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国外内燃机
2015年第6期
具有最佳热传导性能的喷涂铝-铁气缸套
【德】M.AumillerM.Buchmann
V.Scherer
摘要：Federal-Mogul公司开发了1种新型的热喷涂"Sprayfit”薄壁气缸套，为发动机喷涂铝机
体中的铁基气缸套提供了1种新的解决方案。这种型式的气缸套首次使热传导性能达到了气缸内壁热喷涂的水平。
关键词：气缸套热喷涂发动机轻型结构热管理
1在摩托车上经受考验
铝作为发动机轻型结构的材料具有越来越重要
的意义。为了在铝气缸套曲轴箱中调整活寒环组与气缸套工作表面之间摩擦状况，促使其达到材料配对的最佳状态，多采用不同结构的气缸套或直接在机体气缸工作表面热喷涂内部涂层。当今，气缸套应用不仅采用镶铸或压人各种不同壁厚的灰铸铁气缸套，而且也应用复合结构气缸套。这种灰铸铁气缸套外部有AISi12涂层，以改善其与铝气缸套曲轴箱的结合牢度。
Federal-Mogul公司利用热喷涂工艺制造铁与铝复合材料整体喷涂气缸套，其中铁内层类似于内部热涂层，提供了相同的摩擦性能优点。而气缸套的外部铝涂层则能获得最佳的热传导性能，几乎能达到缸孔内壁涂层的水平。这种性能与工业上创立的滑动配合方法相结合，因此这种"Sprayfit"("喷涂配合”，与滑动配合相对应)工艺是可靠性与创新的最佳结合，将热结合气缸套优点与内部涂层功能性能融合起来。
Sprayfit气缸套在摩托车赛运动和道路摩托车使用中已经证明了其可靠性，而在轿车汽油机和案油机上，也已经在台架试验中证实了其良好的功能
性，并计划在2016年年底首次投入量产应用。 2Sprayfit气缸套的结构
新开发的Sprayfit气缸套采用机械或热工艺方法，壁厚仅1mm，适用于轻型结构发动机。出于质量原因，铁（Fe)的份额应优化到摩擦学所必需的最小值。Sprayfit气缸套是由1层采用电弧金属丝喷涂工艺形成的0.4～0.6mm碳钢内层和1层采用相同工艺直接喷涂在内层上的0.4～0.7mm铝喷涂
万方数据
层组成，在内径磨后，包括剩余的0.1～0.3mm 铁气缸衬套在内的最终气缸套壁厚为1mm。 Sprayfit气缸套可制成20～300mm缸径的气缸套。图1示出了轻型结构发动机常用的气缸套工作表面工艺的概况，除了灰铸铁气缸套之外，还示出Nikasil(NiSi碳化物）涂层、热喷涂内部涂层（等离子自动输送金属丝电弧喷涂（PTWA)）和最新的Sprayfit气缸套[]。
50m
灰铸铁气缸套
50 jam
PTWA涂层
Nikasil涂层
Sprayfit气缸套
20gam 50gm
图1各种气缸套工作表面工艺断面的比软
3Sprayfit气缸套的一般性能
因铁的份额较少，Sprayfit气缸套在质量方面与镶铸气缸套相比具有明显的优势，例如1台4缸发动机可减轻2kg，与质量优化的热结合灰铸铁气缸套相比，Sprayfit气缸套可使每个气缸套曲轴箱的质量减轻0.5kg。
除了质量减轻之外，Sprayfit工艺的第2个优点是其薄的铁涂层优化了从燃烧室至气缸体曲轴箱的热传导。在上面所述的铁涂层厚度情况下，Sprayfit 气缸套的导热能力接近于缸孔内壁直接热涂层的水