DE3814362C1 - Process for producing bucket tappets and similarly stressed components in internal combustion engines - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Tassen­ stößeln und ähnlich beanspruchten Teilen in Verbrennungsmotoren, welche mit verschleißfesten, korrosions- und thermoschockbe­ ständigen Schichten beschichtet sind, die ganzflächig diffusiv und porenfrei mit dem Grundkörper verbunden sind, wobei die Schicht aus einem karbidischen oder oxydkeramischen-silicidischen Werk­ stoff besteht.

Aus EP-A1 5 285, EP-B1 23 733 und US-PS 45 62 090 sind zwar Schichten, die mittels Flamm- oder Plasma-Spritzen auf Substrate aufgebracht werden, aber der außerordentliche Nachteil dieser be­ kannten Spritzverfahren liegt darin, daß mit diesen Verfahren keine dichten Schichten erzeugt werden können. Meist besitzen die Schichten durchgängige Porenkanäle von der Deckschicht bis zum Grundwerkstoff. Auch die nach dem GB-A 21 54 614 erzeugten Schichten sind so porös, daß sie nicht mit den nach dem erfind­ ungsgemäßen Verfahren erzeugten Schichten vergleichbar sind. Insbesondere fehlt auch der Hinweis, daß das bekannte Verfahren mit Inertgas- oder Wassermantelschutz angewendet werden soll. Der Nachteil aller dieser bekannten Verfahren besteht darin, daß die damit erzeugten Schichten wegen der relativ großen Porosität nicht ohne aufwendige und komplizierte Hilfsverfahren dem HIP- Verfahren unterworfen werden können. Außerdem platzen die nach den bekannten Verfahren aufgebrachten Schichten als Funktion der Schichtdicke und in Abhängigkeit vom verwendeten Werkstoff leicht ab.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde durch Entwicklung eines angepaßten Schichtaufbaus bezüglich der unter­ schiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen Grundkörper und Beschichtungswerkstoff für den Einsatzfall und speziell für den Nachbehandlungsschritt der aufgebrachten Schicht durch Heiß-Isostatisches-Pressen (HIP) bei Temperaturen von über 1000°C zur Erlangung eines ganzflächigen diffusiven Übergangs zwischen Komponenten-Grundkörper und Schicht und einer poren­ freien, korrosionsbeständigen und verschleißfesten Schicht zu erreichen. Besondere Anforderungen sind auch hinsichtlich der Phasenbildung durch den unmittelbar nachfolgenden HIP-Prozeß gestellt, um durch die Werkstoffkombination des thermoschock- und heißgaskorrosionsbeständigen Schichtaufbaus spannungsauf­ bauende und festigkeitsmindernde Sprödphasen zu vermeiden.

Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß auf den Grundkörper mittels dem Plasmaspritzverfahren mit Inertgas- oder Wassermantel­ schutz und mindestens zweifacher Schallgeschwindigkeit des Plasma­ strahls eine Schicht aufgespritzt wird, deren mittlerer linearer Wärmeausdehnungskoeffizient am Grundkörper dem Wert des Grundkör­ pers entspricht und bis zur äußeren Schicht auf den Wert des Schichtmaterials gebracht ist, und der so erhaltene Körper dem Heiß-Isostatischen Preßverfahren (HIP) bei über 1000°C unter­ worfen wird.

Der Schutzmantel aus Inertgas oder Wasser hat den Vorteil, daß hochschmelzende, duktile, korrosionsbeständige in bestimmtem Umfang sauerstoffaffine Werkstoffe als Matrixkomponenten für die Gradierung des thermoschockbeständischen Schichtaufbaus verwendet werden. Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht vor allem darin, daß aufgrund der sehr hohen Partikelgeschwindig­ keit in Verbindung mit der Abkapselung der umgebenden Atmosphäre ein werkstoffbedingtes Verfahren zum Schichtaufbau gefunden wurde, das es ermöglicht einen ganzflächigen diffusiven Verbund bei gleichzeitiger Porenfreiheit zu erreichen und damit den speziellen Anforderungen hinsichtlich Verschleißfestigkeit, Korrosions­ beständigkeit und Thermoschockbeständigkeit bei Tassenstößel etc. zu entsprechen.

Durch die Kombination der Verfahrensschritte und deren optimierte Verfahrensparameter in Abhängigkeit von dem Schichtwerkstoff erfahren die Tassenstößel etc. keine geometrische Veränderung durch den nachfolgenden ganzflächigen Verbindungsvorgang und gleichzeitigen Verdichtungsprozeß der Schicht.

Anhand des nachfolgend beschriebenen Beispiels einer Ausführungs­ form der Erfindung wird diese erläutert. Dazu wird zuerst ein Grundkörper mittels dem einfachen und preis­ werten Tiefziehverfahren gefertigt. Der Grundkörper wird auf der im Einsatz beanspruchten Oberfläche mittels dem Plasmaspritz­ verfahren bei zweifacher Schallgeschwindigkeit des Plasmastrahls mit 75% WC-Co und einer NiCrBSi-Legierung derart beschichtet, daß die Porosität weniger als 3% beträgt. Bei einer Licht­ bogengaseinstellung von mind. 80 SLPM-Ar und 25 SLPM-He wid zur Vermeidung von Sprödphasenbildung durch Reaktion mit der umgebenden Atmosphäre ein dichter Inert-Schutzgas- oder Wassermantel um den Plasmastrahl gelegt, so daß bei der betrieblichen Thermoschock­ beanspruchung keine Risse in der Schicht durch große innere Spannungen auftreten. Die elektrischen Daten des notwendigen Licht­ bogens in der Plasmapistole sind mindestens 80 V und 900 A. Die optimierte Schicht bezüglich der unterschiedlichen Wärmeausdehnungs­ koeffizienten zwischen Grundkörper und verschleißfestem Be­ schichtungswerkstoff wird durch Heiß-Isostatisches-Pressen (HIP) bei Temperaturen von über 1000°C ganzflächig diffusiv und porenfrei mit dem Grundkörper verbunden. Dieser spezielle Nachbehandlungs­ schritt bewirkt einen festigkeitssteigernden, einsatzfähigen Schichtverbund mit einer Mischhärte von mindestens 700 HV_0,2.

SLPM ist der international gebräuchliche Meßwert "Standard Liter pro Minute" für das verwendete Gas und ist definitionsge­ mäß die Gasdurchflußmenge bei eingestellten Gasdruck und fest installierter Gasblende pro Gasart, die einem Plasmabrenner zu­ geführt wird.

Claims (2)

1. Verfahren zur Herstellung von Tassenstößeln und ähnlich bean­ spruchten Teilen in Verbrennungsmotoren, welche mit verschleiß­ festen, korrosions- und therrmoschockbeständigen Schichten be­ schichtet sind, die ganzflächig diffusiv und porenfrei mit dem Grundkörper verbunden sind, wobei die Schicht aus einem karbid­ ischen oder oxydkeramischen-silicidischen Werkstoff besteht, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Grundkörper mittels dem Plasmaspritzverfahren mit Inertgas- oder Wassermantelschutz und mindestens zweifacher Schallgeschwindigkeit des Plasmastrahls eine Schicht aufgespritzt wird, deren mittlerer linearer Wärme­ ausdehnungskoeffizient am Grundkörper dem Wert des Grundkörpers entspricht und bis zur äußeren Schicht auf den Wert des Schicht­ materials gebracht ist, und der so erhaltene Körper dem Heiß- Isostatischen Preßverfahren (HIP) bei über 1000°C unterworfen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Härte des Matrix-Werkstoffs für die Schicht entsprechend der geforderten Mindesthärte ausgewählt wird.