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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Beschichtung von Zylinderköpfen für Verbrennungsmotoren,
insbesondere von Ventilsitzen, durch Auftragen von Pulverpartikeln
zu einer Funktionsschicht oder lokalen Verstärkung auf thermisch und/oder
mechanisch belastete Bereiche.
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Zylinderköpfe werden
lokal, wie dies beispielsweise an den Ventilsitzen der Fall ist,
zum Teil über
ihre thermische und mechanische Belastbarkeit beansprucht. Die Folge
ist lokales Versagen, beispielsweise durch Risse oder starken tribologischen Verschleiß.
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Vor
allem im Einsatzgebiet von Zylinderköpfen aus Leichtmetall werden
für stark
beanspruchte Bereiche eingepresste Ventilsitzringe aus belastbarem
Material formschlüssig
eingebracht. Diese müssen
aber exakt auf ihre Endkontur bearbeitet sein. Da auch die Paßflächen im
Zylinderkopf und nicht nur die Funktionsflächen der Ventilsitzringe bearbeitet werden
müssen,
bedeutet diese Vorgehensweise einen hohen Zerspannungsaufwand. Hinzu
kommt, daß durch
den Fügeprozeß ein weiterer
aufwendiger Verfahrensschritt durchgeführt werden muß, der unter
Umständen
die Materialeigenschaften des Zylinderkopfes negativ beeinflußt.
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Zur
Reduzierung der aufwendigen Verfahrensschritte ist in
US 4,661,371 ein Verfahren offenbart,
bei dem auf die speziell vorbereitete Kontaktfläche zwischen Ventil und Ventilsitz
eine Schutzschicht aufgebracht wird. Das Aufbringen der Schutzschicht geschieht
hierbei, indem eine Pulvermischung aus Keramikpartikeln und Metallpartikeln
aufgespritzt wird, wobei der Anteil an Keramikpartikeln in der Schicht
von der Ventilsitzoberfläche
nach außen
hin zu einer deckenden Keramikschicht zunimmt.
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Nachteilig
wirkt sich bei diesem Verfahren aus, daß durch die über die
Dicke variable Zusammensetzung der Schicht und die damit zusammenhängende Prozeßführung die
Schichtdicke nur in Grenzen frei wählbar ist. Außerdem ist
die Belastbarkeit der äußeren rein
keramischen Schicht durch die Sprödigkeit des Materials stark
begrenzt. Hinzu kommt, daß die
keramischen Teile häufig
abplatzen und es aufgrund der mangelhaften Wärmeleitung zu einem Wärmestau
im Bauteil und im Ventil kommt. Außerdem kommt es durch die keramische
Außenschicht
bei gegeneinander bewegten Teilen zu einer ungenügenden Schmierwirkung.
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Die
WO 9716577 A1 offenbart
ein Verfahren zum Herstellen einer kolbenlauffläche einer Zylinderlaufbuchse,
bei dem unmittelbar auf die Leichtmetalllegierung des Motorblocks,
insbesondere auf einer Mg- oder Al-Legierung, durch thermisches
Spritzen einer Pulver-Mischung
aus 10 bis 70% Mo und 30 bis 90% Stahl durch thermisches Spritzen
aufgebracht wird. Die offenbarte Pulvermischung zeigt aufgrund des
hohen Mo-Gehaltes eine gute Haftfestigkeit auf dem Mg- oder Al-Untergrund
und eine hohe Verschleißfestigkeit.
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D3
offenbart Flammspritz-Verbundpulver, zur Herstellung von harten,
verschleißfesten
und abriebsfesten Überzügen mit
guten Lagereigenschaften. Das Verbundpulver enthält Einzelteilchen, die nicht
miteinander legierte und getrennte Komponenten bilden aus Gusseisen,
Mo, Mo/Fe-Legierung, B und B/Fe-Legierung.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren zur Beschichtung
anzugeben, mit dem thermisch und mechanisch belastbare Bereiche
von Zylinderköpfen
für Verbrennungsmotoren, insbesondere
Ventilsitze, mit geringem Aufwand und mit hoher Variabilität in der
Schichtdicke an die Belastungen angepaßt werden können. Außerdem soll die Schicht derart
aufgebaut sein, daß sich
kein Wärmestau
bildet und die externe Schmierung minimiert werden kann.
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Erfindungsgemäß wird die
gestellte Aufgabe mit Verfahren einem zur Beschichtung von Zylinderköpfen für Verbrennungsmotoren,
insbesondere von Ventilsitzen, durch Auftragen von Pulverpartikeln
aus mindestens drei Pulverkomponenten zu einer Funktionsschicht
oder lokalen Verstärkung
auf thermisch und/oder mechanisch belastete Bereiche mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst.
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Die
einzelnen Pulverkomponenten schmelzen beim Auftragen nicht miteinander
auf, so daß keine
Legierung mit einer Zusammensetzung der drei Komponenten erstellt
wird. Vielmehr werden durch die drei einzeln in die Schicht eingebrachten
Komponenten, welche in der Verbundschicht nebeneinander, räumlich getrennt,
in verschiedenen Phasen vorkommen, die Anforderungen an die Schicht,
wie Belastbarkeit, Schmierwirkung und Wärmeleitfähigkeit auf die einzelnen Materialien
der unterschiedlichen Komponenten aufgeteilt und eine Art Funktionentrennung
durchgeführt.
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So
werden durch die Basislegierung der ersten Pulverkomponente Eigenschaften
in die Funktionsschichten oder lokalen Verstärkungen eingebracht, die eine
hohe Festigkeit und Kriechfestigkeit, sowie gute tribologische Werte
schon bei sehr geringen Schichtdicken bedingen. Die Funktionsschichten dienen
hierbei als Schutzschicht auf thermisch stark belasteten Bereichen,
in denen das Material den auftretenden Temperaturen stand halten
muss, ohne seine Struktur zu verlieren. Hierzu gehört auch,
dass der tribologische Verschleiß auf ein akzeptables Maß reduziert
wird. Auf mechanisch belasteten Bereichen dient die aufgebrachte
Schicht als lokale Verstärkung,
so dass auf einfache Art und Weise gezielt der zu verstärkende Bereich
modifiziert werden kann, um Belastungsspitzen abzufangen.
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Die
zweite Komponente überträgt ebenfalls ihre
Eigenschaft auf die Verbundschicht, so dass diese, obwohl sie nicht
vollständig
eine Festschmierstoffschicht ist, gute Schmiereigenschaften aufweist. Durch
eine geringe Materialabgabe wirkt diese Phase schmierend und abdichtend
auf bewegliche aber zeitweise in Kontakt stehende Bauteile, wie
dies beispielsweise das Ventil und der Ventilsitz sind. Die in die
Verbundschicht eingelagerten Phasen der dritten Komponente führen dazu,
dass die gesamte Schicht eine gute Wärmeabführung auf die Zylinderköpfe gewährleistet.
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Somit
ist kein Material notwendig, welches die gesamten Eigenschaften
in sich vereint, vielmehr können
die einzelnen Komponenten gezielt über die Anforderungen ausgewählt werden.
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Die
Zusammensetzung der Schicht ist durch zeitlich paralleles Auftragen
der drei Komponenten variabel einstellbar. Dies bedeutet, dass zum
einen in einem Volumenelement über
die Dicke der Schicht das Verhältnis
der verschiedenen Phasen konstant gewählt werden kann, womit über die
Dicke sowohl bei dünnen
als auch bei dicken Schichten die gewünschten Eigenschaften gewährleistet
bleiben. Unter gewissen Umständen
ist es aber andererseits auch möglich,
eine Graduierung der Schichtzusammensetzung einzustellen.
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Als
Basislegierung werden vorzugsweise Eisen-, Nickel- oder Kobaltbasislegierungen
verwendet, die ein vergütetes
Gefüge,
metallische Phasen und Zusätze
zum Verschleißschutz
aufweisen. Hierdurch werden die Eigenschaften der Schicht verstärkt, welche
die Anforderungen nach Festigkeit, Belastbarkeit und tribologischem
Verschleiß erfordern.
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Insbesondere
bevorzugt handelt es sich bei der Basislegierung um eine Nickelbasislegierung
aus Nickel, Chrom, Bor und Silizium, welche besonders bevorzugt
aus 12 bis 18 Gew% Chrom, 2 bis 4 Gew. % Bor, 3 bis 5 Gew% Silizium,
maximal 4 Gew% Eisen und dem Rest Nickel besteht.
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In
einer anderen insbesondere bevorzugten Ausführungsform ist die Basislegierung
eine Eisenbasislegierung aus Eisen, Molybdän, Nickel und Kohlenstoff oder
aus Eisen, Chrom, Molybdän
und Kohlenstoff. Insbesondere bevorzugt handelt es sich dabei entweder
um eine Eisenbasislegierung, die aus 2 bis 4 Gew% Nickel, 1 bis
4 Gew% Chrom, 0,8 bis 3,7 Gew% Kohlenstoff, 3 bis 12 Gew% Molybdän und dem
Rest Eisen besteht, oder um eine Eisenbasislegierung, welche aus
2 bis 4 Gew% Nickel, 1 bis 4 Gew% Chrom, 0,8 bis 3,7 Gew% Kohlenstoff,
3 bis 12 Gew% Molybdän,
0,4 bis 1,5 Gew% Mangan, 0,5 bis 2 Gew% Silizium und dem Rest Eisen
besteht.
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In
einer weiteren insbesondere bevorzugten Ausführungsform besteht die Eisenbasislegierung aus
4 bis 12 Gew% Chrom, 0,7 bis 2,3 Gew% Kohlenstoff, 2 bis 15 Gew%
Molybdän
und dem Rest Eisen oder aus 4 bis 12 Gew% Chrom, 0,7 bis 2,3 Gew%
Kohlenstoff, 2 bis 15 Gew% Molybdän, 1,5 bis 4 Gew% Vanadium,
0,3 bis 1,5 Gew% Mangan, 1 bis 2,5 Gew% Silizium, 5 bis 7 Gew% Wolfram
und dem Rest Eisen. Möglich
ist auch eine Eisenbasislegierung aus 9 bis 15 Gew% Chrom, 30 bis
45 Gew% Nickel, 5 bis 9 Gew% Molybdän, 2 bis 2,5 Gew% Kohlenstoff,
0,5 bis 2 Gew% Vanadium, 1 bis 2 Gew% Mangan, 1 bis 2 Gew% Silizium,
0,5 bis 2 Gew% Wolfram und dem Rest Eisen.
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In
einer anderen bevorzugten Ausführungsform
besteht die Kobaltbasislegierung aus 7 bis 15 Gew% Chrom, 20 bis
30 Gew% Molybdän,
1 bis 4 Gew% Silizium und dem Rest Kobalt oder aus 25 bis 32 Gew%
Chrom, 2 bis 2,5 Gew% Kohlenstoff, 1 bis 4 Gew% Nickel, 10 bis 15
Gew% Wolfram und dem Rest Kobalt.
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Bei
diesen bevorzugten Ausführungsformen der
Basislegierung hat sich gezeigt, dass die Funktionsschicht besonders
gute Eigenschaften aufweist. Dies im Hinblick auf die Festigkeit
und tribologischen Eigenschaften, die durch die Nickel-, Eisen-
oder Kobaltbasislegierungen erzeugt werden, aber auch dahingehend,
dass die zweite und dritte Komponente in dieser Basis ihre Eigenschaften
gut auf die gesamte Schicht übertragen
können.
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Bei
der zweiten Phase handelt es sich vorzugsweise um Molybdän oder um
ein Sulfid eines Refraktärmetalls.
Insbesondere handelt es sich bei letzterem um Molybdändisulfid,
Tantaldisulfid oder Wolframdisulfid. Diese Materialien zeichnen
sich durch ihre Festschmierstoffeigenschaft aus, womit als zweite
Komponente ein Pulver aus diesen Materialien neben den anderen Komponenten
in die Schicht eingebracht wird.
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Der
Anteil der zweiten Komponente an der Pulvermischung und somit in
der Funktionsschicht kann auf die Anforderungen, welche die Schicht
erfüllen
muss, angepasst werden, bevorzugt liegt der Anteil aber zwischen
5 und 40 Gew%.
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Für die dritte
Komponente, welche in der Verbundschicht für die Ableitung der Wärme verantwortlich
ist, wird bevorzugt Kupfer, Aluminium oder Silber verwendet. Diese
Materialien beeinflussen die Eigenschaften der anderen beiden Komponenten
nicht und sorgen für
eine Ableitung der Wärme
durch die Schicht auf das Substrat, so dass kein Wärmestau entsteht
und die thermische Belastung in der Schicht minimiert wird.
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Der
Anteil der dritten Komponenten in der Pulvermischung liegt bevorzugt
zwischen 1 und 20 Gew%. Durch die Variation kann gezielt Einfluß auf den
Wärmeabfluß genommen
werden.
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Es
hat sich gezeigt, daß die über das
erfindungsgemäße Beschichtungsverfahren
aufgebrachten Funktionsschichten bzw. Verstärkungen schon auf unvorbehandelten
Zylinderköpfen
gute Hafteigenschaften besitzen. Um diese zu erhöhen und um definierte Ausgangsparameter
bezüglich
der aufzubringenden Schichtdicke zu schaffen, ist es allerdings
von Vorteil, wenn die zu beschichtenden Bereiche vor der Beschichtung
mit Korund und/oder anderen oxidischen bzw. metallischen Strahlmitteln
abgestrahlt werden. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform
werden die zu beschichtenden Bereiche vor der eigentlichen Beschichtung
mit den Pulverpartikeln abgestrahlt. Hierzu müssen die Beschichtungsparameter
aber so gewählt
werden, daß die
Pulverpartikel nicht an der Oberfläche haften. Ein derartiger Abstrahlprozeß vereinfacht
das gesamte Verfahren, da alle Schritte mit nur einer Beschichtungsform durchgeführt werden
und nur die Beschichtungsparameter verändert werden müssen. Hierdurch
können kleinere
Ungenauigkeiten, die in der Herstellung der Zylinderköpfe begründet sind,
ausgeglichen werden. Außerdem
wird die Oberfläche
aktiviert, so daß die Anbindung
der Schicht an das Substrat weiter verbessert wird. Das Abstrahlen
kann auch dazu verwendet werden, am Ventilsitz definiert eine Nut
zu schaffen, in die dickere Schichten mittels dem erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahren
aufgebracht werden können.
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Durch
die von der Dicke unabhängige
Zusammensetzung der Funktionsschicht bzw. der Verstärkung sind
Schichten möglich,
die selbst bei geringsten Dicken schon der thermischen und mechanischen
Belastung standhalten. Sollte es notwendig sein, unterschiedliche
Toleranzen in einem Zylinderkopf auszugleichen, können aber
problemlos Schichten mit größerer Dicke
aufgebracht werden, da die Eigenschaften der Schicht unabhängig von
der Dicke ist. So liegt die Dicke der Funktionsschicht bzw. der Verstärkung bevorzugt
zwischen 0,05 mm und 6 mm.
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Für das erfindungsgemäße Beschichtungsverfahren
können
unterschiedliche Beschichtungsformen gewählt werden. In einer bevorzugten
Form wird die Funktionsschicht bzw. Verstärkung mittels dem HVOF-Verfahren
(Hochgeschwindigkeitsflammspritzen) aufgebracht. Hierbei müssen die
Prozessparameter so gewählt
werden, daß die
Pulverpartikel beim Auftreffen auf das Substrat nicht vollständig aufschmelzen.
Bei einer derartigen Beschichtungsform liegt die Größe der zu
spritzenden Pulverpartikel zwischen 20 und 65 μm.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausbildung des Verfahrens werden die
Pulverpartikel durch das Gaskompaktieren aufgebracht. Hierbei werden
die Pulverpartikel in einem Gasstrom beschleunigt und mit hoher
Geschwindigkeit auf das Substrat aufgebracht. Die beim Aufprall
frei werdende kinetische Energie wird in Verformungs- und Wärmeenergie umgewandelt,
wodurch die Partikel an der Oberfläche anhaften. Der Vorteil dieses
Verfahrens liegt darin, daß keine
komplexen Beschichtungsparameter gewählt werden müssen, um
ein Aufschmelzen der einzelnen Pulverkomponenten trotz ihrer unterschiedlichen
Schmelztemperaturen zu verhindern. Eine Variation der Teilchengeschwindigkeit
im Luftstrom beeinflußt
die frei werdende Energie und somit die Schichteigenschaften. So
können
auf einfache Art und Weise Funktionsschichten bzw. Verstärkungen
aufgespritzt werden, bei denen die unterschiedlichen Phasen aufgrund
der geringen Temperatureinwirkung nicht koagulieren. Hierdurch bleibt
eine homogene Verteilung der Phasen gewährleistet, wodurch die Schicht über die
gesamte Dicke und laterale Ausbreitung ihre Eigenschaften beibehält.
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Die
Größe der Pulverpartikel
beim Gaskompaktieren liegt bevorzugt zwischen 3 und 45 μm. Besonders
gute Ergebnisse zeigen sich bei Schichten, für die Pulverpartikel verwendet
wurden, bei denen die Größe zwischen
5 und 25 μm
gewählt
wurde.
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Verwendet
wird das erfindungsgemäße Beschichtungsverfahren
bevorzugt für
Zylinderköpfe aus
Aluminiumlegierungen oder Magnesiumlegierungen. Aber auch stählerne Zylinderköpfe können hierdurch
noch weiter belastet werden, da die Eigenschaften der Schutzschichten
in thermischer und tribologischer Hinsicht die des Stahls übertreffen.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand eines in Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispiels
näher beschrieben,
aus denen sich weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorzüge ergeben.
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Es
zeigt:
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1 eine
schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahren
an einem Zylinderkopf.
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2 einen
Längsschnitt
durch einen montierten Zylinderkopf, bei dem die Ventilsitze beschichtet
wurden.
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3 einen
Längsschnitt
durch einen montierten Zylinderkopf, bei dem die Stegbereiche zwischen
den Ventilsitzen beschichtet wurden.
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4 den
Aufbau der mittels dem erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahren
aufgespritzten Schicht im Querschnitt.
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1 zeigt
die schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Beschichtungsprozeßes. Zu den
in der Heißgasatmosphäre eines
Motors besonders beanspruchten Bereichen gehören die Zylinderköpfe 10 und
hier insbesondere die Ventilsitze 30. Die Ventilsitze 30 sind
die Randbereiche, an denen die durch die Ventilöffnungen 20 in den
Verbrennungsraum ragenden Ventile (hier nicht eingezeichnet) im
geschlossenen Zustand auf dem Zylinderkopf 10 aufsitzen.
Da die Ventile während
eines Verbrennungszykluses zweimal geöffnet und geschlossen werden,
sind die Ventilsitze 30 äußersten Belastungen ausgesetzt,
weswegen hohe tribologische Anforderungen und eine hohe thermo-mechanische
Belastbarkeit an das Material gestellt werden. Da der Bereich Ventil/Ventilsitz
während
den Verdichtungs- und Verbrennungsphasen hohen Drücken ausgesetzt
ist und der Zylinder abzudichten ist, darf die Funktionsschicht
auch nach längerer
Zeit keine Risse oder Fehlstellen aufweisen. Sie muß also gut
haftend, abriebfest sein und gute Gleiteigenschaften aufweisen.
Außerdem
muß die
entstehende Wärme gut
abgeführt
werden, um die thermischen Belastungen zu minimieren.
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Um
die Haftung zu verbessern, wird der zu beschichtende Bereich mit
Korund abgestrahlt, wodurch die Oberfläche aktiviert wird. Natürlich können auch
andere Strahlmittel, wie Drahtkorn oder Stahlgußkies verwendet werden. Möglich ist
auch eine Aktivierung mit der Pulvermischung. Hierzu müssen die Beschichtungsparameter
aber derart gewählt
werden, daß die
Pulverpartikel nicht auf der Oberfläche haften. Ein möglicher
Beschichtungsparameter hierbei ist die Partikelgeschwindigkeit im
Gaskompaktieren, da es unter einer kritischen Geschwindigkeit zu keiner
Abscheidung kommt.
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Der
Bereich der Ventilsitze wird nun mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
lokal veredelt. Dabei wird die Pulvermischung mittels einer Pistole 50 auf die
entsprechenden Bereiche gespritzt (hier als Strahl 40 angedeutet).
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Als
Beschichtungsform hierfür
findet die Gaskompaktierung Anwendung. Hierbei werden die Pulverpartikel
in einem Gasstrom mit hoher Geschwindigkeit bei geringer Temperatur
auf das Substrat aufgebracht. Die Pulvermischung enthält 70 Gew%
der ersten Pulverkomponente, bestehend aus 17 Gew% Chrom, 3,5 Gew%
Bor, 4 Gew% Silizium, 4 Gew% Eisen und dem Rest Nickel. Die Pulvermischung
enthält
weiterhin 20 Gew% der zweiten Pulverkomponente, welche reines Molybdänpulver
ist. Als dritte Pulverkomponente ist der Pulvermischung 10 Gew%
Kupfer in Pulverform beigemischt. Die einzelnen Pulverkomponenten
liegen dabei als einzelne Partikel nebeneinander vor. Die Größe der Pulverpartikel
in der Pulvermischung liegt zwischen 10 und 30 μm.
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Die
Pulvermischung wird homogen gemischt in den Pulverförderer (hier
nicht eingezeichnet) gefüllt,
der gasdicht verschlossen wird. Das Pulver wird dem vorgeheizten
Prozeßgas
(Luft mit bis zu 500°C) mit
einer Förderrate
von 30 bis 120 g/min zugeführt und
auf mittlere Partikelgeschwindigkeit von 600 bis 1200 m/s beschleunigt.
Prozeßgas
und Pulverpartikel werden dabei über
Zuleitungen 50a in die Pistole 50 befördert. Die
Relativgeschwindigkeit der verwendeten Düse 51 bezogen auf
den zu beschichtenden Bereich der Ventilsitze beträgt 5 bis
30 mm/s. Bei diesen Einstellungen wird die gewünschte Dicke von 1 mm durch
mehrmaliges Beschichten des Bereiches erzielt. Bei diesem Verfahren
werden die einzelnen Werkstoffphasen in den verschiedenen Partikelkomponenten
trotz der unterschiedlichen Schmelztemperaturen nicht aufgeschmolzen,
womit keine Auflegierung stattfindet. Die verschiedenen Phasen werden nicht
durch die Temperatureinwirkung koaguliert, womit die homogene Verteilung
der verschiedenen Phasen der Pulverkomponenten über die Schicht erhalten bleibt.
Wird zur Beschichtung das HVOF-Verfahren verwendet, so ist aus diesem
Grund bei der Auswahl der Beschichtungsparameter darauf zu achten, daß die Pulverpartikel
beim Beschichtungsprozeß nicht
vollständig
aufschmelzen.
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Das
beschriebene Verfahren ist natürlich auch
auf Pulvermischungen und somit Funktionsschichten anwendbar, bei
denen die ersten Komponenten, d.h. eine Phase in der Schicht eine
Eisenbasislegierung oder eine Kobaltbasislegierung mit der oben
angegebenen Zusammensetzung ist. Für die zweite und dritte Pulverkomponente
gilt bei diesen Basislegierungen selbiges.
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Nach
dem Beschichten ist nur eine geringe Maßbearbeitung der aufgebrachten
Funktionsschicht notwendig, da größere Toleranzen schon mit dem
genauen Beschichtungsprozeß ausgeglichen
werden.
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2 zeigt
einen Schnitt durch einen Zylinderkopf 10 mit einer derart
aufgebrachten Schicht 31 auf den Ventilsitzen 30.
Das Ventil 60 schließt
die Ventilöffnung 20 während des
Verdichtungs- und Verbrennungstaktes ab. Es sitzt dabei an den Ventilsitzen 30 auf
der auf den Zylinderkopf 10 aufgespritzten Schicht 31 auf.
Je nach Dicke der aufgebrachten Schicht 31 ist der Zylinderkopf 20 vorzubereiten
oder nicht. Dünne
Schichten können
direkt ohne weiteres aufgespritzt werden, für dickere Schichten ist es
vorteilhaft den Zylinderkopf 10 an den Bereichen der Ventilsitze 30 mit
einer Nut so auszugestalten, daß die
Schicht 31 hierin aufgebracht werden kann, ohne daß der Ventilsitz 30 überhöht wird.
Die Schicht 31 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel nur auf den Ventilsitz 30 aufgebracht.
Es können
durchaus Gründe
vorliegen, die es notwendig machen, das erfindungsgemäße Beschichtungsverfahren
auch auf die Ventile oder die Stegbereiche zwischen den Ventilsitzen
auszudehnen.
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In 3 ist
ein Schnitt durch einen Zylinderkopf 10 dargestellt, bei
dem die Stegbereiche zwischen den Ventilsitzen zusätzlich mit
einer Schicht 31 beschichtet wurden. Hierdurch kommt eine Überlappung
der einzelnen Beschichtungsflächen
zustande. Dies führt
zu einer Verminderung der Rißanfälligkeit der
Ventilstege und des Brennraumbereiches am Zylinderkopf und gestattet
eine höhere
thermische und mechanische Belastung des Zylinderkopfes in diesem
Bereich.
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In 4 ist
der Querschnitt der aufgebrachten Schicht 31 (ohne Substrat)
vergrößert dargestellt. Das
Verhältnis
der drei Komponenten 31a, 31b, 31c in
der Schicht entspricht demjenigen in der Pulvermischung. Der Anteil
an der Nickelbasislegierung 31a beträgt somit 70 Gew% an der Schicht.
Der Anteil an Molybdän 31b beträgt 20 Gew%
und der Anteil an Kupfer 31c 10 Gew%. Dabei liegen die
einzelnen Komponenten 31a, 31b, 31c homogen
verteilt, räumlich
getrennt als einzelne Phasen vor. Durch die Wahl der Beschichtungsparameter
schmelzen die einzelnen Pulverpartikel bei der Beschichtung nicht
auf, so dass es zu keiner Auflegierung der einzelnen Komponenten 31a, 31b, 31c kommt.
Somit liegen die Phasen der eingebrachten Materialien nebeneinander
in der Schicht.