DE102005002400A1

DE102005002400A1 - Gießform

Info

Publication number: DE102005002400A1
Application number: DE102005002400A
Authority: DE
Inventors: Ingo Dr. Niedick; Marc Braunhardt
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2004-10-16
Filing date: 2005-01-19
Publication date: 2006-04-27

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gießform, wobei diese mindestens teilweise mindestens eine Beschichtung aus einem gegenüber dem Werkstoff der in die Gießform eingebrachten Schmelze chemisch nicht reaktiven Material aufweist. Durch diese Beschichtung aus einem gegenüber der aggressiven Schmelze nicht reaktiven Material, beispielsweise einem keramischen Werkstoff, können Auswaschungen und Abtragungen des Werkstoffs der Gießform verhindert werden. Eine erfindungsgemäße Gießform eignet sich insbesondere zur Verwendung bei der Herstellung von Gussbauteilen aus Aluminium im Kraftfahrzeugbau.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gießform. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Gießform zum Gießen von Bauteilen aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen.

Nach dem Stand der Technik hat man bislang in der Regel Gießformen aus Stahl verwendet. Nachteilig ist dabei, dass beim Einfüllen von Schmelze in die Gießform die Schmelze chemisch mit dem Formwerkstoff reagiert und diesen abträgt. Diese Abtragung kann punktuell oder großflächig stattfinden, je nachdem, wie groß die Temperaturen und die Gießgeschwindigkeiten sind. Diese Auswaschungen und Abtragungen führen zu hohem Verschleiß. Bislang wirkt man dem dadurch entgegen, dass man einzelne Einsätze, die aus einem anderen Werkstoff gefertigt sind, in die Gießform einsetzt. In der Regel beträgt jedoch der Anteil eines solchen Einsatzes am gesamten Werkstoff der Gießform deutlich weniger als 10%.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Gießform zur Verfügung zu stellen, die eine bessere Beständigkeit gegen die Aggressivität der Schmelze aufweist.

Die Lösung dieser Aufgabe liefert eine erfindungsgemäße Gießform mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Gießform mindestens teilweise mindestens eine Beschichtung aus einem gegenüber dem Werkstoff der in die Gießform eingebrachten Schmelze chemisch nicht reaktiven Material aufweist. Eine solche Beschichtung kann zum Beispiel gemäß einer bevorzugten Variante der Erfindung ein keramisches Material umfassen. Besonders geeignet für die Beschichtung ist zum Beispiel ein Material, welches Aluminiumoxid und Titanborid umfasst. In jedem Fall wird für die Beschichtung ein Material verwendet, welches nicht mit der Schmelze reagiert. Für die Aufbringung der Beschichtung kommen verschiedene Methoden in Betracht, beispielsweise kann diese durch Aufsprühen, Aufdampfen, Tauchen und/oder Aufstreichen aufgebracht werden. Technische Anwendung: CVD-Verfahren.

Eine erfindungsgemäße Gießform kann für die Herstellung von Bauteilen aus unterschiedlichsten Metallen verwendet werden. Besonders bevorzugt ist die Verwendung einer erfindungsgemäßen Gießform für das Gießen von Bauteilen aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen. Eine erfindungsgemäße Gießform eignet sich insbesondere zur Verwendung bei der Herstellung von Kraftfahrzeugteilen wie beispielsweise von Fahrwerksteilen oder Felgen. Die Verwendung einer Gießform der eingangs genannten Art für das Gießen von Bauteilen, insbesondere von Bauteilen aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen im Kraftfahrzeugbau ist ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung.

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung von Gussteilen im Fahrzeugbau, insbesondere von Gussteilen aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen, bei dem eine Gießform mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 9 verwendet wird.

Durch die Beschichtung der Gießform mit insbesondere einem keramischen Material, welches zum Beispiel Aluminiumoxid (Al₂O₃) oder Titanborid (TiB) umfasst, wird der Abbau des Formwerkstoffs verhindert. Als keramische Schichtmaterialien sind Oxid-, Borid-, und Nitridschichten, sowie Karbidschichten und Mischformen wie z. B. Karbonitridschichten einsetzbar. Das Metall der Schmelze kann die Formkontur nicht mehr erreichen und es kommt daher nicht mehr zu den nachteiligen Auswaschungen. Aluminiumoxid beispielsweise hat gegenüber dem bislang verwendeten Formwerkstoff Stahl noch den weiteren Vorteil, dass die Härte deutlich höher ist. Die Härte bei dem typischen Formstahl beträgt in der Regel maximal 630 HV (geglüht). Demgegenüber beträgt die Härte von Al₂O₃ etwa 1200 bis 1400 HV. Dadurch ist auch der Abrieb des Materials der Gießform bei der Reinigung zum Beispiel durch Strahlen geringer. Die Reinigung einer Gießform erfolgt zur Beseitigung von Resten der Schmelze (zum Beispiel Aluminium) und Schlichte und erfolgt vorzugsweise durch Abstrahlen zum Beispiel mit Quarz- oder Glasstücken.

Die Aufbringung einer Oxidschicht für die Beschichtung kann beispielsweise mittels einer Plasmaspritzpistole erfolgen, zum Beispiel mittels einer Vorrichtung wie sie auch im Anlagen- und Maschinenbau zur Beschichtung von Walzen und Hochdruckpumpen genutzt wird.

Ein weiterer Vorteil, der sich durch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Gießform ergibt, liegt darin, dass gegebenenfalls Schlichte entfallen kann. Falls die Rauhigkeiten angepasst werden und keine Anhaftungen stattfinden, kann der Arbeitsschritt des Schlichtens entfallen.

Eine weitere bevorzugte alternative Methode zur Schaffung einer oberflächenseitig chemisch nicht reaktiven Gießform besteht darin, dass man mindestens eine durch Galvanisieren oder durch Ausscheidung aus der Gasphase erzeugte Oberflächenschicht schafft, die mit der Schmelze in Berührung tritt. Weiterhin sind Beschichtungsverfahren wie Aufsprühen, Tauchen oder Aufstreichen einer Oberflächenbeschichtung denkbar, wobei die so aufgebrachte Schicht noch eine Wärmebehandlung erfahren kann. Bei den Verfahren, bei denen eine Ausscheidung aus der Gasphase erfolgt, sind die CVD- (chemical vapor deposition) und PVD- (physical vapor deposition) Beschichtungsverfahren zu nennen, die eine Vielzahl von Verfahren umfassen wie z. B. Plasma CVD und Sputtern. Alternativ dazu kann man auch beispielsweise bei Verwendung einer Gießform aus unempfindlichem Stahl durch hohe Temperaturen und die damit eintretende Diffusion eine Schicht aufbringen.

Für die Beschichtung kommt im übrigen jedes keramische Material in Betracht, welches an der Gießform anhaftet und keine chemische Reaktion mit der Schmelze eingeht. Sofern dies notwendig ist, kann die Beschichtung auch nach einem gewissen Zeitraum erneuert werden.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen
1 eine schematisch vereinfachte Darstellung einer Plasmaspritzanlage zur Aufbringung einer Beschichtung für eine erfindungsgemäße Gießform;
2 eine weitere schematisch vereinfachte Ansicht zur Erläuterung einer Plasmaspritzanlage, die erfindungsgemäß zur Beschichtung einer Gießform verwendet werden kann.
Zunächst wird auf 1 Bezug genommen. Die Darstellung ist schematisch stark vereinfacht und zeigt ein Substrat 16 mit einer aufgerauten Oberfläche 17, auf welches durch Plasmaspritzen eine Beschichtung, beispielsweise aus einem keramischen Material aufgebracht wird. Das Substrat 16 ist im Fall der vorliegenden Erfindung die Gießform.
Zur Erzeugung der Beschichtung wird beispielsweise das Beschichtungsmaterial in Form von Draht 13 und/oder Pulver 10 unter Einwirkung von thermischer Energie 11 erwärmt, so dass Spritzteilchen mit einem teigigen Kern 12 erzeugt werden, die in einem Strahl in Richtung des Pfeils 19 auf die Oberfläche 17 des Substrats 16 gerichtet werden und dort unter Wärmeabgabe auftreffen. Es wird dabei eine Beschichtung erzeugt, wobei eine partielle Verschweißung auftreten kann sowie nicht aufgeschmolzene Partikel 20. In der Beschichtung können Hohlräume (Poren) 14 erzeugt werden und es kann zu Einschlüssen 18 kommen.
Nachfolgend wird auf 2 Bezug genommen, die eine schematisch vereinfachte Darstellung der Vorrichtung zeigt, die zur Erzeugung eines Plasmaspritzstrahls 21 verwendet werden kann. 2 zeigt wiederum das Substrat 16, das heißt den zu beschichtenden Grundwerkstoff der Gießform. Die insgesamt mit 22 bezeichnete Vorrichtung umfasst eine Kathode 23 sowie eine Anode 24, eine Zuführleitung 25 für das Plasmagas sowie eine Einrichtung für eine Kühlung mit einem Leitungssystem 26 für Kühlwasser. Es wird elektrisch eine Plasmaflamme 27 erzeugt, der das aufzuspritzende Material für die Beschichtung an dem Pulvereintritt 28 in Pulverform zugeführt wird. Der dabei erzeugte Spritzstrahl 21 des Beschichtungsmaterials trifft dann auf den Grundwerkstoff des Substrats 16 auf und es wird eine Spritzschicht 29 erzeugt. Beim Auftreffen auf das Substrat 16 kommt es auch zu Spritzverlusten durch nicht zur Haftung gekommene Spritzpartikel 30, die beispielsweise zur Seite hin weggeführt werden. Die Darstellung zeigt nur eine beispielhafte mögliche Ausführungsform einer Vorrichtung zur Aufbringung einer Beschichtung auf die erfindungsgemäße Gießform.

10: Pulver
11: Energie
12: Kern
13: Draht
14: Hohlräume
15: auftreffende Spritzteilchen
16: Substrat
17: Oberfläche
18: Einschlüsse
19: Pfeil
20: Partikel
21: Plasmaspritzstrahl
22: Gießform
23: Kathode
24: Anode
25: Zuführleitung
26: Leitungssystem
27: Plasmaflamme
28: Pulvereintritt
29: Spritzschicht
30: Spritzpartikel

Claims

Gießform, dadurch gekennzeichnet, dass diese mindestens teilweise mindestens eine Beschichtung aus einem gegenüber dem Werkstoff der in die Gießform eingebrachten Schmelze chemisch nicht reaktiven Material aufweist.
Gießform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung ein keramisches Material umfasst.
Gießform nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung Aluminiumoxid (Al₂O₃) oder Titanborid (TiB) umfasst.
Gießform nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass diese mindestens eine durch Aufsprühen, Aufdampfen, Tauchen, Ausscheidung und/oder Aufstreichen aufgebrachte Beschichtung aufweist.
Gießform nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Härte der Beschichtung mindestens bei etwa 700 HV liegt, vorzugsweise mindestens bei etwa 1000 HV.
Gießform nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass diese mindestens eine Beschichtung in Form einer Nitrid-, Borid-, Karbid-, oder Oxidschicht aufweist.
Gießform nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass diese mindestens eine mittels einer Plasma-Spritzpistole aufgebrachte Oxidschicht oder durch Ausscheidung aus der Gasphase aufgebrachte Boridschicht als Beschichtung aufweist.
Gießform nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass diese mindestens eine durch Galvanisieren oder durch CVD (chemical vapor deposition) oder PVD (physical vapor deposition) erzeugte Oberflächenschicht aufweist, die mit der Schmelze in Berührung tritt.
Gießform nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass diese mindestens eine durch Diffusion erzeugte mit der Schmelze in Berührung tretende Oberflächenschicht aufweist.
Verwendung einer Gießform gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 für das Gießen von Bauteilen aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen.
Verwendung einer Gießform gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 oder Verwendung nach Anspruch 10 für die Herstellung von Kraftfahrzeugteilen, insbesondere für das Gießen von Fahrwerksteilen oder Felgen.
Verfahren zur Herstellung von Gussteilen im Fahrzeugbau, insbesondere von Gussteilen aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen, dadurch gekennzeichnet, dass in diesem eine Gießform mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 9 verwendet wird.