DE102008053641B3 - Thermisch gespritzte Zylinderlaufbahnbeschichtung, Verfahren zu deren Herstellung sowie deren Verwendung in Verbrennungsmotoren - Google Patents

Thermisch gespritzte Zylinderlaufbahnbeschichtung, Verfahren zu deren Herstellung sowie deren Verwendung in Verbrennungsmotoren Download PDF

Info

Publication number
DE102008053641B3
DE102008053641B3 DE102008053641A DE102008053641A DE102008053641B3 DE 102008053641 B3 DE102008053641 B3 DE 102008053641B3 DE 102008053641 A DE102008053641 A DE 102008053641A DE 102008053641 A DE102008053641 A DE 102008053641A DE 102008053641 B3 DE102008053641 B3 DE 102008053641B3
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
cylinder liner
content
cylinder
thermal spraying
thermally sprayed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE102008053641A
Other languages
English (en)
Inventor
Karl Dr.Rer.Nat. Holdik
Thomas Kempe
Sven Dipl.-Wirtsch. Kollinger
Matthias Walther
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Daimler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daimler AG filed Critical Daimler AG
Priority to DE102008053641A priority Critical patent/DE102008053641B3/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102008053641B3 publication Critical patent/DE102008053641B3/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/04Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
    • C23C4/06Metallic material
    • C23C4/08Metallic material containing only metal elements
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/02Pretreatment of the material to be coated, e.g. for coating on selected surface areas
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
    • C23C4/131Wire arc spraying
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/18After-treatment

Abstract

Die Erfindung betrifft eine thermisch gespritzte Zylinderlaufbahnbeschichtung. Erfindungsgemäß ist die Zylinderlaufbahnbeschichtung im Wesentlichen aus einer Kupferlegierung (E) mit einem Mangananteil von 11 bis 15 Gewichtsprozent und einem Aluminiumanteil von 5 bis 9 Gewichtsprozent oder mit einem Zinnanteil von 10 bis 14 Gewichtsprozent gebildet.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine thermisch gespritzte Zylinderlaufbahnbeschichtung nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und ein Verfahren zu deren Herstellung nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 4.
  • Aus dem Stand der Technik ist, wie in WO 2005/033353 A2 beschrieben, eine Legierung, insbesondere für eine Gleitschicht bekannt. Die Legierung besteht aus Elementen, die eine Matrix und zumindest eine Weichphase und/oder eine Hartphase ausbilden, wobei die Weichphasenelemente und/oder die Hartphasenelemente mit dem Matrixelement eine feste Lösung oder eine Verbindung bilden. Die Weichphase und/oder die Hartphase liegt in der Matrix dispergiert vor und es ist nur im Bereich der Phasengrenze der Matrix zur Weichphase und/oder zur Hartphase die feste Lösung oder Verbindung ausgebildet.
  • In DE 697 00 387 T2 wird ein Zylinderelement, insbesondere eine Zylinderbüchse, ein Kolben, ein Kolbenhemd oder ein Kolbenring für einen Dieselmotor beschrieben. Dieser Dieselmotor ist insbesondere ein Zweitakt-Kreuzkopfmotor, der bei Volllast einen maximalen Verbrennungsdruck von über 100 bar aufweist und bei dem der Kolben mit mehreren Kolbenringen versehen ist und in einer Zylinderbüchse mit einem Hub von mindestens 600 mm hin- und hergehend bewegt wird, wobei die Kolbenringe in einem in Ringnuten mit einer in axialer Richtung über die Kolbenringstärke hinausgehenden Höhe montierten Zustand einen Außendurchmesser von mindestens 150 mm aufweisen, wobei jeder Kolbenring eine radial äußere Oberfläche aufweist, die an der Innenoberfläche der Zylinderbuchse entlang gleitet, und wobei das Zylinderelement an wenigstens einem Teil seiner Seite mit wenigstens einer thermisch aufgesprühten Beschichtung versehen ist. Das Zylinderelement ist mit wenigstens zwei aufgesprühten, aus AL-Bronze bestehenden Beschichtungslagen versehen, von denen die äußere Schicht eine Einlaufschicht mit einer durchschnittlichen Härte von höchstens 330 HV20, und die darunter liegende Schicht eine Tragschicht bildet, deren durchschnittliche Härte größer als die Härte der Einlaufschicht ist und mindestens 130 HV20 beträgt.
  • In der US 2006/0134447 A1 wird ein thermisch gespritztes Kupfer-Aluminium Verbundmaterial und dessen Herstellungsverfahren beschrieben. Das Verbundmaterial, bestehend aus einer Kupferlegierung und einer Aluminiumlegierung, hat eine verbesserte Abriebfestigkeit. Durch thermisches Spritzen wird ein Kupfer-Aluminium Verbundmaterial erzeugt. Dieses besteht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, zum Beispiel einer Kupfer-Blei-Legierung, welches zumindest eine ungeschmolzene Phase beinhaltet, und Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, welches zumindest eine geschmolzene Phase beinhaltet. Weitere Legierungen für Einlaufschichten finden sich z. B. in der DE 69700387 T2 oder der US 5080056 A .
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Zylinderlaufbahnbeschichtung und ein Verfahren zu deren Herstellung anzugeben.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine thermisch gespritzte Zylinderlaufbahnbeschichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe durch die im Anspruch 4 angegebenen Merkmale gelöst.
  • Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Eine thermisch gespritzte Zylinderlaufbahnbeschichtung ist erfindungsgemäß aus einer Kupferlegierung mit einem Mangananteil von 11 bis 15 Gewichtsprozent und einem Aluminiumanteil von 5 bis 9 Gewichtsprozent oder mit einem Zinnanteil von 10 bis 14 Gewichtsprozent gebildet.
  • Durch diese Legierung ist die Zylinderlaufbahnbeschichtung ausreichend hart und widerstandsfähig, um eine optimale Verschleißfestigkeit zu erreichen. Gleichzeitig weist diese Zylinderlaufbahnbeschichtung eine derart poröse Oberfläche auf, dass eine gute Schmiermittelanlagerung an dieser Oberfläche möglich ist bzw. eine Ölrückhaltefunktion gegeben ist. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass es im Betrieb eines mit diesen Zylinderlaufbahnbeschichtungen ausgestatteten Motors nicht zu einem Abriss eines Schmierfilms und damit zu einer Beschädigung eines Kolbens oder der Zylinderlaufbahnbeschichtung kommt. Durch diese stets optimale Schmierung ist eine Reduzierung von Reibung zwischen Kolbenringen und der Zylinderlaufbahnbeschichtung erreichbar, wodurch ein Verschleiß und ein Kraftstoffverbrauch und auch ein benötigtes Schmiermittelvolumen verringerbar sind. Mit einem Wegfall separat gefertigter Zylinderlaufbuchsen, beispielsweise aus Grauguss, welche nur in aufwändigen Gießprozessen in den Verbrennungsmotor integriebar sind, sind erhebliche Fertigungserleichterungen, Kosteneinsparungen und eine Gewichtsreduktion verbunden. Durch diesen Wegfall ist auch bei gleichen Abmessungen des Verbrennungsmotors, insbesondere bei einer gleich bleibenden Geometrie eines Kurbelgehäuses, ein größerer Hubraum des Verbrennungsmotors realisierbar, da ein Bauraumbedarf dieser thermisch gespritzten Zylinderlaufbahnbeschichtung geringer ist.
  • Vorzugsweise sind diese thermisch gespritzten Zylinderlaufbahnbeschichtungen in Verbrennungsmotoren aus Eisenlegierungen, Stahl oder Edelstahl, sowie Leichtmetall auf der Basis von Aluminium, Titan und/oder Magnesium und auch bei Zylinderdrücken über 200 bar verwendbar, da die Eigenschaften der Zylinderlaufbahnbeschichtungen, beispielsweise durch Veränderung von Parametern des thermischen Spritzverfahrens optimal an die Erfordernisse des jeweiligen Verbrennungsmotors anpassbar sind.
  • In einem Verfahren zur Herstellung einer thermisch gespritzten Zylinderlaufbahnbeschichtung für Verbrennungsmotoren wird erfindungsgemäß auf eine Innenseite eines Zylinders mittels thermischen Spritzens eine Schicht aus einer Kupferlegierung mit einem Mangananteil von 11 bis 15 Gewichtsprozent und einem Aluminiumanteil von 5 bis 9 Gewichtsprozent oder mit einem Zinnanteil von 10 bis 14 Gewichtsprozent aufgebracht. Durch das thermische Spritzen sind Zylinderlaufbahbeschichtungen einfach, kostengünstig und mit geringem Materialeinsatz herstellbar, besonders im Vergleich zu Verfahren nach dem Stand der Technik, d. h. einem aufwändigen Eingießen von Zylinderlaufbuchsen aus Grauguss in einen Verbrennungsmotor, welche zudem eine erheblich dickere Wandstärke aufweisen und somit ein höheres Gewicht des Verbrennungsmotors verursachen. Durch die Kupferlegierung ist eine erforderliche Verschleißfestigkeit und optimale Reibungsminderung erreichbar.
  • In vorteilhafter Weise wird das thermische Spritzen als Lichtbogendrahtspritzen oder High Velocity Air Fuel-Arc Spray (HVAC-Arc) durchgeführt. Dabei wird das zu spritzende Material als Draht verarbeitet, wobei zwischen zwei Drähten ein Lichtbogen durch Anlegen einer Spannung erzeugt wird. Dabei schmelzen die Drahtspitzen ab und werden beispielsweise mittels eines Zerstäubergases auf das zu beschichtende Substrat befördert, wo sie sich anlagern. Beim HVAC-Arc wird zusätzlich ein brennbares Gas verwendet, wodurch die Temperatur und der Volumenstrom des Zerstäubergases erhöht wird. Dadurch wird das Material feiner aufgeschmolzen und abgeschieden, die Partikelgröße wird geringer und die Partikelgeschwindigkeit wird erhöht, wodurch Eigenschaften der gespritzten Schicht gegenüber dem Lichtbogendrahtspritzen veränderbar sind.
  • Als Parameter beim thermischen Spritzen werden bevorzugt eine Zusammensetzung und/oder eine Menge eines Zerstäubergases und/oder eine Spannung zum Betrieb des Lichtbogens und/oder ein Spritzabstand und/oder eine Drahtvorschubgeschwindigkeit und/oder eine Robotergeschwindigkeit variiert. Dadurch sind mittels des Verfahrens optimale Eigenschaften der gespritzten Schicht erzielbar bzw. die Eigenschaften variierbar und an die Erfordernisse des herzustellenden Verbrennungsmotors optimal anpassbar. Durch eine Veränderung der genannten Parameter ist beispielsweise eine Schichtdicke, eine Größe aufgeschmolzener Partikel und daraus resultierend eine Struktur der Schicht und deren Oberfläche veränderbar.
  • Vorzugsweise wird die Innenseite des Zylinders vor dem thermischen Spritzen aufgeraut, wobei das Aufrauen beispielsweise mechanisch oder mittels Hochdruckwasserstrahlbearbeitung oder Korundstrahlen oder Sandstrahlen durchgeführt wird. Durch dieses Aufrauen wird die Haftung der gespritzten Schicht auf dem Substrat deutlich verbessert.
  • In einer besonders günstigen Ausführungsform wird die Innenseite des Zylinders vor dem thermischen Spritzen im Bereich einer Oberfläche bis in eine vorgegebene Tiefe angeschmolzen, so dass ein schmelzflüssiges Substrat entsteht. Dies ist eine weitere Möglichkeit, die Haftung der gespritzten Schicht im Zylinder zu verbessern, da ein Teil der gespritzten Partikel in das schmelzflüssige Substrat hinein diffundiert, wodurch eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Substrat und der gespritzten Schicht gebildet wird. Dieses Anschmelzen erfolgt bevorzugt mittels eines Lasers als Anschmelzwerkzeug oder durch induktive Erwärmung mittels einer Induktionsspule als Anschmelzwerkzeug.
  • Vorzugsweise wird die Zylinderlaufbahnbeschichtung nach dem thermischen Spritzen thermisch und/oder mechanisch nachbearbeitet, beispielsweise gehont. Auf diese Weise wird im Betrieb des Motors eine optimale Verteilung eines Schmiermittels entlang der Zylinderlaufbahnbeschichtung sichergestellt.
  • Die Zylinderlaufbahnbeschichtung wird zweckmäßigerweise in einem aus Eisenlegierungen, Stahl oder Edelstahl gebildeten Zylinder oder in einem aus Leichtmetall auf der Basis von Aluminium, Titan und/oder Magnesium gebildeten Zylinder hergestellt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist somit zur Herstellung von Zylinderlaufbahnbeschichtungen für eine Vielzahl von Verbrennungsmotoren geeignet, wobei es entsprechend der jeweiligen Anforderungen angepasst wird.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
  • Dabei zeigen:
  • 1 einen Aufbau einer thermisch gespritzten Schicht einer Zylinderlaufbahnbeschichtung, und
  • 2 eine Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung der Zylinderlaufbahnbeschichtung.
  • Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • 1 zeigt einen Aufbau einer thermisch gespritzten Schicht GS einer erfindungsgemäßen Zylinderlaufbahnbeschichtung eines Verbrennungsmotors. Diese thermisch gespritzte Schicht GS ist zusammengesetzt aus einer Kupferlegierung E mit einem Mangananteil von 11 bis 15 Gewichtsprozent und einem Aluminiumanteil von 5 bis 9 Gewichtsprozent oder mit einem Zinnanteil von 10 bis 14 Gewichtsprozent. Somit ist sichergestellt, dass die gespritzte Schicht GS hohen Belastungen, welche in einem Innenraum des Zylinders auf diese einwirken, standhält. Gleichzeitig ist diese Kupferlegierung E zum thermischen Spritzen und für eine erforderliche Nachbearbeitung der Zylinderlaufbahnbeschichtung gut geeignet, wie beispielsweise ein Honen von Zylinderlaufbahnen. Die thermisch gespritzte Schicht GS bildet eine poröse Struktur aus, das heißt, es bilden sich Poren F, welche im Betrieb eines Motors ein Schmiermittelrückhaltevolumen darstellen, wodurch eine optimale Schmiermittelversorgung des Motors, d. h. ein stets optimaler Schmierfilm zwischen der Zylinderlaufbahnbeschichtung und einem Kolben bzw. Kolbenringen sichergestellt ist. Durch eine damit verbundene Reduzierung der Reibung sind ein Verschleiß und ein Kraftstoffverbrauch und auch ein benötigtes Schmiermittelvolumen verringerbar. Mit den erfindungsgemäßen Zylinder laufbahnbeschichtungen sind beispielsweise separat gefertigte Zylinderlaufbuchsen aus Grauguss ersetzbar, welche nur in aufwändigen Gießprozessen in den Verbrennungsmotor integrierbar sind. Damit sind erhebliche Fertigungserleichterungen, Kosteneinsparungen und eine Gewichtsreduktion verbunden. Durch diesen Wegfall ist auch bei gleichen Abmessungen des Verbrennungsmotors, insbesondere bei einer gleich bleibenden Geometrie eines Kurbelgehäuses, ein größerer Hubraum des Verbrennungsmotors realisierbar, da ein Bauraumbedarf dieser thermisch gespritzten Zylinderlaufbahnbeschichtungen geringer ist.
  • 2 zeigt eine Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung der Zylinderlaufbahnbeschichtung mittels thermischen Spritzens, beispielsweise Lichtbogendrahtspritzen oder HVAC-Arc. Mittels dieses Verfahrens sind Zylinderlaufbahnbeschichtungen herstellbar, welche eine deutlich geringere Wandstärke aufweisen als die nach dem Stand der Technik häufig verwendeten eingegossenen Zylinderlaufbuchsen aus Grauguss, wobei sogenannte tribologische Eigenschaften, d. h. die Reibung bzw. Reibungsminderung dieser Zylinderlaufbahnbeschichtungen ähnlich oder sogar besser sind als die herkömmlicher Zylinderlaufbuchsen aus Grauguss. Daraus ergeben sich die bereits erwähnten Vorteile.
  • Als Werkstoff, welcher thermisch gespritzt wird, wird die Kupferlegierung E mit einem Mangananteil von 11 bis 15 Gewichtsprozent und einem Aluminiumanteil von 5 bis 9 Gewichtsprozent oder mit einem Zinnanteil von 10 bis 14 Gewichtsprozent verwendet, da dieser Werkstoff gut verarbeitet werden kann und gute tribologische Eigenschaften aufweist. Als besonders vorteilhaft haben sich die folgenden Legierungen erwiesen: CuMn13Al7, CuSn12. Bei dem thermischen Spritzen der Kupferlegierung E entstehen Poren F, welche ein Schmiermittelrückhaltevolumen bilden, welches durch eine Nachbearbeitung mittels Honen noch verbessert wird. Dadurch ist eine ausreichende Benetzung einer Zylinderinnenwand mit Schmiermittel sichergestellt. Des Weiteren ist die Kupferlegierung E ausreichend hart, um eine gute Verschleißfestigkeit sicherzustellen.
  • Um eine Zylinderlaufbahnbeschichtung thermisch zu spritzen, wird zunächst die Oberfläche des Substrates S aufgeraut, um eine gute Haftung der gespritzten Schicht GS zu erzielen. Dies kann beispielsweise durch Raudrehen, Korundstrahlen oder mittels Hochdruckwasserstrahlen erfolgen. Dadurch wird die Oberfläche derart aufgeraut, dass die gespritzten schmelzflüssigen Partikel sich in dadurch gebildeten Hinterschneidungen anlagern können, wodurch eine gute mechanische Haftung der gespritzten Schicht GS auf dem Substrat S erzielbar ist. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Oberfläche des Substrates S aufzuschmelzen, beispielsweise mittels eines Lasers oder durch induktive Erwärmung, wodurch eine stoffschlüssige und dadurch sehr gut haftende Verbindung zwischen dem Substrat S und der gespritzten Schicht GS entsteht. Anschließend wird das Substrat S, d. h. der Grundwerkstoff des Verbrennungsmotors, im Bereich des Zylinders durch thermisches Spritzen beschichtet.
  • Hier dargestellt ist ein Beschichtungsvorgang mittels Lichtbogendrahtspritzen. Eine weitere Möglichkeit ist das HVAC-Arc, welches sehr ähnlich ist. Beim HVAC-Arc wird zusätzlich ein brennbares Gas verwendet, wodurch die Temperatur und der Volumenstrom des Zerstäubergases erhöht wird. Dadurch wird das Material feiner aufgeschmolzen und abgeschieden, die Partikelgröße wird geringer und die Partikelgeschwindigkeit wird erhöht, wodurch Eigenschaften der gespritzten Schicht gegenüber dem Lichtbogendrahtspritzen veränderbar sind.
  • Bei dem dargestellten Lichtbogendrahtspritzen werden zwei Drähte aus der Kupferlegierung E mit Hilfe eines geregelten Drahtvorschubs 1 in eine Spritzpistole 2 gezogen. Mittels kupferner Drahtführungen werden die Drähte geführt und gleichzeitig Strom auf diese übertragen. Die Drähte werden zu einer Berührung aufeinander zugeführt, wodurch an einem Kontaktpunkt als Folge eines sehr hohen Kurzschlussstroms eine starke Erwärmung der Drähte erfolgt. Dadurch schmelzen bzw. verdampfen die Drähte und es entzündet sich der Lichtbogen. Entstehende Spritzpartikel werden durch das Zerstäubergas Z in einem Partikelstrahl 3 zum Substrat S hin beschleunigt, wodurch es zu einer Bildung der gespritzten Schicht GS kommt. Dieses Verfahren ist einfach und wirtschaftlich anwendbar und im Vergleich mit den bereits beschriebenen Verfahren zum Einsetzen von Graugusszylinderbuchsen mit deutlich geringerem Fertigungsaufwand und geringeren Kosten verbunden.
  • Um eine optimal thermisch gespritzte Schicht GS zu erhalten, sind Parameter an der Spritzpistole 2 vor bzw. auch während des Verfahrens veränderbar, beispielsweise eine Zusammensetzung und/oder eine Menge des Zerstäubergases Z, eine Spannung zum Betrieb des Lichtbogens, ein Spritzabstand, eine Drahtvorschubgeschwindigkeit und/oder eine Robotergeschwindigkeit. Durch optimale Anpassung aller Parameter ist eine thermisch gespritzte Schicht GS erzielbar, welche die Anforderungen des jeweiligen Verbrennungsmotors an die Zylinderlaufbahbeschichtung erfüllt.
  • Nach dem Spritzen wird die Zylinderlaufbahnbeschichtung thermisch und/oder mechanisch nachbearbeitet, beispielsweise gehont. Auf diese Weise wird im Betrieb des Motors eine optimale Verteilung eines Schmiermittels entlang der Zylinderlaufbahnbeschichtung sichergestellt.
  • 1
    Drahtvorschub
    2
    Spritzpistole
    3
    Partikelstrahl
    E
    mangan- und aluminiumverstärkte Kupferlegierung
    S
    Substrat
    Z
    Zerstäubergas
    GS
    Schicht

Claims (17)

  1. Thermisch gespritzte Zylinderlaufbahnbeschichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderlaufbahnbeschichtung aus einer Kupferlegierung (E) gebildet ist, welche einen Mangananteil von 11 bis 15 Gewichtsprozent und einem Aluminiumanteil von 5 bis 9 Gewichtsprozent aufweist oder welche einen Zinnanteil von 10 bis 14 Gewichtsprozent aufweist.
  2. Verwendung von thermisch gespritzten Zylinderlaufbahnbeschichtungen nach Anspruch 1 in Verbrennungsmotoren aus Eisenlegierungen, Stahl oder Edelstahl, sowie Leichtmetall auf der Basis von Aluminium, Titan und/oder Magnesium.
  3. Verwendung von thermisch gespritzten Zylinderlaufbahnbeschichtungen nach Anspruch 1 oder 2 bei Zylinderdrücken über 200 bar.
  4. Verfahren zur Herstellung einer thermisch gespritzten Zylinderlaufbahnbeschichtung für Verbrennungsmotoren, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Innenseite eines Zylinders mittels thermischen Spritzens eine Schicht (GS) aus einer Kupferlegierung (E) aufgebracht wird, welche einen Mangananteil von 11 bis 15 Gewichtsprozent und einem Aluminiumanteil von 5 bis 9 Gewichtsprozent aufweist oder welche einen Zinnanteil von 10 bis 14 Gewichtsprozent aufweist.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das thermische Spritzen als Lichtbogendrahtspritzen oder als High Velocity Air Fuel-Arc Spraying durchgeführt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Parameter beim thermischen Spritzen eine Zusammensetzung und/oder eine Menge eines Zerstäubergases (Z) und/oder eine Spannung zum Betrieb eines Lichtbogens und/oder ein Spritzabstand und/oder eine Drahtvorschubgeschwindigkeit und/oder eine Robotergeschwindigkeit variiert wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenseite des Zylinders vor dem thermischen Spritzen aufgeraut wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufrauen mechanisch durchgeführt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufrauen mittels Hochdruckwasserstrahlbearbeitung oder Korundstrahlen oder Sandstrahlen durchgeführt wird.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenseite des Zylinders vor dem thermischen Spritzen im Bereich einer Oberfläche bis in eine vorgegebene Tiefe angeschmolzen wird, so dass ein schmelzflüssiges Substrat (S) entsteht.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschmelzen mittels eines Lasers als Anschmelzwerkzeug erfolgt.
  12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschmelzen durch induktive Erwärmung mittels einer Induktionsspule als Anschmelzwerkzeug erfolgt.
  13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderlaufbahnbeschichtung nach dem thermischen Spritzen mechanisch nachbearbeitet wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderlaufbahnbeschichtung gehont wird.
  15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderlaufbahnbeschichtung nach dem thermischen Spritzen thermisch nachbearbeitet wird.
  16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderlaufbahnbeschichtung in einem aus Eisenlegierungen, Stahl oder Edelstahl gebildeten Zylinder hergestellt wird.
  17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderlaufbahnbeschichtung in einem aus Leichtmetall auf der Basis von Aluminium, Titan und/oder Magnesium gebildeten Zylinder hergestellt wird.
DE102008053641A 2008-10-29 2008-10-29 Thermisch gespritzte Zylinderlaufbahnbeschichtung, Verfahren zu deren Herstellung sowie deren Verwendung in Verbrennungsmotoren Active DE102008053641B3 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008053641A DE102008053641B3 (de) 2008-10-29 2008-10-29 Thermisch gespritzte Zylinderlaufbahnbeschichtung, Verfahren zu deren Herstellung sowie deren Verwendung in Verbrennungsmotoren

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008053641A DE102008053641B3 (de) 2008-10-29 2008-10-29 Thermisch gespritzte Zylinderlaufbahnbeschichtung, Verfahren zu deren Herstellung sowie deren Verwendung in Verbrennungsmotoren

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102008053641B3 true DE102008053641B3 (de) 2010-02-18

Family

ID=41528416

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102008053641A Active DE102008053641B3 (de) 2008-10-29 2008-10-29 Thermisch gespritzte Zylinderlaufbahnbeschichtung, Verfahren zu deren Herstellung sowie deren Verwendung in Verbrennungsmotoren

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102008053641B3 (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010043527A1 (de) * 2010-11-08 2012-05-10 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Zylinderlaufbahn mit einer Verschleißschutzschicht
DE102012105521A1 (de) 2012-06-25 2014-01-02 Nemak Dillingen Gmbh Verwendung einer Kohlenstoffbeschichtung sowie Maskierungsmittel und Beschichtungsanlage zum thermischen Spritzen
DE102020132346A1 (de) 2020-12-04 2022-06-09 Ks Huayu Alutech Gmbh Zylinderlaufbahnbeschichtung für eine Verbrennungskraftmaschine sowie Spritzdraht zur Herstellung einer derartigen Zylinderlaufbahnbeschichtung

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5080056A (en) * 1991-05-17 1992-01-14 General Motors Corporation Thermally sprayed aluminum-bronze coatings on aluminum engine bores
DE69700387T2 (de) * 1996-12-05 2000-01-13 Man B & W Diesel As Zylinderbüchse, kolben sowie kolbenring eines dieselmotors

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5080056A (en) * 1991-05-17 1992-01-14 General Motors Corporation Thermally sprayed aluminum-bronze coatings on aluminum engine bores
DE69700387T2 (de) * 1996-12-05 2000-01-13 Man B & W Diesel As Zylinderbüchse, kolben sowie kolbenring eines dieselmotors

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010043527A1 (de) * 2010-11-08 2012-05-10 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Zylinderlaufbahn mit einer Verschleißschutzschicht
DE102012105521A1 (de) 2012-06-25 2014-01-02 Nemak Dillingen Gmbh Verwendung einer Kohlenstoffbeschichtung sowie Maskierungsmittel und Beschichtungsanlage zum thermischen Spritzen
DE102020132346A1 (de) 2020-12-04 2022-06-09 Ks Huayu Alutech Gmbh Zylinderlaufbahnbeschichtung für eine Verbrennungskraftmaschine sowie Spritzdraht zur Herstellung einer derartigen Zylinderlaufbahnbeschichtung

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0899354B1 (de) Beschichtung aus einer übereutektischen Aluminium/Silizium Legierung bzw. einem Aluminium/Silizium Verbundwerkstoff
EP0790397B1 (de) Zylinderlaufbuchse für Verbrennungskraftmaschinen und ihr Herstellungsverfahren
DE19637737C2 (de) Verfahren zur Abscheidung einer Eisenoxid-haltigen Beschichtung auf ein Leichtmetallsubstrat
EP2597170B1 (de) Reparaturverfahren einer Zylinderlauffläche mittels Plasmaspritzverfahren
EP2488676B1 (de) Verbrennungsmotor mit einem kurbelgehäuse sowie verfahren zur herstellung eines kurbelgehäuses
EP0896073B1 (de) Beschichtung einer Zylinderlauffläche einer Hubkolbenmaschine
DE10324279B4 (de) Verwendung von FeC-Legierung zur Erneuerung der Oberfläche von Zylinderlaufbuchsen
DE102006008910B4 (de) Kolbenbolzen mit Gleitschichten für Pleuelaugen in Verbrennungsmotoren
EP0491978B1 (de) Zylinderblock für eine Brennkraftmaschine
DE102008053642A1 (de) Thermisch gespritzte Zylinderlaufbuchse für Verbrennungsmotoren und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102018202540B4 (de) Motorblock eines Verbrennungsmotors mit optimierten Wärmeleiteigenschaften
CH706054A2 (de) Verfahren zum Herstellen eines mehrschichtigen Gleitlagers, sowie ein Gleitlager umfassend eine Stützschicht und eine Gleitschicht.
DE112015000554T5 (de) Kolben mit beschichteter Bolzenbohrung
DE102008053641B3 (de) Thermisch gespritzte Zylinderlaufbahnbeschichtung, Verfahren zu deren Herstellung sowie deren Verwendung in Verbrennungsmotoren
WO2005038073A2 (de) Zylinderlaufbuchse mit einer zwei schichten umfassenden aussenbeschichtung und verfahren zu deren ein- oder umgiessen zu einem verbundkörper
EP1003924B1 (de) Thermisches beschichtungsverfahren, insbesondere für gleitlager
DE102009051262A1 (de) Verfahren zur Herstellung einer thermisch gespritzten Zylinderlaufbahn für Verbrennungsmotoren
DE102013221617A1 (de) Dünnwandige Einlage für einen Zylinder einer Kolbenmaschine sowie Verfahren zu deren Herstellung
EP3601629B1 (de) Kolbenring mit kugelgestrahlter einlaufschicht und verfahren zur herstellung
DE102005046061A1 (de) Hebel einer schaltbaren Schlepphebelvorrichtung und Verfahren zur Herstellung desselben
EP1012486B1 (de) Pleuel mit einer festsitzenden gleitlagerschicht
EP2110465B1 (de) Verfahren zur Herstellung eines metallischen Bauteils sowie derartig hergestelltes Bauteil
EP1000259A1 (de) Pleuel mit einem verbundlager
DE102009021067B4 (de) Dünnwandige Einlage für einen Zylinder einer Kolbenmaschine und eine Zylinderlaufbuchse, Zylinder und Motorblock einer Kolbenmaschine, sowie Verfahren zu deren Herstellung
DE102020211521A1 (de) Getriebe

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition
R081 Change of applicant/patentee

Owner name: MERCEDES-BENZ GROUP AG, DE

Free format text: FORMER OWNER: DAIMLER AG, 70327 STUTTGART, DE

Owner name: DAIMLER AG, DE

Free format text: FORMER OWNER: DAIMLER AG, 70327 STUTTGART, DE

R081 Change of applicant/patentee

Owner name: MERCEDES-BENZ GROUP AG, DE

Free format text: FORMER OWNER: DAIMLER AG, STUTTGART, DE

R084 Declaration of willingness to licence