DE4224485A1 - Verfahren zum Herstellen hülsenförmiger, perforierter oder segmentförmiger Verstärkungen - Google Patents

Verfahren zum Herstellen hülsenförmiger, perforierter oder segmentförmiger Verstärkungen

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DE4224485A1
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Klaus Dr Heck
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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    • C23C4/18—After-treatment
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen hülsenförmiger, perforierter oder segmentförmiger Ver­ stärkungen zum Eingießen in Zylinderblöcke oder Zylinder aus einer Metallegierung für Hubkolbenmaschinen, insbe­ sondere Brennkraftmaschinen, gem. dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Gattungsgemäße Verstärkungen beschreiben die auf die An­ melderin zurückgehenden Patentanmeldungen EP 491 978 A1 und DE 41 20 195 A1. Als Beschichtung wird hier therm­ isches Spritzen von Hartstoffen vorgeschlagen, um eine gezielt rauhe, poröse und extrem verschleißfeste Ober­ fläche zu schaffen, die dann nach dem Eingießen und ei­ ner entsprechenden mechanischen Bearbeitung Laufbahnan­ teile an den Zylinderlaufflächen bildet.
Aufgabe der Erfindung ist es, in Weiterbildung der gat­ tungsgemäßen Verstärkungen ein Verfahren aufzuzeigen, mit dem bei weniger hoch beanspruchten Hubkolbenmaschi­ nen, insbesondere Brennkraftmaschinen, ausreichend ver­ schleißfeste, kostengünstige und gute tribologische Eigenschaften aufweisende Beschichtungen geschaffen werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnen­ den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den weiteren Pa­ tentansprüchen entnehmbar.
Erfindungsgemäß wird also vorgeschlagen, die Beschich­ tung mit Hartstoffen durch eine gleichzeitige Wärmebe­ handlung der Verstärkungen, z. B. aus Stahl, aufzubrin­ gen. Dies kann entsprechend den weiteren Patentansprü­ chen durch Wirbelsintern, durch Auflöten insbesondere im Tauchbad, durch Aufbringen eines mit Hartstoffen ver­ setzten Schlickers und nachfolgendem Trocknen und Ein­ brennen, durch Aufbringen einer gezielten Oxidations- oder Phosphatschicht oder schließlich durch Feueralumi­ nieren erfolgen, wobei sich bei letzterem durch die Wär­ mebehandlung eine intermetallische, verschleißfeste Übergangsschicht bildet. Die Beschichtung kann durch sandstrahlen, Kugelstrahlen etc. aufgerauht bzw. Ober­ flächenporös gestaltet werden.
Weitere Details und Merkmale der Erfindung sind in der folgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele angeführt.
In einem ersten Beispiel wurde eine hülsenförmige Ver­ stärkung aus Stahlblech mit Durchstellungen (Perfora­ tionen) wie in der EP 491 978 A1 beschrieben mit einer durch Wirbelsintern aufgebrachten Beschichtung versehen.
Dazu wurde die Verstärkung in einem Ofen auf eine Tem­ peratur oberhalb der Schmelztemperatur des nachstehenden Binders erwärmt und in das Wirbelbett eingebracht, in dem mittels Druckluft ein Pulver aus einer Polyacetal­ chemie als Binder und Hartstoffpartikel bzw. Metallpar­ tikel aus Cu, Zn, FeO und Fe in der Schwebe gehalten sind. Aufgrund der vorhandenen Temperatur schmilzt der die Hartstoffe enthaltende Binder an der Oberfläche der Verstärkung in einer definierten Schichtdicke an.
Anschließend wird der Binder mittels Salpetersäure aus der Beschichtung ausgelöst, so daß nur die Hartstoffe in einer gezielten Porösität als Beschichtung verbleiben.
Diese Beschichtung wird dann in einem Sinterofen in Schutzgas und bei einer Temperatur von ca. 1000°C ge­ sintert, bis die geforderte Endschichtdicke von z. B. 0,3 mm erreicht ist.
Der Vorteil der beschriebenen Beschichtung liegt insbe­ sondere in der verlustlosen Verarbeitung der relativ teueren Hartstoffpartikel und einer gut beherrschbaren Serienfertigung.
In einem weiteren Beispiel wurde eine segmentförmige Verstärkung wie in der DE 41 20 195 beschrieben be­ schichtet.
Dabei wurde die Verstärkung mittels Sandstrahlen aufge­ rauht und dann in eine wäßrige Suspension getaucht, die ein Hochtemperaturlot aus CuZn, ein Flußmittel und Hart­ stoffpartikel aus SiC und FeO enthält. Nach dem Entneh­ men der benetzten Verstärkung aus der Suspension wurde diese getrocknet und anschließend über die Schmelztempe­ ratur des Hochtemperaturlotes hinaus erwärmt, wodurch die eingelagerten Partikel mit der Verstärkung verlötet bzw. das Lot mit der Verstärkung stoffschlüssig verbun­ den wurde. Anschließend ist die Verstärkung zum Eingie­ ßen in einen Leichtmetallzylinder bzw. Zylinderblock be­ reit.
Eine für höhere Belastungen ausgelegte Verstärkung wurde ebenfalls aufgerauht und dann zur Beschichtung in einen Schlicker aus Alkohol und Bindemittel getaucht, wobei in den Schlicker in einer ausreichenden Menge Kurzfasern aus Al2O3 und SiC eingemischt waren. Nach dem Trocknen des Schlickers wurde die Beschichtung durch Aufbringen hoher Temperaturen (900-1000°C) aufgesintert.
Nach einem herstellungstechnisch besonders günstigen Verfahren wurde eine Verstärkung der vorgenannten Art wiederum nach einer vorangegangen Aufrauhung der Ober­ fläche durch Erwärmung und Anblasen mit Wasserdampf oxi­ diert bzw. mit einer harten Oxidschicht versehen. An­ stelle des Oxidierens (z. B. Bläuen) kann auch eine Phos­ phatierung der Oberfläche durchgeführt werden, um eine Hartstoffschicht von z. B. 0,1 mm zu schaffen.
Schließlich wird eine fertigungstechnisch gut beherrsch­ bare kostengünstige Beschichtung geschaffen, in dem die Verstärkungen in ein Schmelzbad aus Aluminium getaucht werden (Feueraluminieren). Dabei entstehen an der Ober­ fläche der Verstärkung in Reaktion mit dem schmelz­ flüssigen Aluminium intermetallische Phasen, die eine hohe Härte (z. B. nach Vickers) aufweisen. Das Aluminium kann jedoch auch gespritzt und anschließend eine Wärme­ behandlung zur Bildung der intermetallischen Phasen durchgeführt werden.
Anschließend wird wiederum ein Aufrauhen der Oberfläche z. B. durch Kugelstrahlen durchgeführt.

Claims (12)

1. Verfahren zum Herstellen hülsenförmiger, perforier­ ter oder segmentförmiger Verstärkungen zum Eingießen in Zylinderblöcke oder Zylinder aus einer Metalle­ gierung für Hubkolbenmaschinen, insbesondere Brenn­ kraftmaschinen, wobei die Verstärkungen Laufbahnan­ teile bilden und mit einer verschleißfesten, gezielt porösen Beschichtung versehen sind, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verstärkungen mit einer durch Wärmebehandlung aufgebrachten Hartstoffschicht ver­ sehen sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung durch Wirbelsintern (Pulver­ schmelzbeschichten) aufgebracht wird.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in einem Bindersystem auf Polyace­ talchemie Hartstoffpartikel und/oder Metall, insbe­ sondere CuZn, FeO, und Fe eingemischt, wirbelgesin­ tert, das Bindersystem anschließend aufgelöst und die Beschichtung gesintert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung durch Auflöten von Hartstoff­ partikeln erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungen in eine Suspension getaucht werden, die ein Hochtemperaturlot (z. B. CuSn), ein Flußmittel und ein oder mehrere Hartstoffpartikel, insbesondere Al2O3, Si, SiC, FeO und Fe enthält und daß die Verstärkungen anschließend einer Wärmebe­ handlung mit einer oberhalb der Schmelztemperatur des Lotes liegenden Temperatur unterzogen werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung durch Eintauchen in eine Schlickermasse erfolgt, in der Hartstoffpartikel oder -fasern eingemischt sind, und daß anschließend die Beschichtung getrocknet und eingebrannt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlicker aus Alkohol und einem Bindemittel gebildet ist.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß Hartstoffpartikel oder -fasern aus Al2O3, Si, SiC und/oder FeO eingemischt werden.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungen an deren Oberflächen aufge­ rauht und mit einer Oxidationsschicht oder einer Phosphatschicht überzogen werden.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungen aluminiert und zur Bildung intermetallischer Phasen wärmebehandelt werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungen in schmelzflüssiges Aluminium getaucht werden.
12. Verfahren nach den Ansprüchen 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungen durch Strahlen mit festen Körpern, insbesondere durch Kugelstrahlen verfestigt und aufgerauht werden.
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