WO2016096902A2 - Verfahren zum herstellen einer wärmedämmschicht sowie mittels dieses verfahrens hergestellte wärmedämmschicht - Google Patents

Verfahren zum herstellen einer wärmedämmschicht sowie mittels dieses verfahrens hergestellte wärmedämmschicht Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a thermal barrier coating and to a thermal barrier coating produced by means of this method.
  • a generic thermal barrier coating u.a. for gas turbines, is known from German Patent DE 198 52 285 C1.
  • This known thermal barrier coating consists of 10% by mass to 90% by mass of glass and moreover of a ceramic and / or a metal and / or a metal alloy.
  • EP 1 580 296 A2 describes a porous thermal barrier coating made of a ceramic material.
  • the object of the present invention is to provide a method for producing a thermal barrier coating and such a thermal barrier coating, which is suitable for components for internal combustion engines, in particular pistons for internal combustion engines.
  • the solution consists in a process having the following features: a) crushing a glass material into a first solid in the form of a powder; b) mixing the powder with at least one liquid to form a suspension; c) processing the suspension by means of a high-speed flame spraying process, wherein c1) the liquid phase of the suspension is evaporated in the flame; c2) the glass material is melted or melted and then deposited on the component.
  • the present invention furthermore relates to a heat-insulating layer produced by means of the method according to the invention and to a piston having a piston bottom which is provided wholly or partly with such a thermal barrier coating.
  • High Velocity Oxy Flame Spraying HVOF
  • High Speed Suspension Flame Spraying HVOF
  • High Velocity Suspension Flame Spraying is understood in the context of the present invention to mean a thermal spraying process in which continuous combustion of gaseous or liquid fuels occurs under high-pressure oxygen supply within a combustion chamber.
  • a fuel gas-oxygen mixture or a fuel liquid-oxygen mixture is used, wherein as fuel gas or fuel, for example.
  • Propane, ethene, propene, butane, acetylene, Methylacetylenpropadien, hydrogen, natural gas or diesel, N-paraffins, Purified petroleum and kerosene can be used.
  • the pressure of the burning fuel-oxygen mixture produced in the combustion chamber and the (usually downstream) expansion nozzle produce the necessary high speed of the gas jet resulting from the combustion process.
  • the spray material present in powder form or as a suspension is generally supplied axially in the combustion chamber or radially in the region of the expansion nozzle, so that it is accelerated to the speed required in order to achieve the desired coating.
  • the method according to the invention is characterized in that a solid in the form of a powder of a ground glass material is mixed with the aid of at least one liquid to form a suspension. This is determined by means of a Speed Suspension Flame Spraying (HVSFS) process. In this case, the liquid is evaporated, and in the resulting thermal barrier coating closed pores are formed. Since the glass material itself has a low coefficient of thermal conductivity and the pores additionally have a heat-insulating effect, according to the invention a highly effective thermal barrier coating is obtained compared with the prior art.
  • HVSFS Speed Suspension Flame Spraying
  • the solid in the form of the pulverized pulverulent glass material preferably has an average particle size of from 1 ⁇ m to 10 ⁇ m.
  • the D10 value is in the range of 0.2 ⁇ to 3,0 ⁇ .
  • the D90 value is preferably in the range of 3 ⁇ to 20 ⁇ .
  • a D50 value of 1 ⁇ m (variant A) and a D50 value of 5 ⁇ m (variant B) are preferred in order to achieve a particularly uniform size distribution within the thermal barrier coating produced according to the invention.
  • a glass material having the following composition is used (all data in% by weight): 10 - 50 B 2 O 3 , 1 - 10 SiO 2 , 1 - 10 TiO 2 , 10 - 50 ZnO, 1 - 10 ZrC 2 , 1 - 10 Nb 2 O 5 , 10 - 50 La 2 O 3 and 1 - 10 WO 3 .
  • This glass material is characterized by a particularly low coefficient of thermal conductivity.
  • other borosilicate glasses and aluminosilicate glasses are suitable.
  • a glass material of the following composition may be used: (all in% by weight): 1-10 B 2 O 3 , 1-10 MgO, 10-50 Al 2 O 3 , at least 50 SiO 2 , 10-50 CaO, 0.1-1 Sb 2 O 3 , 1-10 BaO.
  • water or at least one organic solvent or a mixture thereof is suitable as liquid for the preparation of the suspension.
  • organic solvents are alcohols, such as, for example, ethanol and isopro panol, wherein preferably a mixture of 60 wt .-% water and 40 wt .-% isopropanol can be used.
  • a further development of the method according to the invention consists in adding at least one second solid in the form of at least one pore former in step b), which in step c) is thermally decomposed to at least one gaseous product which causes pore formation.
  • the at least one pore-forming agent is preferably selected from the following group of substances: sodium oxalate, sodium bicarbonate, sodium carbonate, azodicarboxamide.
  • a second pore-forming agent in the form of activated carbon or carbon black may be added.
  • the thermal barrier coating according to the invention preferably has a pore content of from 30% by volume to 35% by volume. This represents a particularly preferred compromise between effective thermal insulation and the mechanical stability of the thermal barrier coating according to the invention required in engine operation.
  • At least one catalyst can be added to the suspension, which can be selected in particular from the substance group comprising iron (III) hydroxide and silicon carbide.
  • the suspension particularly preferably has 85% by weight of plasticizer and 15% by weight of solid, with the solids content in particular of at least 5% by weight (based on the total solids) of at least one pore-forming agent and at least 5% by weight.
  • a coating tool is used, which performs a meandering movement with respect to a stationary component under feed.
  • the resulting thermal barrier coating according to the invention exhibits in particular ders advantageously a particularly uniform layer thickness.
  • a cover layer is applied to the thermal barrier coating according to the invention in order to close off any pores that may open in the thermal barrier coating and to produce a smooth surface.
  • a cover layer can, for example, consist of a stabilized or partially stabilized zirconium oxide, in particular of an yttrium-stabilized zirconium oxide (YSZ).
  • the component to be coated may be wholly or partly provided with the thermal barrier coating applied according to the invention, wherein preferably a mask is used to cover the areas of the component that are not to be coated.
  • the component to be coated is in particular a piston, in the piston head a combustion bowl is introduced, which has a trough bottom and a circumferential trough wall.
  • the trough bottom is provided with the thermal barrier coating according to the invention, wherein a mask is used, which covers the circumferential trough wall in whole or in part.
  • Figure 1 shows a first embodiment of an inventive with a
  • FIG. 2 shows a further embodiment of a piston provided with a thermal barrier coating according to the invention
  • Figure 3 is an enlarged partial view of a thermal barrier coating according to FIG.
  • Figure 4 is an enlarged partial view of a piston according to Figure 2 with a
  • FIG. 5 shows a schematic representation of the production method for a thermal barrier coating according to the invention using the mask according to FIG. 4.
  • FIG. 1 shows by way of example a component 10 coated according to the invention in the form of a one-piece cooling channel piston.
  • the component to be coated can be chosen arbitrarily, provided that it has a surface suitable for a high-speed flame spraying process (HVSFS).
  • HVSFS high-speed flame spraying process
  • the piston of Figure 1 has a piston head 1 1 with a piston head 12, in which a combustion bowl 13 is introduced.
  • the combustion bowl 13 has in known manner a trough bottom 14 and a circumferential trough wall 15, which merges into the piston head 12.
  • the piston head 1 1 also has a top land 16 and a ring portion 17 with annular grooves for receiving piston rings (not shown).
  • the piston is provided at the level of the ring section 17 with a circumferential cooling channel 18.
  • the piston also has, in a manner known per se, a piston shaft 21 with piston hubs 22 which with hub bores 23 for receiving a piston pin (not shown) are provided.
  • the piston hubs 22 are connected in a conventional manner via treads 24 with each other.
  • the piston head 12 and the trough bottom 14 and the trough wall 15 of the combustion trough 13 are provided with a heat-insulating layer 30 according to the invention.
  • the thermal barrier coating 30 in the exemplary embodiment has a uniform thickness in the range of 150 ⁇ to 200 ⁇ .
  • the thermal barrier coating 30 may optionally be provided with a cover layer 31, which preferably has a layer thickness of 10 ⁇ m to 50 ⁇ m.
  • the heat-insulating layer 30 or the covering layer 31 are applied by means of a high-speed flame spraying method (in the following: HVSFS).
  • FIGS. 2 to 4 show a further exemplary embodiment of a component 110 which is coated with a thermal barrier coating according to the invention, in this case a piston.
  • the piston according to FIGS. 2 to 4 corresponds to the piston shown in FIG. 1, so that identical structural features are provided with the same reference numerals and reference is made to the description relating to FIG.
  • only the trough bottom 14 of the combustion bowl 13 is provided with a thermal barrier coating 130.
  • the thermal barrier coating 130 in the exemplary embodiment has a uniform thickness in the range of 150 ⁇ to 200 ⁇ .
  • the thermal barrier coating 130 in the transition region between the trough bottom 14 and trough wall 15 an outlet zone 132, which extends in the embodiment about 1 mm.
  • the thickness of the thermal barrier coating 130 reduces uniformly, starting from a starting point S in the direction of the trough wall 15 to an end point E with the layer thickness zero. It is also apparent from FIGS. 4 and 5 that a mask 140 is used to apply the thermal barrier coating 130.
  • the mask 140 covers the piston head 12 completely except for the trough bottom 14 of the combustion trough.
  • the mask 140 is provided in the embodiment with a circumferential aperture 141, which covers the trough wall 15 wholly or partially. It has been found that with complete coverage of the trough wall 15, in the embodiment with an approximately 10mm long aperture 141, the thermal barrier coating 130 has a particularly uniform thickness.
  • FIG. 5 schematically shows that a burner 60 is used to carry out the high-speed flame spraying method.
  • the burner 60 is arranged movably, while the component 10, 1 10 is arranged fixedly relative to the burner 60.
  • the burner 60 is meandering over the component 10, 1 10 and the mask 140 moves, with a heat-insulating layer 30, 130 is formed with a particularly uniform thickness.
  • This method has the further advantage that the mask 140 can have an arbitrary shape, so that the area of the component 1 10 which is not to be coated can be covered in a particularly simple manner.
  • an exemplary embodiment of a production method for a thermal barrier coating according to the invention is described below.
  • pure water or pure isopropanol can be used to prepare the emulsion.
  • the solid may consist exclusively of a glass material with a low heat conductivity coefficient in the form of a finely ground powder.
  • a particularly good suitable glass material has, for example, the following composition (all data in% by weight):
  • the mean value of the particle size of the powder after the Gaussian distribution is preferably 1 ⁇ m to 10 ⁇ m.
  • At least one additional solid is used for the preparation of the suspension.
  • at least one pore-forming agent in particular selected from the group comprising sodium oxalate, sodium hydrogencarbonate, sodium carbonate and azodicarboximide.
  • an additional pore-forming agent in the form of activated carbon or carbon black may be added.
  • a catalyst for example iron (III) hydroxide or silicon carbide.
  • the proportions of the additives are preferably (all data in% by weight based on the total solids present in the finished suspension):
  • the surface to be coated of the component 10, 1 10 is first roughened, preferably irradiated with corundum particles and then cleaned.
  • the surface to be coated should have a roughness Ra of ⁇ , ⁇ to ⁇ , ⁇ .
  • the suspension is subsequently applied to the component 10, 10 by means of a high-speed suspension flame spraying method (HVSFS).
  • HVSFS high-speed suspension flame spraying method
  • propane or ethene is preferably used as fuel gas.
  • the fuel gas amount is preferably in the range of 35 liters to 130 liters per minute.
  • the amount of oxygen is chosen in the range of 180 to 400 liters per minute.
  • the coating unit used is a TopGun burner.
  • the suspension is injected into the flame. This can be done both inside the burner and externally.
  • the distance between the burner and the component to be coated is in the range of 40 to 250 mm
  • thermal conductivity of the thermal barrier coating 30, 130 according to the invention was measured to be 0.30 and 0.70 W / mK, whereas prior art thermal barrier coatings had values of at least 1.0 to 1.6 W / mK.
  • the total porosity of the thermal barrier coating 30, 130 according to the invention is 30% by volume to 35% by volume, based on the total volume of the thermal barrier coating 30, 130.
  • the maximum open porosity of the thermal barrier coating according to the invention should not exceed 10% to 15%, based on the total pore content .
  • the mean value of the pore size according to the Gaussian distribution should be 2 ⁇ to 10 ⁇ .
  • the thermal barrier coating 30 according to the invention can be provided with a cover layer 31, in particular of yttrium-stabilized zirconium oxide, in order to obtain a smooth surface.
  • Typical process parameters when using a TopGun SS HVSFS burner are, for example:

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Wärmedämmschicht (39, 130) auf einem Bauteil (10, 110), gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: a) Zermahlen eines Glaswerkstoffs zu einem ersten Feststoff in Form eines Pulvers; b) Mischen des Pulvers mit mindestens einem Verflüssiger zu einer Suspension; c) Verarbeiten der Suspension (10, 110) mittels eines Hochgeschwindigkeits-Flammspritzverfahrens, wobei c1) die flüssige Phase der Suspension (10, 110) in der Flamme verdampft wird; c2) der Glaswerkstoff angeschmolzen oder aufgeschmolzen wird und anschließend auf dem Bauteilabgeschieden wird. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine derartige Wärmedämmschicht (30, 130) sowie einen mit einer derartigen Wärmedämmschicht versehenen Kolben.

Description

Verfahren zum Herstellen einer Wärmedämmschicht sowie mittels dieses Verfahrens hergestellte Wärmedämmschicht
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Wärmedämmschicht sowie eine mittels dieses Verfahrens hergestellte Wärmedämmschicht.
Eine gattungsgemäße Wärmedämmschicht, u.a. für Gasturbinen, ist aus der deutschen Patentschrift DE 198 52 285 C1 bekannt. Diese bekannte Wärmedämmschicht besteht aus 10 Masse-% bis 90 Masse-% aus Glas und darüber hinaus aus einer Keramik und/oder einem Metall und/oder einer Metalllegierung.
Die EP 1 580 296 A2 beschreibt eine poröse Wärmedämmschicht aus einem keramischen Werkstoff.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen einer Wärmedämmschicht sowie eine derartige Wärmedämmschicht bereitzustellen, die für Bauteile für Verbrennungsmotoren, insbesondere Kolben für Verbrennungsmotoren geeignet ist.
Die Lösung besteht in einem Verfahren mit den folgenden Merkmalen: a) Zermah- len eines Glaswerkstoffs zu einem ersten Feststoff in Form eines Pulvers; b) Mischen des Pulvers mit mindestens einer Flüssigkeit zu einer Suspension; c) Verarbeiten der Suspension mittels eines Hochgeschwindigkeits-Flammspritzverfahrens, wobei c1 ) die flüssige Phase der Suspension in der Flamme verdampft wird; c2) der Glaswerkstoff angeschmolzen oder aufgeschmolzen wird und anschließend auf dem Bauteil abgeschieden wird.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind ferner eine mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte Wärmedämmschicht sowie ein Kolben mit einem Kolbenboden, der ganz oder teilweise mit einer derartigen Wärmedämmschicht versehen ist.
Unter Hochgeschwindigkeits-Pulver-Flammspritzen (HVOF; High Velocity Oxy Flame Spraying) bzw. Hochgeschwindigkeits-Suspensions-Flammspritzen
(HVSFS; High Velocity Suspension Flame Spraying) wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein thermisches Spritzverfahren verstanden, bei dem eine kontinuierliche Verbrennung gasförmiger oder flüssiger Kraftstoffe unter Sauerstoffzufuhr bei hohem Druck innerhalb einer Brennkammer erfolgt. In der Regel wird ein Brenngas-Sauerstoff-Gemisch oder ein Brennflüssigkeit-Sauerstoff-Gemisch verwendet, wobei als Brenngas bzw. Brennflüssigkeit bspw. Propan, Ethen, Propen, Butan, Acetylen, Methylacetylenpropadien, Wasserstoff, Erdgas bzw. Diesel, N- Paraffine, gereinigtes Petroleum und Kerosin eingesetzt werden kann. Der in der Brennkammer erzeugte Druck des brennenden Kraftstoff-Sauerstoff-Gemischs und die (in der Regel nachgeordnete) Expansionsdüse erzeugen die notwendige hohe Geschwindigkeit des aus dem Verbrennungsvorgang resultierenden Gasstrahls. Der in Pulverform oder als Suspension vorliegende Spritzwerkstoff wird in der Regel axial in der Brennkammer oder radial im Bereich der Expansionsdüse zugeführt, so dass er auf die notwendige Geschwindigkeit beschleunigt wird, um die gewünschte Beschichtung zu erzielen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass ein Feststoff in Form eines Pulvers aus einem gemahlenen Glaswerkstoff mit Hilfe mindestens einer Flüssigkeit zu einer Suspension vermischt wird. Diese wird mittels eines Hoch- geschwindigkeits-Suspensions-Flammspritzverfahrens (HVSFS) verarbeitet. Hierbei wird die Flüssigkeit verdampft, und in der resultierenden Wärmedämmschicht werden geschlossene Poren gebildet. Da der Glaswerkstoff selbst einen geringen Wärmeleitkoeffizienten besitzt und die Poren zusätzlich wärmedämmend wirken, wird erfindungsgemäß eine gegenüber dem Stand der Technik hochwirksame Wärmedämmschicht erhalten.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Der Feststoff in Form des zermahlenen pulverformigen Glaswerkstoffs weist bevorzugt eine mittlere Partikelgröße von 1 μηη bis 10μηη auf. Der D10-Wert liegt hierbei im Bereich von 0,2μηη bis 3,0μηη. Der D90-Wert liegt vorzugsweise im Bereich von 3μηη bis 20μηη. Bevorzugt sind ein D50-Wert von 1 μιτι (Variante A) sowie ein D50- Wert von 5μηη (Variante B), um eine besonders gleichmäßige Größenverteilung innerhalb der erfindungsgemäß erzeugten Wärmedämmschicht zu erzielen.
Vorzugsweise wird ein Glaswerkstoff mit folgender Zusammensetzung verwendet (alle Angaben in Gew.-%): 10 - 50 B2O3, 1 - 10 SiO2, 1 - 10 TiO2, 10 - 50 ZnO, 1 - 10 ZrC2, 1 - 10 Nb2O5, 10 - 50 La2O3 sowie 1 - 10 WO3. Dieser Glaswerkstoff zeichnet sich durch einen besonders niedrigen Wärmeleitkoeffizienten aus. Ferner sind weitere Borosilikatgläser sowie Aluminosilikatgläser geeignet. Beispielweise kann ein Glaswerkstoff der folgenden Zusammensetzung verwendet werden: (alle Angabe in Gew.-%): 1 - 10 B2O3, 1 - 10 MgO, 10 - 50 AI2O3, mind. 50 SiO2, 10 - 50 CaO, 0,1 - 1 Sb2O3, 1 - 10 BaO.
Als Flüssigkeit zur Herstellung der Suspension eignen sich insbesondere Wasser oder mindestens ein organisches Lösemittel oder eine Mischung daraus. Besonders geeignete organische Lösemittel sind Alkohole wie bspw. Ethanol und Isopro- panol, wobei vorzugsweise eine Mischung aus 60 Gew.-% Wasser und 40 Gew.-% Isopropanol verwendet werden kann.
Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass in Schritt b) der Suspension mindestens einen zweiten Feststoff in Form mindestens eines Porenbildners zugesetzt wird, der in Schritt c) thermisch zu mindestens einem gasförmigen Produkt zersetzt wird, welches die Porenbildung bewirkt. Der mindestens eine Porenbildner wird vorzugsweise aus der folgenden Stoffgruppe ausgewählt: Natriumoxalat, Natriumhydrogencarbonat, Natriumcarbonat, Azodicar- boxamid. Gegebenenfalls kann ein zweiter Porenbildner in Form von Aktivkohle oder Ruß zugesetzt werden.
Die erfindungsgemäße Wärmedämmschicht weist bevorzugt einen Porenanteil von 30 Vol.-% bis 35 Vol.-% auf. Dies stellt einen besonders bevorzugten Kompromiss zwischen einer wirksamen Wärmedämmung und der im Motorbetrieb erforderlichen mechanischen Stabilität der erfindungsgemäßen Wärmedämmschicht dar.
Als dritter Feststoff kann der Suspension mindestens ein Katalysator beigemischt werden, der insbesondere aus der Stoffgruppe umfassend Eisen(lll)hydroxid und Siliziumcarbid ausgewählt werden kann.
Besonders bevorzugt weist die Suspension 85 Gew.-% Verflüssiger und 15 Gew.- % Feststoff auf, wobei insbesondere der Feststoffanteil zu mindestens 5 Gew.-% (bezogen auf den gesamten Feststoff) aus mindestens einem Porenbildner sowie zu mindestens 5 Gew.-% aus mindestens einem Katalysator bestehen kann.
Vorzugsweise wird ein Beschichtungswerkzeug verwendet, welches gegenüber einem ruhenden Bauteil unter Vorschub eine mäanderförmige Bewegung ausführt. Die daraus resultierende erfindungsgemäße Wärmedämmschicht weist in beson- ders vorteilhafter Weise eine besonders gleichmäßige Schichtdicke auf. Selbstverständlich ist es auch möglich, bspw. ein ruhendes oder eine Linearbewegung ausführendes Beschichtungswerkzeug über einem rotierenden Bauteil anzuordnen. Vorzugsweise wird auf die erfindungsgemäße Wärmedämmschicht eine Deckschicht aufgetragen, um ggf. in der Wärmedämmschicht auftretende nach außen offenen Poren zu verschließen und eine glatte Oberfläche herzustellen. Eine derartige Deckschicht kann bspw. aus einem stabilisierten oder teilstabilisierten Zirkoniumoxid, insbesondere aus einem Yttrium-stabil isierten Zirkoniumoxid (YSZ) bestehen.
Das zu beschichtende Bauteil kann ganz oder teilweise mit der erfindungsgemäß aufgebrachten Wärmedämmschicht versehen sein, wobei vorzugsweise eine Maske zum Abdecken der nicht zu beschichtenden Bereiche des Bauteils verwendet wird. Das zu beschichtende Bauteil ist insbesondere ein Kolben, in dessen Kolbenboden eine Verbrennungsmulde eingebracht ist, welche einen Muldenboden und eine umlaufende Muldenwand aufweist. Vorzugsweise wird der Muldenboden mit der erfindungsgemäßen Wärmedämmschicht versehen, wobei eine Maske verwendet wird, die die umlaufende Muldenwand ganz oder teilweise abdeckt.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen in einer schematischen, nicht maßstabsgetreuen Darstellung:
Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines mit einer erfindungsgemäßen
Wärmedämmschicht versehenen Kolbens; Figur 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines mit einer erfindungsgemäßen Wärmedämmschicht versehenen Kolbens;
Figur 3 eine vergrößerte Teildarstellung einer Wärmedämmschicht gemäß Figur
2;
Figur 4 eine vergrößerte Teildarstellung eines Kolbens gemäß Figur 2 mit einem
Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß zur Herstellung der Wärmedämmschicht verwendeten Maske;
Figur 5 eine schematische Darstellung des Herstellungsverfahrens für eine erfindungsgemäße Wärmedämmschicht unter Verwendung der Maske gemäß Figur 4.
Figur 1 zeigt beispielhaft ein erfindungsgemäß beschichtetes Bauteil 10 in Form eines einteiligen Kühlkanalkolbens. Das zu beschichtende Bauteil kann beliebig gewählt werden, sofern es eine für ein Hochgeschwindigkeits- Flammspritzverfahren (HVSFS) geeignete Oberfläche aufweist.
Der Kolben gemäß Figur 1 weist einen Kolbenkopf 1 1 mit einem Kolbenboden 12 auf, in den eine Verbrennungsmulde 13 eingebracht ist. Die Verbrennungsmulde 13 weist in an sich bekannter Weise einen Muldenboden 14 und eine umlaufende Muldenwand 15 auf, welche in den Kolbenboden 12 übergeht. Der Kolbenkopf 1 1 weist ferner einen Feuersteg 16 sowie eine Ringpartie 17 mit Ringnuten zur Aufnahme von Kolbenringen (nicht dargestellt) auf. Der Kolben ist in Höhe der Ringpartie 17 mit einem umlaufenden Kühlkanal 18 versehen. Der Kolben weist ferner in an sich bekannter Weise einen Kolbenschaft 21 mit Kolbennaben 22 auf, welche mit Nabenbohrungen 23 zur Aufnahme eines Kolbenbolzens (nicht dargestellt) versehen sind. Die Kolbennaben 22 sind in an sich bekannter Weise über Laufflächen 24 miteinander verbunden.
Im Ausführungsbeispiel sind der Kolbenboden 12 sowie der Muldenboden 14 und die Muldenwand 15 der Verbrennungsmulde 13 mit einer erfindungsgemäßen Wärmedämmschicht 30 versehen. Die Wärmedämmschicht 30 weist im Ausführungsbeispiel eine gleichmäßige Dicke im Bereich von 150μηη bis 200μηη auf. Die Wärmedämmschicht 30 kann optional mit einer Deckschicht 31 versehen sein, die bevorzugt eine Schichtdicke von 10μηη bis 50μηη aufweist. Die Wärmedämmschicht 30 bzw. die Deckschicht 31 werden mittels eines Hochgeschwindigkeits- Flammspritzverfahrens (im Folgenden: HVSFS) aufgetragen.
Die Figuren 2 bis 4 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel eines mit einer erfindungsgemäßen Wärmedämmschicht beschichteten Bauteils 1 10, hier eines Kolbens. Der Kolben gemäß den Figuren 2 bis 4 entspricht dem in Figur 1 dargestellten Kolben, so dass identische Strukturmerkmale mit denselben Bezugszeichen versehen sind und auf die Beschreibung zu Figur 1 verwiesen wird. Im Unterschied zu dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist nur der Muldenboden 14 der Verbrennungsmulde 13 mit einer Wärmedämmschicht 130 versehen. Die Wärmedämmschicht 130 weist im Ausführungsbeispiel eine gleichmäßige Dicke im Bereich von 150μηη bis 200μηη auf. Wie aus den Figuren 3 und 4 hervorgeht, weist die Wärmedämmschicht 130 im Übergangsbereich zwischen Muldenboden 14 und Muldenwand 15 eine Auslaufzone 132 auf, die sich im Ausführungsbeispiel über etwa 1 mm erstreckt. Im Bereich der Auslaufzone 132 reduziert sich die Dicke der Wärmedämmschicht 130 gleichmäßig, ausgehend von einem Startpunkt S in Richtung der Muldenwand 15 zu einem Endpunkt E mit der Schichtdicke Null. Aus den Figuren 4 und 5 geht ferner hervor, dass zum Aufbringen der Wärmedämmschicht 130 eine Maske 140 verwendet wird. Die Maske 140 bedeckt den Kolbenboden 12 vollständig mit Ausnahme des Muldenbodens 14 der Verbrennungsmulde. Die Maske 140 ist im Ausführungsbeispiel mit einer umlaufenden Blende 141 versehen, welche die Muldenwand 15 ganz oder teilweise abdeckt. Es hat sich herausgestellt, dass bei vollständiger Abdeckung der Muldenwand 15, im Ausführungsbeispiel mit einer etwa 10mm langen Blende 141 , die Wärmedämmschicht 130 eine besonders gleichmäßige Dicke aufweist.
In Figur 5 ist schematisch dargestellt, dass zur Durchführung des Hochgeschwin- digkeits-Flammspritzverfahrens ein Brenner 60 verwendet wird. Der Brenner 60 ist bewegbar angeordnet, während das Bauteil 10, 1 10 gegenüber dem Brenner 60 feststehend angeordnet ist. Der Brenner 60 wird mäanderförmig über das Bauteil 10, 1 10 bzw. die Maske 140 bewegt, wobei eine Wärmedämmschicht 30, 130 mit besonders gleichmäßiger Dicke entsteht. Dieses Verfahren hat den weiteren Vorteil, dass die Maske 140 eine beliebige Form haben kann, so dass der nicht zu beschichtende Bereich des Bauteils 1 10 auf besonders einfache Weise abgedeckt werden kann.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel eines Herstellungsverfahrens für eine erfindungsgemäße Wärmedämmschicht beschrieben. Zunächst wird eine Emulsion aus 85 Gew.-% einer Mischung aus 60 Gewichtsteilen Wasser und 40 Gewichtsteilen Isopropanol und 15 Gew.-% Feststoff hergestellt. Alternativ kann auch reines Wasser oder reines Isopropanol zur Herstellung der Emulsion verwendet werden.
Der Feststoff kann ausschließlich aus einem Glaswerkstoff mit niedrigem Wärme- leitkoeffizient in Form eines fein zermahlenen Pulvers bestehen. Ein besonders gut geeigneter Glaswerkstoff hat bspw. die folgende Zusannnnensetzung (alle Angaben in Gew.-%):
10 - 50 B2O3
1 - 10 SiO2
1 - 10 TiO2
10 - 50 ZnO
1 - 10 ZrC2
1 - 10 Nb2O5
10 - 50 La2O3
Figure imgf000011_0001
Der Mittelwert der Partikelgröße des Pulvers nach der Gauß-Verteilung beträgt vorzugsweise 1 μιτι bis 10μιτι.
Vorzugsweise wird für die Herstellung der Suspension mindestens ein zusätzlicher Feststoff verwendet. Besonders bevorzugt wird mindestens ein Porenbildner, insbesondere ausgewählt aus der Gruppe umfassend Natriumoxalat, Natriumhydro- gencarbonat, Natriumcarbonat und Azodicarboximid zugesetzt. Gegebenenfalls kann ein zusätzlicher Porenbildner in Form von Aktivkohle oder Ruß zugesetzt werden. Ferner kann ggf. ein Katalysator, bspw. Eisen(lll)hydroxid oder Silizi- umcarbid zugesetzt werden.
Die Anteile der Zusätze betragen bevorzugt (sämtliche Angaben in Gew.-% bezogen auf den gesamten in der fertigen Suspension enthaltenen Feststoff):
5 Gew.-% bis 10 Gew.-% Natriumoxalat;
10 Gew.-% bis 50 Gew.-% Natriumcarbonat;
5 Gew.-% Azodicarboxamid; 5 Gew.-% bis 10 Gew.-% Aktivkohle;
10 Gew.-% Eisen(lll)hydroxid;
10 Gew.-% bis 15 Gew.-% Siliziumcarbid.
Die zu beschichtende Oberfläche des Bauteils 10, 1 10 wird zunächst aufgeraut, vorzugsweise mit Korundpartikeln bestrahlt und anschließend gereinigt. Die zu beschichtende Oberfläche sollte eine Rauigkeit Ra von Ο,θμιτι bis δ,Ομηη aufweisen.
Die Suspension wird anschließend mittels eines Hochgeschwindigkeits- Suspensions-Flammspritzverfahrens (HVSFS) auf das Bauteil 10, 1 10 aufgetragen. Hierbei wird als Brenngas vorzugsweise Propan oder Ethen eingesetzt. Die Brenngasmenge liegt vorzugsweise im Bereich von 35 Liter bis 130 Liter pro Minute. Die Sauerstoffmenge wird im Bereich von 180 bis 400 Liter pro Minute gewählt. Als Beschichtungsaggregat wird ein TopGun-Brenner eingesetzt. Die Suspension wird in die Flamme eingedüst. Dies kann sowohl innerhalb des Brenners als auch extern erfolgen. Der Abstand zwischen Brenner und zu beschichtendem Bauteil liegt dabei im Bereich von 40 bis 250 mm
Die Wärmeleitfähigkeit der erfindungsgemäßen Wärmedämmschicht 30, 130 wurde mit 0,30 und 0,70 W/mK gemessen, während Wärmedämmschichten gemäß dem Stand der Technik Werte von mindestens 1 ,0 bis 1 ,6 W/mK aufweisen.
Die Gesamtporosität der erfindungsgemäßen Wärmedämmschicht 30, 130 beträgt 30 Vol.-% bis 35 Vol.-% bezogen auf Gesamtvolumen der Wärmedämmschicht 30, 130. Die maximale offene Porosität der erfindungsgemäßen Wärmedämmschicht sollte 10% bis 15%, bezogen auf den Gesamtporengehalt, nicht überschreiten. Der Mittelwert der Porengröße nach der Gauß-Verteilung sollte 2μηη bis 10μηη betra- gen. Diese Werte wurden im Ausführungsbeispiel in an sich bekannter Weise mittels einer Grauwertanalyse an lichtmikroskopischen polierten Querschliffen ermittelt.
Die erfindungsgemäße Wärmedämmschicht 30 kann mit einer Deckschicht 31 , insbesondere aus yttriumstabilisierten Zirkonoxid versehen werden, um eine glatte Oberfläche zu erhalten.
Typische Verfahrensparameter bei Verwendung eines TopGun SS HVSFS Brenners (Firma GTV Verschleißschutz GmbH, Luckenbach, Deutschland) sind bspw.:
Brenngas: Ethen Nl/min: 100-130)
Sauerstoff Nl/m in: 250-350
Spritzabstand [mm]: 120.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Herstellen einer Wärmedämmschicht (30, 130) auf einem
Bauteil (10, 1 10), gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
a) Zermahlen eines Glaswerkstoffs zu einem ersten Feststoff in Form eines Pulvers;
b) Mischen des Pulvers mit mindestens einer Flüssigkeit zu einer Suspension;
c) Verarbeiten der Suspension (10, 1 10) mittels eines Hochgeschwindig- keits-Flammspritzverfahrens, wobei
c1 ) die flüssige Phase der Suspension (10, 1 10) in der Flamme verdampft wird;
c2) der Glaswerkstoff angeschmolzen oder aufgeschmolzen wird und anschließend auf dem Bauteil abgeschieden wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a) eine mittlere Partikelgröße des Pulvers von 1 μιτι bis 10μηη erhalten wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a) ein Glaswerkstoff in Form eines Aluminosilikatglases und/oder eines Borosilikat- glases verwendet wird
4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a) ein Glaswerkstoff mit folgender Zusammensetzung verwendet wird (alle Angaben in Gew.-%):
10 - 50 B2O3
1 - 10 SiO2
1 - 10 TiO2 - 50 ZnO
10 ZrC2
10 Nb2O5
- 50 La2O3
10 WO3
5. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet dass in Schritt a) ein Glaswerkstoff mit folgender Zusammensetzung verwendet wird (alle Angaben in Gew.-%):
1 - 10 B2O3
1 - 10 MgO
10 - 50 AI2O3
mind. 50 SiO2
10 - 50 CaO
0,1 - 1 Sb2O3
1 - 10 BaO
6. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) als Verflüssiger Wasser oder mindestens ein organisches Lösemittel oder eine Mischung aus Wasser und/oder mindestens einem organischen Lösemittel verwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als mindestens ein organisches Lösemittel ein Alkohol verwendet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mischung aus 60 Gew.-% Wasser und 40 Gew.-% Isopropanol verwendet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) der Suspension mindestens ein zweiter Feststoff in Form mindestens eines Porenbildners zugesetzt wird, der in Schritt c) thermisch zu mindestens einem gasförmigen Produkt zersetzt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) der mindestens eine Porenbildner aus der folgenden Stoffgruppe ausgewählt wird: Natriumoxalat; Natriumhydrogencarbonat; Natriumcarbonat; Azodicar- boxamid.
1 1 . Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) ein zusätzlicher Porenbildner in Form von Aktivkohle oder Ruß zugemischt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) als dritter Feststoff mindestens ein Katalysator beigemischt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Katalysator aus der folgenden Stoffgruppe ausgewählt wird:
Eisen(lll)hydroxid, Siliziumcarbid.
14. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) eine Suspension aus 85 Gew.-% Verflüssiger und 15 Gew.-% Feststoff hergestellt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) ein Feststoffgemisch aus einem Pulver aus zermahlenem Glaswerkstoff mit einem Anteil von mindestens 5 Gew.-% mindestens eines Porenbildners und einem Anteil von mindestens 5 Gew.-% mindestens eines Katalysators verwendet wird.
16. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt c) das Bauteil (1 10) nur teilweise beschichtet und eine Maske (140) zur Abdeckung des nicht zu beschichtenden Bereichs des Bauteils (1 10) verwendet wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass als Bauteil (10, 1 10) ein Kolben mit einer im Kolbenboden (1 12) eingebrachten Verbrennungsmulde (1 13) mit einem Muldenboden (1 14) und einer umlaufenden Muldenwand (1 15) verwendet wird und dass eine Maske (140) verwendet wird, die die Muldenwand (1 15) zumindest teilweise abdeckt.
18. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Beschich- tungswerkzeug (60) verwendet wird, welches gegenüber einem ruhenden Bauteil (10, 1 10) unter Vorschub eine mäanderförmige Bewegung ausführt.
19. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass auf die Wärmedämmschicht (30) eine Deckschicht (31 ) aufgetragen wird.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass als Werkstoff für die Deckschicht (31 ) ein stabilisiertes oder teilstabilisiertes Zirkoniumoxid verwendet wird.
21 . Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass ein Yttriumstabilisiertes Zirkoniumoxid verwendet wird.
22. Wärmedämmschicht (30, 130), herstellbar mittels eines Verfahrens nach einem der Patentansprüche 1 bis 21 .
23. Kolben für einen Verbrennungsmotor mit einem Kolbenboden (12, 1 12), dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenboden (12, 1 12) ganz oder teilweise mit einer Wärmedämmschicht (30, 130) gemäß Anspruch 22 versehen ist.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210078909A1 (en) * 2017-06-06 2021-03-18 The University Of Nottingham Wear-resistant coating
US11667005B1 (en) 2022-04-27 2023-06-06 Caterpillar Inc. Method of making piston using polishing removal of thermal barrier coating (TBC) material

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110131032A (zh) * 2019-04-08 2019-08-16 上海交通大学 发动机燃烧室
CN112553565B (zh) * 2020-11-13 2023-04-21 厦门金鹭特种合金有限公司 一种硬质合金压制品烧结用隔层
JP7694308B2 (ja) * 2021-09-28 2025-06-18 マツダ株式会社 ピストンの遮熱材塗布方法
DE102024112940A1 (de) * 2023-06-28 2025-01-02 Mahle International Gmbh Kolben für eine Brennkraftmaschine und Verfahren zur Herstellung des Kolbens

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1061818A (de) * 1962-11-19 1967-03-15 Hubertus Wessel
DE4325656C2 (de) * 1993-07-30 1996-08-29 Schott Glaswerke Verwendung eines Glaskörpers zur Erzeugung eines als Brandschutzsicherheitsglas geeigneten vorgespannten Glaskörpers auf einer herkömmlichen Luftvorspannanlage
US5573814A (en) * 1995-10-30 1996-11-12 Ford Motor Company Masking cylinder bore extremities from internal thermal spraying
DE19852285C1 (de) 1998-11-13 2000-04-27 Forschungszentrum Juelich Gmbh Wärmedämmende Glas-Metall/Keramik-Schichten
JP2000179453A (ja) * 1998-12-17 2000-06-27 Taiho Kogyo Co Ltd 斜板式コンプレッサーの斜板
US7175786B2 (en) * 2003-02-05 2007-02-13 3M Innovative Properties Co. Methods of making Al2O3-SiO2 ceramics
US20050208337A1 (en) 2004-03-22 2005-09-22 Ulion Nicholas E Reduced thermal conductivity TBC by EB-PVD process to incorporate porosity
US20080072790A1 (en) * 2006-09-22 2008-03-27 Inframat Corporation Methods of making finely structured thermally sprayed coatings
US8293035B2 (en) * 2006-10-12 2012-10-23 Air Products And Chemicals, Inc. Treatment method, system and product
DE102007028109A1 (de) * 2007-06-19 2008-12-24 Märkisches Werk GmbH Thermisch gespritzte, gasdichte Schutzschicht für metallische Substrate
US9624583B2 (en) * 2009-04-01 2017-04-18 Rolls-Royce Corporation Slurry-based coating techniques for smoothing surface imperfections
US20100304084A1 (en) * 2009-05-29 2010-12-02 General Electric Company Protective coatings which provide erosion resistance, and related articles and methods
WO2013099890A1 (ja) * 2011-12-28 2013-07-04 株式会社 フジミインコーポレーテッド 酸化イットリウム皮膜

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210078909A1 (en) * 2017-06-06 2021-03-18 The University Of Nottingham Wear-resistant coating
US11667005B1 (en) 2022-04-27 2023-06-06 Caterpillar Inc. Method of making piston using polishing removal of thermal barrier coating (TBC) material

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