DE10041638B4

DE10041638B4 - Laufbahnbeschichtungspulver für das Plasmaspritzen und Verfahren zum Herstellen von Zylinderlaufbahnen

Info

Publication number: DE10041638B4
Application number: DE10041638.1A
Authority: DE
Inventors: Rolf Heinemann
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2000-08-24
Filing date: 2000-08-24
Publication date: 2015-09-10
Anticipated expiration: 2020-08-25
Also published as: DE10041638A1

Abstract

Laufbahnbeschichtungspulver für das Plasmaspritzen zum Herstellen von Zylinderlaufbahnen in einem Aluminiumkurbelgehäuse einer Hubkolben-Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufbahnbeschichtungspulver ein AlSi 20- bis AlSi 50-Verbundpulver ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Spritzpulver für das Plasmaspritzen, insbesondere Laufbahnbeschichtungspulver, zum vorzugsweisen Herstellen von Zylinderlaufbahnen in einem Leichtmetallkurbelgehäuse, insbesondere einem Aluminiumkurbelgehäuse, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen von Zylinderlaufbahnen in einem Leichtmetallkurbelgehäuse, insbesondere einem Aluminiumkurbelgehäuse, mittels Plasmaspritzen, wobei einem Plasmabrenner ein Spritzpulver zugeführt wird, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 4.
Die für Zylinderkurbelgehäuse vorwiegend eingesetzten untereutektischen Aluminium-Silizium-Legierungen sind aufgrund des zu geringen Anteils der verschleißfesten Siliziumphase für die tribologische Beanspruchung des Systems Kolben-Kolbenring-Zylinderlaufbahn ungeeignet. Übereutektische Legierungen, z. B. die Legierung AlSil₇Cu₄Mg, besitzen einen ausreichenden Anteil an Siliziumkristalliten. Dieser harte, verschleißbeständige Gefügebestandteil wird durch chemische und/oder mechanische Bearbeitungsstufen gegenüber der aus dem Aluminiummischkristall bestehenden Matrix hervorgehoben und bildet einen erforderlichen Tragflächenanteil. Nachteilig wirkt sich jedoch die gegenüber den untereutektischen und naheutektischen Legierungen mangelhafte Vergießbarkeit, die schlechte Bearbeitbarkeit und die hohen Kosten für diese Legierung aus.
Eine Möglichkeit zur Umgehung dieses Nachteils ist das Eingießen von Laufbuchsen aus verschleißbeständigem Material wie z. B. Grauguß. Ein Beispiel hierfür findet sich in der DE 197 29 017 A1 . Problematisch ist hier jedoch die Verbindung zwischen Buchse und Umguß, welcher alleine durch eine mechanische Verzahnung gewährleistet wird. Durch Einsatz eines porösen keramischen Buchsenwerkstoffs ist es möglich, beim Gießprozeß diesen zu infiltrieren und zu einer stofflichen Verbindung zu gelangen. Dazu ist eine langsame Formfüllung sowie die Anwendung von hohem Druck erforderlich, was die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens erheblich herabsetzt.
Alternativ ist es aus der DE 195 40 572 C2 bekannt, eine Verschleißschicht auf eine entsprechende Fläche aus einer Aluminiumlegierung mittels thermischen Spritzen aufzubringen. Hierzu wird ein Spritzpulver bestehend aus Molybdän- und Stahlpulver verwendet. Der Molybdänanteil beträgt hierbei 20 bis 60%.
Aus Barbezat G. et al. „Innovationsschub für Automotoren” Sulzer Technical Review 2/96, Seiten 32/33 ist es bekannt, als Werkstoffe für Laufbahnbeschichtungspulver Legierungen auf Eisenbasis ebenso wie Verbundwerkstoffe aus Metall/Metall- oder Metallkeramik einzusetzen. Hier besteht ein großer Freiheitsgrat in der Auswahl Pulverwerkstoffe.
In der EP 0 487 273 B1 ist eine AlSi-Beschichtung offenbart, die auf einem Substrat in Form einer Motorummantelung erfolgen kann. Diese Beschichtung wird auf einem Stahl-Substrat mit geringem Kohlenstoffanteil aufgespritzt.
Die bei einer derartigen Herstellung von verschleißfesten Beschichtungen bisher zugeführte Pulver (Substrate) haben einen Gußeisen-, Stahl- oder Eisenmolybdän-Charakter und daher einen anderen Ausdehnungskoeffizienten und andere Wärmeleitzahlen als das Matrix-Material des Werkstückes (Zylinderkurbelgehäuse).
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Laufbahnbeschichtungspulver der obengenannten Art, das für thermisches Spritzen mit einem Plasmabrenner zur Herstellung von Zylinderlaufbahnen in einem Leichtmetallkurbelgehäuse, insbesondere einem Aluminiumkurbelgehäuse, geeignet ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Spritzpulver der o. g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Dazu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, daß das Spritzpulver ein AlSi-Verbundpulver, wie beispielsweise AlSi 20 bis AlSi 50 ist.
Dies hat den Vorteil, daß ein Verbundspritzpulver für thermisches Spritzen mit einem Plasmabrenner zur Verfügung steht, das für die Erstellung von Zylinderlaufbahnen in einem Leichtmetallkurbelgehäuse, wie beispielsweise einem Aluminiumkurbelgehäuse, geeignet ist und nahezu den gleichen Ausdehnungskoeffizienten und nahezu die gleiche Wärmeleitzahl wie die Matrix, also beispielsweise Aluminium, hat.
Das Spritzpulver ist bevorzugt schutzgasverdüst und enthält zweckmäßigerweise weitere Hartstoffe.
Weitere Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, sowie aus der nachstehenden Beschreibung der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung. Diese zeigt in der einzigen Fig. schematisch eine Herstellung einer Oberflächenbeschichtung mit einem erfindungsgemäßen Spritzpulver.
Die in der einzigen Fig. dargestellte Vorrichtung umfaßt einen Plasmabrenner 10 mit einer Flamme 12. Diese Vorrichtung dient zum Herstellen einer verschleißfesten, tribologischen Zylinderlauffläche 22 in einem Zylinder 24 eines nicht dargestellten Kurbelgehäuses einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine für laufende Kolben.
Der Plasmabrenner 10 wird innerhalb des Zylinder 24 in Pfeilrichtung 25 vorgeschoben und trägt in einem Beschichtungskegel 26 die Zylinderlauffläche 22 auf eine Zylinderwand 28 auf. Zum Rundumbeschichten der Zylinderwand 28 ist der Plasmabrenner 10 ferner in Pfeilrichtung 30 um eine Achse 32 drehbar. Der Plasmabrenner 10 weist in einem Behälter 34 ein erfindungsgemäßes Spritz- bzw. Beschichtungspulver 36 auf, welches über ein Rohr 38 zur Flamme 12 gelangt. Dort wird das Beschichtungspulver 36 entsprechend Erhitzt und ggf. umgeben von Schutzgas 40, wie beispielsweise Stickstoff oder Argon, auf die Zylinderwand 28 aufgetragen.
Das Spritzpulver 36 umfaßt erfindungsgemäß schutzgasverdüstes AlSi 20 bis AlSi 50, d. h. ein jeweiliger Si-Anteil in dem Al-Si-Verbundpulver beträgt 20 Gew.-% bis 50 Gew.-% bezogen auf den Aluminiumanteil. Hierbei beinhaltet das Spritzpulver abgesehen von Verunreinigungen entweder ausschließlich Al und Si oder alternativ weitere Hartstoffe. Sofern das Verbundpulver weitere Bestandteile umfaßt beträgt der Si-Anteil alternativ 20 Gew.-% bis 50 Gew.-% bezogen auf alle übrigen Bestandteile, wie Aluminium und Hartstoffe. Mittels einer Honbearbeitung mit einer Honahle der beschichteten Zylinderwand 28 erfolgt anschließenden eine Freilegung der tragenden Si-Karbide.
Bezugszeichenliste

10: Plasmabrenner
12: Flamme
22: Zylinderlauffläche
24: Zylinder
25: Vorschubrichtung
26: Beschichtungskegel
28: Zylinderwand
30: Drehrichtung
32: Achse
34: Behälter
36: Spritz- bzw. Beschichtungspulver
38: Rohr
40: Schutzgas

Claims

Laufbahnbeschichtungspulver für das Plasmaspritzen zum Herstellen von Zylinderlaufbahnen in einem Aluminiumkurbelgehäuse einer Hubkolben-Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufbahnbeschichtungspulver ein AlSi 20- bis AlSi 50-Verbundpulver ist.
Laufbahnbeschichtungspulver nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieses schutzgasverdüst ist.
Laufbahnbeschichtungspulver nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dieses weitere Hartstoffe enthält.
Verfahren zum Herstellen von Zylinderlaufbahnen in einem Aluminiumkurbelgehäuse einer Hubkolben-Brennkraftmaschine mittels Plasmaspritzen, wobei einem Plasmabrenner ein Laufbahnbeschichtungspulver zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Laufbahnbeschichtungspulver ein Verbundpulver gemäß wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche verwendet wird.