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DE102007026005A1 - Beschichtete Bauteile aus AI-Legierungen zum Eingießen in Leichtmetalllegierungen und deren Herstellungsverfahren - Google Patents

Beschichtete Bauteile aus AI-Legierungen zum Eingießen in Leichtmetalllegierungen und deren Herstellungsverfahren Download PDF

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DE102007026005A1
DE102007026005A1 DE200710026005 DE102007026005A DE102007026005A1 DE 102007026005 A1 DE102007026005 A1 DE 102007026005A1 DE 200710026005 DE200710026005 DE 200710026005 DE 102007026005 A DE102007026005 A DE 102007026005A DE 102007026005 A1 DE102007026005 A1 DE 102007026005A1
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DE
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casting
alloy
coating
aluminum
conditioning
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE200710026005
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English (en)
Inventor
Tilmann Dr.Rer.Nat. Haug
Michael Dipl.-Ing.(FH) Scheydecker
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Daimler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bauteil aus Al-Legierung zum Eingießen in eine Leichtmetalllegierung auf Al- oder Al/Mg-Basis mit einer Konditionierungsbeschichtung mit einer niedrig-schmelzenden Metallbeschichtung, wobei die Metallbeschichtung aus galvanisch abgeschiedenem Zn oder einer Zn-Legierung besteht und unmittelbar ohne Zwischenschichten auf die Oberfläche des Bauteils aufgetragen wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft Bauteile aus Al-Legierung zum Eingießen in Leichtmetalllegierungen auf Al-, oder Al/Mg-Basis, insbesondere Zylinderliner für Zylinderkurbelgehäuse mit einer Konditionierungsbeschichtung mit einer niedrigschmelzenden Metallbeschichtung, welche die Qualität der Verbindung zwischen Eingussteil und Umgussteil verbessert, sowie Verfahren zur Herstellung einer Konditionierungsbeschichtung und die weitere Verarbeitung konditionierter Bauteile.
  • Metallische Verbundkörper, welche durch Ein- oder Umguss von Aluminium-Eingusskörpern in einen Aluminium-Umguss hergestellt sind, weisen häufig im Angussbereich Gießfehler in Form von Spalten, Lunkern oder Poren auf. Diese typischen Gussfehler sind in der Regel auf eine unzureichende stoffliche Anbindung des Umgussmetalls an den Eingusskörper zurückzuführen. Diese Art von Einguss-Fehlern führt nicht nur zu einer Schwächung der mechanischen Anbindung, sondern kann je nach Zielbauteil auch weitere Nachteile mit sich bringen. Bei eingegossenen Zylinderlinern in Kurbelgehäusen von Verbrennungsmotoren führen insbesondere Spalte zu einer störenden Unterbrechung bzw. Verringerung der Wärmeleitung. Ebenso ist durch diese Gussfehler die prinzipielle Gefahr des Eindringens von korrosiven Medien in das Bauteilinnere gegeben, wo sich der schleichende Fortschritt der Korrosion kam noch kontrollieren lässt.
  • Eine der wichtigsten Ursachen für die mangelnde Anbindung beim Umguss ist eine auf dem einzugießenden Aluminiumkörper gebildete Oxidhaut. Diese haftet stark am Aluminiumuntergrund und kann beim Umguss nicht aufgeschmolzen und nur unzureichend abgelöst und weggeschwemmt werden.
  • Eine weitere Ursache für schlechten Stoffschluss ist mangelhaftes Anschmelzen der Oberfläche des Eingusskörpers von der Umguss-Schmelze. Dies ist insbesondere beim Aluminium-Druckguss von Bedeutung, wo die hohe Wärmeleitfähigkeit des Aluminiums die Schmelze sehr schnell abkühlt.
  • Um die Anbindung zu verbessern, muss die Oberfläche des Eingussteils konditioniert werden. Bereits bekannte Maßnahmen zur Verbesserung der Anbindung beim Umguss sind die Entfernung der Gusshaut des Eingussteils oder die Beschichtung des Eingussteils mit einer Konditionierungsbeschichtung aus niedrig schmelzenden und Allöslichen Metallen.
  • Aus der DE 40 05 097 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Verbundgussstücken mit wenigstens einem Metall durch An- oder Umgießen, insbesondere aus Leicht- und Schwermetallen bekannt. Vor dem Verbundguss wird die Oxidschicht des Eingussteils an ihrer Verbundstelle mechanisch und chemisch entfernt. Die Verbundsteile wird sodann vor Reoxidation durch eine geschlossene Deckschicht geschützt, die beispielsweise aus einer Zink-Legierung gebildet wird. Diese Konditionierungsbeschichtung wird beim Umgießen aufgeschmolzen.
  • Aus der DE 197 45 725 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundgussteils aus Leichtmetalllegierung, insbesondere eines Zylinderblocks für Brennkraftmaschinen, mit einem eingegossenen Eingusskörper bekannt. Auf die Oberfläche des zuvor hergestellten Eingusskörpers werden eine oder mehrere Schicht(en) aus teilerschmolzenen Metalllegierungspartikeln aufgesprüht und durch die hiermit verbundene mechanische Impulsbeaufschlagung eine an der Oberfläche des Eingusskörpers gebildete Oxidhaut zerstört.
  • In der DE 42 12 716 A1 wurde vorgeschlagen, einen Aluminiumeingusskörper zunächst einer Beizenbehandlung mit Lauge oder Säure zu unterziehen, um die Aluminiumoxidhaut abzutragen. Anschließend wird die Oberfläche des Aluminiumeingusskörpers durch Eintauchen in eine Zinkatbeize mit Zink abgesättigt, so dass eine erneute Oxidation an der Aluminiumoberfläche des Eingusskörpers verhindert wird.
  • In der EP 0 498 719 A1 wird vorgeschlagen, nach einer Ätzbehandlung zum Entfernen der Oxidhaut auf der Oberfläche des Eingusskörpers eine Konditionierungsbeschichtung aus einer ersten galvanisch aufgetragenen diffusionsdichten Schicht, insbesondere aus Ag, Au, Ni, Cr, Cu, Zn und/oder Cd, und einer zweiten Schicht, insbesondere aus Zink oder einer Zinklegierung vom Typ ZnAl5, ZnMg3 oder ZnCu5 mit hohem Diffusionskoeffizienten in festem Zustand aufzubringen.
  • Durch die bereits bekannten Verfahren kann eine befriedigende Anbindung zwischen Ein- und Umguss nur zum Teil erreicht werden, so dass dennoch Spalten, Lunker oder Poren im Anbindungsbereich auftreten können.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Konditionierungsbeschichtung der Oberfläche von Al-Eingießteilen für den Einguss in Leichtmetalllegierungen zu schaffen, beziehungsweise ein hinsichtlich der Anbindung verbessertes Verfahren zum Einguss von Al-Eingießteilen zur Verfügung zu stellen.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Bauteil aus Al-Legierung zum Eingießen in eine Leichtmetalllegierung auf Al-, oder Al/Mg-Basis mit einer Konditionierungsbeschichtung mit einer niedrig-schmelzenden Metallbeschichtung, wobei die Metallbeschichtung aus galvanisch abgeschiedenem Zn oder einer Zn-Legierung besteht und unmittelbar ohne Zwischenschichten auf der Oberfläche des Bauteils aufgetragen ist, mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils aus Leichtmetalllegierung durch Eingießen eines Eingussteils aus Al-Legierung in eine Leichtmetalllegierung, wobei das Eingussteil eine Konditionierungsbeschichtung trägt, mit den Schritten,
    • a) elektrochemisches Ätzen der Oberfläche des Eingussteils in einer Ätzflüssigkeit,
    • b) zumindest teilweises Ersetzen der Ätzflüssigkeit durch ein Galvanikbad
    • c) galvanische Abscheidung von Zn-, oder einer Zn-Legierung, wobei die Schritte a, b und c unter Luftabschluss erfolgen und
    • d) Eingießen des konditionierten Eingussteils in eine Al- oder Al/Mg-Basislegierung, mit den Merkmalen des Anspruchs 9.
  • Bei der Erfindung wird somit von einer niedrig-schmelzenden Metallbeschichtung ausgegangen, die zur Bildung der Verbindung zwischen Eingussteil und Umguss vorgesehen ist. Dabei handelt es sich um eine Zn- oder Zn-Legierungsbeschichtung, die galvanisch auf dem metallischen Substrat abgeschieden ist. Die galvanische Abscheidung stellt im Gegensatz zu vielen anderen Beschichtungsverfahren, insbesondere thermischen Beschichtungsverfahren oder Spritzschichten sicher, dass eine fehlerfreie metallische Schicht abgeschieden wird. Lufteinschlüsse, bzw. Poren sowie Oxide sind bei der galvanischen Abscheidung nahezu ausgeschlossen. Für die Konditionierungsschicht wesentlich ist, dass sich die Zn-Beschichtung unmittelbar auf dem metallischen Substrat befindet. Somit findet ein unmittelbarer Übergang von dem Metallsubstrat auf die Metallbeschichtung statt, ohne das Vorhandensein nichtmetallischer Oxid-, Keramik- oder Salzschichten, bzw. Einschlüsse und Poren.
  • Es hat sich überraschend gezeigt, dass für den gesamten Prozess des Eingusses der Bauteile nicht nur die auf dem Eingussteil vor dem Umguss vorhandene Oxidschicht von Bedeutung ist. Ebenso wichtig erweist sich auch die Oberfläche des Eingussteils vor der Beschichtung mit einer Konditionierungsschicht, beziehungsweise die fehlerfreie Verbindung der Konditionierungsbeschichtung zum Substrat.
  • Es hat sich gezeigt, dass die fehlerfreie metallische Verbindung der Konditionierungsbeschichtung zum metallischen Substrat auf das Gussergebnis erheblichen Einfluss ausübt. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die erfindungsgemäße Konditionierungsschicht auch nach dem Einguss noch teilweise erhalten bleibt. Insbesondere kann die Konditionierungsbeschichtung nur oberflächlich und nicht bis zum Grund des Substrats angeschmolzen sein. Die metallurgische Verbindung zwischen Eingussteil und Umgussteil findet somit teilweise über die Konditionierungsschicht selbst statt. Daher ist die Festigkeit dieser Verbindung direkt abhängig von der Qualität der Verbindung zwischen Eingussteil und dessen Konditionierungsbeschichtung. Bei einer auf dem fertigen Eingussteil fehlerfreien, insbesondere Oxidhaut-freien, Konditionierungsschicht könnte nach dem Einguss die Spaltbildung auf Seiten des Umgussteils zwar verhindert werden, aber dennoch ein Spalt auf der Seite des Eingussteils auftreten, wenn die Verbindung der Konditionierungsschicht zum Eingussteil Fehler, insbesondere Oxideinschlüsse, aufweist.
  • In bevorzugter Ausgestaltung weist die Metallbeschichtung und die unmittelbar darunter angeordnete Al-Legierung einen Sauerstoffgehalt unterhalb 100 ppm auf.
  • Die erfindungsgemäße Konditionierungsbeschichtung weist als metallische Komponente überwiegend Zn auf. Auch diese metallische Beschichtung ist einer Oxidation und Oxidhautbildung ausgesetzt. Dies ist insbesondere bei dem unedlen Zn und seinen Legierungen der Fall. Es wurde überraschend festgestellt, dass frisch abgeschiedene Zn-Oberflächen verhältnismäßig schnell eine Korrosionsschicht, insbesondere aus Weißrost, bildet, die eine deutliche Verschlechterung der Anbindung des Eingussteils nach sich ziehen kann. Eine Maßnahme zur Verringerung der störenden Weißrostbildung ist die möglichst kurze Lagerung, bzw. unmittelbar folgender Einguss der beschichteten Eingussteile.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung trägt die Konditionierungsbeschichtung eine auf der Metallbeschichtung abgeschiedene Schutzbeschichtung. Diese ist bevorzugt eine hydrophobe organische Beschichtung, insbesondere aus Wachs, Polyvinylalkohol und/oder Polyethylenglykol. Die Schutzbeschichtung verhindert zuverlässig eine Weißrostbildung und wird beim Eingussprozess vollständig zersetzt.
  • In weiterer Ausgestaltung trägt die Konditionierungsbeschichtung eine auf der Metallbeschichtung abgeschiedene Zinkatschicht. Es handelt sich um organische Zinkat-Komplexe, welche mit Zn oder Al eine festhaftende, luftdichte Schicht bilden. Diese organischen Zinkat-Komplexe sind käuflich verfügbar. Auch organische Zinksalze sind geeignet. Bei den organischen Zinksalzschichten sind insbesondere Carbonsäuresalze von langkettigen organischen Säuren, Ölsäuren, Fettsäuren, bspw. Zn-Stearat, Zn-Oleat von Bedeutung. Ebenso sind Zn-Verbindungen mit Komplexbildnern, wie beispielsweise Zn-Acetylacetonat geeignet. Die Zn-Verbindungen bilden dichte, passivierende und zum Teil wasserabweisende Beschichtungen aus.
  • Die metallische Beschichtung weist als wesentlichen Bestandteil Zn auf. Als weitere Legierungsbestandteile sind insbesondere Sn und/oder Bi von Bedeutung. Das Bi ist dabei besonders gut geeignet den Schmelzpunkt der Konditionierungsbeschichtung weiter zu senken. Das Sn trägt zu einer Passivierung der metallischen Beschichtung bei. Die galvanische Abscheidung trägt zu einer besonders homogenen Verteilung der Legierungskomponenten bei. Der Legierungsanteil, insbesondere von Sn und/oder Bi, liegt bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 10 Gew.%.
  • Die Dicke der Metallbeschichtung liegt bevorzugt im Bereich von 2 bis 15 μm. Insbesondere bei Konditionierungsbeschichtungen mit Schutzbeschichtung kann eine geringe Dicke gewählt werden, bspw. im Bereich von 2 bis 5 μm.
  • Eine weitere Verbesserung der Verbindung zwischen Eingussteil und Umguss wird durch mechanische Verklammerung erreicht, welche durch raue Oberflächen des Eingussteils erzeugt werden. Bevorzugt weist das Eingussteil eine Oberflächenrauigkeit RZ im Bereich von 70 μm bis 180 μm aufweist. Da die Konditionierungsbeschichtung selbst in der Regel deutlich dünner ist als die bevorzugte Rautiefe RZ, ist die an der Oberfläche gemessene Rautiefe in der Regel ein Resultat der Rauigkeit des Eingussteils vor der Beschichtung. Die galvanische Beschichtung ist gut geeignet auf einem rauen Untergrund eine fehlerfreie Schicht gleichmäßiger Dicke aufzubauen.
  • Eine bevorzugte Anwendung der erfindungsgemäßen Bauteile sind Zylinderbuchsen oder Zylinderliner (mehrere zusammenhängende Zylinderbuchsen) für Leichtmetall-Verbrennungsmotoren. Die Bauteile sind dabei bevorzugt aus übereutektischen Al/Si-Legierungen wie AlSi15- bis AlSi30- Legierungen mit Zusätzen von Kupfer Magnesium Nickel Mangan, gebildet, beispielsweise AlSi17Cu4MgMn.
  • Die Zylinderbuchse ist gießtechnisch oder umformtechnisch, beispielsweise durch Strangpressen eines sprühkompaktierten Vormaterials herstellbar, der Zylinderliner vorzugsweise gießtechnisch, insbesondere durch Schwerkraftguss oder Niederdruckguss in eine Dauerform-Kokille, herstellbar. Bevorzugt werden so Zylinderliner mit integriertem Wassermantel für Zylinderkurbelgehäuse in open-deck oder closed-deck Bauweise hergestellt.
  • Die Umgusslegierung für das Zylinderkurbelgehäuse ist bevorzugt eine untereutektische AlSi-Legierung, insbesondere eine AlSiCu-, AlSiCuMg- oder AlSiMgMn-Legierung, beispielsweise eine AlSi9Cu3.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils aus Leichtmetalllegierung durch Eingießen eines Eingussteils aus Al-Legierung in eine Leichtmetalllegierung, weist zumindest die folgenden Schritte auf:
    • a) stromloses Ätzen der Oberfläche des Eingussteils in einer alkalischen Ätzflüssigkeit, insbesondere wässrige NaOH
    • b) Waschen der Oberfläche in Neutralisationsbad und Ersetzen der Ätzflüssigkeit durch ein Galvanikbad
    • c) galvanische Abscheidung von Zn-, oder einer Zn-Legierung, wobei die Schritte a, b und c ohne Zwischentrocknung der Bauteiloberfläche unter Abschluss von Außenluft erfolgen und
    • d) Umgießen des konditionierten Eingussteils mit einer Al-Legierung.
  • Für das erfindungsgemäße Verfahren ist es dabei von wesentlicher Bedeutung, dass die Oberfläche des Eingussteils vor der metallischen Beschichtung vollständig freigelegt wird und dass diese Metalloberfläche auch bis zum Beginn der metallischen Beschichtung frei bleibt. Von besonderer Bedeutung sind dabei wiederum die vollständige Entfernung der Oxidhaut der Al-Oberfläche und die Verhinderung von deren Neubildung.
  • Die Freilegung der metallischen Oberfläche des Al-Substrats erfolgt durch stromloses chemisches Ätzen in einer Ätzflüssigkeit. Die Entfernung der anhaftenden Oxidschicht findet in der Flüssigkeit statt, wodurch direkter Zutritt von Luft verhindert wird. Die Ätzflüssigkeit ist basisch ausgelegt und wird bevorzugt an das später zu verwendende Galvanikbad angepasst. Das rein chemische Ätzen kann durch anodische Polarisation des Einlegeteils unterstützt oder zeitweise ersetzt werden. Die Gleichstromätzung führt zu tunnelähnlicher Ätzstruktur mit einstellbaren Tunneldurchmessern und ist daher besonders gut geeignet, ein für den Umguss geeignetes Oberflächenprofil auszubilden.
  • Nach dem Ätzen erfolgt im Schritt b), das Ersetzen der Ätzflüssigkeit durch das Galvanikbad. Bevorzugt wird die Ätzflüssigkeit durch eine wässrige Waschlösung ausgespült.
  • Nach dem Wechsel der Flüssigkeit wird die galvanische Abscheidung von Zn oder einer Zn-Legierung gestartet. Vom Beginn des Ätzvorganges bis zur Ausbildung der metallischen Beschichtung ist erfindungsgemäß direkter Luftzutritt auszuschließen. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass das zu beschichtende Eingießteil bei den Schritten a, b und c nicht aus der Flüssigkeit entnommen wird. In weiterer Ausgestaltung erfolgen das Ätzen und gegebenenfalls zumindest auch der Beginn des galvanischen Abscheidens unter Inertgasatmosphäre. Bevorzugt wird das Eingussteil in eine Reaktionskammer eingebracht, in welcher die Schritte a, b und c sukzessive durchgeführt werden, ohne dass das Einlegeteil bewegt werden muss. Durch das Ätzen und die Verhinderung des Luftzutritts vor dem galvanischen Abscheiden ist es möglich eine fehlerfreie, insbesondere Oxidschicht-freie und fest haftende Zn- oder Zn-Legierungsbeschichtung aufzutragen.
  • Im weiteren Verlauf des Verfahrens wird das mit der Konditionierungsbeschichtung versehene Eingießteil in eine Al- oder Mg-Legierung eingegossen. Bevorzugt wird als Gießverfahren das Druckgussverfahren angewendet.
  • Eine bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens sieht, vor das Einlegeteil vor dem Schritt a) aufzurauen. Dabei hat sich insbesondere das eisenfreie Strahlen als günstig erwiesen. Besonders geeignet ist hier das Strahlen mittels Korund. Das nachfolgende Ätzen der gestrahlten Oberfläche trägt in vorteilhafter Weise zur vollständigen Entfernung anhaftender Sandstrahlpartikel bei. Für Beschichtungsdicken der Konditionierungsbeschichtung im Bereich von 2–12 μm sind Rautiefen RZ im Bereich von 20 bis 200 μm geeignet insbesondere 50–100 μm.
  • Weitere geeignete Verfahren zum Aufrauen und Erzeugen von mikroskopischen Verankerungsstrukturen sind das Erodieren, das zerspanende Aufrauen, insbesondere mit Haifischflossen- oder Schwalbenschwanz-Muster, das Prägen von Rillen, Rippen, Waben oder das Laserstrukturieren von Ausnehmungen, Rillen oder Rippen.
  • Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht das Aufbringen einer Schutzbeschichtung (Schutzfilms oder Schutzlacks) auf die galvanisch abgeschiedene Metallbeschichtung vor. Der Schutzfilm oder Schutzlack wird bevorzugt unmittelbar nach der galvanischen Abscheidung des Zn bzw. der Zn-Legierung aufgetragen. Beispielsweise kann die Schutzbeschichtung beim Herausziehen des Eingießteils aufgetragen werden, so dass direkter Luftzutritt auf die metallische Beschichtung unterbunden wird. Der Schutzlack kann beispielsweise aus einer wässrigen Wachsemulsion bestehen.
  • Durch das Verfahren werden in bevorzugter Ausgestaltung Zylinderkurbelgehäuse mit eingegossenem Zylinderliner hergestellt. Besonders bevorzugt wird das Verfahren angewendet, um Zylinderkurbelgehäuse mit eingegossenen Zylinderlinern herzustellen, bei welchen der Übergang zwischen Eingussteil und Umgussteil insbesondere in hochbelasteten Bereichen frei von Ablösungen, Spalten, Lunkern oder Poren ist.
  • Die Schichtdicke der Konditionierungsschicht und die Gießparameter müssen nicht so eingestellt werden, dass ein vollständiges aufschmelzen bzw. Auflösen der metallischen Beschichtung des Einlegeteils beim Umguss stattfindet. Bevorzugt wird jedoch der wesentliche Anteil des Übergangs zwischen Eingussteil und Umgussteil durch eine Al/Zn-Legierungsmischung gebildet, die durch Auflösen der Konditionierungsschicht in der flüssigen Al- oder Al/Mg-Legierungsschmelze entsteht. Besonders bevorzugt wird das Verfahren so geführt, dass der Al-Anteil der Al/Zn-Legierungsmischung im Übergang von Eingussteil auf Umgussteil oberhalb 50 Vol.% liegt.
  • Es ist verfahrenstechnisch möglich nur Teilbereiche eines Eingussteils insbesondere einer Zylinderbuchse oder eines Zylinderliners mittels einer Maskierung durch Lack oder Wachsschichten mit der galvanischen Konditionierungsschicht zu beschichten. Dies wird vorzugsweise dort angewandt, wo wirtschaftliche Vorteile durch Einsparung größerer Schichtflächen entstehen.

Claims (17)

  1. Bauteil aus Al-Legierung zum Eingießen in eine Leichtmetalllegierung auf Al-, oder Al/Mg-Basis mit einer Konditionierungsbeschichtung mit einer niedrigschmelzenden Metallbeschichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallbeschichtung aus galvanisch abgeschiedenem Zn oder einer Zn-Legierung besteht und unmittelbar ohne Zwischenschichten vollflächig oder in Teilbereichen auf der Oberfläche des Bauteils aufgetragen ist.
  2. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Konditionierungsbeschichtung eine auf der Metallbeschichtung abgeschiedene hydrophobe organische Beschichtung aufweist, insbesondere aus Wachs, Polyvinylalkohol und/oder Polyethylenglykol.
  3. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Konditionierungsbeschichtung eine auf der Metallbeschichtung abgeschiedene Zinkatschicht oder organische Zinksalzschicht aufweist.
  4. Bauteil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallbeschichtung und die unmittelbar darunter angeordnete Al-Legierung einen Sauerstoffgehalt unterhalb 100 ppm aufweisen.
  5. Bauteil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zn-Legierung als Legierungsbestandteile Sn und/oder Bi aufweist.
  6. Bauteil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallbeschichtung eine Dicke im Bereich von 2 bis 10 μm aufweist.
  7. Bauteil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingussteil mit Konditionierungsbeschichtung eine Oberflächenrauigkeit RZ im Bereich von 50 bis 200 μm aufweist.
  8. Verwendung eines Bauteils nach einem der vorangegangenen Ansprüche als Zylinderbuchse oder Zylinderliner für Leichtmetall-Verbrennungsmotoren.
  9. Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils aus Leichtmetalllegierung durch Eingießen eines Eingussteils aus Al-Legierung in eine Leichtmetalllegierung, wobei das Eingussteil eine Konditionierungsbeschichtung trägt, gekennzeichnet durch die Schritte, a) chemisches und/oder elektrochemisches Ätzen der Oberfläche des Eingussteils in einer Ätzflüssigkeit, b) zumindest teilweises Ersetzen der Ätzflüssigkeit durch ein Galvanikbad c) galvanische Abscheidung von Zn-, oder einer Zn-Legierung, wobei die Schritte a, b und c unter Luftabschluss erfolgen und d) Eingießen des konditionierten Eingussteils in eine Al- oder Al/Mg-Basislegierung.
  10. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Eingießteils vor dem Schritt a) aufgeraut wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass dass das Aufrauen eisenfrei mittels Sandstrahlen, insbesondere Korundsandstrahlen durchgeführt wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass auf die galvanische Abscheidung im Schritt c) eine Beschichtung mit einem Konservierungslack oder einem Wachsfilm erfolgt.
  13. Verfahren nach Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingießen in Schritt d) durch Druckguss erfolgt.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass als Eingießteil ein Zylinderliner für ein Leichtmetallkurbelgehäuse gewählt wird, wobei nur auf die Außenflächen eine Konditionierungsbeschichtung vollflächig oder in Teilbereichen aufgetragen wird.
  15. Zylinderkurbelgehäuse mit eingegossenem Zylinderliner erhältlich nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang zwischen Eingussteil und Umgussteil im Wesentlichen frei von Ablösungen, Spalten, Lunkern oder Poren ist.
  16. Zylinderkurbelgehäuse mit eingegossenem Zylinderliner erhältlich nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang zwischen Eingussteil und Umgussteil durch eine Al/Zn-Legierungsmischung gebildet wird.
  17. Zylinderkurbelgehäuse mit eingegossenem Zylinderliner erhältlich nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Al-Anteil der Al/Zn-Legierungsmischung im Übergang oberhalb 50 Vol.% liegt.
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Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009030426A1 (de) 2009-06-25 2011-01-05 Daimler Ag Verfahren zum Herstellen eines Verbundbauteils
WO2011004090A1 (fr) * 2009-07-09 2011-01-13 Peugeot Citroën Automobiles SA Procede de fabrication de pieces en alliage d'aluminium
DE102010055162A1 (de) * 2010-12-18 2012-06-21 Mahle International Gmbh Beschichtung sowie beschichtetes Eingussbauteil
FR2974858A1 (fr) * 2011-05-04 2012-11-09 Peugeot Citroen Automobiles Sa Procede de fabrication d'une chemise equipant un cylindre d'un moteur thermique, pour vehicule automobile notamment
DE102011108126A1 (de) * 2011-07-21 2013-01-24 Universität Siegen Gussbauteil, Karosseriebauteil und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102012101389A1 (de) 2012-02-21 2013-08-22 Martinrea Honsel Germany Gmbh Verfahren zum Herstellen eines Verbundbauteils
DE102012105280A1 (de) 2012-06-18 2013-12-19 Martinrea Honsel Germany Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils
DE102017109300A1 (de) * 2017-05-02 2018-11-08 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Beschichtungssystem für Gelenkkreuzbüchse
DE102017217387A1 (de) * 2017-09-29 2019-04-04 Zf Friedrichshafen Ag Gussbauteil mit eingegossenem Rohr und Verfahren zur Herstellung
EP4520456A2 (de) 2023-09-08 2025-03-12 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zur herstellung einer stoffschlüssigen verbindung zwischen einem einlegeteil und gussmaterial und zwischenprodukt

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009030426A1 (de) 2009-06-25 2011-01-05 Daimler Ag Verfahren zum Herstellen eines Verbundbauteils
WO2011004090A1 (fr) * 2009-07-09 2011-01-13 Peugeot Citroën Automobiles SA Procede de fabrication de pieces en alliage d'aluminium
FR2947745A1 (fr) * 2009-07-09 2011-01-14 Peugeot Citroen Automobiles Sa Procede de fabrication de pieces en alliage d'aluminium
DE102010055162A1 (de) * 2010-12-18 2012-06-21 Mahle International Gmbh Beschichtung sowie beschichtetes Eingussbauteil
FR2974858A1 (fr) * 2011-05-04 2012-11-09 Peugeot Citroen Automobiles Sa Procede de fabrication d'une chemise equipant un cylindre d'un moteur thermique, pour vehicule automobile notamment
DE102011108126A1 (de) * 2011-07-21 2013-01-24 Universität Siegen Gussbauteil, Karosseriebauteil und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102012101389A1 (de) 2012-02-21 2013-08-22 Martinrea Honsel Germany Gmbh Verfahren zum Herstellen eines Verbundbauteils
DE102012105280A1 (de) 2012-06-18 2013-12-19 Martinrea Honsel Germany Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils
DE102017109300A1 (de) * 2017-05-02 2018-11-08 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Beschichtungssystem für Gelenkkreuzbüchse
DE102017109300B4 (de) * 2017-05-02 2024-10-17 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Beschichtungssystem für Gelenkkreuzbüchse
DE102017217387A1 (de) * 2017-09-29 2019-04-04 Zf Friedrichshafen Ag Gussbauteil mit eingegossenem Rohr und Verfahren zur Herstellung
EP4520456A2 (de) 2023-09-08 2025-03-12 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zur herstellung einer stoffschlüssigen verbindung zwischen einem einlegeteil und gussmaterial und zwischenprodukt
DE102023208719A1 (de) 2023-09-08 2025-03-13 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein Verfahren zur Herstellung einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen einem Einlegeteil und Gussmaterial und Zwischenprodukt
EP4520456A3 (de) * 2023-09-08 2025-03-19 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zur herstellung einer stoffschlüssigen verbindung zwischen einem einlegeteil und gussmaterial und zwischenprodukt

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