EP3071724A1 - Verfahren zur herstellung einer gespritzten zylinderlauffläche eines zylinderkurbelgehäuses einer verbrennungskraftmaschine sowie derartiges zylinderkurbelgehäuse - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer gespritzten zylinderlauffläche eines zylinderkurbelgehäuses einer verbrennungskraftmaschine sowie derartiges zylinderkurbelgehäuse

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EP3071724A1
EP3071724A1 EP14750237.1A EP14750237A EP3071724A1 EP 3071724 A1 EP3071724 A1 EP 3071724A1 EP 14750237 A EP14750237 A EP 14750237A EP 3071724 A1 EP3071724 A1 EP 3071724A1
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EP
European Patent Office
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cylinder
combustion engine
internal combustion
producing
sprayed
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP14750237.1A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Leander Schramm
Dr. Christian KLIMESCH
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KS Huayu Alutech GmbH
Original Assignee
KS Huayu Alutech GmbH
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F02F2001/008—Stress problems, especially related to thermal stress

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a cylinder running surface of a cylinder crankcase
  • the plasma stream entrains the powder particles and accelerates the completely or partially melted parts of the coating material onto the cylinder inner wall to be coated.
  • DE 697 02 576 T2 discloses a method for coating cylinder inner walls by thermal spraying, in which first the molten powder or the molten wire of a low-carbon steel with a fraction of less than 0.3% carbon or of a stainless steel by means of an air flow the cylinder inner wall is thrown, whereby a lower layer with high oxide content is generated.
  • a layer is very hard.
  • an inert gas serves as a sputtering gas, so that the oxide content in the layer is significantly reduced.
  • This softer layer is subsequently removed to produce a surface with the desired surface finish, so that the hard wear-resistant lower layer remains as a running surface.
  • a plasma spraying process is also known from DE 199 34 991 A1, in which nitrogen is used as an atomizing gas in the production of cylinder running surfaces.
  • nitrogen is used as an atomizing gas in the production of cylinder running surfaces.
  • a second nitrogen gas stream flanking the atomizing gas flow is used.
  • the oxide content of the coating should be adjusted.
  • This object is achieved by a method for producing a cylinder running surface of a cylinder crankcase
  • a cylinder crankcase for an internal combustion engine in which the sprayed-on coating has a layer porosity of 4.5 to 25% and an oxide content of 0.5 to 5%.
  • the low oxide content which is also achieved by using the inert gas, results in a low Wüstitphase, whereby the oxidation rate of the layer decreases significantly, so that the corrosion is reduced.
  • the sputter gas flow rate during thermal spraying is 900 to 1500 l / min. This gas throughput makes it easy to produce corrosion resistant protective coatings with high porosity. In a particularly preferred embodiment of the method, the sputter gas throughput during thermal spraying is reduced to 300 to 900 l / min.
  • the speed and temperature of the coating material at the nozzle is further reduced, so that less energy is transferred to the particles of the coating material.
  • the effect which is caused by the increase in the mass flow rate is additionally enhanced, so that an even higher porosity is achieved.
  • nitrogen or argon is used as the inert gas.
  • nitrogen or argon is used as the inert gas. With these gases, low-oxide layers can be produced in a cost-effective manner.
  • the coating is produced by plasma spraying or arc spraying, in particular by plasma transferred-wire-arc spraying (PTWA spraying) or rotating single-wire spraying (RSW spraying). These processes are particularly suitable for the production of porous, low-oxide layers.
  • the plasma gas used is preferably an argon-hydrogen mixture or an argon-nitrogen mixture, the hydrogen content of the plasma gas being 5 to 40% when using an argon-hydrogen mixture.
  • the particulate surface temperature is 1,600 to 2,400 ° C.
  • the arc temperature is 3,000 to 6,000 ° C.
  • the plasma gas temperature is 10,000 to 15,000 ° C. It does not form fully molten particles on the surface with low oxide inclusions.
  • the plasma gas flow rate is 40 to 250 l / min, so that a still relatively low velocity of the Parti cle at relatively low Parti keltemperaturen arises.
  • the coating for producing the cylinder surface is honed after the injection process.
  • additional pores of the spray layer which act as Wed krodruckschn and in which oil can store exposed, and there is a functional honing surface.
  • axisymmetric constant wall thicknesses can be produced. It is thus provided a method for producing a cylinder surface of a cylinder crankcase and a cylinder crankcase produced in this way, which has a high Has corrosion resistance.
  • the supply of oil to the running surfaces is ensured so that a long service life of the coating is achieved.
  • the costs for the production of the coating are reduced in comparison with other known processes, in particular when using carbonaceous, low-alloyed steels as coating materials.
  • the figure shows a nozzle of a PTWA or RSW burner and the structure of the resulting on a cylinder inner wall coating in a schematic representation.
  • a cylinder crankcase is cast with one or more cylinders in a cast aluminum process in a known manner. Since the cylinder inner walls of the cylinder crankcase often do not have a sufficiently durable cylinder surface, this is produced by first the cylinder inner wall is activated, for example by generating undercut structures. Subsequently, a coating is applied to the cylinder inner walls by thermal spraying. For this purpose, in the present embodiment, a PTWA or RSW burner 10 is inserted into the cylinder and moved axially and rotationally for applying the layer.
  • a cylindrical inner wall can be seen, to which a thermal spray coating is applied by means of the burner 10.
  • the burner 10 shown in the figure has a connected to a first voltage source electrode 12 and acting as a second electrode electrically conductive wire 14 from a low alloyed carbon steel, which is connected to the opposite pole of the voltage source, is supplied vertically and serves as a coating material 15.
  • the first electrode 12 is surrounded by bores 16 of the burner 10, through the location of which an optionally along the first electrode 12 associated with a swirling gas flow, which escapes at high speed through a nozzle 18.
  • the plasma gas consists of an argon-hydrogen mixture with a hydrogen content of about 25%.
  • the plasma gas flowing through the plasma burner 10 is passed through the resulting arc and ionizes in this case.
  • the dissociation, or subsequent ionization generates a highly heated electrically conductive gas of positive ions and electrons, the plasma.
  • the plasma has a temperature of about 12,000 ° C at a plasma gas flow rate of about 100 l / min. It flows through the nozzle 18 and expands along the longitudinal axis of the nozzle 18. In this case, the plasma is transported to the perpendicular to the nozzle 18 continuously supplied wire 14, whereby the electric circuit is closed.
  • the resulting arc has a temperature of about 4,000 ° C.
  • the wire 14 is supplied according to the invention at a throughput of 8 to 22.5 kg / h and is resistance-heated by the large applied currents, whereby it merges into a molten, and atomized by the impact of the plasma state.
  • the holes 16 are surrounded by a plurality of channels 20 through which flows a nebulizer gas, which consists of an inert gas, in the present case of nitrogen and is supplied at a rate of about 900 l / min.
  • This additional gas flow on the one hand creates an inert atmosphere and serves as a carrier gas for the melted Parti cle 22 of the wire 16 and provides additional atomization of this Parti cle 22.
  • the Parti cle 22 are thrown by the gas flow against a cylinder inner wall 24 of the cylinder 26.
  • the mass throughput of the wire 16, which is approximately doubled for a PTWA or RSW injection process, and the reduced velocity of the atomizing gas flow ensure that the particles 22 of the coating material 15 thrown onto the cylinder inner wall 24 are not all completely melted and have a relatively low velocity meet the cylinder inner wall 24 to be coated.
  • a relatively low particle surface temperature of about 2,000 ° C. is achieved on the one hand by the low velocity of the gas stream and on the other hand by the inert gas used as atomizing gas. This results in relatively large Parti cle 22, which settle on the cylinder inner wall 24, resulting in a significant increase in the layer porosity to about 20%.
  • the use of nitrogen as a nebulizer gas creates an inert atmosphere which ensures that oxidation of the particles 22 is significantly reduced despite the use of a carbonaceous steel as the coating material 15. This reduces the resulting temperature of Parti cle 22 in addition, since exothermic reactions are largely prevented, so again large particles 22 arise.
  • the proportion of oxides 28 in the coating 30 on the cylinder inner wall 24 is reduced in this way to about 3%, whereby a small Wüstitphase is present, resulting in a decreasing rate of oxidation in the coating 30, so that the corrosion is reduced. However, the formation of martinsite in the coating 30 is maintained, so that a sufficient hardness of the coating 30 is present.
  • the coating 30 is honed in a further processing step to form the desired cylinder surface.
  • the result is a cylinder crankcase with a sprayed cylinder surface, which on the one hand are very resistant to corrosion and on the other hand have very little wear due to very good lubrication.
  • the scope of protection is not limited to the embodiment described.
  • other thermal spraying processes for the production of such a coating are also suitable, wherein a hitherto unknown high quotient of mass flow rate of the spraying material to the inert gas flow rate is to be maintained in order to obtain the desired cylinder running surface.

Abstract

Es sind Verfahren zur Herstellung einer Zylinderlauffläche eines Zylinderkurbelgehäuses einer Verbrennungskraftmaschine, bei denen eine Beschichtung (30) auf einer Zylinderinnenwand (24) eines gegossenen Zylinderkurbelgehäuses durch thermisches Spritzen hergestellt wird, und wobei als Zerstäubergas ein Inertgas verwendet wird, bekannt. Allerdings sind die entstehenden Schichten häufig korrosionsanfällig. Um dies zu verhindern, wird vorgeschlagen, dass der Massendurchsatz des Beschichtungswerkstoffs (15) beim thermischen Spritzen 8 bis 22,5 kg/h beträgt. So wird ein Zylinderkurbelgehäuse für eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Zylinderlauffläche geschaffen, bei dem die aufgespritzte Beschichtung (30) eine Schichtporosität von 4,5 bis 25% und einen Oxidanteil von 0,5 bis 5% aufweist. Diese Beschichtung weist eine hohe Korrosionsbeständigkeit auf.

Description

B E S C H R E I B U N G Verfahren zur Herstellung einer gespritzten Zylinderlauffläche eines Zylinderkurbelgehäuses einer Verbrennungskraftmaschine sowie derartiges Zylinderkurbelgehäuse
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Zylinderlauffläche eines Zylinderkurbelgehäuses einer
Verbrennungskraftmaschine, wobei eine Beschichtung auf einer Zylinderinnenwand eines gegossenen Zylinderkurbelgehäuses durch thermisches Spritzen hergestellt wird, und wobei als Zerstäubergas ein Inertgas verwendet wird sowie ein Zylinderkurbelgehäuse für eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Zylinderlauffläche, welche mittels eines derartigen Verfahrens durch thermisches Spritzen der Zylinderinnenwand hergestellt ist.
Es sind verschiedene Verfahren zum Auftragen einer als Zylinderlauffläche dienenden Beschichtung durch thermisches Spritzen auf die Zylinderinnenwand eines Zylinderkurbelgehäuses bekannt. Als Spritzverfahren werden bei der Herstellung von Zylinderlaufflächen insbesondere das Plasmaspritzen und das Lichtbogenspritzen verwendet, wobei beim Lichtbogenspritzen zwischen zwei drahtförmigen Spritzwerkstoffen ein Lichtbogen gezündet wird, durch den die Drahtspitzen bei einer Temperatur von ungefähr 4000 °C abgeschmolzen und mittels Zerstäubergas auf die präparierte Werkstückoberfläche gespritzt werden, während beim Plasmaspritzen in einem Brenner eine Anode und mindestens eine Kathode durch einen schmalen Spalt getrennt sind und durch eine angelegte Gleichspannung ein Lichtbogen zwischen der Anode und Kathode erzeugt wird. Durch den Brenner strömt ein Gas, welches durch den Lichtbogen geleitet wird und hierbei ionisiert, wodurch ein hochaufgeheiztes elektrisch leitendes Gas entsteht, das als Plasmastrom dient, in den ein Pulver mit einer Körnung von 5- 120 μιτι eingedüst wird, das durch die hohe Plasmatemperatur aufgeschmolzen wird . Der Plasmastrom reißt die Pulverteilchen mit und beschleunigt die ganz oder teilweise aufgeschmolzenen Teile des Beschichtungswerkstoffs auf die zu beschichtende Zylinderinnenwand .
So wird in der DE 697 02 576 T2 ein Verfahren zur Beschichtung von Zylinderinnenwänden durch thermisches Spritzen offenbart, bei dem zunächst das geschmolzene Pulver oder der geschmolzene Draht eines kohlenstoffarmen Stahls mit einem Anteil von unter 0,3% Kohlenstoff oder eines Edelstahls mittels eines Luftstroms gegen die Zylinderinnenwand geschleudert wird, wodurch eine Unterschicht mit hohem Oxidanteil erzeugt wird . Eine derartige Schicht ist sehr hart. Im Folgenden wird eine weitere Schicht aufgebracht, bei der ein inertes Gas als Zerstäubergas dient, so dass der Oxidanteil in der Schicht deutlich verringert wird . Diese weichere Schicht wird im Folgenden zur Erzeugung einer Oberfläche mit gewünschter Oberflächengüte abgetragen, so dass die harte verschleißfeste untere Schicht als Lauffläche verbleibt.
Auch aus der DE 199 34 991 AI ist ein Plasmaspritzverfahren bekannt, bei dem Stickstoff als Zerstäubergas bei der Herstellung von Zylinderlaufflächen verwendet wird . Um keine Vakuumkammer nutzen zu müssen, wird ein zweiter den Zerstäubergasstrom flankierender Gasstrom aus Stickstoff eingesetzt. So soll der Oxidanteil der Beschichtung eingestellt werden .
Probleme bereitet bei diesen Beschichtungen jedoch die auftretende Korrosion, welche bei Schichten mit hohem Oxidanteil sehr schnell erfolgt und bei Schichten mit geringem Oxidanteil langsamer verläuft. Als Folge der Korrosion kommt es zu einem erhöhten Verschleiß der Zylinderlauffläche. Des Weiteren sind die bekannten thermischen Spritzverfahren sehr teuer, da zur Vermeidung der Korrosion Edelstähle oder zumindest kohlenstoffarme Stähle eingesetzt werden.
Es stellt sich daher die Aufgabe ein Verfahren zur Herstellung einer gespritzten Zylinderlauffläche eines Zylinderkurbelgehäuses einer Verbrennungskraftmaschine sowie ein derartiges Zylinderkurbelgehäuse bereit zu stellen, bei denen die Zylinderlaufflächen eine hohe Korrosionsbeständigkeit auch bei der Verwendung niedriglegierter kohlenstoffhaltiger Stähle aufweisen, um eine hohe Haltbarkeit bei kostengünstiger Herstellung zu ermöglichen .
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung einer Zylinderlauffläche eines Zylinderkurbelgehäuses einer
Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 1 sowie ein Zylinderkurbelgehäuse mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst.
Dadurch, dass der Massendurchsatz des Beschichtungswerkstoffs beim thermischen Spritzen 8 bis 22,5 kg/h anstatt der üblichen 4 bis 7 kg/h beträgt, verringert sich die Parti kelgeschwindigkeit, während die Partikelgröße in der Beschichtung zunimmt. So lässt sich erfindungsgemäß ein Zylinderkurbelgehäuse für eine Verbrennungskraftmaschine herstellen, bei dem die aufgespritzte Beschichtung eine Schichtporosität von 4,5 bis 25 % und einen Oxidanteil von 0,5 bis 5 % aufweist. Der geringe Oxidanteil, der auch durch die Verwendung des Inertgases erzielt wird, führt dazu, dass eine geringe Wüstitphase vorliegt, wodurch die Oxidationsgeschwindigkeit der Schicht deutlich abnimmt, so dass die Korrosion verringert wird . Zusätzlich entsteht ein größerer offener Porenanteil, wodurch ein größeres Ölrückhaltevolumen an der Zylinderlauffläche geschaffen wird, so dass ebenfalls eine höhere Korrosionsbeständigkeit an der Oberfläche der Schicht entsteht. Durch die Verwendung des Inertgases wird zusätzlich eine exotherme Reaktion an der Partikeloberfläche, bei der der Kohlenstoff des Drahtes bei der Verwendung kohlenstoffhaltiger Beschichtungswerkstoffe verbrannt wird, verhindert. So wird die Oxidation und die Partikeltemperatur verringert. Vorzugsweise beträgt der Zerstäubergasdurchsatz beim thermischen Spritzen 900 bis 1.500 l/min. Mit diesem Gasdurchsatz lassen sich auf einfache Weise korrosionsbeständige Schutzschichten mit hoher Porosität herstellen. In einer besonders bevorzugten Ausführung des Verfahrens wird der Zerstäubergasdurchsatz beim thermischen Spritzen auf 300 bis 900 l/min reduziert. Dies führt dazu, dass die Geschwindigkeit und die Temperatur des Beschichtungswerkstoffs an der Düse zusätzlich reduziert wird, so dass weniger Energie an die Partikel des Beschichtungswerkstoffs übertragen wird. So wird der Effekt, welcher durch die Erhöhung des Massendurchsatzes entsteht zusätzlich verstärkt, so dass eine noch höhere Porosität erreicht wird.
Vorzugsweise wird als Inertgas Stickstoff oder Argon verwendet. Mit diesen Gasen können auf kostengünstige Weise oxidarme Schichten hergestellt werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn als Beschichtungswerkstoff ein niedriglegierter Kohlenstoffstahl verwendet wird, da dieser deutlich kostengünstiger hergestellt werden kann. Durch die besonderen gewählten Verfahrensparameter wird ein vorzeitiger Abbrand des Kohlenstoffs mit vorzeitiger Oxidation vermieden, so dass dennoch eine ausreichende Korrosionsbeständigkeit vorliegt. Diese Stähle lassen sich gut verarbeiten und bilden beim Spritzen das für die notwendige Härte der Schicht wichtige Martinsit. In einer bevorzugten Ausführung wird die Beschichtung durch Plasmaspritzen oder Lichtbogenspritzen, insbesondere durch Plasma- Transferred-Wire-Arc-Spritzen (PTWA-Spritzen) oder Rotating-Single- Wire-Spritzen (RSW-Spritzen) hergestellt wird . Diese Verfahren eignen sich in besonderer Weise zur Herstellung poröser, oxidarmer Schichten.
Dabei wird als Plasmagas vorzugsweise ein Argon-Wasserstoffgemisch oder ein Argon-Stickstoffgemisch verwendet, wobei der Wasserstoffanteil des Plasmagases bei Verwendung eines Argon-Wasserstoff-Gemisches 5 bis 40% beträgt. Bei diesen Verfahrensparametern werden zuverlässig die gewünschte Schichtporosität sowie der gewünschte Oxidanteil erreicht.
Vorteilhafterweise beträgt die Parti keloberflächentemperatur 1.600 bis 2.400 °C, die Lichtbogentemperatur 3.000 bis 6.000 °C und die Plasmagastemperatur 10.000 bis 15.000 °C. Es entstehen nicht voll aufgeschmolzene Partikel auf der Oberfläche mit geringen Oxideinschlüssen.
Vorzugsweise beträgt der Plasmagasdurchsatz 40 bis 250 l/min, so dass eine weiterhin relativ niedrige Geschwindigkeit der Parti kel bei relativ geringen Parti keltemperaturen entsteht.
Vorteilhafterweise wird die Beschichtung zur Herstellung der Zylinderlauffläche nach dem Spritzvorgang gehont. Hierdurch werden zusätzliche Poren der Spritzschicht, die als Mi krodruckkammern wirken und in denen sich Öl einlagern kann, freigelegt und es entsteht eine funktionale Honoberfläche. Des Weiteren können achssymmetrische konstante Wandstärken hergestellt werden. Es wird somit ein Verfahren zur Herstellung einer Zylinderlauffläche eines Zylinderkurbelgehäuses sowie ein derartig hergestelltes Zylinderkurbelgehäuse geschaffen, welches eine hohe Korrosionsbeständigkeit aufweist. Die Versorgung der Laufflächen mit Öl wird sichergestellt, so dass eine lange Lebensdauer der Beschichtung erreicht wird. Die Kosten zur Herstellung der Beschichtung sind im Vergleich zu anderen bekannten Verfahren insbesondere bei Verwendung kohlenstoffhaltiger, niedriglegierter Stähle als Beschichtungswerkstoffe reduziert.
Im Folgenden wird das Verfahren am Beispiel einer mittels eines PTWA- Brenners oder RSW-Brenners aufgebrachten Beschichtung sowie die entstehende Zylinderlauffläche anhand der Figur beschrieben.
Die Figur zeigt eine Düse eines PTWA- oder RSW-Brenners sowie die Struktur der an einer Zylinderinnenwand entstehenden Beschichtung in schematischer Darstellung.
Zunächst wird ein Zylinderkurbelgehäuse mit einem oder mehreren Zylindern in einem Aluminiumgussverfahren in bekannter weise gegossen. Da die Zylinderinnenwände des Zylinderkurbelgehäuses häufig keine ausreichend haltbare Zylinderlauffläche aufweisen, wird diese hergestellt, indem zunächst die Zylinderinnenwand beispielsweise durch Erzeugung von Hinterschnittstrukturen aktiviert wird. Anschließend wird durch thermisches Spritzen eine Beschichtung auf die Zylinderinnenwände aufgebracht. Hierzu wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein PTWA- oder RSW-Brenner 10 in den Zylinder eingeführt und axial und rotatorisch zum Aufbringen der Schicht bewegt.
In der Figur ist eine Zylinderinnwand zu erkennen, auf die eine thermische Spritzschicht mittels des Brenners 10 aufgebracht wird. Der in der Figur dargestellte Brenner 10 weist eine an eine erste Spannungsquelle angeschlossene Elektrode 12 sowie einen als zweite Elektrode wirkenden elektrisch leitfähigen Draht 14 aus einem niedrig legierten kohlenstoffhaltigen Stahl auf, der an den entgegengesetzten Pol der Spannungsquelle angeschlossen ist, senkrecht zugeführt wird und als Beschichtungswerkstoff 15 dient. Die erste Elektrode 12 ist von Bohrungen 16 des Brenners 10 umgeben, durch deren Lage ein gegebenenfalls längs der ersten Elektrode 12 mit einem Drall behafteter Gasstrom entsteht, der mit hoher Geschwindigkeit durch eine Düse 18 entweicht. Das Plasmagas besteht aus einem Argon- Wasserstoffgemisch mit einem Wasserstoffanteil von etwa 25 % besteht. Das durch den Plasmabrenner 10 strömende Plasmagas wird durch den entstehenden Lichtbogen geleitet und ionisiert hierbei . Die Dissoziation, beziehungsweise anschließende Ionisation, erzeugt ein hochaufgeheiztes elektrisch leitendes Gas aus positiven Ionen und Elektronen, das Plasma . Das Plasma weist eine Temperatur von etwa 12.000 °C bei einem Plasmagasdurchsatz von etwa 100 l/min auf. Es strömt durch die Düse 18 und dehnt sich entlang der Längsachse der Düse 18 aus. Dabei wird das Plasma zum senkrecht zur Düse 18 kontinuierlich zugeführten Draht 14 transportiert, wodurch der elektrische Kreis geschlossen wird . Der entstehende Lichtbogen weist eine Temperatur von etwa 4.000 °C auf. Der Draht 14 wird erfindungsgemäß mit einem Durchsatz von 8 bis 22,5 kg/h zugeführt und wird durch die großen anliegenden Stromstärken widerstandserhitzt, wodurch er in einen schmelzflüssigen, und durch den Aufprall des Plasmas zerstäubten Zustand übergeht. Die Bohrungen 16 sind von mehreren Kanälen 20 umgeben, durch die ein Zerstäubergas strömt, welches aus einem Inertgas, in vorliegendem Fall aus Stickstoff besteht und mit einem Durchsatz von etwa 900 l/min zugeführt wird . Dieser zusätzliche Gasstrom schafft einerseits eine inerte Atmosphäre und dient als Trägergas für die aufgeschmolzenen Parti kel 22 des Drahtes 16 und sorgt für eine zusätzliche Zerstäubung dieser Parti kel 22. Die Parti kel 22 werden durch den Gasstrom gegen eine Zylinderinnenwand 24 des Zylinders 26 geschleudert. Der für ein PTWA- oder RSW-Spritzverfahren etwa verdoppelte Massendurchsatz des Drahtes 16 sowie die reduzierte Geschwindig keit des Zerstäubergasstroms sorgen dafür, dass die auf die Zylinderinnenwand 24 geschleuderten Parti kel 22 des Beschichtungswerkstoffs 15 nicht alle vollständig aufgeschmolzen werden und mit einer relativ geringen Geschwindigkeit auf die zu beschichtende Zylinderinnenwand 24 treffen . Des Weiteren wird einerseits durch die geringe Geschwindigkeit des Gasstroms und andererseits durch das als Zerstäubergas verwendete Inertgas eine relativ geringe Parti keloberflächentemperatur von etwa 2.000 °C erreicht. So entstehen relativ große Parti kel 22, die sich auf der Zylinderinnenwand 24 absetzen, was zu einer deutlichen Erhöhung der Schichtporosität auf etwa 20 % führt. Zusätzlich wird durch die Verwendung des Stickstoffs als Zerstäubergas eine inerte Atmosphäre geschaffen, die dafür sorgt, dass eine Oxidation der Parti kel 22 trotz der Verwendung eines kohlenstoffhaltigen Stahls als Beschichtungswerkstoff 15 deutlich reduziert wird . Dies verringert die entstehende Temperatur der Parti kel 22 zusätzlich, da exotherme Reaktionen weitestgehend verhindert werden, so dass erneut große Partikel 22 entstehen. Der Anteil an Oxiden 28 in der Beschichtung 30 an der Zylinderinnenwand 24 wird auf diese Weise auf etwa 3 % reduziert, wodurch eine geringe Wüstitphase vorliegt, was zu einer abnehmenden Oxidationsgeschwindigkeit in der Beschichtung 30 führt, so dass die Korrosion verringert wird . Die Martinsitbildung in der Beschichtung 30 bleibt jedoch erhalten, so dass eine ausreichende Härte der Beschichtung 30 vorliegt.
Im Folgenden wird die Beschichtung 30 in einem weiteren Bearbeitungsschritt zur Bildung der gewünschten Zylinderlauffläche gehont. Dies bedeutet, dass Parti kel 22 von der Oberfläche abgetragen werden, was dazu führt, dass aufgrund der hohen Porosität zum Teil offene Poren 32 mit einem großen Ölrückhaltevolumen gebildet werden, in denen sich im Betrieb des Kurbelgehäuses Öl einlagern kann, was erneut einen folgenden Korrosionsprozess behindert. So entsteht ein Zylinderkurbelgehäuse mit einer gespritzten Zylinderlauffläche, welche einerseits sehr korrosionsbeständig sind und andererseits einen sehr geringen Verschleiß durch sehr gute Schmierung aufweisen. Es sollte deutlich sein, dass der Schutzbereich nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel begrenzt ist. So eignen sich auch andere thermische Spritzverfahren zur Herstellung einer derartigen Beschichtung, wobei ein bisher nicht gekannt hoher Quotient aus Massendurchsatz des Spritzwerkstoffs zum Inertgasdurchsatz einzuhalten ist, um die gewünschte Zylinderlauffläche zu erhalten.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Verfahren zur Herstellung einer Zylinderlauffläche eines Zylinderkurbelgehäuses einer Verbrennungskraftmaschine,
wobei eine Beschichtung (30) auf einer Zylinderinnenwand (24) eines gegossenen Zylinderkurbelgehäuses durch thermisches Spritzen hergestellt wird, und wobei als Zerstäubergas ein Inertgas verwendet wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Massendurchsatz des Beschichtungswerkstoffs (15) beim thermischen Spritzen 8 bis 22,5 kg/h beträgt.
2. Verfahren zur Herstellung einer gespritzten Zylinderlauffläche eines Zylinderkurbelgehäuses einer Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Zerstäubergasdurchsatz beim thermischen Spritzen 900 bis 1.500 l/min beträgt.
3. Verfahren zur Herstellung einer gespritzten Zylinderlauffläche eines Zylinderkurbelgehäuses einer Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Zerstäubergasdurchsatz beim thermischen Spritzen 300 bis 900 l/min beträgt.
4. Verfahren zur Herstellung einer gespritzten Zylinderlauffläche eines Zylinderkurbelgehäuses einer Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass als Inertgas Stickstoff oder Argon verwendet wird.
5. Verfahren zur Herstellung einer gespritzten Zylinderlauffläche eines Zylinderkurbelgehäuses einer Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
als Beschichtungswerkstoff (15) ein niedriglegierter Kohlenstoffstahl verwendet wird.
6. Verfahren zur Herstellung einer gespritzten Zylinderlauffläche eines Zylinderkurbelgehäuses einer Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Beschichtung durch Plasmaspritzen oder Lichtbogenspritzen, insbesondere durch Plasma-Transferred-Wire-Arc-Spritzen oder Rotating-Single-Wire-Spritzen hergestellt wird.
7. Verfahren zur Herstellung einer gespritzten Zylinderlauffläche eines Zylinderkurbelgehäuses einer Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
als Plasmagas ein Argon-Wasserstoffgemisch oder ein Argon- Stickstoffgemisch verwendet wird.
8. Verfahren zur Herstellung einer gespritzten Zylinderlauffläche eines Zylinderkurbelgehäuses einer Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Wasserstoffanteil des Plasmagases bei Verwendung eines Argon- Wasserstoff-Gemisches 5 bis 40_% beträgt.
9. Verfahren zur Herstellung einer gespritzten Zylinderlauffläche eines Zylinderkurbelgehäuses einer Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 6 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
5 die Partikeloberflächentemperatur 1.600 °C bis 2.400 °C, die Lichtbogentemperatur 3.000 °C bis 6.000 °C und die Plasmagastemperatur 10.000 °C bis 15.000 °C beträgt.
10. Verfahren zur Herstellung einer gespritzten Zylinderlauffläche eines 10 Zylinderkurbelgehäuses einer Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 6 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Plasmagasdurchsatz 40 bis 250 l/min beträgt.
15 11. Verfahren zur Herstellung einer gespritzten Zylinderlauffläche eines
Zylinderkurbelgehäuses einer Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Beschichtung (30) zur Herstellung der Zylinderlauffläche gehont 0 wird.
12. Zylinderkurbelgehäuse für eine Verbrennungskraftmaschine mit
einer Zylinderlauffläche, welche mittels eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche durch thermisches Spritzen der 5 Zylinderinnenwand (24) hergestellt ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die aufgespritzte Beschichtung (30) eine Schichtporosität von 4,5 bis 25% und einen Oxidanteil von 0,5 bis 5% aufweist.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016116815A1 (de) * 2016-09-08 2018-03-08 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Verfahren zur Beschichtung eines Zylinders einer Verbrennungskraftmaschine und Zylinder für eine Verbrennungskraftmaschine
CN107164715B (zh) * 2017-06-09 2019-03-26 华晨宝马汽车有限公司 用于电弧丝材喷涂的方法、设备及产品

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2468914A1 (de) * 2010-12-23 2012-06-27 Linde Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zum Lichtbogenspritzen

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4663243A (en) * 1982-10-28 1987-05-05 Union Carbide Corporation Flame-sprayed ferrous alloy enhanced boiling surface
JPS63121648A (ja) * 1986-11-11 1988-05-25 Toyota Motor Corp 金属基複合材料溶射層の形成方法
JP2576108B2 (ja) * 1987-02-09 1997-01-29 トヨタ自動車株式会社 シリンダライナ−
SU1785290A1 (ru) * 1990-10-02 1996-06-20 Институт газа АН УССР Способ электродугового напыления
DK16494A (da) * 1994-02-08 1995-08-09 Man B & W Diesel Gmbh Fremgangsmåde til fremstilling af en cylinderforing samt en sådan foring
US5466906A (en) * 1994-04-08 1995-11-14 Ford Motor Company Process for coating automotive engine cylinders
DE4427262C1 (de) * 1994-07-30 1995-03-23 Mtu Muenchen Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Flammspritzen
US5766693A (en) * 1995-10-06 1998-06-16 Ford Global Technologies, Inc. Method of depositing composite metal coatings containing low friction oxides
US5932293A (en) * 1996-03-29 1999-08-03 Metalspray U.S.A., Inc. Thermal spray systems
US5958521A (en) 1996-06-21 1999-09-28 Ford Global Technologies, Inc. Method of depositing a thermally sprayed coating that is graded between being machinable and being wear resistant
US6001426A (en) * 1996-07-25 1999-12-14 Utron Inc. High velocity pulsed wire-arc spray
JP3460968B2 (ja) * 1998-11-04 2003-10-27 株式会社豊田中央研究所 溶射方法
DE19929247A1 (de) 1998-12-18 2000-06-21 Volkswagen Ag Verfahren zum thermischen Beschichten einer Fläche eines Innenraumes und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens
CH695339A5 (de) * 2002-02-27 2006-04-13 Sulzer Metco Ag Zylinderlaufflächenschicht für Verbrennungsmotoren sowie Verfahren zu deren Herstellung.
DE10308563B3 (de) * 2003-02-27 2004-08-19 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Zylinderlaufbuchse mit Verschleißschutzbeschichtung, ihre Herstellung und ihre Verwendung
JP4268491B2 (ja) * 2003-09-30 2009-05-27 新日本製鐵株式会社 搬送ロール及び連続焼鈍炉用ハースロール
JP5168823B2 (ja) * 2006-06-21 2013-03-27 新日鐵住金株式会社 搬送ロールおよび連続焼鈍炉用ハースロール
DE102011085324A1 (de) * 2011-10-27 2013-05-02 Ford Global Technologies, Llc Plasmaspritzverfahren
DE102011119087B3 (de) * 2011-11-22 2013-03-14 Märkisches Werk GmbH Verfahren zum Erzeugen einer Chrom-Schutzschicht und ihre Verwendung
CN102560326B (zh) * 2012-02-24 2014-05-21 中国科学院金属研究所 一种制备准晶涂层的温喷涂方法
JP5586740B2 (ja) * 2013-05-30 2014-09-10 株式会社ナカシマ 金属基材ロール体用ガラス質溶射材料、ガラス質被膜形成金属基材ロール体、及びオゾン発生装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2468914A1 (de) * 2010-12-23 2012-06-27 Linde Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zum Lichtbogenspritzen

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