DE19960646A1 - Production of a thermally and mechanically loaded surface layer on cast pistons in I.C. engines comprises applying an aluminum layer to the surface of the component and anodizing - Google Patents

Production of a thermally and mechanically loaded surface layer on cast pistons in I.C. engines comprises applying an aluminum layer to the surface of the component and anodizing

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Abstract

Production of a thermally and mechanically loaded surface layer on components made from silicon-containing aluminum alloys comprises applying an aluminum layer to the surface of the component and anodizing. Preferred Features: A primary silicon-free aluminum alloy layer is initially applied galvanically or by vaporizing.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer thermisch und mechanisch hochbelastbaren Oberflächenschicht auf Bauteilen aus siliziumhaltigen Aluminiumlegierungen, insbesondere auf gegossenen Kolben für Verbrennungskraftmaschinen durch Hartanadosierung.The invention relates to a method for producing a thermal and mechanically heavy-duty surface layer on components silicon-containing aluminum alloys, especially on cast pistons for internal combustion engines by hard anado coating.

Unter Hartanadosierung oder Harteloxierung versteht man die Herstellung einer keramischen Oberflächenschicht auf metallischen Bauteilen durch galvanische Umwandlung der Metalle in Metalloxide. Bei Leichtmetallkolben für Verbrennungskraftmaschinen wird die Hartanodisierung schon lange angewendet, um insbesondere die Brennraummulden und Tragflächen für die Kolbenringe zu härten, um die thermische und mechanische Belastbarkeit zu verbessern und die Lebensdauer zu erhöhen (vergleiche DE 26 26 131, DE 29 21 952, FR 26 48 187).Hard anado-coating or hard anodizing means the production a ceramic surface layer on metallic components galvanic conversion of metals into metal oxides. For light alloy pistons Hard anodizing has been used for internal combustion engines for a long time applied to in particular the combustion chamber troughs and wings for the Harden piston rings to increase thermal and mechanical strength improve and increase the service life (compare DE 26 26 131, DE 29 21 952, FR 26 48 187).

Es hat sich jedoch gezeigt, daß die für Leichtmetallkolben bevorzugt verwendeten, siliziumhaltingen Aluminiumlegierungen mikroskopisch inhomogen sind, wobei neben der Mischkristallphase primäres und eutektisches Silizium sowie zahlreiche intermetallische Phasen vorliegen. Diese Phasen verhindern bei der Anodisierung das gleichmäßige Wachsen einer Hartanodisierungsschicht, so daß anodisierte Inseln neben mehr oder weniger nicht-anodisierten Oberflächenbereichen entstehen, die im Basiswerkstoff nicht ausreichend verankert sind und daher unter Belastung ausbrechen können. Sie wirken dann als Schmirgelmittel und erhöhen den Verschleiß.However, it has been shown that preferred for light metal pistons used silicon-containing aluminum alloys microscopically are inhomogeneous, whereby in addition to the mixed crystal phase primary and eutectic Silicon and numerous intermetallic phases are present. These phases prevent uniform growth of anodizing Hard anodizing layer, so that anodized islands next to more or less non-anodized surface areas arise that are not in the base material are sufficiently anchored and can therefore break out under stress. she then act as an abrasive and increase wear.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Mangel zu beheben und das bekannte Hartanodisierungsverfahren insbesondere für den eingangs genannten Anwendungsbereich so zu verbessern, daß auf den Bauteilen eine zuverlässig haftende Keramikschicht hergestellt werden kann, ohne daß hinsichtlich der erforderlichen Dicke und flächigen Erstreckung der Schicht Einschränkungen in Kauf genommen werden müssen.The invention has for its object to remedy this deficiency and Known hard anodizing processes, in particular for the one mentioned at the beginning To improve the application area so that a reliable on the components Adhesive ceramic layer can be made without the required thickness and areal extent of the layer restrictions have to be accepted.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß auf der Oberfläche des Bauteils zunächst eine Schicht aus Aluminium aufgebracht und daß die aufgebrachte Schicht anschließend in bekannter Weise anodisiert wird.To solve this problem it is proposed that on the surface of the Component first applied a layer of aluminum and that the applied layer is then anodized in a known manner.

Vorgeschlagen wird also die Herstellung einer mikroskopisch homogeneren Zwischenschicht, die einerseits problemlos auf die Basis-Oberfläche aufgebracht werden kann und sich innig mit ihr verbindet und die andererseits in üblicher Weise anodisch in Metalloxid umgewandelt werden kann und eine ganzflächig harte und verschleißfeste Metalloxidschicht bildet. Für Kolben aus Aluminium-Silizium-Legierungen hat sich für die Bildung einer 10 bis 80 µm dicken Al2O3-Schicht eine Aluminium-Zwischenschicht in der Größenordnung ≧ 10 µm als brauchbar herausgestellt.It is therefore proposed to produce a microscopically more homogeneous intermediate layer which, on the one hand, can be applied to the base surface without problems and connects intimately to it, and which, on the other hand, can be anodically converted into metal oxide and forms a hard and wear-resistant metal oxide layer over the entire surface. For pistons made of aluminum-silicon alloys, an aluminum intermediate layer in the order of magnitude ≧ 10 µm has been found to be useful for the formation of a 10 to 80 µm thick Al 2 O 3 layer.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind in den Unteransprüchen 2 bis 9 beschrieben. Danach kann anstelle von Aluminium eine Schicht aus einer primärsiliziumfreien Aluminiumlegierung oder aus einem anderen auf der Oberfläche des Bauteils haftenden, hartanodisierbaren Metall aufgebracht werden. Das Aufbringen kann galvanisch, durch Aufdampfen, durch Plattieren, Löten oder Umschmelzen erfolgen. Vorzugsweise wird die aufgebrachte Schicht nicht über ihre gesamte Dicke durchanalysiert, vielmehr wird als Haftvermittlung zwischen der Basis- Oberfläche und der äußeren keramischen Schicht noch ein Teil der aufgebrachten Schicht in dem nach dem Aufbringen vorhandenen metallurgischen Zustand belassen. Advantageous refinements of the inventive concept are in the Subclaims 2 to 9 described. After that, instead of aluminum a layer made of a primary silicon-free aluminum alloy or another hard anodizable that adheres to the surface of the component Metal can be applied. The application can be galvanic, by Evaporation, plating, soldering or remelting. The applied layer is preferably not over its entire thickness thoroughly analyzed, rather as mediation between the basic Surface and the outer ceramic layer still part of the applied layer in the existing one after application leave metallurgical state.  

Das erfindungsgemäße Verfahren kann wie bei den bekannten Hartanodisierverfahren auf die gesamte Oberfläche des Bauteils erstreckt werden, es kann aber auch wie bisher schon auf Oberflächenbereiche beschränkt werden, die besonders hohen thermischen und mechanischen Belastungen unterliegen. Schließlich kann das erfindungsgemäße Verfahren selbstverständlich auch bei Bauteilen aus anderen Basiswerkstoffen angewendet werden, die für eine direkte Hartanodisierung der Oberfläche nicht geeignet sind.The method according to the invention can, as in the known ones Hard anodizing extends over the entire surface of the component , but it can also be applied to surface areas as before limited, the particularly high thermal and mechanical Subject to charges. Finally, the method according to the invention naturally also used for components made of other basic materials are not suitable for direct hard anodizing of the surface are.

Claims (9)

1. Verfahren zur Herstellung einer thermisch und mechanisch hochbelastbaren Oberflächenschicht auf Bauteilen aus siliziumhaltigen Aluminiumlegierungen, insbesondere auf gegossenen Kolben für Verbrennungskraftmaschinen durch Hartanodisierung, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Oberfläche des Bauteils zunächst eine Schicht aus Aluminium aufgebracht und daß die aufgebrachte Schicht anschließend in bekannter Weise anodisiert wird.1. A method for producing a thermally and mechanically highly resilient surface layer on components made of silicon-containing aluminum alloys, in particular on cast pistons for internal combustion engines by hard anodizing, characterized in that a layer of aluminum is first applied to the surface of the component and that the applied layer is then applied in a known manner is anodized. 2. Verfahren nach Anspruch 1, jedoch mit der Maßgabe, daß zunächst eine Schicht aus einer primärsiliziumfreien Aluminiumlegierung aufgebracht wird.2. The method according to claim 1, but with the proviso that initially a layer made of a primary silicon-free aluminum alloy is applied. 3. Verfahren nach Anspruch 1, jedoch mit der Maßgabe, daß zunächst eine Schicht aus einem auf der Oberfläche des Bauteils haftenden, hartanodisierbaren Metall oder einer Metalllegierung aufgebracht wird.3. The method according to claim 1, but with the proviso that initially a layer of an adherent on the surface of the component, hard anodizable metal or a metal alloy is applied. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht galvanisch aufgebracht wird.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized characterized in that the layer is applied galvanically. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht durch Aufdampfen aufgebracht wird.5. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized characterized in that the layer is applied by vapor deposition. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht durch Plattieren, Löten, Sprühen oder Umschmelzen aufgebracht wird.6. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized characterized in that the layer by plating, soldering, spraying or Remelting is applied. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgebrachte Schicht nur über einen Teil ihrer Gesamtdicke anodisiert wird. 7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized characterized in that the layer applied only over part of their Total thickness is anodized.   8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Bauteils nur teilweise mit einer Schicht versehen und anodisiert wird.8. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized characterized in that the surface of the component only partially with a Layer is provided and anodized. 9. Anwendung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 8 auf Bauteile aus Basiswerkstoffen die für eine direkte Hartanodisierung der Oberfläche nicht geeignet sind.9. Application of the method according to claims 1 to 8 on components made of basic materials for direct hard anodization of the Surface are not suitable.
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