Verfahren zur Herstellung einer metallischen Haftvermittlungsschicht auf einem Umgusskörper

Abstract

 Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer metallischen Haftvermittlungsschicht auf der Außenfläche eines Umgußkörpers, insbesondere einer Zylinderlaufbuchse aus Grauguß, einem Aluminiumwerkstoff oder einer anderen metallischen Legierung zum Eingießen in ein Gußteil, vorzugsweise einen Motorblock aus einer Aluminium- oder einer anderen Leichtmetalllegierung. Erfindungsgemäß wird die Haftvermittlungsschicht galvanisch aufgebracht und mittels Diffusionsglühen metallurgisch an den Umgußkörper angebunden. Nach dem Eingießen des Umgußteils mit seiner Haftvermittlungsschicht entsteht ein rein metallurgischer Übergang, der optimale Festigkeit und Wärmeleitung gewährleistet.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer metallischen Haftvermittlungsschicht auf der Außenfläche eines Umgußkörpers nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] Ein gattungsmäßiges Herstellungsverfahren ist aus der DE 10315382 bekannt. Dabei wird die Haftvermittlungsschicht durch thermisches Spritzen aufgetragen. Derart gefertigte Haftvermittlungsschichten sind herstellungsbedingt porös, was zu einer reduzierten Wärmeleitung führt und die Schicht ist nur adhäsiv mit dem Umgußkörper verbunden, was zu einer vorzeitigen Ablösung der Schicht bei mechanischen oder thermischen Belastungen führen kann. Weiterhin ist die Herstellung relativ kostenintensiv.

[0003] Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Herstellungsverfahren für eine Haftvermittlungsschicht so zu verbessern, daß die Haftvermittlungsschicht eine hohe Haftfestigkeit auf dem Umgußkörper und ein hohes Wärmeleitvermögen aufweist. Weiterhin soll die Haftvermittlungsschicht kostengünstig mit wenig Fertigungsaufwand herzustellen sein.

[0004] Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

[0005] Indem die Haftvermittlungsschicht durch galvanisches Abscheiden von Leichtmetallen gebildet wird, kann auf einfache und kostengünstige Weise die Haftvermittlungschicht auf den Umgußkörper aufgetragen werden. Indem die Haftvermittlungsschicht nach dem galvanischen Abscheiden einem Diffusionsglühprozeß unterzogen wird, entsteht zwischen Umgußkörper und Haftvermittlungsschicht ein hochfester, wärmeleitender metallurgischer Übergang.

[0006] Besonders vorteilhaft enthält die Haftvermittlungsschicht zumindest als Bestandteil ein Leichtmetall aus der Gruppe von Aluminium und Magnesium. Diese Leichtmetalle sind weit verbreitete Gußmaterialien. Beim Eingießen des Umgußkörpers verbinden sich Gußmaterial und Haftvermittlungschicht metallurgisch und bilden so einen Werkstoffverbund. Zusammen mit der bereits bestehenden metallurgischen Verbindung zwischen Umgußkörper und Haftvermittlungsschicht ergibt sich damit eine hochfester, wärmeleitende Verbindung zwischen Umgußkörper und Gußmaterial.

[0007] Vorteilhaft enthält die Haftvermittlungsschicht Magnesium, wenn auch das Gußmaterial Magnesium enthält. Dann ist sichergestellt, daß eine metallurgische Verbindung zwischen Gußmaterial und Haftvermittlungsschicht beim Umgießen entsteht.

[0008] Vorteilhaft besteht die Haftvermittlungsschicht aus Reinaluminium. Eine 99,9 % Reinaluminiumschicht weist sehr günstige wärmeleitende Eigenschaften auf. Damit wird eine günstige Wärmeübertragung zwischen Umgußkörper und Gußmaterial erricht. Reinaluminium kann z. B. eingesetzt werden, wenn der Umgußkörper eine Zylinderlaufbüchse eines Verbrennungsmotors aus Stahl- oder Grauguß ist, der in einen Zylinderblock, bestehend aus einer Aluminiumlegierung als Gußmaterial, eingegossen ist. Dann ist eine gute Wärmeübertragung zwischen Laufbüchse und Zylinderblock vorteilhaft, um die Wärme aus dem Brennraum, der zumindest teilweise durch die Zylinderlaufbüchse gebildet wird, möglichst schnell in den Zylinderblock abzuführen.

[0009] Vorteilhafterweise beträgt die Glühtemperatur 400 bis 600°C. In diesem Temperaturbereich können in technisch sinnvollen Zeiträumen ausreichende Diffusionsraten zwischen Haftvermittlungsschicht und Umgußkörper bei der Verwendung von Leichtmetallen erreicht werden. Die sinnvollen Zeiträume für die Glühzeit beträgt dabei vorzugsweise 2 bis 20 Minuten. Dabei sollte die Glühtemperatur nach Möglichkeit die Schmelztemperatur des Materials der Haftvermittlungsschicht nicht wesentlich überschreiten.

[0010] Besonders vorteilhaft beträgt die Glühtemperatur 540 bis 580 °C. Hier ist die Diffusionsrate besonders günstig bei der Verwendung von Aluminium und/oder Magnesium als Bestandteil der Haftvermittlungsschicht. Die unerwünschte Oxidation der Haftvermittlungsschicht an der äußeren Fläche wird so minimiert. Eine solche Oxidation kann fast vollständig vermieden werden, wenn das Diffusionsglühen unter einer Schutzgasatmosphäre erfolgt. Dann sind sogar höhere Glühtemperaturen als hier angegeben möglich. Temperaturgrenze beim Diffusionsglühen ist die Temperaturbeständigkeit des Gußmaterials des Umgußkörpers.

[0011] Ein günstiger Diffusionsglühprozeß ergibt sich bei einer Glühtemperatur von 560 °C und einer Glühdauer 5 Minuten. Dann kann insbesondere eine Haftvermittlungsschicht aus Reinaluminium auf einen Umgußkörper aus Grauguß besonders effizient aufgetragen werden.

[0012] Bevorzugt beträgt die Schichtdicke der Haftvermittlungsschicht 5 bis 50 µm, wobei besonders vorteilhaft 10 bis 15 µm sind. Dies stellt einen guten Kompromiß dar zwischen ausreichender Dicke, um beim Umguß die geforderte Verbindung zwischen Umgußkörper und Gußkörper zu erzielen und dem geforderten geringem Fertigungsaufwand.

[0013] Vorteilhaft ist der Umgußkörper an den Beschichtungsflächen, wo die Haftvermittlungsschicht aufgebracht wird, vor der galvanischen Abscheidung durch Trockenbearbeitung spanend bearbeitet. Die Trockenbearbeitung gewährleistet, daß keine Verunreinigungen oder Bearbeitungsrückstände sich auf oder im Material des Umgußkörpers befindet. Derartige Verunreinigungen beeinträchtigen die Haftung der Haftvermittlungschicht auf dem Umgußkörper.

[0014] Besonders vorteilhaft weist die Beschichtungsfläche eine Profilierung auf. Die Profilierung kann auf beliebige Weise erzeugt sein. Entweder entsteht sie durch die oben genannte spanende Bearbeitung. Als Form ist dabei jede derartige bekannte Profilierung möglich. Die Profilierung kann auch durch Sandstrahlen entstehen. Oder die Profilierung entsteht bei der Urformung des Umgußkörpers, wenn dieser z. B. als Rauhgußteil hergestellt wurde, wie im Patent DE 10103596 beschrieben.

[0015] Anwendung finden kann das erfinderische Verfahren bei allen Gußteile mit einem oder mehreren eingegossenen Umgußkörpern. Insbesondere geeignet ist das Verfahren, wenn das Gußteil ein Zylinderblock und der Umgußkörper eine Zylinderlaufbuchse ist. Prinzipiell können jedoch alle geeigneten Umgußkörper, die in ein Gußteil eingegossen werden, mit dem erfinderischen Verfahren bearbeitet werden. Beispiele für derartige Umgußteile sind alle hochbelasteten Einsätze wie Kurbelwellenlager, Nockenwellenlager, Getriebelager, Lauf- und Gleitbahnen usw., die in ein Gußteil, vorzugsweise aus Leichtmetall, eingegossen werden sollen.

[0016] Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Abbildungen. Es zeigen:

Figur 1

einen schematischen Schnitt durch eine eingegossene Zylinderlaufbuchse;

Figur 2

eine mikroskopische Aufnahme eines Schnittes im Bereich der Haftvermittlungsschicht; und

Figur 3

eine vergrößerten Ausschnitt aus Figur 2 im Bereich der Haftvermittlungsschicht.

[0017] Figur 1 zeigt einen schematischen Schnitt durch ein Gußteil 1, in das eine Umgußteil 2 eingegossen ist. Das Gußteil 1 könnte hier ein Zylinderblock, das Umgußteil 2 eine Zylinderlaufbuchse sein. Zwischen Umgußteil 2 und Gußmaterial 3 befindet sich die Haftvermittlungsschicht 4.

[0018] Figur 2 zeigt ein mikroskopisch vergrößertes Materialschliffbild eines nach dem erfinderischen Verfahren hergestelltem Gußteiles aus dem Übergang von Umgußteil 2 und Gußmaterial 3. Deutlich zu erkennen ist die Graugußstruktur des Umgußteils 2 und die Matrixstruktur des Gußmaterials 3, hier eine Aluminiumlegierung. Zwischen Umgußteil 2 und Gußmaterial 3 befindet sich die Haftvermittlungsschicht 4.

[0019] Figur 3 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus Figur 2 im Bereich der Haftvermittlungsschicht 4. Deutlich erkennbar ist die sehr gute metallurgische Anbindung der Haftvermittlungsschicht 4 sowohl an den Umgußkörper 2 als auch an das Gußmaterial 3.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung einer metallischen Haftvermittlungsschicht (4) auf der Außenfläche eines Umgußkörpers (2), insbesondere einer Zylinderbuchse aus Grauguß, welcher anschließend zum Eingießen in ein Gußteil (1) aus Leichtmetall vorgesehen ist, insbesondere in einen Zylinderblock aus Leichtmetall,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Haftvermittlungsschicht (4) durch galvanisches Abscheiden von Leichtmetallen gebildet wird und die Haftvermittlungsschicht (4) nach dem galvanischen Abscheiden einem Diffusionsglühprozeß unterzogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei
die Haftvermittlungsschicht (4) zumindest als Bestandteil ein Leichtmetall aus der Gruppe von Aluminium und Magnesium enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei
die Haftvermittlungsschicht (4) aus Reinaluminium besteht.

4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei
die Glühtemperatur vorzugsweise 400 bis 600°C beträgt.

5. Verfahren nach Anspruch 5, wobei
die Glühzeit vorzugsweise 2 bis 20 Minuten beträgt.

6. Verfahren nach Anspruch 6, wobei
die Glühtemperatur 540 bis 580 °C beträgt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei
die Glühtemperatur 560 °C und die Glühdauer 5 Minuten beträgt.

8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei
die Schichtdicke der Haftvermittlungsschicht (4) 5 bis 50 µm beträgt.

9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei
die Schichtdicke der Haftvermittlungsschicht (4) 10 bis 15 µm beträgt.

10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei
der Umgußkörper (2) an den Beschichtungsflächen, wo die Haftvermittlungsschicht (4) aufgebracht wird, vor der galvanischen Abscheidung durch Trockenbearbeitung spanend bearbeitet wurde.

11. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei
die Beschichtungsfläche eine Profilierung aufweist.

12. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei
das Diffusionsglühen unter einer Schutzgasatmosphäre erfolgt.

13. Gußteil mit einem eingegossenen Umgußkörper, hergestellt nach einem der vorherigen Ansprüche.

14. Gußteil nach Anspruch 13, wobei das Gußteil (1) ein Zylinderblock und das Umgußkörper (2) eine Zylinderlaufbuchse ist.

15. Gußteil nach Anspruch 13, wobei der Umgußkörper (1) ein Kurbelwellenlager, ein Nockenwellenlager, ein Getriebelager oder eine Lauf-oder Gleitbahn ist.

Zeichnung