo)致融 合，從而產(chǎn)生有利的金屬結(jié)合。但是，如在日本早期公開的實(shí)用新型 53-163405號(hào)公報(bào)和日本專利特開2003-120414號(hào)公報(bào)中一樣，所述膜在例 如為噴涂的高溫熔融狀態(tài)下形成。這樣，在表面上形成氧化膜和在膜內(nèi)形 成氧化層不可避免。因此，這種構(gòu)型無法保證冷卻性能達(dá)到令人滿意的水 平。在日本專利特開2003-53508號(hào)公報(bào)中采用噴丸處理。但是，噴丸處理 是表面處理方法，并不能形成完全的膜。發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明的目的是，在用于鑲鑄的部件、例如其外圓表面被鑄造 金屬包圍的氣缸套中，在包圍金屬和當(dāng)鑄造完成時(shí)形成在外圓表面上的金 屬層之間產(chǎn)生高的導(dǎo)熱性。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于鑲鑄的部件，所述部件具有 通過鑲鑄而被包圍在鑄造金屬內(nèi)的外圓表面。在外圓表面上通過冷噴涂方 法形成有金屬覆層。根據(jù)本發(fā)明的笫二方面，提供了 一種接合到內(nèi)燃機(jī)的氣缸體上的氣缸 套。該氣缸套包括氣缸套本體和金屬覆層。氣缸套本體具有通過鑲鑄而被包圍在用于形成氣缸體的鑄造金屬內(nèi)的外圓表面。金屬覆層通過冷噴涂方 法形成在外圓表面上。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種內(nèi)燃機(jī)的氣缸體。該氣缸體通過 對(duì)金屬進(jìn)行鑄造而形成。在所述金屬內(nèi)通過鑲鑄而包圍有氣缸套，從而所 述氣缸套接合到氣缸體上。氣缸套的接合到氣缸體上的外圓表面具有通過 冷噴涂方法形成的金屬覆層。根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了一種用于制造氣缸套的方法，所述氣 缸套通過鑲鑄而被包圍在形成內(nèi)燃機(jī)的氣缸體的氣缸體材料/成塊材料(block material)內(nèi)。所述方法包括制備圓筒狀的氣缸套本體；和通過 冷噴涂方法在氣缸套本體的外圓表面上形成金屬覆層。從下面結(jié)合附圖作出的、通過示例示出本發(fā)明原理的說明中可清楚看 到本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點(diǎn)。


通過參照下面對(duì)當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施例的說明以及附圖可最佳地理解本發(fā)明 及其目的和優(yōu)點(diǎn)，在附圖中圖1A是示出根據(jù)第一實(shí)施例的氣缸套的示意圖； 圖1B是示出根據(jù)第一實(shí)施例的氣缸套的示意圖； 圖2A是示出根據(jù)第一實(shí)施例的氣缸體的示意圖； 圖2B是示出根據(jù)第 一實(shí)施例的氣缸體的示意圖； 圖3是示出根據(jù)第一實(shí)施例的氣缸體在鑄造期間的示意圖； 圖4是示出根據(jù)第二實(shí)施例的氣缸套的示意圖； 圖5是示出用于制造根據(jù)第二實(shí)施例的氣缸套的工序的圖示； 圖6是示出用于生產(chǎn)根據(jù)第二實(shí)施例的氣缸套的步驟的過程圖； 圖7是示出根據(jù)第二實(shí)施例的用于在鑄模中形成具有收縮形狀的凹部 的步驟的過程圖；圖8是示出根據(jù)第二實(shí)施例的氣缸體在鑄造期間的示意圖； 圖9是示出根據(jù)第三實(shí)施例的氣缸套的示意圖；圖IO是示出根據(jù)第三實(shí)施例的氣缸體在鑄造期間的示意圖；圖IIA是示出根據(jù)第二實(shí)施例或第四實(shí)施例的形成在氣缸套外圓表面 上的突起部的形狀的圖示；圖1 IB是示出根據(jù)第二實(shí)施例或第四實(shí)施例的形成在氣缸套外圓表面 上的突起部的形狀的圖示；圖12 A是用等高線示出根據(jù)第二實(shí)施例或第四實(shí)施例的形成在氣缸套 外圓表面上的突起部的形狀的圖示；圖12B是用等高線示出根據(jù)第二實(shí)施例或第四實(shí)施例的形成在氣缸套 外圓表面上的突起部的形狀的圖示。
具體實(shí)施方式
[第一實(shí)施例]在圖1A、 1B、 2A和2B中示出第一實(shí)施例。圖1A是根據(jù)本發(fā)明的氣 缸套2的透視圖。圖1B是氣缸套2的局部放大剖視圖。圖2A是氣缸套2 通過鑲鑄凈皮包圍在其中的氣缸體4的局部透視圖。圖2B是氣缸體4的局 部放大剖^f見圖。在被包圍在氣缸體4中的氣缸套2周圍形成有水套4a。 〈氣缸套2的結(jié)構(gòu)〉在圖1A和1B中示出的氣缸套2的本體2a是由鑄鐵制成的圓筒體。 氣缸套2通過在氣缸套本體2a的外圓表面6 (下文中稱作外圓表面)上形 成金屬覆層8而形成。在鑄造過程中金屬覆層8使氣缸套2與氣缸體4冶 金接合?？紤]到耐磨性、抗咬合性和可成形性，鑄鐵的成分優(yōu)選地被設(shè)定如下。T.C:以質(zhì)量計(jì)2.9%至3.7%Si:以質(zhì)量計(jì)1.6%至2.8%Mn:以質(zhì)量計(jì)0.5%至1.0%P:以質(zhì)量計(jì)0.05%至0.4%可按需要加入下列物質(zhì)。Cr:以質(zhì)量計(jì)0.05%至0.4%B:以質(zhì)量計(jì)0.03%至0.08%Cu:以質(zhì)量計(jì)0.3%至0.5% 〈金屬覆層8的成分〉使用高導(dǎo)熱性的金屬材料作為用于形成金屬覆層8的金屬材料。例如， 可使用鋁、鋁合金、銅或銅合金。 〈金屬覆層8的形成〉當(dāng)在外圓表面6上形成金屬覆層8時(shí)，通過粗糙化裝置(在該實(shí)施例 中為噴拋裝置(blasting device)或噴水裝置)預(yù)先使外圓表面6粗糙化。在外圓表面6被粗糙化之后，使用冷噴涂設(shè)備使固相的和霧化粉碎的 高導(dǎo)熱性金屬材料以帶有惰性氣體的超音速流撞擊表面6。因此，高導(dǎo)熱 性金屬材料的顆粒在外圓表面6上塑性變形并形成金屬覆層8。只要用于鑄造氣缸體4的鑄造材料或氣缸體材料是鋁或鋁合金，則與 氣缸體材料相同的材料就可被霧化粉碎并用于冷噴涂。 〈氣缸體4的結(jié)構(gòu)和鑄造〉如圖2A和2B所示，氣缸體4通過利用鑲鑄包圍氣缸套2而形成。具 體地，在其上形成有金屬覆層8的氣缸套2的外圓表面2c被氣缸體材料包 圍。使用輕合金作為用作氣缸體材料的鑄造材料。考慮到降低重量和成本， 使用鋁或鋁合金作為氣缸體材料。作為鋁合金，例如，可使用在日本工業(yè) 標(biāo)準(zhǔn)(JIS) ADC10 (相關(guān)的美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，ASTM A380.0 )中指定的合金或 在JIS ADC12 (相關(guān)的美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，ASTMA383.0)中指定的合金。將圖1A中示出的氣缸套2置于鑄模中。然后，將被熔化的鋁或鋁合 金澆入鑄模中。氣缸體4被生產(chǎn)出來，其中金屬覆層8的整個(gè)外周被包圍 在鋁或鋁合金中。如圖3所示，在鑄造過程中，被熔化的金屬IO接觸并加熱外圓表面6 上的金屬覆層8。由于金屬覆層8通過如上所述的冷噴涂形成，因此在金 屬覆層8的表面上即在氣缸套2的外圓表面2c上存在很少的氧化層，并且 被熔化的金屬10在充分附著到金屬覆層8上時(shí)凝固。這樣就完成了氣缸體 4的鑄造。上述的第一實(shí)施例具有下列優(yōu)點(diǎn)。(i) 金屬覆層8通過冷噴涂形成。在鑄造氣缸體4時(shí)，被熔化的金屬 10接觸金屬覆層8并凝固。在冷噴涂中，金屬覆層8在上述的非熔融和無 氧的狀態(tài)下在氣缸套本體2a上形成。這樣，在所形成的金屬覆層8的表面 上或內(nèi)部形成有#>少的氧化膜或氧化層。因此，當(dāng)氣缸套2通過鑲鑄而被包圍在氣缸體材料中時(shí)，氣缸體4形 成為在作為金屬覆層8的表面的外圓表面2c與氣缸體材料之間具有高附著 性。因此，從金屬覆層8的邊界向氣缸體4的導(dǎo)熱性增大。此外，由于在 金屬覆層8內(nèi)存在很少的氧化層，因此金屬覆層8本身具有高的導(dǎo)熱性。因此，從金屬覆層8向氣缸體4的導(dǎo)熱性足夠高。因此，從氣缸套2向氣缸體4的導(dǎo)熱性充分增大，從而可通過水套4a 令人滿意地進(jìn)行氣缸孔2b的冷卻。(ii) 如上所述，用于金屬覆層8的材料是高導(dǎo)熱性的金屬材料。如上 所述，金屬覆層8在其內(nèi)包含很少的氧化層，并且發(fā)揮出作為所述(高導(dǎo) 熱性)材料的充分的導(dǎo)熱性。這樣優(yōu)點(diǎn)(i)更加顯著。 [第二實(shí)施例<氣缸套12的結(jié)構(gòu)〉圖4是根據(jù)第二實(shí)施例的氣缸套的局部剖視圖。盡管氣缸套12的本體 12a由與第一實(shí)施例具有相同成分的鑄鐵制成，但在外圓表面16上成一體 地形成有多個(gè)突起部17，每個(gè)突起部具有收縮的形狀。每個(gè)突起部17以 下述方式形成。(1)每個(gè)突起部17在近端17a和遠(yuǎn)端17b之間的中部具有最窄的部 段(收縮部17c )。(2 )每個(gè)突起部17從收縮部17c朝向近端17a以及朝向遠(yuǎn)端17b擴(kuò)張開。(3 )每個(gè)突起部17在遠(yuǎn)端17b具有基本上平坦的頂表面17d。頂表 面17d是在氣缸套本體12a的徑向方向上最靠外的表面。(4)在突起部17之間形成有基本上平坦的表面(基底表面17e)。在外圓表面16被粗糙化之后，在外圓表面16上形成金屬覆層18。金 屬覆層18與氣缸體材料冶金接合。金屬覆層18與第一實(shí)施例的金屬覆層 相同。也就是說，使用高導(dǎo)熱性的金屬材料作為用于形成金屬覆層18的金 屬材料。例如，可使用鋁、鋁合金、銅或銅合金。 <氣缸套12的生產(chǎn)過程〉氣缸套l2的生產(chǎn)根據(jù)圖5所示的[步驟AI至[步驟H的工序進(jìn)行。參照?qǐng)D6的過程圖對(duì)各個(gè)步驟進(jìn)行說明。[步驟A通過以預(yù)定比率混合耐火材料Cl、粘結(jié)劑C2和水C3而制備懸濁液C4。在該實(shí)施例中，耐火材料Cl、粘結(jié)劑C2和水C3的裝載量的可能范 圍以及耐火材料Cl的平均粒度的可能范圍設(shè)定如下。 耐火材料Cl的裝載量以質(zhì)量計(jì)8%至30% 粘結(jié)劑C2的裝載量以質(zhì)量計(jì)2%至10% 水C3的裝載量以質(zhì)量計(jì)60%至90% 耐火材料C1的平均粒度0.02至0.1 mm [步驟B將預(yù)定量的表面活性劑C5加入到懸濁液C4中以獲得鑄模涂料C6。 在該實(shí)施例中，表面活性劑C5的裝載量的可能范圍設(shè)定如下。 表面活性劑C5的裝載量以質(zhì)量計(jì)0.005% 〈X《以質(zhì)量計(jì)0.1% (X 表示裝載量)。 [步驟C通過噴涂將鑄模涂料C6涂布在鑄模P的內(nèi)圓周表面Pi上，鑄模P已 被加熱到指定溫度并且被旋轉(zhuǎn)。此時(shí)，鑄模涂料C6被涂布成使得在整個(gè) 內(nèi)圓周表面Pi上形成鑄模涂料C6的厚度均一的層(鑄模涂料層C7 )。在該實(shí)施例中，鑄模涂料層C7的厚度的可能范圍設(shè)定如下。鑄模涂料層C7的厚度0.5至1.5 mm圖7示出用于在鑄模涂料層C7內(nèi)形成具有收縮部的孔的步驟順序的一個(gè)示例。如圖7所示，表面活性劑C5對(duì)鑄模涂料層C7內(nèi)的氣泡Dl起作用， 使得凹部D2形成為朝向鑄模涂料層C7的內(nèi)周延伸。凹部D2到達(dá)鑄模P 的內(nèi)圓周表面Pi，從而在鑄模涂料層C7內(nèi)形成具有收縮形狀的孔D3。[步驟D]在鑄模涂料層C7干燥后，將由鑄鐵形成的被熔化的金屬CI澆入旋轉(zhuǎn) 的鑄模P中。因此，氣缸套本體12a被鑄造出來。此時(shí)，各自具有與鑄模 涂料層C7的孔D3的形狀相對(duì)應(yīng)的形狀的突起部轉(zhuǎn)移到氣缸套本體12a 上，從而在外圓表面16上形成各自具有收縮部的突起部17 (見圖4)。[步驟E在被熔化的金屬CI硬化且形成氣缸套本體12a后，將氣缸套本體12a 和鑄模涂料層C7 —起從鑄模P中取出。 [步驟Fl使用噴拋裝置Ma從外圓表面16移除鑄模涂料層C7。 [步驟G]使用粗糙化裝置(噴拋裝置，例如噴拋裝置Ma或噴水裝置)使外圓 表面16粗糙化。 [步驟H使用冷噴涂裝置Mb，以與第一實(shí)施例中一樣的高導(dǎo)熱性金屬材料的 粉末涂覆外圓表面16。這在外圓表面16上形成金屬覆層18以覆蓋突起部 17。由此完成圖4所示的氣缸套12。 〈突起部17的面積比率〉在該實(shí)施例中，氣缸套本體12a上的突起部17的第一面積比率Sl和 第二面積比率S2的可能范圍設(shè)定如下。 第一面積比率S1:不小于10% 第二面積比率S2:不大于50% 或者，可應(yīng)用下列設(shè)置。第一面積比率S1: 10%至50% 第二面積比率S2: 20%至55%第一面積比率S1相當(dāng)于在距離基底表面17e的高度為0.4 mm (在高 度方向上相對(duì)于基底表面17e的距離)的平面內(nèi)每單位面積上的突起部17 的截面積。第二面積比率S2相當(dāng)于在距離基底表面17e的高度為0.2 mm (在高 度方向上相對(duì)于基底表面17e的距離)的平面內(nèi)每單位面積上的突起部17 的截面積。面積比率Sl、 S2基于突起部17的通過使用三維激光測(cè)量裝置獲得的 等高線圖(圖11和12，下面討論)而獲得。突起部17的高度和分布密度由在步驟C中形成的鑄模涂料層C7的孔 D3的深度和分布密度確定。具體地，鑄模涂料層C7形成為使得突起部17 的高度為0.5至1.5 mm，而突起部17的分布密度或每cm2的外圓表面上 的突起部17的數(shù)量為5至60個(gè)。 〈氣缸體的生產(chǎn)〉通過將圖4中示出的氣釭套12置于鑄模中并將氣缸體材料的被熔化的 金屬20澆入到鑄模中以使外圓表面16被包圍在被熔化的金屬20中而生產(chǎn) 氣缸體。氣缸體材料與在第一實(shí)施例1中所述的相同，并且使用相同的輕 合金。在這樣的工序中生產(chǎn)出來的根據(jù)第二實(shí)施例的氣缸體中，通過在第一 實(shí)施例中所述的機(jī)理，被熔化的金屬20在充分附著到金屬覆層18上時(shí)凝 固。第二實(shí)施例具有下列優(yōu)點(diǎn)。(i)除了第一實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)以外，金屬覆層18和氣缸套本體12a不 僅通過冷噴涂還通過各自具有收縮形狀的突起部17相互接合。因此，氣缸 套本體12a和金屬覆層18之間的接合強(qiáng)度以及氣缸套本體12a和帶有金屬 覆層18的氣缸體之間的接合強(qiáng)度進(jìn)一步增加。因此，氣缸孔12b可保持高 水平的圓度。此外，具有收縮形狀的突起部17進(jìn)一步增大了從氣缸套本體12a向氣 缸體的導(dǎo)熱性，這提高了氣缸孔12b的冷卻性能。 [第三實(shí)施例在第三實(shí)施例中，使用與第 一實(shí)施例的氣缸套本體相同的氣缸套本體 22a。使用冷噴涂設(shè)備用低熔點(diǎn)金屬粉末材料在氣缸套本體22a上形成金屬 覆層28，由此生產(chǎn)氣缸套22。低熔點(diǎn)金屬材料可以是鋅、鋅合金、錫、錫合金、鉛、鉛合金、銻或 銻合金。與第一實(shí)施例的金屬覆層一樣，通過冷噴涂形成的金屬覆層28在表面 上和內(nèi)部包含很少的氧化膜和氧化層。如圖IO所示，氣缸套22被包圍在與第一實(shí)施例中相同的氣缸體材料 的被熔化金屬30內(nèi)，由此來鑄造氣缸體。在鑄造過程中，由于金屬覆層 28的熔點(diǎn)低于形成被熔化金屬30的氣缸體材料(鋁或鋁合金)的熔點(diǎn)， 所以被熔化的金屬30使金屬覆層28的表面熔化并與該表面融合，從而形 成如圖所示的融合金屬層28a。當(dāng)被熔化的金屬30和熔融金屬層28a凝固 時(shí)，便完成了氣缸體的鑄造。此時(shí)，熔融金屬層28a強(qiáng)固地接合并附著到 氣缸體和金屬覆層28上。第三實(shí)施例具有下列優(yōu)點(diǎn)。(i) 由于將低熔點(diǎn)金屬材料用于金屬覆層28,所以金屬覆層28的在 其上形成有很少氧化膜的表面在與被熔化金屬30接觸時(shí)熔化并與被熔化 金屬30融合。這增大了在金屬覆層28鑄造之后金屬覆層28和氣缸體之間 的導(dǎo)熱性，由此第一實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)(i)更加顯著。(ii) 由于冷噴涂不會(huì)使金屬熔化，所以使用低熔點(diǎn)金屬材料不會(huì)由于過度熔化而導(dǎo)致冷噴涂設(shè)備的堵塞。這樣，成膜的可工作性不會(huì)降低。此外，根據(jù)金屬的類型，可防止升華。這樣，成膜的效率得以提高。 [第四實(shí)施例根據(jù)第四實(shí)施例的氣缸套具有與根據(jù)第二實(shí)施例的氣缸套本體相同 的、在外圓表面16上形成有突起部17的氣缸套本體12a。與第三實(shí)施例的金屬覆層28 —樣，根據(jù)第四實(shí)施例的金屬覆層由低熔點(diǎn)的金屬材料形 成。通過將第二實(shí)施例的氣缸套本體12a和第三實(shí)施例的金屬覆層28結(jié)合而形成的氣缸套通過鑲鑄被包圍在氣缸體材料(鋁或鋁合金)內(nèi)。由此完 成氣釭體的禱造。上述的第四實(shí)施例具有下列優(yōu)點(diǎn)。 (i)可獲得與第二和第三實(shí)施例相同的優(yōu)點(diǎn)。 [對(duì)突起部的等高線的說明]現(xiàn)在對(duì)第二實(shí)施例的突起部17的使用三維激光測(cè)量裝置獲得的等高 線圖進(jìn)行說明。 〈突起部17的等高線圖〉現(xiàn)在參照?qǐng)DIIA和IIB說明對(duì)圖4所示的第二實(shí)施例的突起部17的 等高線的測(cè)量。在繪制等高線圖時(shí)，將用于測(cè)量等高線的試件放置在試驗(yàn) 臺(tái)上，使得基底表面17e面向非接觸式的三維激光測(cè)量裝置。通過用激光 束以基本上垂直于基底表面17e的角度照射基底表面17e而進(jìn)行測(cè)量。測(cè) 量結(jié)果被發(fā)送到圖像處理裝置以獲得如圖11A所示的突起部17的等高線 圖。圖IIB示出基底表面17e和等高線h (h0至h10)之間的關(guān)系。如所 示，等高線h從基底表面17e沿突起部17的高度(箭頭Y的方向)以預(yù) 定間隔被顯示。在下文中，沿箭頭Y以基底表面17e為基準(zhǔn)的距離將被稱 作測(cè)量高度。盡管圖11A和11B示出其中等高線h以0.2 mm的間隔被示出的圖示， 但是等高線h之間的距離可按需要改變。 [a突起部17的第一面積比率Sl圖12A是測(cè)量高度小于0.4 mm的等高線h未顯示的等高線圖(第一 等高線圖)。所示的等高線圖的面積(WlxW2)是用于測(cè)量第一面積比 率Sl的單位面積。在第一等高線圖中，由等高線h4所包圍的區(qū)域R4的面積(圖中的斜線陰影部分的面積SR4)相當(dāng)于位于測(cè)量高度為0.4 mm的平面內(nèi)的突起 部的截面積(突起部17的第一截面積)。在第一等高線圖中區(qū)域R4的數(shù) 量(區(qū)域數(shù)量N4)相當(dāng)于第一等高線圖中的突起部17的數(shù)量。第一面積比率S1被計(jì)算為區(qū)域R4的總面積(SR4xN4)與等高線圖 的面積(Wl x W2)之比。也就是說，第一面積比率S1相當(dāng)于在測(cè)量高度 為0.4 mm的平面內(nèi)單位面積中的第一截面積的總面積。在突起部的等高 線圖中，即在氣缸套本體的外圓表面的等高線圖中，第一面積比率S1等于 第一截面積的總面積與整個(gè)等高線圖的面積之比。第一面積比率Sl通過下述方程計(jì)算。Sl= ( SR4 x N4 ) / ( Wl x W2 ) x曙％
[b突起部17的第二面積比率S2圖12B是測(cè)量高度小于0.2 mm的等高線h未顯示的等高線圖(笫二 等高線圖)。等高線圖的面積(Wlx W2)是用于測(cè)量第二面積比率S2 的單位面積。在第二等高線圖中，由等高線h2所包圍的區(qū)域R2的面積(圖中的斜 線陰影部分的面積SR2)相當(dāng)于位于測(cè)量高度為0.2 mm的平面內(nèi)的突起 部的截面積(突起部17的第二截面積)。在第二等高線圖中區(qū)域R2的數(shù) 量(區(qū)域數(shù)量N2)相當(dāng)于第二等高線圖中的突起部17的數(shù)量。由于第二 等高線圖的面積等于第一等高線圖的面積，所以突起部17的數(shù)量等于突起 部數(shù)量Nl。第二面積比率S2 4皮計(jì)算為區(qū)域R2的總面積(SR2xN2)與等高線圖 的面積(Wl x W2)之比。也就是說，第二面積比率S2相當(dāng)于在測(cè)量高度 為0.2 mm的平面內(nèi)單位面積中的第二截面積的總面積。在突起部的等高 線圖中，即在氣缸套本體的外圓表面的等高線圖中，第二面積比率S2等于 第二截面積的總面積與整個(gè)等高線圖的面積之比。第二面積比率S2通過下述方程計(jì)算。S2= ( SR2 x N2 ) / ( Wl x W2 ) x 100[%] [c第一和第二突起部截面積突起部17的第一截面積基于等高線圖被計(jì)算為位于測(cè)量高度為 0.4mm的平面內(nèi)的一個(gè)突起部的截面積。突起部17的第二截面積基于等 高線圖被計(jì)算為位于測(cè)量高度為0.2 mm的平面內(nèi)的一個(gè)突起部的截面積。 例如，通過對(duì)等高線圖的圖像處理，通過計(jì)算第一等高線圖[圖12A中區(qū) 域R4的面積而獲得突起部17的第一截面積。同樣，通過對(duì)等高線圖的圖 像處理，通過計(jì)算第二等高線圖[圖12Bj中區(qū)域R2的面積而獲得突起部17 的第二截面積。 [d]突起部數(shù)量突起部數(shù)量Nl基于等高線圖被計(jì)算為在氣缸套的外圓表面16上的每 單位面積(lcm2)中形成的突起部17的數(shù)量。例如，通過對(duì)等高線圖的 圖像處理，通過計(jì)算第一等高線圖[圖12A]中區(qū)域R4的數(shù)量而獲得突起部 數(shù)量Nl。將第一面積比率S1不小于10。/。的氣缸套和第一面積比率S1小于10% 的氣缸套應(yīng)用于氣缸體，并且比較這些氣缸孔的變形量。經(jīng)證實(shí)后者的變形量是前者變形量的三倍以上。當(dāng)?shù)诙娣e比率S2大于55%時(shí)，空隙率顯著增大。空隙率是指在氣 缸套和氣缸體之間的邊界內(nèi)形成的空隙的面積與邊界截面的面積之比。從這些結(jié)果可證實(shí)，將第一面積比率Sl不小于10%和第二面積比率 不大于55%的氣缸套應(yīng)用于氣缸體有利地提高了氣缸體材料和氣缸套之 間的接合強(qiáng)度及附著性。通過將笫一面積比率Sl的上限設(shè)定為50%，第二面積比率S2被設(shè)定 為不大于55%。通過將第二面積比率S2的下P艮設(shè)定為20%,笫一面積比 率S1被設(shè)定為不小于10%。 [其它實(shí)施例(1) 在第二和第四實(shí)施例中，外圓表面被粗糙化。但是，由于具有收 縮形狀的突起部給予了與金屬覆層和氣缸體的充分的接合強(qiáng)度，所以外圓 表面不必一定要粗糙化。(2) 第二(a) 突起部的高度為0.5至1.5 mm;(b) 突起部在外圓表面上的數(shù)量為每平方厘米5至60個(gè)；(c) 在突起部的等高線圖中，由高度為0.4mm的等高線所包圍的區(qū) 域的第一面積比率SI不小于10%，所述等高線圖通過用三維激光測(cè)量裝 置沿突起部的高度(方向)對(duì)外圓表面進(jìn)行測(cè)量而獲得；和(d) 在突起部的等高線圖中，由高度為0.2mm的等高線所包圍的區(qū) 域的笫二面積比率S2不大于55%，所述等高線圖通過用三維激光測(cè)量裝 置沿突起部的高度對(duì)外圓表面進(jìn)行測(cè)量而獲得?；蛘?，第二和第四實(shí)施例的突起部可滿足下列所有條件(a)至(d'): (a )突起部的高度為0.5至1.5 mm;(b)突起部在外圓表面上的數(shù)量為每平方厘米5至60個(gè)； (c')在突起部的等高線圖中，由高度為0.4mm的等高線所包圍的區(qū)域的面積的比率SI為10%至50%，所述等高線圖通過用三維激光測(cè)量裝置沿突起部的高度對(duì)外圓表面進(jìn)行測(cè)量而獲得；和(d')在突起部的等高線圖中，由高度為0.2 mm的等高線所包圍的區(qū)域的面積的比率S2為20%至55%,所述等高線圖通過用三維激光測(cè)量裝置沿突起部的高度對(duì)外圓表面進(jìn)行測(cè)量而獲得。此外，第二和第四實(shí)施例的突起部可滿足下列條件(a)和(b)中的至少一個(gè)(a )突起部的高度為0.5至1.5 mm;(b)突起部在外圓表面上的數(shù)量為每平方厘米5至60個(gè)； 在這種情況下，在氣缸套和氣缸體之間產(chǎn)生充分的接合強(qiáng)度，并且附 著性得以提高?？刹捎脻M足條件(c)和(d)、以及條件(a)和(b)中的至少一個(gè) 或者滿足條件(c')和(d')、以及條件(a)和(b)中的至少一個(gè)的突 起部。在這種情況下，在氣缸套和氣缸體之間產(chǎn)生充分的接合強(qiáng)度，并且附 著性得以提高。(3)突起部17可形成為使得在圖11和12所示的等高線圖中由等高 線h4所包圍的各個(gè)區(qū)域R4相互獨(dú)立(即，在測(cè)量高度為0.4 mm的位置 處突起部17可相互獨(dú)立)。這種構(gòu)型進(jìn)一步增大了氣缸體和氣缸套之間的 接合強(qiáng)度。此外，如果在0.4 mm的測(cè)量高度處將各個(gè)突起部17的面積設(shè)定為 0.2mm2至3.0 mm2,則在生產(chǎn)過程中可抑制突起部17的破損和接合強(qiáng)度 下降。
權(quán)利要求
1.一種用于鑲鑄的部件，所述部件具有通過鑲鑄而被包圍在鑄造金屬內(nèi)的外圓表面，其中在所述外圓表面上通過冷噴涂方法形成有金屬覆層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的用于鑲鑄的部件，其中所述金屬覆層由具有 高導(dǎo)熱性的金屬材料形成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于鑲鑄的部件，其中所述金屬材料是鋁、 鋁合金、銅和銅合金中的任一種。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的用于鑲鑄的部件，其中所述金屬覆層由熔點(diǎn) 比所述鑄造金屬的熔點(diǎn)低的金屬材料形成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于鑲鑄的部件，其中所述金屬材料是鋅、 鋅合金、錫、錫合金、鉛、鉛合金、銻和銻合金中的任一種。
6. —種接合到內(nèi)燃機(jī)的氣缸體上的氣缸套，所述氣缸套包括 氣缸套本體，所述氣缸套本體具有外圓表面，所述外圓表面通過鑲鑄而被包圍在用于形成所述氣缸體的鑄造金屬內(nèi)；和金屬覆層，所述金屬覆層通過冷噴涂方法形成在所述外圓表面上。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的氣缸套，其中所述氣缸套的所述外圓表面具 有多個(gè)突起部，所述多個(gè)突起部的每一個(gè)具有收縮的形狀并由所述金屬覆 層覆蓋，其中所述突起部形成為滿足下列條件U)和(b)中的至少一個(gè)(a )所述突起部的高度為0.5至1.5 mm;和(b )所述突起部在所述外圓表面上的數(shù)量為每平方厘米5至60個(gè)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的氣缸套，其中所述突起部形成為滿足下列條 件(c)和(d):(c )在所述氣缸套本體的所述外圓表面的由三維激光測(cè)量裝置獲得的 等高線圖中，由高度為0.4 mm的等高線所包圍的各個(gè)區(qū)域的總面積與整 個(gè)所述等高線圖的面積之比等于或大于10%;和(d)由高度為0.2 mm的等高線所包圍的各個(gè)區(qū)域的總面積與整個(gè)所 述等高線圖的面積之比等于或小于55%。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的氣缸套，其中所迷突起部形成為滿足下列條 件(c')和(d'):(c')在所述氣缸套本體的所述外圓表面的由三維激光測(cè)量裝置獲得 的等高線圖中，由高度為0.4 mm的等高線所包圍的各個(gè)區(qū)域的總面積與 整個(gè)所述等高線圖的面積之比為10%至50%;和(d')由高度為0.2 mm的等高線所包圍的各個(gè)區(qū)域的總面積與整個(gè)所 述等高線圖的面積之比為20%至55%。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的氣缸套，其中所述突起部形成為滿足下列 所有條件(e)和(f):(e) 在所述氣缸套本體的所述外圓表面的由三維激光測(cè)量裝置獲得的 等高線圖中，由高度為0.4mm的等高線所包圍的各個(gè)區(qū)域相互獨(dú)立；和(f) 由高度為0.4 mm的等高線所包圍的各個(gè)區(qū)域的總面積為0.2 mm2 至3.0 mm2。
11. 一種內(nèi)燃機(jī)的氣缸體，所述氣缸體通過對(duì)金屬進(jìn)行鑄造而形成， 其中在所迷金屬內(nèi)通過鑲鑄而包圍有氣缸套，從而所述氣缸套接合到所迷 氣缸體上，所述氣缸套的接合到所述氣缸體上的外圓表面具有通過冷噴涂 方法形成的金屬覆層。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的氣缸體，其中所述金屬是鋁或鋁合金。
13. —種用于制造氣缸套的方法，所述氣缸套通過鑲鑄而被包圍在形 成內(nèi)燃機(jī)的氣缸體的氣缸體材料內(nèi)，所述方法包括制備圓筒狀的氣缸套本體；和通過冷噴涂方法在所述氣缸套本體的外圓表面上形成金屬覆層。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的制造方法，其中，形成所述金屬覆層包括 在所述氣缸套本體的所述外圓表面上形成由具有高導(dǎo)熱性的金屬材料制成 的金屬覆層。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的制造方法，其中，形成所述金屬覆層包括 在所述氣缸套本體的所述外圓表面上形成由鋁、鋁合金、銅和銅合金中的 任一種金屬材料制成的金屬覆層。
16. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的制造方法，其中，形成所述金屬覆層包括 在所述氣缸套本體的所述外圓表面上形成由熔點(diǎn)比所述氣缸體材料的熔點(diǎn) 低的金屬材料制成的金屬覆層。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的制造方法，其中，形成所述金屬覆層包括 在所述氣缸套本體的所述外圓表面上形成由鋅、鋅合金、錫、錫合金、鉛、 鉛合金、銻和銻合金中的任一種金屬材料制成的金屬覆層。
全文摘要
氣缸套2通過鑲鑄而被包圍在氣缸體內(nèi)。氣缸套2包括氣缸套本體2a和通過冷噴涂方法形成在本體2a上的金屬覆層8。由于金屬覆層8在非熔融和無氧的狀態(tài)下形成，因此在金屬覆層8的表面上或內(nèi)部形成有很少的氧化膜或氧化層。這樣，金屬覆層8的導(dǎo)熱性足夠高。結(jié)果，從金屬覆層8向氣缸體的導(dǎo)熱性足夠高。
文檔編號(hào)C23C24/04GK101218374SQ20068002500
公開日2008年7月9日 申請(qǐng)日期2006年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月8日
發(fā)明者三原敏宏, 佐藤喬, 堀米正巳, 宮本典孝, 山下信行, 平野雅揮, 齋藤儀一郎, 柴田幸兵, 高見俊裕 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社