EP1559806A1 - Durch thermisches Spritzen aufgebrachte eisenhaltige Schicht einer Gleitfläche, insbesondere für Zylinderlaufflächen von Motorblöcken - Google Patents

Durch thermisches Spritzen aufgebrachte eisenhaltige Schicht einer Gleitfläche, insbesondere für Zylinderlaufflächen von Motorblöcken Download PDF

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EP1559806A1
EP1559806A1 EP05100575A EP05100575A EP1559806A1 EP 1559806 A1 EP1559806 A1 EP 1559806A1 EP 05100575 A EP05100575 A EP 05100575A EP 05100575 A EP05100575 A EP 05100575A EP 1559806 A1 EP1559806 A1 EP 1559806A1
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EP
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iron
containing layer
microcracks
cooling
layer
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EP05100575A
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Clemens Verpoort
Maik Broda
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Ford Global Technologies LLC
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Ford Global Technologies LLC
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    • C23—COATING 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
    • 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
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/18—After-treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING 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
    • 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
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
    • C23C4/06—Metallic material

Definitions

  • the invention relates to an applied by thermal spraying ferrous Layer of a sliding surface, in particular for cylinder surfaces of engine blocks according to the preamble of claim 1 and a process for the preparation and the use of this layer.
  • WO 03/106718 a generic iron-containing layer is known, the is applied by thermal spraying and having an amorphous structure with having finely divided, nano-crystalline metal borides and / or metal carbides.
  • a Such a layer is well suited as a sliding surface due to the high hardness.
  • To is the layer in the region of the sliding surfaces on a base material to coated machine parts by thermal spraying.
  • Which resulting surface of the sprayed-on layer is relatively rough and must be as Sliding surface to be able to be smoothed by a surface treatment.
  • such processing is done by honing, but there are others Machining and non-chipping processes of surface treatment possible.
  • a lubricant When used as a sliding surface is usually a lubricant provided.
  • the lubricant acts only limited, especially in Verbrennunsmotoren the lubricating film can easily tear off. This increases the wear of the iron-containing layer and leads to it increased friction.
  • the sliding surface may become operational during operation the microcracks serve as the oil retention volume for the lubricant of the sliding surface. Due to the extreme capillary action of the microcracks, the lubricant remains in this and is neither rinsed nor evaporated it.
  • the Microcracks have a length of 10 to 50 microns and a width of 0.2 to 2 microns. Due to their small size, the microcracks reduce the overall strength and the hardness of the iron-containing layer not.
  • the layer is similar to the known porous layers have the same properties with respect to Lubricant storage, but without the disadvantages of lower strength and the higher lubricant consumption during operation.
  • microcracks are already preferred when applying the iron-containing layer formed by the thermal spraying.
  • process parameters When applying the iron-containing layer, the micro-cracks occur without additional Production expense. It does not matter if these are up to the surface of the sprayed layer, or whether these only in the substructure of the iron-containing layer are present. This can be z. B. then be given if the Layer is applied in several layers, as in WO 03/106718 described.
  • the iron-containing layer in any case subsequently must undergo a surface treatment, can in this step, the Microcracks are exposed by the covering layer of the iron-containing layer, the incurred during spraying, is removed. It can the Surface treatment a mechanical fine machining of ferrous Be layer. These are z. As honing, grinding or polishing. These tried Methods allow a cost-effective and accurate production of the surface a sliding layer.
  • the microcracks are caused by shrinkage stresses during rapid cooling after application, d. H. after the thermal Spraying the iron-containing layer onto a base material.
  • the distribution and size The cracks may be due to the time of cooling and a corresponding be controlled faster or slower cooling rate.
  • the cooling takes place directly after the thermal spraying of iron-containing layer. This results automatically by cooling the iron-containing layer as soon as it is applied to a base material and the Base material has a lower temperature than the sprayed layer. In this case, no additional cooling is provided, whereby the Manufacturing process for the microcracks caused no additional costs.
  • the cooling can also be targeted by the heated iron-containing layer targeted in individual, selected areas or in total by additional external cooling, such.
  • additional external cooling such as water jets, liquid gases, Compressed air, etc. in sections or in total is cooled.
  • Such methods Although costly, but allow even more targeted control of Formation of microcracks.
  • the cooling is carried out after subsequent heat input into the iron-containing layer. This can be targeted highly loaded points of sliding surfaces the structure with the microcracks in the iron-containing layer are generated by the heat input selectively in this Areas.
  • Another advantage of the subsequent heat input is that in the area of Heat input finely divided nanocrystalline metal borides and / or metal carbides the amorphous structure of the iron-containing layer are excreted. This will be the strength of the iron-containing layer in the region of heat input substantially elevated.
  • nano-crystalline metal borides and / or metal carbides may be formed in selected areas of the sliding surface, z. B. in highly loaded upper and bottom reversal point of a cylinder bore, additional hard areas generated become.
  • the selective heat input also allows small local areas with to produce greater hardness and / or altered surface properties. there the extent of the punctual heat input can be much lower than the entire extent of the sliding surface.
  • the iron-containing layer preferably has a hardness in the region of the heat input from 1000 to 1250 HV 0.05 on, however, the hardness can be adjusted by appropriate Process parameters and material composition readily in the range be set between 800 HV 0.05 and 1500 HV 0.05. Such hardness is previously z.
  • tungsten carbide / cobalt based tungsten carbide tools known, and can now be applied over a large area for sliding surfaces. Due to the high hardness, the iron-containing layer is extremely wear-resistant.
  • the Metallboride or metal carbides preferably have a size of 60 to 130 nm on. Due to the small size, the friction is reduced and the hardness increased.
  • the subsequent heat input by means of laser light and / or Electron beams.
  • These energy sources can be targeted in a small area selectively introduce heat or energy into the iron-containing layer.
  • these energy sources in a small space, such.
  • the Allow heat input to produce the inventive iron-containing layer can be used to produce the inventive iron-containing layer.
  • the thermal spraying method is for application the iron-containing layer a plasma wire spraying (PTWA) or a Arc wire spraying (LDS). Both methods allow for more correct Adjusting the process parameters already during the spraying of the iron-containing layer the formation of microcracks, since here also directly a cooling of applied iron-containing layer even when applying itself or directly afterwards.
  • PTWA plasma wire spraying
  • LDS Arc wire spraying
  • piston rings are suitable, with the inventive ferrous Layer to be coated.
  • Piston rings are highly loaded and very difficult to lubricate.
  • the microcracks in the iron-containing layer are ideal Lubricant pockets to provide a continuous lubrication of the piston ring even then make sure when on the with the piston ring cooperating cylinder surface in the short term no lubricant is present, z. B. in a cold start of an internal combustion engine, or in thermal overload, or generally at a break of the lubricating film.
  • the iron-containing microcracked layer is highly loaded cylinder surfaces of supercharged diesel and gasoline engines. Due to the high mechanical clasping of the layer with the Base material, the coating is particularly suitable for thermal shock stressed engines. Thermal shock occurs when at cold start at low Ambient temperatures Engines quickly under load to maximum speed to turn up.
  • the iron-containing layer having an amorphous structure with has finely divided, nano-crystalline metal borides and / or metal carbides is the sliding surface highly resilient, because of the nano-crystalline precipitates the metal boride and metal carbides create a layer of extremely high hardness. Furthermore, the borides themselves lead to a very low coefficient of friction, so that in conjunction with the microcracks this layer outstanding Has sliding properties.
  • a preferred use of the iron-containing layer according to the invention can when repairing worn sliding surfaces.
  • the layer has one excellent mechanical connection or stapling to the base material due to the amorphous solidification and is thus able to subsequently to be applied.
  • the order of the layer on one can reworked, cleaned and / or blasted surface done.
  • This allows the flexible use of the layer in any repair work on sliding surfaces.
  • Due to the high hardness and strength of the layer is also a evt. Weakening of the base material due to wear or subsequent removal balanced, so that the original strength of the base material is nearly can be reached again or even exceeded.
  • Application example is the critical land area between cylinder bores of an engine block.
  • the cylinder bore is brought back to the original nominal size, so that the original piston can be used. Furthermore, since the layer is a very high strength, including the original strength of the engine block even restored, since the engine block is now the original Has wall thicknesses.
  • inventive iron-containing layer in any suitable combination with the Produced process for the preparation and use of a ferrous layer can be, as well as vice versa, the inventive method for the preparation can be used to produce an iron-containing layer.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine durch thermisches Spritzen aufgebrachte eisenhaltige Schicht einer Gleitfläche sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung. Die eisenhaltige Schicht weist weitere metallische, metalloide und/oder nicht-metallische Elemente beinhaltet, die eisenhaltige Schicht eine amorphe Struktur mit feinverteilten, nanokristallinen Metallboriden und / oder Metallkarbiden auf. Die amorphe Struktur der Schicht weist dabei Mikrorisse auf. Die Mikrorisse dienen als Schmiermittelspeicher. Damit kann eine Gleitschicht mit hoher Verschleißfestigkeit, geringer Reibung bei mit geringem Fertigungsaufwand erzeugt werden. Die Schicht eignet sich insbesondere für die Zylinderlaufflächen von Verbrennungsmotoren.

Description

Die Erfindung betrifft eine durch thermisches Spritzen aufgebrachte eisenhaltige Schicht einer Gleitfläche, insbesondere für Zylinderlaufflächen von Motorblöcken nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 und ein Verfahren zur Herstellung sowie die Verwendung dieser Schicht.
Aus der WO 03/106718 ist eine gattungsbildende eisenhaltige Schicht bekannt, die durch thermisches Spritzen aufgetragen wird und die eine amorphe Struktur mit feinverteilten, nano-kristallinen Metallboriden und/oder Metallkarbiden aufweist. Eine derartige Schicht ist aufgrund der hohen Härte gut als Gleitfläche geeignet. Dazu wird die Schicht im Bereich der Gleitflächen auf ein Grundmaterial der zu beschichtenden Maschinenteile durch thermisches Spritzen aufgetragen. Die sich ergebende Oberfläche der aufgespritzten Schicht ist relativ rauh und muß, um als Gleitfläche dienen zu können, durch eine Oberflächenbearbeitung geglättet werden. Bevorzugt erfolgt eine solche Bearbeitung durch Honen, es sind aber auch andere spanabhebende und nichtspanende Verfahren der Oberflächenbearbeitung möglich.
Bei der Verwendung als Gleitfläche ist in der Regel ein Schmiermittel vorzusehen. Aufgrund der entstehenden sehr glatten Oberfläche wirkt das Schmiermittel jedoch nur bedingt, vor allem bei Verbrennunsmotoren kann der Schmierfilm leicht abreißen. Dies erhöht den Verschleiß der eisenhaltigen Schicht und führt zu erhöhter Reibung.
Es ist bekannt, bei thermischen Spritzverfahren Beschichtungen auf Zylinderlaufflächen aufzutragen, die eine gewisse Porosität aufweisen, damit die Beschichtung selbst Schmiermittel in den Poren aufnehmen kann, wodurch die Schmiermittelversorgung der Gleitfläche sichergestellt wird. Die Porosität der Beschichtung wird durch die Prozeßparameter während des Aufbringens der Beschichtung eingestellt. Nachteilig ist hierbei, daß die Festigkeit der Beschichtung je nach Porösität und Materialzusammensetzung der Beschichtung reduziert ist, woraus eine geringe Verschleißfestigkeit resultieren kann. Weiterhin weisen die entstehenden Poren keine einheitliche Größe auf, so daß im späteren Betrieb, z. B. bei der Verwendung in Verbrennungskraftmaschinen, in diesen Poren befindliches Schmiermittel unter bestimmten Betriebszuständen aus der Beschichtung ausgewaschen wird, woraus ein höherer Schmiermittelverbrauch resultieren kann.
Demgemäß ist es die Aufgabe der Erfindung, eine eisenhaltige Schicht so zu verbessern, daß sie insbesondere bei der Verwendung als Gleitfläche höhere Verschleißfestigkeit und/oder bessere Gleitreibungseigenschaften aufweist und möglichst kostengünstig gefertigt werden kann.
Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 1.
Indem die amorphe Struktur Mikrorisse aufweist, können im Betrieb der Gleitfläche die Mikrorisse als Ölrückhaltevolumen für das Schmiermittel der Gleitfläche dienen. Aufgrund der extremen Kapillarwirkung der Mikrorisse verbleibt das Schmiermittel in diesen und wird weder ausgespült noch verdampft es. Bevorzugt weisen die Mikrorisse eine Länge von 10 bis 50 µm und eine Breite von 0,2 bis 2 µm auf. Aufgrund ihrer geringen Abmessung reduzieren die Mikrorisse die Gesamtfestigkeit und die Härte der eisenhaltigen Schicht nicht. Damit weist die Schicht ähnlich wie die bekannten porösen Schichten die gleichen Eigenschaften bezüglich der Schmiermittelspeicherung auf, ohne jedoch die Nachteile der geringeren Festigkeit und des höheren Schmiermittelverbrauches im Betrieb aufzuweisen.
Bevorzugt werden die Mikrorisse bereits beim Auftragen der eisenhaltigen Schicht durch das thermische Spritzen gebildet. Durch bewußte Wahl der Prozeßparameter beim Auftrag der eisenhaltigen Schicht entstehen die Mikrorisse ohne zusätzlichen Fertigungsaufwand. Dabei spielt es keine Rolle, ob diese sich bis zur Oberfläche der aufgespritzten Schicht erstrecken, oder ob diese nur in der Unterstruktur der eisenhaltigen Schicht vorhanden sind. Dies kann z. B. dann gegeben sein, wenn die Schicht in mehreren Lagen aufgetragen wird, wie in der WO 03/106718 beschrieben.
Da zur Bildung einer Gleitfläche die eisenhaltige Schicht auf jeden Fall nachträglich eine Oberflächenbearbeitung erfahren muß, können in diesem Arbeitschritt die Mikrorisse freigelegt werden, indem die Deckschicht der eisenhaltigen Schicht, die beim Aufspritzen entstanden ist, abgetragen wird. Dabei kann die Oberflächenbearbeitung eine mechanische Feinbearbeitung der eisenhaltigen Schicht sein. Dies sind z. B. Honen, Schleifen oder Polieren. Diese erprobten Verfahren erlauben ein kostengünstiges und genaues Herstellen der Oberfläche einer Gleitschicht.
Bei einem weiteren Verfahren entstehen die Mikrorisse durch Schrumpfspannungen bei der schnellen Abkühlung nach dem Auftragen, d. h. nach dem thermischen Spritzen der eisenhaltigen Schicht auf ein Grundmaterial. Die Verteilung und Größe der Risse kann durch den Zeitpunkt des Abkühlens und einer entsprechend schnelleren bzw. langsameren Abkühlgeschwindigkeit gesteuert werden.
Bevorzugt erfolgt die Abkühlung direkt nach dem thermischen Spritzen der eisenhaltigen Schicht. Dies ergibt sich von selbst durch das Abkühlen der eisenhaltigen Schicht, sobald diese auf ein Grundmaterial aufgetragen wird und das Grundmaterial eine geringere Temperatur als die aufgespritzte Schicht aufweist. In diesem Fall ist keine zusätzliche Kühlung vorgesehen, wodurch der Herstellungsprozeß für die Mikrorisse keine zusätzlichen Kosten verursacht.
Die Kühlung kann auch gezielt erfolgen, indem die aufgeheizte eisenhaltige Schicht gezielt in einzelnen, ausgewählten Bereichen oder insgesamt durch zusätzliche externe Kühlung, wie z. B. die Anwendung von Wasserstrahlen, flüssigen Gasen, Druckluft etc. abschnittsweise oder insgesamt abgekühlt wird. Derartige Verfahren sind zwar kostenaufwendig, erlauben aber eine noch gezieltere Steuerung der Bildung von Mikrorissen.
In einer weiteren Ausbildung des Verfahrens erfolgt die Abkühlung nach nachträglichem Wärmeeintrag in die eisenhaltige Schicht. Damit kann gezielt an hochbelasteten Stellen von Gleitflächen die Struktur mit den Mikrorissen in der eisenhaltigen Schicht erzeugt werden, indem der Wärmeeintrag punktuell in diesen Bereichen erfolgt.
Ein weiterer Vorteil des nachträglichen Wärmeeintrages ist es, daß im Bereich des Wärmeeintrags feinverteilte nanokristalline Metallboride und/oder Metallkarbide aus der amorphen Struktur der eisenhaltigen Schicht ausgeschieden werden. Damit wird die Festigkeit der eisenhaltigen Schicht im Bereich des Wärmeeintrags wesentlich erhöht.
Indem nach dem Auftrag der eisenhaltigen Schicht und einer anschließenden Oberflächenbearbeitung durch punktuellen Wärmeeintrag in die eisenhaltige Schicht weitere nano-kristalline Metallboride und / oder Metallkarbide entstehen, können in ausgewählten Bereichen der Gleitfläche, z. B. im hochbelasteten oberen und unteren Umkehrpunkt einer Zylinderlaufbahn, zusätzliche harte Bereiche erzeugt werden. Der punktuelle Wärmeeintrag erlaubt es auch, kleine lokale Stellen mit größerer Härte und/oder geänderten Oberflächeneigenschaften zu erzeugen. Dabei kann die Ausdehnung des punktuellen Wärmeeintrages wesentlich geringer als die gesamte Ausdehnung der Gleitfläche sein.
Bevorzugt weist die eisenhaltige Schicht im Bereich des Wärmeeintrags eine Härte von 1000 bis 1250 HV 0,05 auf, jedoch kann die Härte durch entsprechende Prozeßparameter und Materialzusammensetzung ohne weiteres im Bereich zwischen 800 HV 0,05 und 1500 HV 0,05 eingestellt werden. Eine solche Härte ist bisher z. B. bei Hartmetallwerkzeugen auf Basis von Wolfram-Karbid / Kobalt bekannt, und kann jetzt auch für Gleitflächen großflächig angewendet werden. Aufgrund der hohen Härte ist die eisenhaltige Schicht extrem verschleißfest. Die Metallboride bzw. Metallkarbide weisen bevorzugt eine Größe von 60 bis 130 nm auf. Aufgrund der geringen Größe wird die Reibung reduziert und die Härte gesteigert.
Bevorzugt erfolgt der nachträgliche Wärmeeintrag mittels Laserlicht und/oder Elektronenstrahlen. Diese Energiequellen können in einem kleinen Bereich gezielt punktuell Wärme bzw. Energie in die eisenhaltige Schicht einbringen. Außerdem können diese Energiequellen auf engem Raum, wie z. B. innerhalb einer Zylinderlaufbahn eines Verbrennungsmotors oder eines Hydraulikzylinders, eingesetzt werden, um die erfinderische eisenhaltige Schicht zu erzeugen. Es sind jedoch auch alle anderen geeigneten Energiequellen verwendbar, die den Wärmeeintrag zur Erzeugung der erfinderischen eisenhaltigen Schicht erlauben.
Bei einem vorteilhaften Verfahren ist das thermische Spritzverfahren zum Auftragen der eisenhaltigen Schicht ein Plasmadrahtspritzen (PTWA) oder ein Lichtbogendrahtspritzen (LDS). Beide Verfahren ermöglichen bei richtiger Einstellung der Prozeßparameter bereits beim Aufspritzen der eisenhaltigen Schicht die Ausbildung der Mikrorisse, da auch hier direkt eine Abkühlung der aufgetragenen eisenhaltigen Schicht noch beim Auftragen selbst bzw. unmittelbar danach erfolgt.
Überraschenderweise wurde gefunden, daß bei bestimmten Prozeßparametern die Bildung der Mikrorisse verstärkt auftritt, wobei im folgenden derzeit übliche Spritzanlagen bei Drahtdurchmessern von 1,6 mm zugrundegelegt sind. Im Falle des Plasmadrahtpritzens betrug eine günstigste Einstellung 120 Volt Spannung und 64 A Strom. Beim Lichtbogendrahtspritzen erwies sich der Bereich von 40 - 60 Volt Spannung und 50 - 120 A Strom als günstig für die Ausbildung der Mikrorisse; idealerweise betrug hier die Einstellung 53 Volt Spannung und 70 A Strom.
Verwendung findet die erfinderische eisenhaltige Schicht bei der Herstellung von Gleitflächen an Maschinenteilen, insbesondere von Pleuellagern, Kurbelwellenlagern, Kolbenringen, Zylinderlaufflächen und Kolben. Dies schließt neben Verbrennungsmotoren alle Maschinen ein, wo sich derartige Maschinenbauteile befinden, z. B. Hydraulikzylinder, Getriebe, Wellenlagerungen.
Insbesondere sind Kolbenringe geeignet, mit der erfinderischen eisenhaltigen Schicht beschichtet zu werden. Kolbenringe sind hochbelastet und sehr schwierig zu schmieren. Die Mikrorisse in der eisenhaltigen Schicht stellen ideale Schmiermitteltaschen dar, um eine kontinuierliche Schmierung des Kolbenringes auch dann noch sicherzustellen, wenn auf der mit dem Kolbenring zusammenwirkenden Zylinderlauffläche kurzfristig kein Schmiermittel vorhanden ist, z. B. bei einem Kaltstart eines Verbrennungsmotors, oder bei thermischer Überlast, oder allgemein bei einem Abriß des Schmierfilms.
Eine weitere bevorzugte Anwendung der eisenhaltigen Schicht mit Mikrorissen sind hochbelastete Zylinderlaufflächen von aufgeladenen Diesel- und Benzinmotoren. Aufgrund der hohen mechanischen Umklammerung der Schicht mit dem Grundmaterial eignet sich die Beschichtung insbesondere auch für Thermoschock beanspruchte Motoren. Thermoschock tritt auf, wenn beim Kaltstart bei niedrigen Umgebungstemperaturen Motoren schnell unter Last auf Höchstdrehzahl hochdrehen. Indem die eisenhaltige Schicht eine amorphe Struktur mit feinverteilten, nano-kristallinen Metallboriden und / oder Metallkarbiden aufweist, ist die Gleitfläche hochbelastbar, da aufgrund der nano-kristallinen Ausscheidungen der Metallboride und Metallkarbide eine Schicht mit extrem hoher Härte entsteht. Weiterhin führen die Boride selbst zu einem sehr geringen Reibungskoeffizient, so daß in Verbindung mit den Mikrorissen diese Schicht hervorragende Gleiteigenschaften aufweist.
Eine bevorzugte Verwendung der erfindungsgemäßen eisenhaltigen Schicht kann bei der Reparatur verschlissener Gleitflächen erfolgen. Die Schicht besitzt eine ausgezeichnete mechanische Verbindung bzw. Verklammerung zum Grundmaterial aufgrund der amorphen Erstarrung und ist damit in der Lage, nachträglich aufgetragen zu werden. Dabei kann der Auftrag der Schicht auf eine nachbearbeitete, gesäuberte und / oder gestrahlte Oberfläche erfolgen. Dies erlaubt den flexiblen Einsatz der Schicht bei jedweden Reparaturarbeiten an Gleitflächen. Aufgrund der hohen Härte und Festigkeit der Schicht wird auch eine evt. Schwächung des Grundmaterials durch Verschleiß oder nachträglichen Abtrag ausgeglichen, so daß die ursprüngliche Festigkeit des Grundmaterials nahezu wieder erreicht bzw. sogar übertroffen werden kann. Anwendungsbeispiel ist der kritische Stegbereich zwischen Zylinderbohrungen eines Motorblocks.
Bei der Verwendung der eisenhaltigen Schicht zur Reparatur von Gleitflächen spielt es keine Rolle, ob die Gleitfläche vor der Reparatur bereits die gleiche oder eine ähnliche Beschichtung aufwies, oder ob die Gleitfläche direkt aus dem Grundmaterial, auf das die eisenhaltige Schicht aufgetragen wird, gebildet war. Insbesondere im letzteren Fall eignet sich die Schicht sehr gut, um alte, verschließene Zylinderblöcke aufzuarbeiten. Üblicherweise werden die Gleitflächen durch Aufbohren der Zylinderbohrungen repariert, indem die verschließene Oberfläche abgetragen wird und die neu entstehende Gleitfläche einer geeigneten Oberflächenbearbeitung unterzogen wird. Dies erfordert jedoch einen neuen Kolben mit Übermaß. Weiterhin wird der Zylinderblock selbst an hochbelasteten Stellen, wie z. B. dem kritischen Stegbereich zwischen den Zylinderbohrungen, durch den Materialabtrag beim Aufbohren geschwächt, so daß es in diesem Bereich zu Rissen kommen kann.
Durch Aufbringen der erfinderischen Schicht in der aufgebohrten Zylinderbohrung wird die Zylinderbohrung wieder auf das ursprüngliche Nennmaß gebracht, so daß der ursprüngliche Kolben verwendet werden kann. Weiterhin ist, da die Schicht eine sehr hohe Festigkeit aufweist, auch die ursprüngliche Festigkeit des Motorblocks selbst wieder hergestellt, da der Motorblock nun wieder die ursprünglichen Wandstärken aufweist.
Die Ausführung und die Verwendung der Erfindung ist nicht auf die vorliegenden Bespiele beschränkt. Es versteht sich von selbst, daß insbesondere die erfinderische eisenhaltige Schicht in beliebiger geeigneter Kombination mit dem Verfahren zur Herstellung und der Verwendung einer eisenhaltigen Schicht erzeugt werden kann, wie auch umgekehrt das erfinderische Verfahren zur Herstellung benutzt werden kann, eine eisenhaltige Schicht zu erzeugen.

Claims (13)

  1. Durch thermisches Spritzen aufgebrachte eisenhaltige Schicht einer Gleitfläche, insbesondere für Zylinderlaufflächen von Motorblöcken, wobei die eisenhaltige Schicht weitere metallische, metalloide und/oder nichtmetallische Elemente beinhaltet, die eisenhaltige Schicht eine amorphe Struktur mit feinverteilten, nano-kristallinen Metallboriden und/oder Metallkarbiden aufweist,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die amorphe Struktur Mikrorisse aufweist.
  2. Eisenhaltige Schicht nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Mikrorisse eine Länge von 10 bis 50 µm aufweisen.
  3. Eisenhaltige Schicht nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Mikrorisse eine Breite von 0,2 bis 2 µm aufweisen.
  4. Verfahren zur Herstellung einer eisenhaltige Schicht nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Mikrorisse beim Auftragen der eisenhaltigen Schicht durch das thermische Spritzen gebildet werden.
  5. Verfahren zur Herstellung einer eisenhaltige Schicht nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Mikrorisse durch Schrumpfspannungen bei der Abkühlung der erhitzten eisenhaltigen Schicht entstanden sind.
  6. Verfahren nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Abkühlung direkt nach dem thermischen Spritzen der eisenhaltigen Schicht erfolgt.
  7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Abkühlung nach nachträglichem Wärmeeintrag in die eisenhaltige Schicht erfolgt.
  8. Verfahren nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der nachträgliche Wärmeeintrag mittels Laserstrahlen und/oder Elektronenstrahlen erfolgt.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    das thermische Spritzverfahren zum Auftragen der eisenhaltigen Schicht ein Plasmadrahtspritzen (PTWA) oder ein Lichtbogenspritzen (LDS) ist.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    das Abkühlen der eisenhaltigen Schicht durch ein Temperaturgefälle zwischen der Schicht selbst und einem Grundmaterial, auf das die Schicht aufgetragen ist, bewirkt wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    das Abkühlen der eisenhaltigen Schicht durch ein externe Kühlung erfolgt, insbesondere durch Anwendung von Wasserstrahlen, flüssigen Gasen oder Druckluft.
  12. Verwendung einer eisenhaltigen Schicht nach einem der vorherigen Ansprüche zur Herstellung von Gleitflächen an Maschinenteilen, insbesondere von Pleuellagern, Kurbelwellenlagern, Kolbenringen, Zylinderlaufflächen und Kolben.
  13. Verwendung einer eisenhaltigen Schicht nach einem der vorherigen Ansprüche zur Reparatur verschlissener Gleitflächen.
EP05100575A 2004-01-28 2005-01-28 Durch thermisches Spritzen aufgebrachte eisenhaltige Schicht einer Gleitfläche, insbesondere für Zylinderlaufflächen von Motorblöcken Withdrawn EP1559806A1 (de)

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EP05100575A Withdrawn EP1559806A1 (de) 2004-01-28 2005-01-28 Durch thermisches Spritzen aufgebrachte eisenhaltige Schicht einer Gleitfläche, insbesondere für Zylinderlaufflächen von Motorblöcken
EP05100596A Withdrawn EP1559808A1 (de) 2004-01-28 2005-01-28 Durch thermisches Spritzen aufgebrachte eisenhaltige Schicht einer Gleitfläche, insbesondere für Zylinderlaufflächen von Motorblöcken.
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