搪瓷粉、具有搪瓷涂層表面區(qū)段的金屬構(gòu)件及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種搪瓷粉、具有表面區(qū)段的金屬構(gòu)件，該表面區(qū)段具有搪瓷涂層，和 制造該金屬構(gòu)件的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 如在 Dr. -Ing. Wolfgang K恤 η 博:t 在 Ob電 Γ 打旨.cheO. Poly surf aces (表面多重曲 面）第2/09號第6-9頁發(fā)表的''M6;g.l.ichkeite.n.und Grenzen der Emaillierung von Leichtmetallen"(輕金屬的涂搪的可能與限制）一文中詳細闡述的，除了數(shù)世紀W來已知 的鋼和銅制成的構(gòu)件能夠涂搪，上世紀中葉W來輕金屬，如侶、儀、鐵制成的構(gòu)件的涂搪也 日益重要。運樣從技術(shù)的角度來看，保護構(gòu)件表面免于腐蝕的侵蝕十分重要。
[0003] 如該文中進一步闡述的，搪瓷涂層設(shè)及玻璃層，該玻璃層特別在烙融溫度和熱膨 脹系數(shù)方面適應(yīng)于為其提供的載體材料。其結(jié)合了玻璃表面的性能和金屬的材料和加工性 能。與其他涂層不同，玻璃-金屬組合物在各個搪瓷涂層的燒制中結(jié)合，所謂的金屬間相形 成于玻璃材料和金屬基材之間的中間層。運些中間層確保了運些涂層特別緊密地粘合到金 屬上。為了運個目的，當(dāng)今的現(xiàn)代搪瓷是多組分混合物，該混合物借助于其共晶系統(tǒng)在低的 燒制溫度下達到了非常良好的機械硬度和化學(xué)穩(wěn)定性。因而已涂搪的工件能夠例如通過彎 曲、銀口或鉆孔來加工并且可W額外地設(shè)置功能性的、納米級的溶膠-凝膠層，從而例如對 硬的、耐刮的搪瓷層補充耐高溫的不粘的效果。
[0004] 從DE 10 2010 025 286 A1還已知，輕金屬鑄件，例如內(nèi)燃機的氣缸頭的廢氣道的 內(nèi)表面運樣有效地防止過量的熱應(yīng)力，即至少一段段地涂覆由玻璃材料組成的涂層。實際 使用該方案時出現(xiàn)特別的挑戰(zhàn)在于，涂層一方面必須確保承受操作過程中出現(xiàn)的機械和熱 負荷并且另一方面，必須允許各個構(gòu)件的與已涂層的表面區(qū)段鄰接的區(qū)段的機械加工而沒 有涂層剝落的危險。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 在前述現(xiàn)有技術(shù)的背景下，本發(fā)明的目的在于制造一種允許在金屬構(gòu)件特別是輕 金屬構(gòu)件上產(chǎn)生涂層的涂層材料，該涂層也能夠確保負載高的機械和熱負載并且適用于機 械加工。除此之外，還給出在至少一個表面區(qū)段上具有相應(yīng)產(chǎn)生的涂層的金屬構(gòu)件和用于 制造該金屬構(gòu)件的方法。
[0006] 對于涂層材料，根據(jù)本發(fā)明上述目的通過具有權(quán)利要求1中給出的組成部分的搪 瓷粉末來實現(xiàn)。
[0007] 對于金屬構(gòu)件，上述目的通過具有權(quán)利要求6給出的特征的金屬構(gòu)件來實現(xiàn)。
[000引對于方法，根據(jù)本發(fā)明上述目的最后通過在具有至少一個含搪瓷涂層的表面區(qū)段 的金屬構(gòu)件的生產(chǎn)中，進行權(quán)利要求12中列舉的方法步驟來實現(xiàn)。
[0009]本發(fā)明有利的實施方式在從屬權(quán)利要求中給出并且隨后詳細闡述一般的發(fā)明思 想。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的搪瓷粉w混合物存在，含有100份的玻璃粉，可選10-22份的大于玻 璃粉的顆粒的粗玻璃粒，0.1-7.5份的陶瓷纖維、玻璃纖維或者碳纖維，W及互相替代或互 相組合，10-21份的粉狀的輕金屬的氧化化合物或者1-5份的重金屬粉末。
[0011] 當(dāng)運里作為劑量單位提到"份"時，如在搪瓷技術(shù)中通常的那樣，將"份"理解為由 對各個組分相同的統(tǒng)一單位來測量的各個組分加入搪瓷粉中的質(zhì)量并且根據(jù)本發(fā)明的各 個組分分別具有的"份"表示該統(tǒng)一單位的各自的倍數(shù)。因此，運里使用的W "份"為單位的 數(shù)據(jù)就是質(zhì)量數(shù)據(jù)（即，不是體積數(shù)據(jù)），該數(shù)據(jù)關(guān)于確定的、能夠自由選擇的重量單位，例 如g或kg。各個重量單位能夠與各個所需的總質(zhì)量相關(guān)地來選擇。如果在根據(jù)本發(fā)明的搪瓷 粉的小于1千克的范圍內(nèi)僅需要少量，就選擇用"克"作為參考單位。于是將lOOg的玻璃粉， 可選10-22g的大于玻璃粉的顆粒的粗玻璃粒，0.1g-7.5g的陶瓷纖維、玻璃纖維或者碳纖 維，W及互相替代或互相組合，l〇-21g的粉狀的輕金屬的氧化化合物或者l-5g的重金屬粉 末混合成根據(jù)本發(fā)明的搪瓷。反之，如果需要500kg量級的質(zhì)量，則將根據(jù)本發(fā)明的搪瓷粉- 配方的各個"份"配置為例如"5kg"的質(zhì)量單位。于是根據(jù)本發(fā)明，將500kg的玻璃粉，可選 50-110kg的大于玻璃粉的顆粒的粗玻璃粒，0.5-37.化g的陶瓷纖維、玻璃纖維或者碳纖維， W及互相替代或互相組合，50-10化g的粉狀的輕金屬的氧化化合物或者5-25kg的重金屬粉 末混合成根據(jù)本發(fā)明的搪瓷。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的搪瓷粉的各個組分具有下列意義：
[001引a)玻璃粉
[0014] 玻璃粉是根據(jù)本發(fā)明的搪瓷粉的基礎(chǔ)并且形成了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的、在金屬構(gòu)件 的相應(yīng)表面區(qū)段上產(chǎn)生的搪瓷涂層的基質(zhì)，搪瓷粉的其他組分加入到該基質(zhì)中。
[0015] 現(xiàn)有技術(shù)中通常使用的玻璃類別可W作為運里的玻璃粉。因此，具有比載體材料 低的膨脹率的玻璃的玻璃粉適用于本發(fā)明的，表面區(qū)段在該載體材料上，而應(yīng)用根據(jù)本發(fā) 明的搪瓷粉形成的搪瓷涂層分別涂覆表面區(qū)段。為了在搪瓷涂層的燒制過程中避免相應(yīng)金 屬基板的損傷和變形，由運種玻璃制造的玻璃粉在低于相應(yīng)載體材料的烙融溫度的溫度范 圍的溫度下烙化。
[0016] 當(dāng)用在輕金屬構(gòu)件的表面區(qū)段上時玻璃粉的烙融溫度通常在480至化50°C，特別是 540 到 580°C 或 510 到 540°C。
[0017] 在用在輕金屬制造的構(gòu)件的表面時，已發(fā)現(xiàn)，當(dāng)相關(guān)構(gòu)件在操作中在具有搪瓷涂 層的表面上暴露時的溫度大大高于輕金屬材料的烙點和由根據(jù)本發(fā)明的搪瓷粉制成的涂 層自身，在運種玻璃粉的基礎(chǔ)上制成的和根據(jù)本發(fā)明其他部分組成的搪瓷涂層確保承受熱 和機械負載并且可靠地保護輕金屬基板。運樣，根據(jù)本發(fā)明的搪瓷粉特別適用于內(nèi)燃機的 由輕金屬、特別是侶材料制成的構(gòu)件的表面的涂層，該涂層在使用中暴露于熱的廢氣流。運 種構(gòu)件在實踐中通常由鑄造技術(shù)制造。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的搪瓷粉不僅適合暴露于熱氣流的表面區(qū)段的涂層，也可W用于金屬 構(gòu)件的外側(cè)上的面的涂層。在將構(gòu)件加熱到高溫的操作中，由根據(jù)本發(fā)明的搪瓷粉成型的 層可W用于降低熱福射。
[0019] 同樣地，用根據(jù)本發(fā)明的搪瓷粉涂覆在金屬構(gòu)件表面上，在涂覆后該表面會具有 非常平滑的外表面。運樣的面能夠例如設(shè)置在金屬構(gòu)件的液體流通管區(qū)域或者其他構(gòu)件區(qū) 段上，運些區(qū)段在操作中暴露于沿著它們流動的液體。
[0020] 用根據(jù)本發(fā)明的搪瓷粉制成的涂層在挑戰(zhàn)性的環(huán)境中也能夠W目標方式保護分 別具有根據(jù)本發(fā)明制成的搪瓷-涂層的表面免于腐蝕。
[0021] 構(gòu)成本發(fā)明的搪瓷粉的基礎(chǔ)的玻璃粉的粒徑(平均直徑)通常為5-40皿，其中實踐 表明具有平均25WI1的顆粒大小的玻璃粉特別合適。
[0022] b)粗玻璃粒
[0023] 可W可選地將10-22份的粗玻璃粒加入根據(jù)本發(fā)明的搪瓷粉，W給予根據(jù)本發(fā)明 的搪瓷粉制成的搪瓷涂層進一步改善的抗裂紋穩(wěn)定性。將運些玻璃顆粒稱之為"粗玻璃 粒"，大于構(gòu)成了根據(jù)本發(fā)明的搪瓷粉的基礎(chǔ)的玻璃粉的最大顆粒。運里通常將平均直徑大 于40μπι的玻璃粒算作其中。因而粗玻璃粒的平均直徑不超過500ym，W防止根據(jù)本發(fā)明的搪 瓷粉制成的涂層的過度粗化。
[0024] 由于其可比較的大體積，粗玻璃粒在般燒搪瓷涂層時并不完全烙化，而是保持其 基本結(jié)構(gòu)。如果在實際使用中在搪瓷涂層中形成裂縫，根據(jù)本發(fā)明在搪瓷涂層中的粗玻璃 粒W屏障的形式抵抗裂縫進一步延伸，各個裂縫都不能越過該屏障。W運種方式有效地抵 消了裂縫的前進并且防止了涂層的進一步損傷。
[0025] 如同根據(jù)本發(fā)明的搪瓷粉組成的玻璃組分可W用作粗玻璃粒。W運種搪瓷粉制造 的粗玻璃粒因而具有對應(yīng)于由根據(jù)本發(fā)明的搪瓷粉制成的涂層的組成和性能的組成和性 能。W運種方式確保了根據(jù)本發(fā)明制成的涂層盡管存在粗玻璃粒仍具有盡可能均勻的性質(zhì) 和同樣一致的行為。運些在制造根據(jù)本發(fā)明的搪瓷粉的過程中已經(jīng)作為烙塊加入的粗玻璃 粒被證明是特別適合于根據(jù)本發(fā)明的搪瓷粉。運些燒結(jié)的，即沒有完全烙斷的玻璃顆粒被 證明是在避免在通過根據(jù)本發(fā)明的搪瓷粉制成的搪瓷涂層中更大的裂縫形成方面特別地 有效。
[0026] 為了使粗玻璃粒的效果具有