DE10110804A1 - Verfahren zum Herstellen einer metallischen Schicht auf der Innenseite eines Turbinengehäuses sowie Teil eines Turbinengehäuses für eine Verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zum Herstellen einer metallischen Schicht durch thermischen Spritzen zumindest teilweise auf der Innenseite zumindest eines Teils, insbesondere eines Deckels oder Lagergehäuses, eines Turbinengehäuses für eine Verbrennungskraftmaschine, wobei die metallische Schicht als einzige Beschichtung, insbesondere Korrosionsschutzschicht, direkt auf die Oberfläche des Teils des Turbinengehäuses aufgebracht und dabei zum thermischen Spritzen das HVOF(high velocity oxy-fuel)-Verfahren verwendet wird. Ferner wird beschrieben ein Teil, insbesondere ein Deckel oder Lagergehäuse, eines Turbinengehäuses für eine Verbrennungskraftmaschine, bei welchem die dem Innenraum des Gehäuses zugewandte Innenseite zumindest teilweise eine durch thermisches Spritzen hergestellte Schicht aufweist, wobei die dem Innenraum des Gehäuses zugewandte Innenseite eine mit Hilfe eines HVOF-Verfahrens aufgebrachte Schicht als einzige Beschichtung, insbesondere Korrosionsschutzschicht, aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer metallischen Schicht durch thermisches Spritzen zumindest teilweise auf der Innenseite zumindest eines Teils, insbesondere eines Deckels oder Lagergehäuses, eines Turbinengehäuses für eine Verbrennungskraftmaschine. Ferner betrifft die Erfindung einen Teil, insbesondere Deckel oder Lagergehäuse, eines Turbinengehäuses für eine Verbrennungskraft­ maschine, bei welchem die dem Innenraum des Gehäuses zugewandte Innenseite zumindest teilweise eine durch thermisches Spritzen hergestellte Schicht aufweist.

Mit "Innenseite" ist derjenige Wandungsabschnitt gemeint, der im Einbauzustand nach innen zum Hohlraum des Turbinengehäuses weist, somit diesen begrenzt und dabei auch insbesondere die Innenseite des Turbinengehäuses auf der der Rumpf­ gruppe zugewandten Seite bildet. Ferner fällt in diesem Zusammenhang unter den Begriff "Teil" nicht nur ein separates Element wie beispielsweise ein Deckel, sondern auch ein Abschnitt des Turbinengehäuses, der beschichtet werden kann, wie beispielsweise die radialen Innenflächen.

Ein derartiges Verfahren zum Beschichten und so beschichtete Teile von oder für Verbrennungskraftmaschinen sind seit längerem bekannt und befinden sich in vielfältiger Form im Einsatz. Dabei wird zum thermischen Spritzen ein Plasma- Verfahren verwendet, und üblicherweise wird die mit diesem Verfahren auf dem Untergrund aufgebrachte Beschichtung als Zwischenhaftschicht vorgesehen, auf die dann noch eine Außenschicht aufgespritzt wird.

Die so aufgebrachte Beschichtung dient im Regelfall hauptsächlich als Korrosions­ schutz, insbesondere wenn der Untergrund aus Grauguss besteht, der besonders korrosionsanfällig ist. Denn in Verbrennungskraftmaschinen bzw. Hubkolbenma­ schinen sind Kondensationserscheinungen zu beobachten, deren negative Wirkun­ gen es zu verhindern gilt. Alternativ oder zusätzlich ist es im Verbrennungsmotor auch an bestimmten Stellen, wo sich zwei relativ zueinander bewegliche Teile in Anlage aneinander befinden, erforderlich, die Beschichtung derart auszubilden, dass deren Oberfläche eine Gleitfläche zur Reduktion der Reibung bildet.

In diesem Zusammenhang wird zum Stand der Technik verwiesen auf die DE 198 03 084 A1, DE 196 05 946 C1, DE 195 04 403 A1, DE 43 17 350 A1, DE 41 04 832 A1, DE 39 01 028 A1, EP 0 807 479 A1, WO 00/37789 A1, WO 97/16577 A1 und AT 186656 A.

Da aufgrund der Forderung, den Energieverbrauch immer stärker zu senken, die Verbrennungsmotoren heutzutage auf einen immer höheren Wirkungsgrad hin konstruiert werden und insbesondere eine immer höhere Verdichtung erhalten, hat sich nun herausgestellt, dass die herkömmlich verwendeten Beschichtungsver­ fahren und Konstruktionswerkstoffe den Anforderungen an diese neuen Konstruk­ tionen nicht mehr ausreichend genügen. Außerdem besteht mittlerweile die Forderung bei der Industrie, die Verschwendung bzw. den Verlust teurer Werkstoffe soweit wie möglich zu reduzieren.

Deshalb schlägt die Erfindung vor, die metallische Schicht als einzige Beschichtung, insbesondere Korrosionsschutzschicht, direkt auf die Oberfläche des Teils des Lagergehäuses oder Turboladergehäuses aufzubringen und dabei zum thermischen Spritzen das HVOF(high velocity oxy-fuel)-Verfahren zu verwenden.

Mit Hilfe der Erfindung erhält man eine Beschichtung mit einer geringeren Dicke, einer höheren Dichte sowie einer geringeren Porösität als beim Stand der Technik. Dies wird erfindungsgemäß durch die Verwendung des HVOF-Verfahrens erzielt. Das HVOF-Verfahren ist zwar für sich bereits bekannt (siehe z. B. US 6 096 381 A), jedoch wurde es bislang zum Beschichten von Teilen von und/oder für Ver­ brennungsmotoren, insbesondere im Rahmen einer Großserienproduktion, nicht ver­ wendet. Es ist nun herausgefunden worden, dass unter Verwendung des HVOF- Verfahrens erstmals hochqualitative Beschichtungen mit den zuvor erwähnten vorteilhaften Eigenschaften hergestellt werden können. Mit Hilfe des HVOF-Ver­ fahrens wird in besonders wirksamer Weise erreicht, dass während des Beschich­ tungsprozesses eingespritztes Pulver nicht zu akzeptablen Oxideinlagerungen und Porenfeldern führen können. Die erfindungsgemäß so hergestellte Beschichtung ist außerdem besonders widerstandsfähig gegen die in den modernen Verbrennungs­ motor-Konstruktionen immer stärker auftretende Heißgaskorrosion.

Ferner ist gefunden worden, dass es ausreicht, die metallische Schicht als einzige Beschichtung mit Hilfe des HVOF-Verfahrens direkt auf den Untergrund aufzutra­ gen, ohne dass das Aufbringen weiterer Schichten erforderlich ist. Insbesondere wurde festgestellt, dass eine solche Beschichtung ohne weiteres den Anforderun­ gen an einen Oxidations- oder Korrosionsschutz genügt.

Besonders vorteilhaft ist die Verwendung des TC(temperature control)-HVOF- Verfahren, welches insbesondere für die Beschichtung von Bauteilen mit komplexer Geometrie besonders geeignet ist.

Vorzugsweise ist die Schicht aus Pulverfraktion hergestellt und besteht die Schicht aus MCrAlY, wobei M vorzugsweise Fe, Ni und/oder Co ist.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Beispieles kurz näher erläutert, wobei die einzige beigefügte Figur den Abschnitt eines erfindungsgemäß beschichteten Turbinengehäuseteils zeigt.

In der beiliegenden einzigen Figur ist im Schnitt eine Beschichtung mit einem MCrAlY-Werkstoff wiedergegeben. Diese Beschichtung ist aus einer Pulverfraktion erzeugt worden, die nach dem TC(temperature control)-HVOF(high velocity oxy­ fuel)-Verfahren hergestellt worden sind. Das TC-HVOF-Verfahren ermöglicht die Verarbeitung superfeiner Cermet-Pulver der Pulverfraktion -15 + 5 µm zu Ober­ flächen mit Rauhtiefen von Ra. 1 bis 2 µm.

Das TC-HVOF-Verfahren kommt dabei in besonders vorteilhafter Weise mit Hilfe einer neu entwickelten Brennertechnologie zum Einsatz, welche die Verwendung langer Beschleunigungsdüsen (insbesondere 200 bis 400 mm) erlaubt, ohne die Prozessstabilität durch sogenannte Anbackungsphänomene zu gefährden. Diese Brennertechnologie nutzt eine wasserstoff-stabilisierte Kerosin-Sauerstoff-Ver­ brennung zur Ausbildung der Prozessgasströmung. Die wasserstoff-gestützte Kerosinzerstäubung führt zu einerpulsationsarmen Überschall-Prozessgasströmung in einem Temperaturbereich von etwa 200°C bis 2500°C bei Brennkammerdrüc­ ken von etwa 14 bis 25 bar. Turbulenzfelder in der Prozessgasströmung werden durch die besondere Ausbildung der Brennkammern und der Wandströmung ver­ mieden. Dadurch wird der Bedarf an Kühlung thermisch belasteter Bauteile deutlich verringert; bei 200 kW Prozessleistung beträgt die Kühlleistung etwa 35 kW. Das Pulver wird durch eine dual-radiale Pulverzuführung im Überschallbereich der Prozessgasströmung eingedüst, ein Überhitzen der Pulverpartikel verhindert und der Einsatz langer Beschleunigerdüsen ermöglicht.

Es wurde beobachtet, dass die Temperaturbelastung der Bauteile während der Beschichtung deutlich verringert und die Schichtqualität erheblich verbessert ist. Oxideinlagerungen und Porenfelder, die insbesondere an Kanten und kritischen Übergängen komplexer Bauteile auftreten, werden in der Beschichtung vermieden.

Claims (8)

1. Verfahren zum Herstellen einer metallischen Schicht durch thermisches Spritzen zumindest teilweise auf der Innenseite zumindest eines Teils, insbesondere eines Deckels oder Lagergehäuses, eines Turbinengehäuses für eine Verbrennungs­ kraftmaschine,
dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Schicht als einzige Beschichtung, insbesondere Korrosionsschutzschicht, direkt auf die Oberfläche des Teils des Turbinengehäuses aufgebracht und
dabei zum thermischen Spritzen das HVOF(high velocity oxy-fuel)-Verfahren verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum thermischen Spritzen das TC(temperature control)-HVOF-Verfahren verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht aus Pulverfraktion hergestellt wird.

4. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht aus MCrAlY hergestellt wird, wobei M vorzugsweise Fe, Ni und/oder Co ist.

5. Teil, insbesondere Deckel oder Lagergehäuse, eines Turbinengehäuses für eine Verbrennungskraftmaschine, bei welchem die dem Innenraum des Gehäuses zugewandte Innenseite zumindest teilweise eine durch thermisches Spritzen hergestellte Schicht aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Innenraum des Gehäuses zugewandte Innenseite eine mit Hilfe eines HVOF-Verfahrens aufgebrachte Schicht als einzige Beschichtung, insbesondere Korrosionsschutzschicht, aufweist.

6. Teil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Innenraum des Gehäuses zugewandte Innenseite eine mit Hilfe eines TC-HVOF-Verfahrens aufgebrachte Schicht als einzige Beschichtung, insbesondere Korrosionsschutzschicht, aufweist.

7. Teil nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht aus Pulverfraktion besteht.

8. Teil nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht aus MCrAlY besteht, wobei M vorzugs­ weise Fe, Ni und/oder Co ist.