DE2809384A1

DE2809384A1 - Verfahren zum beschichten der oberflaechen von ventilen fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2809384A1
Application number: DE19782809384
Authority: DE
Inventors: Horst Dipl Ing Lindner
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1978-03-04
Filing date: 1978-03-04
Publication date: 1979-09-13
Also published as: DK149172B; FR2418689B1; GB2015397A; NL188106B; IT7920580A0; DK84279A; DE2809384C2; IT1111876B; NL188106C; JPS54129220A; GB2015397B; JPH0224623B2; US4222430A; FR2418689A1; NL7901508A; DD142225A1

Description

Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg Aktiengesellschaft Stadtbachstraße 1, 8900 Augsburg

PB 2931/1346 03.03.78

Verfahren zum Beschichten der Oberflächen von Ventilen für Brennkraftmaschinen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten der Oberflächen von Ventilen für Brennkraftmaschinen mittels eines in flüssiger Form auf die Oberfläche aufbringbaren, heißkorrosionsbeständigen Panzerungsmaterials.

Aus der DE-PS 944 642 ist bereits ein Verfahren dieser Art bekannt, bei dem das Ventil mit den zu überziehenden Oberflächenbereichen in eine Schmelze aus heißkorrosionsbeständigem Material getaucht wird.

Abgesehen von der Tatsache, daß bei diesem Verfahren nach dem Eintauchen in die Schmelze eine lange Zeit erfordernde Wärmediffusionsbehandlung nötig ist, um eine ausreichende Haftung des Überzugsmaterials zu gewährleisten, lassen sich mit diesem Verfahren lediglich gegen Heißkorrosion schützende überzüge gleichmäßiger Dicke schaffen.

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Hochfaeanspruchte Ventile erfordern jedoch in bestimmten Bereichen, wie z. B. dem Ventilsitzbereich, noch eine Beschichtung mit Panzerungsmaterial in einer wesentlich größeren Schichtdicke, d. h. mit einer Dicke von 2 bis 3 mm, wohingegen für die übrigen, gegen Heißkorrosion zu schützenden Oberflächenbereiche eine Schichtdicke im f* -Bereich ausreicht.

Zur Aufbringung dieser Panzerungsschichten ist es üblich, das Panzerungsmaterial, das auch noch bei Temperaturen über 773 K (500 C°) eine große Härte und Verschleißfestigkeit aufweist, nach dem Piasmarc- oder Argonarc-Verfahren aufzubringen.

Dabei ergeben sich jedoch, insbesondere bei Ventilen mit zunehmender Größe, Schwierigkeiten, da die hohen Temperaturen, bei denen das Panzerungsmaterial in flüssiger Phase auf den kälteren Grundwerkstoff aufgebracht wird, zu hohen Eigenspannungen in der Panzerung führen. Diese Eigenspannungen, die durch Spannungsarmglühen nicht beseitigt werden können (wegen der sehr hoch liegenden Warmstreckgrenzen von Grund- und Panzerungsmaterial), erzeugen bei Überlagerung fertigungs- oder betriebsbedingter Zusatzspannungen Risse in der Panzerung. Außerdem sind bei den bisherigen halbautomatischen Panzerungsverfahren Fehlstellen in der Schweißzone nicht auszuschließen, so daß trotz eingehender zerstörungsfreier Qualitätskontrollen einzelne Ventile mit äußerlich nicht sichtbaren Fehlstellen zum Einsatz kommen, die im Motorbetrieb zu Ausbrüchen in der Panzerung mit beträchtlichen Folgeschäden am Motor führen können.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein mit einfachen Mitteln durchführbares und

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für automatischen Betrieb geeignetes Verfahren zu schaffen, bei dem das Ventil in einem Arbeitsgang mit Panzerungsmaterial unterschiedlicher Stärke beaufschlagt werden kann und Eigenspannungen und Fehlstellen mit Sicherheit ausgeschlossen sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Ventil in seinem Sitzbereich mit einer umlaufenden Rille versehen wird, an seinen zu beschichtenden Oberflächenbereichen von einem aus einem Topfteil und einem Deckelteil bestehenden Schmelztiegel umschlossen wird, deren Innenkonturen der Außenform des beschichteten Ventils entsprechen, zwischen Deckelteil und Ventil zumindest unter Auffüllung des durch die Rille gebildeten Hohlraumes granulatförmiges Panzerungsmaterial eingebracht wird, das Deckelteil im Topfteil in axialer Richtung frei beweglich angeordnet ist und sämtliche Bestandteile in Vakuum auf eine Temperatur gebracht werden, bei der sich das granulatförmige Panzerungsmaterial verflüssigt und unter der Gewichtskraft des aufschwimmenden Deckelteils in den zwischen Deckelteil und Topfteil und den zwischen Deckelteil und Ventil gebildeten Ringspalten aufsteigt.

Man erzielt mit dieser Maßnahme unter völligem Ausschluß von zu Eigenspannungen führenden Differenztemperaturen und Fehlstellen infolge von Bearbeitungsmängeln oder Gaseinschlüssen eine Beschichtung des Ventils mit zur Panzerung und gegen Heißkorrosion geeigneten Schichtdicken.

Vorzugsweise wird als granulatförmiges Panzerungsmaterial eine Legierung verwendet, deren Bestandteile in folgendem prozentualen Bereich liegen: Kohlenstoff 0,75,

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Silizium 4,25, Chrom 13 - 20, Nickel 70, Eisen 4,75, Bor 3. Diese Legierung gewährleistet zum einen im Ventilsitzbereich auch bei hohen Betriebstemperaturen eine hohe Härte und Verschleißfestigkeit und zum anderen in den übrigen Oberflächenbereichen eine gute Beständigkeit gegen Heißkorrosion.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung anhand der Zeichnung in Verbindung mit den Ansprüchen.

In der Zeichnung ist eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in zwei, verschiedene Verfahrensstufen verdeutlichenden Halbschnitten dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Halbschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung vor der Erhitzung und

Fig. 2 einen Halbschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung nach Erhitzung auf Schmelztemperatur.

In Fig. 1 ist ein aus einem Topfteil 3 und einem Deckelteil 4 bestehender Schmelztiegel 5 dargestellt, in dem aufrechtstehend ein Ventil 1 angeordnet ist. Das Ventil 1 durchsetzt mit seinem Schaftteil eine zentrale Öffnung im Deckelteil 4 und hat in seinem Sitzbereich eine umlaufende Rille 2 ausgebildet. Das Deckelteil 4 hat eine konische Außenfläche 9, mit der es an einer konisch nach

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außen sich erweiternden Innenfläche 10 des Topfteils 3 unter Bildung eines Ringspalts 8 zur Auflage kommt. Deckelteil 4 und Topfteil 3 umschließen einen Raum, dessen Innenkonturen der Außenform des fertig beschichteten Ventils entsprechen. Am Deckelteil 4 ist ein Gewicht (nicht dargestellt) angeordnet.

Zur Aufbringung des Panzerungsmaterials und zur Beschichtung der weiteren Oberflächenbereiche wird in die Rille 2 granulatförmiges Panzerungsmaterial 6 auf Nickelbasis (vorzugsweise eine Legierung mit dem Handelsnamen "Colmonoy 6") gefüllt, auf das das mit dem Gewicht beschwerte Deckelteil 4 zu liegen kommt.

Nach Erzeugung eines Vakuums (10 bis 10 Torr) werden sämtliche Teile auf eine Temperatur (1313 K) gebracht, bei der sich das granulatförmige Panzerungsmaterial (Colmonoy 6) verflüssigt und das Deckelteil 4 unter der Gewichtskraft nach unten sinkt, wobei das verflüssigte Panzerung smaterial in die Ringspalte 7 und 8 aufsteigt (Fig. 2). Unter dem Druck der sich in diesen Spalten 7 und 8 einstellenden Schmelzflüssigkeitssäule und infolge von Kapillarwirkung füllen sich sämtliche zwischen Ventil und Schmelztiegel 5 gebildeten Hohlräume, auch der zwischen Tellerboden und Schmelztiegel befindliche Spalt. Die Dicke des Spaltes ergibt sich durch Rauhtiefen der bearbeiteten Ventiloberfläche, die im f*-Bereich liegt und zur Beschichtung gegen Heißkorrosion ausreicht. Zur Erzielung einer größeren Schichtdicke können jedoch auch Maßnahmen vorgesehen werden, durch die die Ventiloberfläche zu den Innenflächen der Schmelztiegelteile in einem definierten Abstand gehalten werden, wie z. B. Halterungseinrichtungen für Ventil und Deckelteil oder An-

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g -Unordnung von Abstandshaltemxtteln zwischen der Ventiloberfläche und den Innenwänden des Schmelztiegels.

Im Ventilsitzbereich hingegen wird der von der Rille 2 gebildete Hohlraum ausgefüllt und ergibt die für die Panzerung des Sitzbereichs erforderliche Schichtdicke, die mehrere Millimeter betragen kann.

Das Grundmaterial des Ventils 1 (beispielsweise X 45 Cr Si 9) und das Panzerungsmaterial verbinden sich während einer Haltezeit von 15 bis 30 Minuten bei gleicher Temperatur in einer duktilen Diffusionszone.

Nach dem Abkühlen ist der gesamte Bereich des Ventiltellers, der im Motorbetrieb einer Heißkorrosion ausgesetzt ist, mit einer Schutzschicht aus korrosionsbeständigem Panzerungsmaterial überzogen und der Ventilsitz ohne verbleibende Eigenspannungen gepanzert.

Das Panzerungs- und Beschichtungsverfahren kann in einem beheizbaren Vakuumofen durchgeführt werden, der in einem zeitlich gesteuerten Zyklus vollautomatisch betrieben werden kann.

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Claims

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Patentansprüche:

J Verfahren zum Beschichten der Oberflächen von Venti-.len für Brennkraftmaschinen mittels eines in flüssiger Form auf die Oberfläche aufbringbaren, heißkorrosionsbeständigen Panzerungsmaterials,

dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (1) in seinem Sitzbereich mit einer umlaufenden Rille (2) versehen wird,

an seinen zu beschichtenden Oberflächenbereichen von einem aus einem Topfteil (3) und einem Deckelteil (4) bestehenden Schmelztiegel (5) umschlossen wird, deren Innenkonturen der Außenform des beschichteten Ventils entsprechen,

zwischen Deckelteil (4) und Ventil (1) zumindest unter Auffüllung des durch die Rille (2) gebildeten Hohlraumes granulatförmiges Panzerungsmaterial (6) eingebracht wird,

das Deckelteil (4) im Topfteil (3) in axialer Richtung frei beweglich angeordnet ist und sämtliche Bestandteile (1, 3, 4, 6) in Vakuum auf eine Temperatur gebracht werden, bei der sich das granulatförmige Panzerungsmaterial (6) verflüssigt und unter der Gewichtskraft des aufschwimmenden Deckelteils (4) in den zwischen Deckelteil (4) und Topfteil (3) und den zwischen Deckelteil (4) und Ventil (1) gebildeten Ringspalten (7, 8) aufsteigt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als granulatförmiges Panzerungsmaterial (6) eine Legierung mit der prozentualen Zusammensetzung

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Kohlenstoff 0,75, Silizium 4,25, Chrom 13 - 20, Nikkei 70, Eisen 4,75, Bor 3 (handelsübliche Bezeichnung "Colmonoy 6") verwendet wird.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das unbeschichtete, an seinem Sitzbereich eine umlaufende Rille

(2) aufweisende Ventil (1), in den Schmelztiegel (5) einsetzbar ist, der aus einem Topfteil (3) und einem Deckelteil (4) besteht, der im Topfteil (3) mit einer konischen Außenfläche (9) an einer konischen Innenfläche (10) im Topfteil (3) unter Bildung eines konischen Ringspalts (8) einsetzbar ist und Topfteil

(3) und Deckelteil (4) mit ihren Innenkonturen einen Raum umschließen, der der Außenform des fertig beschichteten Ventils entspricht, wobei das Deckelteil

(4) eine vom Ventilschaft durchsetzte zentrale Öffnung aufweist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Deckelteil (4) ein Gewicht anordbar ist.

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