DE202008009966U1

DE202008009966U1 - Drahtförmiger Spritzwerkstoff

Info

Publication number: DE202008009966U1
Application number: DE202008009966U
Authority: DE
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2008-07-24
Filing date: 2008-07-24
Publication date: 2008-11-06
Anticipated expiration: 2018-07-25

Abstract

Drahtförmiger Spritzwerkstoff (4), insbesondere zum Lichtbogendrahtspritzen, umfassend im Wesentlichen Eisen,
dadurch gekennzeichnet,
• dass der Spritzwerkstoff (4) zumindest mit Kohlenstoff und Mangan als Mikrolegierung derart gebildet ist, dass beim Erstarren des Spritzwerkstoffs Bainit und Martensit entstehen,
• wobei folgende Legierungsbestandteile vorgesehen sind:
o Kohlenstoff 0,35 Gew.% bis 0,55 Gew.%,
o Silizium 0,15 Gew.% bis 0,25 Gew.%,
o Mangan 0,7 Gew.% bis 0,9 Gew.%,
o Chrom 1,00 Gew.% bis 1,20 Gew.%
o Kupfer 0,25 Gew.% bis 0,35 Gew.%,
o Molybdän 0,18 bis 0,25 Gew.%,
o Nickel 0,20 Gew.% bis 0,40 Gew.%,
o Stickstoff 120 Gew.ppm bis 170 Gew.ppm,
o Niob 300 Gew.ppm bis 350 Gew.ppm,
jeweils bezogen auf ein Gesamtgewicht.

Description

Die Erfindung betrifft einen drahtförmigen Spritzwerkstoff, insbesondere zum Lichtbogendrahtspritzen, umfassend im Wesentlichen Eisen.
Bei der Herstellung von Verbrennungsmotoren wird aus Gründen der Energieeffizienz und der Emissionsreduzierung eine möglichst geringe Reibung und eine hohe Abrieb- und Verschleißfestigkeit angestrebt. Hierzu werden Motorbauteile, wie zum Beispiel Zylinderbohrungen bzw. deren Wandungen mit einer Laufflächenschicht versehen oder es werden Laufbuchsen in die Zylinderbohrungen eingesetzt, welche mit einer Laufflächenschicht versehen werden. Das Aufbringen solcher Laufflächenschichten erfolgt zumeist mittels thermischen Spritzens, beispielsweise Lichtbogendrahtspritzen. Beim Lichtbogendrahtspritzen wird zwischen zwei drahtförmigen Spritzwerkstoffen ein Lichtbogen durch Anlegen einer Spannung erzeugt. Dabei schmelzen die Drahtspitzen ab und werden beispielsweise mittels eines Zerstäubergases auf die zu beschichtende Oberfläche, beispielsweise die Zylinderwand befördert, wo sie sich anlagern.
Aus der DE 103 08 563 B3 ist eine Zylinderlaufbuchse für Verbrennungskraftmaschinen bekannt, umfassend einen Grundkörper mit einer Verschleißschutzbeschichtung auf der Lauffläche, auf Basis einer harten Eisenlegierung mit Kohlenstoff und Sauerstoff, wobei die Verschleißschutzschicht martensitische Phasen aufweist und Oxide bildet und die Verschleißschutzschicht im Lichtbogen-Drahtspritzverfahren auftragbar ist und die Legierung der Beschichtung einen Kohlenstoffgehalt von 0,05 bis 3 Gew.% aufweist.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten drahtförmigen Spritzwerkstoff, insbesondere zum Lichtbogendrahtspritzen anzugeben. Zielgrößen sind dabei gutes Spritzverhalten, gezielte Schichteigenschaften und gute Bearbeitbarkeit.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen drahtförmigen Spritzwerkstoff mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein erfindungsgemäßer drahtförmiger Spritzwerkstoff, insbesondere zum Lichtbogendrahtspritzen, umfasst im Wesentlichen Eisen. Der Spritzwerkstoff ist zumindest mit Kohlenstoff als Mikrolegierung derart gebildet, dass bereits beim Erstarren des Spritzwerkstoffs Perlit, Bainit und Martensit sowie adhäsionsresistente Mischkarbide entstehen. Mikrolegierungen sind solche Legierungen, die überwiegend aus einem Bestandteil gebildet sind, dem im Verhältnis zu einer Gesamtmasse nur geringe Mengen weiterer Bestandteile zugegeben sind. Bainit ist ein zähes Zwischenstufengefüge kohlenstoffhaltiger Stähle. Martensit ist ein hartes, verschleißfestes Gefüge. Die Bildung von Bainit und Martensit kann durch die Art der Abkühlung des Spritzwerkstoffs und durch die Wahl der Legierungsbestandteile der Mikrolegierung beeinflusst werden. Bei einer Anlagerung einer mittels Lichtbogendrahtspritzen unter Nutzung des erfindungsgemäßen Spritzwerkstoffs erzeugten Schicht auf einem Substrat, beispielsweise einer Zylinderlauffläche, bildet sich z. B. eine zähe, duktile Matrix aus Bainit mit harten, verschleißfesten Inseln aus Martensit und eingelagerte feine Mischkarbide. Auf diese Weise kann die Reibung, insbesondere die Festkörperreibung zwischen der Schicht und einem Reibpartner, beispielsweise Kolbenringen erheblich reduziert werden. Durch die Mischkarbide wird eine geringere Adhäsion zur Oberfläche des Reibpartners und damit geringere Reibung bewirkt.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigt:
1 ein Substrat mit einer durch Lichtbogendrahtspritzen abgeschiedenen Schicht.
In 1 ist ein Substrat 1 mit einer durch Lichtbogendrahtspritzen (LDS) abgeschiedenen Schicht 2 gezeigt. Beim Lichtbogendrahtspritzen werden einem Beschichtungskopf 3 zwei drahtförmige Spritzwerkstoffe 4 zugeführt. Zwischen den drahtförmigen Spritzwerkstoffen 4 wird ein Lichtbogen 5 gezündet. Dabei schmilzt der drahtförmige Spritzwerkstoff 4 und wird mittels eines Trägergases gezielt auf das zu beschichtende Substrat 1 aufgebracht, wo er abkühlt, erstarrt und die Schicht 2 bildet.
Der drahtförmige Spritzwerkstoff 4 umfasst im Wesentlichen Eisen. Der Spritzwerkstoff ist zumindest mit Kohlenstoff und Mangan als Mikrolegierung derart gebildet, dass bereits beim Erstarren des Spritzwerkstoffs überwiegend Bainit und Martensit entstehen.
Weiter sind folgende Legierungsbestandteile enthalten:

– Kohlenstoff 0,35 Gew.% bis 0,55 Gew.%
– Silizium 0,15 Gew.% bis 0,25 Gew.%
– Mangan 0,70 Gew.% bis 0,9 Gew.%
– Chrom 1,00 Gew.% bis 1,20 Gew.%
– Kupfer 0,25 Gew.% bis 0,35 Gew.%
– Molybdän 0,18 bis 0,25 Gew.%
– Nickel 0,20 Gew.% bis 0,40 Gew.%
– Aluminium 0,02 bis 0,03 Gew.%
– Stickstoff 120 Gew.ppm bis 170 Gew.ppm
– Titan maximal 0,001 Gew.%
– Phosphor maximal 0,035 Gew.%
– Schwefel maximal 0,035 Gew.%
– Niob 300 Gew.ppm bis 350 Gew.ppm

Die Mengenangaben sind in Gewichtsprozent bzw. in Gewichtsppm (parts per million), jeweils bezogen auf ein Gesamtgewicht.
Bevorzugt wird für den drahtförmigen Spritzwerkstoff 4 eine Mikrolegierung mit folgenden Bestandteilen verwendet:

– Kohlenstoff 0,5 Gew.%
– Silizium 0,25 Gew.%
– Mangan 0,85 Gew.%
– Chrom 1,10 Gew.%
– Kupfer 0,35 Gew.%
– Molybdän 0,22 Gew.%
– Nickel 0,35 Gew.%
– Stickstoff 150 Gew.ppm
– Niob 320 Gew.ppm

Der Hauptbestandteil der Mikrolegierung ist Eisen.
Lichtbogendrahtspritzen mit einem aus dieser Mikrolegierung gebildeten drahtförmigen Spritzwerkstoff 4 führt zu einer besonders homogenen Schicht mit geringer Porosität und geringer Rauhigkeit.
Durch Chrom- und Molybdänmischkarbide wird der Verschleißwiderstand der Schicht 2 optimiert und die Adhäsionsneigung reduziert.
Kohlenstoff und Mangan in der Mikrolegierung bewirken ein verbessertes Spritzverhalten mit besonders kleinen Tröpfchen. Dadurch verbessert sich auch die Qualität der abgeschiedenen Schicht 2.
Der Manganzusatz fördert die bainitische Umwandlung auch bei niedriger C-Gehalt Die Zugabe von Kupfer verbessert den Korrosionswiderstand der Schicht 2.
Chrom fördert die Umwandlung des erstarrenden Spritzwerkstoffs 4 in das gewünschte Gefüge.
Zusammen mit Molybdän führt Chrom auch zu verringerten Reibbeiwerten und damit zu einem reduzierten Verschleiß der Schicht 2, beispielsweise durch Bildung von Mischkarbiden.
Nickel reduziert die Korrosionsneigung ebenfalls, beeinflusst jedoch auch die mechanischen Eigenschaften positiv.
Stickstoff und Niob sorgen für die Homogenität und Feinkörnigkeit der Schicht 2, sowie ein erhöhte Basisfestigkeit z. B. durch Bildung feiner Nitride.
Der drahtförmige Spritzwerkstoff 4 wird vorzugsweise warmgewalzt und/oder warmgezogen und danach langsam und gesteuert in einem Ofen abgekühlt, um ein duktiles Gefüge zu erhalten, damit der drahtförmige Spritzwerkstoff 4 biegsam bleibt.
Die Legierungsbestandteile des Drahtes sind so bemessen, dass der Abbrand von bestimmten Elementen, z. B. Kohlenstoff berücksichtigt ist. Die Legierungszusammensetzung der Schicht ist entsprechend dem Abbrand verändert.
Vorzugsweise wird eine Oberfläche des drahtförmigen Spritzwerkstoffs 4 verkupfert, um Korrosion zu vermeiden.

1: Substrat
2: Schicht
3: Beschichtungskopf
4: drahtförmiger Spritzwerkstoff
5: Lichtbogen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10308563 B3 [0003]

Claims

Drahtförmiger Spritzwerkstoff (4), insbesondere zum Lichtbogendrahtspritzen, umfassend im Wesentlichen Eisen, dadurch gekennzeichnet, • dass der Spritzwerkstoff (4) zumindest mit Kohlenstoff und Mangan als Mikrolegierung derart gebildet ist, dass beim Erstarren des Spritzwerkstoffs Bainit und Martensit entstehen, • wobei folgende Legierungsbestandteile vorgesehen sind: o Kohlenstoff 0,35 Gew.% bis 0,55 Gew.%, o Silizium 0,15 Gew.% bis 0,25 Gew.%, o Mangan 0,7 Gew.% bis 0,9 Gew.%, o Chrom 1,00 Gew.% bis 1,20 Gew.% o Kupfer 0,25 Gew.% bis 0,35 Gew.%, o Molybdän 0,18 bis 0,25 Gew.%, o Nickel 0,20 Gew.% bis 0,40 Gew.%, o Stickstoff 120 Gew.ppm bis 170 Gew.ppm, o Niob 300 Gew.ppm bis 350 Gew.ppm, jeweils bezogen auf ein Gesamtgewicht.
Drahtförmiger Spritzwerkstoff (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Phosphor mit einem Anteil von maximal 0,035 Gew.%, Schwefel mit einem Anteil von maximal 0,035 Gew.%, Aluminium mit einem Anteil von 0,02 Gew.% bis 0,03 Gew.% und Titan mit einem Anteil von maximal 0,001 Gew.% enthalten sind.
Drahtförmiger Spritzwerkstoff (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Spritzwerkstoffs (4) verkupfert ist.