DE102019131623A1 - Process for the production of a functional layer by means of cold gas spraying, powder mixture and component - Google Patents

Process for the production of a functional layer by means of cold gas spraying, powder mixture and component Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Herstellung einer funktionalen Schicht mittels Kaltgasspritzen, umfassend die Schritte:- Bereitstellen einer zu beschichtenden Oberfläche;- Bereitstellen einer Pulvermischung zum Formen einer Schicht auf der zu beschichtenden Oberfläche, wobei die Pulvermischung zumindest zwei Komponenten aufweist, wobei ein Verhältnis der Härte einer ersten Komponente zur Härte einer zweiten Komponente in einem Bereich von 0,1 bis 0,4 liegt;- Zumischen der Pulvermischung einem Prozessgas und Auftragen einer Schicht auf die zu beschichtende Oberfläche mittels Kaltgasspritzen.A method for producing a functional layer by means of cold gas spraying, comprising the steps: - providing a surface to be coated; - providing a powder mixture for forming a layer on the surface to be coated, the powder mixture having at least two components, with a ratio of the hardness of a first component the hardness of a second component is in a range from 0.1 to 0.4; - adding the powder mixture to a process gas and applying a layer to the surface to be coated using cold gas spraying

Description

Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer funktionalen Schicht mittels Kaltgasspritzen, insbesondere zur Beschichtung von Ventilsitzen von Zylinderköpfen von Verbrennungsmotoren, auf eine Pulvermischung sowie auf ein Bauteil.The invention is directed to a method for producing a functional layer by means of cold gas spraying, in particular for coating valve seats of cylinder heads of internal combustion engines, on a powder mixture and on a component.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Bauteile lokal zu beschichten, um so das Bauteil gezielt mit bestimmten Eigenschaften zu versehen. Die DE 101 60 958 A1 offenbart beispielsweise ein Verfahren zur Beschichtung einer Zylinderbohrung eines Kurbelgehäuses eines Verbrennungsmotors, wobei bei dem Umfahren die Zylinderbohrung mit einer dynamischen Kaltgas-Sprühung zum Beschichten der genannten Zylinderbohrung mit einem zum Material des genannten Motorblocks unterschiedlichen Beschichtungsmaterial gesprüht wird. Es hat sich herausgestellt, dass es in der Praxis schwierig ist, tatsächlich Beschichtungen zu erzeugen, die den gewünschten Anforderungen standhalten und für Serienanwendungen geeignet sind. So ist beispielsweise die Lebensdauer zu kurz oder es treten bereits bei der Herstellung der Schichten Probleme auf, wie beispielsweise eine Rissbildung.It is known from the prior art to coat components locally in order to provide the component with specific properties in a targeted manner. The DE 101 60 958 A1 discloses, for example, a method for coating a cylinder bore of a crankcase of an internal combustion engine, the cylinder bore being sprayed with a dynamic cold gas spray to coat said cylinder bore with a coating material different from the material of said engine block when driving around. It has been found that in practice it is difficult to actually produce coatings that withstand the desired requirements and are suitable for series applications. For example, the service life is too short or problems arise during the production of the layers, such as cracking.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer funktionalen Schicht mittels Kaltgasspritzen, eine Pulvermischung sowie ein Bauteil anzugeben, welche die vorgenannten Nachteile beseitigen und dabei auch für Serienanwendungen geeignet sind.It is therefore an object of the present invention to provide a method for producing a functional layer by means of cold gas spraying, a powder mixture and a component which eliminate the aforementioned disadvantages and are also suitable for series applications.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1, durch eine Pulvermischung gemäß Anspruch 6 sowie durch ein Bauteil gemäß Anspruch 13 gelöst. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung und der beigefügten Figur.This object is achieved by a method according to claim 1, by a powder mixture according to claim 6 and by a component according to claim 13. Further advantages and features emerge from the subclaims as well as the description and the attached figure.

Erfindungsgemäß umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer funktionalen Schicht mittels Kaltgasspritzen die Schritte:

  • - Bereitstellen einer zu beschichtenden Oberfläche;
  • - Bereitstellen einer Pulvermischung zum Formen einer Schicht auf der zu beschichtenden Oberfläche, wobei die Pulvermischung zumindest zwei Komponenten aufweist, wobei ein Verhältnis der Härte einer ersten Komponente zur Härte einer zweiten Komponente in einem Bereich von 0,1 bis 0,4 liegt;
  • - Zumischen der Pulvermischung einem Prozessgas und Auftragen einer Schicht auf die zu beschichtende Oberfläche mittels Kaltgasspritzen.
According to the invention, a method for producing a functional layer by means of cold gas spraying comprises the steps:
  • - Provision of a surface to be coated;
  • Providing a powder mixture for forming a layer on the surface to be coated, the powder mixture having at least two components, a ratio of the hardness of a first component to the hardness of a second component being in a range from 0.1 to 0.4;
  • - Mixing the powder mixture with a process gas and applying a layer to the surface to be coated by means of cold gas spraying.

Das Kaltgasspritzen ist ein Beschichtungsverfahren, bei dem der Beschichtungswerkstoff, vorliegend die Pulvermischung, in Pulverform mit sehr hoher Geschwindigkeit auf ein Trägermaterial oder Substrat aufgebracht wird. Als vorteilhaft zu erwähnen ist hierbei insbesondere der geringe Wärmeeintrag aufgrund der niedrigen Prozesstemperaturen. Die Schicht umfasst vorteilhafterweise zumindest zwei Komponenten oder Werkstoffe. Die erste Komponente bzw. der erste Werkstoff weist einer geringere Härte bzw. eine höhere Duktilität als die zweite Komponente bzw. der zweite Werkstoff auf, wobei die zweite Komponente bzw. der zweite Werkstoff bevorzugt eine höhere Verschleißbeständigkeit als die erste Komponente bzw. der erste Werkstoff aufweist. Mit Vorteil ermöglicht die erste Komponente der Pulvermischung, dass die Schicht als solche eine gute Haftung an der Oberfläche aufweist oder bereitstellt. Insbesondere ermöglicht die erste Komponente eine gute Haftung der zweiten Komponente an der Oberfläche. Die erste Komponente ist insbesondere ausgelegt, die zweite Komponente an die Oberfläche zu binden. Ermöglicht wird dies insbesondere durch deren Duktilität und ein ausreichendes Verformungsvermögen der ersten Komponente. Es hat sich herausgestellt, dass ein Verhältnis der Härte der erste Komponente zur Härte der zweiten Komponente hierzu bevorzugt in einem Bereich von 0,1 bis 0,4 liegt, besonders bevorzugt in einem Bereich von 0,15 bis 0,3. Dadurch kann eine optimal haftende Schicht mit einem ausgezeichneten Verschleißverhalten realisiert werden, wobei dieses insbesondere durch die zweite Komponente erreicht wird.Cold gas spraying is a coating process in which the coating material, in this case the powder mixture, is applied in powder form to a carrier material or substrate at very high speed. In particular, the low heat input due to the low process temperatures should be mentioned as advantageous. The layer advantageously comprises at least two components or materials. The first component or the first material has a lower hardness or a higher ductility than the second component or the second material, the second component or the second material preferably having a higher wear resistance than the first component or the first material having. The first component of the powder mixture advantageously enables the layer as such to have or provide good adhesion to the surface. In particular, the first component enables the second component to adhere well to the surface. The first component is designed in particular to bind the second component to the surface. This is made possible in particular by their ductility and a sufficient deformability of the first component. It has been found that a ratio of the hardness of the first component to the hardness of the second component is preferably in a range from 0.1 to 0.4, particularly preferably in a range from 0.15 to 0.3. As a result, an optimally adhering layer with excellent wear behavior can be achieved, this being achieved in particular by the second component.

Besonders bevorzugt umfasst das Verfahren den Schritt:

  • - Aufbringen der Schicht derart, dass die Pulvermischung weder aufgeschmolzen noch angeschmolzen wird.
The method particularly preferably comprises the step:
  • - Application of the layer in such a way that the powder mixture is neither melted nor partially melted.

Insbesondere soll das Verfahren derart geführt werden, dass die erste Komponente nicht auf- oder angeschmolzen wird. Stattdessen findet eine reine Verformung statt. Damit wird unter anderem sichergestellt, dass die Schicht nicht reißt, wodurch ein sehr prozesssicheres Verfahren bereitgestellt wird.In particular, the method should be carried out in such a way that the first component is not melted on or on. Instead, there is pure deformation. This ensures, among other things, that the layer does not tear, which provides a very reliable process.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die zu beschichtende Oberfläche ein Ventilsitz eines Zylinderkopfs. Zweckmäßigerweise ermöglicht das Verfahren ein Substituieren von Ventilsitzringen, bevorzugt insbesondere der Einlass-Ventilsitzringe. Hierbei handelt es sich um gesonderte Bauteile, welche ansonsten aufwändig in den Zylinderkopf eingesetzt werden müssen.According to a preferred embodiment, the surface to be coated is a valve seat of a cylinder head. The method expediently enables valve seat inserts to be substituted, preferably in particular the inlet valve seat inserts. These are separate components which otherwise have to be inserted into the cylinder head in a laborious manner.

Gemäß einer Ausführungsform weist die Schicht eine Stärke oder eine Dicke in einem Bereich von etwa 0,6-2 mm auf. Als besonders vorteilhaft hat sich folgender Verfahrensschritt erwiesen:

  • - Aufbringen der Schicht in genau einer Überfahrt mit einer Vollschubgeschwindigkeit von etwa 8-12 mm pro Sekunde, bei einem Pulvermassenstrom von etwa 26-29 cm3 pro Minute.
According to one embodiment, the layer has a thickness or a thickness in a range of approximately 0.6-2 mm. The following process step has proven to be particularly advantageous:
  • - Application of the layer in exactly one pass with a full thrust speed of about 8-12 mm per second, with a powder mass flow of about 26-29 cm 3 per minute.

Der Prozessgas-Massenstrom liegt dabei vorteilhafterweise bei etwa 100 m3/h. Die vorgenannten Verfahrensparameter wirken insbesondere einem etwaigen Risswachstum entgegen. Insbesondere für Ventilsitze haben sich Schichtdicken in einem Bereich von etwa 0,9-1,5 mm als besonders vorteilhaft erwiesen.The process gas mass flow is advantageously around 100 m 3 / h. The aforementioned process parameters particularly counteract any crack growth. For valve seats in particular, layer thicknesses in a range of approximately 0.9-1.5 mm have proven to be particularly advantageous.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:

  • - Aufteilen der Pulvermischung auf mehrere Teilströme und Zumischen der Teilströme zu dem Prozessgas.
According to one embodiment, the method comprises the step:
  • - Dividing the powder mixture into several substreams and admixing the substreams to the process gas.

Zweckmäßigerweise werden mehrere Pulverförderer verwendet, beispielsweise zwei. Durch diese Aufteilung kann der Schichtaufbau optimiert werden. Bei dem Prozessgas handelt es sich beispielsweise um Stickstoff oder um Helium.Several powder feeders are expediently used, for example two. The layer structure can be optimized through this division. The process gas is, for example, nitrogen or helium.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:

  • - Bereitstellen oder Zumischen einer dritten Komponente zum Einstellen einer Porosität der Schicht.
According to one embodiment, the method comprises the step:
  • Providing or admixing a third component for setting a porosity of the layer.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Pulvermischung eine dritte Komponente auf, wobei es sich hierbei gemäß einer bevorzugten Ausführungsform insbesondere um Kupfer handelt, und wobei die dritte Komponente ausgelegt ist, eine Reibung innerhalb der Pulvermischung zu verringern. Dies ermöglicht eine optimale Verteilung der Pulvermischung beim Auftreffen auf der zu beschichtenden Oberfläche und ein Einstellen einer gewünschten Porosität.According to a preferred embodiment, the powder mixture has a third component, which according to a preferred embodiment is in particular copper, and the third component is designed to reduce friction within the powder mixture. This enables an optimal distribution of the powder mixture when it hits the surface to be coated and a desired porosity to be set.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:

  • - Heizen des Prozessgases auf 700-1000 °C, wobei sich insbesondere etwa 800 °C als vorteilhaft erwiesen haben.
According to one embodiment, the method comprises the step:
  • - Heating the process gas to 700-1000 ° C, in particular about 800 ° C have proven to be advantageous.

Bevorzugte Drücke für das Prozessgas liegen in einem Bereich von etwa 45-51 bar, insbesondere bei ca. 48 bar.Preferred pressures for the process gas are in a range of approximately 45-51 bar, in particular approximately 48 bar.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Prozesstemperatur des Prozessgases 800 °C, der Druck 48 bar, eine Pulverförderrate 4,5 rpm (Rotationen pro Minute), wobei pro Rotation 3 cm3 gefördert werden. Die Anzahl der Pulverförderer beträgt dabei bevorzugt zwei.According to a preferred embodiment, the process temperature of the process gas is 800 ° C., the pressure is 48 bar, and a powder delivery rate is 4.5 rpm (rotations per minute), with 3 cm 3 being delivered per rotation. The number of powder feeders is preferably two.

Die Erfindung richtet sich auch auf eine Pulvermischung zum Kaltgasspritzen, umfassend zumindest zwei Komponenten, wobei ein Verhältnis der Härte einer ersten Komponente zur Härte einer zweiten Komponente in einem Bereich von bevorzugt 0,1 bis 0,4 liegt, besonders bevorzugt zwischen 0,15 und 0,3. Zweckmäßigerweise weist die erste Komponente eine niedrigere Härte als die zweite Komponente auf, wobei die zweite Komponente zweckmäßigerweise eine höhere Verschleißbeständigkeit als die erste Komponente aufweist. Bevorzugt ist die erste Komponente insbesondere duktiler als die zweite Komponente, wobei sich herausgestellt hat, dass das vorgenannte Härte-Verhältnis der Komponenten ideal ist, um ein Schicht zu erzeugen, welche nicht nur prozesssicher zu fertigen ist, sondern auch für den Einsatz in schwierigsten Verhältnissen, wie dem Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine, geeignet ist. Dabei sei erwähnt, dass die im Zusammenhang mit dem Verfahren erwähnten Vorteile analog und entsprechend für die Pulvermischung gelten, sowie umgekehrt.The invention is also directed to a powder mixture for cold gas spraying, comprising at least two components, a ratio of the hardness of a first component to the hardness of a second component in a range of preferably 0.1 to 0.4, particularly preferably between 0.15 and 0.3. The first component expediently has a lower hardness than the second component, the second component expediently having a higher wear resistance than the first component. The first component is preferably more ductile than the second component, and it has been found that the aforementioned hardness ratio of the components is ideal in order to produce a layer that can not only be manufactured reliably, but also for use in the most difficult conditions , such as the combustion chamber of an internal combustion engine, is suitable. It should be mentioned here that the advantages mentioned in connection with the method apply analogously and correspondingly to the powder mixture, and vice versa.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste Komponente 316L, wobei die zweite Komponente MoNiCrO ist. Bei 316L handelt es sich um einen austenitischen Edelstahl mit sehr guter Korrosionsbeständigkeit und einer für die vorliegenden Anforderungen optimalen Duktilität bzw. Härte.According to a preferred embodiment, the first component is 316L, the second component being MoNiCrO. 316L is an austenitic stainless steel with very good corrosion resistance and an optimal ductility or hardness for the present requirements.

Zweckmäßigerweise weist die erste Komponente der Pulvermischung, insbesondere der Werkstoff 316L, eine Härte in einem Bereich von 200 bis 300 HV 0,025 auf. Zweckmäßigerweise weist die zweite Komponente der Pulvermischung, insbesondere der Werkstoff MoNiCrO, eine Härte in einem Bereich von 1100-1200 HV 0,025 auf.The first component of the powder mixture, in particular the material 316L, expediently has a hardness in a range from 200 to 300 HV 0.025. The second component of the powder mixture, in particular the material MoNiCrO, expediently has a hardness in a range of 1100-1200 HV 0.025.

Mit Vorteil können so Schichten mit einer (Misch-)Härte in einem Bereich von 320 bis 380 HV 1 erzeugt werden. Nach dem Beschichten weist die erste Komponente, insbesondere 316L, eine Härte in einem Bereich von 330 bis 390 HV 0,025 auf, die zweite Komponente, insbesondere MoNiCrO, eine Härte in einem Bereich von 1100 bis 1200 HV 0,025.In this way, layers with a (mixed) hardness in a range from 320 to 380 HV 1 can advantageously be produced. After coating, the first component, in particular 316L, has a hardness in a range from 330 to 390 HV 0.025, the second component, in particular MoNiCrO, a hardness in a range from 1100 to 1200 HV 0.025.

Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, wenn eine Verhältnis der ersten Komponente zur zweiten Komponente, bezogen auf deren Masse, in einem Bereich von 0,8-2,1 liegt. Besonders vorteilhaft liegt das Masse-Verhältnis bei 1,2-1,3, insbesondere bei 1,25. Bevorzugt werden 50 Gewichtsprozent der ersten Komponente und 40 Gewichtsprozent der zweiten Komponente verwendet, wobei die restlichen 10 Gewichtsprozent vorteilhafterweise auf eine dritte Komponente entfallen, wobei die dritte Komponente mit Vorteil ausgelegt ist, eine Porosität der Schicht einzustellen.It has been found to be particularly advantageous if a ratio of the first component to the second component, based on their mass, is in a range of 0.8-2.1. The mass ratio is particularly advantageously 1.2-1.3, in particular 1.25. 50 percent by weight of the first component and 40 percent by weight of the second component are preferably used, the remaining 10 percent by weight advantageously being accounted for by a third component, the third component advantageously being designed to set a porosity of the layer.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Pulvermischung eine dritte Komponente auf, wobei es sich hierbei gemäß einer bevorzugten Ausführungsform insbesondere um Kupfer handelt, und wobei die dritte Komponente ausgelegt ist, eine Reibung innerhalb der Pulvermischung zu verringern. Dies ermöglicht eine optimale Verteilung der Pulvermischung beim Auftreffen auf der zu beschichtenden Oberfläche und das Einstellen einer gewünschten Porosität.According to a preferred embodiment, the powder mixture has a third component, which according to a preferred embodiment is in particular copper, and the third component is designed to reduce friction within the powder mixture. This enables an optimal distribution of the powder mixture when it hits the surface to be coated and the setting of a desired porosity.

Zweckmäßigerweise kann über die dritte Komponente eine Porosität der zu erzeugenden Schicht eingestellt werden. Diese liegt vorliegend bei bevorzugt kleiner 0,8 %, insbesondere bevorzugt bei kleiner als 0,5 %. Die vorgenannten Werte können beispielsweise über eine Grauwert-Verteilung eines Schnitts erhalten werden.A porosity of the layer to be produced can expediently be set via the third component. In the present case, this is preferably less than 0.8%, particularly preferably less than 0.5%. The aforementioned values can be obtained, for example, via a gray value distribution of a section.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform liegt ein Verhältnis einer Partikelgröße der ersten Komponente zu einer Partikelgröße der zweiten Komponente in einem Bereich von 0,1-3,5. Insbesondere ein Verhältnis zwischen 0,3 und 1,6 hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen.According to a preferred embodiment, a ratio of a particle size of the first component to a particle size of the second component is in a range from 0.1-3.5. In particular, a ratio between 0.3 and 1.6 has proven to be particularly advantageous.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform liegen die Partikelgrößen der ersten Komponente, insbesondere des Werkstoffs 316L, in einem Bereich von 7-50 µm, bevorzugt bei 15 bis 38 µm, die Partikelgrößen der zweiten Komponente in einem Bereich von 15 bis 60 µm, bevorzugt bei 25 bis 43 µm, und die Partikelgrößen der dritten Komponente, insbesondere Kupfer, in einem Bereich von 7 bis 50 µm, insbesondere bei 15-38 µm.According to a preferred embodiment, the particle sizes of the first component, in particular of the material 316L, are in a range from 7-50 μm, preferably 15 to 38 μm, the particle sizes of the second component in a range from 15 to 60 μm, preferably 25 to 43 µm, and the particle sizes of the third component, in particular copper, in a range from 7 to 50 µm, in particular 15-38 µm.

Die vorgenannte Partikelgrößen tragen entscheidend dazu bei, ein prozesssicheres Verfahren zur ermöglichen. Es hat sich gezeigt, dass beispielsweise zu großen Partikel aufbrechen und zu kleine Partikel eine zu hohe Geschwindigkeit erreichen, was beides für einen qualitativ hochwertigen Schichtaufbau problematisch ist.The aforementioned particle sizes make a decisive contribution to enabling a reliable process. It has been shown that, for example, particles that are too large break open and particles that are too small reach too high a speed, both of which are problematic for a high-quality layer structure.

Die Erfindung richtet sich auch auf ein Bauteil, umfassend zumindest eine funktionale Schicht, hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.The invention is also directed to a component comprising at least one functional layer produced by the method according to the invention.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Bauteil ein metallisches Bauteil, insbesondere ein Gussbauteil, beispielsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Bevorzugte Gießverfahren sind der Kokillenguss, Druckguss oder Niederdruckguss, wobei diese Aufzählung nicht abschließend zu verstehen ist.According to a preferred embodiment, the component is a metallic component, in particular a cast component, for example made of aluminum or an aluminum alloy. Preferred casting methods are permanent mold casting, pressure casting or low-pressure casting, although this list is not to be understood as being exhaustive.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Bauteil ein Zylinderkopf einer Verbrennungskraftmaschine. Die funktionalen Schichten sind mit Vorteil die Ventilsitze, insbesondere die Einlass-Ventilsitze. Zweckmäßigerweise kann so das Einsetzen von Ventilsitzringen entfallen. Die funktionale Schicht kann vorteilhafterweise direkt auf das (Guss-)Bauteil aufgebracht werden. Je nach Qualität des (Guss-)Bauteils kann eine, beispielsweise mechanische, Vorbearbeitung zweckmäßig sein, um die Haftung der Schicht zu erhöhen, wobei hierbei Verfahren wie Schleifen, Bestrahlen mit einem abrasiven Medium zur Aufrauhung oder auch eine Laserbehandlung etc. zielführend sein können.According to a preferred embodiment, the component is a cylinder head of an internal combustion engine. The functional layers are advantageously the valve seats, in particular the inlet valve seats. The insertion of valve seat inserts can expediently be dispensed with. The functional layer can advantageously be applied directly to the (cast) component. Depending on the quality of the (cast) component, pre-processing, for example mechanical, can be useful in order to increase the adhesion of the layer, whereby methods such as grinding, irradiation with an abrasive medium for roughening or laser treatment, etc. can be expedient.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Schicht eine Härte in einem Bereich von 320 bis 380 HV 1 auf. Die Form oder Ausprägung der Schicht unterliegt keinen Beschränkungen. Im Falle eines Ventilsitzes ist die Schicht kreisförmig ausgebildet. Das Auftragen erfolgt entsprechend durch Abfahren einer Kreisbahn. Alternativ sind aber auch beliebige flächige Ausgestaltungen möglich, welche z. B. mit der Sprühlanze zeilenweise abgefahren werden. An dieser Stelle sei erwähnt, dass es sich als vorteilhaft erwiesen hat, einen Abstand beim Beschichten von ca. 50 mm zu wählen.According to a preferred embodiment, the layer has a hardness in a range from 320 to 380 HV 1. The shape or characteristics of the layer are not subject to any restrictions. In the case of a valve seat, the layer is circular. The application takes place accordingly by following a circular path. Alternatively, however, any flat designs are possible, which z. B. be traversed line by line with the spray lance. At this point it should be mentioned that it has proven to be advantageous to choose a distance of approx. 50 mm when coating.

Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform des Verfahrens mit Bezug auf die beigefügte Figur.Further advantages and features emerge from the following description of an embodiment of the method with reference to the attached figure.

Es zeigt:

  • 1: eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Kaltgasspritzen zur Veranschaulichung des Verfahrens.
It shows:
  • 1 : a schematic view of a device for cold gas spraying to illustrate the method.

1 zeigt in einer schematischen Ansicht eine Vorrichtung zum Kaltgasspritzen, wobei diese eine Druckkammer umfasst, in welcher eine Heizeinrichtung 42 angeordnet ist. Dieser Druckkammer 40 wird ein Prozessgas 20 zugeführt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das Prozessgas auf etwa 800° C erhitzt und auf einen Druck von ca. 48 bar gebracht. Im Anschluss erfolgt ein Zumischen der Pulvermischung. In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt eine Aufteilung der Pulvermischung auf zwei Teilströme 30. Die Zumischung erfolgt hierbei über entsprechende Pulverförderer, welche hier nicht dargestellt sind. Ein Arbeitsstrahl 60, umfassend das Prozessgas 20, welchem die Teilströme 30 zugemischt sind, verlässt die Vorrichtung über eine Lanze 44, wobei das Prozessgas 20, angereichert um die Pulvermischung, hierbei auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt wird. Ein typischer Durchmesser der Beschichtungslanze bzw. einer Austrittsöffnung liegt beispielsweise bei etwa 6-6,5 mm. In der Folge entsteht auf einer Oberfläche 10 eine Schicht 12. Ein Abstand a beträgt bevorzugt ca. 50 mm. 1 shows a schematic view of a device for cold gas spraying, this comprising a pressure chamber in which a heating device 42 is arranged. This pressure chamber 40 becomes a process gas 20th fed. According to a preferred embodiment, the process gas is heated to about 800 ° C. and brought to a pressure of about 48 bar. The powder mixture is then mixed in. In a preferred embodiment, the powder mixture is divided into two substreams 30th . The admixing takes place via corresponding powder feeders, which are not shown here. A working beam 60 , comprising the process gas 20th which the partial flows 30th are mixed, leaves the device via a lance 44 , the process gas 20th , enriched with the powder mixture, is accelerated to supersonic speed. A typical diameter of the coating lance or an outlet opening is, for example, about 6-6.5 mm. As a result, arises on a surface 10 a layer 12th . A distance a is preferably about 50 mm.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010
Oberflächesurface
1212th
Schichtlayer
2020th
ProzessgasProcess gas
3030th
TeilstromPartial flow
4040
DruckkammerPressure chamber
4242
HeizeinrichtungHeating device
4444
Lanzelance
6060
ArbeitsstrahlWorking beam
aa
Abstanddistance

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 10160958 A1 [0002]DE 10160958 A1 [0002]

Claims (15)

Verfahren zur Herstellung einer funktionalen Schicht (12) mittels Kaltgasspritzen, umfassend die Schritte: - Bereitstellen einer zu beschichtenden Oberfläche (10); - Bereitstellen einer Pulvermischung zum Formen einer Schicht (12) auf der zu beschichtenden Oberfläche (10), wobei die Pulvermischung zumindest zwei Komponenten aufweist, wobei ein Verhältnis der Härte einer ersten Komponente zur Härte einer zweiten Komponente in einem Bereich von 0,1 bis 0,4 liegt; - Zumischen der Pulvermischung einem Prozessgas (20) und Auftragen der Schicht (12) auf die zu beschichtende Oberfläche (10) mittels Kaltgasspritzen.A method for producing a functional layer (12) by means of cold gas spraying, comprising the steps: - Provision of a surface to be coated (10); - Providing a powder mixture for forming a layer (12) on the surface (10) to be coated, the powder mixture having at least two components, the ratio of the hardness of a first component to the hardness of a second component in a range from 0.1 to 0 , 4 is; - Adding the powder mixture to a process gas (20) and applying the layer (12) to the surface (10) to be coated by means of cold gas spraying. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zu beschichtende Oberfläche (10) ein Ventilsitz eines Zylinderkopfs ist.Procedure according to Claim 1 , wherein the surface to be coated (10) is a valve seat of a cylinder head. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Schicht (12) eine Stärke oder Dicke in einem Bereich von etwa 0,6 bis 2 mm aufweist, umfassend den Schritt: - Aufbringen der Schicht (12) in genau einer Überfahrt mit einer Vorschubgeschwindigkeit von etwa 8 bis 12 mm/s bei einem Pulvermassenstrom von etwa 26 bis 29 cm3/min.Procedure according to Claim 1 or 2 , the layer (12) having a thickness in a range from about 0.6 to 2 mm, comprising the step: - applying the layer (12) in exactly one pass at a feed rate of about 8 to 12 mm / s at a powder mass flow of about 26 to 29 cm 3 / min. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfassend den Schritt: - Aufteilen der Pulvermischung auf mehrere Teilströme (20) und Zumischen der Teilströme dem Prozessgas (20).Method according to one of the preceding claims, comprising the step: - Dividing the powder mixture into several substreams (20) and admixing the substreams with the process gas (20). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend den Schritt: - Bereitstellen oder Zumischen einer dritten Komponente zum Einstellen einer Porosität der Schicht (12).Method according to one of the preceding claims, comprising the step: - Providing or admixing a third component for setting a porosity of the layer (12). Pulvermischung zum Kaltgasspritzen, umfassend zumindest zwei Komponenten, wobei ein Verhältnis der Härte einer ersten Komponente zur Härte einer zweiten Komponente in einem Bereich von 0,1 bis 0,4 liegt.Powder mixture for cold gas spraying, comprising at least two components, wherein a ratio of the hardness of a first component to the hardness of a second component is in a range from 0.1 to 0.4. Pulvermischung nach Anspruch 6, wobei die erste Komponente eine Härte in einem Bereich von 200 bis 300 HV 0,025 aufweist.Powder mixture after Claim 6 , wherein the first component has a hardness in a range from 200 to 300 HV 0.025. Pulvermischung nach Anspruch 6 oder 7, wobei die zweite Komponente eine Härte in einem Bereich von 1100 bis 1200 0,025 HV aufweist.Powder mixture after Claim 6 or 7th , wherein the second component has a hardness in a range from 1100 to 1200 0.025 HV. Pulvermischung nach einem der Ansprüche 6-8, wobei die erste Komponente 316L und die zweite Komponente MoNiCrO ist.Powder mixture according to one of the Claims 6 - 8th , wherein the first component is 316L and the second component is MoNiCrO. Pulvermischung nach einem der Ansprüche 6-9, wobei ein Verhältnis der ersten Komponente zur zweiten Komponente bezogen auf deren Masse in einem Bereich von 0,8 bis 2,1 liegt.Powder mixture according to one of the Claims 6 - 9 , wherein a ratio of the first component to the second component based on their mass is in a range from 0.8 to 2.1. Pulvermischung nach einem der Ansprüche 6-10, wobei die Pulvermischung eine dritte Komponente aufweist, und wobei die dritte Komponente ausgelegt ist, eine Reibung innerhalb der Pulvermischung zu verringern.Powder mixture according to one of the Claims 6 - 10 wherein the powder mixture has a third component, and wherein the third component is configured to reduce friction within the powder mixture. Pulvermischung nach einem der Anspruch 6-11, wobei ein Verhältnis einer Partikelgröße der ersten Komponente zu einer Partikelgröße der zweiten Komponente in einem Bereich von 0,1 bis 3,5 liegt.Powder mixture according to one of the Claim 6 - 11 wherein a ratio of a particle size of the first component to a particle size of the second component is in a range from 0.1 to 3.5. Bauteil, umfassend zumindest eine funktionale Schicht (12), hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5.Component comprising at least one functional layer (12) produced by a method according to one of the Claims 1 to 5 . Bauteil nach Anspruch 13, wobei das Bauteil ein metallisches Gussbauteil ist.Component after Claim 13 , wherein the component is a metallic cast component. Bauteil nach einem der Ansprüche 12-14, wobei die Schicht (12) eine Härte in einem Bereich von 320 bis 380 HV 1 aufweist.Component according to one of the Claims 12 - 14th wherein the layer (12) has a hardness in a range from 320 to 380 HV 1.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19508069C1 (en) * 1995-02-27 1996-05-23 Nu Tech Gmbh Outlet valve for diesel IC engines
CN102527544A (en) * 2012-02-24 2012-07-04 中国科学院金属研究所 Cold spray device and method for preparing metal composite gradient quasicrystal coating
KR20190113914A (en) * 2017-02-03 2019-10-08 르노 에스.아.에스. Sliding member and sliding member of internal combustion engine

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