DE102007026005A1 - Aluminum alloy components for casting in aluminum- or aluminum-magnesium based light metal alloys, especially cylinder liners for engine blocks, have conditioning layer and electroplated coating of zinc or zinc alloy over this - Google Patents

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Abstract

Aluminum alloy components for casting in Al- or Al/Mg based light metal alloys, especially cylinder liners for engine blocks, have a conditioning layer and an electroplated coating of zinc or zinc alloy over this : Independent claims are included for: (A) a method for making composite article by casting Al alloy components in light metal alloys; and (B) engine blocks with integrally cast cylinder liners produced using the method.

Description

Die Erfindung betrifft Bauteile aus Al-Legierung zum Eingießen in Leichtmetalllegierungen auf Al-, oder Al/Mg-Basis, insbesondere Zylinderliner für Zylinderkurbelgehäuse mit einer Konditionierungsbeschichtung mit einer niedrigschmelzenden Metallbeschichtung, welche die Qualität der Verbindung zwischen Eingussteil und Umgussteil verbessert, sowie Verfahren zur Herstellung einer Konditionierungsbeschichtung und die weitere Verarbeitung konditionierter Bauteile.The The invention relates to Al alloy components for casting in light metal alloys based on Al or Al / Mg, in particular cylinder liner for cylinder crankcase with a conditioning coating with a low melting point Metal coating, which indicates the quality of the connection between cast-in part and Umbussteil improved, as well as methods for producing a Conditioning coating and further processing conditioned Components.

Metallische Verbundkörper, welche durch Ein- oder Umguss von Aluminium-Eingusskörpern in einen Aluminium-Umguss hergestellt sind, weisen häufig im Angussbereich Gießfehler in Form von Spalten, Lunkern oder Poren auf. Diese typischen Gussfehler sind in der Regel auf eine unzureichende stoffliche Anbindung des Umgussmetalls an den Eingusskörper zurückzuführen. Diese Art von Einguss-Fehlern führt nicht nur zu einer Schwächung der mechanischen Anbindung, sondern kann je nach Zielbauteil auch weitere Nachteile mit sich bringen. Bei eingegossenen Zylinderlinern in Kurbelgehäusen von Verbrennungsmotoren führen insbesondere Spalte zu einer störenden Unterbrechung bzw. Verringerung der Wärmeleitung. Ebenso ist durch diese Gussfehler die prinzipielle Gefahr des Eindringens von korrosiven Medien in das Bauteilinnere gegeben, wo sich der schleichende Fortschritt der Korrosion kam noch kontrollieren lässt.Metallic Composite body which by casting or casting of aluminum sprues in one Cast aluminum are often found in the gate area casting defects in the form of cracks, voids or pores. These typical casting defects are usually due to an inadequate material connection of the Umgussmetalls to the Eingusskörper due. These Type of sprue errors leads not only a weakening of the mechanical connection, but can also depending on the target component Disadvantages. For cast-in cylinder liners in Crankcases of Internal combustion engines lead in particular column to a disturbing Interruption or reduction of heat conduction. Likewise is through these casting defects are the principal danger of intrusion of corrosive Media is given into the component interior, where the creeping progress the corrosion could still be controlled.

Eine der wichtigsten Ursachen für die mangelnde Anbindung beim Umguss ist eine auf dem einzugießenden Aluminiumkörper gebildete Oxidhaut. Diese haftet stark am Aluminiumuntergrund und kann beim Umguss nicht aufgeschmolzen und nur unzureichend abgelöst und weggeschwemmt werden.A the main causes of the lack of connection with the encapsulation is formed on the einzugießenden aluminum body Oxide skin. This adheres strongly to the aluminum substrate and can during Umguss not melted and insufficiently detached and washed away become.

Eine weitere Ursache für schlechten Stoffschluss ist mangelhaftes Anschmelzen der Oberfläche des Eingusskörpers von der Umguss-Schmelze. Dies ist insbesondere beim Aluminium-Druckguss von Bedeutung, wo die hohe Wärmeleitfähigkeit des Aluminiums die Schmelze sehr schnell abkühlt.A further cause for poor adhesion is insufficient melting of the surface of the gate member from the encapsulation melt. This is especially true in aluminum die casting Meaning, where the high thermal conductivity of aluminum cools the melt very quickly.

Um die Anbindung zu verbessern, muss die Oberfläche des Eingussteils konditioniert werden. Bereits bekannte Maßnahmen zur Verbesserung der Anbindung beim Umguss sind die Entfernung der Gusshaut des Eingussteils oder die Beschichtung des Eingussteils mit einer Konditionierungsbeschichtung aus niedrig schmelzenden und Allöslichen Metallen.Around To improve the connection, the surface of the sprue must be conditioned become. Already known measures to improve the connection during the casting are the removal of the casting skin of the sprue or the coating of the sprue with a Conditioning coating of low-melting and all-soluble Metals.

Aus der DE 40 05 097 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Verbundgussstücken mit wenigstens einem Metall durch An- oder Umgießen, insbesondere aus Leicht- und Schwermetallen bekannt. Vor dem Verbundguss wird die Oxidschicht des Eingussteils an ihrer Verbundstelle mechanisch und chemisch entfernt. Die Verbundsteile wird sodann vor Reoxidation durch eine geschlossene Deckschicht geschützt, die beispielsweise aus einer Zink-Legierung gebildet wird. Diese Konditionierungsbeschichtung wird beim Umgießen aufgeschmolzen.From the DE 40 05 097 A1 is a method for producing Verbundgussstücken with at least one metal by casting or casting, especially light and heavy metals known. Prior to composite casting, the oxide layer of the gate is mechanically and chemically removed at its bond site. The composite parts are then protected from reoxidation by a closed cover layer, which is formed for example from a zinc alloy. This conditioning coating is melted during encapsulation.

Aus der DE 197 45 725 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundgussteils aus Leichtmetalllegierung, insbesondere eines Zylinderblocks für Brennkraftmaschinen, mit einem eingegossenen Eingusskörper bekannt. Auf die Oberfläche des zuvor hergestellten Eingusskörpers werden eine oder mehrere Schicht(en) aus teilerschmolzenen Metalllegierungspartikeln aufgesprüht und durch die hiermit verbundene mechanische Impulsbeaufschlagung eine an der Oberfläche des Eingusskörpers gebildete Oxidhaut zerstört.From the DE 197 45 725 A1 a method for producing a composite casting of light metal alloy, in particular a cylinder block for internal combustion engines, with a cast-in Eingusskörper known. One or more layers of partially melted metal alloy particles are sprayed onto the surface of the previously produced sprue body and, by the mechanical impulse action associated therewith, an oxide film formed on the surface of the sprue body is destroyed.

In der DE 42 12 716 A1 wurde vorgeschlagen, einen Aluminiumeingusskörper zunächst einer Beizenbehandlung mit Lauge oder Säure zu unterziehen, um die Aluminiumoxidhaut abzutragen. Anschließend wird die Oberfläche des Aluminiumeingusskörpers durch Eintauchen in eine Zinkatbeize mit Zink abgesättigt, so dass eine erneute Oxidation an der Aluminiumoberfläche des Eingusskörpers verhindert wird.In the DE 42 12 716 A1 It has been proposed to first subject a cast aluminum body to a pickling treatment with caustic or acid to remove the alumina skin. Subsequently, the surface of the aluminum body is saturated with zinc by immersion in a Zinkatbeize, so that a re-oxidation is prevented at the aluminum surface of the sprue.

In der EP 0 498 719 A1 wird vorgeschlagen, nach einer Ätzbehandlung zum Entfernen der Oxidhaut auf der Oberfläche des Eingusskörpers eine Konditionierungsbeschichtung aus einer ersten galvanisch aufgetragenen diffusionsdichten Schicht, insbesondere aus Ag, Au, Ni, Cr, Cu, Zn und/oder Cd, und einer zweiten Schicht, insbesondere aus Zink oder einer Zinklegierung vom Typ ZnAl5, ZnMg3 oder ZnCu5 mit hohem Diffusionskoeffizienten in festem Zustand aufzubringen.In the EP 0 498 719 A1 It is proposed, after an etching treatment to remove the oxide skin on the surface of the sprue, a conditioning coating of a first electrodeposited diffusion-proof layer, in particular Ag, Au, Ni, Cr, Cu, Zn and / or Cd, and a second layer, in particular Zinc or ZnAl5, ZnMg3 or ZnCu5 zinc alloy with a high diffusion coefficient in a solid state.

Durch die bereits bekannten Verfahren kann eine befriedigende Anbindung zwischen Ein- und Umguss nur zum Teil erreicht werden, so dass dennoch Spalten, Lunker oder Poren im Anbindungsbereich auftreten können.By The already known methods can be a satisfactory connection be achieved only partly between infill and infill, so that nonetheless Columns, voids or pores may occur in the connection area.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Konditionierungsbeschichtung der Oberfläche von Al-Eingießteilen für den Einguss in Leichtmetalllegierungen zu schaffen, beziehungsweise ein hinsichtlich der Anbindung verbessertes Verfahren zum Einguss von Al-Eingießteilen zur Verfügung zu stellen.It It is therefore an object of the invention to provide an improved conditioning coating the surface of Al castings for the To create a sprue in light metal alloys, respectively a method for sprue improved with regard to the connection of Al castings to disposal to deliver.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Bauteil aus Al-Legierung zum Eingießen in eine Leichtmetalllegierung auf Al-, oder Al/Mg-Basis mit einer Konditionierungsbeschichtung mit einer niedrig-schmelzenden Metallbeschichtung, wobei die Metallbeschichtung aus galvanisch abgeschiedenem Zn oder einer Zn-Legierung besteht und unmittelbar ohne Zwischenschichten auf der Oberfläche des Bauteils aufgetragen ist, mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils aus Leichtmetalllegierung durch Eingießen eines Eingussteils aus Al-Legierung in eine Leichtmetalllegierung, wobei das Eingussteil eine Konditionierungsbeschichtung trägt, mit den Schritten,

  • a) elektrochemisches Ätzen der Oberfläche des Eingussteils in einer Ätzflüssigkeit,
  • b) zumindest teilweises Ersetzen der Ätzflüssigkeit durch ein Galvanikbad
  • c) galvanische Abscheidung von Zn-, oder einer Zn-Legierung, wobei die Schritte a, b und c unter Luftabschluss erfolgen und
  • d) Eingießen des konditionierten Eingussteils in eine Al- oder Al/Mg-Basislegierung, mit den Merkmalen des Anspruchs 9.
The object is achieved by a component made of Al alloy for pouring into a light metal alloy based on Al, or Al / Mg with a conditioning coating with a low-melting metal coating, wherein the Metal coating of electrodeposited Zn or a Zn alloy and is applied directly without intermediate layers on the surface of the component, with the features of claim 1 and by a method for producing a composite component of light metal alloy by pouring a casting of Al alloy in a light metal alloy wherein the casting carries a conditioning coating, with the steps of
  • a) electrochemical etching of the surface of the casting in an etching liquid,
  • b) at least partial replacement of the etching liquid by a galvanic bath
  • c) galvanic deposition of Zn, or a Zn alloy, wherein steps a, b and c take place in the absence of air and
  • d) pouring the conditioned casting into an Al or Al / Mg base alloy, having the features of claim 9.

Bei der Erfindung wird somit von einer niedrig-schmelzenden Metallbeschichtung ausgegangen, die zur Bildung der Verbindung zwischen Eingussteil und Umguss vorgesehen ist. Dabei handelt es sich um eine Zn- oder Zn-Legierungsbeschichtung, die galvanisch auf dem metallischen Substrat abgeschieden ist. Die galvanische Abscheidung stellt im Gegensatz zu vielen anderen Beschichtungsverfahren, insbesondere thermischen Beschichtungsverfahren oder Spritzschichten sicher, dass eine fehlerfreie metallische Schicht abgeschieden wird. Lufteinschlüsse, bzw. Poren sowie Oxide sind bei der galvanischen Abscheidung nahezu ausgeschlossen. Für die Konditionierungsschicht wesentlich ist, dass sich die Zn-Beschichtung unmittelbar auf dem metallischen Substrat befindet. Somit findet ein unmittelbarer Übergang von dem Metallsubstrat auf die Metallbeschichtung statt, ohne das Vorhandensein nichtmetallischer Oxid-, Keramik- oder Salzschichten, bzw. Einschlüsse und Poren.at The invention thus relates to a low-melting metal coating assumed that the formation of the connection between casting and Envelope is provided. This is a Zn or Zn alloy coating, which is electrodeposited on the metallic substrate. The Electrodeposition, in contrast to many other coating methods, in particular thermal coating methods or spray coatings sure that a defect-free metallic layer is deposited. Air pockets, or pores and oxides are almost at the galvanic deposition locked out. For the Conditioning layer is essential that the Zn coating located directly on the metallic substrate. Thus finds an immediate transition from the metal substrate to the metal coating instead Presence of non-metallic oxide, ceramic or salt layers, or inclusions and pores.

Es hat sich überraschend gezeigt, dass für den gesamten Prozess des Eingusses der Bauteile nicht nur die auf dem Eingussteil vor dem Umguss vorhandene Oxidschicht von Bedeutung ist. Ebenso wichtig erweist sich auch die Oberfläche des Eingussteils vor der Beschichtung mit einer Konditionierungsschicht, beziehungsweise die fehlerfreie Verbindung der Konditionierungsbeschichtung zum Substrat.It has been surprising shown that for the entire process of casting the components not only on the Cast-in part before the casting existing oxide layer of importance is. Equally important, the surface of the casting before the Coating with a conditioning layer, respectively the faultless connection of the conditioning coating to the Substrate.

Es hat sich gezeigt, dass die fehlerfreie metallische Verbindung der Konditionierungsbeschichtung zum metallischen Substrat auf das Gussergebnis erheblichen Einfluss ausübt. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die erfindungsgemäße Konditionierungsschicht auch nach dem Einguss noch teilweise erhalten bleibt. Insbesondere kann die Konditionierungsbeschichtung nur oberflächlich und nicht bis zum Grund des Substrats angeschmolzen sein. Die metallurgische Verbindung zwischen Eingussteil und Umgussteil findet somit teilweise über die Konditionierungsschicht selbst statt. Daher ist die Festigkeit dieser Verbindung direkt abhängig von der Qualität der Verbindung zwischen Eingussteil und dessen Konditionierungsbeschichtung. Bei einer auf dem fertigen Eingussteil fehlerfreien, insbesondere Oxidhaut-freien, Konditionierungsschicht könnte nach dem Einguss die Spaltbildung auf Seiten des Umgussteils zwar verhindert werden, aber dennoch ein Spalt auf der Seite des Eingussteils auftreten, wenn die Verbindung der Konditionierungsschicht zum Eingussteil Fehler, insbesondere Oxideinschlüsse, aufweist.It It has been shown that the faultless metallic connection of the Conditioning coating to the metallic substrate on the casting result significant influence. This is due to the fact that the conditioning layer according to the invention even after the sprue still partially preserved. Especially the conditioning coating can only be superficial and not to the bottom be fused to the substrate. The metallurgical connection between casting and Umgus part is thus partially on the Conditioning layer itself instead. Therefore, the strength of this Connection directly dependent from the quality the connection between the casting and its conditioning coating. In a faultless on the finished cast part, in particular Oxide-skin-free, conditioning layer could be after the sprue gap formation Although prevented on the part of the overmold, but still A gap on the side of the sprue occurs when the connection the conditioning layer to the casting error, in particular oxide inclusions, having.

In bevorzugter Ausgestaltung weist die Metallbeschichtung und die unmittelbar darunter angeordnete Al-Legierung einen Sauerstoffgehalt unterhalb 100 ppm auf.In preferred embodiment, the metal coating and the immediate below that Al alloy has an oxygen content below 100 ppm.

Die erfindungsgemäße Konditionierungsbeschichtung weist als metallische Komponente überwiegend Zn auf. Auch diese metallische Beschichtung ist einer Oxidation und Oxidhautbildung ausgesetzt. Dies ist insbesondere bei dem unedlen Zn und seinen Legierungen der Fall. Es wurde überraschend festgestellt, dass frisch abgeschiedene Zn-Oberflächen verhältnismäßig schnell eine Korrosionsschicht, insbesondere aus Weißrost, bildet, die eine deutliche Verschlechterung der Anbindung des Eingussteils nach sich ziehen kann. Eine Maßnahme zur Verringerung der störenden Weißrostbildung ist die möglichst kurze Lagerung, bzw. unmittelbar folgender Einguss der beschichteten Eingussteile.The Conditioning coating according to the invention has Zn as the metallic component predominantly. These too Metallic coating is an oxidation and oxide film formation exposed. This is especially true of the base Zn and his Alloys of the case. It was surprisingly found that freshly deposited Zn surfaces are relatively fast a corrosion layer, especially from white rust, forms, which is a significant deterioration The connection of the sprue can entail. A measure for Reducing the disturbing White rust is that possible short storage, or immediately following sprue of the coated Cast-in parts.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung trägt die Konditionierungsbeschichtung eine auf der Metallbeschichtung abgeschiedene Schutzbeschichtung. Diese ist bevorzugt eine hydrophobe organische Beschichtung, insbesondere aus Wachs, Polyvinylalkohol und/oder Polyethylenglykol. Die Schutzbeschichtung verhindert zuverlässig eine Weißrostbildung und wird beim Eingussprozess vollständig zersetzt.In In a further advantageous embodiment of the invention, the conditioning coating carries a protective coating deposited on the metal coating. These is preferably a hydrophobic organic coating, in particular made of wax, polyvinyl alcohol and / or polyethylene glycol. The protective coating prevents reliable a white rust formation and is completely decomposed during the pouring process.

In weiterer Ausgestaltung trägt die Konditionierungsbeschichtung eine auf der Metallbeschichtung abgeschiedene Zinkatschicht. Es handelt sich um organische Zinkat-Komplexe, welche mit Zn oder Al eine festhaftende, luftdichte Schicht bilden. Diese organischen Zinkat-Komplexe sind käuflich verfügbar. Auch organische Zinksalze sind geeignet. Bei den organischen Zinksalzschichten sind insbesondere Carbonsäuresalze von langkettigen organischen Säuren, Ölsäuren, Fettsäuren, bspw. Zn-Stearat, Zn-Oleat von Bedeutung. Ebenso sind Zn-Verbindungen mit Komplexbildnern, wie beispielsweise Zn-Acetylacetonat geeignet. Die Zn-Verbindungen bilden dichte, passivierende und zum Teil wasserabweisende Beschichtungen aus.In a further embodiment, the conditioning coating carries a zincate layer deposited on the metal coating. These are organic zincate complexes which form a firmly adhering, air-tight layer with Zn or Al. These organic zincate complexes are commercially available. Organic zinc salts are also suitable. In the case of the organic zinc salt layers, particular importance is given to carboxylic acid salts of long-chain organic acids, oleic acids, fatty acids, for example Zn stearate, Zn oleate. Similarly, Zn compounds with complexing agents, such as Zn-acetylacetonate are suitable. The Zn compounds form dense, passivating and partially wasserab pointing coatings.

Die metallische Beschichtung weist als wesentlichen Bestandteil Zn auf. Als weitere Legierungsbestandteile sind insbesondere Sn und/oder Bi von Bedeutung. Das Bi ist dabei besonders gut geeignet den Schmelzpunkt der Konditionierungsbeschichtung weiter zu senken. Das Sn trägt zu einer Passivierung der metallischen Beschichtung bei. Die galvanische Abscheidung trägt zu einer besonders homogenen Verteilung der Legierungskomponenten bei. Der Legierungsanteil, insbesondere von Sn und/oder Bi, liegt bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 10 Gew.%.The Metallic coating has Zn as an essential component. In particular, Sn and / or are other alloy constituents Bi of importance. The Bi is particularly well suited to the melting point the conditioning coating continue to lower. The Sn contributes to a passivation the metallic coating at. The galvanic deposition contributes to a particularly homogeneous distribution of the alloy components. Of the Alloy content, in particular of Sn and / or Bi, is preferred in the range of 0.5 to 10 wt.%.

Die Dicke der Metallbeschichtung liegt bevorzugt im Bereich von 2 bis 15 μm. Insbesondere bei Konditionierungsbeschichtungen mit Schutzbeschichtung kann eine geringe Dicke gewählt werden, bspw. im Bereich von 2 bis 5 μm.The Thickness of the metal coating is preferably in the range of 2 to 15 μm. Especially for conditioning coatings with protective coating, a chosen small thickness be, for example. In the range of 2 to 5 microns.

Eine weitere Verbesserung der Verbindung zwischen Eingussteil und Umguss wird durch mechanische Verklammerung erreicht, welche durch raue Oberflächen des Eingussteils erzeugt werden. Bevorzugt weist das Eingussteil eine Oberflächenrauigkeit RZ im Bereich von 70 μm bis 180 μm aufweist. Da die Konditionierungsbeschichtung selbst in der Regel deutlich dünner ist als die bevorzugte Rautiefe RZ, ist die an der Oberfläche gemessene Rautiefe in der Regel ein Resultat der Rauigkeit des Eingussteils vor der Beschichtung. Die galvanische Beschichtung ist gut geeignet auf einem rauen Untergrund eine fehlerfreie Schicht gleichmäßiger Dicke aufzubauen.A further improvement in the connection between the casting and the casting is achieved by mechanical clamping, which are produced by rough surfaces of the casting. Preferably, the Eingussteil has a surface roughness R Z in the range of 70 microns to 180 microns. Since the conditioning coating itself is generally significantly thinner than the preferred surface roughness R Z , the surface roughness measured at the surface is generally a result of the roughness of the casting before the coating. The galvanic coating is well suited to build a defect-free layer of uniform thickness on a rough surface.

Eine bevorzugte Anwendung der erfindungsgemäßen Bauteile sind Zylinderbuchsen oder Zylinderliner (mehrere zusammenhängende Zylinderbuchsen) für Leichtmetall-Verbrennungsmotoren. Die Bauteile sind dabei bevorzugt aus übereutektischen Al/Si-Legierungen wie AlSi15- bis AlSi30- Legierungen mit Zusätzen von Kupfer Magnesium Nickel Mangan, gebildet, beispielsweise AlSi17Cu4MgMn.A preferred application of the components according to the invention are cylinder liners or cylinder liner (several contiguous cylinder liners) for light metal internal combustion engines. The components are preferably made of hypereutectic Al / Si alloys such as AlSi15. up to AlSi30 alloys with additives of copper magnesium nickel manganese, for example AlSi17Cu4MgMn.

Die Zylinderbuchse ist gießtechnisch oder umformtechnisch, beispielsweise durch Strangpressen eines sprühkompaktierten Vormaterials herstellbar, der Zylinderliner vorzugsweise gießtechnisch, insbesondere durch Schwerkraftguss oder Niederdruckguss in eine Dauerform-Kokille, herstellbar. Bevorzugt werden so Zylinderliner mit integriertem Wassermantel für Zylinderkurbelgehäuse in open-deck oder closed-deck Bauweise hergestellt.The Cylinder sleeve is casting technology or forming technology, for example by extrusion of a spray-compacted Starting material produced, the cylinder liner preferably by casting, in particular by gravity casting or low pressure casting into a permanent mold, produced. Preference is given to cylinder liners with integrated Water jacket for cylinder crankcase Made in open-deck or closed-deck construction.

Die Umgusslegierung für das Zylinderkurbelgehäuse ist bevorzugt eine untereutektische AlSi-Legierung, insbesondere eine AlSiCu-, AlSiCuMg- oder AlSiMgMn-Legierung, beispielsweise eine AlSi9Cu3.The Umbusslegierung for the cylinder crankcase is preferably a hypoeutectic AlSi alloy, in particular an AlSiCu, AlSiCuMg or AlSiMgMn alloy, for example an AlSi9Cu3.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils aus Leichtmetalllegierung durch Eingießen eines Eingussteils aus Al-Legierung in eine Leichtmetalllegierung, weist zumindest die folgenden Schritte auf:

  • a) stromloses Ätzen der Oberfläche des Eingussteils in einer alkalischen Ätzflüssigkeit, insbesondere wässrige NaOH
  • b) Waschen der Oberfläche in Neutralisationsbad und Ersetzen der Ätzflüssigkeit durch ein Galvanikbad
  • c) galvanische Abscheidung von Zn-, oder einer Zn-Legierung, wobei die Schritte a, b und c ohne Zwischentrocknung der Bauteiloberfläche unter Abschluss von Außenluft erfolgen und
  • d) Umgießen des konditionierten Eingussteils mit einer Al-Legierung.
The method according to the invention for producing a composite component of light metal alloy by pouring an Al alloy insert into a light metal alloy comprises at least the following steps:
  • a) electroless etching of the surface of the casting in an alkaline etching liquid, in particular aqueous NaOH
  • b) washing the surface in neutralization bath and replacing the etching liquid by a galvanic bath
  • c) galvanic deposition of Zn, or a Zn alloy, wherein the steps a, b and c without intermediate drying of the component surface to close off of outside air, and
  • d) casting over the conditioned casting with an Al alloy.

Für das erfindungsgemäße Verfahren ist es dabei von wesentlicher Bedeutung, dass die Oberfläche des Eingussteils vor der metallischen Beschichtung vollständig freigelegt wird und dass diese Metalloberfläche auch bis zum Beginn der metallischen Beschichtung frei bleibt. Von besonderer Bedeutung sind dabei wiederum die vollständige Entfernung der Oxidhaut der Al-Oberfläche und die Verhinderung von deren Neubildung.For the inventive method It is essential that the surface of the Ingot completely exposed before the metallic coating will and that this metal surface also remains free until the beginning of the metallic coating. From Of particular importance are again the complete removal the oxide skin of the Al surface and the prevention of their new formation.

Die Freilegung der metallischen Oberfläche des Al-Substrats erfolgt durch stromloses chemisches Ätzen in einer Ätzflüssigkeit. Die Entfernung der anhaftenden Oxidschicht findet in der Flüssigkeit statt, wodurch direkter Zutritt von Luft verhindert wird. Die Ätzflüssigkeit ist basisch ausgelegt und wird bevorzugt an das später zu verwendende Galvanikbad angepasst. Das rein chemische Ätzen kann durch anodische Polarisation des Einlegeteils unterstützt oder zeitweise ersetzt werden. Die Gleichstromätzung führt zu tunnelähnlicher Ätzstruktur mit einstellbaren Tunneldurchmessern und ist daher besonders gut geeignet, ein für den Umguss geeignetes Oberflächenprofil auszubilden.The Exposing the metallic surface of the Al substrate takes place by electroless chemical etching in an etching liquid. The removal of the adherent oxide layer takes place in the liquid, whereby direct access of air is prevented. The etching liquid is basic and is preferred to later use Electroplating bath adapted. The purely chemical etching can be achieved by anodic polarization supported by the insert or temporarily replaced. The direct current etching leads to a tunnel-like etching structure with adjustable tunnel diameters and is therefore particularly well suited one for the casting suitable surface profile train.

Nach dem Ätzen erfolgt im Schritt b), das Ersetzen der Ätzflüssigkeit durch das Galvanikbad. Bevorzugt wird die Ätzflüssigkeit durch eine wässrige Waschlösung ausgespült.To the etching takes place in step b), the replacement of the etching liquid by the electroplating. The etching liquid is preferred rinsed through an aqueous wash solution.

Nach dem Wechsel der Flüssigkeit wird die galvanische Abscheidung von Zn oder einer Zn-Legierung gestartet. Vom Beginn des Ätzvorganges bis zur Ausbildung der metallischen Beschichtung ist erfindungsgemäß direkter Luftzutritt auszuschließen. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass das zu beschichtende Eingießteil bei den Schritten a, b und c nicht aus der Flüssigkeit entnommen wird. In weiterer Ausgestaltung erfolgen das Ätzen und gegebenenfalls zumindest auch der Beginn des galvanischen Abscheidens unter Inertgasatmosphäre. Bevorzugt wird das Eingussteil in eine Reaktionskammer eingebracht, in welcher die Schritte a, b und c sukzessive durchgeführt werden, ohne dass das Einlegeteil bewegt werden muss. Durch das Ätzen und die Verhinderung des Luftzutritts vor dem galvanischen Abscheiden ist es möglich eine fehlerfreie, insbesondere Oxidschicht-freie und fest haftende Zn- oder Zn-Legierungsbeschichtung aufzutragen.After changing the liquid, the galvanic deposition of Zn or a Zn alloy is started. From the beginning of the etching process to the formation of the metallic coating, direct access of air according to the invention can be ruled out. This is achieved in particular by the fact that the pouring part to be coated is not removed from the liquid in steps a, b and c. In a further embodiment, the etching and, if appropriate, at least also the beginning of the galvanic deposition take place under an inert gas atmosphere. The casting is preferably introduced into a reaction chamber in which steps a, b and c be carried out successively without the insert must be moved. By etching and preventing the entry of air before the electrodeposition, it is possible to apply a defect-free, in particular oxide-layer-free and firmly adhering Zn or Zn alloy coating.

Im weiteren Verlauf des Verfahrens wird das mit der Konditionierungsbeschichtung versehene Eingießteil in eine Al- oder Mg-Legierung eingegossen. Bevorzugt wird als Gießverfahren das Druckgussverfahren angewendet.in the further course of the process is the with the conditioning coating provided Eingießteil cast in an Al or Mg alloy. Preferred is as a casting process the die casting method applied.

Eine bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens sieht, vor das Einlegeteil vor dem Schritt a) aufzurauen. Dabei hat sich insbesondere das eisenfreie Strahlen als günstig erwiesen. Besonders geeignet ist hier das Strahlen mittels Korund. Das nachfolgende Ätzen der gestrahlten Oberfläche trägt in vorteilhafter Weise zur vollständigen Entfernung anhaftender Sandstrahlpartikel bei. Für Beschichtungsdicken der Konditionierungsbeschichtung im Bereich von 2–12 μm sind Rautiefen RZ im Bereich von 20 bis 200 μm geeignet insbesondere 50–100 μm.A preferred embodiment of the method provides roughening in front of the insert before step a). In particular, the iron-free radiation has proven to be favorable. Particularly suitable here is the blasting by means of corundum. The subsequent etching of the blasted surface advantageously contributes to the complete removal of adhering sandblasting particles. For coating thicknesses of the conditioning coating in the range of 2-12 μm, surface roughnesses R Z in the range from 20 to 200 μm are suitable, in particular 50-100 μm.

Weitere geeignete Verfahren zum Aufrauen und Erzeugen von mikroskopischen Verankerungsstrukturen sind das Erodieren, das zerspanende Aufrauen, insbesondere mit Haifischflossen- oder Schwalbenschwanz-Muster, das Prägen von Rillen, Rippen, Waben oder das Laserstrukturieren von Ausnehmungen, Rillen oder Rippen.Further suitable methods for roughening and generating microscopic Anchoring structures are erosion, machining roughening, in particular with shark fin or dovetail patterns, the embossing of grooves, ribs, honeycombs or the laser structuring of recesses, Grooves or ribs.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht das Aufbringen einer Schutzbeschichtung (Schutzfilms oder Schutzlacks) auf die galvanisch abgeschiedene Metallbeschichtung vor. Der Schutzfilm oder Schutzlack wird bevorzugt unmittelbar nach der galvanischen Abscheidung des Zn bzw. der Zn-Legierung aufgetragen. Beispielsweise kann die Schutzbeschichtung beim Herausziehen des Eingießteils aufgetragen werden, so dass direkter Luftzutritt auf die metallische Beschichtung unterbunden wird. Der Schutzlack kann beispielsweise aus einer wässrigen Wachsemulsion bestehen.A Another embodiment of the invention provides the application of a protective coating (protective film or protective lacquers) on the electrodeposited metal coating in front. The protective film or protective lacquer is preferred immediately after galvanic deposition of Zn or Zn alloy applied. For example, the protective coating when removing the Eingießteils be applied so that direct air access to the metallic Coating is prevented. The protective lacquer can, for example from an aqueous Wax emulsion exist.

Durch das Verfahren werden in bevorzugter Ausgestaltung Zylinderkurbelgehäuse mit eingegossenem Zylinderliner hergestellt. Besonders bevorzugt wird das Verfahren angewendet, um Zylinderkurbelgehäuse mit eingegossenen Zylinderlinern herzustellen, bei welchen der Übergang zwischen Eingussteil und Umgussteil insbesondere in hochbelasteten Bereichen frei von Ablösungen, Spalten, Lunkern oder Poren ist.By The method are in a preferred embodiment with cylinder crankcase cast cylinder liner produced. Particularly preferred the method used to produce cylinder crankcases with cast-in cylinder liners, in which the transition between Eingussteil and casting part especially in highly stressed areas free from detachments Columns, voids or pores is.

Die Schichtdicke der Konditionierungsschicht und die Gießparameter müssen nicht so eingestellt werden, dass ein vollständiges aufschmelzen bzw. Auflösen der metallischen Beschichtung des Einlegeteils beim Umguss stattfindet. Bevorzugt wird jedoch der wesentliche Anteil des Übergangs zwischen Eingussteil und Umgussteil durch eine Al/Zn-Legierungsmischung gebildet, die durch Auflösen der Konditionierungsschicht in der flüssigen Al- oder Al/Mg-Legierungsschmelze entsteht. Besonders bevorzugt wird das Verfahren so geführt, dass der Al-Anteil der Al/Zn-Legierungsmischung im Übergang von Eingussteil auf Umgussteil oberhalb 50 Vol.% liegt.The Layer thickness of the conditioning layer and the casting parameters have to not be adjusted so that a complete melting or dissolving the metallic coating of the insert takes place during encapsulation. However, the essential part of the transition is preferred between casting and Umgussteil by an Al / Zn alloy mixture formed by dissolving the conditioning layer in the liquid Al or Al / Mg alloy melt arises. Particularly preferably, the method is performed so that the Al portion of the Al / Zn alloy mixture in transition of casting on Umgus part above 50 vol.% Is.

Es ist verfahrenstechnisch möglich nur Teilbereiche eines Eingussteils insbesondere einer Zylinderbuchse oder eines Zylinderliners mittels einer Maskierung durch Lack oder Wachsschichten mit der galvanischen Konditionierungsschicht zu beschichten. Dies wird vorzugsweise dort angewandt, wo wirtschaftliche Vorteile durch Einsparung größerer Schichtflächen entstehen.It is procedurally possible only portions of a sprue, in particular a cylinder liner or a cylinder liner by means of a mask by lacquer or To coat wax layers with the galvanic conditioning layer. This is preferably applied where economic advantages caused by saving larger layers.

Claims (17)

Bauteil aus Al-Legierung zum Eingießen in eine Leichtmetalllegierung auf Al-, oder Al/Mg-Basis mit einer Konditionierungsbeschichtung mit einer niedrigschmelzenden Metallbeschichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallbeschichtung aus galvanisch abgeschiedenem Zn oder einer Zn-Legierung besteht und unmittelbar ohne Zwischenschichten vollflächig oder in Teilbereichen auf der Oberfläche des Bauteils aufgetragen ist.A component made of Al alloy for casting into a light metal alloy based on Al or Al / Mg with a conditioning coating with a low-melting metal coating, characterized in that the metal coating of galvanically deposited Zn or a Zn alloy and immediately without interlayers over the entire surface or is applied in partial areas on the surface of the component. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Konditionierungsbeschichtung eine auf der Metallbeschichtung abgeschiedene hydrophobe organische Beschichtung aufweist, insbesondere aus Wachs, Polyvinylalkohol und/oder Polyethylenglykol.Component according to claim 1, characterized that the conditioning coating on the metal coating having deposited hydrophobic organic coating, in particular made of wax, polyvinyl alcohol and / or polyethylene glycol. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Konditionierungsbeschichtung eine auf der Metallbeschichtung abgeschiedene Zinkatschicht oder organische Zinksalzschicht aufweist.Component according to claim 1, characterized that the conditioning coating on the metal coating having deposited Zinkatschicht or organic zinc salt layer. Bauteil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallbeschichtung und die unmittelbar darunter angeordnete Al-Legierung einen Sauerstoffgehalt unterhalb 100 ppm aufweisen.Component according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the metal coating and the immediate underneath Al alloy has an oxygen content below 100 ppm. Bauteil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zn-Legierung als Legierungsbestandteile Sn und/oder Bi aufweist.Component according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the Zn alloy as alloying components Sn and / or Bi. Bauteil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallbeschichtung eine Dicke im Bereich von 2 bis 10 μm aufweist.Component according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the metal coating has a thickness in the range from 2 to 10 microns. Bauteil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingussteil mit Konditionierungsbeschichtung eine Oberflächenrauigkeit RZ im Bereich von 50 bis 200 μm aufweist.Component according to one of the preceding claims, characterized in that the casting with conditioning coating has a surface roughness R Z in the range of 50 to 200 microns. Verwendung eines Bauteils nach einem der vorangegangenen Ansprüche als Zylinderbuchse oder Zylinderliner für Leichtmetall-Verbrennungsmotoren.Use of a component according to one of the preceding claims as a cylinder liner or cylinder liner for light-alloy internal combustion engines. Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils aus Leichtmetalllegierung durch Eingießen eines Eingussteils aus Al-Legierung in eine Leichtmetalllegierung, wobei das Eingussteil eine Konditionierungsbeschichtung trägt, gekennzeichnet durch die Schritte, a) chemisches und/oder elektrochemisches Ätzen der Oberfläche des Eingussteils in einer Ätzflüssigkeit, b) zumindest teilweises Ersetzen der Ätzflüssigkeit durch ein Galvanikbad c) galvanische Abscheidung von Zn-, oder einer Zn-Legierung, wobei die Schritte a, b und c unter Luftabschluss erfolgen und d) Eingießen des konditionierten Eingussteils in eine Al- oder Al/Mg-Basislegierung.Process for producing a composite component Light metal alloy by pouring a sprue from Al alloy in a light alloy, wherein the cast part wearing a conditioning coating characterized by the steps of a) chemical and / or electrochemical etching of the surface of the Casting in an etching liquid, b) at least partial replacement of the etching liquid by a galvanic bath c) galvanic deposition of Zn, or a Zn alloy, wherein the steps a, b and c take place under exclusion of air and d) Pouring the Conditioned casting in an Al or Al / Mg-based alloy. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Eingießteils vor dem Schritt a) aufgeraut wird.Method according to claim 10, characterized in that that the surface of the casting roughened step a). Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass dass das Aufrauen eisenfrei mittels Sandstrahlen, insbesondere Korundsandstrahlen durchgeführt wird.Method according to claim 11, characterized in that that roughening iron-free by sandblasting, in particular Corundum sandblasting performed becomes. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass auf die galvanische Abscheidung im Schritt c) eine Beschichtung mit einem Konservierungslack oder einem Wachsfilm erfolgt.Method according to one of claims 10 or 11, characterized that on the electrodeposition in step c) a coating with a preservative varnish or a wax film. Verfahren nach Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingießen in Schritt d) durch Druckguss erfolgt.A method according to claim 10, 11 or 12, characterized characterized in that pouring in step d) by die casting. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass als Eingießteil ein Zylinderliner für ein Leichtmetallkurbelgehäuse gewählt wird, wobei nur auf die Außenflächen eine Konditionierungsbeschichtung vollflächig oder in Teilbereichen aufgetragen wird.Method according to one of claims 10 to 13, characterized that as a casting a cylinder liner for a light alloy crankcase chosen is, with only on the outer surfaces one Conditioning coating over the entire surface or in partial areas is applied. Zylinderkurbelgehäuse mit eingegossenem Zylinderliner erhältlich nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang zwischen Eingussteil und Umgussteil im Wesentlichen frei von Ablösungen, Spalten, Lunkern oder Poren ist.Cylinder crankcase with cast-in cylinder liner available according to claim 14, characterized in that the transition between the casting and the casting substantially free of delamination, Columns, voids or pores is. Zylinderkurbelgehäuse mit eingegossenem Zylinderliner erhältlich nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang zwischen Eingussteil und Umgussteil durch eine Al/Zn-Legierungsmischung gebildet wird.Cylinder crankcase with cast-in cylinder liner available according to claim 14 or 15, characterized in that the transition between casting and Umgussteil by an Al / Zn alloy mixture is formed. Zylinderkurbelgehäuse mit eingegossenem Zylinderliner erhältlich nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Al-Anteil der Al/Zn-Legierungsmischung im Übergang oberhalb 50 Vol.% liegt.Cylinder crankcase with cast-in cylinder liner available according to claim 16, characterized in that the Al portion of the Al / Zn alloy blend in transition above 50% by volume.
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