EP1688517B1 - Verfahren zur Herstellung einer metallischen Haftvermittlungsschicht auf einem Umgusskörper - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer metallischen Haftvermittlungsschicht auf einem Umgusskörper Download PDF

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EP1688517B1 EP20050111061 EP05111061A EP1688517B1 EP 1688517 B1 EP1688517 B1 EP 1688517B1 EP 20050111061 EP20050111061 EP 20050111061 EP 05111061 A EP05111061 A EP 05111061A EP 1688517 B1 EP1688517 B1 EP 1688517B1
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    • B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product
    • B22D19/0081—Casting in, on, or around objects which form part of the product pretreatment of the insert, e.g. for enhancing the bonding between insert and surrounding cast metal
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    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D3/00—Electroplating: Baths therefor
    • C25D3/02—Electroplating: Baths therefor from solutions
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    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D5/00—Electroplating characterised by the process; Pretreatment or after-treatment of workpieces
    • C25D5/48—After-treatment of electroplated surfaces
    • C25D5/50—After-treatment of electroplated surfaces by heat-treatment

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a metallic adhesion-promoting layer on the outer surface of a casting according to the preamble of claim 1.
  • a manufacturing method for a metallic primer layer is known from DE 10315382 known.
  • the adhesion-promoting layer is applied by thermal spraying.
  • produced adhesion-promoting layers are porous due to production, which leads to a reduced heat conduction and the layer is only adhesively connected to the UmgußITY, which can lead to premature detachment of the layer under mechanical or thermal loads.
  • the production is relatively expensive.
  • the object of the invention is therefore to improve a production process for an adhesion-promoting layer so that the primer layer has a high adhesive strength on the Umguß stresses and a high thermal conductivity. Furthermore, the primer layer should be inexpensive to manufacture with little manufacturing effort.
  • the adhesion-promoting layer By forming the adhesion-promoting layer by electrodepositing light metals, the adhesion-promoting layer can be applied to the encapsulation body in a simple and cost-effective manner. By subjecting the adhesion-promoting layer to a diffusion annealing process after the electrodeposition, a high-strength, heat-conducting metallurgical transition is formed between the encapsulation body and the adhesion-promoting layer.
  • the adhesion-promoting layer contains at least as a component a light metal from the group of aluminum and magnesium. These light metals are widely used casting materials.
  • the Umguß moments When pouring the Umguß moments combine casting material and bonding layer metallurgically and thus form a composite material. Together with the existing metallurgical connection between Umguß Congress and bonding layer thus results in a high-strength, heat-conducting connection between Umgußterrorism and casting material.
  • the primer layer contains magnesium, although the casting material contains magnesium. Then it is ensured that a metallurgical connection between casting material and bonding layer is formed during encapsulation.
  • the adhesion-promoting layer advantageously consists of pure aluminum.
  • a 99.9% pure aluminum layer has very favorable heat-conducting properties. This creates a favorable heat transfer between Umgußsammlung and casting material.
  • Pure aluminum can z.
  • Example be used when the Umgußsammlung is a cylinder liner of an internal combustion engine made of steel or gray cast iron, which is poured into a cylinder block consisting of an aluminum alloy as a casting material. Then a good heat transfer between bush and cylinder block is advantageous to dissipate the heat from the combustion chamber, which is at least partially formed by the cylinder liner, as quickly as possible in the cylinder block.
  • the annealing temperature is 400 to 600 ° C. In this temperature range, sufficient diffusion rates between the adhesion-promoting layer and the encapsulation body can be achieved in the case of use of light metals in industrially reasonable periods of time.
  • the useful periods for the annealing time is preferably 2 to 20 minutes.
  • the should Annealing temperature if possible, does not significantly exceed the melting temperature of the material of the bonding layer.
  • the annealing temperature is 540 to 580 ° C.
  • the diffusion rate is particularly favorable when using aluminum and / or magnesium as a constituent of the adhesion-promoting layer.
  • the undesired oxidation of the adhesion-promoting layer on the outer surface is thus minimized.
  • Such oxidation can be almost completely avoided if the diffusion annealing takes place under a protective gas atmosphere. Then even higher annealing temperatures than specified here are possible.
  • Temperature limit in the diffusion annealing is the temperature resistance of the casting material of the Umguß stresses.
  • a favorable diffusion annealing process results at an annealing temperature of 560 ° C and an annealing time of 5 minutes. Then, in particular, an adhesion-promoting layer of pure aluminum can be applied particularly efficiently to a casting of gray cast iron.
  • the layer thickness of the adhesion-promoting layer is preferably from 5 to 50 ⁇ m, with 10 to 15 ⁇ m being particularly advantageous. This is a good compromise between sufficient thickness to achieve the required connection between the casting and cast body during casting and the required low production costs.
  • the encapsulation body is machined on the coating surfaces, where the adhesion-promoting layer is applied, before the electrodeposition by dry machining.
  • the dry machining ensures that no impurities or processing residues is on or in the material of the Umguß stresses. Such contaminants adversely affect the adhesion of the primer layer to the overmold.
  • the coating surface has a profiling.
  • the profiling can be generated in any way. Either it is created by the above-mentioned machining. As a form, any such known profiling is possible.
  • the profiling can also be caused by sandblasting. Or the profiling occurs in the Urformung the Umguß stressess, if this z. B. was manufactured as Rauhgußteil, as in the patent DE 10103596 described.
  • FIG. 1 shows a schematic section through a casting 1, in which a Umgußteil 2 is poured.
  • the casting 1 could here be a cylinder block, the casting 2 a cylinder liner. Between the casting 2 and casting material 3 is the bonding layer. 4
  • FIG. 2 shows a microscopically enlarged material grinding pattern of a casting produced by the inventive method from the transition of casting 2 and casting material 3. Clearly visible is the gray cast iron structure of the Umgußteils 2 and the matrix structure of the casting material 3, here an aluminum alloy. Between the casting 2 and casting material 3 is the bonding layer. 4
  • FIG. 3 shows an enlarged section FIG. 2 in the area of the adhesion-promoting layer 4.
  • the very good metallurgical bonding of the adhesion-promoting layer 4 to the encapsulation body 2 as well as to the casting material 3 is clearly recognizable.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer metallischen Haftvermittlungsschicht auf der Außenfläche eines Umgußkörpers nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Ein Herstellungsverfahren für eine metallische Haftvermittlungsschicht ist aus der DE 10315382 bekannt. Dabei wird die Haftvermittlungsschicht durch thermisches Spritzen aufgetragen. Derart gefertigte Haftvermittlungsschichten sind herstellungsbedingt porös, was zu einer reduzierten Wärmeleitung führt und die Schicht ist nur adhäsiv mit dem Umgußkörper verbunden, was zu einer vorzeitigen Ablösung der Schicht bei mechanischen oder thermischen Belastungen führen kann. Weiterhin ist die Herstellung relativ kostenintensiv.
  • Aus der DE 2 344 899 ist ein Verfahren zur Herstellung einer metallischen Haftvermittlungsschicht auf der Außenfläche eines Umgußkörpers bekannt, bei der die Haftvermittlungsschicht durch galvanisches Abscheiden von Leichtmetallen gebildet wird. Die entstehende metallurgische Zwischenschicht zwischen Umgußkörper und Haftvermittlungsschicht kann jedoch eine nicht ausreichende Festigkeit für die spätere Anbindung des Umgußmaterials aufweisen, insbesondere wenn der Umgußkörper an der zu beschichtenden Oberfläche nicht völlig sauber und/oder korrosionsfrei war.
  • Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Herstellungsverfahren für eine Haftvermittlungsschicht so zu verbessern, daß die Haftvermittlungsschicht eine hohe Haftfestigkeit auf dem Umgußkörper und ein hohes Wärmeleitvermögen aufweist. Weiterhin soll die Haftvermittlungsschicht kostengünstig mit wenig Fertigungsaufwand herzustellen sein.
  • Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
  • Indem die Haftvermittlungsschicht durch galvanisches Abscheiden von Leichtmetallen gebildet wird, kann auf einfache und kostengünstige Weise die Haftvermittlungschicht auf den Umgußkörper aufgetragen werden. Indem die Haftvermittlungsschicht nach dem galvanischen Abscheiden einem Diffusionsglühprozeß unterzogen wird, entsteht zwischen Umgußkörper und Haftvermittlungsschicht ein hochfester, wärmeleitender metallurgischer Übergang.
  • Besonders vorteilhaft enthält die Haftvermittlungsschicht zumindest als Bestandteil ein Leichtmetall aus der Gruppe von Aluminium und Magnesium. Diese Leichtmetalle sind weit verbreitete Gußmaterialien. Beim Eingießen des Umgußkörpers verbinden sich Gußmaterial und Haftvermittlungschicht metallurgisch und bilden so einen Werkstoffverbund. Zusammen mit der bereits bestehenden metallurgischen Verbindung zwischen Umgußkörper und Haftvermittlungsschicht ergibt sich damit eine hochfester, wärmeleitende Verbindung zwischen Umgußkörper und Gußmaterial.
  • Vorteilhaft enthält die Haftvermittlungsschicht Magnesium, wenn auch das Gußmaterial Magnesium enthält. Dann ist sichergestellt, daß eine metallurgische Verbindung zwischen Gußmaterial und Haftvermittlungsschicht beim Umgießen entsteht.
  • Vorteilhaft besteht die Haftvermittlungsschicht aus Reinaluminium. Eine 99,9 % Reinaluminiumschicht weist sehr günstige wärmeleitende Eigenschaften auf. Damit wird eine günstige Wärmeübertragung zwischen Umgußkörper und Gußmaterial erricht. Reinaluminium kann z. B. eingesetzt werden, wenn der Umgußkörper eine Zylinderlaufbüchse eines Verbrennungsmotors aus Stahl- oder Grauguß ist, der in einen Zylinderblock, bestehend aus einer Aluminiumlegierung als Gußmaterial, eingegossen ist. Dann ist eine gute Wärmeübertragung zwischen Laufbüchse und Zylinderblock vorteilhaft, um die Wärme aus dem Brennraum, der zumindest teilweise durch die Zylinderlaufbüchse gebildet wird, möglichst schnell in den Zylinderblock abzuführen.
  • Vorteilhafterweise beträgt die Glühtemperatur 400 bis 600°C. In diesem Temperaturbereich können in technisch sinnvollen Zeiträumen ausreichende Diffusionsraten zwischen Haftvermittlungsschicht und Umgußkörper bei der Verwendung von Leichtmetallen erreicht werden. Die sinnvollen Zeiträume für die Glühzeit beträgt dabei vorzugsweise 2 bis 20 Minuten. Dabei sollte die Glühtemperatur nach Möglichkeit die Schmelztemperatur des Materials der Haftvermittlungsschicht nicht wesentlich überschreiten.
  • Besonders vorteilhaft beträgt die Glühtemperatur 540 bis 580 °C. Hier ist die Diffusionsrate besonders günstig bei der Verwendung von Aluminium und/oder Magnesium als Bestandteil der Haftvermittlungsschicht. Die unerwünschte Oxidation der Haftvermittlungsschicht an der äußeren Fläche wird so minimiert. Eine solche Oxidation kann fast vollständig vermieden werden, wenn das Diffusionsglühen unter einer Schutzgasatmosphäre erfolgt. Dann sind sogar höhere Glühtemperaturen als hier angegeben möglich. Temperaturgrenze beim Diffusionsglühen ist die Temperaturbeständigkeit des Gußmaterials des Umgußkörpers.
  • Ein günstiger Diffusionsglühprozeß ergibt sich bei einer Glühtemperatur von 560 °C und einer Glühdauer 5 Minuten. Dann kann insbesondere eine Haftvermittlungsschicht aus Reinaluminium auf einen Umgußkörper aus Grauguß besonders effizient aufgetragen werden.
  • Bevorzugt beträgt die Schichtdicke der Haftvermittlungsschicht 5 bis 50 µm, wobei besonders vorteilhaft 10 bis 15 µm sind. Dies stellt einen guten Kompromiß dar zwischen ausreichender Dicke, um beim Umguß die geforderte Verbindung zwischen Umgußkörper und Gußkörper zu erzielen und dem geforderten geringem Fertigungsaufwand.
  • Vorteilhaft ist der Umgußkörper an den Beschichtungsflächen, wo die Haftvermittlungsschicht aufgebracht wird, vor der galvanischen Abscheidung durch Trockenbearbeitung spanend bearbeitet. Die Trockenbearbeitung gewährleistet, daß keine Verunreinigungen oder Bearbeitungsrückstände sich auf oder im Material des Umgußkörpers befindet. Derartige Verunreinigungen beeinträchtigen die Haftung der Haftvermittlungschicht auf dem Umgußkörper.
  • Besonders vorteilhaft weist die Beschichtungsfläche eine Profilierung auf. Die Profilierung kann auf beliebige Weise erzeugt sein. Entweder entsteht sie durch die oben genannte spanende Bearbeitung. Als Form ist dabei jede derartige bekannte Profilierung möglich. Die Profilierung kann auch durch Sandstrahlen entstehen. Oder die Profilierung entsteht bei der Urformung des Umgußkörpers, wenn dieser z. B. als Rauhgußteil hergestellt wurde, wie im Patent DE 10103596 beschrieben.
  • Anwendung finden kann das erfinderische Verfahren bei allen Gußteile mit einem oder mehreren eingegossenen Umgußkörpern. Insbesondere geeignet ist das Verfahren, wenn das Gußteil ein Zylinderblock und der Umgußkörper eine Zylinderlaufbuchse ist. Prinzipiell können jedoch alle geeigneten Umgußkörper, die in ein Gußteil eingegossen werden, mit dem erfinderischen Verfahren bearbeitet werden. Beispiele für derartige Umgußteile sind alle hochbelasteten Einsätze wie Kurbelwellenlager, Nockenwellenlager, Getriebelager, Lauf- und Gleitbahnen usw., die in ein Gußteil, vorzugsweise aus Leichtmetall, eingegossen werden sollen.
  • Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Abbildungen. Es zeigen:
    • Figur 1
    einen schematischen Schnitt durch eine eingegossene Zylinderlaufbuchse;
    Figur 2
    eine mikroskopische Aufnahme eines Schnittes im Bereich der Haftvermittlungsschicht; und
    Figur 3
    eine vergrößerten Ausschnitt aus Figur 2 im Bereich der Haftvermittlungsschicht.
  • Figur 1 zeigt einen schematischen Schnitt durch ein Gußteil 1, in das eine Umgußteil 2 eingegossen ist. Das Gußteil 1 könnte hier ein Zylinderblock, das Umgußteil 2 eine Zylinderlaufbuchse sein. Zwischen Umgußteil 2 und Gußmaterial 3 befindet sich die Haftvermittlungsschicht 4.
  • Figur 2 zeigt ein mikroskopisch vergrößertes Materialschliffbild eines nach dem erfinderischen Verfahren hergestelltem Gußteiles aus dem Übergang von Umgußteil 2 und Gußmaterial 3. Deutlich zu erkennen ist die Graugußstruktur des Umgußteils 2 und die Matrixstruktur des Gußmaterials 3, hier eine Aluminiumlegierung. Zwischen Umgußteil 2 und Gußmaterial 3 befindet sich die Haftvermittlungsschicht 4.
  • Figur 3 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus Figur 2 im Bereich der Haftvermittlungsschicht 4. Deutlich erkennbar ist die sehr gute metallurgische Anbindung der Haftvermittlungsschicht 4 sowohl an den Umgußkörper 2 als auch an das Gußmaterial 3.

Claims (15)

  1. Verfahren zur Herstellung einer metallischen Haftvermittlungsschicht (4) auf der Außenfläche eines Umgußkörpers (2), welcher anschließend zum Eingießen in ein Gußteil (1) aus Leichtmetall vorgesehen ist, wobei die Haftvermittlungsschicht (4) durch galvanisches Abscheiden von Leichtmetallen gebildet wird,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Haftvermittlungsschicht (4) nach dem galvanischen Abscheiden einem Diffusionsglühprozeß unterzogen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei
    die Haftvermittlungsschicht (4) zumindest als Bestandteil ein Leichtmetall aus der Gruppe von Aluminium und Magnesium enthält.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei
    die Haftvermittlungsschicht (4) aus Reinaluminium besteht.
  4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei
    die Glühtemperatur vorzugsweise 400 bis 600°C beträgt.
  5. Verfahren nach Anspruch 5, wobei
    die Glühzeit vorzugsweise 2 bis 20 Minuten beträgt.
  6. Verfahren nach Anspruch 6, wobei
    die Glühtemperatur 540 bis 580 °C beträgt.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei
    die Glühtemperatur 560 °C und die Glühdauer 5 Minuten beträgt.
  8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei
    die Schichtdicke der Haftvermittlungsschicht (4) 5 bis 50 µm beträgt.
  9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei
    die Schichtdicke der Haftvermittlungsschicht (4) 10 bis 15 µm beträgt.
  10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei
    der Umgußkörper (2) an den Beschichtungsflächen, wo die Haftvermittlungsschicht (4) aufgebracht wird, vor der galvanischen Abscheidung durch Trockenbearbeitung spanend bearbeitet wurde.
  11. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei
    die Beschichtungsfläche eine Profilierung aufweist.
  12. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei
    das Diffusionsglühen unter einer Schutzgasatmosphäre erfolgt.
  13. Gußteil mit einem eingegossenen Umgußkörper, hergestellt nach einem der vorherigen Ansprüche.
  14. Gußteil nach Anspruch 13, wobei das Gußteil (1) ein Zylinderblock und das Umgußkörper (2) eine Zylinderlaufbuchse ist.
  15. Gußteil nach Anspruch 13, wobei der Umgußkörper (1) ein Kurbelwellenlager, ein Nockenwellenlager, ein Getriebelager oder eine Lauf- oder Gleitbahn ist.
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