EP0290052A1 - Verfahren zum Herstellen von Gleitflächen auf Teilen von Fahrzeugmotoren - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for producing sliding surfaces on parts of vehicle engines which are exposed to vibration-superimposed metal / metal friction.
- Coating vehicle engines using hard alloys is usually carried out by plasma spraying or flame spraying. These coatings have a relatively short service life when they are exposed to strong vibrations; these lead to crack formation or to chipping of the layer. Experiments with inlaid and sintered layers did not lead to the desired results. In the so-called MIP process, for example, costs are so high that the application remains practically insignificant.
- the inventor has set itself the goal of developing a method of the type mentioned at the outset in such a way that, despite the low costs, very durable and solid sliding surfaces with long service lives are produced.
- a layer of a hard alloy with elements of group 8, period 4, of the periodic table with a layer thickness of 0.1-3.0 mm is applied to the part and then melted with a high-energy beam.
- group 6 elements can also be used instead of group 8 elements.
- Both solutions according to the invention can be further improved by incorporating hard materials or hard metal precursors into the hard alloy.
- the layer is applied using methods known per se, for example by thermal spraying or the application of a paste, and is supplemented according to the invention by melting with a high-energy beam, primarily with a laser beam.
- the layer is rapidly cooled by a gaseous medium during this melting process.
- a particularly favorable way of feeding the metal powder to the surface to be coated is possible in that the laser beam itself can be used as a means of transport for the metal powder.
- the first process step of flame spraying or applying a paste is therefore unnecessary.
- the sliding surface of a camshaft should be coated with a wear-resistant layer by thermal spraying with subsequent melting using a laser.
- a powdery material was used as the coating material from a mixture of 50% matrix alloy with the composition Cr 10-16%, C 0.4-0.9%, B 1.5-3.5%, Si z-4%, Fe 1-4% balance Ni. 50% tungsten carbide with 10-15% Co was used from hard material.
- a 1.5 mm thick layer was sprayed onto the workpiece prepared by blasting with an autogenous flame spray burner and this was then melted using a 5 kW laser on a turning device.
- the parameters for the melting process were as follows: . defocused beam diameter 3.0 mm, . Turning speed 400 mm / min, . Overlap of the seam 25%.
- the melted layer was then processed by grinding.
- a wear-resistant layer is to be applied to the sliding surface of a rocker arm.
- the composition of the matrix alloy was Cr 20-25%, ⁇ 6% Fe, ⁇ 3% B, ⁇ 4% Si, balance Ni.
- the proportion of the resin binder was 2%.
- the sliding surface of the rocker arm was milled 1 mm deep, degreased and the paste pressed into this milled area. After curing, the introduced layer was melted down with a laser beam - with the parameters according to Example 1.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Gleitflächen auf Teilen von Fahrzeugmotoren, die einer schwingungsüberlagerten Metall/Metall-Reibung ausgesetzt sind.
- Das Beschichten Fahrzeugmotoren mittels Hartlegierungen erfolgt üblicherweise durch Plasmaspritzen oder durch Flammspritzen. Diese Beschichtungen haben relativ geringe Standzeiten dann, wenn sie starken Schwingungsbelastungen ausgesetzt sind; diese führen zu Rißbildungen oder zum Abplatzen der Schicht. Versuche mit eingelegten und gesinterten Schichten führten nicht zu den gewünschten Ergebnissen. Beim sogenannten MIP-Verfahren entstehen beispielsweise so hohe Kosten, daß die Anwendung praktisch ohne Bedeutung bleibt.
- Angesichts dieser Gegebenheit hat sich der Erfinder das Ziel gesetzt, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art so weiter zu entwickeln, daß trotz günstiger Kosten sehr haltbare und feste Gleitflächen mit langen Standzeiten entstehen.
- Zur Lösung dieser Aufgabe führt, daß auf das Teil eine Schicht aus einer Hartlegierung mit Elementen der Gruppe 8, Periode 4,des Periodensystems mit einer Schichtstärke von 0,1 - 3,0 mm aufgetragen und anschließend mit einem Hochenergiestrahl geschmolzen wird. Versuche haben ergeben, daß statt der Elemente der Gruppe 8 auch Refraktormetalle der Gruppe 6 eingesetzt zu werden vermögen.
- Beide erfindungsgemäßen Lösungen können noch dadurch verbessert werden, daß Hartstoffe oder Hartmetall-Vorstoffe in die Hartlegierung eingebaut werden.
- Das Aufbringen der Schicht erfolgt mit an sich bekannten Verfahren, beispielsweise durch thermisches Spritzen oder das Auftragen einer Paste und wird erfindungsgemäß ergänzt durch das Einschmelzen mit einem Hochenergiestrahl, vornehmlich mit einem Laserstrahl.
- Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird während dieses Einschmelzvorganges die Schicht durch ein gasförmiges Medium rasch abgekühlt.
- Eine besonders günstige Art der Zuführung des Metallpulvers zu der zu beschichtenden Fläche ist dadurch möglich, daß der Laserstrahl selbst als Transportmittel für das Metallpulver verwendet werden kann. Es erübrigt sich damit der erste Verfahrensschritt des Flammspritzens oder Auftragens einer Paste.
- Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend beschriebenen Beispielen.
- Die Gleitfläche einer Nockenwelle sollte mit einer verschleißfesten Schicht durch thermisches Spritzen mit nachträglichem Einschmelzen mit einem Laser beschichtet werden.
- Als Beschichtungswerkstoff wurde ein pulverförmiger Werkstoff verwendet aus einem Gemisch von 50 % Matrixlegierung mit der Zusammensetzung Cr 10-16 %, C 0,4 - 0,9 %, B 1,5 - 3,5 %, Si z-4 %, Fe 1-4 % Rest Ni. Aus Hartstoff wurden 50 % Wolframkarbid mit 10-15 % Co eingesetzt.
- Auf das durch Strahlen vorbereitete Werkstück wurde mit einem autogenen Flammspritzbrenner eine 1,5 mm dicke Schicht aufgespritzt und diese nachfolgend mit einem 5 kW-Laser an einer Drehvorrichtung eingeschmolzen. Die Parameter für den Einschmelzvorgang waren folgende:
. entfokussierter Strahldurchmesser 3,0 mm,
. Drehgeschwindigkeit 400 mm/min,
. Überlappung der Naht 25 %. - Die eingeschmolzene Schicht wurde anschließend durch Schleifen bearbeitet.
- Bei den Versuchen mit der eingebauten Nockenwelle wurde eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen Verschleiß unter Schwingungsbelastung festgestellt.
- Auf die Gleitfläche eines Kipphebels soll eine verschließfeste Schicht aufgebracht werden.
- Als Beschichtungswerkstoff wurde eine Metallpaste -- bestehend aus einem Gemisch von 70 % Matrixlegierung und 30 % Molybdän -- verwendet. Die Zusammensetzung der Matrixlegierung war Cr 20-25 %, < 6 % Fe, < 3 % B, < 4 % Si, Rest Ni. Der Anteil des Harzbinders lag bei 2 %.
- Die Gleitfläche des Kipphebels wurde 1 mm tief ausgefräst, entfettet und in diese Ausfräsung die Paste eingepreßt. Nach dem Aushärten wurde die eingebrachte Schicht mit einem Laserstrahl -- mit den Parametern gemäß Beispiel 1 -- eingeschmolzen.
- Beim Einsatz der Teile wurde eine doppelte Standzeit gegenüber nicht beschichteten Vergleichsteilen festgestellt.
Claims (17)
dadurch gekennzeichnet,
daß auf das Teil eine Schicht aus einer Hartlegierung mit Elementen der Gruppe 8, Periode 4, des Periodensystems mit einer Schichtdicke von 0,1 - 3,0 mm aufgetragen und anschließend mit einem Hochenergiestrahl eingeschmolzen wird.
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