DE69407591T2

DE69407591T2 - Festschmierstoff und beschichtungssystem aus härtbarem stahl

Info

Publication number: DE69407591T2
Application number: DE69407591T
Authority: DE
Inventors: V Rao
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1993-07-06
Filing date: 1994-06-24
Publication date: 1998-04-16
Anticipated expiration: 2014-06-25
Also published as: CA2166182A1; EP0707620B1; EP0707620A1; US5484662A; US5464486A; JPH08512343A; US5332422A; US5408964A; WO1995002024A1; DE69407591D1

Description

Diese Erfindung betrifft das Fachgebiet von fluidgeschmierten Schnitt- oder Berührungsstellen von Metallen, an denen Abrieb entsteht, und insbesondere die Verwendung von Antrifriktions-Festfilmschmiermitteln für solche Schnittstellen, die so modifiziert werden, daß sie hohen spezifischen Kratz- oder Lagerbelastungen bei hohen Temperaturen widerstehen, wobei sie entweder mit vollständiger oder mit partieller Naßschmierung arbeiten.
Die Nützlichkeit gewisser Festfilmschmiermittel für Lager ist seit einiger Zeit bekannt. Das U.S.-Patent 1,654,509 (1927) offenbart die Verwendung von pulvrigem Graphit, das von einem metallenen Bindemittel (d.h. Eisen, Aluminium, Bronze, Zinn, Blei, Weißmetall oder Kupfer) eingeschlossen oder bedeckt ist, um eine dicke Beschichtung zu bilden; das Metall wird durch Schmelzen oder im Lichtbogen auf einen mindestens thermoplastischen Zustand erhitzt, um das Graphit einzulagern. Die Beschichtung bietet begrenzte Antifriktionseigenschaften. Leider wird (i) das Graphit nur bei starkem Verschleiß des Metalls freigesetzt, also niemals eine bedeutend niedrigere Reibung bewirkt; (ii) zudem befindet sich das Metall vor der Retention oder dem Einlagern des Graphits im geschmolzenen Zustand, was thermische Effekte und Verformungen hervorruft; und (iii) die Metalloxide dienen als hauptsächliches Schmiermittel.
Der Stand der Technik schätzt auch die Vorteile beim Heißspritzen (in der Sauerstoffflamme) von Aluminiumbronze als Festfilmschmiermittel auf die Oberfläche von Zylinderbohrungen eines Motors, wie im U.S.-Patent 5,080,056 dargelegt wird. Die Schmiereigenschaften einer solchen patentierten Beschichtung bei hohen Temperaturen sind nicht zufriedenstellend, weil sie (i) mit den Materialien der Kolbenringe die zumeist aus Gußeisen, molybdänbeschichtetem oder galvanisch hartverchromtem Gußeisen bestehen, unverträglich ist; und (ii) Heißspritzen des Materials in der Sauerstoffflamme aufgrund der sehr starken Wärmezufuhr unerwünscht ist, was die Entwicklung von Werkzeugen notwendig macht, die diese Wärme rasch ableiten, um die Verformung des abgekühlten Teils zu verhindern.
Im U.S.-Patent 3 935 797 wurde vorgeschlagen, eine Pulvermischung aus Eisen und höchstens 0.3 Gew.% Graphit als gesonderte Partikel als Beschichtung auf einen Kolben aus Aluminiumlegierung mittels Plasmaspritzverfahren aufzutragen, um die Widerstandsfähigkeit gegenüber Verschleiß und Festfressen zu verbessern.
EP-A-0 487 273 offenbart ein Heißspritzpulver für die Herstellung von Verschleißdichtungen, beispielsweise für die drehenden Teile von Axialgasturbinen, das ein Agglomerat aus einem matrixbildenden Bestandteil (z.B. ein Metall), einem Festschmierstoff (etwa ein Fluorid oder Bornitrid) und einem Kunststoff enthält, der gewöhnlich als Bestandteil der Beschichtung verbleibt. Derartige Dichtungen sind auf keine andere Weise geschmiert.
Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat zuvor gewisse Festschmierstoffe für den Einsatz bei hohen Temperaturen offenbart, die jedoch entweder als Schnittstelle mit Keramikmaterialien, jedoch nicht mit Metallen und allgemein bei niedrigen Belastungen und in der Abwesenheit von Flüssigkeiten, oder mit Metallen in Abwesenheit von Ölen entworfen wurden. Eines der offenbarten Festfilmschmiermittel umfaßt Graphit und Bornitrid in einem hochviskosen, thermoplastischen Polymerbindemittel, das großzügig auf einem Dichtungsträger, der Nickel- und Chromlegierung umfaßt, aufgetragen wird. Die Zusammensetzung war entworfen, um eine Festbeschichtung bereitzustellen, die unter der Belastung auf der Oberfläche aufweicht, wenn sie sich bei oder oberhalb von der Betriebstemperatur befindet, und die allein bei trockenen Bedingungen wirkt. Zusammensetzungen auf der Basis thermoplastischer Polymere sind, falls nicht wesentlich modifiziert, für die Ansprüche eines stark belasteten Motorteils, wie einer Zylinderbohrung, unzureichend, weil die Schnittstellen nasser Schmierung ausgesetzt sind, die spezifische Belastung bedeutend höher ist [annähernd 3.5 MPa (500 psi)] und die Oberflächentemperaturen sehr viel höher sind, was Abkratzen verursacht. Ein anderes offenbartes Festfilmschmiermittel bestand aus Halogensalzen oder MoS&sub2; (jedoch nicht als Kombination) in einem Bindemittel aus Nickel, Kupfer oder Kobalt; ohne Modifizierungen würde die Beschichtung für die Bereitstellung einer stabilen und dauerhaften Antifriktionsbeschichtung für die Zylinderwände eines Verbrennungsmotors nicht geeignet sein, weil die Zusammensetzungen für den Betrieb unter trockenen Bedingungen und auf Keramikmaterial (primär Lithiumaluminiumsilikat und Magnesiumaluminiumsilikat) erdacht wurden, und somit wurden weder die geeignete Matrix noch die korrekte Kombination von Festfilmschmiermitteln verwendet.
Besonders bedeutend ist die Tatsache, daß die Zusammensetzungen für die Erzeugung eines mit Keramik verträglichen Oxids entworfen wurden (beispielsweise Kupferoxid oder Nickeloxid), indem das Metall in der Zusammensetzung partiell oxidiert wird. Diese Systeme wurden ebenso entworfen, um bis zu 300-500 µ Verschleiß zuzulassen. Für die Schmierung von Zylinderbohrungen sind nur 5-10 µ Verschleiß toleriert.
Es ist ein Gegenstand dieser Erfindung, ein verbessertes Festschmierstoffbeschichtungssystem für ölgeschmierte Substrate aus Leichtmetall oder Leichtmetallegierungen bereitzustellen, die bei hohen Temperaturen Gleitverschleiß ausgesetzt sind etwa die Zylinderbohrungen eines Verbrennungsmotors.
Ein solches Beschichtungssystem in Übereinstimmung mit der Erfindung ist in Patentanspruch 1 dargelegt, und es kann auf wirtschaftliche Weise die Reibung in Anwendungen bei hoher Temperatur herabsetzen, insbesondere auf der Wand einer Zylinderbohrung bei Temperaturen oberhalb von 315ºC (600ºF), wenn die Ölschmierung versagt oder in der Anwesenheit von Ölflutung (wobei es erfolgreich Belastungen widersteht, die auf die gewöhnliche o. verbesserte kolbenringe angewandt werden).
Ein Verfahren nach der Erfindung, wie es in Anspruch 9 dargelegt wird, stellt ein kostengünstiges Verfahren zur Herstellung beschichteter Zylinderwände bereit indem rasch eine Beschichtung durch Plasmaspritzen auf begrenzte oder ausgewählte Bereiche der Bohrungswand aufgetragen wird, wobei eine hervorragende Haftung und eine präzise Abscheidung erzielt werden und das Verfahren weniger Grob- und Fertigbearbeitung der endgültigen Oberfläche der Bohrung erfordert.
Eine Motorzylinderwand aus Aluminiumlegierung, die mit einer die Erfindung verkörpernden Beschichtungszusammensetzung beschichtet ist, besitzt die Vorteile, daß sie (i) zur Bereitstellung einer verminderten Reibung des Kolbensystems und Durchlässigkeit des Kolbens beiträgt, was alles zu einer verbesserten Kraftstoffausnutzung von etwa 2-4% für ein benzinbetriebenes Fahrzeug führt; daß (ii) die Kohlenwasserstoffemissionen verringert werden; und daß (iii) die Motorvibrationen bei Vollgas und mäßiger Geschwindigkeit (d.h. 1000-3000 UpM) um mindestens 20% herabgesetzt werden.
Andere Merkmale der Erfindung sind der Gegenstand der Unteransprüche.
In einer Ausführungsform der Erfindung umfaßt das Beschichtungssystem Agglomerate aus Partikeln, die auf einem Metallsubstrat oder-schnittstelle haftende Körner bilden, wobei diese Partikel (i) aus Teilchen von mindestens zwei Festschmierstoffpartikeln bestehen, die aus der aus Graphit, hexagonalem Bornitrid, Molybdändisulfid, Lithiumfluorid, Calciumfluorid und eutektischen Mischungen von LiF/CaF&sub2; oder LiF/NaF bestehenden Reihe ausgewählt sind; und (ii) aus miteinander verschmolzenen Stahlteilchen, die diese Festschmierstoffpartikel zumindest an gewissen Schnittstellen verbinden, wobei gewisse Bereiche dieser Stahlpartikel beim Aussetzen der Beschichtung an die Schnittstelle bei hohen Temperaturen auf eine hohe Härte luftgehärtet werden. Es wird gewünscht, daß die Stahlpartikel die Eigenschaften eines Edelstahls besitzen, der vorzugsweise aus 70% Eisen, 15-24% Chrom und etwa 8% Nickel besteht. Die Volumenanteile der Agglomerate betragen vorzugsweise: 15-25% Festschmierstoffteilchen und 74-84% Edelstahlteilchen. Die durch Härten an der Luft erreichte Härte des Stahls beträgt etwa Rc 60, und der vom Beschichtungssystem erzielte Reibungskoeffizient beträgt zirka 0.14 unter trockenen und 0.06-0.08 unter teilweise benetzten, geschmierten Bedingungen.
Gemäß des Verfahrensaspekts dieser Erfindung werden dem Gleitverschleiß ausgesetzte Oberflächen mit Antifriktionsbeschichtung durch folgende Schritte hergestellt: (a) Bilden von Körnern agglomerierter Partikel aus mindestens zwei ölanziehenden Festschmierstoffen, die aus der aus Graphit, Molybdändisulfid, Bornitrid, Calciumfluorid, Natriumfluorid und Lithiumfluorid bestehenden Reihe ausgewählt sind, und aus an der Luft härtbaren, schmelzbaren Bestandteilen wie Stahlpartikeln, wobei die Partikel von einem niedrig schmelzenden, leicht brennbaren, aschefreien Bindemittel oder Medium wie Wachs zusammengebacken werden; (b) Bereitstellen einer Oberfläche eines Teils auf Leichtmetallgrundlage; (c) Heißspritzen solcher Körner auf diese Oberfläche in einem Dickenbereich von 100-250 µ, um eine im wesentlichen bindemittelfreie Beschichtung zu bilden (wobei die Temperatur dieses Heißspritzverfahrens die Beseitigung des Wachses durch rückstandslose Verbrennung bewirkt) (d) Beseitigung mindestens eines Teiles der schmelzbaren Partikel durch Ziehschleifen, um Kanten dieser Partikel freizulegen; und (e) Aussetzen der freigelegten Partikel dem Härten an der Luft (d.h. durch bereitstehende Reibung an der Schnittstelle).
Die Erfindung liefert auch einen Motorblock mit einer oder mehreren antifriktionsbeschichteten Zylinderbohrungen. Der Block umfaßt: (a) Einen gegossenen Zylinderblock auf Aluminiumbasis mit mindestens einer Zylinderbohrungswand; (b) eine ölanziehende Beschichtung aus miteinander und mit dieser Bohrungswand verschmolzenen Körnern, wobei diese Körner Agglomerate aus Partikeln aus mindestens zwei ölanziehenden Festschmierstoffen und gehärtete verschmolzene Partikel umfassen, und wobei die Partikel des Festschmierstoffes aus der aus Graphit, Molybdändisulfid, Bornitrid, Lithiumfluorid, Calciumfluorid und eutektischen Mischungen von LiF/CaF&sub2; oder LiF/NaF bestehenden Reihe ausgewählt sind und die Beschichtung durch Ziehschleifen fertigbearbeitet wurde, um gewisse Außenbereiche der verschmolzenen Partikel freizugeben.
Die Erfindung wird nun weiter auf dem Wege eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben werden, in denen:
Abbildung 1 eine schematische Darstellung eines mikroskopischen Schnitts eines die Prinzipien dieser Erfindung verkörpernden Beschichtungssystems ist;
Abbildung 2 eine vergrößerte Querschnittsdarstellung eines Pulverkorns zur Verwendung im Verfahren nach dieser Erfindung ist;
Abbildung 3 eine Abbildung 2 ähnliche Ansicht ist, die jedoch eine alternative Zusammensetzung des Pulverkorns zeigt;
Abbildung 3a eine weitere vergrößerte Ansicht einer Partikelart ist, die ein Bestandteil des Korns aus Abbildung 3 ist;
Abbildung 3b eine weitere vergrößerte Ansicht einer anderen Partikelart ist, die ein Bestandteil des Korns aus Abbildung 3 ist;
Abbildung 4 eine stark vergrößerte schematische Darstellung eines mikroskopischen Querschnitts einer frisch aufgetragenen, plasmagespritzten Beschichtung ist;
Abbildung 5 eine schematische Darstellung der Kräfte ist, die die Coulomb-Reibung beeinflussen;
Abbildung 6 eine stark vergrößerte mikroskopische Querschnittsansicht von einander berührenden Schnittstellen ist, die die Unregelmäßigkeiten normaler Oberflächen zeigt, die die Coulomb-Reibung beeinflussen;
Abbildung 7 eine Abbildung 6 ähnliche Ansicht ist, die den Einschluß fester Filme, die die Coulomb-Reibung beeinflussen, auf einander berührenden Schnittstellen zeigt;
Abbildung 8 eine graphische Darstellung des Auftretens von plastischem Fließen bei Oberflächenfilmen als Funktion der Belastung und der Temperatur ist;
Abbildung 9 eine graphische Darstellung der Oberflächenenergie (Härte) als Funktion der Temperatur für Oberflächenfilme ist;
Abbildung 10 eine graphische Darstellung des Reibungskoeffizienten für Brikettgraphit als Funktion der Zeit ist;
Abbildung 11 eine graphische Darstellung des Reibungskoeffizienten und ebenso des Verschleißes als Funktion der Zeit für ein Graphit und Bornitrid umfassendes Beschichtungssystem ist, bei 260ºC (500ºF) getestet;
Abbildung 12 ein Blockdiagramm ist, das schematisch die Schritte wiedergibt, die im Verfahren zur Herstellung der beschichteten Bestandteile nach dieser Erfindung enthalten sind;
Abbildung 13 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Abschnittes eines Einsatzes ist, der zum Einbau in einer Zylinderblockbohrung ausgerichtet ist und der für diese Erfindung relevanten Beschichtungen trägt;
Abbildung 14 eine schematische Darstellung der mechanischen Prinzipien ist, die bei der Hin- und Herbewegung eines Kolbens innerhalb einer Zylinderbohrung zum Tragen kommen, wobei der Hub der Kolbenringe gezeigt wird, die eine Belastung auf das Beschichtungssystem der Zylinderbohrung ausüben;
Abbildung 15 im Querschnitt eine Ansicht der Beschichtungsapparatur zur Abscheidung einer Beschichtung auf der Grundlage eines Metallplasmas auf einer Zylinderbohrung bei hohen Temperaturen zeigt; und
Abbildung 16 eine Querschnittsansicht eines Verbrennungsmotors ist, der das Beschichtungssystem dieser Erfindung einschließt und eine beschichtete Zylinderbohrung aufweist, um die Gesamtreibung des Motors, die Vibrationen und den Kraftstoffbedarf für einen solchen Motor zu verringern.
Um eine signifikante Verringerung des Reibungskoeffizienten bei hohen Temperaturen zwischen normal ölbenetzten, metallenen Kontaktflächen bei einer gegenseitigen Kraft von mindestens 70 kPa (10 psi) zu erzielen, kann sich das Beschichtungssystem nicht allein auf Graphit oder ein anderes Schmiermittel verlassen, sondern vielmehr auf eine spezifische Kombination von Festschmierstoffen, die in einer an der Luft härtenden Metallstruktur eingeschlossen sind, die wenn sie gegen eine glatte Schnittstelle abgezogen wird, als verschleißfeste Antifriktions-Stützfläche dienen wird.
Wie in Abbildung 1 gezeigt ist, umfaßt das erfinderische System eine Schicht A aus Pulverkörnern, die an einem Substrat oder einer Wand 10 aus Metall haften, wobei jedes Korn ein Agglomerat 11 aus ölanziehenden Festschmierstoffparti kein und an der Luft härtenden, schmelzbaren Bestandteilen, die ein jedes Festschmierstoffpartikel umgeben, enthält. Die ölanziehenden Festschmierstoffpartikel sind aus der aus Graphit, Molybdändisulfid, Bornitrid, Calciumfluorid, Lithiumfluorid und eutektischen Mischungen von LiF/CaF&sub2; oder LiF/NaF bestehenden Reihe ausgewählt. Die schmelzbaren, an der Luft härtenden Bestandteile sind vorzugsweise ein Edelstahl, der aus zirka 4-24% Chrom, 6-12% Nickel sofern es verwendet wird, 4-6% Mangan sofern es verwendet wird, 0-4% Aluminium und einem Rest Eisen besteht. Die Festschmierstoffe sind bei 315-425ºC (600-800ºF) stabil und verleihen der Beschichtung Widerstandsfähigkeit gegenüber hohen Temperaturen bei der Verwendung in den Zylinderbohrungen von Verbrennungsmotoren. Die Körner haften am Substrat infolge des Schmelzvorganges, wenn die Schalen 12 der schmelzbaren Partikel durch das Heißspritzen aufgeweicht werden. Der ungeschmolzene Teil 13 der an der Luft härtenden Partikel stellt zum Teil einen Einschluß für den Kern dar, der den Festschmierstoff enthält.
Das Pulver, das als Rohstoff zur Erzeugung des Beschichtungssystems nützlich ist, umfaßt Pulverkörner 14, etwa wie in Abbildung 2 gezeigt, die Agglomerate 11 aus Festschmierstoffpartikeln 15 sind, wobei sie hier aus Bornitrid 15a, Molybdändisulfid 15b, Graphit 15c, Calciumfluorid 15d und Lithiumfluorid ise gebildet sind. Solche Festschmierstoffpartikel sind mit an der Luft härtenden Stahlpartikeln 16 dispergiert, die von einem niedrigschmelzenden Medium oder Bindemittel 17, etwa Wachs, zusammengehalten werden. Die Stahlpartikel werden aus Eisenlegierungen ausgewählt, die folgendes enthalten: (i) 8-20% Chrom und 1-4% Aluminium; (ii) 4-20% Chrom, 4-6% Mangan und 6-12% Nickel; und (iii) Edelstahl mit 15-24% Cr und 8% Nickel. Das Wachsbindemittel kann ein Wachs mit der folgenden Zusammensetzung sein: 0.5-2.0% herkömmliches Carbowax, Gummiarabikum und Polyvinylalkohol. Die Festschmierstoffpartikel besitzen eine Größe vorzugsweise im Bereich von 5-40 µ; die Stahlpartikel besitzen eine anfängliche mittlere Partikelgröße im Bereich von 20-50 µ.
Die agglomerierten Partikel bilden (im Wachsbindemittel) Körner mit einer Größe im Bereich von 40-55 p. Solche Größenbereiche für die Partikel und Körner sind bedeutend, weil sie die Herstellung eines fließfähigen Pulvers ermöglichen, das im Heißspritz-Abscheideverfahren verwendet werden kann. Wenn die Größe wesentlich unter 40 µ liegt, wird das Pulver nicht frei fließen; wenn sie wesentlich über 55 µ liegt, bilden sich Lagen aus den verschiedenen Teilchen. Die Festschmierstoffpartikel sollten vorzugsweise mit einem Anteil von 15-25% in jedem Korn anwesend sein, wobei die Stahlpartikel 74-84 Volumenprozent ausmachen und das Wachsbindemittel weniger als 4% der Körner darstellt. Jedenfalls brennt das Wachsbindemittel beim Heißspritzen ab.
Wie in Abbildung 3 gezeigt ist, können die Festschmierstoffpartikel 15 vor der Agglomerierung durch das Wachs in einer Metallschale 18 eingeschlossen werden; das Metall oder die Metallegierung der Schale wird aus der aus Nickel, Kupfer, Eisen und Kobalt bestehenden Reihe ausgewählt. Solch verkapselte Teilchen werden durch ein vorausgehendes Verfahren erzeugt, in dem die Festschmierstoffe in ein Schmelzbad des Metalls gebracht und verrührt werden und der Brei dann verrieben wird, um so die eingeschlossenen Schmierstoffpartikel 20 (Abbildung 3a) zu bilden. Gleichermaßen können die Stahlpartikel 16 in denselben Typ von Schale 18 über ein ähnliches Verfahren eingeschlossen werden, um ein Partikel 21 (siehe Abbildung 3b) zu bilden.
Andernfalls kann die Verkapselung des Metalls mittels Hydrometallurgie bereitgestellt werden, bei der Festfilmschmierstoffpartikel in einer Lösung des leicht zersetzbaren Salzes des Metalls bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck suspendiert werden und sich das Metall auf der Oberfläche der Partikel abscheidet.
Die verkapselten Partikel werden dann vom Wachs 17 unter Bildung der vorstehend beschriebenen Körner (siehe Abbildung 3) zusammengebacken. Es können andere harte Partikel 19 zusammen mit den verkapselten Partikeln eingeschlossen werden. Die wahlweise zugesetzten harten oder verkapselten Partikel begünstigen härtere Lagerflächen oder Feinschluff, der gleichmäßig über die Beschichtung verteilt ist. Das Pulver kann auch durch Sprühtrocknen hergestellt werden; dazu wird eine wäßrige Aufschlämmung sehr feiner Partikel zubereitet [die Partikel sind Festschmierstoffe und weiche Metalle (Ni, Co usw.)]. Die Aufschlämmung wird mit 0.5-1.5 Gew.% wasserlöslichem organischem Bindemittel wie Gummiarabikum und/oder Polyvinylakohol oder Carbowax vermischt. Die behandelte Aufschlämmung wird dann in einen Heißumluftofen bei etwa 150ºC (300ºF) zerstäubt.
Wie in Abbildung 4 gezeigt ist, wird die bevorzugte Beschichtung bei ihrem Einsatz eine verglaste oder polierte äußere Oberfläche 60 als Folge der anfänglichen Verwendung des Motors besitzen, und die Kanten 61 des Stahlpartikelgerüstes 62 werden als Ergebnis des Ziehschleifens sehr ähnlich wie Nadellager innerhalb der Beschichtung wirken. Die Beschichtung besitzt eine sehr nützliche Porosität 23, die Fluidöl für eine zusätzliche Schmierung zurückhält.
Die Reibung in einer ölbenetzten Umgebung wird teils von der Flüssigkeitsreibung und dem Ölfilm (also von den Schichten im Fluid, die mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bezüglich einander gleiten, was gewöhnlich hydrodynamische Reibung genannt wird) und, was wichtiger ist, von der trockenen oder Coulomb- Reibung zwischen einander berührenden festen, starren Körpern (auch Grenzreibung) abhängen. Trockene Reibung ist tangential und entgegengesetzt zur Richtung des Gleitkontakts ausgerichtet. In Abbildung 5 ist eine Veranschaulichung der mechanischen Wirkung der Reibung wiedergegeben. Das Gewicht eines Blocks (oder eine angewandte Last) übt auf die Platte C eine senkrechte Kraft N aus, die auf zahlreiche Belastungskräfte N-1 bei jedem berührenden Buckel 22 (siehe Abbildung 6) verteilt ist. Die Resultante aller tangentialen Komponenten der Reaktionskräfte F-1 bei jedem berührenden Buckel 22 ist die Gesamtreibung F. Die Buckel sind die jeder Oberfläche im mikroskopischen Maßstab eigenen Unregelmäßigkeiten oder Rauheiten. Wenn sich die berührenden Oberflächen bezüglich einander in Bewegung befinden, finden die Berührungen eher an den Spitzen der Buckel statt und die tangentialen Reaktionskräfte werden demzufolge kleiner sein. Wenn sich die Körper im Ruhezustand befinden, wird der Reibungskoeffizient größer sein. Die Reibung wird von der Verformung und den Scheren der Unregelmäßigkeiten der Oberfläche, der Härte der Berührungsflächen und der Anwesenheit von Oberflächenfilmen, wie Oxiden oder Ölen, abhängig sein. Folglich wird die tatsächliche Reibung von der idealen, perfekten Haftreibung verschieden sein und vom Verhältnis zwischen Scherund Fließspannung der einander berührenden Oberflächen abhängen. Also wird die Anwesenheit eines Filmes auf jeder berührenden Oberfläche (siehe Abbildung 7) dazu dienen, den Reibungskoeffizienten je nach den Scher- und Fließspannungen der Filme und deren relative Härte zu verändern.
Die Reibung wird auch von der Temperatur signifikant beeinflußt, weil stellenweise hohe Temperaturen die Adhäsion an den Berührungspunkten beeinflussen kann. Wie in Abbildung 8 gezeigt ist, sinkt die kritische Schlupfbelastung bei steigender Temperatur unter Freigabe von mehr Oberfläche für die Reibung und folglich Zunahme der Reibung. Wie in Abbildung 9 gezeigt ist sinkt die Härte (E), wenn sich die Temperatur dem Schmelzpunkt nähert, was Festfressen und Abrieb ergibt. Das wird in der folgenden Reibungsgleichung berücksichtigt:
f 1/(Ts-T),
worin Ts die Oberflächentemperatur und T die Innentemperatur des gleitenden Teils ist.
Der Einfluß der Temperatur auf Graphit ist besonders klar, wie dies in Abbildung 10 gezeigt ist. Der Reibungskoeffizient für Brikettgraphit steigt rasch auf über 0.4 bei 260ºC (500ºF) und auf über 0.5 bei 425ºC (800ºF) an, und bei 540ºC (1000ºF) sogar noch höher. Der Reibungskoeffizient für Graphit bei 205ºC (400ºF) oder darunter stellt sich im allgemeinen gleichmäßig bei 0.05 ein. Man vergleiche dieses mit den Eigenschaften des Reibungskoeffizienten und des Verschleißes des Beschichtungssystems, das sowohl Graphit als auch Bornitrid enthält und in Abbildung 11 dargestellt ist. Man wird feststellen, daß der Reibungskoeffizient allgemein gleichmäßig unter 0.1 bleiben wird und der Verschleiß im allgemeinen gleichmäßig bei 25 µm (0.001")/100 Stunden bei 260ºC (500ºF) (siehe Abbildung 11) liegt. Die Beschichtung für Abbildung 11 umfaßt nur Partikel aus Graphit, Bornitrid und einem wärmeausgehärteten Kunststoff.
Es müssen mindestens zwei verschiedene Festschmierstoffpartikel in den Körnern des Pulvers anwesend sein. Wenn Graphit gewählt wurde, sollte es mit einem Anteil von 20-70 Gew.% der Festschmierstoffe vertreten sein. Wie zuvor angegeben ist Graphit nur bis zu Temperaturen um 205ºC (400ºF) als Festschmierstoff wirksam, und es besitzt eine sehr schlechte Belastungskapazität, wie etwa für jene Belastung, die ein Kolbenring beim Reiben gegen das Graphit selbst erfährt. Wenn Molybdändisulfid gewählt wurde, sollte es mit einem Anteil von 20-70 Gew.% der Festschmierstoffe vertreten sein, und es ist - was sehr wichtig ist - in der Erhöhung der Belastungskapazität sowie der Temperatur geringer Reibungsstabilität der Mischung bis zu einer Temperatur von mindestens 305ºC (580ºF) sehr wirksam, zerfällt jedoch bei Temperaturen oberhalb von 305ºC (580ºF) an der Luft oder in nicht reduzierender Atmosphäre in Molybdän und Schwefel. Molybdändisulfid verringert die Reibung in der Abwesenheit von Öl oder in dessen Anwesenheit, und widersteht - sehr wichtig - Belastungen von mindestens 70 kPa (10 psi) bei solch hohen Temperaturen. Molybdändisulfid ist auch ölanziehend und für diese Erfindung sehr nützlich. Wenn Bornitrid gewählt wurde, sollte es mit einem Anteil von 5-40 Gew.% der Festschmierstoffe vertreten sein, und es erhöht die Stabilität der Mischung bis zu Temperaturen wie 700ºF und stabilisiert mitwirkend die Temperaturgrenze für geringe Reibung der Bestandteile Molybdändisulfid und Graphit. Auch Bornitrid wirkt stark ölanziehend. Calciumfluorid und Lithiumfluorid wirken ölanziehend, sind jeweils bis zu Temperaturen von 815ºC (1500ºF) und 650ºC (1200ºF) stabil und widerstehen Belastungen von mindestens 70 kPa (10 psi). Die Beschichtung A muß porös mit einem Porenvolumen 23 von etwa 2-10% sein, wie in Abbildung 4 gezeigt ist. Die Porosität ermöglicht die Retention von Fluidöl in den Poren der Beschichtung als Tränkmittel während des Betriebs des Motors. Eine solche Temperaturstabilität ist wichtig, weil die typische Wand einer Zylinderbohrung - an gewissen Bereichen davon und unter gewissen Betriebsbedingungen des Motors, wie dem Ausfall des Kühlmittels oder der Ölpumpe - Temperaturen bis zu 370ºC (700ºF) ausgesetzt ist, selbst wenn die heißeste Zone der Oberfläche der Zylinderbohrung in der Verbrennungskammer beim normalen Betrieb nur etwa 540ºF beträgt. Die optimale Mischung enthält all diese Festschmierstoffbestandteile, die vereint eine Temperaturstabilität bis zu 425ºC (800ºF), eine Belastungskapazität von mindestens 70 kPa (10 psi) und eine ausgezeichnete ölanziehende Eigenschaft bereitstellen. Der Reibungskoeffizient der Körner im abgeschiedenen Zustand wird sich bei Raumtemperatur im Bereich von 0.07-0.08 bewegen, und bei 370ºC (700ºF) bei einem so niedrigen Wert wie 0.03.

Verfahren zur Herstellung beschichteter Oberflächen

Wie in Abbildung 12 dargestellt ist, schließt das umfassende Verfahren zur Herstellung beschichteter Oberflächen, wie etwa Wände von Zylinderbohrungen, im Einklang mit dieser Erfindung folgende Reihe von Schritten ein. (a) Bilden von Körnern agglomerierter Partikel, wobei die Partikel Festschmierstoffe und an der Luft härtbare Metalle umfassen; (b) Bereitstellen einer Oberfläche eines Leichtmetalls oder einer Leichtmetallegierung, wobei das Metall aus der aus Aluminium, Magnesium, Silizium und Titan bestehenden Reihe ausgewählt wird; (c) Heißspritzen der agglomerierten Partikel auf die Oberfläche, wobei die Zylinderoberfläche die Hauptoberfläche der Bohrung eines Zylinderblocks sein kann; (d) Ziehschleifen der aufgespritzten Beschichtung auf der Oberfläche auf eine vorgegebene Dicke und Glätte, um Kanten der verschmolzenen vernetzten Metallstruktur der Beschichtung freizugeben und die Festschmierstoffe auf der geschliffenen Oberfläche zu verteilen; und (e) Aussetzen der geschliffenen Beschichtung der Reibung, um zumindest einen Teil des metallenen Inhalts der Körner der Beschichtung zu härten.
Ein solches Verfahren stellt zahlreiche neue Eigenschaften bereit, die hierin erwähnt werden sollten. (i) Das plasmagespritzte Pulver wird eine gesteuerte Porosität liefern, die die Benetzung mit dem Öl ermöglichen wird; (ii) die verkapselten Pulverkörner erzeugen Rauheiten in der Oberfläche, so daß die Kanten des Metalls der Schale nach dem Ziehschleifen einen kleineren, eingegrenzten Bereich harter, tragfähiger Unebenheiten bereitstellen, worauf die Scherbewegung zwischen Grenzschichten im geschmierten Festschmierstoff unter weiterer Verringerung der Reibung stattfinden wird (etwa wie Mikrofräsen); und (iii) das anhaftende Metallgerüst, das als Ergebnis allein des Schmelzens der Außenhaut der Schalen aus weichem Metall während des Plasmaspritzens erzeugt wird.
Wenn, wie in Abbildung 13 gezeigt, ein Einsatz 14 als zu beschichtende Oberfläche verwendet wird, besteht der Einsatz 14 vorzugsweise aus demselben Material wie die Oberfläche 15 der zugehörigen Bohrung. Jedoch kann der Einsatz ein beliebiges Metall sein, das eine höhere Festigkeit besitzt als das Metall der Wand der zugehörigen Bohrung; dies wird oft dadurch erreicht, daß man eine Legierung des für die Wand der zugehörigen Bohrung verwendeten Metalls herstellt. Beispielsweise sind C-355 oder C-356 Aluminiumlegierungen für den Einsatz fester als die Aluminiumlegierung 319, die allgemein für Motorblöcke aus Aluminium verwendet wird. Die Einsätze müssen allgemein Eigenschaften der thermischen Leitfähigkeit und der thermischen Ausdehnung besitzen, die im wesentlichen gleich jenen des Blocks sind. Vorzugsweise wird nur der Einsatz bei 18 innen beschichtet, wie nachfolgend beschrieben ist, und der Einsatz wird dann an der zugehörigen Bohrung angebracht, entweder indem er auf eine Temperatur von etwa -40ºC (-40ºF) abgekühlt und die zugehörige Bohrung bei Raumtemperatur gehalten oder die zugehörige Bohrung auf 130ºC (270ºF) erhitzt wird, während der Einsatz bei Raumtemperatur verbleibt. Jedenfalls erhält man einen Schrumpfsitz, wenn man den Einsatz mit einem solchen Temperaturunterschied in die zugehörigen Bohrung 15 plaziert. Vorzugsweise ist der Einsatz bei 17 mit einer Epoxid-Kupferflocken-Mischung (70-90% Kupferflocken) auf seiner äußeren Oberfläche 16 bedeckt, wobei das Epoxidharz jener Art ist, wie sie für die Beschichtung beschrieben wurde. Die Kupferflocken innerhalb einer solchen Epoxidbeschichtung gewährleisten nicht nur eine extrem feste Bindung zwischen dem Einsatz und der zugehörigen Bohrung aus Leichtmetall, sondern verstärken auch die Wärmeübertragung dazwischen auf mikroskopischer Ebene. Der Einsatz kann auch an Ort und Stelle eingegossen werden, wenn der Block oder die Bohrungswand gebildet wird; ein solcher Einsatz würde dann wie die Oberfläche der zugehörigen Bohrung behandelt werden. In einem solchen Fall kann der Einsatz auch aus der Zusammensetzung aus Festfilmschmiermitteln und an der Luft härtbaren Metallpulvern hergestellt werden und mittels herkömmlicher Techniken zum Formen und Sintern von Metallpulvern in die Form eines Einsatzes gebracht werden. Plasmaspritzen eines fließfähigen Pulvers wird zur Bildung einer haftenden, porösen Lage von Pulverkörnern auf der Wand oder Oberfläche der Bohrung durchgeführt, wobei das Pulver aus Partikeln von mindestens zwei Festschmierstoffen besteht, die aus der aus Graphit, Molybdändisulfid, Bornitrid, Calciumfluorid und Lithiumfluorid bestehenden Reihe ausgewählt sind. Möglicherweise (und häufig) ist das fließfähige Pulver ein Verbundstoff aus dem Festfilmschmiermittel und dem Weichmetallpulver, der durch Sprühtrocknen hergestellt wird und in dem ein brennbares, aschefreies, organisches Bindemittel (wie 1% Carbowax) und/oder 0.5% Gummiarabikum verwendet werden, um die Aufschlämmung zu erzeugen, aus der das sprühgetrocknete Pulver hergestellt wird. Die Beschichtung wird ebenso dem Reibungsverschleiß bei hoher Temperatur ausgesetzt um zumindest einen Teil des metallenen Inhalts der Körner aushärten zu lassen.
Es wird gewünscht, daß nicht nur die Pulverkörner des Festschmierstoffs in einer Schale aus weichem Metall, wie etwa Nickel verkapselt sind, sondern auch die Pulverkörner von festem, hartem Metall wie FeCrMn oder FeMn. Die äußeren Schalen dieser zwei verschiedenen Körner werden beim Plasmaspritzen schmelzen und unter Bildung einer Legierung miteinander verschmelzen um ein sogar noch härteres legiertes Metallgerüst wie FeCrNiMn oder FeNiMn zu bilden.
Es kann manchmal möglich sein, nur einen Abschnitt 25 der gesamten Oberfläche 15 der Zylinderbohrung zu beschichten. Wie in Abbildung 14 gezeigt ist, bewegt sich der Standort herkömmlicher, gleitender Kolbenringe 26 an der Bohrungswand linear entlang einer Strecke 27. Die Kontaktstelle des Kolbenrings mit der Beschichtung wird vom Kurbelarm 28 über einen Winkel hinweg bewegt, der zirka 60º der Bewegung der Kurbel darstellt. Diese Entfernung ist etwa ein Drittel der vollständigen linearen Bewegung der Kolbenringe (zwischen dem oberen Totpunkt, TDC, und dem unteren Totpunkt, BDC). Die Entfernung stellt die heiße Zone des Bohrungswand dar, wo die Schmierung veränderlich sein kann und die Bohrungswand am stärksten für Widerstand und Unregelmäßigkeiten des Kolbens anfällig ist, was die Quelle eines bedeutenden Teils der Reibungsverluste eines Motors und ebenso die Ursache von Abrieb an der Bohrungswand beim Ausfall der Naßschmierung darstellt. Der Abschnitt 25 ist vorzugsweise freigearbeitet, um die thermisch aufgespritzte Beschichtung mit einer Dicke aufzunehmen, die zumindest den Freiraum auffüllt. Anschließend wird durch das gleichzeitige Ziehschleifen sowohl des ausgefüllten Freiraums als auch der in einer Ebene damit liegenden Bohrungswand eine gleichmäßige Oberfläche für die Kolbenringe erzeugt.
Das Plasmaspritzen kann mit der Ausrüstung aus Abbildung 15 durchgeführt werden, die eine Spritzpistole 30 mit einem Paar von Innenelektroden 30a und 30b verwendet, die einen Lichtbogen erzeugen, durch den pulverförmiges Metall und Inertgas zwecks Bildung eines Plasmas geleitet werden. Das Pulver kann über eine Zuführungsleitung 31 eingeführt werden, die mit einem Schleifring 32 verbunden ist, der seinerseits mit einer die Düse 34 versorgenden Pulverleitung 33 verbunden ist. Das Plasma erhitzt das von ihm transportierte Pulver ausschließlich an den Schalen der Pulverkörner. Die Pistole ist auf einem gelenkig befestigten Arm 35 angebracht, der mit einer zusammengesetzten kreisförmig-linearen Bewegung von einem Zapfen 36 betätigt wird, der von einem exzentrischen Stellglied 37 bewegt wird, das seinerseits von einer durch Motor 39 angetriebenen Drehscheibe 38 betätigt wird. Die Düse 34 der Pistole wird von einem befestigten Drehzapfen 40 getragen so daß das Spritzmuster 41 in der Zylinderbohrung 15 sowohl im Kreis als auch gerade hoch und herunter als Folge der gelenkigen Bewegung der Pistole bewegt wird. Variationen der Plasmaspritzbeschichtung können durch Vermischen von Partikeln erhalten werden, die aus Nickel oder Kobalt bestehen und Festschmierstoffe zusammen mit harten Partikeln wie Ferrochrom oder Ferromangan einschließen. Die harten Partikel werden eine sehr harte Einlagerung erzeugen, weil die Interaktion eine Legierung mit dem Nickel in der heißen Plasmaflamme unter Bildung von intermetallischen Verbindungen erzeugt. Dies ist ein sehr wünschenswerter Zustand in Hinblick auf den verringerten Verschleiß ohne jegliche Zunahme der Reibung. In solchen Fällen wird eine nur sehr dünne Beschichtung aus Festfilmschmiermittel benötigt.
Die Dicke der Beschichtung sollte auf zirka 120-140 µ eingestellt werden, um das nachfolgende Beseitigen von etwa 100 µ durch Ziehschleifen zu erlauben. Das Ziehschleifen sollte mittels herkömmlicher Honsteine durchgeführt werden, damit die chemische Zusammensetzung der Beschichtung nicht verändert wird.
Die geeignete Wahl des Metallgehalts der Partikel im Pulvermaterial wird ein wichtiges Merkmal dieser Erfindung zulassen, nämlich das Härten an der Luft eines Teils dieses Metallbestandteils zu einem sehr harten Zustand, während der andere metallene Teil in situ in der Beschichtung selbst verbleibt. Dazu wird die Beschichtung Reibungsarbeit bei hoher Temperatur unterworfen, wie beispielsweise der Verwendung des Motors, wodurch die Verbrennungsgase und die Reibung der Kolbenringe die freiliegenden Bereiche der Beschichtung der Hitze und dem Druck preisgeben die das Härten des ausgesetzten Stahls bewirken. Es ist der Kohlenstoff im FeCr und im Festfilmschmiermittel, der ein solches Härten ermöglicht. Die Härteumwandlung kann wie folgt erklärt werden: Bei seinem Abkühlen von der Schmelze bis hin zum Erstarren wird das geschmolzene Partikel eine an der Luft härtende Stahlzusammensetzung wie austenitischen Manganstahl bilden.
Noch ein weiterer Aspekt dieser Erfindung ist das fertiggestellte Erzeugnis, das aus der hierin beschriebenen Durchführung des Verfahrens und der Nutzung der chemischen Zusammenhänge gewonnen wird. Wie in Abbildung 16 gezeigt, ist das Erzeugnis ein Motorblock mit mindestens einer antifriktionsbeschichteten Zylinderbohrung. Das Erzeugnis umfaßt: (a) Einen gegossenen Zylinderblock auf der Grundlage einer Gusseisen Aluminiumlegierung mit mindestens einer Zylinderbohrungswand; (b) eine harte, lasttragende Fläche auf der Wand; und (c) eine an dieser Fläche haftende Mischung, wobei diese Mischung ölanziehende Partikel aus Festfilmschmiermittel und verschmolzene, luftgehärtete Stahlpartikel umfaßt, und die Mischung Belastungen von mindestens 70 kPa (10 psi) bei Temperaturen von 315-425ºC (600-800ºF) widersteht, wobei sie bei solchen Temperaturen stabil ist, und wobei die Mischung mindestens zwei aus der aus Graphit, Molybdändisulfid, Bornitrid, Calciumfluorid, Natriumfluorid und Lithiumfluorid bestehenden Reihe ausgewählte Elemente aufweist.
Ein solches Erzeugnis ist durch eine Verringerung der Motorreibung gekennzeichnet, die von einer Verringerung der Reibung des Kolbensystems um mindestens 25% herrührt, weil es möglich ist, den Motor beinahe ohne Spiel zwischen dem Kolben und der Zylinderbohrung zu betreiben, und weil die mechanische Grenzreibung verringert wird. Ferner stellt ein solches Erzeugnis dank angepaßter Entwürfe von Kolbenringen, die in parallel eingereichten Patentanmeldungen offenbart sind und das Volumen der Oberkante verringern, eine Abnahme der Kohlenwasserstoffemissionen um mindestens 25% bereit. Die durchblasenden Gase im Motor (Verbrennungsgase, die die Kolbenringe passieren) werden ebenfalls um 25% herabgesetzt, dank dem eben erwähnten fast nicht existenten Spiel in Verbindung mit dem Entwurf der Kolbenringe. Außerdem kann die Temperatur des Kühlmittels, daß für die Aufrechterhaltung der geeigneten Temperatur des Motors verwendet wird, um 11ºC (20ºF) gesenkt werden, weil mit einer solchen Veränderung ein Öl mit bedeutend niedrigerer Viskosität verwendet werden kann. Die Öltemperatur kann um mindestens 28ºC (50ºF) in Hinblick auf das Ausbleiben von Teerrückständen auf den Oberflächen der Verbrennungskammern gesenkt werden, und das Verdichtungsverhältnis des Motors kann um mindestens eine Einheit mit der einhergehenden Verbesserung der Kraftstoffausnutzung und der Leistung angehoben werden.
Ein anderer bedeutender Gesichtspunkt des beschichteten Blocks im Einklang mit dieser Erfindung ist dessen Fähigkeit gegenüber der Bildung von Ameisensäure bei der Verwendung von methanolhaltigen, gestreckten Kraftstoffen resistent zu sein. Die Oberflächen eines Motors würden sich normalerweise nach 32000 km (20000 Meilen) oder mehr als Ergebnis der Bildung von Ameisensäure unter gewissen Motorzuständen mit solchen gestreckten Treibstoffen an Qualität einbüßen. Mit der Verwendung beschichteter Bohrungswände wie hierin beschrieben wird eine solche Anfälligkeit gegen Korrosion durch Ameisensäure beseitigt. Überdies wird dem beschichteten Erzeugnis eine noch exakter runde Form innerhalb der Zylinderbohrung verliehen wenn die herkömmlichen Ringe darauf gleiten, was zur Verringerung des Durchblasens wie vorstehend erwähnt beiträgt.
Der beschichtete Block spielt im Gesamtbetrieb eine wichtige Rolle hinsichtlich des Leistungsgrads des Motors. Wie in Abbildung 16 gezeigt ist, besitzt der Block einen inneren Kühlmantel 45 an seinen Seiten, und er nimmt einen Aufsatz 46 auf, der Einlaß- und Auslaßöffnungen 47, 48 besitzt, die von Einlaß- und Auslaßventilen 49, 50 geöffnet und verschlossen werden, die von einem von Nockenwellen 52 betätigten Ventilzug 51 gesteuert werden. Die brennbaren Gase werden durch die zentral in der Verbrennungskammer 54 angeordnete Funkenzündung 53 entzündet, um den Kolben 55 zu bewegen, der seinerseits eine Zugstange 56 zur Bewegung einer Kurbelwelle 57, die in einem Kurbelwellengehäuse 58 rotiert, betätigt. Öl wird aus dem Kurbelwellengehäuse 58 gesogen und im Inneren des Blocks verspritzt, um den Kolben 55 bei seiner Hin- und Herbewegung darin zu schmieren und zu benetzen. Das Kühlfluid zirkuliert um die Wand der Zylinderbohrung, um ihr Wärme zu entziehen, was den Wirkungsgrad des Motors über die Verringerung der Wärmezufuhr in das Luft-Kraftstoffgemisch beim Ansaughub beeinflußt und somit sowohl den volumetrischen Wirkungsgrad als auch die Leistung und die Kraftstoffausnutzung verbessert.

Claims

1. Ein Beschichtungssystem aus Festschmierstoffen, das ein ölgeschmiertes Substrat (10) aus Leichtmetall oder Leichtmetallegierung umfaßt, das Gleitverschleiß bei hohen Temperaturen ausgesetzt ist und eine poröse Beschichtung besitzt, die eine Schicht (A) aus Körnern von agglomerierten Partikeln aus Festschmierstoff (15) und verschmolzenen Metallpartikeln (16) umfaßt, wobei diese Körner thermisch an diesem Substrat zum Haften gebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß diese Körner

i) aus mindestens zwei verschiedenen ölanziehenden Festschmierstoffen, die aus der aus Graphit, Molybdändisulfid, Bornitrid, Calciumfluorid, Natriumfluorid und Lithiumfluorid bestehenden Reihe ausgewählt sind, und

ii) aus gehärteten Partikeln eines an der Luft härtbaren Metalls bestehen, die als vernetzte Struktur (62) zusammengeschweißt sind und exponierte Kanten (61) besitzen.

2. Ein Beschichtungssystem nach Anspruch 1, worin die Festschmierstoffe aus der aus Graphit, Molybdändisulfid, Bornitrid, Calciumfluorid und eutektischen Mischungen aus Lithiumfluorid mit Calciumfluorid oder Natriumfluorid bestehenden Reihe ausgewählt sind.

3. Ein Beschichtungssystem nach Anspruch 1 oder 2, in dem dieses an der Luft härtende Metall Stahl ist.

4. Ein Beschichtungssystem nach Anspruch 31 in dem diese Festschmierstoffpartikel 15-25 Volumenprozent und diese Stahlpartikel 74-85 Volumenprozent dieser Körner darstellen.

5. Ein Beschichtungssystem nach Anspruch 3 oder 4, in dem dieser Stahl Edelstahl ist, der 15-24% Chrom und etwa 8% Nickel und als Rest Eisen enthält.

6. Ein Beschichtungssystem nach Anspruch 3 oder 4, in dem dieser Stahl Edelstahl ist, der 8-20% Chrom, 2-8% Mangan und 8-16% Nickel enthält.

7. Ein Beschichtungssystem nach Anspruch 3 oder 4, in dem dieser Stahl eine Stahllegierung ist, die 4-8% Mangan, 4-20% Chrom, 2-4% Nickel und 0,1-0,4% Kohlenstoff enthält.

8. Ein Beschichtungssystem nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Substrat eine Wand (15; 18) einer Zylinderbohrung oder eines Zylindereinsatzes eines Verbrennungsmotors ist.

9. Ein Verfahren zur Herstellung eines Beschichtungssystems aus Festschmierstoffen nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, das folgende Schritte umfaßt:

a) Bildung von Körnern agglomerierter Partikel aus

i) mindestens zwei verschiedenen ölanziehenden Festschmierstoffen, die aus der aus Graphit, Molybdändisulfid, Bornitrid, Calciumfluorid, Natriumfluorid und Lithiumfluorid bestehenden Reihe ausgewählt sind, und

ii) einem schmelzbaren, an der Luft härtbaren Metall,

wobei die Partikel in den Agglomeraten von einem niedrigschmelzenden, thermisch entfernbaren Medium zusammengehalten werden,

b) Heißspritzen der Körner auf ein Substrat aus Leichtmetall oder Leichtmetallegierung in einem Dickenbereich von 100-250 µ, um das Medium im wesentlichen zu beseitigen und benachbarte Partikel miteinander zu verschmelzen, um eine poröse, anhaftende, vernetzte Struktur aus an der Luft härtbarem Metall um diese Festschmierstoffpartikel herum zu bilden,

c) Beseitigung eines Teiles der verschmolzenen Partikel, um Kanten dieser verschmolzenen Partikel freizugeben, und

d) Aussetzen der freigelegten Kanten dem Härten an der Luft.

10. Ein Verfahren nach Anspruch 9, in dem das niedrigschmelzende Medium ein Wachs oder ein thermisch entfernbares thermoplastisches Polymer ist.

11. Ein Verfahren nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, in dem das Heißspritzen mittels Plasmaspritzen durchgeführt wird, um eine Beschichtung mit einer Porosität von 2-10% abzuscheiden.

12. Ein Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 9 bis 11, in dem die Festschmierstoffpartikel und/oder die Partikel aus schmelzbarem Metall in den Körnern mit Nickel, Kobalt oder Kupfer verkapselt sind, und die an der Luft härtbare Legierung aus dem Verschmelzen der Partikel beim Heißspritzen resultiert.

13. Ein Verfahren nach Anspruch 12, in dem die Körner ebenso harte Partikel einschließen und auch die harten Partikel verkapselt sind.

14. Ein Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 9 bis 13, in dem diese Körner eine Partikelgröße im Bereich von 15-20 µ besitzen.

15. Ein Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 9 bis 14, in dem Schritt (c) durch Ziehschleifen durchgeführt wird.