DE10110804A1

DE10110804A1 - Production of a metallic layer on the inner side of a turbine housing of an internal combustion engine comprises directly applying the layer as a single corrosion protection layer on the surface

Info

Publication number: DE10110804A1
Application number: DE10110804A
Authority: DE
Inventors: Sabine Werner; Dietmar Koester
Original assignee: Euroflamm GmbH
Current assignee: Oerlikon Friction Systems Germany GmbH
Priority date: 2001-03-06
Filing date: 2001-03-06
Publication date: 2002-09-12

Abstract

Production of a metallic layer on the inner side of a lid or bearing housing of a turbine housing of an internal combustion (IC) engine comprises directly applying the layer as a single corrosion protection layer on the surface of the turbine housing using a high velocity oxy-fuel thermal spraying process. An Independent claim is also included for a lid or bearing housing of a turbine housing of an IC engine having a thermally sprayed single corrosion protection layer. Preferred Features: The thermal spraying process is temperature-controlled. The layer is made from MCrAlY (where M = Fe, Ni and/or Co).

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.The invention relates to a method for producing a metallic layer thermal spraying at least partially on the inside of at least one part, in particular a cover or bearing housing, a turbine housing for a Internal combustion engine. Furthermore, the invention relates to a part, in particular Cover or bearing housing, a turbine housing for an internal combustion engine machine in which the inside facing the interior of the housing at least partially has a layer produced by thermal spraying.

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.By "inside" is meant that wall section that is in the installed state points inward to the cavity of the turbine housing, thus limiting it and in particular the inside of the turbine housing on which the fuselage Group facing side forms. In this context, the The term "part" is not just a separate element, such as a cover, but also a section of the turbine housing that can be coated, such as for example the radial inner surfaces.

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.Such a method for coating and thus coated parts by or for Internal combustion engines have been known for a long time and are located in diverse form in use. A plasma is used for thermal spraying. Process used, and usually with this process on the Coating applied provided as an intermediate adhesive layer which is then sprayed on an outer layer.

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.The coating applied in this way generally serves mainly as corrosion protection, especially when the surface is made of gray cast iron is susceptible to corrosion. Because in internal combustion engines or reciprocating piston Apparations of condensation can be observed, their negative effects to prevent. Alternatively or additionally, it is in the internal combustion engine also in certain places, where two parts moving relative to each other in Facing each other, it is necessary to form the coating in such a way that the surface of which forms a sliding surface to reduce friction.

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.In this connection, reference is made to the prior art in 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 and 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.Because of the demand to reduce energy consumption more and more, the Internal combustion engines nowadays for ever higher efficiency be constructed and in particular have received an ever higher compression it has now been found that the conventionally used coating ver driving and construction materials meet the requirements of this new construction ions are no longer sufficient. In addition, there is now a demand in industry, the waste or loss of expensive materials reduce as much as possible.

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.The invention therefore proposes that the metallic layer be the only coating especially corrosion protection layer, directly on the surface of the part of the Bearing housing or turbocharger housing to apply and thermal Syringes to use the HVOF (high velocity oxy-fuel) process.

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.With the aid of the invention, a coating with a smaller thickness is obtained, a higher density and a lower porosity than in the prior art. According to the invention, this is achieved by using the HVOF method. The HVOF process is already known per se (see, for example, US 6 096 381 A), however, it has been used to coat parts of and / or for Ver internal combustion engines, especially in the context of large series production, not ver applies. It has now been found that using the HVOF Process for the first time high quality coatings with the previously mentioned advantageous properties can be produced. With the help of the HVOF Ver driving is achieved in a particularly effective manner that during the coating injected powder not to acceptable oxide deposits and Can lead to pore fields. The coating thus produced according to the invention is also particularly resistant to those in modern combustion engine constructions increasingly hot gas corrosion.

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. Furthermore, it has been found that it is sufficient to use the metallic layer as the only one Apply the coating directly to the substrate using the HVOF process conditions without the need for additional layers. In particular it was found that such a coating easily met the requirement protection against oxidation or corrosion is sufficient.

Besonders vorteilhaft ist die Verwendung des TC(temperature control)-HVOF- Verfahren, welches insbesondere für die Beschichtung von Bauteilen mit komplexer Geometrie besonders geeignet ist.The use of TC (temperature control) -HVOF- is particularly advantageous Process which is particularly suitable for the coating of components with complex Geometry is particularly suitable.

Vorzugsweise ist die Schicht aus Pulverfraktion hergestellt und besteht die Schicht aus MCrAlY, wobei M vorzugsweise Fe, Ni und/oder Co ist.The layer is preferably made of powder fraction and the layer consists from MCrAlY, where M is preferably Fe, Ni and / or Co.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Beispieles kurz näher erläutert, wobei die einzige beigefügte Figur den Abschnitt eines erfindungsgemäß beschichteten Turbinengehäuseteils zeigt.The invention is briefly explained in more detail below using a preferred example explained, the only attached figure the section of an inventive coated turbine housing part shows.

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.In the enclosed single figure, a coating with a is on average MCrAlY material reproduced. This coating is from a powder fraction generated according to the TC (temperature control) -HVOF (high velocity oxy fuel) processes have been produced. The TC-HVOF process enables this Processing of super-fine cermet powder of the powder fraction -15 + 5 µm to size areas with roughness depths of Ra. 1 to 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.The TC-HVOF method comes in a particularly advantageous manner with the help a newly developed burner technology for use, which is the use long acceleration nozzles (in particular 200 to 400 mm) allowed without the Process stability endangered by so-called caking phenomena. This Burner technology uses a hydrogen-stabilized kerosene-oxygen ver combustion to form the process gas flow. The hydrogen-based Kerosene atomization leads to a low-pulsation supersonic process gas flow in a temperature range of around 200 ° C to 2500 ° C at combustion chamber pressure from about 14 to 25 bar. Turbulence fields in the process gas flow due to the special design of the combustion chambers and the wall flow avoided. This makes the need for cooling thermally stressed components clear reduced; with a process output of 200 kW, the cooling output is approximately 35 kW. The Powder is fed through a dual-radial powder feed in the supersonic area Process gas flow injected, overheating of the powder particles prevented and the Long accelerator nozzles can be used.

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.It was observed that the temperature load on the components during the Coating significantly reduced and the layer quality is significantly improved. Oxide deposits and pore fields, especially on edges and critical Transitions of complex components occur are avoided in the coating.

Claims

1. A method for producing a metallic layer by thermal spraying, at least partially on the inside of at least part, in particular a cover or bearing housing, of a turbine housing for an internal combustion engine,
characterized in that the metallic layer as the only coating, in particular corrosion protection layer, is applied directly to the surface of the part of the turbine housing and
the HVOF (high velocity oxy-fuel) process is used for thermal spraying.

2. The method according to claim 1, characterized in that for thermal spraying the TC (temperature control) HVOF method is used.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the layer is made from powder fraction.

4. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the layer is made of MCrAlY, where M is preferably Fe, Ni and / or Co.

5th part, in particular cover or bearing housing, of a turbine housing for an internal combustion engine in which the interior of the housing facing inside at least partially by thermal spraying has produced layer, characterized in that the interior of the housing facing The inside is the only layer applied using an HVOF process Coating, in particular corrosion protection layer, has.

6. Part according to claim 5, characterized in that the interior of the housing facing The inside is a layer applied using a TC-HVOF process only coating, in particular corrosion protection layer.

7. Part according to claim 5 or 6, characterized in that the layer consists of powder fraction.

8. Part according to at least one of claims 5 to 7, characterized in that the layer consists of MCrAlY, with M preferred is Fe, Ni and / or Co.