DE102008044973A1 - Metal spray process to apply a coating to e.g. the bearing of an automotive engine connecting rod in presence of induction heat coil - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten eines Bauteils mittels thermischen Spritzens, bei dem das Bauteil zumindest partiell induktiv erwärmt wird.The The invention relates to a method for coating a component by thermal spraying, in which the component is at least partially is heated inductively.
Thermisches Spritzen ist ein für verschiedene Anwendungen eingesetztes Beschichtungsverfahren. Beispielsweise wird bei der Herstellung von Verbrennungsmotoren aus Gründen der Energieeffizienz und der Emissionsreduzierung eine möglichst geringe Reibung und eine hohe Abrieb- und Verschleißfestigkeit angestrebt. Hierzu werden Motorbauteile, wie zum Beispiel Zylinderbohrungen, Ventilsitze und Lagersitze mit Schichten versehen, die mittels thermischen Spritzens, insbesondere Lichtbogendrahtspritzen aufgebracht werden. Üblicherweise wird beim Lichtbogendrahtspritzen zwischen zwei drahtförmigen Spritzwerkstoffen ein Lichtbogen durch Anlegen einer Spannung erzeugt. Dabei schmelzen die Drahtspitzen ab und werden beispielsweise mittels eines Zerstäubergases auf die zu beschichtende Oberfläche, beispielsweise die Zylinderwand befördert, wo sie sich anlagern. Neben dem Lichtbogendrahtspritzen mit zwei drahtförmigen Spritzwerkstoffen ist auch so genanntes Eindrahtspritzen gebräuchlich.thermal Spraying is used for various applications Coating process. For example, in the production of internal combustion engines for reasons of energy efficiency and the emission reduction as low as possible friction and a high abrasion and wear resistance sought. For this purpose, engine components, such as cylinder bores, Valve seats and bearing seats provided with layers by means of thermal Injection, in particular arc wire spraying are applied. Usually will in the arc wire spraying between two wire-shaped Spray materials generated an arc by applying a voltage. The wire tips melt and are, for example, by means of an atomizing gas on the surface to be coated, For example, the cylinder wall conveys where it is attach. In addition to the arc wire spraying with two wire-shaped spray materials is also common so-called single-wire spraying.
Bei der Abkühlung der Schichten auf dem kalten Bauteil entstehen Eigenspannungen, die die Haftfähigkeit zwischen Schicht und Bauteil herabsetzen. Wird das Bauteil vor der Erwärmung erhitzt, können die thermischen Eigenspannungen reduziert werden. Eine solche Erwärmung erfolgt häufig in einem Ofen. Bei massiven Bauteilen ist die komplette Erwärmung und Abkühlung zeit-, energie- und kostenintensiv.at the cooling of the layers on the cold component arise Residual stress, which is the adhesion between layer and reduce component. Is the component before heating heated, the thermal stresses can be reduced. Such heating often occurs in one Oven. For solid components is the complete heating and cooling time, energy and cost intensive.
Aus
der
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Beschichten eines Bauteils mittels thermischen Spritzens anzugeben.It It is an object of the invention to provide an improved method of coating specify a component by means of thermal spraying.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Beschichten eines Bauteils mittels thermischen Spritzens wird das Bauteil zumindest partiell induktiv erwärmt. Die induktive Erwärmung des Bauteils wird zumindest vor dem thermischen Spritzen durchgeführt. Mit der induktiven Erwärmung ist eine gezielte lokale Erwärmung des Bauteils möglich, so dass eine energie- und zeitaufwändige komplette Erwärmung entfallen kann. Gleichzeitig verkürzt sich eine Abkühlzeit nach der Beschichtung. Durch die Erwärmung vor dem thermischen Spritzen ist das Bauteil während des thermischen Spritzens bereits so temperiert, dass thermisch induzierte Eigenspannungen zwischen einer abgeschiedenen Schicht und dem Bauteil reduziert werden. Damit ergibt sich eine erhöhte Haftzugfestigkeit der Schicht auf dem Bauteil bei gesteigerten Funktionseigenschaften der Schicht. Die Abscheidung einer harten, reibungsreduzierenden Schicht führt beim Beschichten von Teilen eines Verbrennungsmotors zu reduziertem Kraftstoffverbrauch und geringerem Kohlendioxidausstoß.at a method according to the invention for coating a component by means of thermal spraying, the component is at least partially heated inductively. Inductive heating of the component is carried out at least before the thermal spraying. With inductive heating is a targeted local heating of the component possible, so that an energy and time consuming complete heating can be omitted. Simultaneously shortened a cooling time after coating. By the warming before the thermal spraying, the component is during the Thermal spraying already tempered so that thermally induced Residual stresses between a deposited layer and the component be reduced. This results in an increased adhesive tensile strength the layer on the component with increased functional properties the layer. The deposition of a hard, friction-reducing Layer leads during coating of parts of an internal combustion engine for reduced fuel consumption and lower carbon dioxide emissions.
Zusätzlich kann das Bauteil auch während des thermischen Spritzens durch induktive Erwärmung auf einer definierten Temperatur gehalten werden, um die thermischen Eigenspannungen weiter zu reduzieren.additionally The component can also during thermal spraying by inductive heating at a defined temperature be held in order to further reduce the internal thermal stresses.
Vorzugsweise ist eine durch induktive Erwärmung gesteuerte und/oder geregelte Abkühlung des Bauteils nach dem thermischen Spritzen vorgesehen. Damit kann eine Phasenumwandlung in der abgeschiedenen Schicht gezielt beeinflusst oder vermieden werden.Preferably is a controlled by inductive heating and / or Controlled cooling of the component after thermal spraying intended. This can be a phase transformation in the deposited Layer can be specifically influenced or avoided.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Bauteil im Bereich einer Oberfläche bis in eine vorgegebene Tiefe erwärmt, indem die induktive Erwärmung bei einer auf das Bauteil angepassten, vorgegebenen Frequenz durchgeführt wird. Eine Induktionsspule wird hierzu mit einer Spannung der entsprechenden Frequenz betrieben. Die so erreichte lokale Erwärmung des Bauteils basiert auf dem Skin-Effekt, nach dem in von höherfrequentem Wechselstrom durchflossenen Leitern der Stromfluss zunehmend auf einen Außenbereich des Leiters verdrängt wird. Eine solche lokale Erwärmung ist besonders energiesparend und schneller realisierbar, als eine komplette Erwärmung des Bauteils. Ebenso verkürzt sich die Zeit für die Abkühlung des Bauteils.In In a preferred embodiment, the component is in the range a surface heated to a predetermined depth, by applying the inductive heating at one to the component adjusted, predetermined frequency is performed. A Induction coil is this with a voltage of the corresponding Frequency operated. The achieved local warming of the Component is based on the skin effect, after in in of higher frequency alternating current the conductors of current flow increasingly to an outdoor area of the leader is displaced. Such a local warming is particularly energy-saving and faster to implement than a complete heating of the component. Likewise shortened the time for the cooling of the component.
Entsprechend dem Skin-Effekt werden zum Erwärmen des Bauteils bis in größere Tiefen niedrigere Frequenzen verwendet werden als bei einer Erwärmung bis in geringe Tiefen unterhalb der Oberfläche.Corresponding The skin effect will be used to warm the component up to greater depths lower frequencies used are considered as warming down to shallow depths below the surface.
Beispielsweise wird zur Erwärmung eines oberflächennahen Bereichs bis in geringe Tiefen eine Frequenz im Bereich von 200 MHz bis 600 MHz verwendet. Zur Erwärmung bis in größere Tiefen von beispielsweise 5 mm bis 6 mm kann eine Frequenz im Bereich von 9 MHz bis 15 MHz verwendet werden.For example is used to heat a near-surface area up to shallow depths a frequency in the range of 200 MHz to 600 MHz used. For warming up to larger ones For example, depths of 5mm to 6mm may have a frequency in the range from 9 MHz to 15 MHz.
Die Erwärmung und/oder Temperierung des Bauteils, das heißt ein Leistungseintrag aus der Induktionsspule in das Bauteil kann durch Variierung eines Koppelabstands der Induktionsspule zum Bauteil gesteuert werden. Alternativ oder zusätzlich können zur Steuerung des Energieeintrags auch elektrische Parameter der Induktionsspule variiert werden.The Heating and / or temperature of the component, that is a power input from the induction coil in the component can by varying a coupling distance of the induction coil to the component to be controlled. Alternatively or additionally to control the energy input and electrical parameters of the Induction coil can be varied.
Das Verfahren eignet sich beispielsweise zur Beschichtung einer Innenseite eines Zylinders eines Verbrennungsmotors oder einer Hohlwelle. Dabei wird die Induktionsspule, beispielsweise ausgebildet als ein Mehrwindungs-Induktor, in den Zylinder oder in die Hohlwelle eingeführt und anschließend die induktive Erwärmung mittels der Induktionsspule durchgeführt. Vor dem thermischen Spritzen muss die Induktionsspule gegebenenfalls aus dem Zylinder oder der Hohlwelle entfernt werden.The Method is suitable for example for coating an inside a cylinder of an internal combustion engine or a hollow shaft. It will the induction coil, for example designed as a multi-turn inductor, introduced into the cylinder or into the hollow shaft and then the inductive heating carried out by means of the induction coil. Before thermal spraying, the induction coil may need to be removed from the cylinder or the hollow shaft.
Das Verfahren ist auch geeignet, um als Bauteil ein Pleuelauge eines Pleuels zu beschichten. Dabei kann eine als Halbschaleninduktor ausgebildete Induktionsspule verwendet werden. Der Halbschaleninduktor wird dazu um das Pleuelauge angeordnet oder das Pleuelauge wird im Halbschaleninduktor angeordnet. Anschließend erfolgt die induktive Erwärmung des Pleuelauges von außen mittels des Halbschaleninduktors. Während des thermischen Spritzens kann das Pleuelauge im Halbschaleninduktor verbleiben und so weiter temperiert werden.The Method is also suitable as a component of a connecting rod of a Coils to coat. It can be a Halbschaleninduktor trained induction coil can be used. The half-shell inductor is placed around the connecting rod eye or the connecting rod eye is arranged in Halbschaleninduktor. Then done the inductive heating of the connecting rod from the outside by means of the half-shell inductor. During thermal spraying the connecting rod eye can remain in the half-shell inductor and so on be tempered.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert.in the Below, embodiments of the invention are based on explained in more detail by drawings.
Dabei zeigen:there demonstrate:
Einander entsprechende Teile sind in allen Zeichnungen mit den gleichen Bezugszeichen versehen.each other corresponding parts are denoted by the same reference numerals in all drawings Mistake.
In
Anschließend
wird ein Beschichtungskopf
Für
die Beschichtung kann es erforderlich sein, die Induktionsspule
Die
in
In
Das
Bauteil
Anschließend
wird der Beschichtungskopf
Für
die Beschichtung ist es nicht erforderlich, das Bauteil
Weiter
kann eine durch induktive Erwärmung mittels der Induktionsspule
Das
Bauteil
Beispielsweise kann zur Erwärmung eines oberflächennahen Bereichs bis in geringe Tiefen eine Frequenz im Bereich von 200 MHz bis 600 MHz verwendet werden. Zur Erwärmung bis in größere Tiefen von beispielsweise 5 mm bis 6 mm kann eine Frequenz im Bereich von 9 MHz bis 15 MHz verwendet werden.For example, to heat a near-surface area to shallow depths Frequency can be used in the range of 200 MHz to 600 MHz. For heating up to greater depths of, for example, 5 mm to 6 mm, a frequency in the range of 9 MHz to 15 MHz can be used.
Die
Erwärmung und/oder Temperierung des Bauteils
- 11
- Bauteilcomponent
- 22
- Induktionsspuleinduction coil
- 33
- Beschichtungskopfcoating head
- 44
- Pleuelaugeconnecting rod
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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