DE102015207557A1

DE102015207557A1 - Beschichtungsverfahren für Fahrzeugschaltgabel und durch dasselbe hergestellte Schaltgabel mit amorpher Beschichtungsschicht

Info

Publication number: DE102015207557A1
Application number: DE102015207557.5A
Authority: DE
Inventors: Min Gyun Chung
Original assignee: Hyundai Motor Co
Current assignee: Hyundai Motor Co
Priority date: 2014-10-31
Filing date: 2015-04-24
Publication date: 2016-05-04
Also published as: US9933070B2; CN106148877A; US10969010B2; US20180187779A1; US20160122857A1; KR20160053121A

Abstract

Offenbart ist ein Beschichtungsverfahren für eine Fahrzeugschaltgabel. Insbesondere wird eine amorphe Beschichtungsschicht auf einem Padabschnitt der Fahrzeugschaltgabel unter Nutzung des Hochgeschwindigkeits-Sauerstoff-Kraftstoff-Spritzverfahrens(HV OF) ausgebildet. Weiterhin offenbart ist eine Schaltgabel mit einer durch das Beschichtungsverfahren ausgebildeten amorphen Beschichtungsschicht. Das Beschichtungsverfahren für eine Fahrzeugschaltgabel weist auf: Vorbereiten einer Fe-Cr-Mo-basierten Komposition, wie beispielsweise Pulver; Vorbehandeln der Schaltgabel durch das Waschen eines Padabschnittes der Schaltgabel zum Entfernen von Verunreinigungen; Ausbilden einer Beschichtungsschicht auf dem Padabschnitt unter Verwendung des Fe-Cr-Mo-basierten Pulvers durch das Hochgeschwindigkeits-Sauerstoff-Kraftstoff-Spritzverfahren (HVOF); und Kühlen der Beschichtungsschicht mit einer Kühlrate von etwa 10⁶ bis etwa 10⁸ K/s zum Ausbilden einer amorphen Beschichtungsschicht.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Beschichtungsverfahren für eine Fahrzeugschaltgabel und eine durch das Verfahren hergestellte Schaltgabel mit einer amorphen Beschichtungsschicht. Insbesondere wird eine amorphe Beschichtungsschicht auf einem Padabschnitt der Fahrzeugschaltgabel unter Verwendung des Hochgeschwindigkeits-Sauerstoff-Kraftstoff-Spritzverfahrens (engl. high velocity oxygen fuel spraying, HVOF) ausgebildet, wodurch die Schaltgabel mit der amorphen Beschichtungsschicht bereitgestellt wird.
HINTERGRUND
Üblicherweise wechselt ein Getriebe ordnungsgemäß die Antriebskraft eines Fahrzeugs in Abhängigkeit der Fahrtbedingungen, und weist ebenso eine Zahnradsystem auf, um das Fahrzeug rückwärtsfahren zu lassen, denn ein Motor dreht sich nicht gegenläufig.
1 stellt schematisch eine Querschnittsansicht der internen Struktur eines allgemeinen Schaltgetriebes dar.
Wie in 1 gezeigt weist das allgemeine Schaltgetriebe eine Getriebebetätigungsstruktur zum Betätigen des Schaltzustands auf, und die Struktur beinhaltet: Einen Schalthebel, der direkt durch einen Fahrer bedient wird; eine Schaltstange 20, die die Bedienkraft von dem Schalthebel zu einem Schaltwechsel transferiert; und eine Schaltgabel 10, die eine Synchronisierhülse 30 durch das Verbinden mit der Schaltstange 20 betätigt.
Insbesondere ist die Schaltgabel 10 an der Schaltstange 20 fixiert und hat eine Struktur zum Schieben und Bewegen der Synchronisierhülse 30 zu der axialen Richtung, um in eine auf der Außenumfangsfläche der Synchronisierhülse 30 hergestellte Nut eingeführt zu werden.
Die Synchronisierhülse 30 ist eine Komponente einer Synchrongetriebevorrichtung, die hergestellt wird, um den Schaltwechsel einfach zu schalten. Wenn ein Fahrer den Schalthebel betätigt, wird die Schaltgabel 10 über die Schaltstange 20 betätigt, und dann bewegt sich die Synchronisierhülse 30 durch die Schaltgabel 10 vor und zurück.
Da die Synchronisierhülse 30 sich durch das Betätigen des Schalthebels vor und zurück bewegt, arbeitet die Synchrongetriebevorrichtung entsprechend als Kupplung, führt eine Synchronisierungsaktion durch, um durch Reibkräfte zur gleichen Zeit eine übereinstimmende Geschwindigkeit der Hautwelle und des Schaltgangs zu erzeugen, und verbindet anschließend eine Fahrtgangseite 40 und eine Hauptwellenseite zum Vervollständigen des Gangwechsels.
Hierbei hat die Schaltgabel 10 eine Struktur, bei der ein Arm zu einer Halbkreisform geformt ist und der Arm zu der Außenumfangsfläche der Synchronisierhülse 30 niedergelassen wird. Padabschnitte sind in beiden Enden des Arminneren montiert, um den Schalthebel einfach mit der Synchronisierhülse 30 zu verbinden, wenn sich die Synchronisierhülse durch das Betätigen des Schalthebels vor und zurück bewegt.
Da der Schaltgang während des manuellen Schaltens die mit mehreren tausend Umdrehungen pro Minute rotierende Synchronisierhülse verschiebt, ist die Last auf die Padabschnitte der Schaltgabel 10 konzentriert. Daher ist es notwendig, die Abriebbeständigkeit und geringe Reibschmiereigenschaften eines Antriebelements wie der Schaltgabel zu verbessern, um deren Lebensdauer zu erhöhen und Wettbewerbsfähigkeit in Fahrzeugkraftstoffeffizienz und Emissionskontrolle bereitzustellen.
In den zugehörigen Gebieten sind konventionelle Verfahren zur Herstellung einer Schaltgabel, zum Beispiel eine konventionelle koreanische Publikation mit dem Titel "Die casting method of shift fork for vehicle“ eingeführt worden. Die Verfahren können durch das Ausbilden einer dicken Aluminium/Aluminiumoxid-Schicht (Beschichtungsschicht) auf der Kontaktseite der Schaltgabel mit der Hülse die Abriebbeständigkeit verbessern und die Produktionskosten reduzieren. Allerdings kann beim Bilden einer Beschichtungsschicht durch ein Kaltspritzbeschichtungsverfahren eine amorphe Beschichtungsschicht nicht ausreichend gebildet werden, und die Abriebbeständigkeit und geringe Reibschmiereigenschaften können nicht deren Standards erfüllen.
Die vorstehend als verwandter Stand der Technik der vorliegenden Erfindung bereitgestellte Beschreibung ist lediglich zur Verbesserung des Verständnisses des Hintergrunds der Erfindung gedacht, und soll nicht als Bestandteil des Standes der Technik, der einem Durchschnittsfachmann bekannt ist, verstanden werden.
ZUSAMMENFASSUNG
Gemäß einem bevorzugten Aspekt stellt dievorliegende Erfindung ein Beschichtungsverfahren für eine Fahrzeugschaltgabel bereit. Insbesondere kann das Beschichtungsverfahren durch das Ausbilden einer amorphen Beschichtungsschicht auf dem Padabschnitt der Fahrzeugschaltgabel die Abriebbeständigkeit eines Padabschnittes verbessern und deren geringe Reibeigenschaften maximieren. Weiterhin wird eine durch das Beschichtungsverfahren hergestellte Schaltgabel mit einer amorphen Beschichtungsschicht bereitgestellt.
Gemäß einem Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Beschichtungsverfahren für eine Schaltgabel eines Fahrzeugs bereit. Das Verfahren kann beinhalten: Vorbereiten einer Fe-Cr-Mo-basierten Komposition, wie beispielsweise ein Fe-Cr-Mo-basiertes Pulver; Vorbehandeln einer Schaltgabel durch das Waschen eines Padabschnittes der Schaltgabel zum Entfernen von Verunreinigungen; Ausbilden einer Beschichtungsschicht auf dem Padabschnitt wo Verunreinigungen entfernt werden unter Verwendung der vorbereiteten Fe-Cr-Mo-basierten Komposition durch das Hochgeschwindigkeits-Sauerstoff-Kraftstoff-Spritzverfahren (HVOF); und Kühlen der Beschichtungsschicht mit einer Kühlrate von etwa 10⁶ bis etwa 10⁸ K/s zum Ausbilden einer amorphen Beschichtungsschicht.
In dem Schritt des Vorbereitens der Fe-Cr-Mo-basierten Komposition wie beispielsweise Fe-Cr-Mo-basiertes Pulver, kann das Verfahren beinhalten: Wiegen jedes Materials, das Fe, Cr und Mo enthält; Auflösen jedes gewogenen Materials; Abkühlen und Erstarren jedes aufgelösten Materials; und Pulverisieren jedes abgekühlten Materials in eine Komposition, insbesondere Pulver, die einen Durchmesser von etwa 15 bis etwa 45 µm aufweisen.
In dem Schritt des Vorbehandelns der Schaltgabel kann das Verfahren weiterhin vor dem Entfernen der Verunreinigungen von der Schaltgabel das kurze Strahlbehandeln unter Verwendung von Aluminiumoxidpulver beinhalten, um eine Zehnpunkthöhe (Zehnpunktdurchschnittsrauhigkeit, Rz) der Oberfläche des Padabschnittes von etwa 10 bis etwa 15 µm zu erzielen.
Die Beschichtungsschicht kann ausgebildet sein, eine Dicke von etwa 50 bis etwa 125 µm zu haben, und die Zehnpunkthöhe (Rz) der Oberfläche der Beschichtungsschicht kann etwa 45 µm oder weniger betragen.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Schaltgabel, auf welcher eine amorphe Beschichtungsschicht ausgebildet ist beinhalten:
Einen Körperabschnitt, der ausgestaltet ist an einer Schaltstange fixiert zu werden und einstückig mit einem Arm ausgebildet, der in einer Halbkreisform geformt ist, so dass er das Äußere einer Hülse umhüllt; und Padabschnitte, die ausgestaltet sind, jeweils mit dem Zentrum und dem Inneren beider Enden des Arms verbunden zu sein. Insbesondere können die Padabschnitte unter Verwendung des Fe-Cr-Mo-basierten Pulvers durch das Hochgeschwindigkeits-Sauerstoff-Kraftstoff-Spritzverfahren (HVOF) gebildet werden.
Die Porosität der amorphen Beschichtungsschicht kann in einem Bereich von etwa 4 bis etwa 6 % liegen und deren Vickershärte (HV 300gf) kann in einem Bereich von etwa 600 bis etwa 700 liegen.
Der Durchmesser des Fe-Cr-Mo-basierten Pulvers kann in einem Bereich von etwa 15 bis etwa 45 µm liegen.
Die amorphe Beschichtungsschicht kann ausgebildet sein, eine Dicke von etwa 50 bis etwa 125 µm zu haben, und die Zehnpunkthöhe (Rz) der Oberfläche der Beschichtungsschicht kann vorzugsweise 45 µm oder weniger betragen.
Weiterhin bereitgestellt werden Fahrzeuge, welche die Schaltgabeln aufweisen, die durch die hier beschriebenen Verfahren hergestellt werden.
Weitere Aspekte der Erfindung sind untenstehend offenbart.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorstehenden und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die begleitenden, nachfolgenden Zeichnungen, in denen beispielhaften Ausführungsformen dargestellt sind, beschrieben, wobei die Zeichnungen lediglich der Veranschaulichung dienen und nicht den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung begrenzen, und wobei:
1 eine schematische Querschnittsansicht einer internen Struktur eines üblichen Schaltgetriebes gemäß dem verwandten Stand der Technik darstellt;
2 eine schematische Perspektivansicht einer beispielhaften Schaltgabel gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
3 ein beispielhaftes Diagramm ist, das die Korrelation zwischen Härte und Reibungskoeffizient einer beispielhaften amorphen Beschichtungsschicht gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 ein beispielhaftes Diagramm ist, das die Korrelation zwischen Dicke und Reibungskoeffizient einer beispielhaften amorphen Beschichtungsschicht gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
5 Fotos zeigt, die eine beispielhafte Beschichtungsschicht (a), durch Flammspritzverfahren gebildet; eine beispielhafte Beschichtungsschicht (b), durch Plasmaspritzverfahren gebildet; und eine beispielhafte Beschichtungsschicht (c), gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet; und
6 ein beispielhaftes Diagramm ist, das die Ergebnisse der Röntgendiffraktionsanalyse (engl. X-ray Diffraction, XRD) einer gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildeten beispielhaften Beschichtungsschicht, einer durch Plasmaspritzverfahren gebildeten Beschichtungsschicht und einer durch Flammspritzverfahren gebildeten Beschichtungsschicht zeigt.
Es versteht sich, dass die angehängten Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgerecht sind, sondern eine etwas vereinfachte Darstellung von verschiedenen bevorzugten Merkmalen der vorliegenden Erfindung wie hier offenbart präsentieren, beinhaltend, zum Beispiel, spezifische Dimensionen, Orientierungen, Positionen, und Formen, die teilweise durch die spezifischen gedachten Anwendungen und Nutzungsumgebungen festgelegt werden.
In den Zeichnungen beziehen sich Bezugszeichen durchgehend in verschiedenen Zeichnungen zu denselben oder äquivalenten Teilen der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Im Folgenden wird im Detail Bezug genommen zu den verschiedenen exemplarischen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, von denen Beispiele im den begleitenden Zeichnungen abgebildet und nachfolgend beschrieben sind. Obwohl die Erfindung im Zusammenhang mit exemplarischen Ausführungsformen beschrieben wird, wird davon ausgegangen dass die vorliegende Beschreibung nicht gedacht ist, die Erfindung auf diese exemplarischen Ausführungsformen zu begrenzen. Ganz im Gegenteil soll die Erfindung nicht nur die exemplarischen Ausführungsformen umfassen, sondern ebenso vielzählige Alternativen, Modifikationen, Äquivalente und andere exemplarische Ausführungsformen, welche im Geist und im Geltungsbereich der
Erfindung, wie in den angehängten Ansprüchen definiert, mitinbegriffen sind.
Es versteht sich, dass der Ausdruck „Fahrzeug“ oder „Fahrzeug-„ oder andere ähnliche Ausdrücke wie sie hier benutzt werden, Motorfahrzeuge im Allgemeinen sowie Personenfahrzeuge inklusive Geländewagen (SUV), Busse, Lastkraftwagen, verschiedene kommerzielle Fahrzeuge, Wasserfahrzeuge inklusive einer Vielfalt von Booten und Schiffen, Flugzeuge, und ähnliche beinhaltet, und Hybridfahrzeuge, elektrische Fahrzeuge, elektrische Plug-In-Hybridfahrzeuge, wasserstoffbetriebene Fahrzeuge und andere Alternativkraftstofffahrzeuge (z.B. Kraftstoffe die sich von anderen Ressourcen als Erdöl ableiten) beinhaltet. Wie hier benannt ist ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug, welches zwei oder mehr Energiequellen aufweist, zum Beispiel sowohl benzin- als auch elektrisch betriebene Fahrzeuge.
Die hier benutzte Terminologie dient lediglich der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen und ist nicht zur Eingrenzung der Erfindung gedacht. Wie hier benutzt sind die Singularformen „ein/eine“ und „der/die/das“ gedacht, auch die Pluralformen zu umfassen, es sei denn der Kontext lässt eindeutig Gegenteiliges erkennen. Es wird ferner davon ausgegangen, dass der Ausdruck „aufweist/umfasst“ und/oder „aufweisend/umfassend“, wenn er in der Beschreibung genutzt wird, die Anwesenheit von genannten Merkmalen, Ganzzahlen, Schritten, Operationen, Elementen und/oder Komponenten spezifiziert, aber nicht die Anwesenheit oder das Hinzufügung von einem oder mehreren weiteren Merkmalen, Ganzzahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen hiervon ausschließt. Wie in diesem Zusammenhang benutzt, umfasst der Ausdruck „und/oder“ jede und alle Kombinationen eines oder mehrerer der dazugehörigen genannten Begriffe.
Wenn nicht spezifisch angegeben oder aus dem Kontext, wie hierin benutzt, offensichtlich, wird der Ausdruck „etwa“ verstanden als innerhalb eines Bereiches üblicher Toleranzen, zum Beispiel innerhalb der doppelten Standardabweichung des Mittelwerts. „Etwa“ kann verstanden werden als innerhalb von 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2%, 1%, 0,5%, 0,1%, 0,05% oder 0,01% des angegebenen Wertes. Sofern nicht anderweitig klar aus dem Kontext, sind alle hier bereitgestellten numerischen Werte mit dem Ausdruck „etwa“ modifiziert.
2 stellt eine schematische Perspektivansicht einer beispielhaften Schaltgabel gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Wie in 1 und 2 gezeigt kann die Schaltgabel 10 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhalten: einen Körperabschnitt 100, der ausgestaltet ist an einer Schaltstange 20 fixiert zu werden und an dessen einer Seite einstückig ein Arm 110 ausgebildet ist, der in einer Halbkreisform geformt ist, so dass er das Äußere einer Hülse 30 umhüllt; und Padabschnitte 200, die ausgestaltet sind, jeweils mit dem Zentrum und dem Inneren beider Enden des Arms 110 verbunden zu sein.
Insbesondere kann auf der Oberfläche jedes Padabschnittes 200 eine amorphe Beschichtungsschicht unter Verwendung von Fe-Cr-Mo-basiertem Pulver durch das Hochgeschwindigkeits-Sauerstoff-Kraftstoff-Spritzverfahren (HVOF) ausgebildet sein.
Die amorphe Beschichtungsschicht kann eine homogene Legierung ohne Defekte wie Korngrenzen sein. Weiterhin kann die amorphe Beschichtungsschicht mechanische Eigenschaften der Schaltgabel 10, wie beispielsweise geringe Reibungseigenschaften und Abriebbeständigkeitseigenschaften verbessern und weiterhin die Korrosionsbeständigkeit verbessern. Entsprechend können Haltbarkeit und Lebensdauer der Schaltgabel 10 verbessert werden.
3 ist ein beispielhaftes Diagramm, das die Korrelation zwischen Härte und Reibungskoeffizient einer amorphen Beschichtungsschicht gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Wie hierin beschrieben wird die Härte sieben Mal bei einer Last von etwa 300 gf unter Verwendung eines Micro-Vickers-Härtetesters gemessen, und anschließend als ein Durchschnittswert ohne den höchsten und den niedrigsten Wert ausgedrückt.
Zu diesem Zeitpunkt, kann sich, wenn die Härte der amorphen Beschichtungsschicht gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemessen wird, da die Eindringlast erhöht wird, die Eindringfläche erhöhen, und viele in der amorphen Beschichtungsschicht präsente Poren, Mikrorisse und ähnliche können gemeinsam detektiert werden.
Da der gemessene Härtewert mechanische Eigenschaften der Beschichtungsschicht effektiver deuten kann als der bei geringer Eindringlast gemessene Härtewert, wird in der vorliegenden Erfindung die Härte mit einer Last von etwa 300 gf gemessen, welche die maximale Last zur Messung des Materials der vorliegenden Erfindung ist.
Wie in 3 gezeigt kann der Reibungskoeffizient mit einem reduzierten Härtewert ebenfalls reduziert werden, weil eine geeignete Anzahl von Poren, die auf der Oberfläche der Beschichtungsschicht präsent sind, als Ölreservoir funktionieren können und dadurch die Schmiereigenschaften verbessen können.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Porosität der Beschichtungsschicht in einem Bereich von etwa 4 bis etwa 6 % liegen und deren Vickershärte (HV 300 gf) kann in einem Bereich von etwa 600 bis etwa 700 liegen. Wenn die Porosität der amorphen Beschichtungsschicht weniger als 4 % beträgt, können die Schmiereigenschaften aufgrund des unzureichenden Ölgehaltes nicht erhalten werden, und wenn die Porosität größer als etwa 6 % ist, kann die Festigkeit der amorphen Beschichtungsschicht reduziert sein.
Zudem kann die amorphe Beschichtungsschicht gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Verwendung eines Fe-Cr-Mo-basierten Pulver ausgebildet werden, und das Fe-Cr-Mo-basierte Pulver kann einen Durchmesser von etwa 15 bis etwa 45 µm haben. Insbesondere kann die Partikelgröße des Fe-Cr-Mo-basierten Pulvers die physikalischen Eigenschaften und die Ausbeute der amorphen Beschichtungsschicht beeinflussen. Wenn die Partikel einen Durchmesser von weniger als etwa 15 µm aufweisen, können die Fe-Cr-Mo-basierten Pulver von einem Basismaterial abprallen und nicht an diesem anhaften (Abprallphänomen), wodurch die Beschichtungsausbeute und Haftfestigkeit reduziert werden. Wenn Partikel einen Durchmesser größer als etwa 45 µm aufweisen, können die Schmiereigenschaften aufgrund der erhöhten Oberflächenhöhe der amorphen Beschichtungsschicht reduziert sein.
Ferner kann die amorphe Beschichtungsschicht zu einer Dicke von etwa 50 bis etwa 125 µm ausgebildet sein und die Zehnpunkthöhe (Rz) von deren Oberfläche kann etwa 45 µm oder weniger betragen.
4 ist ein beispielhaftes Diagramm, das die Korrelation zwischen Dicke und Reibungskoeffizient einer amorphen Beschichtungsschicht gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Wie in 4 gezeigt, kann, wenn die Dicke der amorphen Beschichtungsschicht weniger als etwa 50 µm beträgt, die Haltbarkeit der Beschichtungsschicht reduziert werden, und wenn die Dicke der Beschichtungsschicht größer als etwa 125 µm ist, kann der Reibungskoeffizient stark ansteigen.
Weiterhin kann die Beschichtung aufgrund von Oberflächenmodifikationen der amorphen Beschichtungsschicht spröde sein, wenn die Dicke der Beschichtungsschicht größer als etwa 200 µm ist.
Die Zehnpunkthöhe (Rz) der Oberfläche der amorphen Beschichtungsschicht kann etwa 45 µm oder weniger betragen. Wenn die Zehnpunkthöhe (Rz) größer als 45 µm ist, können die Schmiereigenschaften der amorphen Beschichtungsschicht reduziert sein.
Nachfolgend wird das Beschichtungsverfahren für eine Fahrzeugschaltgabel gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Beschichtungsverfahren für eine Schaltgabel beinhalten: Vorbereiten eines Fe-Cr-Mo-basierten Pulvers; Vorbehandeln einer Schaltgabel 10 durch das Waschen eines Padabschnittes 200 der Schaltgabel 10; Ausbilden einer Beschichtungsschicht; und deren Kühlung.
In dem Schritt des Vorbereitens der Fe-Cr-Mo-basierten Komposition wie beispielsweise Fe-Cr-Mo-basierten Pulvers kann das Verfahren beinhalten: Wiegen jedes Materials, das Fe, Cr und Mo enthält; Auflösen jedes gewogenen Materials; Abkühlen und Erstarren jedes der aufgelösten Materials; und Pulverisieren jedes Materials zu Pulvern. Als solche können die vorbereiteten Fe-Cr-Mo-basierten Pulver verwendet werden, und eine beispielhafte Zusammensetzung von Fe, Cr und Mo und Ähnlichem ist in der nachfolgenden Tabelle 1 gezeigt Tabelle 1

Inhaltsstoff Fe Cr Mo Si Andere

Gew.-% 57,42 28,31 11,33 < 2 < 1
Insbesondere kann der Pulverisierungsschritt nach dem Abkühlen und Erstarren des aufgelösten Materials durchgeführt werden, und dann können die Materialien zu Partikeln mit einem Durchmesser von etwa 15 bis etwa 45 µm pulverisiert werden.
Wenn die Partikel in dem Fe-Cr-Mo-basierten Pulver in dem Prozess des Ausbildens der Beschichtungsschicht durch das Hochgeschwindigkeits-Sauerstoff-Kraftstoff-Spritzverfahren einen Durchmesser von weniger als etwa 15 µm haben, kann das Abprallphänomen auftreten, so dass die Pulver von dem Padabschnitt abprallen können und nicht daran anhaften können, wodurch die Beschichtungsausbeute und die Haftfestigkeit reduziert wird. Wenn die Partikel einen Durchmesser haben der größer als 45 µm ist, können aufgrund der erhöhten Oberflächenrauigkeit der amorphen Beschichtungsschicht die Schmiereigenschaften reduziert werden.
In dem Schritt des Vorbehandelns der Schaltgabel 10 kann das Verfahren beinhalten: das kurze Strahlbehandeln der Oberfläche des Padabschnittes unter Verwendung von Aluminiumoxidpulver; und das Entfernen von an der Oberfläche anhaftenden Verunreinigungen wie Staub durch das Waschen des Padabschnittes 200.
Zu diesem Zeitpunkt kann in dem Prozess des kurzen Strahlens zum Verbessern der Haftfestigkeit der amorphen Beschichtungsschicht die Zehnpunkthöhe (Rz) der Oberfläche des Padabschnittes 200 bei einem Niveau von etwa 10 bis etwa 15µm erhalten werden, wodurch Defekte wie das Abfallen oder Ablösen vermieden werden.
Weiterhin können während des Entfernens der Verunreinigungen durch das kurze Strahlen, zusätzlich zu anderen Verunreinigungen die an der Oberfläche des Padabschnitts 200 anhaften, Verunreinigungen wie an der Oberfläche des Padabschnitts 200 anhaftendes Aluminiumoxid entfernt werden, wodurch die Haftfestigkeit der amorphen Beschichtungsschicht weiter verbessert wird.
In dem Schritt des Ausbildens der Beschichtungsschicht kann die amorphe Beschichtungsschicht auf der Oberfläche des Padabschnitts 200 ausgebildet werden, welche unter Verwendung des Fe-Cr-Mo-basierten Pulvers durch das Hochgeschwindigkeits-Sauerstoff-Kraftstoff-Spritzverfahren (HVOF) oberflächenbehandelt werden kann.
Wie hierin beschrieben kann die Spritzrate der zum Ausbilden der Beschichtungsschicht gespritzten Partikel den Umfang der Kristallisation der Beschichtungsschicht beeinflussen. Die Spritzrate der Partikel kann in der Reihenfolge Hochgeschwindigkeits-Sauerstoff-Kraftstoff-Spritzen, Plasmaspritzverfahren und Flammspritzverfahren steigen, und das Ausbilden der amorphen Beschichtungsschicht kann mit einem geringeren Umfang von Kristallisation durch das Hochgeschwindigkeits-Sauerstoff-Kraftstoff-Spritzverfahren einfacher werden. In anderen Worten, wenn die Partikelspritzrate erhöht wird, kann die Kühlrate erhöht werden, so dass der Anteil der amorphen Phase beeinflusst werden kann.
5 zeigt fotographische Ansichten einer beispielhaften Beschichtungsschicht (a), durch Flammspritzverfahren gebildet; einer beispielhaften Beschichtungsschicht (b), durch Plasmaspritzverfahren gebildet; und einer beispielhaften Beschichtungsschicht (c), gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet.
6 ist ein beispielhaftes Diagramm, das die Ergebnisse der Röntgendiffraktionsanalyse (engl. X-ray Diffraction, XRD) einer durch Flammspritzverfahren gebildeten beispielhaften Beschichtungsschicht, einer durch Plasmaspritzverfahren gebildeten beispielhaften Beschichtungsschicht und einer gemäß der vorliegenden Erfindung gebildeten beispielhaften Beschichtungsschicht, zeigt.
Wie in 5 und 6 gezeigt kann die durch das Hochgeschwindigkeits-Sauerstoff-Kraftstoff-Spritzverfahren (HVOF) hergestellte Beschichtungsschicht in den Ergebnissen der XRD-Analyse einen breiten Peak aufweisen, und daher kann die Beschichtungsschicht auch nach dem Beschichten eine amorphe Phase beibehalten. Allerdings zeigen alle Beschichtungsschichten die durch Plasmaspritzverfahren und Flammspritzverfahren hergestellt wurden kristalline Phasenpeaks und daher können kristalline Beschichtungsschichten ausgebildet sein.
Weiterhin kann die Beschichtungsschicht in dem Schritt des Ausbildens der Beschichtungsschicht gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet sein, eine Dicke von etwa 50 bis etwa 125 µm zu haben, und die Zehnpunkthöhe (Rz) von deren Oberfläche kann etwa 45 µm oder weniger betragen. Wie vorstehend beschrieben kann die Dicke von etwa 50 µm geeignet sein um die minimale Haltbarkeit sicherzustellen, die für die Beschichtungsschicht, die gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt wird, benötigt wird. Wenn die Dicke der Beschichtungsschicht größer als etwa 125 µm ist, kann der Reibungskoeffizient stark ansteigen und zudem können die Schmiereigenschaften der amorphen Beschichtungsschicht reduziert sein, wenn die Zehnpunkthöhe (Rz) größer als etwa 45 µm ist.
Weiterhin kann die Beschichtungsschicht in dem Kühlschritt bei einer Kühlrate von etwa 10⁶ bis etwa 10⁸ K/s abgekühlt werden, um aus der auf der Oberfläche des Padabschnittes 200 ausgebildeten Beschichtungsschicht eine amorphe Beschichtungsschicht zu machen.
Wie vorstehend beschrieben kann die Kühlrate nach dem Ausbilden der Beschichtungsschicht den Anteil der amorphen Phase beeinflussen. Die Beschichtungsschicht kann bei einer Rate von etwa 10⁶ bis etwa 10⁸ K/s abgekühlt werden, um die amorphe Phase nach dem Beschichten beizubehalten. Entsprechend können Abriebbeständigkeit und niedrige Reibungskoeffizienteneigenschaften verbessert werden, wodurch die Lebensdauer der Schaltgabel 10 und die Kraftstoffeffizienz des Fahrzeugs verbessert werden.
Entsprechend den verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können durch das Ausbilden einer amorphen Beschichtungsschicht auf einem Padabschnitt einer Schaltgabel die Abriebbeständigkeit und niedrige Reibungskoeffizienteneigenschaften verbessert werden, wodurch die Lebensdauer der Schaltgabel und die Kraftstoffeffizienz des Fahrzeugs verbessert werden können.
Weiterhin kann die Beschichtungsschicht ausgebildet sein, eine Porosität von etwa 4 bis etwa 6% aufzuweisen, und die Poren können als Ölreservoir funktionieren, wodurch die Schmiereigenschaften maximiert werden.
Diese Erfindung wurde detailliert mit Bezugnahme auf exemplarische Ausführungsformen hiervon beschrieben. Allerdings wird durch den Fachmann anerkannt werden, dass Änderungen in diesen exemplarischen Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne vom Grundprinzip und dem Erfindungsgedanken der Erfindung, deren Schutzbereich die folgenden Ansprüche und deren Äquivalente definieren, abzuweichen.

Claims

Beschichtungsverfahren für eine Fahrzeugschaltgabel, aufweisend: Vorbereiten einer Fe-Cr-Mo-basierten Komposition; Vorbehandeln der Schaltgabel durch das Waschen eines Padabschnittes der Schaltgabel zum Entfernen von Verunreinigungen; Ausbilden einer Beschichtungsschicht auf dem Padabschnitt wo Verunreinigungen entfernt werden unter Verwendung der vorbereiteten Fe-Cr-Mo-basierten Komposition durch das Hochgeschwindigkeits-Sauerstoff-Kraftstoff-Spritzverfahren (HVOF); und Kühlen der Beschichtungsschicht zum Ausbilden einer amorphen Beschichtungsschicht.
Beschichtungsverfahren gemäß Anspruch 1, wobei Fe-Cr-Mo-basiertes Pulver vorbereitet wird.
Beschichtungsverfahren gemäß Anspruch 2, wobei das Verfahren beim Vorbereiten des Fe-Cr-Mo-basierten Pulvers aufweist: Wiegen jedes Materials, das Fe, Cr und Mo enthält; Auflösen jedes gewogenen Materials; und Abkühlen und Erstarren jedes aufgelösten Materials; und Pulverisieren jedes abgekühlten Materials in die Pulver, die einen Durchmesser von etwa 15 bis etwa 45 µm aufweisen.
Beschichtungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Verfahren beim Vorbehandeln der Schaltgabel weiterhin vor dem Entfernen der Verunreinigungen von der Schaltgabel das kurze Strahlbehandeln der Schaltgabel unter Verwendung von Aluminiumoxidpulver beinhaltet, um eine Zehnpunkthöhe (Rz) der Oberfläche des Padabschnittes von etwa 10 bis etwa 15 µm zu erzielen.
Beschichtungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Beschichtungsschicht ausgebildet ist, eine Dicke von etwa 50 bis etwa 125 µm zu haben, und die Zehnpunkthöhe (Rz) der Oberfläche der Beschichtungsschicht etwa 45 µm oder weniger beträgt.
Beschichtungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Beschichtungsschicht beim Kühlen der Beschichtungsschicht mit einer Kühlrate von etwa 10⁶ bis etwa 10⁸ K/s gekühlt wird.
Schaltgabel, beinhaltend eine amorphe Beschichtungsschicht, aufweisend: einen Körperabschnitt, der ausgestaltet ist an einer Schaltstange fixiert zu werden und einstückig mit einem Arm ausgebildet, der in einer Halbkreisform geformt ist, so dass er das Äußere einer Hülse umhüllt; und Padabschnitte, die ausgestaltet sind, jeweils mit dem Zentrum und dem Inneren beider Enden des Arms verbunden zu sein, wobei die Padabschnitte mit Fe-Cr-Mo-basiertem Pulver durch das Hochgeschwindigkeits-Sauerstoff-Kraftstoff-Spritzverfahren (HVOF) beschichtet sind.
Schaltgabel gemäß Anspruch 7, wobei die Porosität der amorphen Beschichtungsschicht in einem Bereich von etwa 4 bis etwa 6 % liegt und deren Vickershärte (HV 300gf) in einem Bereich von etwa 600 bis etwa 700 liegt.
Schaltgabel gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei ein Durchmesser des Fe-Cr-Mo-basierten Pulvers in einem Bereich von etwa 15 bis etwa 45 µm liegt.
Schaltgabel gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die amorphe Beschichtungsschicht zu einer Dicke von etwa 50 bis etwa 125 µm ausgebildet ist und die Zehnpunkthöhe (Rz) der Oberfläche der Beschichtungsschicht etwa 45 µm oder weniger beträgt.
Fahrzeug, das eine Schaltgabel gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10 aufweist.