Verfahren zum Herstellen von Gleitflächen auf Teilen von Fahrzeugmotoren

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Gleitflächen auf Teilen von Fahrzeugmotoren, die einer schwingungsüberlagerten Metall/Metall-Reibung ausge­setzt sind.

[0002] Das Beschichten Fahrzeugmotoren mittels Hartlegie­rungen erfolgt üblicherweise durch Plasmaspritzen oder durch Flammspritzen. Diese Beschichtungen haben relativ geringe Standzeiten dann, wenn sie starken Schwingungs­belastungen ausgesetzt sind; diese führen zu Rißbil­dungen oder zum Abplatzen der Schicht. Versuche mit ein­gelegten und gesinterten Schichten führten nicht zu den gewünschten Ergebnissen. Beim sogenannten MIP-Verfahren entstehen beispielsweise so hohe Kosten, daß die Anwen­dung praktisch ohne Bedeutung bleibt.

[0003] Angesichts dieser Gegebenheit hat sich der Erfinder das Ziel gesetzt, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art so weiter zu entwickeln, daß trotz günstiger Kosten sehr haltbare und feste Gleitflächen mit langen Standzeiten entstehen.

[0004] Zur Lösung dieser Aufgabe führt, daß auf das Teil eine Schicht aus einer Hartlegierung mit Elementen der Gruppe 8, Periode 4,des Periodensystems mit einer Schichtstärke von 0,1 - 3,0 mm aufgetragen und anschließend mit einem Hochenergiestrahl geschmolzen wird. Versuche haben er­geben, daß statt der Elemente der Gruppe 8 auch Refraktor­metalle der Gruppe 6 eingesetzt zu werden vermögen.

[0005] Beide erfindungsgemäßen Lösungen können noch dadurch ver­bessert werden, daß Hartstoffe oder Hartmetall-Vorstoffe in die Hartlegierung eingebaut werden.

[0006] Das Aufbringen der Schicht erfolgt mit an sich bekannten Verfahren, beispielsweise durch thermisches Spritzen oder das Auftragen einer Paste und wird erfindungsgemäß ergänzt durch das Einschmelzen mit einem Hochenergiestrahl, vor­nehmlich mit einem Laserstrahl.

[0007] Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird während die­ses Einschmelzvorganges die Schicht durch ein gasförmiges Medium rasch abgekühlt.

[0008] Eine besonders günstige Art der Zuführung des Metallpul­vers zu der zu beschichtenden Fläche ist dadurch möglich, daß der Laserstrahl selbst als Transportmittel für das Metallpulver verwendet werden kann. Es erübrigt sich da­mit der erste Verfahrensschritt des Flammspritzens oder Auftragens einer Paste.

[0009] Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend beschriebenen Beispielen.

Beispiel 1

[0010] Die Gleitfläche einer Nockenwelle sollte mit einer ver­schleißfesten Schicht durch thermisches Spritzen mit nach­träglichem Einschmelzen mit einem Laser beschichtet werden.

[0011] Als Beschichtungswerkstoff wurde ein pulverförmiger Werk­stoff verwendet aus einem Gemisch von 50 % Matrixlegierung mit der Zusammensetzung Cr 10-16 %, C 0,4 - 0,9 %, B 1,5 - 3,5 %, Si z-4 %, Fe 1-4 % Rest Ni. Aus Hartstoff wurden 50 % Wolframkarbid mit 10-15 % Co eingesetzt.

[0012] Auf das durch Strahlen vorbereitete Werkstück wurde mit einem autogenen Flammspritzbrenner eine 1,5 mm dicke Schicht aufgespritzt und diese nachfolgend mit einem 5 kW-Laser an einer Drehvorrichtung eingeschmolzen. Die Parameter für den Einschmelzvorgang waren folgende:
    . entfokussierter Strahldurchmesser 3,0 mm,
    . Drehgeschwindigkeit 400 mm/min,
    . Überlappung der Naht 25 %.

[0013] Die eingeschmolzene Schicht wurde anschließend durch Schlei­fen bearbeitet.

[0014] Bei den Versuchen mit der eingebauten Nockenwelle wurde eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen Verschleiß unter Schwingungsbelastung festgestellt.

Beispiel 2

[0015] Auf die Gleitfläche eines Kipphebels soll eine verschließ­feste Schicht aufgebracht werden.

[0016] Als Beschichtungswerkstoff wurde eine Metallpaste -- be­stehend aus einem Gemisch von 70 % Matrixlegierung und 30 % Molybdän -- verwendet. Die Zusammensetzung der Matrix­legierung war Cr 20-25 %, < 6 % Fe, < 3 % B, < 4 % Si, Rest Ni. Der Anteil des Harzbinders lag bei 2 %.

[0017] Die Gleitfläche des Kipphebels wurde 1 mm tief ausgefräst, entfettet und in diese Ausfräsung die Paste eingepreßt. Nach dem Aushärten wurde die eingebrachte Schicht mit ei­nem Laserstrahl -- mit den Parametern gemäß Beispiel 1 -- eingeschmolzen.

[0018] Beim Einsatz der Teile wurde eine doppelte Standzeit gegen­über nicht beschichteten Vergleichsteilen festgestellt.

Ansprüche

1. Verfahren zum Herstellen von Gleitflächen auf Teilen von Fahr­zeugmotoren, die einer schwingungsüberlagerten Metall/Metall-­Reibung ausgesetzt sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß auf das Teil eine Schicht aus einer Hartlegierung mit Elementen der Gruppe 8, Periode 4, des Periodensystems mit einer Schichtdicke von 0,1 - 3,0 mm aufgetragen und anschließend mit einem Hochenergiestrahl eingeschmolzen wird.

2. Verfahren zum Herstellen von Gleitflächen auf Teilen von Fahr­zeugmotoren, die einer schwingungsüberlagerten Metall/Metall-­Reibung ausgesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß auf das Teil eine Schicht aus wenigstens einem Refraktormetall der Gruppe 6 des Periodensystems mit einer Schichtdicke von 0,1 - 3,0 mm aufgetragen und anschließend mit einem Hochenergiestrahl geschmolzen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet, durch eine Schichtdicke über 0,2 mm, bevorzugt zwischen 0,5 und 2,0 mm.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Zu­gabe von Hartstoffen oder Hartmetall-Vorstoffen zur Schicht, wobei gegebenenfalls die in die Schicht eingelagerten Hartstoffe Karbide, Boride, Silicide und/oder Nitride sind, bevorzugt Wolframkarbide oder Wolframschmelzkarbide.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Schichtwerkstoff eine Hartlegierung auf Ni-Basis aufge­tragen wird, oder daß als Schichtwerkstoff eine Hartlegierung auf Co-Basis aufgetragen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Schichtwerkstoff eine Hartlegierung auf Fe-Basis aufge­tragen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Schichtwerkstoff eine Hartlegierung mit Mo-Basis aufge­tragen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Schichtwerkstoff eine Hartlegierung auf NiMoFe-Basis aufgebracht wird.

9. Verfahren nach Anspruch 5 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Schichtwerkstoff Zusätze von weniger als 5 % B und weniger als 5 % Si enthält.

10. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Schichtwerkstoff eine Legierung auf NiCrBSi-Basis aufgetragen wird, wobei gegebenenfalls dem Schichtwerkstoff Molybdän zugesetzt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 4 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schichtwerkstoff Wolframschmelzkarbid oder gesintertes Wolframkarbid zugesetzt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Schichtwerkstoff eine amorphe NiMo-Basislegierung aufgetragen wird.

13. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufbringen der Schicht mit einer ein Metallpulver und einem Binder enthaltenden Paste erfolgt, wobei gegebenenfalls als Binder ein Harz eingesetzt wird, bei dem der verbleibende Feststoffanteil unter 10 % liegt.

14. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallpulver in eine Aussparung des Teiles eingeschüttet und nachträglich gepreßt wird.

15. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht auf dem Wege des thermischen Spritzens aufgebracht wird.

16. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgebrachte Schicht mit einem Laser­strahl geschmolzen wird, wobei gegebenenfalls die Schicht während des Einschmelzens mit dem Laserstrahl durch ein gas­förmiges Medium rasch abgekühlt wird.

17. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht durch das Zuführen des Metallpulvers in den Laserstrahl hergestellt wird.