DE102009019674B4 - Process for coating a cylinder wall of a crankcase - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Beschichten einer Zylinderwandung eines Kurbelgehäuses mit folgenden Schritten: • Mechanisches Aufrauen der Zylinderwandlung durch Besprühen der Zylinderwandung mit einem Hochdruckflüssigkeitsstrahl, der einen Druck im Bereich zwischen 1000 bar und 2500 bar aufweist, und • Aufbringen einer Oberflächenbeschichtung auf die aufgeraute Zylinderwandung mittels eines thermischen Beschichtungsverfahrens, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufrauen ein mechanisches und chemisches Aufrauen ist, wobei als Flüssigkeit ein Gemisch aus Wasser und Natronlauge verwendet wird, das bzw. die mit der Metalloberfläche chemisch reagiert und dem Hochdruckflüssigkeitsstrahl ein Farbstoff zugesetzt wird wodurch kontrolliert wird, ob die dem Wasser zugesetzte Natronlauge sich gleichmäßig auf der Zylinderwandung verteilt hat.A process for coating a cylinder wall of a crankcase, comprising the steps of: mechanically roughening the cylinder wall by spraying the cylinder wall with a high pressure liquid jet having a pressure in the range between 1000 bar and 2500 bar; and applying a surface coating to the roughened cylinder wall by means of a thermal coating process characterized in that the roughening is a mechanical and chemical roughening using as liquid a mixture of water and caustic soda which chemically reacts with the metal surface and a dye is added to the high pressure liquid jet thereby controlling whether or not the water Added sodium hydroxide solution has evenly distributed on the cylinder wall.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1.The present invention relates to a method according to the features of claim 1.
Ein derartiges Verfahren ist aus der
Zum technischen Hintergrund der Erfindung zählen die
- • Norm DIN EN 657 2005-06-00; Thermisches Spritzen-Begriffe, Einteilung; Deutsche Fassung EN 657: 2005,
- •
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DE 600 07 100 T2 - •
DE 697 18 313 T2 - •
EP 1 967 601 A2 - •
DE 199 24 141 A1
- • Standard DIN EN 657 2005-06-00; Thermal spraying terms, classification; German version EN 657: 2005,
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Aus der
Die in den oben genannten Dokumenten beschriebenen Verfahren arbeiten, wie bereits erwähnt, mit reinem Wasser. Aufgrund der hohen kinetischen Energie mit der der Hochdruckwasserstrahl auf die Zylinderlaufflächen auftrifft, erwärmt sich das Kurbelgehäuse auf eine Temperatur im Bereich zwischen 50°C und 90°C, wobei das Wasser zumindest teilweise verdampft. Um den Wasserstrahl hinreichend stark zu beschleunigen, so dass die Zylinderlaufflächen bis in eine Tiefe von 50–100 μm ”zerfurcht” werden, ist ein sehr hoher Pumpendruck und ein in Relation zu dem Druckniveau großer Volumenstrom erforderlich.The methods described in the above documents work, as already mentioned, with pure water. Due to the high kinetic energy with which the high-pressure water jet impinges on the cylinder surfaces, the crankcase heats up to a temperature in the range between 50 ° C and 90 ° C, wherein the water at least partially evaporated. To accelerate the water jet sufficiently strong so that the cylinder running surfaces are "ruffled" to a depth of 50-100 μm, a very high pump pressure and a high volume flow in relation to the pressure level are required.
Derzeit bieten nur einige wenige Pumpenhersteller Pumpen an, welche die erforderlichen Drücke von 2500–3500 bar bei einem Volumenstrom von 10–25 Liter/min erzeugen können. Dementsprechend teuer ist nicht nur die Pumpentechnik an sich, sondern auch die Wiederaufbereitung des Volumens des verwendeten Wassers. Zur Herausfilterung der erosiv abgetragenen Metallpartikel aus dem Wasser werden nämlich Filter benötigt, die Partikel in der Größenordnung von einem Durchmesser von 1 μm herausfiltern können.Currently, only a few pump manufacturers offer pumps that can produce the required pressures of 2500-3500 bar at a flow rate of 10-25 liters / min. Accordingly expensive is not only the pump technology itself, but also the reprocessing of the volume of water used. For filtering out the erosively removed metal particles from the water, filters are needed that can filter out particles on the order of a diameter of 1 .mu.m.
Zum technischen Hintergrund der Erfindung zählen ferner die
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Beschichten einer Zylinderwandung eines Kurbelgehäuses anzugeben, das kostengünstig und mit einem geringeren technischen Aufwand durchführbar ist.The object of the invention is to provide a method for coating a cylinder wall of a crankcase, which is feasible at low cost and with less technical effort.
Das Grundprinzip der Erfindung besteht darin, anstatt mit reinem oder im Wesentlichen reinem Wasser mit einem Gemisch aus Wasser und einer Substanz zu arbeiten, die mit der aufzurauenden Metalloberfläche chemisch reagiert bzw. diese „angreift”. Zusätzlich zu einer rein mechanischen, d. h. erosiven bzw. abrasiven Aufrauung mittels eines Hochdruckwasserstrahls erfolgt eine zusätzliche, auf chemischen Vorgängen beruhende Aufrauung der Metalloberfläche. Ein ganz wesentlicher, sich hieraus ergebender Vorteil ist darin zu sehen, dass im Vergleich zu den herkömmlichen Verfahren mit geringeren Drücken gearbeitet werden kann, wodurch sich die Investitionskosten für die Pumpentechnik verringern. Je nach Art und Konzentration der dem Wasser zugegebenen Substanz kann das Druckniveau des Hochdruckwasserstrahls auf 1000 bis 2500 bar abgesenkt werden, ohne dass sich dadurch die ”Aufrauleistung” bzw. „Aufrauqualität” gegenüber herkömmlichen Verfahren verschlechtert.The basic principle of the invention is, instead of working with pure or essentially pure water, with a mixture of water and a substance which chemically reacts or "attacks" the metal surface to be roughened. In addition to a purely mechanical, d. H. erosive or abrasive roughening by means of a high-pressure water jet, an additional, based on chemical processes roughening of the metal surface. A very significant, resulting advantage is the fact that can be compared to the conventional method with lower pressures, thereby reducing the investment costs for the pump technology. Depending on the nature and concentration of the substance added to the water, the pressure level of the high-pressure water jet can be lowered to 1000 to 2500 bar, without thereby worsening the "Aufrauleistung" or "roughening" compared to conventional methods.
Sehr gute Ergebnisse lassen sich erzielen, wenn dem verwendeten Wasser beispielsweise Natronlauge (NaOH) zugesetzt wird, z. B. in einer Konzentration, mit der sich ein Laugenanteil im Bereich zwischen 0,001% bis 7% des Gesamtgemischs ergibt.Very good results can be achieved if the water used, for example, sodium hydroxide solution (NaOH) is added, for. B. in a concentration that results in a caustic content in the range between 0.001% to 7% of the total mixture.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird die Metalloberfläche nach dem Aufrauvorgang sorgfältig von Laugenrückständen befreit. Die Entfernung von Laugenrückständen kann beispielsweise durch Abspülen mit niedrigem Druck mit reinem Wasser erfolgen.According to a development of the invention, the metal surface is carefully freed from alkali residues after the roughening process. The removal of lye residues can be done, for example, by rinsing at low pressure with pure water.
Ergänzend zur Zugabe einer Lauge kann dem Wasser auch ein ”Flussmittel” zugesetzt werden. Sogenannte Flussmittel sind aus der Löttechnik bekannt. Sie werden auf das Werkstück aufgetragen, um beim Löten eine gute Verbindung zwischen dem Lotmaterial und dem Material des Werkstücks zu erreichen. Dieses Prinzip kann auch beim Aufrauen von Metalloberflächen mittels eines Hochdruckwasserstrahls eingesetzt werden. Nach dem Abstrahlen der aufzurauenden Metalloberfläche und der Trocknung und Abkühlung der Oberfläche verbleiben Reste des dem zum Abstrahlen verwendeten Wassers zugesetzten Flussmittels auf der Metalloberfläche zurück.In addition to the addition of an alkali, a "flux" can also be added to the water. So-called fluxes are known from soldering. They are applied to the workpiece to achieve a good bond between the solder material and the material of the workpiece during soldering. This principle can also be used when roughening metal surfaces by means of a high-pressure water jet. After the blasting of the metal surface to be roughened and the drying and cooling of the surface, residues of the flux added to the water used for blasting remain on the metal surface.
Nach dem Aufrauen wird die Metalloberfläche mittels eines thermischen Beschichtungsverfahrens beschichtet. Ein geeignetes, bekanntes Beschichtungsverfahren ist z. B. das Lichtbogendrahtspritzverfahren, bei dem mittels eines Lichtbogens energiereiche Metallpartikel auf die zu beschichtende Oberfläche ”geschossen” werden. Aufgrund der beim Auftreffen der Metallpartikel abzubauenden kinetische Energie bzw. aufgrund der hierbei lokal entstehenden hohen Drücke kommt es zum einem starken Temperaturanstieg, was dazu führt, dass die Flussmittelrückstände mit dem Material der Metalloberfläche (z. B. Aluminium bzw. Aluminium-Legierung) chemisch reagieren, was zu einer Entoxidierung der Metalloberfläche und im Ergebnis zu einer oxidarmen Verbindung zwischen dem Beschichtungsmaterial (z. B. Fe-Legierungen oder Al-Legierungen) und dem Material des Werkstücks (z. B. Aluminium) führt.After roughening, the metal surface is coated by a thermal coating process. A suitable, known coating method is z. B. the Lichtbogendrahtspritzverfahren in which by means of an arc high-energy metal particles are "shot" on the surface to be coated. Due to the kinetic energy to be degraded upon impact of the metal particles or due to the locally high high pressures, the temperature rises sharply, which results in the chemical flux of the flux residues with the material of the metal surface (eg aluminum or aluminum alloy) which leads to deoxidization of the metal surface and, as a result, to an oxide-poor bond between the coating material (eg, Fe alloys or Al alloys) and the material of the workpiece (eg, aluminum).
Das Flussmittel kann dem zum Aufrauen verwendeten Wasser in einer Konzentration zwischen z. B. 0,01% und 10% zugegeben werden.The flux may be added to the water used for roughening in a concentration between z. B. 0.01% and 10% are added.
Dem zum Aufrauen verwendeten Wasser wird ferner ein Farbstoff zugegeben werden. Beispielsweise können Farbpigmente in einer Größenordnung zwischen 0,01 μm und 1 μm in einer Konzentration von bis zu 15% dem Wasser zugegeben werden. Die Zugabe von Farbstoff ermöglicht dann in einfacher Weise eine Kontrolle, ob sich die dem Wasser zugesetzte Lauge bzw. das dem Wasser zugesetzte Flussmittel gleichmäßig auf der aufzurauenden bzw. aufgerauten Metalloberfläche verteilt hat.Further, a dye will be added to the water used for roughening. For example, color pigments in the range between 0.01 .mu.m and 1 .mu.m in a concentration of up to 15% can be added to the water. The addition of dye then makes it easy to check whether the lye added to the water or the flux added to the water has distributed evenly on the metal surface to be roughened or roughened.
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