DE69706240T2 - Verfahren zum Verbinden von thermisch gespritzten Schichten auf nicht-aufgerauhten Edelmetall-Oberflächen - Google Patents

Verfahren zum Verbinden von thermisch gespritzten Schichten auf nicht-aufgerauhten Edelmetall-Oberflächen

Info

Publication number
DE69706240T2
DE69706240T2 DE69706240T DE69706240T DE69706240T2 DE 69706240 T2 DE69706240 T2 DE 69706240T2 DE 69706240 T DE69706240 T DE 69706240T DE 69706240 T DE69706240 T DE 69706240T DE 69706240 T2 DE69706240 T2 DE 69706240T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
flux
light metal
particles
thermally
sprayed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE69706240T
Other languages
English (en)
Other versions
DE69706240D1 (de
Inventor
James R. Baughman
David J. Cook
Armando M. Joaquin
Oludele O. Popoola
Matthew J. Zaluzec
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ford Werke GmbH
Ford Motor Co Ltd
Ford Motor Co
Original Assignee
Ford Werke GmbH
Ford Motor Co Ltd
Ford Motor Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ford Werke GmbH, Ford Motor Co Ltd, Ford Motor Co filed Critical Ford Werke GmbH
Publication of DE69706240D1 publication Critical patent/DE69706240D1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE69706240T2 publication Critical patent/DE69706240T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING 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
    • C23C4/00Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/02Pretreatment of the material to be coated, e.g. for coating on selected surface areas

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit der Technologie des Aufbringens von Metallen auf Substrate auf Leichtmetallbasis, und insbesondere mit Verfahren, welche stabile Flußmittel auf solche Oberflächen aufbringen, um Oberflächenoxyde zu lösen und eine feste metallurgisch-chemische Bindung mit den aufgespritzten Metallen zu fördern.
  • Bislang ist Aufrauhen das hauptsächliche Mittel zum Binden von thermisch aufgespritzten Beschichtungen auf eine Aluminiumgußfläche gewesen. Ein derartiges Aufrauhen wurde mit mechanischen Mitteln vorgenommen, wie z. B. durch Sandstrahlen, Hochdruck-Wasserstrahlen, Funkenerosionsbearbeitung, oder durch chemische Beizmittel. Solche Techniken zeigen sich jedoch als nachteilig, entweder wegen der Kosten oder weil sie das Substrat oder die Umgebung angreifen. Es wäre deshalb wünschenswert, wenn ein Verfahren gefunden werden könnte, das Aufrauhen von Aluminiumguß-Substraten überflüssig macht und dennoch die Haftung von metallischen Beschichtungen darauf ermöglicht.
  • Aluminium und Aluminiumlegierungen sind im allgemeinen sehr reaktionsfreudig und bilden schon bei mäßigen Temperaturen leicht Intermetallegierungen mit Nickel, Titan, Kupfer und Eisen. Zur Verzögerung solcher Reaktionen bilden Aluminium und Aluminiumlegierungen einen passivierenden Oberflächen-Oxydfilm (5-100 Nanometer stark), wenn sie bei Raumtemperatur der Umgebungsluft ausgesetzt werden. Solche Oxydfilme verhindern jedoch die Haftung von Metallen auf ungerauhtem Aluminium. Zur Herstellung einer metallurgischen, chemischen oder intermetallischen Bindung zwischen dem Aluminium oder der Aluminiumlegierung und anderen Metallen ist es daher oft nötig, den Oxydfilm zu entfernen, aufzulösen oder zu zerstören. Nach einer derartigen Befreiung von Oxyden geht Aluminium bzw. eine Aluminiumlegierung schon bei Temperaturen von nur 500ºC leicht eine Legierungsbindung ein.
  • Oft werden Flußmittel zur Entfernung eines solchen Films verwendet. Ein Beispiel dafür ist die handelsübliche Praxis, zwei Aluminiumlegierungsbleche zusammenzulöten (zumeist durch gemeinsames Auswalzen mit einem niedrigschmelzenden Lötmittel), die dadurch miteinander verbunden werden, daß zunächst die beiden Bleche in Anlage aneinander gebracht werden, und dann der Anlageraum mit einem bei Raumtemperatur eingebrachten Flußmittel gefüllt wird. Bei starker Erwärmung schmilzt das Flußmittel und entfernt die Oberflächenoxyde und erlaubt damit, daß die Schicht eine Grenzflächen-Legierungsverbindung mit dem Aluminium bildet (siehe US-Patentschrift 4,911,351). Solche Flußmittel sind oft auf einer Fluor- oder Chlorbasis aufgebaut (siehe US-Patentschrift 3,667,111); Alkali-Aluminium-Fluor- oder Chlorsalze haben ein Schmelztemperatur, die im wesentlichen bei oder nur knapp unter der Schmelztemperatur von Aluminium liegt. Dies hat sich als äußerst nützlich beim Verarbeiten von gewalzten Aluminiumblechen erwiesen, funktioniert jedoch nicht bei gegossenen Aluminiumlegierungen, weil Aluminiumguß porös und inhomogen ist, keine Plattierung aufweist und bei einer tieferen Temperatur schmilzt, die sich mit der Schmelztemperatur solcher Flußmittel überschneidet. Dies ist ein deutlicher Nachteil, wenn (i) das mit dem Gußmetall zu verbindende Metall ein thermisch aufgespritztes Metall ist, das nicht das gleiche wie das Gußmetall selbst ist, und (ii) das Metall in Form von heißen Tröpfchen ohne die Gegenwart von niedrigschmelzendem Lötmetall aufgetragen wird.
  • Ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung ist daher, ein Verfahren zu erreichen, das thermisch aufgespritzte Metalltröpchen oder Partikel wirtschaftlich, zuverlässig und augenblicklich ohne Gegenwart von herkömmlichem Lot auf einem unaufgerauhten Substrat auf Leichtmetallgußbasis bindet. Das Verfahren soll eine metallurgische und/oder chemische Bindung zwischen dem Leichtmetall und den thermisch aufgespritzten Beschichtungen schaffen, statt eines mechanischen gegenseitigen Verhakens, wie es bei dem bisherigen Stand der Technik erzielt wird.
  • Die vorliegende Erfindung liefert ein Verfahren zur Bindung einer thermisch aufgespritzten Beschichtung auf eine unaufgerauhte gegossene Leichtmetalloberfläche, folgendes aufweisend: (a) bei einer im wesentlichen fett- und ölfreien, nicht aufgerauhten Leichtmetallguß-Oberfläche, Auftragen eines Flußmittels auf dieselbe, so daß eine mit trockenem Flußmittel beschichtete Oberfläche geschaffen wird, wobei das Flußmittel in der Lage ist, Oxyde von besagtem Leichtmetall zu entfernen, und einen Schmelzpunkt aufweist, der um 60-80ºC unter demjenigen der Leichtmetalloberfläche liegt; (b) thermisches Aktivieren des besagten Flußmittels der besagten flußmittelbeschichteten Oberfläche, so daß alles in der Leichtmetalloberfläche befindliche Leichtmetalloxyd aufgeschmolzen und gelöst wird; und (c) gleichzeitig mit oder anschließend an Schritt (b), thermisches Aufspritzen von metallischen Tröpfchen oder Partikeln auf besagte flußmittelbeschichtete Oberfläche zur Bildung einer metallischen Beschichtung, die wenigstens metallurgisch an die Leichtmetalloberfläche gebunden ist.
  • Für Substrate auf Aluminiumbasis ist das Flußmittel vorteilhaft ein Eutektikum von Kalium-Aluminium-Fluorid mit bis zu 50 mol-% anderer Fluorsalze, wobei das Flußmittel vorzugsweise als eine Lösung aufgetragen wird, in der Wasser oder Alkohol als Lösungsmittel verwendet werden; wobei die Teilchengröße der Fluorsalze vorzugsweise so gesteuert wird, daß sie unter 10 Mikrometern liegt, wobei wenigstens 70% dieser Salze eine Teilchengröße im Bereich von 2-4 Mikrometern aufweisen, woraus sich ergibt, daß 20-30 Vol.-% der Partikel auch ohne Aufrühren jederzeit in Suspension bleiben.
  • Die Erfindung soll nun unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beispielartig näher erläutert werden, dabei zeigt:
  • Fig. 1: ein Temperatur-Phasen-Diagramm von Kalium-Aluminium-Fluorsalzen als Funktion des molaren AlF&sub3;-Anteils;
  • Fig. 2: eine schematische perspektivische Darstellung eines Flußmittel-Sprühgerätes zum Überziehen der Innenwand einer Zylinderbohrung in einem Aluminium-Motorblock mit dem Flußmittel;
  • Fig. 3: eine schematische perspektivische Ansicht eines thermischen Spritzgerätes zum Auftragen der Metalltröpfchen oder -Partikel auf die Innenfläche einer Zylinderbohrungsfläche in einem gegossenen Aluminium-Motorblock;
  • Fig. 4: eine stark vergrößerte Schnittansicht eines Abschnittes der Spritzpistole und der unmittelbar beschichteten Oberfläche;
  • Fig. 5: eine Mikrofotographie (Vergrößerung x100) der behandelten Aluminiumgußoberfläche, die der vorliegenden Erfindung gemäß bearbeitet wurde;
  • Fig. 6: eine Mikrofotographie (Vergrößerung x85) einer Aluminiumgußoberfläche, die unter Einsatz einer Aufrauhtechnik (Hochdruck-Wasserstrahlen) vorbereitet und dann durch thermisches Aufspritzen metallischer Partikel auf die so aufgerauhte Oberfläche beschichtet wurde; und
  • Fig. 7: eine graphische Darstellung der Teilchengröße- Verteilung der metallischen Tröpfchen oder Teilchen, wie sie in der Beschichtung nach Fig. 5 vorliegt.
  • Versuche mit Fluor-Aluminium-Flußmitteln wurden normalerweise bei gewalztem Aluminiumblechmaterial mit einer Schmelztemperatur im Bereich von 640-660ºC durchgeführt. Die vorliegende Erfindung betrifft vorzugsweise den erfolgreichen Einsatz von Flußmitteln bei gegossenen Aluminiumlegierungen (so z. B. die Legierungen 319, 356, 380 und 390), welche Si, Cu, Mn oder Fe in Anteilsmengen von 0,5-5% (Gewichts-%) enthalten und damit einen geringfügig tieferen Schmelzpunkt aufweisen (etwa 580-660ºC), verglichen mit den gewalzten Aluminiumblechlegierungen wie die Reihe 3000 mit Anteilen von 0,5-1,5% Mn, Mg und Fe. Die Oberflächenrauheit solcher Gußlegierungen beträgt normalerweise etwa 1-3 Ra, die damit schon selbst ausreichend ist, eine mechanische Verkeilung mit thermisch darauf aufgespritzten Beschichtungen zu sichern.
  • Nach dem Formen des Gußteils aus Leichtmetall (Al, Mg), wie z. B. eines Aluminiumguß-Motorblockes 10 mit mehreren Zylinderbohrungen 11 mit einer Innenoberfläche 12 mit einer Rauheit von ca. 0,5-2 um, und nach dem vollständigen entfetten oder entölen dieser Oberflächen, werden im wesentlichen drei Schritte durchgeführt. Zuerst wird ein Flußmittel mit einem Schmelzpunkt deutlich unter dem Schmelzpunkt der Aluminiumgußlegierung (d. h. etwa 60-80ºC darunter) auf die Fläche aufgetragen und getrocknet. Als nächstes wird das Flußmittel thermisch aktiviert, so daß es die Auflösung jeglichen Aluminiumoxydfilms an der Zylinderbohrungsoberfläche bewirkt. Zuletzt werden Metalltröpfchen oder - Partikel thermisch auf die so aktivierte, mit Flußmittel versehene Oberfläche gesprüht, so daß sie eine metallene Beschichtung bilden, die wenigstens metallurgisch an die oxydfreie Aluminiumoberfläche gebunden ist.
  • Wie Fig. 1 zeigt, ist das Flußmittel vorzugsweise so gewählt, daß es sich um ein Eutektikum 13 handelt, das ein doppeltes Fluorsalz mit der Phasenformel γ. K&sub3;AlF&sub6; + KAlF&sub4; enthält. Ein solches Eutektikum enthält AlF&sub3; in einem Anteil von etwa 45 Mol- Prozent des doppelten Fluorsalzes, wobei KF etwa 55 Mol-Prozent ausmacht. Das Eutektikum hat eine Schmelztemperatur von ca. 560 ºC (entlang Linie 14), die etwa 40ºC unter derjenigen des Aluminiumgusses des Substrates liegt. Hat das doppelte Fluorsalz einen deutlich unterschiedlichen molaren Prozentanteil an AlF&sub3; (und ist somit nicht mehr eutektisch), steigt die Schmelztemperatur rasch entlang der Linie 15 in Fig. 1 an. Andere doppelte Fluorsalze und, was dies anbelangt, andere Alkalimetall-Fluor- oder Chlor-Salze können ebenfalls eingesetzt werden, solange sie einen Schmelzpunkt aufweisen, der thermisch aktiviert werden kann, ohne dabei die Aluminiumgußlegierung zu stören. Chlorsalze sind nützlich, aber unerwünscht, weil sie auf dem Aluminiumprodukt keine Korrosionsbeständigkeit bieten, und weil sie die Korngrenzen in der Aluminiumlegierung angreifen können. Zum Aufragen des Flußmittels wird das Salz in einem sprühfähigen Mittel gelöst oder in Suspension gebracht, so z. B. in Wasser oder Alkohol, und zwar in einer Konzentration von ungefähr 0,5- 5,0 Vol.-%. Die Lösung kann eine schwach alkaline Lauge enthalten, wie z. B. das im Handel erhältliche chemische Produkt 5896 (Markenname), wodurch sich das Flußmittel dank Herabsetzung der Oberflächenspannung gleichmäßiger ausbreiten kann. Die Lösung kann auch bis zu 50 Gew.-% anderer zusätzlicher Bestandteile aufweisen, wie 2.8. LiF oder CsF, die eine Verarbeitung auch anderer Substrate wie Magnesium mit Magnesiumoxydfilmen erleichtern.
  • Das doppelte Fluorsalz wird dem sprühfähigen Mittel in genau kontrollierter Teilchengröße zugegeben, um so die Notwendigkeit von Umrühren zu minimieren und jederzeit mindestens 25 Volumenprozent Salz in Suspension zu halten. Dazu soll die Salzteilchengröße gleich oder kleiner 10 Mikrometer sein, mit ca. 70% im Bereich von 2-4 Mikrometern. Das Salz wird mit einer Dichte von etwa 3-7 Gramm pro Quadratmeter aufgesprüht (vorzugsweise etwa 5 Gramm pro Quadratmeter); zuviel Salz behindert das Schmelzen des Flußmittels, und zuwenig ergibt nicht den gewünschten Flußeffekt.
  • Der Auftrag wird vorzugsweise unter Einsatz einer Flüssigkeitsspritzpistole 17 (siehe Fig. 2) ausgeführt, die gleichzeitig gedreht und axial in der Zylinderbohrung auf- und abbewegt wird, während sie die Flußmittellösung aufträgt, um so die gewünschte Deckungs- und Auftragsgleichförmigkeit zu erzielen. Nach dem Auftrag wird das Flußmittel getrocknet, indem vorzugsweise das mit Flußmittel beschichtete Substrat in einen Entfeuchter eingebracht und das Lösungsmittel entzogen wird; dies hinterläßt auf dem Substrat ein feines talkartiges Pulver.
  • Die thermische Aktivierung des Flußmittels (bis auf seine eutektische Schmelztemperatur, d. h. 500-580ºC) kann optimal durch den sofortigen Wärmeübergang beim Auftreffen der thermisch aufgespritzten metallischen Tröpfchen oder Partikel (die Temperaturen von über 1000ºC aufweisen) auf die mit Flußmittel beschichtete Oberfläche bewerkstelligt werden, oder diese kann alternativ dazu von einem unabhängigen Mittel wie z. B. Flamm-, Widerstands- oder Induktionsvorrichtungen thermisch aktiviert werden.
  • Das thermische Spritzen von metallischen Tröpfchen oder Partikeln kann durch die Verwendung einer Vorrichtung durchgeführt werden, wie sie in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist. Ein Metalldraht-Zufuhrvorrat 18 wird in den Plasmastrahl oder die Flamme 19 einer thermischen Spritzpistole 20 eingeführt, so daß die Spitze 21 des Drahtes 18 abschmilzt und von Hochgeschwindigkeitsgasströmen 23 und 24 in Tröpfchen zerstäubt wird. Die Gasströme schleudern einen Strahl 25 auf eine Leichtmetall-Zylinderbohrungswand 12 eines Motorblockes und bringen damit eine Beschichtung 26 auf. Die Pistole 20 kann aus einer inneren Düse 27 bestehen, die eine Wärmequelle wie z. B. eine Flamme oder einen Plasmastrahl 19 bündelt. Der Plasmastrahl 19 wird dadurch erzeugt, daß einem Primärgas 23 Elektronen entzogen werden, wenn es zwischen der Anode 28 und der Kathode 29 hindurchströmt, wodurch es zu einer sehr heißen Ionenentladung bzw. Strahl 19 kommt. Die Wärmequelle schmelzt die Drahtspitze 21 ab, und die daraus entstehenden Tröpfchen 22 werden vom Primärgas 23 mit hoher Geschwindigkeit auf das Zielobjekt bzw. Target gebracht. Ein unter Druck stehendes Sekundärgas 24 kann verwendet werden, um das Sprühmuster weiter zu steuern. Ein solches Sekundärgas wird durch die zwischen der Anode 28 und einem Gehäuse 31 ausgebildeten Kanäle 30 eingeleitet. Das Sekundärgas 24 wird in bezug auf die Strahlachse 32 radial nach innen gerichtet. Das Abschmelzen des Drahtes 18 wird dadurch ermöglicht, daß der Draht als Anode angeschlossen wird, wenn mit der Kathode 29 ein Lichtbogen geschlagen wird. Die resultierende Beschichtung 26 besteht dann aus Spritzern oder Partikeln 33. Zwar ist hierin die Verwendung eines Drahtvorrates eingehend beschrieben, es können aber ebenso gut mit Pulver beschickte thermische Spritzvorrichtungen verwendet werden, um den gleichen Bindungseffekt zu erzielen.
  • Der Wärmegehalt der aufgespritzten Partikel, wenn diese das beschichtete Aluminiumsubstrat berühren, ist noch sehr hoch, d. h. etwa 1200-2000ºC. Dieser Wärmegehalt aktiviert augenblicklich das Flußmittel, so daß jegliches Oxyd auf dem Substrat gelöst und eine metallurgische Bindung mit dem thermisch darauf aufgespritzten Partikel gefördert wird. Um die Herstellung einer metallurgischen Bindung zwischen dem oxydfreien Aluminiumsubstrat und den thermisch aufgespritzten Partikeln noch weiter zu erleichtern, kann zunächst eine Bindeschicht thermisch darauf aufgespritzt werden, die aus. Nickel-Aluminium oder Bronze- Aluminium besteht; die Bindeschicht hat vorzugsweise eine Partikelgröße von 2,5-8 um, so daß die beschichtete Oberfläche eine Oberflächenrauheit von ungefähr 6 um Ra aufweist. Eine Oberschicht mit einem schwach kohlenstoffhaltigen Legierungsstahl oder vorzugsweise einem Verbundwerkstoff aus Stahl und FeO wird abschließend aufgebracht. Wird eine Verbundstoff-Oberschicht gewünscht, besteht der Spritzdrahtvorrat aus einem niedriglegierten, schwach kohlenstoffhaltigen Stahl, und das Sekundärgas wird so gesteuert, daß Sauerstoff mit den Tröpfchen 22 reagieren und diese oxydieren kann sowie das gewünschte Eisenoxyd FexO bilden kann (Wüstit, eine harte, verschleißfeste Oxydphase mit selbstschmierenden Eigenschaften). Der Verbundüberzug kann somit ganz ähnlich wie Gußeisen wirken, das Graphit als selbstschmierenden Bestandteil aufweist. Die den Sauerstoff enthaltende Gaskomponente kann zwischen 100% Luft (oder Sauerstoff) und 100% Inertgas (wie z. B. Argon oder Stickstoff) variiert werden, mit einem jeweils entsprechenden Oxydationsgrad des Fe. Der Sekundärgas-Mengenstrom sollte im Bereich von 30-120 Norm-Kubikfuß pro Minute liegen, um zu gewährleisten, daß alle Tröpfchen mit dem Oxydationselement umhüllt werden, und um die Beaufschlagung der Stahltröpfchen mit einem solchen Gas zu steuern.
  • Fig. 5 zeigt eine Elektronen-Raster-Mikrographie für ein Substrat 40, das erfindungsgemäß beschichtet wurde. Die Grenzschicht 41 ist glatt, mit keinen sichtbaren ineinandergreifenden Verhakungsbereichen zwischen der Beschichtung 42 und dem Substrat 40. Ohne daß sich die Erfinder durch irgendwelche theoretischen Gründe binden lassen wollen, kann davon ausgegangen werden, daß die in der vorliegenden Erfindung erzielte Bindung der Bildung von Intermetallegierungen zuzuschreiben ist, und/ oder der Paarung von an den Oberflächen der heißen Tröpfchen liegenden Oxydatomen mit der oxydfreien Aluminiumoberfläche.
  • Fig. 6 veranschaulicht und vergleicht die Grenzflächenmorphologie, wie sie erzeugt wird, wenn diverse Verfahren eingesetzt werden, welche Aufrauhtechniken beinhalten. Zu verzeichnen ist dabei die sichtbare Rauheit und Unregelmäßigkeit der beschichteten Oberfläche 43 auf einem derartigen rauheren Substrat 44, die damit eine größere Schichtdicke 45 erfordert, die dann schließlich auf eine glatte und gleichmäßige Oberfläche 46 abgehont werden muß. Der Einsatz von Spritzdraht mit kleinerem Durchmesser im Flammspritzschritt kann beim Auftrag der Oberschicht eine geringere mittlere Oberflächenrauheit (Ra) von weniger als 5 Mikrometern ergeben. Die Verteilung der Tröpfchen- bzw. Teilchengröße des Spritzstoffes für die Bindeschicht oder die Oberschicht ist in Fig. 7 dargestellt.
  • Es hat sich gezeigt, daß die Durchführung des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung die Laufzeit für die Gesamtheit der drei Grundschritte auf eine Minute und weniger senkt. Es hat sich gezeigt, daß die im Einklang mit der vorliegenden Erfindung aufgetragenen Beschichtungen mit einer mittleren Grenzschicht- Bindungskraft von 22,10-41,37 · 10&sup6; Nm&supmin;² (3200-6000 psi) an einem Aluminiumsubstrat (wie z. B. 319) haften. Es sei angemerkt, daß das Flußmittel, wenn es schmilzt und die Oberflächenoxydschicht auflöst, beim Abkühlen einer Phasentransformation unterworfen ist, die eine Reoxydation der Aluminiumoberfläche verhindert.

Claims (11)

1. Verfahren zum Binden einer thermisch aufgespritzten Beschichtung auf eine unaufgerauhte gegossene Leichtmetalloberfläche, folgendes beinhaltend:
(a) bei einer im wesentlichen fett- und ölfreien, nicht aufgerauhten Leichtmetallguß-Oberfläche, Auftragen eines Flußmittels darauf zur Schaffung einer mit einem trockenen Flußmittel beschichteten Oberfläche, wobei besagtes Flußmittel in der Lage ist, Oxyde von besagtem Leichtmetall zu entfernen, und eine Schmelztemperatur aufweist, die 60-80ºC unter derjenigen der Leichtmetalloberfläche liegt;
(b) thermisches Aktivieren des besagten Flußmittels der besagten mit Flußmittel überzogenen Oberfläche, so daß jegliches an der Leichtmetalloberfläche vorhandene Leichtmetalloxyd aufgeschmolzen und entfernt wird; und
(c) gleichzeitig mit oder im Anschluß an Schritt (b), thermisches Aufspritzen metallischer Tröpfchen oder Partikel auf besagte mit Flußmittel beschichtete Oberfläche zur Bildung einer metallischen Beschichtung, die zumindest metallurgisch mit der Leichtmetalloberfläche verbunden ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, in welchem besagtes Flußmittel aus einem Kalium-Aluminium-Fluorid besteht und bis zu 50 Mol- Prozent anderer Bestandteile enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, in welchem besagtes Flußmittel als eine Lösung aufgetragen wird, die auf die Leichtmetalloberfläche aufgesprüht wird, wobei besagte Lösung eine Wasser- oder Alkoholbasis als Lösungsmittel hat.
4. Verfahren nach Anspruch 3, in welchem besagtes Flußmittel im wesentlichen aus einem Kalium-Aluminium-Fluorsalz besteht, mit einer Teilchengröße von weniger als 10 Mikrometern und mit wenigstens 20% solcher Partikel mit einer Teilchengröße von 2-4 Mikrometern, wodurch 20-30 Volumen-% der besagten Partikel auch ohne Umrühren jederzeit in der Lösung in Suspension bleiben.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, in welchem besagtes Flußmittel mit einer Dichte von 3-7 Gramm Flußmittel pro Quadratmeter auf die Leichtmetalloberfläche aufgesprüht wird.
6. Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 3 bis 5, in welchem besagte aufgesprühte Lösung nach dem Auftragen getrocknet wird, so daß das Lösungsmittel aus besagter Lösung entfernt wird.
7. Verfahren nach einem beliebigen der vorangehenden Ansprüche, in welchem besagtes aufgesprühtes Flußmittel bei einer Temperatur von 500-580ºC thermisch aktiviert wird.
8. Verfahren nach einem beliebigen der vorangehenden Ansprüche, in welchem die Wärme der thermisch aufgespritzten Tröpfchen oder Partikel auf den trockenen Flußmittelüberzug übertragen wird, so daß das Flußmittel gleichzeitig mit dem Moment thermisch aktiviert wird, wo die thermisch aufgespritzten Tröpfchen oder Partikel auf der Leichtmetalloberfläche auftreffen.
9. Verfahren nach einem beliebigen der vorangehenden Ansprüche, in welchem wenigstens ein äußerer freiliegender Überzug der besagten metallischen Tröpfchen oder Partikel aus Partikeln auf Stahlbasis besteht.
10. Verfahren nach Anspruch 9, in welchem besagter freiliegender Überzug ein Verbundstoff aus Stahl und FeO ist.
11. Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 8, in welchem besagte Oberfläche von einer Aluminiumbasis gebildet wird, und in welchem besagtes thermisches Aufspritzen den Auftrag einer Bindeschicht aus metallischen Tröpfchen oder Partikeln beinhaltet, bevor die Endschicht oder äußere freiliegende Schicht aufgetragen wird, wobei besagte Bindeschicht Nickel- Aluminium oder Bronze-Aluminium ist.
DE69706240T 1996-06-21 1997-06-06 Verfahren zum Verbinden von thermisch gespritzten Schichten auf nicht-aufgerauhten Edelmetall-Oberflächen Expired - Lifetime DE69706240T2 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/669,262 US5723187A (en) 1996-06-21 1996-06-21 Method of bonding thermally sprayed coating to non-roughened aluminum surfaces

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE69706240D1 DE69706240D1 (de) 2001-09-27
DE69706240T2 true DE69706240T2 (de) 2001-12-06

Family

ID=24685727

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE69706240T Expired - Lifetime DE69706240T2 (de) 1996-06-21 1997-06-06 Verfahren zum Verbinden von thermisch gespritzten Schichten auf nicht-aufgerauhten Edelmetall-Oberflächen

Country Status (6)

Country Link
US (1) US5723187A (de)
EP (1) EP0814173B1 (de)
CN (1) CN1172864A (de)
CA (1) CA2208386A1 (de)
DE (1) DE69706240T2 (de)
ES (1) ES2161416T3 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009019674A1 (de) * 2009-04-30 2010-12-23 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zum Aufrauhen einer Metalloberfläche, insbesondere einer Zylinderwandung eines Kurbelgehäuses

Families Citing this family (48)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5820938A (en) * 1997-03-31 1998-10-13 Ford Global Technologies, Inc. Coating parent bore metal of engine blocks
US5820939A (en) * 1997-03-31 1998-10-13 Ford Global Technologies, Inc. Method of thermally spraying metallic coatings using flux cored wire
CA2240235A1 (en) * 1997-07-08 1999-01-08 Oludele Olusegun Popoola Multilayer electrical interconnection device and method of making same
US5922412A (en) * 1998-03-26 1999-07-13 Ford Global Technologies, Inc. Method of eliminating unevenness in pass-reversal thermal spraying
US6187388B1 (en) 1998-08-06 2001-02-13 Ford Global Technologies, Inc. Method of simultaneous cleaning and fluxing of aluminum cylinder block bore surfaces for thermal spray coating adhesion
ATE267275T1 (de) * 1999-01-19 2004-06-15 Sulzer Metco Ag Durch plasmaspritzen aufgebrachte schicht für zylinderlaufflächen von motorblöcken und verfahren zu deren herstellung
US6444083B1 (en) * 1999-06-30 2002-09-03 Lam Research Corporation Corrosion resistant component of semiconductor processing equipment and method of manufacturing thereof
US6475301B1 (en) * 1999-07-06 2002-11-05 Visteon Global Technologies, Inc. Conversion coatings on aluminum from KF solutions
DE19963223A1 (de) * 1999-12-27 2001-06-28 Volkswagen Ag Stahlhaltiges Material für eine Plasmaabscheidung
US6227435B1 (en) 2000-02-02 2001-05-08 Ford Global Technologies, Inc. Method to provide a smooth paintable surface after aluminum joining
DE10016257A1 (de) * 2000-04-03 2001-10-04 Solvay Fluor & Derivate Alkalimetallfluorzinkat und seine Herstellung
US6884269B2 (en) * 2002-06-13 2005-04-26 Fuelcell Energy, Inc. Continuous method for manufacture of uniform size flake or powder
US20050016705A1 (en) * 2003-07-21 2005-01-27 Ford Motor Company Method and arrangement for an indexing table for making spray-formed high complexity articles
US20050195966A1 (en) * 2004-03-03 2005-09-08 Sigma Dynamics, Inc. Method and apparatus for optimizing the results produced by a prediction model
EP2138458A1 (de) * 2004-04-19 2009-12-30 SDC Materials, LLC Hochdurchsatzentdeckung von Materialien mittels Dampfphasensynthese
US7051645B2 (en) * 2004-06-30 2006-05-30 Briggs & Stratton Corporation Piston for an engine
DE102004055199B4 (de) * 2004-11-16 2009-10-22 Daimler Ag Herstellungsverfahren für Gleitschichten aus Verbundmaterial
US9173967B1 (en) 2007-05-11 2015-11-03 SDCmaterials, Inc. System for and method of processing soft tissue and skin with fluids using temperature and pressure changes
US7763325B1 (en) 2007-09-28 2010-07-27 The United States Of America As Represented By The National Aeronautics And Space Administration Method and apparatus for thermal spraying of metal coatings using pulsejet resonant pulsed combustion
US8507401B1 (en) 2007-10-15 2013-08-13 SDCmaterials, Inc. Method and system for forming plug and play metal catalysts
EP2135705A1 (de) * 2008-06-20 2009-12-23 Solvay Fluor GmbH Verflüssigbares Kaliumfluorzinkat
US8557727B2 (en) 2009-12-15 2013-10-15 SDCmaterials, Inc. Method of forming a catalyst with inhibited mobility of nano-active material
US9149797B2 (en) * 2009-12-15 2015-10-06 SDCmaterials, Inc. Catalyst production method and system
US8803025B2 (en) * 2009-12-15 2014-08-12 SDCmaterials, Inc. Non-plugging D.C. plasma gun
US8652992B2 (en) * 2009-12-15 2014-02-18 SDCmaterials, Inc. Pinning and affixing nano-active material
US20110143930A1 (en) * 2009-12-15 2011-06-16 SDCmaterials, Inc. Tunable size of nano-active material on nano-support
US9126191B2 (en) 2009-12-15 2015-09-08 SDCmaterials, Inc. Advanced catalysts for automotive applications
US9039916B1 (en) 2009-12-15 2015-05-26 SDCmaterials, Inc. In situ oxide removal, dispersal and drying for copper copper-oxide
US20110144382A1 (en) * 2009-12-15 2011-06-16 SDCmaterials, Inc. Advanced catalysts for fine chemical and pharmaceutical applications
DE102010039365B4 (de) * 2010-08-16 2016-03-24 Forschungsverbund Berlin E.V. Plasma-Prozesse bei Atmosphärendruck
US8669202B2 (en) 2011-02-23 2014-03-11 SDCmaterials, Inc. Wet chemical and plasma methods of forming stable PtPd catalysts
AU2012299065B2 (en) 2011-08-19 2015-06-04 SDCmaterials, Inc. Coated substrates for use in catalysis and catalytic converters and methods of coating substrates with washcoat compositions
US9494103B2 (en) * 2011-12-22 2016-11-15 Nissan Motor Co., Ltd. Cylinder block manufacturing method and cylinder block
US9415269B2 (en) 2012-03-30 2016-08-16 Nike, Inc. Golf ball with deposited layer
US8568837B2 (en) 2012-03-30 2013-10-29 Nike, Inc. Method of making golf ball with thermal sprayed layer
US8524316B1 (en) 2012-03-30 2013-09-03 Nike, Inc. Method of making golf ball with sintered layer
US9511467B2 (en) 2013-06-10 2016-12-06 Ford Global Technologies, Llc Cylindrical surface profile cutting tool and process
US9156025B2 (en) 2012-11-21 2015-10-13 SDCmaterials, Inc. Three-way catalytic converter using nanoparticles
US9511352B2 (en) 2012-11-21 2016-12-06 SDCmaterials, Inc. Three-way catalytic converter using nanoparticles
CN105592921A (zh) 2013-07-25 2016-05-18 Sdc材料公司 用于催化转化器的洗涂层和经涂覆基底及其制造和使用方法
CN105848756A (zh) 2013-10-22 2016-08-10 Sdc材料公司 用于贫NOx捕捉的组合物
US9427732B2 (en) 2013-10-22 2016-08-30 SDCmaterials, Inc. Catalyst design for heavy-duty diesel combustion engines
US9687811B2 (en) 2014-03-21 2017-06-27 SDCmaterials, Inc. Compositions for passive NOx adsorption (PNA) systems and methods of making and using same
US20160018315A1 (en) * 2014-07-21 2016-01-21 GM Global Technology Operations LLC Non-destructive adhesion testing of coating to engine cylinder bore
US10814390B2 (en) 2015-03-06 2020-10-27 Magna International Inc. Tailored material properties using infrared radiation and infrared absorbent coatings
US9643063B2 (en) 2015-08-06 2017-05-09 Acushnet Company Golf balls incorporating at least one thermoset and/or thermoplastic layer/coating/film via reactive spray
US10220453B2 (en) 2015-10-30 2019-03-05 Ford Motor Company Milling tool with insert compensation
CN112077314B (zh) * 2020-09-07 2023-05-12 江苏理工学院 一种适用于机械臂终端的电弧熔敷喷射增材制造/修复装置

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2654701A (en) * 1950-06-08 1953-10-06 Edwin R Calderon Plating aluminum
US2671737A (en) * 1950-10-10 1954-03-09 Chrysler Corp Aluminum coating process and flux
US2569097A (en) * 1951-02-20 1951-09-25 Gen Motors Corp Method of coating ferrous metal with aluminum or an aluminum alloy
US2756497A (en) * 1952-07-09 1956-07-31 Mccord Corp Flux and method of soldering with same
US2785084A (en) * 1952-12-13 1957-03-12 Helen Maric Lundin Coating ferrous metals with aluminum
US3000755A (en) * 1956-10-11 1961-09-19 Gen Motors Corp Oxidation-resistant turbine blades
US2958610A (en) * 1957-10-07 1960-11-01 Reynolds Metals Co Pre-plating treatment of aluminous surfaces
US3155536A (en) * 1962-06-06 1964-11-03 Avco Corp Aluminum oxidation resistant coating for nickel and cobalt base alloy parts
BE746396A (fr) * 1969-03-05 1970-07-31 Chausson Usines Sa Procede pour le fluxage et le brasage de pieces en aluminium oualliage d'aluminium devant etre reunies et application de ce procede a la fabrication de radiateurs
US3982055A (en) * 1974-07-25 1976-09-21 Eltra Corporation Method for zincating aluminum articles
FR2288392A1 (fr) * 1974-10-18 1976-05-14 Radiotechnique Compelec Procede de realisation de dispositifs semiconducteurs
US4027367A (en) * 1975-07-24 1977-06-07 Rondeau Henry S Spray bonding of nickel aluminum and nickel titanium alloys
US4358485A (en) * 1980-03-17 1982-11-09 Union Carbide Corporation Method for forming a porous aluminum layer
AU8274587A (en) * 1986-11-17 1988-06-16 Furukawa Aluminum Co., Ltd. Process for manufacturing heat exchanger
JP2621448B2 (ja) * 1988-12-15 1997-06-18 株式会社 小松製作所 クラッディング法
US5100486A (en) * 1989-04-14 1992-03-31 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Method of coating metal surfaces to form protective metal coating thereon
US5380564A (en) * 1992-04-28 1995-01-10 Progressive Blasting Systems, Inc. High pressure water jet method of blasting low density metallic surfaces
US5271967A (en) * 1992-08-21 1993-12-21 General Motors Corporation Method and apparatus for application of thermal spray coatings to engine blocks
US5271804A (en) * 1992-11-03 1993-12-21 Elf Atochem North America, Inc. Etchant/deoxidizer for aluminum
US5663124A (en) * 1994-12-09 1997-09-02 Ford Global Technologies, Inc. Low alloy steel powder for plasma deposition having solid lubricant properties

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009019674A1 (de) * 2009-04-30 2010-12-23 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zum Aufrauhen einer Metalloberfläche, insbesondere einer Zylinderwandung eines Kurbelgehäuses
DE102009019674B4 (de) * 2009-04-30 2016-09-01 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zum Beschichten einer Zylinderwandung eines Kurbelgehäuses

Also Published As

Publication number Publication date
US5723187A (en) 1998-03-03
EP0814173A3 (de) 1998-04-15
EP0814173B1 (de) 2001-08-22
DE69706240D1 (de) 2001-09-27
EP0814173A2 (de) 1997-12-29
CA2208386A1 (en) 1997-12-21
ES2161416T3 (es) 2001-12-01
CN1172864A (zh) 1998-02-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69706240T2 (de) Verfahren zum Verbinden von thermisch gespritzten Schichten auf nicht-aufgerauhten Edelmetall-Oberflächen
DE69402198T2 (de) Hartlötverfahren
US6344237B1 (en) Method of depositing flux or flux and metal onto a metal brazing substrate
DE3011022C2 (de) Verfahren zum Aufbringen eines metallischen Überzugs auf eine Metalloberfäche und Vorrichtung zu seiner Durchführung
DE69219333T2 (de) Verfahren zum verbinden von verzinkten aluminiumbestandteilen
DE69908513T2 (de) Flussmittelzusammensetzungen zum Hartlöten von Aluminium, hergestellte Dünnschichten und Hartlötverfahren
DE2355532A1 (de) Verfahren zum pulver-auftragschweissen von metallen und legierungen
EP0438971B1 (de) Beschichtetes metallisches Substrat
US8444042B2 (en) Method for producing steel pipe plated with metal by thermal spraying
EP3325685B1 (de) Verfahren zur beschichtung einer zylinderlaufbahn eines zylinderkurbelgehäuses, zylinderkurbelgehäuse mit einer beschichteten zylinderlaufbahn sowie motor
DE19935164C2 (de) Verfahren zur gleichzeitigen Reinigung und Flußmittelbehandlung von Aluminium-Motorblock-Zylinderbohrungsoberflächen zur Befestigung von thermisch gespritzten Überzügen
DE19643434B4 (de) Verfahren zur Nachbehandlung von Schweißnähten
EP1871921B1 (de) Verfahren zur partiellen oder vollständigen beschichtung der oberflächen von bauteilen aus aluminiummaterial
EP1485227A1 (de) Flussmittel zum l ten von aluminium
DE102016218488A1 (de) Verfahren zum Verbessern der Schweißbarkeit eines Verbindungsteils
EP2042256A1 (de) Verfahren zum Fügen von Gegenständen
DE69311537T2 (de) Verfahren zum herstellen von metallischen teilchenrückhaltsflächen und metallischen flussrückhaltsbauteilen
DE2162699A1 (de) Verfahren zur erhoehung der haftfestigkeit von durch thermisches spritzen aufgebrachten schichten
DE3823309C2 (de)
DE202005004807U1 (de) Bauteil aus Aluminiummaterial mit einer partiellen oder vollständigen Beschichtung der Oberflächen für die Hartverlötung
DE19513919C2 (de) Verfahren zur Hochgeschwindigkeitsbeschichtung von Bauteilen und Werkstücken sowie mögliche Vorrichtung zur Hochgeschwindigkeitsbeschichtung von Bauteilen und Werkstücken
EP3078764A2 (de) Verfahren zum erzeugen einer schutz- oder sonstigen funktionsschicht auf einem metallischen werkstoff
DE3726075C1 (en) Method of soldering steel parts and of producing catalyst supports, heat exchangers and soot filters
DE4217612A1 (de) Oberflächenschutzschicht sowie Verfahren zur Herstellung derselben
DE102016116886A1 (de) Verfahren zum Herstellen eines mit einer Schutzschicht versehenen metallischen Grundkörpers

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition
8320 Willingness to grant licences declared (paragraph 23)
8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: FORD-WERKE GMBH, 50735 KOELN, DE

Owner name: FORD MOTOR CO. LTD., BRENTWOOD, ESSEX, GB

Owner name: FORD MOTOR CO., DEARBORN, MICH., US