CN106480444A - 活塞和活塞再制造的方法 - Google Patents

Abstract

一种再制造活塞的方法包括机械加工活塞主体的外表面以限定参考表面。参考表面相对于外表面邻近参考表面的一部分向内偏置。主体由包含金属的主体材料制成。通过冷喷涂将冷喷涂粉末层涂布到参考表面，以限定活塞毛坯表面。活塞毛坯表面相对于外表面邻近参考表面的部分向外偏置。冷喷涂粉末由包括金属的粉末材料制成。机械加工活塞毛坯表面以限定活塞成品表面。活塞成品表面的尺寸在预定范围内。

Description

活塞和活塞再制造的方法

技术领域

本专利公开总体涉及对磨损或损坏部件进行再制造，并且更具体地涉及对用于内燃机的活塞进行再制造。

背景技术

磨损或破损的机器组件通常被重建或“再制造”并且再次使用。否则将被报废的***和组件可经过修理和/或整修并恢复使用。但是，再造组件的尺寸和其它特性往往不同于原始组件，这通常是由于用于重建组件的再制造技术。内燃机的再造气缸的增大的孔大小就是这样的实例。但是，在许多情况下，需要再制造组件，使得所述组件的操作性恢复以及其最终尺寸满足新零件的原始尺寸规格。

已证明了平衡技术充分性和尺寸一致性的这些潜在矛盾目标十分复杂的一类机械零件为内燃机组件，例如活塞。就活塞而言，因为推测到再制造从服务中移除的许多活塞太难、耗时及/或不经济，所以用于安装在再造发动机中的替换活塞一般是新的。

标题为“形成高强度涂层的方法(Methods of Forming High StrengthCoatings)”的美国专利第7,479,299号涉及一种用于涂覆涡轮发动机组件的方法。所述方法利用冷高速气体喷涂技术来涂覆涡轮叶片、压缩机叶片、叶轮、整体叶盘和其它涡轮发动机组件。所述方法包括镍和铝的合金粉末的沉积，其中会形成粉末以具有非晶态微结构。可通过冷高速气体喷涂来沉积并构建合金层。

本领域持续需要提供其它解决方案来增强用于发动机组件(尤其是活塞)的再制造处理。例如，持续需要再制造技术，所述再制造技术生产方便生产的再造组件，以将再造零件恢复到对于再造零件的延续使用寿命而言的满意操作条件并与新零件的原始尺寸规格一致。

应理解，发明人创作了本背景描述来帮助读者，并且本背景描述不应被视为指示任何所指出的问题是其自身在本领域中为人所了解的。尽管所述原理在某些方面和实施例中缓解了其它***中固有的问题，但应理解，所保护的创新的范围由所附权利要求书来限定，而不是由任何所公开的特征解决本文中所指出的任何特定问题的能力来限定。

发明内容

在一个实施例中，本发明描述了一种再制造活塞的方法，其包括机械加工活塞主体的外表面来限定参考表面。所述参考表面相对于外表面邻近参考表面的一部分向内偏置。主体由主体材料制成，主体材料包括金属。通过冷喷涂将冷喷涂粉末层涂布到参考表面以限定活塞毛坯表面。活塞毛坯表面相对于外表面邻近参考表面的部分向外偏置。冷喷涂粉末由粉末材料制成，粉末材料包括金属。活塞毛坯表面经机械加工来限定活塞成品表面。活塞成品表面具有预定范围内的尺寸。

在又一实施例中，活塞包括主体和主体填料部分。主体包括外表面和参考表面，所述参考表面相对于外表面邻近参考表面的一部分向内偏置。主体由主体材料制成，主体材料包括金属。主体填料部分被连接到主体的参考表面并包含冷喷涂粉末的冷喷涂沉积层。冷喷涂粉末由粉末材料制成，粉末材料包括金属。主体填料部分包括具有预定范围内的尺寸的机械加工活塞成品表面。

所公开原理的进一步和替代方面与特征将从以下详细描述和附图中了解到。如应了解，关于本文中所公开的活塞和再制造活塞的方法的原理能够在其它和不同的实施例中实现，并且能够在各个方面进行修改。相应地，应理解，前面的一般描述和以下的详细描述都仅仅是示例性的和说明性的并且不会限制所附权利要求书的范围。

附图说明

图1为活塞的一个实施例的透视图。

图2为沿图1中的线II-II所截取的图1的活塞的纵向截面图。

图3为冷喷涂设备的示意图，所述冷喷涂设备适合用于一种遵循本发明的原理再制造活塞的方法的实施例。

图4为示出一种遵循本发明的原理再制造活塞的方法的实施例的步骤的流程图。

图5至图7为经历了图4的再制造活塞的方法中的连续步骤的活塞的部分放大截面图。

应该理解，附图不一定按比例绘制并且有时用图解的方式和以局部视图的方式示出所公开的实施例。在某些情况下，可省略对于理解本发明不必要的或使其它细节难以理解的细节。当然，应理解，本发明不限于本文所展示的特定实施例。

具体实施方式

本发明提供再制造活塞的方法和通过所述方法再制造的活塞的实施例。在实施例中，根据本发明的原理构造的活塞可并入任何合适的机器中。在实施例中，所述机器可包括具有根据本发明的原理构造的一个或多个活塞的发动机。这些机器的实例包括用于建筑业、农业、矿业、林业、运输业和其它类似行业的移动式或固定式机器。在一些实施例中，机器可以是挖掘机、拖拉机、轮式装载机、铲机、起重机、压实机、推土机、轮式拖拉铲运机、材料处理机或包括活塞的任何其它合适的机器。

根据本发明的原理构造的活塞的实施例可具有带修理部分的主体，所述主体包括使用冷喷涂处理生产的主体填料部分。在实施例中，修理材料与主体材料基本上相同。在实施例中，修理部分由比用于制造活塞的主体的主体材料更硬的材料制成。

现在转到附图，图1和图2中示出了已从内燃机中的服务移除的活塞10的示例性实施例。活塞10包括限定纵向轴轴线LA的主体12。活塞主体12包括冠状端15和裙状端17。活塞10可由例如任何合适的材料(比如，钢、铸铁或铝)制成。在实施例中，主体材料可以是典型地被用于正被制作的特定类型组件的主体的任何合适材料。

主体12包括外表面20，所述外表面20包括侧壁22。侧壁22围绕冠状端15与裙状端17之间的纵向轴线LA并沿纵向轴线LA延伸。所展示的侧壁22包括大致圆柱形并沿纵向轴线LA轴向地和绕纵向轴线LA周向地延伸的冠状部分23。

冠状端15包括环形缘25和凹陷部分27。环形缘25围绕凹陷部分27并与凹陷部分27相配合以限定燃烧碗状部29。环形缘25绕凹陷部分27周向地延伸并在径向向外的方向上从凹陷部分27向侧壁22延伸。所展示的凹陷部分27具有如在碗中的呈球形区段形式的凹入形状。

侧壁22限定了在径向垂直于纵向轴线LA的方向上延伸的肘销孔31。肘销孔31配置成容纳用于以本领域技术人员显然已知的方式将活塞主体12和活塞杆耦合在一起的肘销。

多个活塞环槽34、35形成在邻近冠状端15的活塞主体12的侧壁22的冠状部分23中。活塞环槽34、35围绕侧壁22并绕纵向轴线LA周向地延伸。冠状台肩37在活塞环槽34中的最高者和冠状端15的环形缘25之间轴向延伸。

参考图1，活塞10包括多个腐蚀区域40和多个缺陷41。在实施例中，腐蚀区域40可包括违反规格的缺陷，并且在一些实施例中可包括：活塞主体12上的外来材料的沉积物，活塞主体12的腐蚀主体材料，被腐蚀且凹陷成多孔状态的主体材料，或者本领域技术人员将会理解的另一个特征。在实施例中，缺陷41可以是例如擦伤、凹坑、凹陷、刮痕、纹道、磨损区域和/或扩张材料的形式。在其它情况下，缺陷41可包括碎裂或剥落的活塞主体材料以形成空隙。在实施例中，腐蚀区域40和/或缺陷41可违反与新活塞的表面光洁度有关的一个或多个规格。在实施例中，腐蚀区域40和/或缺陷41可包括在冠状台肩37内或在冠状端15上的外表面20中违反规格的特征。

在实施例中，可根据本发明的原理再制造活塞10，使得再造活塞50包括主体填料部分52(见图7)，使用冷喷涂沉积技术将所述主体填料部分52放置成与活塞主体12相接触的关系。可通过冷喷涂沉积处理制作主体填料部分52。

参考图3，示出了示意性展示的冷喷涂***100的示例性实施例。冷喷涂***100被配置成使用粉末颗粒例如通过对活塞10的弹道冲撞，比如以图7所示主体填料部分52的形式，来在活塞10的表面上形成层。

在实施例中，任何合适的粉末颗粒可与冷喷涂***100一起使用以遵循本发明的原理执行再制造活塞的方法。例如，在实施例中，例如，粉末颗粒可由金属(比如铝)制成。如本领域技术人员将会理解的，根据待承受的磨损类型，粉末材料可包含多种不同合金成分。例如，在实施例中，例如，粉末材料包含合金(比如铝合金)。在其他实施例中，粉末材料包含合金，所述合金包含例如铁、镍、铝、锌、铜、钨和他们的组合中的一种或多种。在实施例中，粉末材料为包含至少90重量％的铝的铝合金。在实施例中，粉末材料为包含铝和镍的铝合金，而在其他实施例中粉末材料为包含铝、镍及锌的铝合金。在实施例中，粉末的质量平均粒度可在直径5微米和直径100微米之间。在实施例中，影响形成密实沉积物能力(诸如，氧化物层和机械性能)的粒径分布和颗粒属性中的一个或多个是可变化的。

冷喷涂***100是指“冷喷涂”***，因为运载气体的载有粉末射流的温度以及粉末自身的温度都维持在阈值水平以下以防止粉末中的相变。在实施例中，以固体状态涂布粉末颗粒，即，在低于粉末材料熔点的温度下涂布粉末颗粒。在冲击目标表面时粉末颗粒的动能而非颗粒温度导致粉末颗粒塑性变形并且与目标表面粘结。因此，利用不充足的热能在固体状态下将粉末颗粒粘结至活塞10，以将固体粉末颗粒转变成熔融状态。

利用根据本发明原理的冷喷涂，多种不同***和设备可用于执行再制造处理。在实施例中，冷喷涂***100可包括任何合适的设备，该设备被配置成执行材料沉积处理，在该处理中相对小的固体状态的粉末颗粒经加速至相对高速且被涂布至衬底(或活塞)的表面以产生粘附其上的粉末层。

所展示的冷喷涂***100包括运载气体供应102、主加热器105、粉末进料器107和喷嘴109。运载气体供应102包括加压运载气体的供应并且流体地连接至歧管***，该歧管***与主加热器105和粉末进料器107可操作地布置在一起。主加热器105流体地连接至加压运载气体102和喷嘴109的入口112，使得第一加压运载气体流115在喷嘴109上游的一点处通过主加热器105被传送且输送至喷嘴109的入口112。粉末进料器107流体地连接至加压运载气体102和喷嘴109，使得冷喷涂粉末通过第二加压运载气体流117从粉末进料器被传送到喷嘴109中。喷嘴109包括气体歧管，该气体歧管被配置成随着运载气体和夹带其中的粉末颗粒从喷嘴109的入口112移动至出口120时加快该运载气体和夹带其中的粉末颗粒的速度。

运载气体供应102可包括任何合适的气体，比如低分子量气体。在实施例中，运载气体包括例如氮气、氦气、氮气和氦气的混合物，或空气。在实施例中，合适的气体压缩机可用于加压运载气体供应102。在实施例中，运载气体供应102可被压缩至这样的压力，该压力适用于将运载气体的射流中的粉末推进到活塞表面上，足以使该粉末颗粒粘附在活塞表面上。在实施例中，运载气体供应102被加压至任何合适压力，例如在1.5MPa和4.5MPa之间的范围内，而在一些实施例中在2MPa和2.5MPa之间的范围内。

主加热器105可被配置成经受第一加压运载气体流115以比如在预置温度下加热。在实施例中，主加热器105可包括用于加热第一加压运载气体流115的任何合适装置。例如，在实施例中，主加热器105可包括电阻加热管的线圈。主加热器105可被配置成加热第一加压运载气体流115以从喷嘴109的出口120实现更高流速，而不改变粉末颗粒的相。在实施例中，主加热器105可具有处于预定温度的加热室。在实施例中，主加热器105的温度可上升至约900℉。在一些实施例中，主加热器105的温度约为870℉。

在实施例中，粉末进料器107被配置成经由第二加压运载气体流117将粉末颗粒的供应输送至喷嘴109的入口112，使得粉末颗粒在喷嘴109中被夹带在第一加压运载气体流115内。在实施例中，粉末进料器107可包括用于将一定计量的粉末颗粒输送至喷嘴109的任何合适装置。

例如，在实施例中，粉末进料器107可包括粉末计量滚轮，其包括充当用于粉末颗粒的出口的多个穿孔。粉末计量滚轮被粉末源可旋转地驱动以在给定进料率下将粉末颗粒输送至喷嘴109。可通过改变粉末计量滚轮的旋转速度来改变粉末颗粒的进料率。

粉末进料器107还可包括用于被粉末计量滚轮分配之前的粉末颗粒的存储区域。可提供机械搅拌器以搅拌容纳在存储区域中的粉末颗粒。在实施例中，可用旋转速度操作机械搅拌器，使得以转/分钟计的搅拌率至少比以转/分钟计的粉末计量滚轮的旋转速度大八倍，并且在其他实施例中至少大十倍。

在实施例中，喷嘴109可具有任何合适的配置从而以超音速以射流的形式排出其中的粉末颗粒。在实施例中，喷嘴109例如可以是会聚-发散式喷嘴的形式或者会聚式喷嘴的形式。在实施例中，粉末颗粒(最初由单独第二加压运载气体流117(或粉末流)运载)可在喷嘴入口112处或在入口114下游的较低压力点处注入喷嘴109内的第一加压运载气体流115(或主气流)中。在实施例中，喷嘴109经配置，使得主气流115和粉末流117均被引入到喷嘴109的入口室中。

在实施例中，在进入喷嘴109之前，第一加压运载气体流115和第二加压运载气体流117每个都被加压到至少1.5MPa。在实施例中，第二加压运载气体流117在进入喷嘴109时处于高于第一加压运载气体流115在进入喷嘴109时的压力下。例如，在实施例中，当这两股流分别进入喷嘴109时，第一加压运载气体流115被加压到约300psi，而第二加压运载气体流117被加压到约330psi。

喷嘴109可被配置成加快第一流115，第二流117的运载气体行经喷嘴109的速度，并且降低它们的压力，使得运载气体中传送的可变形粉末颗粒也被加速至高速。通过加压预热的运载气体在喷嘴109中膨胀，生成了高速气流。在实施例中，随着运载气体在喷嘴109中膨胀，运载气体被加速到超音速(例如，在马赫(Mach)1与马赫4之间的范围中)。随着运载气体在喷嘴109中膨胀，运载气体的压力降低并且冷却了下来。待沉积的粉末与主气流115混合并且从而被加速，该粉末在喷嘴入口112处或者在喷嘴109内的较低压力位置处由单独粉末流117引入。

可以从喷嘴109的出口120排出固相颗粒125的射流。在实施例中，固相颗粒125的射流可以在喷嘴109的出口120处被加速到足够的速度，以促进颗粒与活塞的目标表面之间的粘附(例如，范围在约300m/s至1200m/s之间的速度)。固相颗粒125的射流的温度低于进入喷嘴109的入口112的第一加压运载气体流115的温度。固相颗粒125的射流的温度低于粉末材料的熔化阈值。在一些实施例中，固相颗粒125的射流离开喷嘴109的温度可以低于环境温度。

固相颗粒125的射流被导向活塞10上的目标表面。当颗粒撞击目标表面时，转换的动能导致颗粒发生塑性变形，这又导致颗粒与活塞10的目标表面形成粘结。影响高于粉末阈值(临界)速度的衬底的固体颗粒和衬底组合会变形并且粘结在一层中。因此，冷喷涂***100可以将粉末材料粘结至活塞的表面。

在实施例中，冷喷涂***可以包括转台128，该转台128被配置成使活塞相对于喷嘴109的出口120绕其纵向轴线LA旋转，以便于将粉末颗粒层均匀沉积到活塞10的外表面上。在实施例中，例如，喷嘴109可被配置成可，例如通过提供配置成使喷嘴相对于活塞10沿着纵向轴线LA选择性移动的机器臂，来沿着纵向轴线LA相对于活塞10移动。在其它实施例中，喷嘴109可被配置成可沿着或者绕另一轴线以及/或者具有额外的自由度数相对于活塞10移动。

在遵循本发明的原理再制造活塞的方法的实施例中，通过使用冷喷涂沉积技术来再制造活塞。在实施例中，遵循本发明原理的再制造活塞的方法可以用于实现根据本文中所讨论的原理的活塞的任何实施例。

参考图4，示出了遵循本发明的原理再制造活塞的方法200的一个实施例的步骤。对活塞10的主体12的外表面20进行机械加工以限定参考表面205(步骤210；也见图5)。通过冷喷涂将冷喷涂粉末层215涂布到参考表面212以限定活塞毛坯表面217(步骤220；也见图6)。对活塞毛坯表面217进行机械加工以限定活塞成品表面225(步骤230；也见图7)。

在遵循本发明的原理的方法的实施例中，检测使用的活塞以验证其处于这种情况中，即允许再制造处理应用于使用的活塞以生产出令人满意的结果。例如，在实施例中，检测使用的活塞包括：确定活塞是否具有机械缺陷或者其它损坏，所述机械缺陷或者其它损坏使得其即使在经过了再制造方法200之后仍然无资格服务。

在遵循本发明的原理的方法的实施例中，活塞经历了各种表面制备步骤以使活塞准备好通过冷喷涂技术来接收冷喷涂粉末。在实施例中，清洁活塞以去除油、油脂、污垢、油漆和其它外来材料。在实施例中，在涂覆有冷喷涂粉末之前在不超过预定时间量内清洁活塞(例如，在涂覆之前不超过5小时)。

在实施例中，通过利用研磨介质(例如，氧化铝)进行研磨喷砂来清洁指定用于冷喷涂涂覆的活塞的表面。在实施例中，喷砂介质基本没有对主体材料有负面影响的污染物。在实施例中，该方法包括在冷喷涂涂覆之前对活塞表面进行喷丸清理或者喷砂清理以生成粗糙表面。

在遵循本发明的原理的方法的实施例中，在冷喷涂涂覆之前对活塞进行预热处理。在实施例中，可以通过合适并且可控的资源对与冷喷涂粉末接触的活塞每个表面进行预热。在实施例中，执行预热以去除水分，减少在冷喷涂沉积期间遇到的热冲击效应，并且还提高沉积效率和粘结强度。在实施例中，控制活塞在预热和涂覆应用两者期间的温度，以防止褪色、氧化、失真和对冷喷涂粉末层或者活塞主体有害的其它情况。

参考图4和图5，在机械加工步骤210中，可以对活塞10进行机械加工以去除活塞主体12的会干扰冷喷涂的磨损部分235，例如存在于活塞10的冠状部分23中的腐蚀区域40和缺陷41。如上文所提及的，在实施例中，对活塞10进行机械加工以限定参考表面205可以包括：清洁并且以其他方式去除在活塞10的外表面20上的腐蚀、杂质堆积和污染物。

在实施例中，参考表面205形成在冠状台肩37的区域中。在实施例中，磨损部分235包括冠状端15的环形缘25的至少一些部分，使得对主体12的外表面20的机械加工包括去除环形缘25的至少一部分237。

如图5所示，参考表面205相对于邻近参考表面205的外表面20的冠状部分23向内偏置。在所展示的实施例中，邻近参考表面205的外表面20的部分23包括侧壁22。侧壁22是圆柱形并且具有主体半径“R_主体”。参考表面205是圆柱形并且具有参考半径“R_参考”。在实施例中，参考半径R_参考小于主体半径R_主体。

在所展示的实施例中，参考表面205是圆柱形并且通过机械加工去除的磨损部分235大致为环形。在其它实施例中，通过机械加工去除的磨损部分235可以具有不同的配置和/或形状，并且可以被放置在不同的位置处。相应地，在这种实施例中，参考表面205也可以具有相应的不同配置、形状和/或位置。

参考图4和图6，在涂布步骤220中，通过冷喷涂将冷喷涂粉末层215涂布到参考表面205，使得活塞毛坯表面217相对于邻近参考表面205的外表面20的冠状部分23向外偏置。在所展示的实施例中，活塞毛坯表面217径向突出于邻近参考表面205的外表面20的冠状部分23。在实施例中，任何适当的冷喷涂设备可以用来涂布冷喷涂粉末层215。

在所展示的实施例中，活塞毛坯表面217是圆柱形并且具有毛坯半径“R_毛坯”。该毛坯半径R_毛坯大于主体半径R_主体。在所展示的实施例中，冷喷涂粉末层215大致为环形。

在其它实施例中，通过机械加工去除的磨损部分235可以具有不同的配置和/或形状，并且可以被放置在不同的位置处。相应地，在这种实施例中，冷喷涂粉末层215也可以具有相应的不同配置、形状和/或位置。

在实施例中，主体12由包含金属的主体材料制成。冷喷涂粉末层215由包含金属的粉末材料制成。在实施例中，该金属是铝。在实施例中，主体材料和粉末材料每个都包含金属合金。在实施例中，主体材料和粉末材料每个都包含铝合金。在实施例中，主体由铝合金和钢中的至少一种制成。

在实施例中，冷喷涂粉末被制造以用于经由任何合适的方式利用冷喷涂技术进行的沉积。例如，可通过已知的粉末处理方法将粉末材料制成粉末形式，比如通过使用惰性气体原子化将其从铸锭进行处理。

在遵循本发明原理的再制造活塞的方法的实施例中，将冷喷涂粉末层215涂布到参考表面205以限定活塞毛坯表面217，这包括通过将冷喷涂粉末注入喷嘴中的第一加压气体流中来加速冷喷涂粉末。第一加压气体流可通过喷嘴上游点处的加热器被传送。在实施例中，冷喷涂粉末通过第二加压气体流被传送至喷嘴。在实施例中，加压气体的第一加压气体流和第二加压气体流每个都在进入喷嘴之前被加压到至少1.5MPa。冷喷涂粉末可在喷嘴内的运载气体中被加速，并且利用足够的动能从喷嘴中被排出，从而形成与参考表面连接的粉末材料的沉积层。在实施例中，冷喷涂粉末被加速，以便其保持在粉末材料的熔化温度以下。

在实施例中，可通过使用相对于参考表面205的喷嘴的多通道涂布冷喷涂粉末的连续涂层而构建成冷喷涂粉末层215。在遵循本发明的原理再制造活塞的方法的实施例中，冷喷涂粉末层215被涂布到参考表面205，以相对于冷喷涂粉末经其被分配的涂布器喷嘴通过绕纵向轴线LA旋转喷嘴10来限定活塞毛坯表面217。

在实施例中，可通过改变喷嘴配置来改变喷嘴单通道的宽度。在实施例中，可改变沿着纵向轴线LA的喷嘴的位置以增加沿着纵向轴线LA的冷喷涂粉末层215的轴向覆盖度。喷嘴的多个稍微重叠的平行通道可被用于产生连续的冷喷涂粉末层215。在实施例中，可改变通道的数量和喷嘴邻近通道之间的递增距离。因此，一系列喷嘴的喷涂通道可将冷喷涂粉末层215堆积到需要的厚度。同样地，可令一系列喷嘴的喷涂通道覆盖参考表面205所需的表面区域，同时之后的喷涂通道与来自之前喷涂通道的涂层邻近且与其重叠来沉积冷喷涂粉末。在实施例中，可基于粉末进料率、喷嘴横移速度和沉积效率来改变由移动喷嘴产生的沉积厚度(例如，从0.01mm到1.0mm)。在实施例中，冷喷涂喷嘴由机器臂来操纵。

在实施例中，可改变冷喷涂设备的控制参数以产生需要的冷喷涂粉末层215。示例性的控制参数包括：机器人速度(线性横移)、活塞旋转率、喷嘴几何形状(例如，直径和长度)、主加热器温度、主加热器运载气体压力、粉末进料器运载气体压力、粉末进料率和粉末搅拌率。在实施例中，可改变冷喷涂设备的操作参数以实现冷喷涂粉末层215适于在温度低于粉末材料的熔化温度时的预定应用。

在实施例中，当再造活塞50投入其期望应用的使用时，根据修理部分所经历的载荷和服务，粉末材料相对于主体材料可具有改进的特性。例如，在实施例中，粉末材料被配置成相对于主体材料增强耐磨性和/或韧性。在实施例中，粉末材料硬于主体材料。

在实施例中，包括一种粉末材料的附加冷喷涂粉末层可被涂布到包括不同粉末材料的先前沉积的冷喷涂粉末层之上。例如，在实施例中，冷喷涂粉末的外层可由配置成相对于其他粉末材料增加耐磨性和/或韧性的粉末材料制成。相应地，在实施例中，再造活塞50的不同区可具有不同的成分。而且，在实施例中，不同层压材料或冷喷涂粉末层可具有不同的成分。

参考图4、图6和图7，对活塞毛坯表面217进行机械加工以限定活塞成品表面225(步骤230)，使得活塞成品表面225具有在预定范围内的尺寸“R_成品”。在实施例中，预定范围包括新活塞的尺寸规格。

在所展示的实施例中，活塞成品表面225包括重建的冠状台肩37’。在所展示的实施例中，活塞成品表面225是圆柱形并且具有成品半径“R_成品”。成品半径R_成品与主体半径R_主体基本相同，并且在相应于活塞10的侧壁22的尺寸规格的预定范围内。成品半径R_成品大于参考半径R_参考。毛坯半径R_毛坯大于主体半径R_主体，并且大于成品半径R_成品(也见图5)。

在实施例中，可机械加工活塞毛坯表面217以使得活塞成品表面225与主体12的周围部分基本一致。在实施例中，活塞成品表面225与新活塞的尺寸规格一致。

例如，在遵循本发明的原理再制造活塞的方法的实施例中，机械加工活塞毛坯表面217以限定活塞成品表面225，这包括细化活塞主体12以去除过量喷涂，比如在冠状端15处或在活塞环槽34内。例如，可清洁再造活塞50，比如通过浸泡在胺基的防锈溶液中。可规准或检测再造活塞以验证再造活塞50是否处于原始规格的公差内。在符合规格之后，再造活塞50可被返回使用或转为可交换的新活塞或再造活塞的存货。

参考图7，再造活塞50包括主体12和主体填料部分52。主体12包括外表面20和参考表面205，所述参考表面205相对于邻近参考表面205的外表面20的部分240向内偏置。在所展示的实施例中，邻近参考表面205的外表面20的部分240包括侧壁22。参考表面205被布置为邻近冠状端15。

主体12由包含金属的主体材料制成。所述主体填料部分52被连接到主体12的参考表面205并包括冷喷涂粉末的冷喷涂沉积层。冷喷涂粉末由包含金属的粉末材料制成。在实施例中，该金属是铝。主体填料部分52包括具有在预定范围内的尺寸R_成品的机械加工活塞成品表面245。

在实施例中，再造活塞50在尺寸上与使用之前的活塞10相似。在实施例中，再造活塞50符合使用之前的活塞10的尺寸规格。

在实施例中，主体填料部分52可被布置在磨损区域之上，所述磨损区域定向于与再造活塞50的预期用途相关联的磨损路径之上。在实施例中，主体填料部分52由粉末材料制成，该粉末材料硬于主体12的主体材料。在实施例中，可处理粉末材料，以便其是用于制作活塞50的主体填料部分52的冷喷涂设备可使用的形式。在实施例中，根据遵循本发明的原理再制造活塞的方法，粉末材料可被设置为粉末供给或其他适合形式，其配置成适合与用于构造活塞的冷喷涂设备一起使用。

可使用冷喷涂技术来制作根据本发明的原理构造的活塞的实施例。在实施例中，再制造活塞10，使得再造活塞50满足与新活塞相同的一套规格(例如公差和表面光洁度)。而且，应该理解，遵循本发明的原理再制造活塞的方法通常可应用于修理和再制造各种不同类型的活塞。此外，尽管所展示的实施例描述了以活塞形式的组件，但这仅是示例性的，且本发明的原理通常可应用于任何类型的组件。所公开的与再制造相关的原理的各方面可用于各种不同类型的磨损零件，这对本领域技术人员来说是显而易见的。相应地，本领域技术人员应该理解，在其它实施例中，遵循本发明的原理的再制造方法可应用于再制造不同类型的组件并可采取不同形式。

工业实用性

从前面的讨论中可容易地了解如本文中所描述的活塞的实施例和再制造活塞的方法的工业应用性。根据本发明的原理构造的活塞的至少一个实施例可用于机器中以帮助操作具有延长寿命的机器。根据本发明的原理的活塞的实施例可在任何合适的机器中发现潜在应用。

根据本发明的原理构造的活塞的实施例可具有主体填料部分，其被配置成修复再造活塞的使用寿命且符合为新活塞建立的尺寸规格。可使用冷喷涂沉积技术来制作主体填料部分。冷喷涂沉积会给活塞产生一个新寿命。再造活塞可具有与新活塞相似的特性。

再制造活塞方法的实施例在高速下从喷嘴排出冷喷涂粉末以冲击活塞的参考表面，使得冷喷涂粉末与参考表面(且在实施例中为先前沉积的材料)粘结，导致具有极小孔隙度和高粘结强度的冷喷涂粉末的均匀沉积。而且，可避免沉积物氧化、蒸发、和残留应力的有害影响。再制造活塞方法的实施例可用于修复尺寸上差异的活塞，或者要求从腐蚀和磨损(例如擦伤、气穴、和侵蚀)中重建的活塞，但并不限于这些应用。可通过致密、不可渗透的冷喷涂沉积物来实现良好的防腐蚀。

应理解，前面的描述提供了所公开的***和技术的实例。然而，应预料到，本发明的其它实施方式可与前述实例在细节上不同。所有对本发明或其实例的引用旨在参考在该点被讨论的特定示例，并不旨在更一般地暗示对本发明范围的任何限制。关于某些特征的差别和贬低的所有语言旨在指出这些特征不是优选的，但不是将这些完全排除在本发明的范围之外，除非另外具体指出。

除非本文另外指出，否则本文对数值范围的叙述仅仅旨在作为一种速记方法，分别涉及落入范围内的每个单独数值，并且每个单独数值被合并到说明书内，如同在此个别列举一样。除非本文另外指出或者明显地与上下文相矛盾，可以任何合适的顺序执行本文所描述的所有方法。

Claims (10)

1.一种再制造活塞的方法，所述再制造方法包括：

机械加工所述活塞的主体的外表面以限定参考表面，所述参考表面相对于所述外表面邻近所述参考表面的一部分向内偏置，所述主体由主体材料制成，所述主体材料包括金属；

通过冷喷涂将冷喷涂粉末层涂布到所述参考表面以限定活塞毛坯表面，所述活塞毛坯表面相对于所述外表面邻近所述参考表面的所述部分向外偏置，所述冷喷涂粉末由粉末材料制成，所述粉末材料包括所述金属；

机械加工所述活塞毛坯表面以限定活塞成品表面，所述活塞成品表面具有一尺寸，所述尺寸在预定范围内。

2.根据权利要求1所述的再制造方法，其中所述金属是铝。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的再制造方法，其中将所述冷喷涂粉末层涂布到所述参考表面以限定所述活塞毛坯表面，这包括通过将所述冷喷涂粉末注入到喷嘴中的第一加压气体流中来加速所述冷喷涂粉末，所述第一加压气体流通过在所述喷嘴的上游的一点处的加热器来传送，且其中所述冷喷涂粉末通过第二加压气体流被传送到所述喷嘴中。

4.根据权利要求3所述的再制造方法，其中所述第一加压气体流和所述第二加压气体流在进入所述喷嘴之前每一者都被加压到至少1.5MPa。

5.根据权利要求1或权利要求2所述的再制造方法，其中所述外表面邻近所述参考表面的所述部分包括侧壁部分，所述侧壁部分是圆柱形的并具有主体半径，且其中所述参考表面是圆柱形的且具有参考半径，所述参考半径小于所述主体半径。

6.根据权利要求5所述的再制造方法，其中所述活塞的所述主体限定了纵向轴线，所述侧壁部分围绕所述纵向轴线并沿所述纵向轴线延伸，且其中所述冷喷涂粉末层被涂布到所述参考表面以通过相对于喷嘴绕所述纵向轴线旋转所述活塞来限定所述活塞毛坯表面，所述冷喷涂粉末通过所述喷嘴进行分配。

7.根据权利要求5或权利要求6所述的再制造方法，其中所述活塞毛坯表面是圆柱形的且具有毛坯半径，以及所述活塞成品表面是圆柱形的且具有成品半径，所述毛坯半径大于所述主体半径并大于所述成品半径，以及所述成品半径大于所述参考半径。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的再制造方法，其中所述主体包括冠状端，所述冠状端包括环形缘和凹陷部分，所述环形缘围绕所述凹陷部分并与所述凹陷部分相配合以限定燃烧碗，所述参考表面邻近所述冠状端设置。

9.根据权利要求8所述的再制造方法，其中机械加工所述主体的所述外表面包括移除所述环形缘的一部分。

10.一种使用根据权利要求1至9中任一项的再制造方法制作的再造活塞，所述再造活塞包括：

主体，所述主体包括外表面和参考表面，所述参考表面相对于所述外表面邻近所述参考表面的一部分向内偏置，所述主体由主体材料制成，所述主体包括金属；

主体填料部分，所述主体填料部分被连接至所述主体的所述参考表面，所述主体填料部分包括冷喷涂粉末的冷喷涂沉积层，所述冷喷涂粉末由粉末材料制成，所述粉末材料包括所述金属，且其中所述主体填料部分包括经过机械加工的活塞成品表面，所述经过机械加工的活塞成品表面具有一尺寸，所述尺寸在预定范围内。