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    • 专利摘要:
    Dievorliegende Erfindung betrifft Eingusskörper mit einer Außenbeschichtungauf Basis von zwei Außenbeschichtungskomponenten,deren Verwendung und ein Verfahren zu deren Herstellung. Weiterhin stelltdie vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Eingießen einesEingusskörperszur Herstellung eines Verbundkörpersbereit.
    公开号:DE102004031164A1
    申请号:DE200410031164
    申请日:2004-06-28
    公开日:2006-01-12
    发明作者:Arnd Dipl.-Ing. Baberg；Michael Dr.-Ing. Buchmann；Jürgen Dipl.-Ing. Gillen；Peter Gödel；Lothar Dipl.-Ing. Hofmann；Klaus Dipl.-Ing. Lades；Rudolf Mundl
    申请人:Federal-Mogul Burscheid GmbH；
    IPC主号:B22D19-00
    专利说明:
    [0001] Dievorliegende Erfindung betrifft den in den Patentansprüchen angegebenenGegenstand.
    [0002] Dievorliegende Erfindung betrifft insbesondere Eingusskörper miteiner Außenbeschichtungauf Basis von zwei Außenbeschichtungskomponenten, insbesondereZylinderlaufbuchsen und Ringträger, undein Verfahren zu deren Herstellung. Weiterhin stellt die vorliegendeErfindung ein Verfahren zum Eingießen eines Eingusskörpers zurHerstellung eines Verbundkörpersbereit.
    [0003] Einesichere und zuverlässigeAnbindung von einzugießendenBauteilen, wie beispielsweise von Zylinderlaufbuchsen oder Ringträgern, aneinen mittels eines Gießverfahrensherzustellenden Verbundkörper,wie beispielsweise einen Motorblock oder einen Kolben, ist von äußersterWichtigkeit.
    [0004] VerschiedeneAnsätzezur Verbesserung der Anbindung zwischen dem einzugießendem Bauteil unddem Gussmaterial sind im Stand der Technik bereits bekannt.
    [0005] Beispielsweiseermöglichenthermisch gespritzte Legierungen eine Verbesserung der metallurgischenAnbindung zwischen einem einzugießenden Bauteil und einer Leichtmetalllegierungals Gussmaterial im Druckgießverfahren.Durch die hohe Temperatur und durch die hohe Kinetik der Schmelzewerden hierbei währenddes Eingießensder Schmelze, die Anbindung beeinträchtigende Oxidschichten fortgerissen.Im Schwerkraftguß,Niederdruckguß und beidem Squeeze-Casting-Gießverfahrenliegen derart vorteilhafte Eingießbedingungen jedoch nicht vor.
    [0006] Weiterhinkann die Schmelzkinematik durch Erhöhung der Oberflächenrauheitoder durch Aufbringung von aufwendigen Schichtstrukturen lokal erhöht und dasAufschmelzverhalten beeinflusst werden. Derartige Verfahren führen jedochzu einer starken Zunahme des Fertigungsaufwands.
    [0007] Beispielsweisebeschreibt die DE196 34 504 A1 ein Verfahren bei dem Zylinderlaufbuchsen-Oberflächen miteiner Rauheit von 30 bis 60 μmdurch Partikelbestrahlung erhalten werden können. Darüber hinaus können Zylinderlaufbuchsenmit einer bestimmten angestrebten Oberflächenrauheit durch Verwendungvon vorbehandelten Gussformen erhalten werden. So ist beispielsweiseaus der DE 102 18714 A1 ein Verfahren zur Herstellung einer Leichtmetall-Laufbuchse bekannt,bei dem zunächstauf der Oberflächeeiner GießformPartikel einer temperaturfesten Substanz adhäsiv fixiert werden, und beidem dann die Laufbuchse in dieser vorbehandelten Gießform gegossenwird. Anschließendwird der Rohling mit den anhaftenden Partikeln aus der Gießform entnommen,und die Partikel werden aus dem Rohling entfernt. Eine Herstellungderartiger Zylinderlaufbuchsen ist jedoch mit einem relativ hohenZeit- und Kostenaufwand verbunden.
    [0008] Aufgabeder vorliegenden Erfindung ist es somit einen Eingusskörper bereitzustellen,der bei einer Produktion im Serienmaßstab, bei vergleichsweiseniedrigem Kosten- und Arbeitsaufwand, eine gute Anbindung einesEingusskörpersan den zu gießendenVerbundkörpergewährleistet.Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahrenzu dessen Herstellung und zur Herstellung von Verbundgusskörpern mitderartigen Eingusskörpernbereitzustellen.
    [0009] DieseAufgabe wird gelöstdurch die Bereitstellung eines Eingusskörpers, der mindestens teilweiseaus Metall oder einer Metalllegierung besteht und eine Außenbeschichtungaufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenbeschichtung auf einer erstenAußenbeschichtungskomponenteund einer zweiten Außenbeschichtungskomponentebasiert, wobei die erste Außenbeschichtungskomponenteein Metall oder eine Metalllegierung ist und die zweite AußenbeschichtungskomponenteEisen oder eine Eisenlegierung oder Aluminium oder eine Aluminiumlegierungist, und die erste Außenbeschichtungskomponenteeinen niedrigeren Schmelzpunkt, beziehungsweise Schmelzbereich alsdie zweite Außenbeschichtungskomponenteaufweist, und wobei die Außenbeschichtungvor einem Eingießendes Eingusskörpersein heterogenes Gefügeist, das Gefügebereicheaufweist, die im wesentlichen aus der ersten Außenbeschichtungskomponentebestehen und Gefügebereicheumfasst, die im wesentlichen aus der zweiten Außenbeschichtungskomponente bestehen.
    [0010] Darüber hinausstellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Außenbeschichtungvon Eingusskörpernund ein Verfahren zum Ein- oder Umgießen eines Eingusskörpers zurHerstellung eines Verbundkörpersbereit, wie nachstehend beschrieben.
    [0011] 1 zeigtschematisch einen Schnitt durch einen Bereich eines Substratwerkstoffs(beispielsweise einer Zylinderlaufbuchse) 30, der an seiner Oberfläche erfindungsgemäß mit einerthermisch gespritzten Außenbeschichtungversehen ist, deren GefügeGefügebereiche 10 ausder ersten Außenbeschichtungskomponenteund Gefügebereiche 20 aus derzweiten Außenbeschichtungskomponenteaufweist.
    [0012] 2 zeigtschematisch einen Schnitt durch denselben Bereich des Substratwerkstoffs 30 nach Umgussmit dem Gussmaterial, wobei die erste Außenbeschichtungskomponente 10,die einen niedrigeren Schmelzpunkt aufweist, während des Gießverfahrensentfernt wird bzw. komplett aufgeschmolzen wird und sich mit demUmgussmaterial verbindet (legiert), so dass die verbleibenden, porösen Gefügebereiche 20 derAußenschichtvon dem Gussmaterial 40 durchdrungen werden.
    [0013] 3 zeigtschematisch die Eingusssituation, nämlich einen Schnitt durch einenBereich des Substratwerkstoffes 30 (GG-Liner) nach Umgussmit dem Aluminium-Gussmaterial, wobei die erste Außenbeschichtungskomponente 10 komplettaufgeschmolzen wird und sich mit dem Umgussmaterial legiert, sodass die verbleibenden, porösenGefügebereicheder Mehrelementenschicht 20 von dem Al-Umgussmaterial 40 durchdrungenwerden.
    [0014] Während derzahlreichen Versuche, die zu der vorliegenden Erfindung führten, stelltendie Erfinder überraschendfest, dass eine hervorragende Anbindung eines Eingusskörpers anein Gussmaterial gewährleistetwerden kann, wenn auf den Eingusskörper eine Außenbeschichtungaufgebracht wird, die ein Gefügeaufweist, das aus mindestens zwei Außenbeschichtungskomponentenbesteht, wobei eine der Komponenten eine vergleichsweise niedrigerschmelzende Komponente, beispielsweise Aluminium, eine Aluminiumlegierung,Zink, oder eine Zinklegierung ist, während die andere Komponente ausder vergleichsweise höherschmelzenden Komponente, das heißt aus Eisen oder einer Eisenlegierung,besteht. Das heterogene Gefügeder Außenbeschichtungweist – voreinem Eingießen – Gefügebereicheauf, die im wesentlichen aus der ersten Außenbeschichtungskomponentebestehen und Gefügebereiche,die im wesentlichen aus der zweiten Außenbeschichtungskomponentebestehen. Diese Gefügebereichekönnen,jeweils fürsich betrachtet, homogen sein.
    [0015] Während desUmgießensmit dem Gussmaterial wird die niedriger schmelzende Außenbeschichtungskomponenteaufgeschmolzen beziehungsweise fortgerissen und das Gussmaterial durchdringtdas verbleibende, poröseGefügeaus der höherschmelzendenAußenbeschichtungskomponente,derart dass eine sehr gute und zuverlässige Anbindung eines Eingusskörpers andas Gussmaterial erfolgt. Eine Außenbeschichtung auf einem Eingusskörper kann,wie nachstehend bei der Beschreibung eines erfindungsgemäßen Verfahrenszur Herstellung von derartigen Eingusskörpern eingehend erläutert, beispielsweisedadurch erhalten werden, dass die Außenbeschichtungskomponentenwährendeines Aufbringungsvorgangs, insbesondere bei einem Spritzverfahren,auf die Oberflächedes zu beschichtenden Körpersaufgebracht werden, dort in getrennter Form auftreffen und erstarren.Für einen Fachmannist klar, dass an der Grenzflächein geringem Maßeein Übertrittvon Atomen beziehungsweise Bestandteilen aus der zu beschichtendenOberflächein die jeweiligen Gefügebereicheoder zwischen den jeweiligen Gefügebereichenerfolgen kann. Derartige Übertrittevon Bestandteilen führenjedoch im Allgemeinen nur zu Veränderungenin der Zusammensetzung der Bereiche der ersten und zweiten Außenbeschichtungskomponentevon unter 10 Gew.-%, vorzugsweise unter 2 Gew.-%, insbesondere vonunter 0,5 Gew.-%, bezogen auf die Zusammensetzung der jeweils aufgetragenenAußenbeschichtungskomponenteund könnenbeispielsweise durch die Temperatur der Tröpfchen (durch Variation derzugeführtenProzessenergiemenge) beim Auftreffen auf den zu beschichtenden Eingußkörper gesteuertwerden. Fürbestimmte Anwendungen kann jedoch auch eine weitergehende Durchmischungder beiden Außenbeschichtungskomponenten,beispielsweise in bestimmten Abschnitten erwünscht sein.
    [0016] DieSchichtdicke der Außenbeschichtung kannbeispielsweise im Bereich von 50 bis 1000 μm, vorzugsweise von 100 bis500, bevorzugterweise von 150 bis 300 μm liegen. Die Größe der Gefügebereiche(das heißtder erstarrten Tröpfchen)der Außenbeschichtungskomponentenkann im Bereich von 10 bis 1000 μm,vorzugsweise von 50 bis 500 μm,bevorzugterweise von 100 bis 300 μmliegen. Durch gezielte Wahl unterschiedlicher Tröpfchengrößen kann folglich die Größe der Gefügebereichebei der Beschichtung eines bestimmten Eingusskörpers verändert werden.
    [0017] Dermit der Außenbeschichtungzu versehende Eingusskörperbesteht mindestens teilweise aus Metall oder einer Metalllegierung.Im Allgemeinen wird der Eingusskörpervollständigaus Metall oder Metalllegierung bestehen, wobei der Eingusskörper jedochauch ein Element sein kann, das lediglich in Bereichen seiner Oberfläche Metalloder eine Metalllegierung aufweist. Beispielsweise kann der Eingusskörper Gusseisen(z.B. GJV, Gusseisen mit vermicularer Graphitausbildung; GJS, Gusseisenmit „kugelförmiger" Graphitausbildung;GJL, Gusseisen mit lamellarer Graphitausbildung), Stahl, Leichtmetall,wie Aluminium oder Magnesium, oder eine Legierung hiervon enthalten.
    [0018] DieAußenbeschichtungbasiert auf einer ersten und einer zweiten Außenbeschichtungskomponente,wobei dies jedoch einschließt,dass in Abhängigkeitvon der angestrebten Anwendung beispielsweise eine dritte, vierteoder eine beliebige Zahl an Außenbeschichtungskomponentenauf dem Eingusskörperaufgebracht werden können.Auch kann der Eingusskörpermit unterschiedlichen ersten und zweiten Außenbeschichtungskomponentenbeschichtet werden. Vorteilhaft kann dabei beispielsweise sein,dass der mit einer heißerenSchmelze des Gussmaterials in Kontakt kommende Abschnitt des Eingusskörpers, dasheißtim Allgemeinen der in der Gussform näher an dem Eingussbereich angeordneteTeil, aus einem oder mehreren vergleichsweise höher schmelzenden Außenbeschichtungskomponenten-Material(ien)hergestellt ist.
    [0019] DieAußenbeschichtungkann auf der gesamten Außenoberfläche desEingusskörpersoder lediglich auf einem oder mehreren Abschnitten der Außenoberfläche derZylinderlaufbuchse aufgetragen werden. Darüber hinaus kann die Außenbeschichtungauch in Form von geometrischen oder frei wählbaren Mustern, beispielsweisein Form von Streifen, aufgetragen werden.
    [0020] VerschiedensteEingusskörperkönnenmit einer derartigen Beschichtung versehen werden. Beispielsweisewerden im Automobilbereich Zylinderlaufbuchsen und Ringträger, dieerfindungsgemäß mit einerAußenbeschichtungversehen sind, von großemNutzen sein und eine sichere, einfache und zuverlässige Anbindungdieser Eingusskörperan den Gussverbundkörper(beispielsweise einen Motorblock oder Kolben) gewähren.
    [0021] Alserste Außenbeschichtungskomponente kannerfindungsgemäß Aluminium,insbesondere Reinaluminium, oder eine Aluminiumlegierung verwendetwerden, wobei die erste Außenbeschichtungskomponentezwischen 2 und 99 Gew.-% an Aluminium, vorzugsweise zwischen 3 und90 Gew.-% an Aluminium, bevorzugterweise zwischen 10 und 90 Gew.-%an Aluminium, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Aluminiumlegierung,aufweist.
    [0022] Insbesonderekann die erste Außenbeschichtungskomponenteeine Aluminium und Silizium umfassende Legierung, insbesondere AlSi12, oder Al + Cu, insbesondere AlCu25-40, oder Al + Mg, insbesondere AlMg20-80, oder Al + Zn, insbesondere AlZn>60 sein.Eine Verwendung von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung alsniedriger schmelzende Außenbeschichtungskomponenteist von großem Vorteilbei der Verwendung von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung alsGussmaterial, da dieses Außenbeschichtungskomponenten-Materialentweder identisch mit dem Gussmaterial ist beziehungsweise einesehr ähnlichechemische Zusammensetzung wie dieses aufweist und im Allgemeinensehr gut mit diesem kompatibel ist.
    [0023] Weiterhinkann als erste AußenbeschichtungskomponenteZink oder eine Zinklegierung, beispielsweise eine der als Messingbekannten Kupfer-Zink-Legierungen, verwendet werden. Insbesonderekann eine Zinklegierung verwendet werden, die zwischen 2 und 99Gew.-% an Zink, vorzugsweise zwischen 3 und 90 Gew.-% an Zink, bevorzugterweisezwischen 10 und 90 Gew.-% an Zink, jeweils bezogen auf das Gesamtgewichtder Zinklegierung, aufweist.
    [0024] Alszweite Außenbeschichtungskomponente wirdEisen oder eine Eisenlegierung verwendet, die zwischen 2 und 99Gew.-% an Eisen, vorzugsweise zwischen 35 und 99 Gew.-% an Eisen,bevorzugterweise zwischen 40 und 99 Gew.-% an Eisen, jeweils bezogenauf das Gesamtgewicht der Eisenlegierung, aufweist. Insbesonderekann die zweite Außenbeschichtungskomponenteeine Chrom und Eisen umfassende Legierung, beispielsweise CrFe sein.Darüberhinaus könnenauch Stähle,das heißtschmiedbares Eisen, das einen Gehalt von 1,7 Gew.-% oder wenigeran Kohlenstoff aufweist, als zweite Außenbeschichtungskomponenteverwendet werden.
    [0025] Gemäß einerbevorzugten Ausführungsform wirderfindungsgemäß für die Außenbeschichtung eineKombination aus hoch- und niederschmelzender Phase, nämlich eineKombination von Aluminium (660°C)und AlSi12 (570°C) verwendet oder eine Kombinationvon AlSi12 (570°C) und Zn/Al(85/15; 460°C) verwendet.
    [0026] Weiterhinstellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Außenbeschichtungeines Eingusskörpersbereit, der mindestens teilweise aus Metall oder einer Metalllegierungbesteht. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf Bereitstelleneiner ersten Außenbeschichtungskomponenteund einer zweiten Außenbeschichtungskomponente,wobei die erste Außenbeschichtungskomponenteein Metall oder eine Metalllegierung ist und die zweite AußenbeschichtungskomponenteEisen oder eine Eisenlegierung oder Aluminium oder eine Aluminiumlegierung ist,und die erste Außenbeschichtungskomponente einenniedrigeren Schmelzpunkt (beziehungsweise Schmelzbereich) als diezweite Außenbeschichtungskomponenteaufweist; Schmelzen der ersten Außenbeschichtungskomponenteund der zweiten Außenbeschichtungskomponente;und Aufsprühen dergeschmolzenen ersten Außenbeschichtungskomponenteund der geschmolzenen zweiten Außenbeschichtungskomponentein Form eines oder mehrerer Tröpfchenströme auf denEingusskörper unterBildung der Außenbeschichtung;Steuern der Aufbringungsbedingungen des einen oder der mehrerenTröpfchenströme auf denEingusskörperwährenddes Sprühvorgangs,derart dass die einzelnen Tröpfchender Metallströmeim Wesentlichen währendder Verfestigung getrennt verbleiben und dadurch im wesentlichengleichzeitig eine Außenbeschichtungaus der ersten und zweiten Außenbeschichtungskomponenteaufbauen, wobei die Außenbeschichtungein heterogenes Gefügeist, das Gefügebereicheaufweist, die im wesentlichen aus der ersten Außenbeschichtungskomponentebestehen und Gefügebereicheumfasst, die im wesentlichen aus der zweiten Außenbeschichtungskomponentebestehen.
    [0027] Beidem erfindungsgemäßen Verfahrenkönnendie Außenbeschichtungskomponentensowohl vollständig,als auch nur teilweise erschmolzen werden, und der Begriff "Tröpfchen", wie in der vorliegendenAnmeldung verwendet wird, ist nicht auf Tröpfchen, die ausschließlich ausflüssigemMaterial bestehen, beschränkt.
    [0028] AlsSpritzvorrichtung kommt jede im Stand der Technik bekannte Vorrichtungzum Spritzen von Metall oder Metalllegierungen in Betracht und die Oberflächenbeschichtungkann durch jedes im Stand der Technik bekannte thermische Spritzverfahren, wiebeispielsweise Lichtbogendraht-Spritzverfahren, Plasmaspritzverfahrenoder Flammspritzverfahren hergestellt werden. Darüber hinauskönnenbeliebige fürein thermisches Spritzverfahren geeignete Spritzwerkstoffe verwendetwerden, beispielsweise sowohl Pulverwerkstoffe oder Draht.
    [0029] AusKostengründenwerden bei dem erfindungsgemäßen Verfahreninsbesondere Lichtbogenspritzverfahren häufig angewendet werden. Hierbei werdenmindestens zwei unterschiedliche Drahtwerkstoffe (beispielsweiseEisenlegierung als hochschmelzende Außenbeschichtungskomponentein Kombination mit einer Aluminiumlegierung oder Zink als niedrigerschmelzende Außenbeschichtungskomponente)der Lichtbogenspritzanlage zugeführt,kontaktiert, im Lichtbogen aufgeschmolzen und auf das zu beschichtendeBauteil aufgetragen. Die abgeschiedene Schicht wird simultan ausbeiden zugeführtenDrahtwerkstoffen aufgebaut, die homogen, aber in Bezug zu einanderunlegiert in der Schicht vorliegen können.
    [0030] Während derHerstellung der Außenbeschichtungauf dem Eingusskörperkönnenverschiedene Parameter gezielt verändert werden, wodurch einevorteilhafte Anpassung der Eigenschaften der Außenbeschichtung an die jeweilsvorliegenden Anwendungsbedingungen durch einen Fachmann erfolgenkann.
    [0031] Sokann die Oberflächenrauheitgezielt durch die Wahl der Zerstäubergasmengeeingestellt werden.
    [0032] Darüber hinauskönnendurch Einstellen der jeweils verwendeten Mengen an erster und zweiter Außenbeschichtungskomponentein den Metallströmengezielt Beschichtungen mit unterschiedlichen Gehalten an höherschmelzendenund der tieferschmelzenden Komponenten erhalten werden, wodurchdie Anbindung zwischen Eingusskörperund Gussmaterial nach einem Eingiessen gesteuert werden kann.
    [0033] Weiterhinkann die Temperatur und die Geschwindigkeit der aufzubringendenTröpfchengesteuert werden. Die Temperatur und die Geschwindigkeit der aufzubringenden,geschmolzenen Außenbeschichtungskomponentenhängt primär von der Schmelztemperaturder Außenbeschichtungskomponentenab und kann überdie Prozessparameter (Spannung, Stromstärke) variiert werden. Außerdem bestehtdie Möglichkeitdie Temperatur der zu beschichtenden Oberfläche zu variieren.
    [0034] Darüber hinauskann auch die Größe der aufzubringendenTröpfchender Außenbeschichtungskomponentebeispielsweise durch Zerstäubergasmengeund Prozessparameter (Spannung, Stromstärke) verändert werden.
    [0035] DieSpritzvorrichtung kann einen oder mehrere Spritzköpfe aufweisen.Eine Anlage unter Verwendung von zwei oder mehr Spritzköpfen istbeispielsweise in der EP1 285 975 A1 beschrieben, wobei diese Schrift unter Bezugnahmehierin eingegliedert wird. Diese Veröffentlichung beschreibt einVerfahren zur schnellen Herstellung von Prototypen oder Werkzeugenin geringer Stückzahlauf Basis eines Sprühverfahrens,wobei das zur Herstellung des Gegenstands verwendete Metall aufeine Vorlageform aus einem Material mit geringer Hitzewiderstandsfähigkeit,wie beispielsweise aus Wachs, Holz, Kunststoffen, oder sogar aufKörperteilevon Personen aufgesprühtwird. Ein Verfahren zur dauerhaften Oberflächenbeschichtung oder gar zurOberflächenbeschichtungvon Eingusskörpernaus Metallen oder Metalllegierungen, wird in der EP 1 285 975 A1 jedoch nichtgelehrt.
    [0036] Daserfindungsgemäße Verfahreneignet sich zur Außenbeschichtungverschiedenster einzugießenderKörper,wie vorstehend eingehend erläutert.Insbesondere kann das erfindungsgemäße Verfahren zur Außenbeschichtungvon Zylinderlaufbuchsen oder Ringträgern verwendet werden.
    [0037] Alserste Außenbeschichtungskomponente können beispielsweiseAluminium, Zink und deren Legierungen und als zweite AußenbeschichtungskomponentekönnenEisen und Eisenlegierungen verwendet werden, wie zuvor eingehendbeschrieben.
    [0038] Dievorliegende Erfindung umfasst auch Eingusskörper, die durch das erfindungsgemäße Verfahrenerhalten werden.
    [0039] Einerfindungsgemäßer Eingusskörper, wie vorstehendbeschrieben, ebenso wie ein Eingusskörper, der als Produkt des vorstehenddargestellten Verfahrens erhalten wird, können zur Herstellung einesVerbundkörpersverwendet werden, der mindestens einen Eingusskörper und Gussmaterial umfasst.
    [0040] Insbesonderestellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Ein- oder Umgießen eines Eingusskörpers zurHerstellung eines Verbundkörpers,umfassend mindestens einen Eingusskörper und Gussmaterial, bereit.Bei diesem Verfahren wird zunächsteine Außenbeschichtungauf den mindestens einen Eingusskörper aufgebracht, wobei dieAußenbeschichtungauf einer ersten Außenbeschichtungskomponenteund einer zweiten Außenbeschichtungskomponentebasiert. Bei der ersten Außenbeschichtungskomponentehandelt es sich um Metall oder eine Metalllegierung und bei derzweiten Außenbeschichtungskomponenteum Eisen oder eine Eisenlegierung. Hierbei weist die erste Außenbeschichtungskomponenteeinen niedrigeren Schmelzpunkt als die zweite Außenbeschichtungskomponenteauf. Die Außenbeschichtungliegt – vor einemEingießendes Eingusskörpers – als einheterogenes Gefügevor, das Gefügebereicheaufweist, die im wesentlichen aus der ersten Außenbeschichtungskomponentebestehen und Gefügebereiche umfasst,die im wesentlichen aus der zweiten Außenbeschichtungskomponentebestehen. Das erfindungsgemäße Verfahrenumfasst weiterhin das Anordnen des mindestens einen Eingusskörpers mit Außenbeschichtungin einer Gussform, und Ein- oder Umgießen des Eingusskörpers miteinem Gussmaterial, das eine Temperatur aufweist, die höher alsder Schmelzpunkt (beziehungsweise der Schmelzbereich) der erstenAußenbeschichtungskomponente ist,wobei die erste Außenbeschichtungskomponente imwesentlichen oder vollständigvon der eintretenden Schmelze entfernt wird und eine Anbindung zwischendem Gussmaterial, der Oberflächedes Eingusskörpersund/oder der verbleibenden zweiten Außenbeschichtungskomponenteauf dem Eingusskörpererfolgt.
    [0041] Unterdem Begriff die "Temperaturdes Gussmaterials" wirdim Rahmen dieser Anmeldung die Temperatur verstanden, die das Gussmaterialbei Inkontakt-kommen mit dem Eingusskörper hat. Praktisch wird dieseTemperatur im wesentlichen identisch mit der Temperatur sein, welchedie Schmelze beim Eintritt in die Gussform aufweist oder kann in Abhängigkeitvon den Randbedingungen, beispielsweise der Größe der Gussform, den Außentemperaturen,den Druckwerten gemäß dem Wissendes Fachmanns angepasst werden.
    [0042] Wievorstehend ausführlicherläutert,umfasst das Gefügeder Außenbeschichtungvor einem EingießenGefügebereiche,die im wesentlichen aus der ersten Außenbeschichtungskomponenteoder der zweiten Außenbeschichtungskomponentebestehen. Bei dem Ein- oder Umgießen des Eingusskörpers mitdem Gussmaterial, das eine Temperatur aufweist, die höher alsder Schmelzpunkt der ersten Außenbeschichtungskomponenteist, wird die erste Außenbeschichtungskomponenteim wesentlichen oder vollständigvon der eintretenden Schmelze aufgelöst und/oder fortgerissen wird.Das hochschmelzende Material verbleibt als poröser Durchdringungskörper undsichert die Anbindung zum einzugiessenden Bauteil. Dem Fachmannist klar, dass währendim Allgemeinen die erste Außenbeschichtungskomponentevollständigabgelöstwird, praktisch geringe Mengen an erster Außenbeschichtungskomponente,beispielsweise bis zu 5 Gew.-%, vorzugsweise bis zu 1 Gew.-% bezogenauf das Gesamtgewicht der Außenbeschichtungan der Oberflächedes Eingusskörpers verbleibenkönnen.
    [0043] Abschließend erfolgtein Schritt, bei dem der Verbundkörper aus der Gussform gewonnenwird.
    [0044] AlsGussmaterial bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können imAllgemeinen alle dem Fachmann bekannten Gussmaterialien verwendet werden,beispielsweise Gusseisen, Leichtmetalle oder Leichtmetalllegierungen,insbesondere Aluminium oder Magnesiumlegierungen, wie beispielsweise AlSi12, AlSi10Mg, AlSi7Cu3, AlSi6Cu4, AlSi9Mg.
    [0045] Einerfindungsgemäßes Verfahrenkann für dasEingießenverschiedenster Eingusskörperunterschiedlicher Form verwendet werden, wobei das erfindungsgemäße Verfahrenbesonders vorteilhaft beim Eingießen von Ringträgern inKolben oder von Zylinderlaufbuchsen in Motorblöcken ist.
    [0046] VerschiedeneGussverfahren könnenzur Anwendung kommen, beispielsweise Schwerkraftguss, Niederdruckguss,Squeeze-Casting-Gussverfahren oder Druckguss.
    [0047] Dererfindungsgemäße Eingusskörper und dieerfindungsgemäßen Verfahrenweisen verschiedene wichtige Vorteile auf: Die Außenbeschichtungkann in einem Verfahrensschritt aufgebracht werden, wobei die Prozesszeiten imwesentlichen mit den Prozesszeiten bei der Beschichtung von Eingusskörpern mitlediglich einer Außenbeschichtungskomponentevergleichbar sind, jedoch deutlich unter den Prozesszeiten von zweistufigenVerfahren liegt, bei denen beispielsweise zunächst ein Beschichten und anschließend einweiterer Behandlungsschritt, beispielsweise eine Partikelbestrahlung,erfolgt.
    [0048] DieOberflächenrauheitkann, wie vorstehend erläutert,gezielt durch die Wahl der Zerstäubergasmengeeingestellt werden. Dies bietet eine einfache, aber hocheffektiveMöglichkeitdie Anbindung des Eingusskörperin dem nach dem Gießengebildeten Verbundkörperzu erhöhen.
    [0049] Weiterhinsind das erfindungsgemäße Verfahrenund die erfindungsgemäßen Eingußkörper mit geringenMaterialkosten verbunden, da die Drahtkosten bei handelsüblichenDrähten(AlSi12, CrFe, St) bei unter 5 EUR/kg liegen.
    [0050] Einweiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass dieTemperatur der Eingussschmelze reduziert werden kann, da die Anbindung zumeinzugiessenden Bauteil durch die niedrigschmelzende Schichtkomponentedefiniert wird.
    [0051] Darüber hinausbietet die vorliegende Erfindung den Vorteil, dass auf eine zusätzlicheVorbehandlung von Eingusskörperndurch Alfinierungsverfahren, das heißt auf eine Tauchbehandlungvon Eingusskörpernaus Gusseisen, Stahl oder Eisenlegierungen in einem Bad aus flüssigem Aluminiumzur Bildung einer Zwischenschicht (beispielsweise aus Al2Fe oder Al3Fe) verzichtetwerden kann, oder die Alfinierprozesszeiten deutlich reduziert werdenkönnen,da das erfindungsgemäße Verfahreneine Anbindung durch die Aufschmelzung der niedrigschmelzenden Elementein der Spritzschicht ermöglichtund die Anbindung nicht durch die Bildung einer spröden, intermetallischenAl-Fe-Phase realisiert wird.
    [0052] Einweiterer Vorteil liegt darin, dass die Vorwärmtemperatur der einzugiessendenBauteile reduziert werden kann.
    [0053] Dievorliegende Erfindung wird durch das nachstehende, nicht-einschränkende Beispielerläutert.
    [0054] EineZylinderlaufbuchse aus Grauguss wird mit einer Außenbeschichtungversehen. Hierzu werden zwei unterschiedliche Drahtwerkstoffe (AlSi12 und FeCr) einer Lichtbogenspritzanlagezugeführt, kontaktiert,im Lichtbogen aufgeschmolzen und auf das zu beschichtende Bauteilaufgetragen. Die Außenbeschichtungweist eine Schichtdicke von 250 μmauf, wobei die einzelnen Gefügebereicheeine Größe im Bereichvon 50 bis 100 μmhaben.
    [0055] Beieinem Umgießenmit AlSi7Cu3 wurde eineausgezeichnete Anhaftung zwischen Gussmaterial und Zylinderlaufbuchsefestgestellt.
    10 Gefügebereicheeiner ersten Außenbeschichtungskomponente 20 Gefügebereicheeiner zweiten Außenbeschichtungskomponente/Mehrelementenschicht 30 Substratwerkstoff/GG-Liner 40 Gussmaterial/Al-Umguss
    权利要求:
    Claims (21)
    [1] Eingusskörper,der mindestens teilweise aus Metall oder einer Metalllegierung bestehtund eine Außenbeschichtungaufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenbeschichtungauf einer ersten Außenbeschichtungskomponenteund einer zweiten Außenbeschichtungskomponentebasiert, wobei die erste Außenbeschichtungskomponenteein Metall oder eine Metalllegierung ist und die zweite AußenbeschichtungskomponenteEisen oder eine Eisenlegierung oder Aluminium oder eine Aluminiumlegierungist, und die erste Außenbeschichtungskomponenteeinen niedrigeren Schmelzpunkt als die zweite Außenbeschichtungskomponenteaufweist, und wobei die Außenbeschichtungvor einem Eingießen desEingusskörpersein heterogenes Gefügeist, das Gefügebereicheaufweist, die im wesentlichen aus der ersten Außenbeschichtungskomponentebestehen und Gefügebereicheumfasst, die im wesentlichen aus der zweiten Außenbeschichtungskomponentebestehen.
    [2] Eingusskörpernach Anspruch 1, worin der Eingusskörper eine Zylinderlaufbuchseoder ein Ringträgerist.
    [3] Eingusskörpernach einem der vorstehenden Ansprüche 1 oder 2, worin die ersteAußenbeschichtungskomponenteAluminium, insbesondere Reinaluminium, oder eine Aluminiumlegierungist, wobei die Aluminiumlegierung vorzugsweise zwischen 2 und 99Gew.-% an Aluminium, bevorzugterweise zwischen 3 und 90 Gew.-% anAluminium, und insbesondere zwischen 10 und 90 Gew.-% an Aluminium,jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Aluminiumlegierung, aufweist.
    [4] Eingusskörpernach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 3, worin die ersteAußenbeschichtungskomponenteAlSi12 ist.
    [5] Eingusskörpernach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 4, worin die ersteAußenbeschichtungskomponenteZink oder eine Zinklegierung ist, wobei die Zinklegierung vorzugsweisezwischen 2 und 99 Gew.-% an Zink, bevorzugterweise zwischen 3 und90 Gew.-% an Zink, und insbesondere vorzugsweise zwischen 10 und90 Gew.-% an Zink, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Zinklegierung,aufweist.
    [6] Eingusskörpernach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 5, worin die zweiteAußenbeschichtungskomponenteeine Eisenlegierung ist, die vorzugsweise zwischen 2 und 99 Gew.-%an Eisen, bevorzugterweise zwischen 35 und 99 Gew.-% an Eisen, undinsbesondere vorzugsweise zwischen 40 und 99 Gew.-% an Eisen, jeweilsbezogen auf das Gesamtgewicht der Eisenlegierung, aufweist.
    [7] Eingusskörpernach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 6, worin die zweiteAußenbeschichtungskomponenteCrFe oder Stahl ist.
    [8] Eingusskörpernach einem der vorherstehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dassdie erste AußenbeschichtungskomponenteAluminium oder AlSi12 und die zweite AußenbeschichtungskomponenteAlSi12 oder eine Zinkaluminiumlegierungmit 85 Gew.-% Zink und 15 Gew.-% Aluminium ist.
    [9] Verfahren zur Außenbeschichtungeines Eingusskörpers,der mindestens teilweise aus Metall oder einer Metalllegierung besteht,wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Bereitstelleneiner ersten Außenbeschichtungskomponenteund einer zweiten Außenbeschichtungskomponente,wobei die erste Außenbeschichtungskomponenteein Metall oder eine Metalllegierung ist und die zweite AußenbeschichtungskomponenteEisen oder eine Eisenlegierung oder Aluminium oder eine Aluminiumlegierungist, und die erste Außenbeschichtungskomponenteeinen niedrigeren Schmelzpunkt als die zweite Außenbeschichtungskomponenteaufweist; Schmelzen der ersten Außenbeschichtungskomponenteund der zweiten Außenbeschichtungskomponente;und Aufsprühender geschmolzenen ersten Außenbeschichtungskomponenteund der geschmolzenen zweiten Außenbeschichtungskomponentein Form eines oder mehrerer Tröpfchenströme auf denEingusskörperunter Bildung der Außenbeschichtung; Steuernder Aufbringungsbedingungen des einen oder der mehreren Tröpfchenströme auf denEingusskörperwährenddes Spühvorgangs,derart dass die einzelnen Tröpfchender Metallströmeim Wesentlichen währendder Verfestigung getrennt verbleiben und dadurch im wesentlichengleichzeitig eine Außenbeschichtungaus der ersten und zweiten Außenbeschichtungskomponenteaufbauen, wobei die Außenbeschichtungein heterogenes Gefügeist, das Gefügebereicheaufweist, die im wesentlichen aus der ersten Außenbeschichtungskomponentebestehen und Gefügebereicheumfasst, die im wesentlichen aus der zweiten Außenbeschichtungskomponentebestehen.
    [10] Verfahren nach Anspruch 9, bei dem der Eingusskörper eineZylinderlaufbuchse oder ein Ringträger ist.
    [11] Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 9 oder10, bei dem die erste AußenbeschichtungskomponenteAluminium oder eine Aluminiumlegierung ist, wobei die Aluminiumlegierungvorzugsweise zwischen 2 und 99 Gew.-% an Aluminium, bevorzugterweisezwischen 3 und 90 Gew.-% an Aluminium, und insbesondere zwischen10 und 90 Gew.-% an Aluminium, jeweils bezogen auf das Gesamtgewichtder Aluminiumlegierung, aufweist.
    [12] Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 9 bis11, bei dem die erste AußenbeschichtungskomponenteZink oder eine Zinklegierung ist, wobei die Zinklegierung vorzugsweisezwischen 2 und 99 Gew.-% an Zink, bevorzugterweise zwischen 3 und90 Gew.-% an Zink, und insbesondere vorzugsweise zwischen 10 und90 Gew.-% an Zink, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Zinklegierung,aufweist.
    [13] Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 9 bis12, bei dem die zweite Außenbeschichtungskomponenteeine Eisenlegierung ist, die vorzugsweise zwischen 2 und 99 Gew.-%an Eisen, bevorzugterweise zwischen 35 und 99 Gew.-% an Eisen, undinsbesondere vorzugsweise zwischen 40 und 99 Gew.-% an Eisen, jeweilsbezogen auf das Gesamtgewicht der Eisenlegierung, aufweist.
    [14] Verfahren nach einem der vorherstehenden Ansprüche 9 bis13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste AußenbeschichtungskomponenteAluminium oder AlSi12 und die zweite AußenbeschichtungskomponenteAlSi12 oder eine Zinkaluminiumlegierung mit85 Gew.% Zink und 15 Gew.-% Aluminium ist.
    [15] Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 9 bis13, welches weiter umfasst, Einstellen der Oberflächenrauheitdurch Verändernder Zerstäubergasmenge.
    [16] Verwendung eines Eingusskörpers nach einem der Ansprüche 1 bis8 oder eines durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis14 erhaltenen Eingusskörperszur Herstellung eines Verbundkörpers,der mindestens einen Eingusskörperund Gussmaterial umfasst.
    [17] Eingusskörper,der durch ein Verfahren gemäß einemder Ansprüche9 bis 15 erhalten wird.
    [18] Verfahren zum Ein- oder Umgießen eines Eingusskörpers zurHerstellung eines Verbundkörpers,umfassend mindestens einen Eingusskörper und Gussmaterial, wobeidas Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Aufbringen einerAußenbeschichtungauf den mindestens einen Eingusskörper, wobei die Außenbeschichtungauf einer ersten Außenbeschichtungskomponenteund einer zweiten Außenbeschichtungskomponentebasiert, wobei die erste Außenbeschichtungskomponenteein Metall oder eine Metalllegierung ist und die zweite AußenbeschichtungskomponenteEisen oder eine Eisenlegierung oder Aluminium oder eine Aluminiumlegierungist, und die erste Außenbeschichtungskomponenteeinen niedrigeren Schmelzpunkt als die zweite Außenbeschichtungskomponenteaufweist, und wobei die Außenbeschichtungvor einem Eingießen desEingusskörpersein heterogenes Gefügeist, das Gefügebereicheaufweist, die im wesentlichen aus der ersten Außenbeschichtungskomponentebestehen und Gefügebereicheumfasst, die im wesentlichen aus der zweiten Außenbeschichtungskomponentebestehen, Anordnen des mindestens einen Eingusskörpers mit Außenbeschichtungin einer Gussform, Ein- oder Umgießen des Eingusskörpers miteinem Gussmaterial, das eine Temperatur aufweist, die höher alsder Schmelzpunkt der ersten Außenbeschichtungskomponenteist, wobei die erste Außenbeschichtungskomponenteim wesentlichen oder vollständigvon der eintretenden Schmelze entfernt wird und eine Anbindung zwischendem Gussmaterial, der Oberflächedes Eingusskörpersund/oder der verbleibenden zweiten Außenbeschichtungskomponenteauf dem Eingusskörpererfolgt; Gewinnen des Verbundköpers aus der Gussform.
    [19] Verfahren nach Anspruch 18, wobei als GussmaterialGusseisen, ein Leichtmetall, insbesondere Aluminium, oder eine Leichtmetalllegierungverwendet wird.
    [20] Verwendung nach einem der Ansprüche 18 oder 19, wobei der Eingusskörper eineZylinderlaufbuchse oder ein Ringträger ist.
    [21] Verwendung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, wobei das GussverfahrenSchwerkraftguss, Niederdruckguss, Squeeze-Casting-Gussverfahren oderDruckguss ist.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    DE102004031164B4|2008-03-20|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
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    2008-09-11| 8363| Opposition against the patent|
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