EP0896073A1 - Coating for cylinder friction surface part of a piston engine - Google Patents
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- C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
- C23C4/134—Plasma spraying
Definitions
- the invention relates to a coating on a cylinder running surface a reciprocating piston machine based on iron, aluminum or magnesium with a hypereutectic aluminum / silicon alloy and / or an aluminum-silicon composite material as well a method of making this coating, like both is used in industry.
- the inside of the liner is roughly turned, honed and exposed.
- This solution is with constructive, manufacturing and not least economic Disadvantages such as limited adhesion of the AlSi10 melt to the Bushing surface, complex handling and high price combined.
- the bushing wall thickness affects the minimum Cylinder spacing.
- the web width should, especially at future small size engines should be as small as possible because it determines the minimum outer dimensions of the engine.
- Thermal spraying offers other wear-resistant options Coatings on the cylinder wall of the crankcase to apply.
- the basic principle of thermal Spraying is that a meltable or partially meltable Material in a high speed hot gas jet small droplets melted and towards the coated surface is accelerated (DIN 32530). When bouncing the spray droplets solidify on the relatively cold one Metal surface and form layer by layer Layer.
- Advantage of this coating technology over the Electrodeposition, chemical or physical vapor deposition is the high order rate that allow one Coating the cylinder bore economically in a few minutes.
- the methods of thermal spraying differ according to the type of production and the properties of the high-speed hot gas jet.
- the object of the invention is to provide a coating for cylinder running surfaces to develop the coating in high quality can be manufactured easily and cheaply. Furthermore it is an object of the invention to provide methods with which appropriate coatings can be applied.
- the invention allows after the actual die casting process the cylinder tread of a die-cast engine block, the preferably based on iron or light metals - especially aluminum and magnesium - based on a thermal Spraying process directly with a wear-resistant coating are coated from aluminum and silicon, which makes the previously usual and complex liner solution is replaced.
- a Another advantage is that the thickness of the actual, tribological Running layer on the tribologically non-executable, but well castable and machinable crankcase considerably is reduced. At 0.1 to 0.2 mm it is less than 1/10 of the usual can wall thickness and therefore offers the Possibility to build much more compact motors.
- the coating according to the invention without changing the manufacturing facilities installed today to integrate into the series, making the costly Manufacturing and handling of the cylinder liners are eliminated and significant amounts of material can be saved. Therefore must apply the coating at high application rates take place in particularly short cycle times.
- the coating can also fit the shape very precisely Cylinder barrel wall of the crankcase applied and a fine surface quality can be set, making complex Post-processing steps such as pre-turning and fine turning are no longer necessary and thus significantly reduce manufacturing costs.
- the use of special aluminum / silicon wettable powders for the production of the coating in the atmospheric, thermal spray process creates a heterogeneous layer structure of aluminum mixed crystal, silicon precipitates or particles, intermetallic phases such as Al 2 Cu and Mg 2 during the layer-like layer formation Si and extremely finely divided oxides, the formation and distribution of the oxides being due exclusively to the non-equilibrium properties of the atmospheric, thermal spray processes. Due to the finely distributed oxides, the coating has exceptionally good wear resistance.
- Figure 1 is a micrograph of the spherical spray particles made of alloy A, from which the aluminum mixed crystal structure and the Si primary separations clearly are evident.
- FIG 2 is a scanning electron microscope image plasma-sprayed layer depicted with the wettable powder alloy A was produced. The cut was etched to attack the aluminum mixed crystal and thus the structure to clarify.
- the structure consists of primary aluminum mixed crystal dendrites, where the dendrite arms of eutectic silicon are enveloped. The size of the dendrite arms fluctuates a lot, so that they can only be partially dissolved.
- the fluctuations in the subtlety of the structure at hand comes from the fluctuations in temperature and speed of individual Melt drops and on the other hand from the different nucleation in the solidification of various melting drops.
- a Such a fine structure characterizes thermally sprayed layers towards the microstructures that are over powder metallic Routes are obtained and is for good wear resistance of those layers responsible.
- the agglomerated Composite powders consist of fine silicon particles and fine, metallic particles of an aluminum-silicon alloy, the one another on the basis of inorganic or organic Binders are bound, the proportion of silicon particles 5 to 50% and the proportion of alloy particles 50 is up to 95%.
- the silicon particles have a medium one Grain size of 0.1 to 10.0 microns, preferably about 5 microns.
- the metallic Particles have an average particle size of 0.1 up to 50.0 ⁇ m, preferably about 5 ⁇ m and alternatively consist of both usable hypoeutectic alloys C or D, or from both alternative hypereutical alloys that can be used E or F.
- hypereutectic Alloy particles are the proportion of aluminum mixed crystal maintained in the layer structure during the formation of the aluminum mixed crystal in the layer structure through the use of hypoeutectic Aluminum / silicon particles is suppressed.
- the coating of a cylinder running surface or -drilling assumes that the casting of the light metal block is on the usual way in the die casting process, but without the cylinder liners inserted into the mold.
- the inside of the Cylinder barrel bore of the crankcase is then done in one operation roughly turned to the required shape and position tolerances to ensure.
- the aluminum silicon Layer applied.
- the coating process can either be done in the form that in the hole a suitable, commercially available one around the central axis of the cylinder bore rotating internal burner introduced and is moved axially, or a non-rotating burner in the cylinder bore of the rotating crankcase introduced and is guided along the central axis of the cylinder bore the layer at almost a right angle to the cylinder barrel wall spray on.
- the latter is procedurally simpler and safer because the supply of the necessary media such as electrical Energy, cooling water, primary and secondary gas and Spray powder from a rotating aggregate is problematic.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Beschichtung einer Zylinderlauffläche einer Hubkolbenmaschine auf Eisen-, Aluminium- oder Magnesium-Basis mit einer übereutektischen Aluminium/Silizium Legierung und/oder einem Aluminium-Silizium-Verbundwerkstoff sowie ein Verfahren zur Herstellung dieser Beschichtung, wie beides in der Industrie verwendet wird.The invention relates to a coating on a cylinder running surface a reciprocating piston machine based on iron, aluminum or magnesium with a hypereutectic aluminum / silicon alloy and / or an aluminum-silicon composite material as well a method of making this coating, like both is used in industry.
Im Automobilbau werden zur Zeit nach und nach die meisten der heute noch dominierenden Graugußkurbelgehäuse von Hubkolbenmaschinen - ihr Anteil lag 1994 in Deutschland noch bei beherrschenden 96%, europaweit bei 82%- durch solche aus Leichtmetallen verdrängt, um das Kraftfahrzeuggesamtgewicht zu verringern und damit die Kraftstoffausnützung zu verbessern. Zur Herstellung von Kurbelgehäusen aus Leichtmetall wird sich aus wirtschaftlichen und technischen Gründen zunächst das Druckgießen von niedrig legiertem Aluminium wie AlSi10 qualifizieren. Solche Legierungen zeigen im Gegensatz zum im Motorenbau etablierten aber erheblich aufwendigeren atmosphärischen Guß von übereutektischen Aluminium-Silizium-Legierungen wie Alusil™ (AlSi17) ein unbefriedigendes Reibungs- und Verschleißverhalten im Kontakt mit Aluminium-Kolben und Kolbenringen und sind daher als Reibpartner ungeeignet.In the automotive industry, most of the gray cast iron crankcase of reciprocating piston engines, which still dominates today - In 1994 their share in Germany was still dominant 96%, across Europe at 82% - through those made of light metals displaced to reduce the total vehicle weight and thereby improve fuel economy. For the production of crankcases made of light metal is going to be economical and for technical reasons, die casting first of low-alloy aluminum such as AlSi10. Such Alloys show in contrast to the established in engine construction but considerably more complex atmospheric cast from hypereutectic Aluminum-silicon alloys such as Alusil ™ (AlSi17) unsatisfactory friction and wear behavior in contact with aluminum pistons and piston rings and are therefore unsuitable as a friction partner.
Daher kann für künftige Motoren auf das Eingießen von tribologisch geeigneten Buchsen aus Grauguß oder übereutektischem Aluminium-Silizium nicht verzichtet werden. Zur Herstellung dieser Buchsen werden z. B. nach DE 43 28 619 C2 oder DE 44 38 550 A1 Rohlinge im bekannten Ospray-Verfahren hergestellt und nachträglich mechanisch kompaktiert. Ein leicht abweichender Weg stellt EP 0 411 577 B1 dar, wonach eine übereutektischen Legierung im geschmolzenen Zustand aus einer ersten Düse und zugleich feste Siliziumteilchen aus einer weiteren Düse auf eine Trägervorrichtung versprüht werden und dort zu einem Block erstarren. Die halbfertige Buchse wird vor dem Gießen erst in die Gießform eingelegt und dann mit flüssigem Aluminium umgossen. Die typische Windstärke solcher Büchsen liegt bei 2 bis 3 mm. Anschließend wird das Innere der Laufbüchse grob- und feingedreht, gehont und freigelegt. Diese Lösung ist mit konstruktiven, fertigungstechnischen und nicht zuletzt wirtschaftlichen Nachteilen wie begrenzte Haftung der AlSi10-Schmelze an der Buchsenoberfläche, aufwendige Handhabung und hoher Preis verbunden. Darüberhinaus beeinflußt die Buchsenwandstärke den minimalen Zylinderabstand. Die Stegbreite soll, insbesondere bei zukünftigen Motoren kleiner Bauart, so gering wie möglich sein, weil sie die Mindestaußenabmessungen des Motors mitbestimmt.Therefore, for future engines, the pouring of tribological suitable sockets made of gray cast iron or hypereutectic aluminum-silicon not be waived. To make this Bushings are z. B. according to DE 43 28 619 C2 or DE 44 38 550 A1 Blanks produced in the well-known ospray process and subsequently mechanically compacted. A slightly different way EP 0 411 577 B1 represents a hypereutectic alloy in the molten state from a first nozzle and at the same time solid silicon particles from another nozzle onto a Carrier device are sprayed and solidify there to a block. The semi-finished socket is only in the before casting Mold inserted and then cast with liquid aluminum. The typical wind strength of such bushes is 2 to 3 mm. Then the inside of the liner is roughly turned, honed and exposed. This solution is with constructive, manufacturing and not least economic Disadvantages such as limited adhesion of the AlSi10 melt to the Bushing surface, complex handling and high price combined. In addition, the bushing wall thickness affects the minimum Cylinder spacing. The web width should, especially at future small size engines should be as small as possible because it determines the minimum outer dimensions of the engine.
Das thermische Spritzen bietet weitere Möglichkeiten, verschleißfeste Beschichtungen auf die Zylinderlaufwand der Kurbelgehäusen aufzubringen. Das Grundprinzip des thermischen Spritzens besteht darin, daß ein schmelzbarer bzw. teilschmelzbarer Werkstoff in einem Hochgeschwindigkeit-Heißgasstrahl zu kleinen Spritztröpfchen aufgeschmolzen und in Richtung der zu beschichtetende Fläche beschleunigt wird (DIN 32530). Beim Aufprallen erstarren die Spritztröpfchen auf der relativ kalt gebliebenen Metalloberfläche und bilden Lage für Lage eine Schicht. Vorteil dieser Beschichtungstechnik gegenüber der Elektroabscheidung, chemischen oder physikalischen Gasphasenabscheidung ist die hohe Auftragsrate, die es ermöglichen, eine Zylinderbohrung in wenigen Minuten wirtschaftlich zu beschichten. Die Verfahren des thermischen Spritzens unterscheiden sich nach der Erzeugungsart und den Eigenschaften des Hochgeschwindigheits-Heißgasstrahles.Thermal spraying offers other wear-resistant options Coatings on the cylinder wall of the crankcase to apply. The basic principle of thermal Spraying is that a meltable or partially meltable Material in a high speed hot gas jet small droplets melted and towards the coated surface is accelerated (DIN 32530). When bouncing the spray droplets solidify on the relatively cold one Metal surface and form layer by layer Layer. Advantage of this coating technology over the Electrodeposition, chemical or physical vapor deposition is the high order rate that allow one Coating the cylinder bore economically in a few minutes. The methods of thermal spraying differ according to the type of production and the properties of the high-speed hot gas jet.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Beschichtung für Zylinderlaufflächen zu entwickeln, die Beschichtung in hoher Qualität einfach und billig hergestellt werden kann. Des weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, Verfahren anzugeben, mit denen entsprechende Beschichtungen aufgetragen werden können.The object of the invention is to provide a coating for cylinder running surfaces to develop the coating in high quality can be manufactured easily and cheaply. Furthermore it is an object of the invention to provide methods with which appropriate coatings can be applied.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich der Beschichtung mit Merkmalen der Patentansprüche 1, 2 bzw. 3 und bzgl. des Verfahrens mit den Verfahrensschritten der Ansprüche 4, 5 bzw. 6 gelöst.The object is achieved according to the coating with features of claims 1, 2 and 3 and Method with the method steps of claims 4, 5 or 6 solved.
Durch die Erfindung kann nach dem eigentlichen Druckgußvorgang die Zylinderlauffläche eines druckgegossenen Motorblocks, der vorzugsweise auf der Basis von Eisen, oder Leichtmetallen - insbesondere Aluminium und Magnesium - anhand eines thermischen Spritzverfahrens direkt mit einer verschleißfesten Beschichtung aus Aluminium und Silizium beschichtet werden, wodurch die bislang übliche und aufwendige Laufbuchsenlösung ersetzt ist. Ein weiterer Vorteil ist, daß die Dicke der eigentlichen, tribologischen Laufschicht auf dem tribologisch nicht lauffähigen, aber gut zu gießenden und zu bearbeitenden Kurbelgehäuse erheblich reduziert wird. Sie beträgt mit 0,1 bis 0,2 mm weniger als 1/10 der heute üblichen Büchsenwandstärke und bietet daher die Möglichkeit, deutlich kompaktere Motoren zu bauen.The invention allows after the actual die casting process the cylinder tread of a die-cast engine block, the preferably based on iron or light metals - especially aluminum and magnesium - based on a thermal Spraying process directly with a wear-resistant coating are coated from aluminum and silicon, which makes the previously usual and complex liner solution is replaced. A Another advantage is that the thickness of the actual, tribological Running layer on the tribologically non-executable, but well castable and machinable crankcase considerably is reduced. At 0.1 to 0.2 mm it is less than 1/10 of the usual can wall thickness and therefore offers the Possibility to build much more compact motors.
Zur Herstellung der verschleißfesten Aluminium-Silizium-Beschichtung wird insbesondere das Plasmaspritzen verwendet, denn mit diesem Nichtgleichgewichtsverfahren lassen sich auch Gefügestrukturen bilden, die sonst metallurgisch nicht darstellbar sind. Wegen der hohen Energiedichte und der großen Parametervielzahl des Verfahrens können z. B. nahezu definiert Oxide in dem Schichtgefüge der Beschichtung gebildet werden, die einen wesentlichen Beitrag zur Verschleißbeständigkeit der Beschichtung beitragen. Durch die Verwendung von agglomerierten Spritzpulvern lassen sich zudem beliebige Fremdmaterialien der Beschichtung beifügen, auch solche mit sich deutlich von der Aluminium-Legierung unterscheidenden Schmelzpunkten wie Hartmetall- oder Keramikpartikel aber auch Trockenschmierstoffe. To produce the wear-resistant aluminum-silicon coating in particular, plasma spraying is used, because with this non-equilibrium process you can also Form structure structures that would otherwise not be metallurgically feasible are. Because of the high energy density and the large number of parameters the method can, for. B. almost defined Oxides are formed in the layer structure of the coating, which make a significant contribution to the wear resistance of the Contribute to the coating. By using agglomerated Spray powders can also be made from any foreign materials Add coating, even those with a clear difference Aluminum alloy distinguishing melting points such as hard metal or ceramic particles, but also dry lubricants.
Von besonderem Vorteil ist auch, daß die erfindungsgemäßen Beschichtung ohne Veränderung der heute installierten Fertigungseinrichtungen in die Serie zu integrieren, wodurch die kostenspielige Fertigung und Handhabung der Zylinderlaufbuchsen entfallen und erhebliche Mengen an Material eingespart werden. Dafür muß die Auftragung der Beschichtung bei hohen Auftragsraten in besonders kurzen Taktzeiten erfolgen.It is also particularly advantageous that the coating according to the invention without changing the manufacturing facilities installed today to integrate into the series, making the costly Manufacturing and handling of the cylinder liners are eliminated and significant amounts of material can be saved. Therefore must apply the coating at high application rates take place in particularly short cycle times.
Des weiteren kann die Beschichtung auch sehr formgenau auf die Zylinderlaufwand des Kurbelgehäuses aufgebracht und dabei eine feine Oberflächengüte eingestellt werden, wodurch aufwendige Nachbearbeitungsschritte wie Vordrehen und auch Feindrehen entfallen und somit die Fertigungskosten deutlich zu reduzieren.Furthermore, the coating can also fit the shape very precisely Cylinder barrel wall of the crankcase applied and a fine surface quality can be set, making complex Post-processing steps such as pre-turning and fine turning are no longer necessary and thus significantly reduce manufacturing costs.
Durch die Verwendung von speziellen Aluminium/Silizium-Spritzpulvern für die Herstellung der Beschichtung im atmosphärischen, thermischen Spritzverfahren entsteht während der lagenartigen Schichtbildung ein heterogene Schichtgefüge aus Aluminium-Mischkristall, Silizium-Ausscheidungen bzw. -Partikeln, intermetallischen Phasen wie Al2Cu und Mg2Si und extrem fein verteilten Oxiden, wobei die Bildung und die Verteilung der Oxide ausschließlich auf die Nichtgleichgewichtseigenschaften der atmosphärischen, thermischen Spritzverfahren zurückzuführen ist. Durch die fein verteilten Oxide weißt die Beschichtung außergewöhnlich gute Verschleißfestigkeit auf.The use of special aluminum / silicon wettable powders for the production of the coating in the atmospheric, thermal spray process creates a heterogeneous layer structure of aluminum mixed crystal, silicon precipitates or particles, intermetallic phases such as Al 2 Cu and Mg 2 during the layer-like layer formation Si and extremely finely divided oxides, the formation and distribution of the oxides being due exclusively to the non-equilibrium properties of the atmospheric, thermal spray processes. Due to the finely distributed oxides, the coating has exceptionally good wear resistance.
Zur Herstellung der verschleißbeständigen Aluminium/Silizium-Bechichtung durch atmosphärisches thermisches Spritzen wird aufgrund der guten Aufschmelzung der Spritzpartikel, deren guter Haftung auf dem Substrat und der mäßigen Wärmeübertragung ins Bauteil das atmosphärische Plasmaspritzen bevorzugt.For the production of wear-resistant aluminum / silicon coating by atmospheric thermal spraying due to the good melting of the spray particles, their good Adhesion to the substrate and moderate heat transfer preferred atmospheric plasma spraying into the component.
Besondere Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar. Im übrigen wird die Erfindung anhand von Beispielen und in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen nähers erläutert. Dabei zeigt
- Fig. 1
- ein Schliffaufnahme der sphärischen Spritzpartikel aus der Legierung A und
- Fig. 2
- Rasterelektronenmikroskopaufnahme einer plasmagespritzten Schicht
- Fig. 1
- a micrograph of the spherical spray particles made of alloy A and
- Fig. 2
- Scanning electron micrograph of a plasma-sprayed layer
Um die in den Figuren 1 und 2 dargestellten Schichten herzustellen, wurden Spritzpulver aus Aluminium/Silizium-Legierungen bzw. Aluminium/Silizium-Verbundwerkstoffen entwickelt. Neben der Optimierung der Zusammensetzung wurde bei den Spritzpulvern Wert auf die Form der einzelnen Spritzpulverpartikel, die Pulverkornverteilung und das Fließverhalten der Spritzpulver gelegt. Als Spritzpulver wurden beispielhaft zwei Aluminium/Silizium-Legierungssyteme gewählt, wobei eine Legierung A (siehe Figur 1) für das Zusammenwirken mit insbesondere Eisenbeschichteten Kolben und eine Legierung B (siehe Figur 2) vorzugsweise für unbeschichtete Kolben eingesetzt wird.In order to produce the layers shown in FIGS. 1 and 2, were spray powder from aluminum / silicon alloys or aluminum / silicon composite materials. Next Optimization of the composition was made with the wettable powders Value on the shape of the individual wettable powder particles, the powder particle size distribution and the flow behavior of the wettable powders. Two aluminum / silicon alloy systems were exemplified as wettable powders selected, an alloy A (see Figure 1) for interaction with in particular iron-coated Pistons and an alloy B (see Figure 2) preferably is used for uncoated pistons.
Beispiele für Legierungen werden in den nachfolgenden Beispielen angegeben, wobei die Zahlenangaben den Gehalt in Gewichtsprozent bedeuten:Examples of alloys are given in the examples below indicated, the figures the content in percent by weight mean:
Die Legierung A ist wie folgt zusammengesetzt: Die vier Legierungen
C, D, E, und F sind folgendermaßen zusammengesetzt, wobei
die Zahlenangaben den Gehalt in Gewichtsprozent bedeuten:
Die Legierung B unterscheidet sich von Legierung A durch einen
etwas höheren Gehalt an Eisen und Nickel, die etwas höher sind:
Legierung C:
Legierung D:
Legierung E:
Legierung F:
In Figur 1 ist eine Schliffaufnahme der sphärischen Spritzpartikel aus der Legierung A dargestellt, aus der die Aluminium-Mischkristallstruktur und die Si-Primärauscheidungen deutlich ersichtlich sind.In Figure 1 is a micrograph of the spherical spray particles made of alloy A, from which the aluminum mixed crystal structure and the Si primary separations clearly are evident.
In Figur 2 ist eine Rasterelektronenmikroskopaufnahme einer plasmagespritzten Schicht abgebildet, die mit dem Spritzpulver der Legierung A hergestellt wurde. Der Schliff wurde geätzt, um den Aluminium-Mischkristall anzugreifen und somit die Gefügestruktur zu verdeutlichen. Neben den Silizium-Primärausscheidungen besteht das Gefüge aus primären Aluminiummischkristalldendriten, bei denen die Dendritenarme von eutektischem Silizium umhüllt sind. Die Größe der Dendritenarme schwankt sehr, so daß sie nur bedingt aufgelöst werden können. Die Schwankungen in der Feinheit des vorliegenden Gefüges kommt zum einen von den Schwankungen in Temperatur und Geschwindigkeit einzelner Schmelztropfen und zum anderen von der unterschiedlichen Keimbildung bei der Erstarrung verschiedener Schmelztropfen. Ein solch feines Gefüge kennzeichnet thermisch gespritzten Schichten gegenüber den Gefügestrukturen, die über pulvermetallischen Routen erlangt werden und ist für die gute Verschleißbeständigkeit dieser Schichten verantwortlich.In Figure 2 is a scanning electron microscope image plasma-sprayed layer depicted with the wettable powder alloy A was produced. The cut was etched to attack the aluminum mixed crystal and thus the structure to clarify. In addition to the silicon primary excretions the structure consists of primary aluminum mixed crystal dendrites, where the dendrite arms of eutectic silicon are enveloped. The size of the dendrite arms fluctuates a lot, so that they can only be partially dissolved. The fluctuations in the subtlety of the structure at hand comes from the fluctuations in temperature and speed of individual Melt drops and on the other hand from the different nucleation in the solidification of various melting drops. A Such a fine structure characterizes thermally sprayed layers towards the microstructures that are over powder metallic Routes are obtained and is for good wear resistance of those layers responsible.
Um den Anteil an groben Si-Partikeln in der Schicht zu erhöhen, wurden Aluminium/Silizium-Verbundpulver entwickelt. Die agglomerierten Verbundpulver bestehen aus feinen Silizium-Partikeln und feinen, metallischen Partikeln einer Aluminium-Silizium-Legierung, die miteinander anhand von anorganischen oder organischen Bindern gebunden sind, wobei der Anteil an Silizium-Partikeln 5 bis 50% und der Anteil an Legierungspartikeln 50 bis 95% beträgt. Die Silizium-Partikel haben eine mittlere Korngröße von 0,1 bis 10,0 µm, vorzugsweise etwa 5µm. Die metallischen Partikel haben eine mittlere Partikelgröße von 0,1 bis 50,0 µm, vorzugsweise etwa 5µm und bestehen aus beiden alternativ einsetztbaren untereutektischen Legierungen C oder D, oder aus beiden alternativ einsetztbaren übereutekiischen Legierungen E oder F. Durch die Verwendung von übereutektischen Legierungspartikeln wird der Anteil an Aluminium-Mischkristall im Schichtgefüge beibehalten, während die Bildung des Aluminium-Mischkristalls im Schichtgefüge durch die Verwendung von untereutektischen Aluminium/Silizium-Partikeln unterdrückt wird.To increase the proportion of coarse Si particles in the layer, aluminum / silicon composite powder was developed. The agglomerated Composite powders consist of fine silicon particles and fine, metallic particles of an aluminum-silicon alloy, the one another on the basis of inorganic or organic Binders are bound, the proportion of silicon particles 5 to 50% and the proportion of alloy particles 50 is up to 95%. The silicon particles have a medium one Grain size of 0.1 to 10.0 microns, preferably about 5 microns. The metallic Particles have an average particle size of 0.1 up to 50.0 µm, preferably about 5 µm and alternatively consist of both usable hypoeutectic alloys C or D, or from both alternative hypereutical alloys that can be used E or F. By using hypereutectic Alloy particles are the proportion of aluminum mixed crystal maintained in the layer structure during the formation of the aluminum mixed crystal in the layer structure through the use of hypoeutectic Aluminum / silicon particles is suppressed.
Die erfindungsgemäße Beschichtung einer Zylinderlauffläche bzw. -bohrung setzt voraus, daß das Gießen des Leichmetallblocks auf die übliche Weise im Druckgußverfahren erfolgt, aber ohne die in die Gußform eingelegten Zylinderlaufbuchsen. Das Innere der Zylinderlaufbohrung des Kurbelgehäuses wird dann in einem Arbeitsgang grob vorgedreht, um die erforderlichen Form- und Lagetoleranzen zu gewährleisten. Anschließend wird die Aluminium-Silizium Schicht aufgebracht. Der Beschichtungsvorgang kann entweder in der Form durchgeführt werden, daß in die Bohrung ein geeigneter, kommerziell erhältlicher, um der Mittelachse der Zylinderbohrung rotierender Innenbrenner eingeführt und axial bewegt wird, oder ein nichtdrehender Brenner in der Zylinderbohrung des rotierenden Kurbelgehäuses eingeführt und entlang der Mittelachse der Zylinderbohrung geführt wird, um die Schicht im nahezu rechten Winkel auf die Zylinderlaufwand aufzuspritzen. Letzteres ist verfahrenstechnisch einfacher und sicherer, denn die Zuführung der notwendigen Medien wie elektrischer Energie, Kühlwasser, Primär- und Sekundärgas und Spritzpulver durch ein rotierendes Aggregat ist problematisch.The coating of a cylinder running surface or -drilling assumes that the casting of the light metal block is on the usual way in the die casting process, but without the cylinder liners inserted into the mold. The inside of the Cylinder barrel bore of the crankcase is then done in one operation roughly turned to the required shape and position tolerances to ensure. Then the aluminum silicon Layer applied. The coating process can either be done in the form that in the hole a suitable, commercially available one around the central axis of the cylinder bore rotating internal burner introduced and is moved axially, or a non-rotating burner in the cylinder bore of the rotating crankcase introduced and is guided along the central axis of the cylinder bore the layer at almost a right angle to the cylinder barrel wall spray on. The latter is procedurally simpler and safer because the supply of the necessary media such as electrical Energy, cooling water, primary and secondary gas and Spray powder from a rotating aggregate is problematic.
Claims (14)
dadurch gekennzeichnet,
daß das heterogene Schichtgefüge aus einem Aluminium-Mischkristall, Silizium-Ausscheidungen, intermetallischen Phasen wie Al2Cu und Mg2Si und Oxiden besteht, daß die mittlere Größe der Silizium-Primärausscheidungen kleiner als 10 µm ist und daß die mittlere Größe der Oxide kleiner als 5µm ist.Coating a cylinder surface of a reciprocating piston machine with a hypereutectic aluminum / silicon alloy,
characterized,
that the heterogeneous layer structure consists of an aluminum mixed crystal, silicon precipitates, intermetallic phases such as Al 2 Cu and Mg 2 Si and oxides, that the mean size of the silicon primary precipitates is less than 10 µm and that the mean size of the oxides is less than Is 5µm.
dadurch gekennzeichnet,
daß das heterogene Schichtgefüge aus einem Aluminium-Mischkristall, eingebetteten Silizium-Partikeln, intermetallischen Phasen Al2Cu und Mg2Si und Oxiden besteht, daß die mittlere Größe der Silizium-Partikel kleiner als 10 µm ist und daß die mittlere Größe der Oxide kleiner als 5µm ist.Coating of a cylinder running surface of a reciprocating piston machine with an aluminum / silicon composite material,
characterized,
that the heterogeneous layer structure consists of an aluminum mixed crystal, embedded silicon particles, intermetallic phases Al 2 Cu and Mg 2 Si and oxides, that the average size of the silicon particles is less than 10 microns and that the average size of the oxides is less than Is 5µm.
dadurch gekennzeichnet,
daß das heterogene Schichtgefüge aus einem Aluminium-Mischkristall, eingebetteten Silizium-Partikeln, Silizium-Ausscheidungen, intermetallischen Phasen Al2Cu und Mg2Si und Oxiden besteht, daß die mittlere Größe der Silizium-Primärausscheidungen und der Silizium-Partikel kleiner als 10 µm ist und daß die mittlere Größe der Oxide kleiner als 5µm ist. Coating of a cylinder running surface of a reciprocating piston machine with an aluminum / silicon composite material,
characterized,
that the heterogeneous layer structure consists of an aluminum mixed crystal, embedded silicon particles, silicon precipitates, intermetallic phases Al 2 Cu and Mg 2 Si and oxides, that the average size of the silicon primary precipitates and the silicon particles is less than 10 microns and that the average size of the oxides is less than 5 µm.
dadurch gekennzeichnet,
daß die Beschichtung mit einem thermischen, insbesondere mit einem atmosphärischen Plasmaspritzverfahren hergestellt wird, und daß durch die Einstellung der geeigneten Spritzparameter Oxide gebildet werden.A method for producing a coating according to claim 1,
characterized,
that the coating is produced using a thermal, in particular an atmospheric, plasma spraying process, and that oxides are formed by setting the suitable spraying parameters.
dadurch gekennzeichnet,
daß die Beschichtung mit einem thermischen, insbesondere mit einem atmosphärischen Plasmaspritzverfahren hergestellt wird, und daß durch die Einstellung der geeigneten Spritzparameter Oxide gebildet werden.A method for producing a coating according to claim 2,
characterized,
that the coating is produced using a thermal, in particular an atmospheric, plasma spraying process, and that oxides are formed by setting the suitable spraying parameters.
dadurch gekennzeichnet,
daß die Beschichtung mit einem thermischen, insbesondere mit einem atmosphärischen Plasmaspritzverfahren hergestellt wird, und daß durch die Einstellung der geeigneten Spritzparameter Oxide gebildet werden.A method for producing a coating according to claim 3,
characterized,
that the coating is produced using a thermal, in particular an atmospheric, plasma spraying process, and that oxides are formed by setting the suitable spraying parameters.
dadurch gekennzeichnet,
daß für eine Legierung A ein Ausgangsspritzwerkstoff gemäß der folgenden Zusammensetzung gewählt wird, wobei die Zahlenangaben den Gehalt in Gewichtsprozent bedeuten:
characterized,
that an initial injection material is selected for an alloy A according to the following composition, the numerical data indicating the content in percent by weight:
dadurch gekennzeichnet,
daß für eine Legierung B ein Ausgangsspritzwerkstoff gemäß der folgenden Zusammensetzung gewählt wird, wobei die Zahlenangaben den Gehalt in Gewichtsprozent bedeuten:
characterized,
that an initial injection material is selected for an alloy B according to the following composition, the numerical data indicating the content in percent by weight:
dadurch gekennzeichnet,
daß als Ausgangsspritzwerkstoff ein agglomeriertes Verbundpulver eingesetzt wird, der aus feinen Silizium-Partikeln und feinen, metallischen Partikeln besteht, die miteinander durch anorganische oder organische Binder gebunden sind, wobei der Anteil an Silizium-Partikeln 5 bis 50% und der Anteil an Legierungspartikeln 50 bis 95% beträgt, die Silizium-Partikel eine mittlere Korngröße von 0,1 bis 10,0 µm, vorzugsweise etwa 5µm haben, die metallischen Partikel eine mittlere Korngröße von 0,1 bis 50,0 µm, vorzugsweise etwa 5µm haben und daß für eine Legierung C ein Ausgangsspritzwerkstoff mit der nachfolgenden Zusammensetzung verwendet wird, wobei die Zahlenangaben den Gehalt in Gewichtsprozent bedeuten:
characterized,
that an agglomerated composite powder is used as the starting spray material, which consists of fine silicon particles and fine, metallic particles, which are bound together by inorganic or organic binders, the proportion of silicon particles 5 to 50% and the proportion of alloy particles 50 to 95%, the silicon particles have an average grain size of 0.1 to 10.0 µm, preferably about 5 µm, the metallic particles have an average grain size of 0.1 to 50.0 µm, preferably about 5 µm, and that for one Alloy C, a starting injection material with the following composition is used, the numbers indicating the content in percent by weight:
dadurch gekennzeichnet,
daß als Ausgangsspritzwerkstoff ein agglomeriertes Verbundpulver eingesetzt wird, der aus feinen Silizium-Partikeln und feinen, metallischen Partikeln besteht, die miteinander durch anorganische oder organische Binder gebunden sind, wobei der Anteil an Silizium-Partikeln 5 bis 50% und der Anteil an Legierungspartikeln 50 bis 95% beträgt, die Silizium-Partikel eine mittlere Korngröße von 0,1 bis 10,0 µm, vorzugsweise etwa 5µm haben, die metallischen Partikel eine mittlere Korngröße von 0,1 bis 50,0 µm, vorzugsweise etwa 5µm haben und daß für eine Legierung D ein Ausgangsspritzwerkstoff mit der nachfolgenden Zusammensetzung verwendet wird, wobei die Zahlenangaben den Gehalt in Gewichtsprozent bedeuten:
characterized,
that an agglomerated composite powder is used as the starting spray material, which consists of fine silicon particles and fine, metallic particles, which are bound together by inorganic or organic binders, the proportion of silicon particles 5 to 50% and the proportion of alloy particles 50 to 95%, the silicon particles have an average grain size of 0.1 to 10.0 µm, preferably about 5 µm, the metallic particles have an average grain size of 0.1 to 50.0 µm, preferably about 5 µm, and that for one Alloy D is a starting injection material with the following composition is used, the numerical mean the content in percent by weight:
dadurch gekennzeichnet,
daß als Ausgangsspritzwerkstoff ein agglomeriertes Verbundpulver eingesetzt wird, das aus feinen Silizium-Partikeln und feinen, metallischen Partikeln, die miteinander anhand von anorganischen oder organischen Bindern gebunden sind, bestehen, wobei der Anteil an Silizium-Partikeln 5 bis 50% und der Anteil an Legierungspartikeln 50 bis 95% beträgt, wobei die Silizium-Partikel eine mittlere Korngröße von 0,1 bis 10,0 µm, vorzugsweise etwa 5µm haben und wobei die metallischen Partikel eine mittlere Partikelgröße von 0,1 bis 50,0 µm, vorzugsweise etwa 5µm haben und für eine Legierung E ein Ausgangsspritzwerkstoff mit der nachfolgenden Zusammensetzung verwendet wird, wobei die Zahlenangaben den Gehalt in Gewichtsprozent bedeuten:
characterized,
that an agglomerated composite powder is used as the starting spray material, which consists of fine silicon particles and fine, metallic particles which are bound to one another by means of inorganic or organic binders, the proportion of silicon particles being 5 to 50% and the proportion of alloy particles Is 50 to 95%, the silicon particles having an average particle size of 0.1 to 10.0 µm, preferably about 5 µm and the metallic particles having an average particle size of 0.1 to 50.0 µm, preferably about 5 µm and for an alloy E, a starting injection material with the following composition is used, the numerical data indicating the content in percent by weight:
dadurch gekennzeichnet,
daß als Ausgangsspritzwerkstoff ein agglomeriertes Verbundpulver eingesetzt wird, das aus feinen Silizium-Partikeln und feinen, metallischen Partikeln, die miteinander anhand von anorganischen oder organischen Bindern gebunden sind, bestehen, wobei der Anteil an Silizium-Partikeln 5 bis 50% und der Anteil an Legierungspartikeln 50 bis 95% beträgt, wobei die Silizium-Partikel eine mittlere Korngröße von 0,1 bis 10,0 µm, vorzugsweise etwa 5µm haben und wobei die metallischen Partikel eine mittlere Partikelgröße von 0,1 bis 50,0 µm, vorzugsweise etwa 5µm haben und für eine Legierung F ein Ausgangsspritzwerkstoff mit der nachfolgenden Zusammensetzung verwendet wird, wobei die Zahlenangaben den Gehalt in Gewichtsprozent bedeuten:
characterized,
that an agglomerated composite powder is used as the starting spray material, which consists of fine silicon particles and fine, metallic particles which are bound to one another by means of inorganic or organic binders, the proportion of silicon particles being 5 to 50% and the proportion of alloy particles Is 50 to 95%, the silicon particles having an average particle size of 0.1 to 10.0 µm, preferably about 5 µm and the metallic particles having an average particle size of 0.1 to 50.0 µm, preferably about 5 µm and for an alloy F, a starting injection material with the following composition is used, the numerical data indicating the content in percent by weight:
dadurch gekennzeichnet,
daß ein um die Mittelachse einer Zylinderbohrung rotierender Innenbrenner, der auf einem rotierenden Aggregat aufgebaut ist, in die Zylinderbohrung eingeführt und axial bewegt wird, und daß die Beschichtung auf die Zylinderwand aufgespritzt wird. Method according to at least one of claims 7 to 12,
characterized,
that an internal burner rotating about the central axis of a cylinder bore, which is built on a rotating unit, is inserted into the cylinder bore and moved axially, and that the coating is sprayed onto the cylinder wall.
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Innenbrenner in die Zylinderbohrung des rotierenden Kurbelgehäuses eingeführt und entlang der Mittelachse der Zylinderbohrung axial bewegt wird, und daß die Beschichtung auf die Zylinderwand aufgespritzt wird.Method of at least one of claims 7 to 12,
characterized,
that an internal burner is inserted into the cylinder bore of the rotating crankcase and moved axially along the central axis of the cylinder bore, and that the coating is sprayed onto the cylinder wall.
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