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Diese Erfindung betrifft allgemein
Verfahren zum Sprühbeschichten
von Zylinderwänden
eines Leichtmetall-Motorblocks unter Verwendung eines Hochgeschwindigkeitsflammspritzsystems (HVOF-System)
und insbesondere das Aufbringen von Beschichtungen, die auf Eisen
basieren.
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Es ist auf dem Fachgebiet bekannt,
die Zylinderwände
von Aluminiummotorblöcken
unter Verwendung von Hochgeschwindigkeitsflammspritzsystemen (HVOF-Systemen)
mit einem auf Eisen basierenden Material thermisch zu sprühbeschichten.
Beispiele von bekannten HVOF-Systemen schließen diejenigen ein, die in
den US-Patenten 5,014,916, 5,148,986, 5,275,336, 4,578,114 und 5,334,235
offenbart sind, bei denen ein Strahl aus Sauerstoff und gasförmigem Brennstoff
im Inneren einer HVOF-Pistole
entzündet
wird, um einen Zuführdraht
aus einem auf Eisen basierenden Material zu schmelzen, das durch
den Strahl des brennenden Sauerstoff-Brennstoffs aus der Pistole
auf die Oberfläche
der Zylinderwand ausgestoßen
wird. Die Aufbringungsrate ist durch die Aufschmelzrate des Zuführdrahtmaterials begrenzt.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, die Effizienz derartiger HVOF-Systeme zu erhöhen.
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Ein Verfahren zum thermischen Sprühbeschichten
einer Zylinderwand eines Leichtmetall-Motorblocks weist das Vorsehen
einer Hochgeschwindigkeits-Sauerstoffbrennstoffeinrichtung (HVOF-Einrichtung)
und das Vorrücken
eines Zuführdrahts
aus einem auf Eisen basierenden Material in die HVOF-Einrichtung
auf, um ein vorderes Ende des Drahts in einer Hochtemperaturzone
der HVOF-Einrichtung zu positionieren. Hochgeschwindigkeits-Strahlströmungen von
Sauerstoff und gasförmigem
Brennstoff werden der Hochtemperaturzone zugeführt und verbrannt, um ausreichend
Wärme zu
erzeugen, um das vordere Ende des Zuführdrahts zu schmelzen und um
das aufgeschmolzene Material des Zuführdrahts auf die Zylinderwand
des Motorblocks zu sprühen.
Gemäß einem
kennzeichnenden Merkmal der Erfindung wird die Zufuhr des Sauerstoffs
zu der HVOF-Einrichtung so gesteuert, dass ein Überangebot von Sauerstoff in
der Hochtemperaturzone der HVOF-Einrichtung geschaffen wird, das über der
Sauerstoffmenge liegt, die für
eine stöchiometrische
Verbrennung des gasförmigen
Brennstoffs liegt. Der überschüssige Sauerstoff
reagiert in der Hochtemperaturzone mit einer entsprechenden zugeordneten
Fraktion des auf Eisen basierenden Zuführmaterials, um die entsprechende
Fraktion des Zuführmaterials
als Festbrennstoffquelle zu verbrennen, um eine zusätzliche
Wärmequelle
in der Hochtemperaturzone der HVOF-Einrichtung zu erzeugen.
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Die Erfindung hat den Vorteil, dass
der HVOF-Einrichtung Sauerstoff im Überschuss zugeführt wird,
so dass ein Teil des auf Eisen basierenden Zuführmaterials als Quelle von
Festkörperbrennstoff verbraucht
wird, so dass sich die Temperatur und die Intensität des Aufheizens
in der Hochtemperaturzone erhöht,
wodurch die Rate wesentlich erhöht
wird, mit der das auf Eisen basierende Zuführmaterial durch die HVOF-Einrichtung
in eine aufgesprühte
Beschichtung auf den Zylinderwänden
umgewandelt werden kann. Folglich schafft das Verfahren der vorliegenden
Erfindung einen effizienteren Prozess zum thermischen Aufsprühen von
auf Eisen basierenden Beschichtungen auf Zylinderwandsubstraten
in einem HVOF-System,
wodurch die Aufbringungsrate des Beschichtungsmaterials erhöht wird
und die Anzahl von Zylinderwandoberflächen, die in einer vorgegebenen
Zeit beschichtet werden können,
stark erhöht
wird. Außerdem
ermöglicht
das Verfahren der vorliegenden Erfindung, bei Verwendung des HVOF-Systems
einen Zylinderblock ohne die Verwendung einer Kühlwasserströmung in dem Wassermantel des
Blocks zu bearbeiten.
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Die Erfindung hat ferner den Vorteil,
dass durch die Steuerung der Sauerstoffströmung relativ zur Strömung des
gasförmigen
Brennstoffs eine einfache Lösung
zur Erhöhung
der Effizienz und der Aufbringungsrate von HVOF-Systemen bei Verwendung
von Standardmaterialien geschaffen wird, nämlich bei Verwendung von standardmäßigem Sauerstoff
und standardmäßigen gasförmigen Brennstoffarten
und standardmäßigem, auf
Eisen basierendem Zuführmaterial.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung
ist außerdem,
dass die hohe Wärmekapazität, die bei
der Verbrennung der Fraktion des Zuführmaterials erzeugt wird, die
Abhängigkeit
von dem gasförmigen
Brennstoff als der einzigen Wärmequelle
zum Aufschmelzen des Zuführmaterials
in der Hochtemperaturzone verringert. Die ergänzende Wärme, die durch die Verbrennung
des Zuführmaterials
erzeugt wird, ermöglicht
es dem Anwender der vorliegenden Erfindung, aus einer Vielzahl von
gasförmigen
Brennstoffen auszuwählen,
einschließlich
einiger kostengünstiger Brennstoffe,
die, jeweils für
sich genommen, für
eine annehmbare Leistung eines HVOF-Systems nicht genügend Wärme in dem
HVOF-System bereitstellen können.
Ergänzt
durch die Verbrennung des Zuführmaterials
als Festkörperbrennstoffquelle
können diese
ansonsten ungeeigneten gasförmigen
Brennstoffquellen jedoch als kostengünstige Alternativen für die gasförmige Brennstoffquelle
in einem HVOF-System in Betracht kommen.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung
ist, dass die Verbrennung einer Fraktion des auf Eisen basierenden
Zuführmaterials
Eisenoxide erzeugt, die als Teil der thermisch aufgesprühten Beschichtung
eingebaut werden. Die Präsenz
von Eisenoxidteilchen erhöht
die Abriebfestigkeit der thermisch aufgesprühten Beschichtung.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der
Erfindung kann Aluminium zu dem auf Eisen basierenden Zuführmaterial
hinzugegeben werden, um den Sauerstoffanteil in der aufgesprühten Beschichtung
herabzusetzen und um die Form des Oxids von FeO in FeAl2O4 zu ändern.
FeO ist eine metastabile Oxidphase, die sich im Laufe der Zeit bei
Motorbetriebstemperaturen in einer Volumen expandierenden Reaktion
zu Fe3O4 umwandeln
kann. FeAl2O4 ist
eine stabile Oxidphase, die sich bei Motorbetriebstemperaturen nicht
umwandelt. Die Präsenz
von Aluminium in dem Oxid verbessert die Abriebfestigkeit der thermischen
aufgesprühten
Beschichtung weiter, und die Beschichtung ist weniger spröde als eine
Beschichtung, die FeO-Oxide aufweist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der
Erfindung sind Zusätze
in dem auf Eisen basierenden Zuführmaterial
vorgesehen, um die Versprödung
aufgrund von Verunreinigungen, wie beispielsweise Schwefel, zu kontrollieren.
Gemäß der Erfindung
hat die Einbringung von Yttrium, Calcium, Magnesium, Titan, Zirkonium,
Hafnium, Cerium oder Lanthan den günstigen Effekt, dass durch
diese Elemente Verunreinigungen gebunden werden, so dass deren Fähigkeit
zur Segregation an Grenzflächen,
wie beispielsweise Korngrenzen, eliminiert wird, wodurch eine durch
solche Verunreinigungen verursachte Versprödung reduziert oder eliminiert
wird.
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Eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung ist in der folgenden Beschreibung und in den beigefügten Zeichnungen
offenbart, wobei:
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1 eine
schematische isometrische Ansicht eines Motorblocks aus Gussaluminium
ist, der teilweise weggebrochen und im Schnitt gezeigt ist, und
den erfindungsgemäßen Prozess
der Beschichtung der Wände
der Zylinder darstellt; und
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2 eine
vergrößerte fragmentarische Schnittansicht
eines Zylinders des Motorblocks ist, der erfindungsgemäß beschichtet
wird.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung, teilweise im Schnitt und weggebrochen,
eines Motorblocks 10 für
einen Vierzylindermotor mit vier Zylinderkammern, die in dem Motorblock 10 durch
Zylinderwände 12 definiert
sind. Der Motorblock 10 ist aus einem Leichtmetall gegossen,
wie beispielsweise Aluminium, Magnesium oder Legierungen davon.
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Erfindungsgemäß wird ein Sprühnebel 14 aus
atomisiertem Material auf Eisenbasis auf die Zylinderwände 12 aufgebracht,
um auf diesen eine thermisch aufgesprühte Beschichtung 16 des
Materials zu bilden. Die Zylinderwände 12 werden anfangs
gereinigt, beispielsweise durch Wasserätzen gemäß einer bekannten Praxis. Die
Beschichtung 16 wird unter Verwendung einer thermischen
Sprüheinrichtung 18 für Hochgeschwindigkeitsflammspritzen
(HVOF) aufgebracht, und Praktiken, die auf dem Fachgebiet im Wesentlichen
bekannt aber erfindungsgemäß abgewandelt
sind, werden nachfolgend beschrieben. Die HVOF-Metallsprühpistoleneinrichtung 18 weist einen
oder mehrere röhrenförmige Beschichtungsköpfe 20 auf,
die sich zu den Zylinderwänden 12 beabstandet
in die offenen Zylinder des Motorblocks 10 hinein erstrecken,
wie es in den Zeichnungen schematisch dargestellt ist. Gemäß der HVOF-Praxis
werden eine Strahlströmung
von Sauerstoff, die von einer Sauerstoffquelle 22 stammt,
und eine Strahlströmung
eines gasförmigen
Brennstoffs, die von einer Gasquelle 24 stammt, durch den
Beschichtungskopf 20 geleitet und entzündet, um den gasförmigen Brennstoff 24 in
einer Hochtemperaturzone 26 des Beschichtungskopfes 20,
die einer Austrittsdüse 28 des
Beschichtungskopfes 20 benachbart ist, zu verbrennen. Sobald
die Flamme des brennenden Gases einmal entzündet ist, brennt sie von selbst.
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Material für die Beschichtung 16 wird
der HVOF-Sprühpistole 18 zugeführt, in
der es in der Hochtemperaturzone 26 aufgeschmolzen wird
und durch den Strahl des Hochgeschwindigkeitsgases durch eine Düsenöffnung 30 aus
der Düse 28 hinausgeblasen
und auf der inneren Oberfläche
der Zylinderwände 12 abgeschieden
wird. Das auf Eisen basierende Zuführmaterial 32 wird
vorzugsweise in Drahtform zugeführt
und, vorzugsweise als ein einzelner Draht, nach unten durch den
Beschichtungskopf 20 eingeführt, wo das untere vordere
Ende des Drahts in die Hochtemperaturzone 26 eintritt und durch
die brennenden Gase aufgeschmolzen wird. Der Beschichtungskopf 20 wird
automatisch um den Zuführdraht
32 rotiert
und in der Längsrichtung
des Zylinders hin und her bewegt, wie es im Wesentlichen in dem
US-Patent 5,080,056 beschrieben ist, das der Anmelderin der vorliegenden
Erfindung gehört
und dessen Offenbarung durch Bezug hierin mitaufgenommen wird.
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Die Standard-HVOF-Praxis zum Aufbringen, derartiger
Beschichtungen wird erfindungsgemäß wie folgt abgewandelt. Gemäß einem
Aspekt der Erfindung wird die Strömung von Sauerstoff zu der Hochtemperaturzone 26 derart
gesteuert, dass das Volumen des zu der Hochtemperaturzone 26 zugeführten Sauerstoffs
die Menge von Sauerstoff überschreitet,
die für
eine stöchiometrische
Verbrennung des der Hochtemperaturzone 26 zugeführten gasförmigen Brennstoffs 24 erforderlich
ist. Mit anderen Worten gibt es eine Zufuhr von der Hochtemperaturzone 26 zugeleitetem
Sauerstoff, die über
das hinausgeht, was für
eine Verbrennung des gasförmigen Brennstoffs 24 erforderlich
ist. Erfindungsgemäß reagiert
diese überschüssige Sauerstoffzufuhr
in der Hochtemperaturzone exotherm mit dem auf Eisen basierenden
Zuführmaterial 32,
und der überschüssige Sauerstoff
verbrennt (schmilzt nicht nur auf, sondern verbraucht) in der Temperaturzone 26 einen
Teil des Zuführmaterials 32 zur
Erzeugung erheblicher Wärme,
so dass das auf Eisen basierende Zuführmaterial 32 sowohl
als Quelle von Festkörperbrennstoff als
auch als Beschichtungsmaterial dient. Die Verbrennung des Teils
des Zuführmaterials
im Inneren des Beschichtungskopfes 20 schafft eine zu der
Verbrennung des Brennstoffgases 24 zusätzliche Wärmequelle, wodurch die Temperaturumgebung
in der Hochtemperaturzone 26 stark erhöht wird. Die teilweise Verwendung
des Zuführmaterials
als Festkörperbrennstoff
hat mehrere praktische Vorteile, die nachfolgend diskutiert werden.
Damit das Zuführmaterial 32 besonders
effektiv als Wärme
erzeugende Festkörper brennstoffquelle
dient, sollte das Überangebot
von Sauerstoff ungefähr
das Zweifache der Menge betragen, die für eine stöchiometrische Verbrennung des
gasförmigen
Brennstoffs 24 erforderlich ist.
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Es gibt mehrere Vorteile, die erreicht
werden, indem man eine thermische Sprühbeschichtung von auf Eisen
basierendem Material erfindungsgemäß vorbereitet und aufbringt,
wobei überschüssiger Sauerstoff
zugeführt
wird, um einen Teil des Zuführmaterials
als Festkörperbrennstoffquelle
zu verbrennen. Die Temperatur, die durch die Verbrennung des gasförmigen Brennstoffs 24 erzeugt
wird, ist heiß genug, um
das auf Eisen basierende Zuführmaterial
(das einen Schmelzpunkt von weniger als ungefähr 1538°C (2800°F) aufweist) aufzuschmelzen,
aber sie erreicht nicht die Siede- oder Verbrennungstemperatur von Eisen,
die ungefähr
2982°C (5400°F) beträgt. Das Überangebot
von Sauerstoff reagiert im Inneren des Beschichtungskopfes 20 bei
hoher Temperatur mit einer Fraktion des aufgeschmolzenen, auf Eisen
basierenden Zuführmaterials 32,
und die exotherme Reaktion erreicht Temperaturen, die ausreichen,
um die Fraktion des Zuführmaterials
zu verbrennen, wodurch in der Folge Wärme freigesetzt wird und die Gesamttemperatur
in der Hochtemperaturzone 26 erhöht wird. Die erhöhte Temperaturumgebung
erhöht
die Drahtabscheidungsrate. Bei Studien, die mit und ohne Verbrennung
des auf Eisen basierenden Zuführmaterials
durchgeführt
wurden, fand man heraus, dass erfindungsgemäß ungefähr 7,7 kg (17 pounds) des Zuführmaterials
pro Stunde abgeschieden werden, während ungefähr 3,2 kg (7 pounds) pro Stunde
abgeschieden werden, wenn die Sauerstoffmengen auf einem ungefähr stöchiometrischen
Niveau gehalten werden. Dementsprechend ist die Abscheidungsrate
um mehr als das Zweifache erhöht.
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Ein weiterer Vorteil der Verwendung
des auf Eisen basierenden Zuführmaterials
als Festbrennstoff besteht darin, dass es eine ziemlich kostengünstige Brennstoffquelle
ist. Kohlenstoffarmer Stahl in Drahtform ist beispielsweise relativ
kostengünstig und
auf dem Markt leicht erhältlich.
Zusätzlich
bietet die Verwendung des auf Eisen basierenden Zuführmaterials 32 als
Brennstoffquelle Möglichkeiten
zur Auswahl aus gasförmigen
Brennstoffquellen 24, die in einem HVOF-System sonst nicht
geeignet oder ausreichend wären.
Das frühere
US-Patent 5,080,056 offenbart die Verwendung von Propylen als Brennstoffquelle
in einem HVOF-System, das bei einer Temperatur von ungefähr 2760°C (5000°F) verbrennt.
Erfindungsgemäß können andere,
leichter verfügbare
gasförmige
Brennstoffquellen verwendet werden, wie beispielsweise Erdgas, das
den meisten größeren Fabrikanlagen
bereits zugeführt
wird und das eine kostengünstige
Alternative zu dem üblichen Propylen
darstellen würde.
Eine weitere leicht verfügbare,
kostengünstige
Alternative für
einen gasförmigen
Brennstoff ist Propan. Propylen weist einen höheren Wärmeinhalt als Methan oder Propan
auf und wäre
für sich
allein genommen für übliche HVOF-Anwendungen
besser geeignet. Es ist üblicherweise
jedoch teurer, und der relativ hohe Wärmeinhalt muss bei dem erfindungsgemäßen HVOF-Verfahren
nicht unbedingt erforderlich sein, bei dem Sauerstoff im Übermaß mit einer
Rate zugeführt
wird, die ausreichend ist, um einen Teil des auf Eisen basierenden Zuführmaterials
als Festbrennstoffquelle zu verbrennen. Folglich können kostengünstigere,
leichter verfügbare
gasförmige
Brennstoffe, wie unter anderem beispielsweise das voranstehend erwähnte Methan und
Propan, verwendet werden, obwohl sie jeweils für sich genommen nicht den Wärmeinhalt
teurerer Brennstoffe, wie beispielsweise Propylen, hätten.
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Ein weiterer signifikanter Vorteil
der Verwendung des auf Eisen basierenden Zuführmaterials als Festbrennstoffquelle
ist, dass es zu einer größeren Aufbringungsrate
des thermisch aufgesprühten
Beschichtungsmaterials führt
und dass somit eine größere Anzahl
von Zylinderbohrungswänden
in einer vorgegebenen Zeit beschichtet werden können, verglichen mit dem Betrieb
eines HVOF-Systems ohne die Verwendung des Zuführmaterials als Festbrennstoffquelle.
Ein weiterer Vorteil, der durch das vorliegende Verfahren erreicht
wird, besteht darin, dass die höhere
Abscheidungsrate auf den Wänden
des Zylinders es erlaubt, die Beschichtung in einer kürzeren Zeitdauer
aufzubringen, so dass es durch den Beschichtungsprozess eine geringere
Aufheizung des Substratblockmaterials gibt, als sie verursacht wird, wenn
lediglich eine gasförmige
Brennstoffquelle in einem HVOF-System verwendet wird. Es ist folglich möglich, die
Wände der
Zylinderbuchsen zu beschichten, ohne eine zusätzliche Kühlung des Motorblocks vorzusehen.
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Ein weiterer Vorteil der Verbrennung
einer Fraktion des auf Eisen basierenden Zuführmaterials besteht darin,
dass die Nebenprodukte des Verbrauchs des Festbrennstoffs Metalloxide
sind, die in die Sprühbeschichtung
eingebaut werden und die die Abriebfestigkeit der Beschichtung 16 erhöhen. Wenn ein
kohlenstoffarmer Stahldraht als Zuführmaterial 32 verwendet
wird, ist Wüstit
(FeO) das vorherrschende, durch die Verbrennung des Zuführmaterials
erzeugte Oxid, das in die Beschichtung 16 eingebaut wird.
Es ist jedoch bevorzugt, Aluminium in den Stahldraht 32 einzubauen,
was den Effekt hat, dass der Sauerstoffanteil in der Sprühbeschichtung 16 reduziert
wird und dass das gebildete Oxid verändert wird. Bei einem auf Eisen
basierenden Zuführdraht 32 weist
die Sprühbeschichtung 16 ungefähr 8 – 12 Gew.-%
FeO oder ungefähr
35 – 55
Vol.-% FeO auf, aber besonders bevorzugt 10 – 12 Gew.-% FeO. Durch Zusatz von
etwa 1,5 – 3,0
Gew.-% (und vorzugsweise etwa 2,0 – 2,5 Gew.%) Aluminium zu dem
auf Eisen basierenden Zuführdraht 32 ändert sich
das Oxid von Wüstit
(FeO) zu überwiegend
Hercynit (FeAl2O4). Wenn
alles andere gleich bleibt, liegt das Hercynit in einem Bereich
von etwa 3 – 7
Gew.-% in der Beschichtung vor. Die Zugabe des Aluminiums weist
somit zwei Vorteile auf. Erstens wird durch die Reduzierung des
Sauerstoffanteils der Gesamtanteil von Metalloxid von 8 – 12 Gew.-%
FeO auf 3 – 7
Gew.-% FeAl2O4 reduziert.
Während
Oxide günstige
Abriebeigenschaften aufweisen, machen sie die Beschichtung aber
auch spröder,
und der Bereich von 3 – 7 Gew.-%
behält
günstige
Abriebeigenschaften bei, während
er gleichzeitig die Sprödigkeit
der Sprühbeschichtung
reduziert. Zweitens ist Wüstit
(FeO) eine metastabile Oxidphase, die sich im Laufe der Zeit bei Motorbetriebstemperaturen
mit einer entsprechenden Volumenexpansion zu Magnetit (Fe3O4) umwandeln kann.
Hercynit (FeAl2O4)
ist eine stabile Oxidphase (Spinel), die sich bei Motorbetriebstemperaturen
nicht umwandelt.
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Ein kohlenstoffarmer Draht mit einem
Durchmesser von 4,76 mm (3/16 Inch), der dem HVOF-Beschichtungskopf 20 zugefüttert wird,
in den Methan mit einer Rate von 2,83 – 4,25 Standardkubikmeter pro
Stunde (100 – 150
SCFH (Standardkubikfuß pro Stunde))
eingeleitet und Sauerstoff mit einer Rate von 17,00 Standardkubikfuß pro Stunde
(600 SCFH) eingeleitet wird, erzeugte eine Verbrauchsrate des Zuführdrahts
von ungefähr
91,4 cm (36 Inch) pro Minute, verglichen mit einer stöchiometrischen
Strömungsrate
von Sauerstoff von 7,08 Standardkubikfuß pro Stunde (250 SCFH) bei
der gleichen Gasströmung,
die eine Verbrauchsrate des Zuführdrahtmaterials
von ungefähr
35,6 cm (14 Inch) pro Minute erzeugte.
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Die bevorzugte Beschichtung 16 weist
eine Dicke von weniger als 0,2 mm und vorzugsweise im Bereich von
0,050 – 0,175
mm auf, und der Zeitzyklus für
die thermische Sprühbeschichtung
der Wand eines Zylinders eines Aluminiummotorblocks mit einer Dicke
von 0,150 mm der fertiggestellten Beschichtung beträgt ungefähr 60 Sekunden,
wenn der Zuführdraht 32 als
Festbrennstoffquelle verwendet wird, verglichen mit einem Zeitzyklus
von ungefähr 160
Sekunden bei einer HVOF-Beschichtung, bei der eine stöchiometrische
Verbrennung von Gas eingesetzt wird.
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Zusätzlich zu dem Aluminium können auch andere
Zusätze
zu dem Ausgangsmaterial des kohlenstoffarmen Eisendrahts 32 hinzugegeben
werden, um eine Verunreinigungssprödigkeit der thermischen Sprühbeschichtung
zu vermeiden. Wenn die aufgeschmolzenen Tröpfchen des Beschichtungsmaterials auf
die Oberfläche
der Zylinderwände 12 aufgesprüht werden,
kühlen
sie sofort ab und verfestigen sich, wobei die Tröpfchen aufeinander aufbauen,
um eine dichte Beschichtung zu erzeugen. Schwefel und andere relativ
große
Verunreinigungsatome können
als Versprödungsmittel
jedoch besonders schädlich sein,
wenn sie in den Beschichtungsmaterialien vorliegen, da sie dazu
tendieren, an die inneren Grenzflächen der Beschichtung (wie
beispielsweise Korngrenzen und die Oberflächen der einzelnen Tröpfchen)
zu segregieren, was die Hafteigenschaften der Beschichtung hemmen
und zu einem Absplittern führen
kann. Die Versprödungseffekte
derartiger Verunreinigungen können
durch den Zusatz von Yttrium, Calcium, Magnesium, Titan, Zirkonium,
Haffnium, Cerium und/oder Lanthan vermindert oder eliminiert werden.
Beispielsweise hat man herausgefunden, dass der Zusatz von weniger
als 1 Gew.-% von Yttrium ausreichend ist, um die Effekte von Schwefelversprödung bei
der erfindungsgemäßen Stahlbeschichtung
durch thermisches Aufsprühen
zu eliminieren. Ähnliche
Prozentwerte kommen für
die anderen Antiversprödungsmittel
in Frage. Das Aluminium und die Antiversprödungszusätze können der Hochtemperaturzone 26 des
HVOF-Beschichtungskopfes
als Draht 32 aus einem legierten Ausgangsmaterial zugeführt werden,
als Beschichtung, die auf einen Draht aus einem Ausgangsmaterial
mit geringem Kohlenstoffgehalt aufgebracht ist, oder sie können als
Verbunddraht getrennt hinzugegeben werden.
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Die offenbarten Ausführungsformen
stellen derzeit bevorzugte Formen der Erfindung dar, aber sie sollen
die Erfindung eher illustrieren als sie definieren. Die Erfindung
ist in den Ansprüchen
definiert.
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Zusammengefasst werden die Zylinderwände eines
Leichtmetall-Motorblocks
unter Verwendung einer HVOF-Einrichtung mit einer auf Eisen basierenden
Beschichtung thermisch sprühbeschichtet.
Ein auf Eisen basierender Draht wird so in die HVOF-Einrichtung
eingeführt,
dass sich ein vorderes Ende des Drahts in einer Hochtemperaturzone
der Einrichtung befindet. Strahlströmungen von Sauerstoff und gasförmigem Brennstoff
werden in die Hochtemperaturzone eingeleitet und verbrannt, um zum
Aufschmelzen des vorderen Endes Wärme zu erzeugen. Der Sauerstoff
wird relativ zu dem gasförmigen
Brennstoff im Überschuss
zugeführt.
Der überschüssige Sauerstoff
reagiert mit und verbrennt einen Teil des auf Eisen basierenden
Zuführdrahts
in einer exothermen Reaktion, um erhebliche zusätzliche Wärme in der HVOF-Einrichtung
zu erzeugen. Das aufgeschmolzene/verbrannte Metall wird durch die
Strahlströmung
der Gase durch die Einrichtung auf die Wände des Zylinders aufgesprüht.