DE102018208734A1

DE102018208734A1 - Reibungsteil mit verschleissfester Beschichtung und Beschichtungsverfahren dafür

Info

Publication number: DE102018208734A1
Application number: DE102018208734.2A
Authority: DE
Inventors: Ill Joo Lee; Chul Ho Kim; Min Gyun Chung; Yong Sang Joo; Jae Young Lee
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2017-12-13
Filing date: 2018-06-04
Publication date: 2019-06-13
Also published as: US20190177827A1; CN109913791A; US11193194B2; KR102463833B1; KR20190070743A

Abstract

Ein Beschichtungsverfahren für ein Reibungsteil gemäß der vorliegenden Offenbarung weist die Schritte auf: Herstellen eines Drahts, der 0,1 bis 1,0 Gew.-% LaOund einen Rest an Mo aufweist; und Aufbringen des hergestellten Drahtes durch Flammspritzen auf eine Oberfläche des Reibungsteils, wodurch der Reibungsteil eine verbesserte Verschleißfestigkeit aufweist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Reibungsteil mit einer verschleißfesten Beschichtung und ein Beschichtungsverfahren dafür, und insbesondere ein Reibungsteil, das mit einer verschleißfesten Beschichtung versehen ist, um die Verschleißfestigkeit in einem Teil zu verbessern, das durch die in einem Motor oder einem Antriebsstrang erzeugte Reibung beeinflusst wird und ein Beschichtungsverfahren dafür.
Beschreibung des Stands der Technik
Mit den jüngsten Verbesserungen der Motorleistung und der mehrstufigen Zahnräder können Teile in Motoren und Antriebssträngen nun härteren oder extremeren Reibungsbedingungen ausgesetzt sein als in der Vergangenheit. Insbesondere tritt eine große Menge an Reibung an Kontaktpunkten auf, wo ein Kolbenring und eine Kurbelwelle, die beide an einem Motor angebracht sind, und eine Schaltgabel, die ein Antriebsstrangteil ist, der an einem Doppelkupplungsgetriebe (DCT) angebracht ist, jeweils rotieren und mit entsprechenden Gegenstücken in Verbindung treten oder sich von ihnen lösen.
Bisher wurde reines Molybdän (Mo) durch ein Flammspritzverfahren auf eine Oberfläche eines Reibungsteils aufgebracht, um eine verschleißfeste Schicht auszubilden. Die Flammspritzbeschichtung bildet jedoch aufgrund ihrer Prozesseigenschaften oft eine unebene Oberfläche. Dementsprechend kann der Scherverschleiß immer noch auftreten, selbst wenn eine Mo-Beschichtungsschicht durch Flammspritzen ausgebildet wird.
Daher besteht ein Bedarf an einem neuen Beschichtungsmaterial und einem Beschichtungsverfahren zum Verbessern der Oberflächenrauheit sowie der Verschleißfestigkeit durch Flammspritzen.
Die obigen Informationen, die als Stand der Technik beschrieben wurden, dienen lediglich der Verbesserung des Verständnisses des allgemeinen Hintergrunds der Offenbarung und sollten nicht als ein Eingeständnis betrachtet werden, dass diese Informationen einem Stand der Technik entsprechen, die einem Fachmann bereits bekannt sind.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Offenbarung wurde gemacht, um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, und ein Zweck der vorliegenden Offenbarung besteht darin, ein Reibungsteil mit einer verschleißfesten Beschichtung darauf mit verbesserter Oberflächenrauheit und ein Beschichtungsverfahren dafür vorzusehen.
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Reibungsteils vorgesehen, welches die folgenden Schritte aufweisen kann: (a) Herstellen eines Drahts zum Aufbringen auf ein Reibungsteil, wobei der Draht einen Verbundstoff oder eine Beimischung aus einer oder mehreren Metalloxidverbindung(-en) und Molybdän aufweist, wobei, nach Gewicht, (i) etwa 0,1% bis 1,0% einer oder mehrerer Metalloxidverbindung(-en) vorhanden ist bzw. sind und (ii) mindestens der wesentliche Gewichtsrestanteil des Verbundstoffs oder der Beimischung Molybdän (Mo) ist; und (b) Aufbringen des hergestellten Drahts auf eine Oberfläche des Reibungsteils. Insbesondere können die Metalloxidverbindungen mindestens ein oder mehrere Oxid(e) von Lanthan (La), Zirkon (Zr), Yttrium (Y) oder Cer (Ce) aufweisen. Der hergestellte Draht kann durch eine Vielzahl von Verfahren aufgebracht werden, einschließlich Sprühbeschichtung, wie beispielsweise Flammsprühbeschichtung oder Lichtbogensprühbeschichtung.
Das Molybdän (Mo) ist in einer Menge vorhanden, die mindestens dem wesentlichen Gewichtsrestanteil des Metalloxid(e): Molybdän-Verbundstoffs oder der Beimischung (die der Draht sein kann) entspricht. Zum Beispiel kann Molybdän in einer Menge von mindestens 85, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99, 99.1, 99.2, 99.3, 99.4, 99.5, 99.6, 99.7. 99,8 oder 99,9 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Metalloxid(e): Molybdän-Verbundstoffs (welcher der Draht sein kann), vorhanden sein. In bestimmten bevorzugten Aspekten weist der Metalloxid(e): Molybdän-Verbundstoff (welcher der Draht sein kann) nur die eine oder die mehreren Metalloxidverbindung(-en) und Molybdän auf. In anderen Aspekten können jedoch auch ein oder mehrere andere Materialien in geeigneter Weise mit der einen oder den mehreren Metalloxidverbindung(-en) und Molybdän vorliegen.
Der Ausdruck „Metalloxidverbindungen“, „Metalloxidverbindung“ oder „Metalloxid“, wie er hierin verwendet wird, bezieht sich auf eine Verbindung mit mindestens einer oder mehreren Metallkomponenten und Sauerstoff und die Metallkomponente und Sauerstoff können gebunden sein (z. B. kovalente Bindung). Die hier verwendeten Metallkomponenten können aus Alkalimetallen, Erdalkalimetallen, Übergangsmetallen, Metallen nach den Übergangsmetallen, Lanthaniden oder Actiniden ausgewählt sein. Zum Beispiel können die Metalloxidverbindungen mindestens ein oder mehrere Oxid(e) von Lanthan (La), Zirkon (Zr), Yttrium (Y) oder Cer (Ce) aufweisen.
Vorzugsweise kann der hergestellte Draht durch Sprühbeschichten auf die Oberfläche des Reibungsteils aufgebracht werden, vorzugsweise beispielsweise durch Flammspritzen oder Lichtbogenspritzen.
Der Draht kann geeigneterweise La₂O₃, ZrO₂, Y₂O₃, Ce₂O₃ oder Kombinationen davon aufweisen. Vorzugsweise kann der Draht La₂O₃ entweder als einziges Metalloxidmaterial oder in Kombination mit einem oder mehreren zusätzlichen Metalloxiden, wie ZrO₂, vorliegen. Der Draht kann vorzugsweise eine Menge von etwa 0,1 oder 0,3 bis 1,0% eines oder mehrerer Metalloxidmaterialien wie etwa La₂O₃ aufweisen.
Der Herstellungsschritt kann das Herstellen des Drahtes aufweisen, so dass er einen geeigneten Durchmesser wie 1 mm bis 5 mm aufweist. Besonders bevorzugte Durchmesser des Drahts können abhängig von dem Anwendungsverfahren variieren, wie es hierin weiter diskutiert wird.
Der Herstellungsschritt kann das Schmelzen eines Blocks, der die eine oder die mehreren Metalloxidverbindung(-en) und Mo aufweist; und Ziehen des geschmolzenen Blocks, um den Draht herzustellen, aufweisen.
Ferner kann gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ein Reibungsteil aufweisen: einen Hauptkörper eines Reibungsteils; und eine Beschichtungsschicht, die auf einer Oberfläche des Hauptkörpers ausgebildet ist und, nach Gewicht verteilt, eine Menge von etwa 0,1% bis 1,0% einer oder mehrerer Metalloxidverbindung(-en) und eines Rests an Molybdän (Mo) aufweist. Insbesondere können die Metalloxidverbindungen mindestens ein oder mehrere Oxid(e) von Lanthan (La), Zirkon (Zr), Yttrium (Y) oder Cer (Ce) aufweisen.
Der Ausdruck „Reibungsteil“, wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf ein Teil, bei dem starke oder extreme Reibungsbedingungen angewendet werden, beispielsweise durch Drehen, Eingreifen oder Entkoppeln von Gegenstücken.
Beispiele des Reibungsteils können mehrstufige Zahnräder, Teile in Motoren und Antriebssträngen, wie zum Beispiel eine Kurbelwelle, eine Schaltgabel, ein bei einem Doppelkupplungsgetriebe (DCT) verwendetes Antriebsstrangteil, oder dergleichen aufweisen, sind aber nicht darauf beschränkt.
Die Beschichtungsschicht kann geeigneterweise La₂O₃, ZrO₂, Y₂O₃, Ce₂O₃ oder Kombinationen davon in Kombination mit Mo, wie hierin offenbart, aufweisen.
Vorzugsweise kann die Beschichtungsschicht in bestimmten Ausführungsformen La₂O₃ und ZrO₂ zusammen mit Mo aufweisen. In solchen Ausführungsformen kann die Beschichtungsschicht eine Menge von etwa 0,1 oder 0,3 bis 1,0% von La₂O₃ und ZrO₂ aufweisen.
In bestimmten anderen Ausführungsformen kann die Beschichtungsschicht La₂O₃ zusammen mit Mo aufweisen. In solchen Ausführungsformen kann die Beschichtungsschicht eine Menge von etwa 0,1 oder 0,3 bis 1,0% La₂O₃ aufweisen.
Die Beschichtungsschicht kann geeigneterweise so ausgebildet werden, dass sie eine Oberflächenrauheit von 40µm oder weniger aufweist, einschließlich beispielsweise 35µm, 30µm oder 25µm, oder weniger.
Die Beschichtungsschicht kann geeigneterweise Poren aufweisen, die Durchmesser von nicht mehr als 50µm oder 45µm oder 40µm aufweisen.
Der Hauptkörper des Reibungsteils kann nach Gewicht eine Menge von etwa 3,0% bis 4,0% Kohlenstoff (C), eine Menge von etwa 2,0% bis 3,0% Silizium (Si), eine Menge von etwa 0,2% zu 0,6% Mangan (Mn), eine Menge von etwa 0,1% oder weniger Phosphor (P), eine Menge von etwa 0,15% oder weniger Schwefel (S), eine Menge von etwa 1,0% oder weniger Nickel (Ni), eine Menge von etwa 0,3% oder weniger von Chrom (Cr) und ein Rest von Fe und nicht vermeidbaren Verunreinigungen aufweisen.
Während die vorliegenden Beschichtungen so offenbart sind, dass sie als ein Draht aus dem Metalloxid(e): Mo-Verbundstoff aufgebracht werden, können auch andere Verfahren wie z.B. Sprühbeschichtung eines Pulvers des Metalloxid(e): Mo-Verbundstoffs angewendet werden.
In bevorzugten Aspekten kann Metalloxid(e): Mo-Verbundstoff, wie hierin offenbart, wie beispielsweise durch Sprühbeschichtung auf einer Substratoberfläche aufgebracht, Tröpfchen aufweisen, die eine Scheibenform aufweisen (das heißt nicht sphärisch oder nicht Spritzer-förmig). Es wurde festgestellt, dass eine scheibenförmige (einschließlich einer relativ flachen, dünnen und nicht sphärischen Scheibenform) Beschichtungsschicht aus dem vorliegenden Metalloxid(e):Mo-Verbundstoff, einschließlich durch Sprühbeschichten, wie z.B. Flammsprühen, oder andere Sprühanwendungen eines Drahtes des vorliegenden Metalloxid(e):Mo-Verbundstoffs, wie hierin offenbart, vorgesehen werden kann.
Eine Metalloxid(e): Mo-Verbundstoffbeschichtungsschicht, die solche Tröpfchen in Scheibenform aufweist, kann eine Beschichtungsschicht mit einer höheren Qualität (insbesondere eine verbesserte Oberflächenzähigkeit) des Metalloxid(e): Mo-Verbundstoffs vorsehen.
Ferner ist ein Fahrzeug oder Fahrzeugteil vorgesehen, das den hier beschriebenen Reibungsteil aufweisen kann.
Gemäß dem verschleißfest beschichteten Reibungsteil und einem hier beschriebenen Beschichtungsverfahren können mindestens die folgenden Effekte erhalten werden.
Erstens wird eine verbesserte Oberflächenrauheit erreicht, was zu einer Minimierung des Reibungsverschleißes führt.
Zweitens zeigt die Beschichtungsschicht eine verbesserte Haftung an der Grundmaterialmutter und wird somit daran gehindert, von dieser entblättert zu werden.
Schließlich hat die Beschichtungsschicht eine verringerte Anzahl von Poren darin und zeigt somit eine verbesserte Verschleißfestigkeit.
Figurenliste
Die obigen und andere Aspekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen deutlicher, in denen:

1 ein Flussdiagramm eines Beschichtungsverfahrens für ein Reibungsteil gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist;
2 ein mikroskopisches Bild ist, das eine Querschnittsmorphologie eines Reibungsteils mit einer Beschichtungsschicht zeigt, die durch ein Beschichtungsverfahren für ein Reibungsteil gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ausgebildet ist;
3 ein mikroskopisches Bild ist, das eine Oberflächenmorphologie eines Reibungsteils mit einer Beschichtungsschicht zeigt, die durch ein Beschichtungsverfahren für ein Reibungsteil gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ausgebildet ist;
4 ein mikroskopisches Bild ist, das eine Querschnittsmorphologie eines Reibungsteils zeigt, der durch herkömmliches Flammspritzen mit Mo beschichtet ist; und
5 ein mikroskopisches Bild ist, das eine Oberflächenmorphologie eines Reibungsteils zeigt, welches durch herkömmliches Flammspritzen mit Mo beschichtet ist.

Es versteht sich, dass die oben genannten Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind und eine etwas vereinfachte Darstellung verschiedener bevorzugter Merkmale darstellen, welche die Grundprinzipien der Offenbarung veranschaulichen. Die spezifischen Konstruktionsmerkmale der vorliegenden Offenbarung, einschließlich beispielsweise spezifischer Abmessungen, Orientierungen, Orte und Formen, werden teilweise durch die bestimmte beabsichtigte Anwendungs- und Verwendungsumgebung bestimmt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung im Detail unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Wie der Fachmann erkennen wird, können die beschriebenen Ausführungsformen auf verschiedene Arten modifiziert werden ohne den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung zu verlassen. In der gesamten Beschreibung beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Elemente.
Die hier verwendete Terminologie dient nur dem Zweck, bestimmte Ausführungsformen zu beschreiben, und soll die Offenbarung nicht beschränken. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen auch die Pluralformen einschließen, sofern der Kontext nicht deutlich anderes anzeigt. Es versteht sich ferner, dass die Ausdrücke „aufweisend“ und / oder „weist auf“, wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, das Vorhandensein von angegebenen Merkmalen, Regionen, Ganzen Zahlen, Schritten, Verfahren, Elementen und / oder Komponenten spezifizieren, aber nicht das Vorhandensein oder die Hinzufügung von einem oder mehreren anderen Merkmalen, Regionen, Ganzen Zahlen, Schritten, Verfahren, Elementen, Komponenten und / oder Gruppen davon ausschließen.
Es versteht sich, dass der Ausdruck „Fahrzeug“ oder „Gefährt“ oder ein anderer ähnlicher Ausdruck, wie er hier verwendet wird, Kraftfahrzeuge im Allgemeinen, wie Personenkraftwagen einschließlich Sport Utility Vehicles (SUV), Busse, Lastwagen, verschiedene Nutzfahrzeuge, Wasserfahrzeuge einschließlich einer Vielzahl von Booten und Schiffen, Flugzeugen und dergleichen, und Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Plug-in-Hybridelektrofahrzeuge, mit Wasserstoff betriebene Fahrzeuge und andere Fahrzeuge mit alternativen Kraftstoffen (z. B. Kraftstoffe, die aus anderen Ressourcen als Erdöl stammen) umfasst. Wie hierin referenziert, ist ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug, das zwei oder mehr Antriebsquellen aufweist, beispielsweise sowohl benzingetriebene als auch elektrisch betriebene Fahrzeuge.
Ferner wird, sofern nicht speziell angegeben oder aus dem Kontext ersichtlich, der Begriff „ungefähr“, wie hierin verwendet, innerhalb eines Bereichs normaler Toleranz in der Technik verstanden, beispielsweise innerhalb von 2 Standardabweichungen des Mittelwerts. „In etwa“ kann 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 verstanden werden. Sofern sich aus dem Zusammenhang nichts anderes ergibt, werden alle hierin vorgesehenen numerischen Werte durch den Begriff „ungefähr“ modifiziert.
Sofern nicht anders definiert, haben alle Begriffe (einschließlich technischer und wissenschaftlicher Begriffe), die hier verwendet werden, die gleiche Bedeutung, wie sie üblicherweise von einem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet, zu dem diese Offenbarung gehört, verstanden werden. Es wird ferner verstanden werden, dass Begriffe, wie jene, die in allgemein verwendeten Wörterbüchern definiert sind, so interpretiert werden sollten, dass sie eine Bedeutung haben, die mit ihrer Bedeutung im Kontext des relevanten Bereichs übereinstimmt und nicht in einem idealisierten oder übermäßig formalen Sinn interpretiert werden, außer es ist ausdrücklich hierin definiert.
Nachstehend wird ein Reibungsteil mit einer verschleißfesten Beschichtung und ein Beschichtungsverfahren dafür gemäß beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
1 ist ein Flussdiagramm eines Beschichtungsverfahrens für ein Reibungsteil gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Wie in 1 gezeigt, weist die vorliegende Offenbarung einen Schritt des Herstellens eines Drahtes (S100) und einen Schritt des Flammspritzens (S200) auf.
In dem Schritt des Herstellens eines Drahts (S100) kann ein Draht, der eine Menge von etwa 0,1% bis 1,0% einer oder mehrerer Metalloxidverbindung(-en) und einen Rest von Mo enthält, hergestellt werden. In einigen Ausführungsformen kann der Draht La₂O₃, ZrO₂, Y₂O₃, Ce₂O₃ oder Kombinationen davon aufweisen. Vorzugsweise kann der Draht La₂O₃ und ZrO₂ als eine Metalloxidkomponente oder nur La₂O₃ als die Metalloxidkomponente aufweisen. Zum Beispiel weist der Draht, bezogen auf das Gewicht, eine Menge von etwa 0,3 bis 1,0% La₂O₃ und ZrO₂ oder 0,3 bis 1,0% La₂O₃ auf.
In dieser Hinsicht kann ein Block, der die obige Zusammensetzung aufweist, vorzugsweise geschmolzen und dann durch einen Ziehprozess zu einem Drahtstab geformt werden. Wenn nicht anders definiert, bedeutet % Gew.-%.
Mo ist eine wesentliche Komponente, die für die Verschleißfestigkeit der Beschichtungsschicht verantwortlich ist, die beispielsweise durch Flammspritzen ausgebildet wird. Herkömmlicherweise wird Flammspritzen mit reinem Mo (Reinheit von 99,99% oder mehr) durchgeführt. In der vorliegenden Offenbarung wird das Material jedoch z. B. durch Flammspritzen mit einem Sprühdraht aufgebracht, der ferner ein oder mehrere Metalloxid(e) wie Lanthanoxid (La₂O₃) aufweist.
In bestimmten Anwendungen ist La₂O₃ (allein oder zusammen oder in Verbindung mit anderen Metalloxidmaterialien) eine Komponente, die hinzugefügt wird, um eine dünne und breite Beschichtungsschicht auf einer Oberfläche eines Basismaterials zu bilden, da es Tröpfchen mit Scheibenform während des Sprühbeschichtens, wie beispielsweise Flammspritzen, zulässt. Wenn La₂O₃ oder ein anderes Metalloxid, wie hierin offenbart, in einer Menge von weniger als 0,1 Gew.-% zugegeben wird, können oder werden Tröpfchen während des Sprühbeschichtens, wie Flammspritzen, keine Scheibenform haben. Wenn andererseits La₂O₃ in einer Menge zugegeben wird, die 1,0 Gew.-% übersteigt, hat der resultierende reduzierte Gehalt an Mo eher einen nachteiligen Effekt auf die Verschleißfestigkeit.
Zum Beispiel kann die Verwendung von einem oder mehreren Metalloxid(-en), wie etwa La₂O₃ in einer Menge von mehr als 1,0 Gew.-%, die Herstellung eines Metalloxid: Mo-Verbundstoff-Drahts aufgrund der erhöhten Sprödigkeit des Drahtmaterials schwieriger machen. Daher ist der Gehalt an La₂O₃ und / oder anderen Metalloxiden auf eine Menge von etwa 0,1 bis 1,0 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Drahtes, begrenzt.
Beim Aufbringen eines Drahts aus dem Metalloxid-Mo-Verbundstoff kann der Draht geeigneterweise eine Vielzahl von Abmessungen haben, wie beispielsweise 5 mm oder weniger, einschließlich 1-5 mm oder 1-4 mm. Ein Drahtdurchmesser von 3-4 mm ist für mindestens bestimmte Anwendungsverfahren wie Flammspritzen geeignet. Für eine Lichtbogenspritzauftragung kann ein Drahtdurchmesser von 1 oder 1,5 mm bis 2, 3 oder 4 mm besonders geeignet sein.
Bei zumindest bestimmten Aufbringungsverfahren kann der Draht, wenn ein Durchmesser eines Drahtes weniger als etwa 1 mm beträgt, geschmolzene Tröpfchen nicht glatt zuführen, was die Bildung einer ungleichmäßigen Beschichtungsschicht während des Flammspritzens verursacht. Wenn der Durchmesser 4 oder 5 mm übersteigt, ist es schwierig, den Draht an die Sprühausrüstung anzulegen.
Wenn die Drahtherstellung durch Dotieren eines Drahtes aus Mo La₂O₃ statt durch Schmelz- und Ziehprozesse durchgeführt wird, wird La₂O₃ nur auf eine Oberfläche des Drahtes gespritzt, und somit sind die Tröpfchen nicht in ebenen Scheibenformen. Daher wird ein Draht vorzugsweise hergestellt, indem ein Block geschmolzen wird, der die oben erwähnte Zusammensetzung von Mo und La₂O₃ aufweist, und dann wird der geschmolzene Block gezogen.
Beim Flammspritzen (S200) kann eine verschleißfeste Beschichtungsschicht auf einer Oberfläche eines Reibungsteils ausgebildet werden, indem das Flammspritzverfahren unter den Bedingungen durchgeführt wird, die beispielsweise eine Spritzpistolengeschwindigkeit von 18 mm bis 20 mm / s, eine Druckluftströmungsrate von 22 SCFM bis 24 SCFM (Standardkubikfuß pro Minute) und eine Acetylenströmungsrate von 30 SCFM bis 35 SCFH (Standardkubikfuß pro Stunde), aufweisen.
Die Geschwindigkeit der Spritzpistole bestimmt eine Beschichtungsfläche pro Zeiteinheit und die Strömungsrate der komprimierten Luft und die Acetylenströmungsrate berücksichtigen die Intensität und den Entladungsdruck der Flamme. Wenn das Flammspritzen unter den oben beschriebenen Bedingungen durchgeführt wird, kann eine Beschichtungsschicht mit einer Rauheit (Rz) von 40 µm oder weniger ausgebildet werden.
Beispiele für ein Reibungsteil, das ein Objekt ist, das dem oben beschriebenen Beschichtungsprozess unterzogen werden soll, weisen eine Schaltgabel, einen Kolbenring, eine Kurbelwelle oder dergleichen, auf.
2 ist ein mikroskopisches Bild, das eine Querschnittsmorphologie eines Reibungsteils zeigt, der eine Beschichtungsschicht aufweist, die durch ein Beschichtungsverfahren für ein Reibungsteil gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ausgebildet wurde, und 3 ist ein mikroskopisches Bild, das eine Oberflächenmorphologie eines Reibungsteils mit einer Beschichtungsschicht zeigt, die durch ein Beschichtungsverfahren für ein Reibungsteil gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ausgebildet wird.
Wie in den 2 und 3 gezeigt, weist der durch das oben beschriebene Beschichtungsverfahren hergestellte Reibungsteil einen Hauptkörper 100 und eine darauf ausgebildete Beschichtungsschicht 200 auf.
Der Hauptkörper 100 des Reibungsteils kann beispielsweise eine Schaltgabel sein und kann aus einem Material hergestellt sein, das eine Menge, bezogen auf das Gewicht, von etwa 3,0% bis 4,0% Kohlenstoff (C), eine Menge von etwa 2,0 % bis 3,0% Silizium (Si), eine Menge von etwa 0,2% bis 0,6% Mangan (Mn), eine Menge von etwa 0,1% oder weniger Phosphor (P), eine Menge von etwa 0,15% oder weniger Schwefel (S), eine Menge von etwa 1,0% oder weniger von Nickel (Ni), eine Menge von etwa 0,3% oder weniger von Chrom (Cr) und ein Rest von Fe und unvermeidbaren Verunreinigungen aufweist. Wie in dem obigen Beschichtungsverfahren beschrieben, kann die Beschichtungsschicht 200, bezogen auf das Gewicht, eine Menge von etwa 0,1% bis 1,0% einer oder mehrerer Metalloxidverbindung (-en) und einen Rest Molybdän (Mo) aufweisen. Insbesondere können die Metalloxidverbindungen mindestens eines oder mehrere ausgewählt aus Lanthan (La), Zirkon (Zr), Yttrium (Y) oder Cer (Ce) aufweisen. Die Beschichtungsschicht kann geeigneterweise La₂O₃, ZrO₂, Y₂O₃, Ce₂O₃ oder Kombinationen davon aufweisen. Vorzugsweise kann die Beschichtungsschicht La₂O₃ und ZrO₂ aufweisen. Zum Beispiel kann die Beschichtungsschicht eine Menge von etwa 0,1% bis 1,0% La₂O₃ und einen Rest von Mo aufweisen.
Die so erhaltene Beschichtungsschicht 200 hat eine Härte von 1000 Hv bis 1100 Hv, eine Rauheit (Rz) von 30 µm bis 40 µm und eine Haftung von 6 MPa bis 7 MPa.
Insbesondere, da sich ein Tröpfchen während des Flammspritzens weit ausbreitet, um eine Scheibenform aufzuweisen, weist die Beschichtungsschicht 200 eine ausgezeichnete Oberflächenrauheit und eine hohe Adhäsion auf, wobei die Poren (P) in der Größe und der Anzahl darin kleiner werden. In dieser Hinsicht haben die in der Beschichtungsschicht 200 gebildeten Poren (P) einen Durchmesser von 50 um oder weniger.
Daneben zeigt 4 ein mikroskopisches Bild, das eine Querschnittsmorphologie eines mit herkömmlichem Mo durch Flammspritzen beschichteten Reibungsteils zeigt, und 5 ist ein mikroskopisches Bild, das eine Oberflächenmorphologie eines Reibungsteils zeigt, welches durch herkömmliches Flammspritzen mit Mo beschichtet ist.
Wie in den 4 und 5 gezeigt, weist die Beschichtungsschicht (M) eine geringe Rauheit auf, wobei die Poren (P) in Größe und Anzahl zunehmen, da eine Beschichtungsschicht (M) aus reinem Mo durch Flammspritzen als Tröpfchen während des Flammspritzens aufgebracht wird.
Insbesondere werden Poren mit einem Durchmesser von mehr als 50 µm ausgebildet, was die Verschleißfestigkeit verringert.

Physikalische Eigenschaften von Reibungsteilen, die mit Beschichtungsschichten gemäß den Beispielen der vorliegenden Offenbarung versehen sind, und mit Beschichtungsschichten, die aus reinem Mo gemäß dem Vergleichsbeispiel bestehen, sind in der folgenden Tabelle 1 angegeben. Tabelle 1

	Beispiel 1	Beispiel 2	Vergleichsbeispiel
Sprühbeschichtungsmaterial	0.25% La₂O₃ - Mo	0.35% La₂O₃ - Mo	Mo 100%
Beschichtungsschichtdicke (µm)	100-150	100-150	100-150
Härte (Hv)	1080	1012	1018
Rauheit (Rz)	32.4µm	32. 6µm	41.9µm
Adhäsion	6.0	6.3	6.1
Maximale Verschleißtiefe (µm)	18.3	15.6	44.5

Wie in Tabelle 1 gezeigt, zeigten die Beispiele 1 und 2, in denen 0,1% bis 1,0% La₂O₃ zugegeben wurde, eine ausgezeichnete Rauheit bei einem Wert von 32µm bis 33µm, während das Vergleichsbeispiel eine schlechte Rauheit von mehr als 40µm aufwies. Zusätzlich zeigten die Beispiele äquivalente Härtegrade und Adhäsion zu jenen im Vergleichsbeispiel.
Die maximale Verschleißtiefe wurde durch einen Verschleißfestigkeitstest basierend auf dem Block-auf-Ring-Test gemäß ASTM G77 bewertet. In dem Block auf Ring-Test wird ein sechsflächiger Block auf Verschleißtiefe gemessen, indem eine Beschichtungsschicht auf einer Oberfläche des Blocks ausgebildet wird, der Block mit einer äußeren Umfangsfläche eines scheibenförmigen Rings kontaktiert wird und dann der Ring mit einer vorbestimmten Drehgeschwindigkeit gedreht wird.
Bezüglich der Testbedingungen wird der Ring mit den folgenden Geschwindigkeiten gedreht, wobei eine Last von 500 N zwischen dem Block und dem Ring angelegt wird. Der Test wurde insgesamt 5 Minuten lang durchgeführt, d.h. bei 500 UpM für 1 Minute, bei 1000 UpM für 1 Minute, bei 1500 UpM für 1 Minute und bei 2000 UpM für 1 Minute.
Der Ring, der als Gegenmaterial diente, wurde durch Aufkohlen eines SCr420HB-Stahlmaterials hergestellt.
Das Testergebnis zeigt, dass die durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung gebildete Beschichtungsschicht eine Verschleißtiefe von 15 bis 20µm hatte, was ein exzellentes Niveau ist, während die Beschichtungsschicht des Vergleichsbeispiels stark auf mehr als 40µm abgenutzt ist.
Insbesondere trat in dem Vergleichsbeispiel ein Phänomen auf, durch das eine signifikante Menge des Gegenmaterials an die Beschichtungsschicht angehaftet hat und an die Beschichtungsschicht übertragen wurde, da das Vergleichsbeispiel eine schlechte Rauheit aufweist und das Gegenmaterial verschlissen hat.
Während die vorliegende Offenbarung im Detail unter Bezugnahme auf bestimmte beispielhafte Ausführungsformen davon beschrieben worden ist, ist es für den Durchschnittsfachmann wohlbekannt, dass die vorliegende Offenbarung in verschiedenen unterschiedlichen Formen ausgeführt werden kann, ohne von dem Geist oder den wesentlichen Merkmalen abzuweichen davon.
Es ist daher zu verstehen, dass die oben beschriebenen Ausführungsformen in allen Aspekten veranschaulichend und nicht einschränkend sind. Der Umfang der vorliegenden Offenbarung ist eher durch die angehängten Ansprüche als durch die detaillierte Beschreibung definiert, und alle Änderungen oder Modifikationen, die aus der Bedeutung und dem Umfang der Ansprüche und ihrer Äquivalente abgeleitet werden, sollten so interpretiert werden, dass sie im Umfang der vorliegenden Offenbarung enthalten sind.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Reibungsteils, aufweisend: (a) Herstellen eines Drahts, der einen Metalloxid(e): Molybdän (Mo)-Verbundstoff aufweist, der, nach Gewicht verteilt, (i) etwa 0,1% bis 1,0% eine oder mehrere Metalloxidverbindung(-en) und (ii) zumindest den wesentlichen Gewichtsrestanteil des Verbundstoffs aus Molybdän (Mo) aufweist, wobei die Metalloxidverbindung(-en) einen oder mehrere aus Lanthan (La), Zirkon (Zr), Yttrium (Y) oder Cer (Ce) aufweisen; und (b) Aufbringen des hergestellten Drahts auf eine Oberfläche des Reibungsteils.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der aufgebrachte Metalloxid(e): Molybdän-Verbundstoff eine Beschichtung auf dem Reibungsteil ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Draht auf die Oberfläche des Reibungsteils mittels Sprühbeschichten aufgebracht wird.
Verfahren gemäß einem der bisherigen Ansprüche, wobei die eine oder die mehreren Metalloxidverbindung(-en) La₂O₃, ZrO₂, Y₂O₃, Ce₂O₃ oder Kombinationen davon sind.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die eine oder die mehreren Metalloxidverbindung(-en) La₂O₃ aufweist bzw. aufweisen.
Verfahren gemäß einem der bisherigen Ansprüche, wobei der aufgebrachte Metalloxid(e): Molybdän-Verbundstoff, nach Gewicht verteilt, eine Menge von etwa 0,3% bis 1,0 % der einen oder mehreren Metalloxidverbindung(-en) aufweist.
Verfahren gemäß einem der bisherigen Ansprüche, wobei der Draht einen Durchmesser von 1 mm bis 5 mm aufweist.
Verfahren gemäß einem der bisherigen Ansprüche, wobei der Draht durch Schritte hergestellt wird, die aufweisen: Schmelzen eines Blocks, der die eine oder die mehreren Metalloxidverbindung(-en) und Mo aufweist; und Ziehen des geschmolzenen Blocks, um den Draht herzustellen.
Verfahren gemäß einem der bisherigen Ansprüche, wobei der aufgebrachte Metalloxid(e): Molybdän-Verbundstoff Tropfen aufweist, die eine Scheibenform aufweisen.
Beschichteter Reibungsteil, aufweisend: ein Reibungsteil; und eine Beschichtungsschicht, die auf einer Oberfläche des Reibungsteils ausgebildet ist, wobei die Beschichtungsschicht, nach Gewicht verteilt, eine Menge (i) von in etwa 0,1% bis 1,0% einer oder mehrerer Metalloxidverbindung(-en) und (ii) zumindest einen wesentlichen Gewichtsrestanteil der Beschichtungsschicht aus Molybdän (Mo) aufweist, wobei die eine oder die mehreren Metalloxidverbindung(-en) Oxide von Lanthan (La), Zirkon (Zr), Yttrium (Y) oder Cer (Ce) aufweisen.
Beschichteter Reibungsteil gemäß Anspruch 10, wobei die Beschichtungsschicht La₂O₃, ZrO₂, Y₂O₃, Ce₂O₃ oder Kombinationen davon aufweist.
Beschichteter Reibungsteil gemäß Anspruch 10 oder 11, wobei die Beschichtungsschicht nach Gewicht verteilt eine Menge von 0,3% bis 1,0% La₂O₃ aufweist.
Beschichteter Reibungsteil gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Beschichtungsschicht so ausgebildet ist, dass sie eine Oberflächenrauheit von 401µm oder weniger aufweist.
Beschichteter Reibungsteil gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die Beschichtungsschicht Poren aufweist, welche Durchmesser von nicht mehr als 50µm aufweisen.
Beschichteter Reibungskörper gemäß einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei der Reibungsteil nach Gewicht verteilt, eine Menge von etwa 3,0% bis 4,0% Kohlenstoff (C), eine Menge von etwa 2,0% bis 3,0% Silizium (Si), eine Menge von etwa 0,2% zu 0,6% Mangan (Mn), eine Menge von etwa 0,1% oder weniger Phosphor (P), eine Menge von etwa 0,15% oder weniger Schwefel (S), eine Menge von etwa 1,0% oder weniger Nickel (Ni), eine Menge von etwa 0,3% oder weniger von Chrom (Cr) und ein Rest von Fe und nicht vermeidbaren Verunreinigungen aufweist.
Beschichteter Reibungsteil gemäß einem der bisherigen Ansprüche 10 bis 15, wobei die Beschichtungsschicht an einer Oberfläche des Reibungsteils Tropfen aufweist, welche scheibenförmig sind.
Fahrzeug, welches einen beschichteten Reibungskörper gemäß Anspruch 10 aufweist.