EP3575435A1 - Plasmaspritzverfahren zur beschichtung einer zylinderlaufbahn eines zylinderkurbelgehäuses einer hubkolbenbrennkraftmaschine - Google Patents

Plasmaspritzverfahren zur beschichtung einer zylinderlaufbahn eines zylinderkurbelgehäuses einer hubkolbenbrennkraftmaschine Download PDF

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EP3575435A1
EP3575435A1 EP19176247.5A EP19176247A EP3575435A1 EP 3575435 A1 EP3575435 A1 EP 3575435A1 EP 19176247 A EP19176247 A EP 19176247A EP 3575435 A1 EP3575435 A1 EP 3575435A1
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EP
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coating
plasma spraying
cylinder
spraying method
less
Prior art date
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Application number
EP19176247.5A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus Klimek
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Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
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Publication date
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    • B05B13/0636—Arrangements of nozzles or spray heads specially adapted for treating the inside of hollow bodies by means of rotatable spray heads or nozzles
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    • B05B7/00—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
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    • B05B7/22—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed electrically, magnetically or electromagnetically, e.g. by arc
    • B05B7/222—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed electrically, magnetically or electromagnetically, e.g. by arc using an arc
    • B05B7/226—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed electrically, magnetically or electromagnetically, e.g. by arc using an arc the material being originally a particulate material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F7/00—Casings, e.g. crankcases or frames
    • F02F7/0085—Materials for constructing engines or their parts

Definitions

  • the invention relates to a plasma spraying process for coating a cylinder bore of a cylinder crankcase of a reciprocating internal combustion engine.
  • a coating process for coating a curved surface, a thermal coating and a cylinder with a thermal coating are known.
  • a thermal spray device in particular a plasma spray gun or HVOF sprayer with a burner which rotates on a burner shaft about a shaft axis at a predetermined rotational frequency, wherein the coating jet for applying a coating to the curved Surface is at least partially radially directed away from the shaft axis to the curved surface.
  • RPM revolutions / minute
  • cylinder crankcases made of aluminum are used, however, which require a protective layer in the region of the cylinder bore, for example a protective layer applied by means of plasma spraying.
  • a positive side effect of the coating in addition to a robustness increase of the cylinder bore a significantly reduced friction in the area of the piston group (and thereby also a reduced CO2 emission) as well as positive effects against corrosive media.
  • Coating processes known in the art include powder plasma spraying (APS), wire spraying, such as plasma transferred wire arc (PTWA / RSW) coating, arc wire spraying (LDS) and high speed flame spraying (HVOF syringes).
  • a brazing process for brazing the coating Prior to a thermal coating of cylinder bores in aluminum crankcases and sometimes gray cast iron, a brazing process for brazing the coating, i. Improving the adhesion of the coating, carried out or is required so that the coating can be applied at all.
  • This roughening process is represented by radiant processes using corundum and water (medium pressure / high pressure water jets), laser beam roughening or roughening with a geometrically defined cutting edge.
  • the object of the invention is to provide a coating method by means of which the formation of oxides is limited or oxide zones in the layer formation and thus negative influences due to oxide bursts occurring and a micro-roughness, which arises in particular due to such oxide breakdown or existing due to a high oxide line to avoid.
  • the rate of injection of material reference is made in particular to the narrower value range between 80 and 150 g / min. More preferably, the range of values is between 90 and 130 g / min and more preferably the value range between 100 and 120 g / min.
  • the rate of spray conveyance reference is made in particular to the value of 110 g / min, with which, in particular in conjunction with the rotation speed of 650 rpm, a particularly high-quality result of coating the cylinder bore has been achieved.
  • the feed rate according to feature c) is referred to the value range between 30 and 70 mm / s, more preferably to the value range between 40 and 65 mm / s and particularly preferably to the value range between 50 and 65 mm / s.
  • the coating is applied in the form of double strokes by means of 5-8 injection cycles. Particularly preferred in this regard is the application with 6-7 injection cycles to mention. It has been found that the thickness and the structure of a corresponding coating in conjunction with the required processing time in this case is particularly high-quality and efficient.
  • a steel layer or a ceramic layer are preferably applied.
  • the steel layers particular reference is made to low alloy and high alloy steel layers, i. on steel layers with steels in which the sum of the alloying elements does not exceed a content of 5% by mass (low-alloyed steels) or steels in which the average mass content of at least one alloying element is greater than or equal to 5% (high-alloyed steels).
  • low alloy steels is preferred over high alloy steels.
  • high-alloy steels results are also achieved which are advantageous over the results known from the prior art.
  • TiO 2 titanium dioxide
  • a ceramic layer irrespective of the above, is preferably applied in conjunction with a previous roughening process and the previous application of an adhesion-promoting layer.
  • an adhesion-promoting layer in particular a nickel-aluminum layer, a bronze layer or a low-alloy steel layer in question.
  • the thickness of an adhesion-promoting layer is preferably less than 100 ⁇ m, preferably less than 60 ⁇ m and particularly preferably not more than 40 ⁇ m.
  • this coating is preferably by means of a low alloy steel powder applied. His steel powder with a predominantly spherical morphology with low proportions of satellites is particularly preferred.
  • the coating is applied by means of a steel powder containing less than 2% by weight of carbon (C), less than 2% by weight of manganese (Mn). , less than 2 wt.% chromium (Cr), less than 1 wt.% nickel (Ni), less than 1 wt.% oxygen (O2), and less than 1 wt.% nitrogen (N 2 ) ,
  • C carbon
  • Mn manganese
  • Cr manganese
  • Cr manganese
  • Ni manganese
  • O2 less than 1 wt.% oxygen
  • N 2 nitrogen
  • the proportion of carbon reference is made in particular to a percentage by weight of 1.0 to 1.3.
  • the proportion of manganese particular reference is made to a proportion of 1.2 to 1.6% by weight.
  • proportion by weight of chromium particular reference is made to a value range from 1.2 to 1.6% by weight.
  • proportion by weight of nickel reference is made in particular to the value range of less than 0.5% by weight.
  • proportion by weight of oxygen reference is made in particular to values of less than 0.2% by weight and, with regard to the proportion by weight of nitrogen, in particular to the value range of less than 0.5% by weight.
  • the abovementioned ranges of values preferably apply cumulatively, ie linked to one another in this combination.
  • a particularly high-quality coating is obtained when a steel layer is applied by means of a steel powder whose grain size is exclusively smaller than 60 microns and / or whose grain size is for the most part less than 42 microns.
  • the proportion in weight percent of steel powder having a particle size of less than 42 microns is preferably at most 90 percent.
  • the proportion with a particle size of less than 26 microns is preferably at most 50 percent.
  • the proportion with a particle size of less than 16 microns is preferably at most 10 percent.
  • the coating is applied under the influence of the atmosphere.
  • the method is also referred to as atmospheric plasma spraying or APS method.
  • An advantage of the APS process is that it avoids the use of inert gases and the associated additional costs.
  • the coating can be applied in a plasma spraying process according to the invention but also by using a protective gas or in a vacuum. Although in this case the costs for carrying out the process are increased, in individual cases a qualitatively even better result of a coating can be achieved, ie in particular a coating can be achieved which has a lower oxide content or has a lower oxide content.
  • the plasma spraying process according to the invention is particularly advantageous if, prior to the application of the coating, at least one radiating roughening process is carried out by means of corundum and / or water, by means of laser beam roughening or by roughening with a geometrically defined cutting edge.
  • at least one radiating roughening process is carried out by means of corundum and / or water, by means of laser beam roughening or by roughening with a geometrically defined cutting edge.
  • the adhesiveness of the coating to be applied improves, and at the same time, the durability of the obtained coating increases.
  • FIG. 1 shows a detail of a cylinder crankcase of a reciprocating internal combustion engine with a section of a cylinder bore of an aluminum body 10 of a cylinder crankcase 14, wherein the aluminum body 10 is provided with a coating 12 and the aluminum body 10 facing away from surface 16 is part of the cylinder bore 18 of the cylinder crankcase 14.
  • the partly marked black areas 20 are oxides which have formed during the application of the coating 12 by means of a plasma spraying process.
  • FIG. 2 shows the surface 16 of the cylinder barrel 18.
  • 16 individual oxide rows 22a, 22b, 22c, 22d have formed on the surface, which are formed by black dots, which are arranged approximately in one row. This is the above-mentioned oxide zeolite.
  • FIG. 3 shows a view similar to FIG. 1 wherein the coating 12 has been applied by means of a plasma spraying process according to the invention.
  • FIG. 4 shows an enlarged view of the view FIG. 3 , As can be seen, the surface 16, which forms the cylinder bore 18 of the cylinder crankcase 14, a significantly increased quality in that no oxide zeolite is more recognizable. In addition, it can be seen that significantly fewer oxides have formed in the coating 12 than in the coating 12 according to the prior art, which is described in US Pat FIG. 1 is shown.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Plasmaspritzverfahren zur Beschichtung einer Zylinderlaufbahn eines Zylinderkurbelgehäuses einer Hubkolbenbrennkraftmaschine. Dabei liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Beschichtungsverfahren zur Verfügung zu stellen, mittels welchem die Ausbildung von Oxiden begrenzt bzw. Oxidzeiligkeiten in der Schichtausbildung und somit negative Einflüsse aufgrund auftretender Oxidausbrüche und einer - insbesondere dadurch entstehenden - Mikroriefigkeit vermieden werden. Gemäß dem erfindungsgemäßen Plasmaspritzverfahren zur Beschichtung einer Zylinderlaufbahn eines Zylinderkurbelgehäuses (14) einer Hubkolbenbrennkraftmaschine wird die Beschichtung (12) zumindest teilweise mit folgender Parameterkombination auf die Zylinderlaufbahn (18) des Zylinderkurbelgehäuses (14) aufgebracht:a) Rotationsgeschwindigkeit: 600 - 800 Umdrehungen/Minute,b) Spritzgutförderrate: 80 - 180 Gramm/Minute undc) Vorschubgeschwindigkeit: 24 - 75 mm/s

Description

    Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein Plasmaspritzverfahren zur Beschichtung einer Zylinderlaufbahn eines Zylinderkurbelgehäuses einer Hubkolbenbrennkraftmaschine.
    • Stand der Technik
  • Aus WO 2017/202852 A1 sind ein Beschichtungsverfahren zur Beschichtung einer gekrümmten Oberfläche, eine thermische Beschichtung sowie ein Zylinder mit einer thermischen Beschichtung bekannt. Dabei wird insbesondere Bezug genommen auf die Verwendung von pulverförmigem Beschichtungsmaterial unter Verwendung einer thermischen Spritzgerätes, insbesondere ein Plasmaspritzgerät oder HVOF Spritzgerät mit einem Brenner, der an einem Brennerschaft um eine Schaftachse mit einer vorgegebenen Rotationsfrequenz rotiert, wobei der Beschichtungsstrahl zum Aufbringen einer Beschichtung auf die gekrümmte Oberfläche zumindest teilweise radial von der Schaftachse weg zur gekrümmten Oberfläche hin gerichtet wird. Dabei wird auf die Verwendung von erhöhten Rotationsfrequenzen über 200 Umdrehungen/Minute (U/min) verwiesen, insbesondere bis zu 800 U/min oder sogar mehr, wobei die Förderrate des pulverförmigen Beschichtungsmaterials entsprechend "geeignet gesteigert" werden soll.
  • Das Dokument WO 2017/202852 A1 nimmt keinen Bezug auf den Vorschub während der Beschichtung und geht auch nicht auf die sogenannte Oxidzeiligkeit der zu erzielenden Beschichtung ein.
  • In der Fertigung von Zylinderkurbelgehäusen für Hubkolbenbrennkraftmaschinen wird zunehmend versucht, das Gewicht der Zylinderkurbelgehäuse zu reduzieren. Dazu werden Zylinderkurbelgehäuse aus Aluminium eingesetzt, die jedoch im Bereich der Zylinderlaufbahn eine Schutzschicht benötigen, z.B. eine mittels Plasmaspritzen aufgebrachte Schutzschicht. Ein positiver Nebeneffekt der Beschichtung ist neben einer Robustheitssteigerung der Zylinderlaufbahn eine deutlich reduzierte Reibung im Bereich der Kolbengruppe (und dadurch auch ein reduzierter CO2-Ausstoß) sowie positive Effekte gegenüber korrosiven Medien. Aus dem Stand der Technik bekannte Beschichtungsverfahren sind das Pulver-Plasmaspritzen (APS-Verfahren), das Drahtspritzverfahren, wie z.B. Plasma Transferred Wire Arc (PTWA/RSW) Beschichtungsverfahren, das Lichtbogen-Draht-Spritzen (LDS) und das Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen (HVOF-Spritzen).
  • Vor einer thermischen Beschichtung von Zylinderbohrungen in Kurbelgehäusen aus Aluminium und teilweise auch aus Grauguss wird ein Aufrauprozess zur Verklammerung der Beschichtung, d.h. Verbesserung der Haftung der Beschichtung, durchgeführt bzw. ist erforderlich, damit die Beschichtung überhaupt aufgebracht werden kann. Dieser Aufrauprozess wird durch strahlende Prozesse mittels Korund und Wasser (Mitteldruck-/Hochdruck-Wasserstrahlen), Laserstrahlaufrauen oder Aufrauen mit geometrisch definierter Schneide dargestellt.
  • Beim Einsatz des Pulver-Plasmaspritzens (APS-Verfahren) entsteht an durch den vorstehend erwähnten Aufrauprozess bedingten Inhomogenitäten eine verstärkte Oxidbildung, wenn eine Prozessführung gemäß einem aus dem Stand der Technik bekannten Beschichtungsvorgang mit beispielsweise 4 Doppelzyklen gewählt wird. Diese kann zu einer parallel zur Oberfläche entstehenden Oxidzeiligkeit in der Beschichtung führen. Die Oxidzeiligkeit wiederum bewirkt eine verminderte Schichtstabilität und kann insbesondere bei einem Vorliegen der Oxide/Oxidzeilen nach dem Fertighonen an der Oberfläche der Beschichtung (Zylinderlaufbahn) zu einem Ausbrechen der Oxide und nachfolgend zu einer Mikroriefigkeit der Zylinderlauffläche führen. Werden die Oxide/Oxidzeilen an der Oberfläche durch den Honprozess beansprucht, kann es zu verstärkten Ausbrüchen dieser Oxide und damit zu einem erhöhten Porenflächenanteil der Laufbahnoberfläche kommen. Dieser kann einen erhöhten Ölverbrauch bewirken und damit korrespondierend zu einem erhöhten Partikelausstoß führen. Ein weiterer Nachteil des aus dem Stand der Technik bekannten Verfahrens ist, dass dieses relativ viel Zeit für den Beschichtungsvorgang benötigt.
    • Aufgabenstellung
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Beschichtungsverfahren zur Verfügung zu stellen, mittels welchem die Ausbildung von Oxiden begrenzt bzw. Oxidzeiligkeiten in der Schichtausbildung und somit negative Einflüsse aufgrund auftretender Oxidausbrüche und einer - insbesondere durch solche Oxidausbrücke entstehenden oder aufgrund einer hohen Oxidzeiligkeit existierenden - Mikroriefigkeit zu vermeiden.
    • Darlegung der Erfindung
  • Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind in Verbindung mit den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • Gemäß dem erfindungsgemäßen Plasmaspritzverfahren zur Beschichtung einer Zylinderlaufbahn eines Zylinderkurbelgehäuses einer Hubkolbenbrennkraftmaschine wird die Beschichtung zumindest teilweise mit folgender Parameterkombination auf die Zylinderlaufbahn des Zylinderkurbelgehäuses aufgebracht:
    1. a) Rotationsgeschwindigkeit: 600 - 800 U/min,
    2. b) Spritzgutförderrate: 80 - 180 g/min und
    3. c) Vorschubgeschwindigkeit: 24 - 75 mm/s.
  • Mittels ausführlicher empirischer Versuchsreihen und unter Einbeziehung modifizierter Anlagentechnik wurde ermittelt, dass mit dem vorstehend genannten Parameterbereiche, die allesamt gemäß a), b) und c) erfüllt sein müssen, damit die erfindungsgemäßen Vorteile erzielt werden, sich die Bildung von Oxiden verringern und die entstehende Oxidzeiligkeit drastisch reduziert werden kann. Dadurch kann eine besonders homogene Oberfläche erzielt werden, die weitestgehend frei von einer unerwünschten Mikroriefigkeit ist, welche durch eine erhöhte Oxidbildung und eine hohe Oxidzeiligkeit entsteht. Darüber hinaus kann eine hohe Rotationsgeschwindigkeit während des Verfahrens eingesetzt werden und damit die gewünschte Beschichtung in einer kürzeren Zeit aufgebracht werden als mit den bislang aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren. Hinsichtlich der Rotationsgeschwindigkeit der Brennertechnik haben sich Werte zwischen 600-700 U/min als bevorzugt herausgestellt. Weiter bevorzugt sind Werte zwischen 630 U/min und 770 U/min, besonders bevorzugt Werte zwischen 640 U/min und 660 U/min. Besonders gute Ergebnisse wurden mit Rotationsgeschwindigkeiten von 650 U/min erzielt.
  • Hinsichtlich der Spritzgutförderrate wird insbesondere auf den schmaleren Wertebereich zwischen 80 und 150 g/min verwiesen. Weiter bevorzugt ist der Wertebereich zwischen 90 und 130 g/min und besonders bevorzugt der Wertebereich zwischen 100 und 120 g/min. In Bezug auf die Spritzgutförderrate wird besonders auf den Wert von 110 g/min verwiesen, mit welchem, insbesondere in Verbindung mit der Rotationsgeschwindigkeit von 650 U/min ein qualitativ besonders hochwertiges Ergebnis einer Beschichtung der Zylinderlaufbahn erzielt wurde.
  • Zu der Vorschubgeschwindigkeit gemäß Merkmal c) wird auf den Wertebereich zwischen 30 und 70 mm/s, weiter bevorzugt auf den Wertebereich zwischen 40 und 65 mm/s und besonders bevorzugt auf den Wertebereich zwischen 50 und 65 mm/s verwiesen. Darüber hinaus wird auf die noch engeren Wertebereiche zwischen 52 und 60 mm/s und weiter bevorzugt zwischen 54 und 58 mm/s verwiesen.
  • In einer praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Plasmaspritzverfahrens wird die Beschichtung mittels 5-8 Spritzzyklen jeweils in Form von Doppelhüben aufgebracht. Besonders bevorzugt ist diesbezüglich die Aufbringung mit 6-7 Spritzzyklen zu erwähnen. Es hat sich gezeigt, dass die Dicke und die Struktur einer entsprechenden Beschichtung in Verbindung mit der jeweils benötigten Bearbeitungsdauer in diesem Fall besonders hochwertig und effizient ist.
  • Als Beschichtung werden vorzugsweise eine Stahlschicht oder eine Keramikschicht aufgebracht. In Bezug auf die Stahlschichten wird insbesondere auf niedriglegierte und hochlegierte Stahlschichten verwiesen, d.h. auf Stahlschichten mit Stählen, bei denen die Summe der Legierungselemente einen Gehalt von 5 Massenprozent nicht überschreitet (niedriglegierte Stähle) bzw. Stähle, bei denen der mittlere Massengehalt mindestens eines Legierungselementes größer gleich 5 % ist (hochlegierte Stähle). Die Verwendung von niedriglegierten Stählen ist gegenüber hochlegierten Stählen bevorzugt. Mit hochlegierten Stählen werden jedoch ebenfalls Ergebnisse erzielt, die gegenüber den aus dem bisherigen Stand der Technik bekannten Ergebnissen vorteilhaft sind.
  • In Bezug auf die Aufbringung einer Keramikschicht wird insbesondere auf Schichten aus TitanDioxid (TiO2) verwiesen.
  • Eine Keramikschicht wird unabhängig von Vorstehendem vorzugsweise in Verbindung mit einem vorherigen Aufrauhungsprozess und dem vorherigen Aufbringen einer haftvermittelnden Schicht aufgebracht. Als haftvermittelnde Schicht kommen insbesondere eine Nickel-Aluminium-Schicht, eine Bronzeschicht oder eine niedrig legierte Stahlschicht in Frage. Die Dicke einer haftvermittelnden Schicht beträgt dabei vorzugsweise weniger als 100 µm, bevorzugt weniger als 60 µm und besonders bevorzugt maximal 40 µm.
  • Wenn bei einem erfindungsgemäßen Plasmaspritzverfahren eine Beschichtung in Form einer niedriglegierten Stahlschicht erzielt werden soll, wird diese Beschichtung vorzugsweise mittels eines niedriglegierten Stahlpulvers aufgebracht. Dabei sein Stahlpulver mit einer vorwiegend kugeligen Morphologie mit geringen Anteilen an Satelliten besonders bevorzugt.
  • In einer weiteren praktischen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Plasmaspritzverfahrens, bei welchem als Beschichtung eine Stahlschicht aufgebracht wird, wird die Beschichtung mittels eines Stahlpulvers aufgebracht, die weniger als 2 Gew.-% Kohlenstoff (C), weniger als 2 Gew.-% Mangan (Mn), weniger als 2 Gew.-% Chrom (Cr), weniger als 1 Gew.-% Nickel (Ni), weniger als 1 Gew.-% Sauerstoff (O2) und weniger als 1 Gew.-% Stickstoff (N2) aufweist. In Bezug auf den Anteil von Kohlenstoff wird insbesondere auf einen Gew.-%-Anteil von 1,0 bis 1,3 verwiesen. In Bezug auf den Anteil von Mangan wird insbesondere auf einen Anteil von 1,2 bis 1,6 Gew.-% verwiesen. In Bezug auf den Gewichtsanteil von Chrom wird insbesondere auf einen Wertebereich von 1,2 bis 1,6 Gew.-% verwiesen. In Bezug auf den Gewichtsanteil von Nickel wird insbesondere auf den Wertebereich von weniger als 0,5 Gew.-% verwiesen. In Bezug auf den Gewichtsanteil von Sauerstoff wird insbesondere auf Werte von weniger als 0,2 Gew.-% verwiesen und in Bezug auf den Gewichtsanteil von Stickstoff wird insbesondere auf den Wertebereich von weniger als 0,5 Gew.-%. Die vorstehend genannten Wertebereiche gelten vorzugsweise kumulativ, d.h. in dieser Kombination mit einander verknüpft.
  • Eine qualitativ besonders hochwertige Beschichtung ergibt sich, wenn eine Stahlschicht mittels eines Stahlpulvers aufgebracht wird, dessen Korngröße ausschließlich kleiner ist als 60 µm und/oder dessen Korngröße zu einem überwiegenden Teil kleiner als 42 µm ist. Der Anteil in Gewichtsprozent von Stahlpulver mit einer Korngröße von weniger als 42 µm liegt vorzugsweise bei maximal 90 Prozent. Der Anteil mit einer Korngröße von kleiner als 26 µm liegt vorzugweise bei maximal 50 Prozent. Der Anteil mit einer Korngröße von weniger als 16 µm liegt vorzugsweise bei maximal 10 Prozent.
  • In einer weiteren praktischen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Plasmaspritzverfahrens wird die Beschichtung unter Einfluss der Atmosphäre aufgebracht. In diesem Fall wird das Verfahren auch als atmosphärisches Plasmaspritzverfahren oder APS-Verfahren bezeichnet. Ein Vorteil des APS-Verfahrens ist, dass auf den Einsatz von Schutzgasen und die damit verbundenen zusätzlichen Kosten verzichtet werden kann. Alternativ kann die Beschichtung bei einem erfindungsgemäßen Plasmaspritzverfahren aber auch unter Einsatz eines Schutzgases oder im Vakuum aufgebracht werden. In diesem Fall sind zwar die Kosten zur Durchführung des Verfahrens erhöht, im Einzelfall kann so aber ein qualitativ noch deutlich besseres Ergebnis einer Beschichtung erzielt werden, d.h. insbesondere eine Beschichtung erzielt werden, die einen geringeren Oxidanteil aufweist bzw. eine geringere Oxidzeiligkeit aufweist.
  • Das erfindungsgemäße Plasmaspritzverfahren ist insbesondere dann von Vorteil, wenn vor dem Aufbringen der Beschichtung mindestens ein strahlender Aufrauprozess mittels Korund und/oder Wasser, mittels Laserstrahlaufrauen oder mittels Aufrauen mit geometrisch definierter Schneide durchgeführt wird. In diesem Fall verbessert sich die Haftungsfähigkeit der aufzubringenden Beschichtung und gleichzeitig erhöht sich die Dauerhaltbarkeit der erzielten Beschichtung.
  • Weitere praktische Ausführungsformen der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben.
    • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Es zeigen:
    • Figur 1:
    eine Querschnittsdarstellung eines Ausschnitts einer Zylinderlaufbahn mit einer Beschichtung,
    Figur 2:
    einen Blick auf eine Oberfläche einer Beschichtung einer Zylinderlaufbahn gemäß Stand der Technik,
    Figur 3:
    einen Querschnitt durch eine mit einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Beschichtung auf einer Zylinderlaufbahn und
    Figur 4:
    eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts gemäß Figur 3.
    Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
  • Figur 1 zeigt einen Ausschnitt eines Zylinderkurbelgehäuses einer Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einem Ausschnitt einer Zylinderlaufbahn eines Aluminiumgrundkörpers 10 eines Zylinderkurbelgehäuses 14, wobei der Aluminiumgrundkörper 10 mit einer Beschichtung 12 versehen ist und die dem Aluminiumgrundkörper 10 abgewandte Oberfläche 16 Teil der Zylinderlaufbahn 18 des Zylinderkurbelgehäuses 14 ist. Die zum Teil gekennzeichneten schwarzen Bereiche 20 sind Oxide, die sich während des Aufbringens der Beschichtung 12 mittels eines Plasmaspritzverfahrens gebildet haben.
  • Figur 2 zeigt die Oberfläche 16 der Zylinderlaufbahn 18. Wie in der Figur erkennbar ist, haben sich auf der Oberfläche 16 einzelne Oxidzeilen 22a, 22b, 22c, 22d gebildet, die durch schwarze Punkte gebildet sind, die ungefähr ein einer Reihe angeordnet sind. Hierbei handelt es sich um die eingangs erwähnte Oxidzeiligkeit.
  • Figur 3 zeigt eine Ansicht analog zu Figur 1, wobei die Beschichtung 12 mittels eines erfindungsgemäßen Plasmaspritzverfahrens aufgebracht wurde.
  • Figur 4 zeigt eine vergrößerte Darstellung der Ansicht aus Figur 3. Wie erkennbar ist, weist die Oberfläche 16, welche die Zylinderlaufbahn 18 des Zylinderkurbelgehäuses 14 bildet, eine deutlich erhöhte Qualität dadurch auf, dass keine Oxidzeiligkeit mehr erkennbar ist. Darüber hinaus ist erkennbar, dass sich in der Beschichtung 12 deutlich weniger Oxide gebildet haben, als bei der Beschichtung 12 gemäß Stand der Technik, welche in Figur 1 dargestellt ist.
  • Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden.
    • Bezugszeichenliste
    • 10
    Aluminiumgrundkörper
    12
    Beschichtung
    14
    Zylinderkurbelgehäuse
    16
    Oberfläche
    18
    Zylinderlaufbahn
    20
    schwarzer Bereich (Oxid)
    22a-d
    Oxidzeilen

Claims (10)

  1. Plasmaspritzverfahren zur Beschichtung einer Zylinderlaufbahn eines Zylinderkurbelgehäuses einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass das die Beschichtung (12) zumindest teilweise mit folgender Parameterkombination auf die Zylinderlaufbahn (18) des Zylinderkurbelgehäuses (14) aufgebracht wird:
    a) Rotationsgeschwindigkeit: 600 - 800 Umdrehungen/Minute,
    b) Spritzgutförderrate: 80 - 180 Gramm/Minute und
    c) Vorschubgeschwindigkeit: 24 - 75 mm/s
  2. Plasmaspritzverfahren nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (12) mittels 5 - 8 Spritzzyklen jeweils in Form von Doppelhüben aufgebracht wird.
  3. Plasmaspritzverfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Beschichtung (12) eine Stahlschicht oder einer Keramikschicht aufgebracht wird.
  4. Plasmaspritzverfahren nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (12) mittels eines niedriglegierten Stahlpulvers aufgebracht wird.
  5. Plasmaspritzverfahren nach einem der beiden vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Beschichtung (12) eine Stahlschicht mittels eines Stahlpulvers mit einer vorwiegend kugeligen Morphologie mit geringen Anteilen an Satelliten aufgebracht wird.
  6. Plasmaspritzverfahren nach einem der drei vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Beschichtung (12) eine Stahlschicht mittels eines Stahlpulvers aufgebracht wird, die weniger als 2 Gew.-% Kohlenstoff (C), weniger als 2 Gew.-% Mangan (Mn), weniger als 2 Gew.-% Chrom (Cr), weniger als 1 Gew.-% Nickel (Ni), weniger als 1 Gew.-% Sauerstoff (O2) und weniger als 1 Gew.-% Stickstoff (N2) aufweist.
  7. Plasmaspritzverfahren nach einem der vier vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stahlschicht mittels eines Stahlpulvers aufgebracht wird, dessen Korngröße ausschließlich kleiner ist als 60 µm und/oder zu einem überwiegenden Teil kleiner als 42 µm ist.
  8. Plasmaspritzverfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (12) unter Einfluss der Atmosphäre aufgebracht wird (APS-Verfahren).
  9. Plasmaspritzverfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (12) unter Einsatz eines Schutzgases oder im Vakuum aufgebracht wird.
  10. Plasmaspritzverfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufbringen der Beschichtung (12) mindestens ein strahlender Aufrauprozess mittels Korund und/oder Wasser, mittels Laserstrahlaufrauen oder mittels Aufrauen mit geometrisch definierter Schneide durchgeführt wird.
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