DE19508687A1

DE19508687A1 - Beschichtungsverfahren für Motorzylinder von Kraftfahrzeugen

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Publication number: DE19508687A1
Application number: DE19508687A
Authority: DE
Inventors: Robert C Jun Mccune
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1994-04-08
Filing date: 1995-03-10
Publication date: 1995-10-12
Anticipated expiration: 2015-03-11
Also published as: JPH07317595A; US5466906A; DE19508687C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer verschleißfesten Beschichtung auf einer Zylinderinnenwand, ein Verfahren zur Herstellung eines Motorblocks aus Alumi niumlegierung sowie einen gegossenen Aluminium-Motorblock.

Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf verschleißfeste Beschichtungen, und besonders auf Verfahren zum Aufbringen einer verschleißfesten Beschichtungen auf der Innenfläche der Bohrungen von Kraftfahrzeugzylindern.

Die Autoindustrie hat lange versucht, leichtgewichtige Mate rialien als Basismaterial für Motorblöcke einzusetzen, um das Kraftfahrzeuggesamtgewicht zu verringern und demzufolge die Kraftstoffausnutzung zu verbessern. Die Verwendung derartiger Materialien (bzw. Aluminium und seine Legierungen) für Auto mobilkomponenten, wie Motorköpfe und -blöcke erfordert häu fig den Einbau zusätzlicher Materialien für Einsätze, wie Stahl oder Gußeisen, um Verschleißfestigkeit zu erzielen, die mit leichteren Materialien auf Kontaktoberflächen, wie den Ventilsitzen und Zylinderbohrungen, nicht erreichbar ist.

Insbesondere benötigen Aluminiummotorblöcke irgendeine ver schleißfeste Oberfläche auf den Zylinderbohrungen, um bspw. den Gleitbewegungen der Kolbendichtringe zu widerstehen.

Bisher wurde versucht, dieses Problem zu lösen, indem am Ein satzplatz eingegossene Eisen- oder Stahlauskleidungen in die Zylinderbohrungen eingesetzt wurden, oder der Motorblock aus Materialien wie Aluminiumlegierungen vom Typ 390 hergestellt wurde, wobei ein überwiegender Anteil primärer Siliciumparti kel auf der Materialoberfläche die notwendige Verschleißfe stigkeit schafft. Diese Verkleidungen wurden als zu schwer und mit begrenzter Wärmeleitfähigkeit gegenüber der Wasser kühlung befunden und erforderten spezielle Einrichtungen, um entweder am Einsatzort gegossen oder in den Motorblock ein gesetzt zu werden, und waren demzufolge aufwendig zu instal lieren. Die Verwendung der 390 Legierungen für Motorblöcke schafft andere Probleme, während es das Problem der Ab riebfestigkeit löst, wie Schwierigkeiten bei der Bearbeitung des Materials und das Erfordernis spezieller Bearbeitungs schritte, um die am besten geeignete Beanspruchungsfläche herzustellen.

Weitere Lösungsansätze für das Zylinderbohrungsober flächenproblem bei Aluminiumlegierungen verwendeten ein Elektroabscheidungsverfahren, um Schichten herzustellen, die Siliciumcarbidpartikel in einer Nickelmatrix aufbauen, wie der NIKASIL-Prozeß (eingetragene Marke der Firma Mahle). Der Nachteil dieser Technik besteht in der Komplexität des Verfahrens für das selektive Plattieren der Motorzylinder, das entweder lokalisierte Abscheidung oder aufwendige und raffinierte Maskiertechniken erfordert. Verschleißfeste Oberflächen wurden auch auf Maschinenteilen unter Einsatz der Abscheidung aus der Gasphase (CVD-Techniken) verwendet, wie sie im US-A-5226975 (Dentend et al.) beschrieben sind. Diese Verfahren können aber 10 bis 60 Stunden benötigen, um eine zufriedenstellende Beschichtung abzuscheiden und sind daher für normale In-Line-Prozesse viel zu langsam.

Thermische Spritzsysteme repräsentieren eine weitere Möglich keit, verschleißfeste Beschichtungen in Zylinderbohrungsober flächen mit signifikant höheren Verarbeitungsgeschwindigkeiten als die anderen Beschichtungsverfahren, wie CVD, aufzubrin gen. Die Systeme verwenden allgemein eine Kombination von Wärme und Moment, um Tröpfchen des Beschichtungsmaterials zur Anpassung und Bindung an die zu beschichtende Oberfläche zu veranlassen. Verschiedene thermische Spritzsysteme verwenden verschiedene Verfahren, Wärme und Moment auf einen Strom von Tröpfchen zu übertragen, die die Beschichtung bilden. Ein derartiges System ist der Hochgeschwindigkeits Oxy-Fuel-Pro zeß (HVF), der im US-A-5019429 (Moskowitz et al.) beschrieben ist. Im HVOF-Prozeß erhalten die Tröpfchen eine hohe Ge schwindigkeit mit einem Hochdruckgas als Transportmedium und finden sich durch plastische Deformation beim Auftreffen an der zu beschichtenden Oberfläche. HVOF wurde zur Beschichtung von Motorzylinderbohrungen, wie im USA 5080056 (Kramer et al.) beschrieben, verwendet. Das HVOF Verfahren ist jedoch langsam (60 g/min), laut (die Transportgase fließen mit Über schallgeschwindigkeit) und produzieren überschüssige Wärme, die häufig von den Werkstücken durch zusätzliche Kühlsysteme abgeführt werden muß.

Ein weiteres thermisches Spritzverfahren, das Plasmaspritzen, verwendet einen Plasmabogen, um Gase zu erhitzen, die einen Tröpfchenstrom aufheizen und beschleunigen, der auf ein um einen Plasmabrenner durch Gas-Hochdruck drehendes Substrat gerichtet ist, wie in US-A-4,970,364 (Müller) beschrieben. Die Tröpfchengeschwindigkeiten sind niedriger als im HVOF- Verfahren, werden aber auf eine höhere Temperatur erhitzt, so daß sie sich im geschmolzenem Zustand beim Auftreffen auf das Substrat befinden, um eine gute Bindung zu schaffen. Andere thermische Atomisierungstechniken, wie die für die Pulver produktion eingesetzten (Herstellung von Pulvern durch das Verfahren mit rotierenden Elektroden, Champagne und Angers, The International Journal of Powder Metallurgy & Powder Technology, Band 16, Nr. 4, 1980) verwenden eine rotierende Stange eines Ausgangsmaterials, um den geschmolzenen Tröpf chen ein Moment mitzuteilen. Pulverherstellungsverfahren sind aber ungeeignet, um die erwünschten Zylinderbohrungsbeschich tungen herzustellen.

Demzufolge ist es ein Ziel der Erfindung, eine verschleißfe ste Oberfläche, wie Gußeisen oder Stahl auf einer Oberfläche einer Zylinderbohrung in Aluminium durch ein thermisches Spritzverfahren mit rotierender Plasmaelektrode herzustellen.

Ein Ziel ist es, ein Verfahren mit einer hohen Abscheidungs geschwindigkeit zur Beschichtung von Zylinderbohrungen von Kraftfahrzeugsverbrennungsmotoren zu schaffen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zum thermischen Aufspritzen verschleißfester Oberflächen auf Aluminiummotorblockzylinderbohrungen zu schaffen, das sowohl von der technischen als auch von der Herstellungsseite her in dem Sinne verwirklichbar ist, als es dazu befähigt ist, in eine Fertigungsstraße für Motoren integriert zu werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden,
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer verschleißfesten Beschichtung auf einer Zylinderinnenwand, das aufweist:
Einbringen eines Brenners zum Aufbau eines Bogens im Zylin der;
Aufbau eines Bogens zwischen dem Brenner und einer Ver brauchsmaterialstange, so daß das Ende der Stange im Bogen schmilzt;
Drehen der Stange, um geschmolzene Tröpfchen vom Ende der Stange mit dem Bogen auf die Innenoberfläche des Zylinders zu spritzen und
Bewegen der Stange und des Brenners im wesentlichen entlang der Mittelachse des Zylinders derart, daß die Tröpfchen in geschmolzenem Zustand auf die Wand des Zylinders unter Aus bildung einer gleichmäßig verteilten Beschichtung auftref fen.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines Motorblocks aus Aluminiumlegierung, mit:
Gießen eines Motorblocks aus Aluminiumlegierung,
thermisches Spritzen einer verschleißfesten Beschichtung auf die Zylinderwände des Motorblocks durch Abschmelzen der Spitze einer rotierenden Stange aus einer Legierung auf Ei senbasis mit einem Plasmabrenner in den Zylindern des Motor blocks und
Bohren und Hohnen der Zylinderwände auf eine vorgegebene Größe und Oberflächengüte.

Schließlich betrifft die Erfindung auch einen gegossenen Alu minium-Motorblock mit mit einer Eisenlegierung durch ein Plasma-Beschichtungsverfahren mit rotierender Elektrode be schichteten Zylinderbohrungen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, auf die in vollem Umfang bezug genommen wird.

Die Erfindung schafft also einen Beschichtungsprozeß mit ei ner rotierenden Elektrode zur Abscheidung einer verschleiß festen Beschichtung mit hoher Geschwindigkeit auf den Innen oberflächen von zylindrischen Objekten, wie Kraftfahrzeug motorzylinderbohrungen. Insbesondere wird ein Verfahren be schrieben, um einen Motorblock aus Aluminiumlegierung her zustellen, das die Schritte: Gießen eines Motorblocks aus Aluminiumlegierung, Abscheiden einer verschleißfesten Beschichtung auf den Zylinderwänden im Motorblock durch Abschmelzen der Spitze einer sich drehenden Stange aus einer Legierung auf Eisenbasis oder anderem vergleichbaren Verbundmaterial mit einer Plasmaflamme innerhalb der Motorblockzylinder, und Bearbeiten der Zylinderwände auf eine ausgewählte Größe und Oberflächentopographie durch konventionelle Bohr- und Hohnverfahren.

Die verschleißfeste Beschichtung, bevorzugt eine Eisen- oder Stahllegierung, wird nach einem bevorzugten Verfahren auf die Innenwand eines Zylinders in einem Motorblock aus Aluminium legierung aufgebracht, indem ein Brenner mit einem Bogen in den Zylinder eingebracht wird, ein Bogen zwischen dem Brenner und einer abzutragenden Stange, hergestellt aus einer Eisen- Legierung oder anderen geeignetem Verbundmaterial so daß das Bogenende der Stange schmilzt, aufgebaut wird, wobei die Stange so gedreht wird, daß ein diametrales Sprühmuster ge schmolzener Tröpfchen vom Bogenende der Stange auf die Innenoberflächen des Zylinders gespritzt wird und Stange und Brenner des Bogens im wesentlichen entlang der Mittelachse des Zylinders derart bewegt werden, daß die weggespritzten Tröpfchen auf die Wand des Zylinders im geschmolzenen Zustand so auftreffen, daß sie eine gleichmäßig verteilte Beschich tung auf dem Zylinder bilden.

Bevorzugt wird ein Plasmaverfahren verwendet, wobei ein Plasmabogen zwischen dem Brenner und der Stange aufgebaut wird und eine Argon/Sauerstoffgasmischung eingesetzt wird, um das Plasmagas herzustellen, bevorzugt mit einer Geschwindig keit von etwa 24 bis 32 l Argon/min und 11 bis 17 l Sauer stoff/min. Der Brenner wird bevorzugt mit Argongas gekühlt, wobei der Zylinder während der Abscheidung der Beschichtung teilweise eingeschlossen wird und das plasmabildende Gas und das Kühlgas den Zylinder reinigen und so die Atmosphäre darin steuern. Es ist gefunden worden, daß gute Resultate dann er zielt werden, wenn eine Stahllegierungsstange, bzw. AISI 1045 Stahl, mit einem mittleren Durchmesser von etwa 10 mm und 20 mm durch den Plasmabogen abgeschmolzen wird und mit einer Ge schwindigkeit von zwischen etwa 14 000 U/min und 18 000 U/min zur Herstellung einer Abscheidungsgeschwindigkeit von mindestens 195 g/min verwendet wird, gute Resultate erzielt werden.

Zusätzlich zu Vorrichtungen mit durch Plasma übertragenem Bogen zum Abschmelzen der Ausgangsmaterialstange können auch andere Vorrichtungen zur Herstellung intensiver Wärme einge setzt werden; Laser, Elektronenstrahlen und Flammen. Ferner kann jedes Metall oder leitfähige Verbundmaterial, das zur Ausbildung eines übertragenen Bogens befähigt ist, als Aus gangsmaterial für das Verfahren eingesetzt werden. Grauguß eisen ist ein bevorzugtes Ausgangsmaterial aufgrund der selbstschmierenden Eigenschaften des darin eingebauten Graphits.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungs beispielen sowie der begleitenden Zeichnung, die den Schutz umfang derselben keineswegs einschränken sollen und lediglich dem besseren Verständnis dienen, erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Aluminiumlegie rungs-Motorblock mit Zylindern konventioneller Anordnung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Beschichtungsmethode mit rotierender Elektrode gemäß der Erfindung; und

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer zur Aufbringung einer verschleißfesten Beschichtung auf einem Zylinder eines Motorblocks durch Einsatz des Beschichtungsver fahrens mit rotierender Elektrode gemäß der Erfindung eingesetzten Vorrichtung.

In Fig. 1 ist ein aus einer Aluminiumlegierung bspw. des Typs 319 gegossener Motorblock 10 mit sechs Zylindern 12, von denen drei auf jeder Seite des Motorblockes 10 angeordnet sind, gezeigt. Jeder Zylinder 12 besitzt eine Zylinderbohrung 14, in die ein (nicht gezeigter) Kolben zum Betrieb in konventionellen Kraftfahrzeugverbrennungsmotoren eingepaßt wird. Um den Verschleiß der Bohrung 14 durch den Kolben und seine Dichtringe zu vermeiden, wird eine verschleißfeste Be schichtung 16 unter Verwendung eines Beschichtungsverfahrens mit rotierender Elektrode, wie unten beschrieben, aufge bracht.

Fig. 2 zeigt das Basiskonzept der Pulverherstellung und des Thermospritzens, das, wie unten erläutert, erfindungsgemäß modifiziert wird. Das auf der Zylinderbohrung 14 abzuschei dende Material wird in Form einer Stange 20 angeliefert, die als Verbrauchsmaterial dient. Das Beschichtungsmaterial der Stange 20 ist elektrisch leitfähig und schmelzbar, wie AISI 1045 Stahl und verflüchtigt sich nicht direkt. Der Isolator 22 isoliert die Stange 20 von der Verbindungsbasis 24, die mit dem Motor 26 (Fig. 3) verbunden ist und Drehung ermög licht. Geschwindigkeiten von bis zu 20 000 U/min können bei Stangen mit bis zu 4 cm Durchmesser eingesetzt werden. Eine nichtabzutragende Elektrode 28 dient als Gegenelektrode; ein Bogen 30 wird zwischen den Elektroden (Stange 20 und Elek trode 28) aufgebaut und ein Plasmastrom aus den Gasen 31 wird durch die Leiteinrichtung 33 zum Fluß zwischen den Elektroden veranlaßt. Auf der Oberfläche der Stange 20 gebildetes geschmolzenes Material wird durch die Zentrifugalkraft weggespritzt und bildet ein Tröpfchen-Spray 32. Die Bürste 34 schafft den elektrischen Kontakt für die rotierenden Elek trode, die in Fig. 2 die Stange 20 ist.

Das in Fig. 2 gezeigte Zweielektrodenbogenverfahren kann typischerweise nur eine begrenzte Wärmemenge auf das Spray aus geschmolzenen Tröpschen 32 übertragen, die, während sie für die Pulverproduktion ausreicht, für die Herstellung von Beschichtungen niedriger Porosität auf Zylinderbohrungen nicht ausreicht. Um eine zusätzliche Erwärmung der ver spritzten Tröpfchen zu erzielen, wird ein Plasma-Brenner verwendet, der die abbaubare Elektrode 28 ersetzt, wie in Fig. 3 gezeigt. Typische Plasmabrennerkonfigurationen (nicht gezeigt) umfassen den übertragenen Bogen, in dem die Oberfläche der Materialstange 20 eine positive Ladung zur Sprüh-Kathode mit neutraler oder geerdeter Düse aufweist, und einen nicht übertragenen Bogen oder Brenner, in dem die Düse zur Anode wird.

Um Metallegierungsbeschichtungen auf Zylinderbohrungen auf zubringen, wurde gemeinsam mit der elektrischen Isolation der Materialstange 20 ein Übertragungs-Plasmabrenner 38 verwen det.

Die bevorzugte Anordnung für Zylinderbohrungsbeschichtung ist in Fig. 3 gezeigt. Die Verbrauchsmaterialstange 20 rotiert mit hoher Geschwindigkeit, bevorzugt zwischen 14 000 und 18 000 U/min, so daß das Spray mit von geschmolzenen Tröpfchen 32 (Fig. 2) unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft zur Zylin derbohrung 14 wandert, um darauf die Beschichtung 16 auszu bilden. Maximale Rotationsgeschwindigkeit der Stange 20 wäre in der Größenordnung von 20 000 U/min. Die Stange 20 kann sich gemeinsam mit dem Brenner 38 für die Plasmabogenübertragung entlang der Zylindermittelachse 36 bewegen, wenn Material zur Ausbildung der Beschichtung 16 verbraucht wird. Der Plasmabogenbrenner 38, der bspw. ein modifizierter Thermal Dynamics PCM-100 Plasmaübertragungsschneidbrenner ist, kann verwendet werden, um die abbaubare Anodenstange 20 abzu schmelzen. Die Kopfanordnung 40 umfaßt den Brenner 38, (nicht gezeigte) Leitungen zur Leitung von Gas (typischerweise Argon oder ein anderes Inertgas) zum Brenner 38, elektrische Lei tungen zum Brenner 38, und Leitungen (nicht gezeigt), um Plasmagas und Kühlfluidgas zum Brenner 38 zu führen.

Die Plasmaflamme 42 wird durch den Brenner 38 hergestellt und ist auf das Ende der sich drehenden Materialstange 20 ge richtet. Die erhitzten Gase der Plasmaflamme 32 unterstützen die Aufheizung des abgespritzten Sprays geschmolzener Tröpf chen 32 aus der Materialstange 20 und können auch einen zu sätzlichen Gasfluß zum Transport des Spray 32 zur Zylinder bohrung 14 schaffen. Die Zentrifugalkraft der rotierenden Stange 20 ist die Hauptkraft zur Herstellung der Morphologie des Tröpfchennebels für die entsprechende Beschichtung 16.

Weitere intensive und konzentrierte Heizquellen können alternativ dazu verwendet werden, die rotierende Stange 20 abzuschmelzen, wie Laser, Elektronenstrahlen und Flammen. Wie in Fig. 3 gezeigt, kann die Kopfanordnung 40 einen Laser 38 besitzen, der einen auf die Stange 20 gerichteten Laserstrahl 42, umfaßt. Ein Tröpfchen-Nebel 32 wird, wie oben erläutert, beim Abschmelzen der Stange 20 gebildet. Der Kopf 40 kann auch einen Elektronenstrahlgenerator 38 aufweisen, der einen Elektronenstrahl 42 auf die abzuschmelzende Stange 20 rich tet.

Die abbaubare Materialstange 20, die zur Ausbildung des Tröpfchennebels 32 abgeschmolzen wird, ist bevorzugt eine Le gierung auf Eisenbasis oder eine Stahllegierung, kann aber auch andere Metalle und Zusätze enthalten, die elektrisch leitfähig sind und nicht durch das Plasma 42 verflüchtigt werden. Prinzipiell kann jedes Metall oder leitfähiges Ver bundmaterial, das einen übertragenen Bogen leiten kann, als Materialstange 20 für das Verfahren eingesetzt werden. Grau guß, der in dieser Anmeldung eine Eisen-Legierung ist, ist aufgrund der selbstschmierenden Eigenschaften des eingebauten Graphits vorteilhaft als Ausgangsmaterialstange 20. Grauguß eisen wurde in konventionellen Beschichtungen eingesetzt, wo bei die Graphittröpfchen dazu dienen, Fressen des Kolbens zu minimieren, während auch Taschen für Ölrückhaltung geschaffen werden. Gase zum Nitrieren oder Carburieren können auch durch die Stange 20 oder als plasmabildende Gase zugeführt werden.

Der Brenner 38 wird unter Verwendung von Plasma betrieben, das bevorzugt eine Kombination von Argon und einem weiteren diatomaren Gas umfaßt. Kombinationen von Argon/Sauerstoff, Argon/Stickstoff und Argon/Wasserstoff können eingesetzt wer den. Argon wird bevorzugt als Kühlgas eingesetzt. Die Tabelle 1 zeigt typische Gasflußgeschwindigkeiten für den Betrieb des Brenners 38.

Tabelle 1

Plasmagaszusammensetzungen und Fließgeschwindigkeiten

Das Verhältnis diatomares Gas : Inertgas kann so verändert werden, daß das diatomare Gas bis zu 80% des Plasmas bildet.

Die Enden der Substratzylinder 20 sind bevorzugt teilweise während des Beschichtungsverfahrens abgeschlossen, um dem Plasma und den Kühlgasen die Reinigung des Zylinders und die Steuerung der Atmosphäre zu ermöglichen. Dazu ist der Endab schnitt 44 vorgesehen (Fig. 3). Ein Unterlassen des Steuerns der Atmosphäre kann dazu führen, daß der Tröpfchennebel 32 während seines Fluges zur Zylinderbohrung 14 durch Luft fliegt, wodurch eine Oxidation der Tröpfchen bewirkt wird.

Die Effekte von Plasmagas auf Tröpfchengröße und Struktur der Beschichtung 16 sind unter Verwendung der drei, oben in Ta belle 1 aufgeführten Gaszusammensetzungen bestimmt worden. Die mittlere Tröpfchengröße für jede Plasmagaskombination ist unten in Tabelle 2 angegeben.

Mittlere Tröpfchengröße bei Plasmagas
Plasmagas
Mittlere Tröpfchengröße (µm)
Ar/N₂
247
Ar/H₂	247
Ar/O₂	209

Die Abscheidungsgeschwindigkeiten der Beschichtung 16 für das Plasmaverfahren mit rotierender Elektrode gemäß der Erfindung sind in Tabelle 3 gezeigt.

Schmelzgeschwindigkeit bei verschiedenen Plasmagasen
Plasmagas
Schmelzgeschwindigkeit
Ar/N₂
157 g/min
Ar/H₂	142 g/min
Ar/O₂	195 g/min

Die Höchstschmelzgeschwindigkeit, 195 g/min, wurde bei Ein satz eines Argon/Sauerstoffplasma erzielt. Schmelzgeschwin digkeiten für alle untersuchten Plasmagase sind sehr günstig, verglichen mit typischen Abscheidungsgeschwindigkeiten von 40 bis 60 g/min bei konventionellen Thermospritzverfahren, wie Luftplasmaspray (APS), Hochgeschwindigkeitssauerstoffbrenn stoff (HVOF) und Draht/Bogen. Mit den dargestellten Beschich tungsgeschwindigkeiten in Tabelle 3 kann das erfindungsge mäße Verfahren zufriedenstellend zur Beschichtung von Zylin derbohrungen von Aluminiumgußmotorblöcken mit einer ver schleißfesten Beschichtung eingesetzt werden.

Um gute Haftung der Beschichtung 16 zu erzielen, wird der Zylinder 12 für die Beschichtung durch Strahlen der Zylin derwand 14 mit kaltem Eisenschrot vorbereitet. Alternativ kann die Zylinderbohrung mit einem geeigneten Abrasivmaterial gestrahlt werden, wie Aluminiumoxid Nr. 12, mit zwischen 60 und 95 psi vor dem Spritzabscheiden der Beschichtung 16 auf der Bohrung 14. Andere Zylinderbohrungs-Vorbereitungsver fahren sind dem Fachmann bekannt und können auch eingesetzt werden.

Obwohl eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung be schrieben wurde, sind verschiedene Abwandlungen und Ände rungen ohne Abweichen vom Schutzumfang der Erfindung, wie aus den Ansprüchen hervorgeht, möglich.

Bezugszeichenliste

10 Motorblock
12 Zylinder
14 Zylinderbohrung
16 Beschichtung
18
20 Stange
22 Isolator
24 Verbindungslager
26 Motor
28 Elektrode
30 Bogen
31 Gasen
32 Tröpfchen-Nebel
33 Schirm
36 Zylindermittelachse
38 Plasmabrenner, Laser, Elektronenstrahlgenerator
40 Kopfanordnung
42 Plasmaflamme, Laserstrahl, Elektronenstrahl
44 Endabschnitt

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer verschleißfesten Beschich tung auf einer Zylinderinnenwand, gekennzeichnet durch:
Einbringen eines Brenners zum Aufbau eines Bogens im Zylinder;
Aufbau eines Bogens zwischen dem Brenner und einer Ver brauchsmaterialstange, so daß das Ende der Stange mit dem Bo gen schmilzt;
Drehen der Stange, um geschmolzene Tröpfchen vom Ende der Stange mit dem Bogen auf die Innenoberfläche des Zylinders zu spritzen und
Bewegen der Stange und des Brenners im wesentlichen entlang der Mittelachse des Zylinders derart, daß die Tröpfchen in geschmolzenem Zustand auf die Wand des Zylinders unter Aus bildung einer gleichmäßig verteilten Beschichtung auftreffen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den Aufbau eines Plasmabogens zwischen dem Brenner und der Stange.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch das Einbringen einer Argon/Sauerstoff/Gasmischung zur Herstellung des Gas-Plasmat.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekenn zeichnet durch Einbringen von Argongas mit einer Geschwindig keit von etwa 28 l/min und Sauerstoffgas mit einer Geschwin digkeit von 14 l/min.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekenn zeichnet durch das das Kühlen des Brenners mit Argongas.

6. Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch teilweises Abschließen des Zylinders während der Abscheidung der Be schichtung, um dem Gas-Plasma und dem Kühlgas die Reinigung des Zylinders und die Steuerung der darin befindlichen Atmo sphäre zu ermöglichen.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekenn zeichnet durch Drehen einer Gußeisenstange mit einem Durch messer von zwischen etwa 10 mm und 210 mm mit einer Geschwin digkeit von zwischen etwa 14 000 U/min und 18 000 U/min.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekenn zeichnet durch Drehen einer AISI 1045 -Stahl-Stange mit einem Durchmesser von zwischen etwa 10 mm und 20 mm mit einer Ge schwindigkeit von zwischen etwa 14 000 und 18 000 U/min.

9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stange so schnell geschmolzen wird, daß eine Beschichtung auf der Zylinderwand mit einer Ge schwindigkeit von mindestens 195 g/min gebildet wird.

10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderwand vor der Abscheidung der Beschichtung durch Strahlen der Zylinderwand mit gekühltem Eisenschrot vorbereitet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Laser im Zylinder angeordnet wird und ein Laserstrahl vom Laser so auf die Stange gerichtet wird, daß das Ende der Stange, auf das der Laser auftrifft, schmilzt.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verschleißfeste Beschichtung und die Stange eine Eisen- Legierung aufweisen.

13. Verfahren zur Herstellung eines Motorblocks aus Alumini umlegierung, gekennzeichnet durch:
Gießen eines Motorblocks aus Aluminiumlegierung,
Thermisches Spritzen einer verschleißfesten Beschichtung auf die Zylinderwände des Motorblocks durch Abschmelzen der Spitze einer rotierenden Stange aus einer Legierung auf Eisenbasis mit einem Plasmabrenner in den Zylindern des Motorblocks und
Bohren und Hohnen der Zylinderwände auf eine vorgegebene Größe und Oberflächengüte.

14. Verfahren nach Anspruch 13, das das Drehen der Stange mit zwischen etwa 14 000 u. 18 000 U/min umfaßt.

15. Verfahren nach Anspruch 14, das ferner den Schritt der Einbringung einer Argon-Sauerstoffgasmischung zur Herstellung des Gas-Plasma im Plasmabrenner umfaßt.

16. Verfahren nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch Einbrin gen von Argongas mit einer Geschwindigkeit von etwa 28 l/min und Sauerstoff mit einer Geschwindigkeit von 14 l/min.

17. Verfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch Kühlung des Plasmabrenners mit Argongas.

18. Verfahren nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch Ab schmelzen und Drehen einer Stange aus Eisen-Grauguß-Legie rung.

19. Verfahren nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch Schmel zen und Drehen einer Gußeisen-Stange.

20. Gegossener Aluminium-Motorblock (10) mit mit einer Eisenle gierung (16) durch ein Plasma-Beschichtungsverfahren mit rotierender Elektrode (28) beschichteten Zylinderbohrungen.