Moderne Leichtbaukonzepte werden in der Autoindustrie durch die Substitution von Eisenwerkstoffen durch Leichtmetallwerkstoffe realisiert. In diesem Zusammenhang sind auch Zylinderkurbelgehäuse für PKW aus Aluminiumwerkstoffen eingesetzt worden. Um deren Betriebsverhalten zu verbessern wurden thermisch gespritzte Zylinderinnenbeschichtungen hergestellt und hinsichtlich ihrer tribologischen Leistungsfähigkeit und Betriebszuverlässigkeit untersucht. Für den Schichtauftrag wurden zwei Verfahren des thermischen Spritzens eingesetzt, das atmosphärische Plasmaspritzen (APS) und das Hochgeschwindigkeitsflammspritzen (HVOF). Für den Beschichtungsprozeß wurden folgende Bewegungsabläufe verwendet: vertikal geführter Brenner - rotierendes Zylinderkurbelgehäuse für APS, elliptisch geführter Brenner - rotierendes Zylinderkurbelgehäuse für HVOF. Folgende Beschichtungswerkstoffe wurden erprobt: metallische (AlSi12, Mo, FeCr17, Mo/FeCr17-70/30), cermetische (Cr3C2/NiCr-80/20, CrB/NiCr-75-25 (Ti,Mo)(C,N)Ni-80/20) und keramische (TiO2, Al2O3/TiO2-60/40, Cr2O3/TiO2-75/25, Cr2O3/TiO2-60/40, Cr2O3). Die Werkstoffauswahl erfolgte nach folgenden Gesichtspunkten: tribologisches Potential (Mangelschmierungspotential), Pulverkosten und Herstellbarkeit, Verfügbarkeit und Lagerfähigkeit, Umweltverträglichkeit. Eine Eignung hinsichtlich der Temperaturausdehnungskoeffizienten im Vergleich zu denen der Aluminiumwerkstoffe mußte auch beachtet werden. Während des Beschichtens und bei bestimmten Betriebszuständen bilden sich durch unterschiedliche Verformungszustände auch Eigenspannungen bzw. temporäre Spannungszustände aus. Die Zylinderoberfläche wurde vor dem Beschichten aufgerauht, z.B. durch Strahlen mit Edelkorund. Damit konnten unterschiedliche Oberflächenrauheiten eingestellt werden, und es entwickelten sich auch Druckeigenspannungen in der Randschicht. Alle Schichtsysteme konnten mit beiden Spritzverfahren in der erforderlichen Schichtdicke homogen über die Zylinderhöhe aufgetragen werden. Zur Optimierung des Beschichtungsprozesses wurden unterschiedliche Schichteigenschaften (Rauheit, Schichtgefüge, Phasenverteilung, Härte, Porosität) und Verbundeigenschaften (Eigenspannungszustand, Haftfestigkeit) experimentell ermittelt. HVOF gespritzte Schichten sind aufgrund der hohen kinetischen Prozeßenergie wesentlich kompakter als APS gespritzte Schichten, besitzen eine homogene, annähernd rißfreie Gefügestruktur und zeichnen sich durch eine sehr geringe Oberflächenrauheit aus. Die Schichten weisen ausnahmslos Druckeigenspannungen auf und haben eine sehr hohe Haftfestigkeit. HVOF gespritzte Schichten werden wahrscheinlich eine sehr hohe betriebszuverlässigkeit aufweisen. Untersuchungen zur Nachbearbeitung von FeCr17, Cr3C2/NiCr-80/20 und TiO2 beschichteten Einzylinderlaufbuchsen haben gezeigt, daß diese Schichtsysteme mit konventionellen, kunstharzgebundenen Diamanthonleisten ohne zeitlichen Mehraufwand gefinisht werden können. Die gemessenen Reib- und Verschleißkoeffizienten sind unter geschmierten Reibungsbedingungen sehr viel niedriger als unter Trockenreibungsbedingungen. Die ermittelten Schichtverschleißkoeffizienten sind so gering, daß alle untersuchten Schichtsysteme bis auf AlSi12 als Laufbahnwerkstoffe verwendet werden können.
Herstellung und Optimierung von thermisch gespritzten, tribologisch wirksamen Schichtsystemen auf Leichtmetall-Zylinderlaufflächen
2002
165 Seiten, Bilder, Tabellen, 168 Quellen
Theses
German
Tribologie thermisch gespritzter Zylinderlaufflächen
TIBKAT | 2016
|Qualitaetspruefung von thermisch gespritzten Schichten
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