DE102020132346A1 - Cylinder liner coating for an internal combustion engine and spray wire for producing such a cylinder liner coating - Google Patents

Cylinder liner coating for an internal combustion engine and spray wire for producing such a cylinder liner coating Download PDF

Info

Publication number
DE102020132346A1
DE102020132346A1 DE102020132346.8A DE102020132346A DE102020132346A1 DE 102020132346 A1 DE102020132346 A1 DE 102020132346A1 DE 102020132346 A DE102020132346 A DE 102020132346A DE 102020132346 A1 DE102020132346 A1 DE 102020132346A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
coating
internal combustion
copper alloy
combustion engine
cylinder liner
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102020132346.8A
Other languages
German (de)
Inventor
Leander Schramm
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KS Huayu Alutech GmbH
Original Assignee
KS Huayu Alutech GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by KS Huayu Alutech GmbH filed Critical KS Huayu Alutech GmbH
Priority to DE102020132346.8A priority Critical patent/DE102020132346A1/en
Publication of DE102020132346A1 publication Critical patent/DE102020132346A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/04Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
    • C23C4/06Metallic material
    • C23C4/067Metallic material containing free particles of non-metal elements, e.g. carbon, silicon, boron, phosphorus or arsenic
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/04Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
    • C23C4/06Metallic material
    • C23C4/073Metallic material containing MCrAl or MCrAlY alloys, where M is nickel, cobalt or iron, with or without non-metal elements
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
    • C23C4/131Wire arc spraying

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)

Abstract

Es wird eine Zylinderlaufbahnbeschichtung (12) für eine Verbrennungskraftmaschine, welche eine thermische Spritzschicht (32) aus einer Kupferlegierung aufweist, die 6 bis 10 Gewichtsprozent Aluminium enthält, sowie ein Spritzdraht (18) zur Herstellung einer solchen Zylinderlaufbahnbeschichtung (12) durch thermisches Spritzen vorgeschlagen. Erfindungsgemäß sind in der thermischen Spritzschicht (32) zusätzlich gleichmäßig verteilt keramische Verschleißschutzpartikel (28) angeordnet und der Spritzdraht (18) ist als Fülldraht ausgeführt, dessen Hülle (24) aus der Kupferlegierung besteht und dessen Füllung (26) aus den keramischen Verschleißschutzpartikeln (28) besteht.So kann eine Zylinderlaufbahnbeschichtung geschaffen werden, die reibungsarm und dennoch verschleißfest ist.A cylinder wall coating (12) for an internal combustion engine has a thermal spray coating (32) made of a copper alloy containing 6 to 10 weight percent aluminum and a spray wire (18) for producing such a cylinder wall coating (12) by thermal spraying. According to the invention, ceramic anti-wear particles (28) are additionally arranged evenly distributed in the thermal spray layer (32) and the spray wire (18) is designed as a flux-cored wire whose sheath (24) consists of the copper alloy and whose filling (26) consists of the ceramic anti-wear particles (28 ) exists. In this way, a cylinder liner coating can be created that is low-friction and yet wear-resistant.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zylinderlaufbahnbeschichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, welche eine thermische Spritzschicht aus einer Kupferlegierung aufweist, die 6 bis 10 Gewichtsprozent Aluminium enthält, sowie einen Spritzdraht zur Herstellung einer derartigen Zylinderlaufbahnbeschichtung durch thermisches Spritzen.The invention relates to a cylinder wall coating for an internal combustion engine, which has a thermally sprayed layer made of a copper alloy containing 6 to 10 percent by weight aluminum, and a spray wire for producing such a cylinder wall coating by thermal spraying.

In modernen Verbrennungsmotoren sind hohe Verdichtungsverhältnisse und Drehzahlen erforderlich, wobei gleichzeitig das Gewicht der Motoren zu reduzieren ist. Zur Gewichtsreduktion werden moderne Motorblöcke beziehungsweise Zylinderkurbelgehäuse zumeist aus Aluminiumlegierungen hergestellt. Die dabei entstehenden Zylinderlauflächen weisen jedoch häufig keine ausreichende Verschleißfestigkeit auf. Um diese sicherzustellen, werden die Zylinderlaufflächen dieser Motoren mit einer thermischen Spritzschicht versehen. Hierzu wird zunächst die Oberfläche des Zylinders durch Aufrauen oder Schneiden aktiviert, um eine feste Verbindung zur Verschleißschicht zu erhalten. Diese kann aus sehr verschleißfesten Materialien hergestellt werden, wobei neben der Verschleißfestigkeit jedoch vor allem auch eine hohe Korrosionsbeständigkeit und ein reibungsarmer Betrieb gewünscht sind, um auch den Verschleiß am Kolben gering zu halten und den Kraftstoffverbrauch durch Minimierung der Reibung zu senken. Des Weiteren wiesen die Spritzschichten zumeist eine höhere Porosität auf, wodurch ein größeres Ölrückhaltevolumen geschaffen wird, welches ebenfalls zu einer verringerten Reibung führt.In modern internal combustion engines, high compression ratios and speeds are required, while at the same time the weight of the engines has to be reduced. To reduce weight, modern engine blocks or cylinder crankcases are mostly made of aluminum alloys. However, the resulting cylinder running surfaces often do not have sufficient wear resistance. To ensure this, the cylinder surfaces of these engines are provided with a thermal spray coating. For this purpose, the surface of the cylinder is first activated by roughening or cutting in order to obtain a firm connection to the wear layer. This can be made of very wear-resistant materials, but in addition to wear resistance, high corrosion resistance and low-friction operation are also desired in order to keep wear on the piston low and reduce fuel consumption by minimizing friction. Furthermore, the sprayed layers usually had a higher porosity, which created a larger oil retention volume, which also led to reduced friction.

Um eine Zylinderlaufbahn herzustellen, die ausreichend hart und widerstandsfähig sein soll und gleichzeitig ausreichend porös ist, um ein ausreichendes Ölrückhaltevolumen bereitzustellen, wird in der DE 10 2008 053 641 B3 vorgeschlagen, die Zylinderlaufbahnbeschichtung durch thermisches Spritzen einer Kupferlegierung herzustellen, die einen Mangananteil von 11 bis 15 Gewichtsprozent und einen Aluminiumanteil von 5 bis 9 Gewichtsprozent oder einen Zinnanteil von 10 bis 14 Gewichtsprozent aufweist.In order to produce a cylinder liner that should be sufficiently hard and resistant and at the same time sufficiently porous to provide a sufficient oil retention volume, in the DE 10 2008 053 641 B3 proposed producing the cylinder wall coating by thermal spraying a copper alloy which has a manganese content of 11 to 15 percent by weight and an aluminum content of 5 to 9 percent by weight or a tin content of 10 to 14 percent by weight.

Es hat sich herausgestellt, dass bei einer derartigen Beschichtung zwar die Reibung und somit auch der Kraftstoffverbrauch reduziert wird, jedoch ist die Verschleißbeständigkeit für besonders hochbelastete Motoren häufig nicht ausreichend.It has been found that with a coating of this type, friction and thus also fuel consumption are reduced, but the wear resistance is often not sufficient for engines that are subjected to particularly high loads.

Es stellt sich daher die Aufgabe, eine Zylinderlaufbahnbeschichtung für eine Verbrennungskraftmaschine sowie einen Spritzdraht zur Herstellung einer derartigen Zylinderlaufbahnbeschichtung zu schaffen, welche bei weiter guter Schmierung und geringer Reibung eine höhere Verschleißbeständigkeit aufweist. Das Ziel ist es entsprechend, Schäden am Motor zu verhindern, indem die Verschleißfestigkeit der Laufflächen erhöht wird, die vorhandene Reibung minimiert wird sowie Korrosion an den Laufflächen verhindert wird, so dass geringe Verbräuche bei langer Haltbarkeit der Motoren erzielt werden können.The object is therefore to create a cylinder liner coating for an internal combustion engine and a spray wire for producing such a cylinder liner coating, which has greater wear resistance while maintaining good lubrication and low friction. Accordingly, the aim is to prevent damage to the engine by increasing the wear resistance of the running surfaces, minimizing the existing friction and preventing corrosion on the running surfaces, so that low consumption can be achieved with a long service life of the engines.

Diese Aufgabe wird durch eine Zylinderlaufbahnbeschichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einen Spritzdraht zur Herstellung einer derartigen Zylinderlaufbahnbeschichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 6 gelöst.This object is achieved by a cylinder liner coating for an internal combustion engine having the features of claim 1 and a spray wire for producing such a cylinder liner coating having the features of main claim 6 .

Die erfindungsgemäße Zylinderlaufbahnbeschichtung für eine Verbrennungskraftmaschine ist eine durch thermisches Spritzen aufgebrachte Schicht, wobei unter dem Begriff thermisches Spritzen Verfahren wie das Flammspritzen, Lichtbogenspritzen, Plasmaspritzen, PTWA (Plasma transferred wire arc)-Spritzen, RSW (rotation single wire)-Spritzen oder Hochgeschwindigkeitsflammspritzen zusammengefasst werden. Die Beschichtung besteht aus einer Kupferlegierung, die 6 bis 10 Gewichtsprozent Aluminium sowie gegebenenfalls weitere Legierungsbestandteile enthält. Um diese Beschichtung noch verschleißfester zu machen, sind in der thermischen Spritzschicht zusätzlich gleichmäßig verteilt keramische Verschleißschutzpartikel angeordnet, die ebenfalls beim thermischen Spritzvorgang aufgebracht werden. Diese keramischen Verschleißschutzpartikel weisen eine sehr hohe Festigkeit auf und sind gleichmäßig in der Kupferlegierungsmatrix eingebettet, so dass der durch Reibung entstehende Abtrag der Kupferlegierung an der Zylinderwand deutlich reduziert wird und so die Lebensdauer der Zylinderbeschichtung erhöht wird. Des Weiteren werden durch die festen keramischen Partikel zusätzliche Ölrückhaltevolumen in den Zwischenräumen geschaffen, die für eine zusätzlich verbesserte Schmierung und Reibungsreduktion sorgen. Der Aluminiumanteil führt zu einer guten Korrosionsbeständigkeit bei guten mechanischen und physikalischen Eigenschaften.The cylinder barrel coating according to the invention for an internal combustion engine is a layer applied by thermal spraying, the term thermal spraying including processes such as flame spraying, arc spraying, plasma spraying, PTWA (plasma transferred wire arc) spraying, RSW (rotation single wire) spraying or high-speed flame spraying will. The coating consists of a copper alloy containing 6 to 10 percent by weight of aluminum and other alloying components if necessary. In order to make this coating even more wear-resistant, ceramic anti-wear particles are also evenly distributed in the thermal spray coating and are also applied during the thermal spraying process. These ceramic anti-wear particles have a very high strength and are evenly embedded in the copper alloy matrix, so that abrasion of the copper alloy on the cylinder wall caused by friction is significantly reduced and the service life of the cylinder coating is increased. Furthermore, the solid ceramic particles create additional oil retention volumes in the gaps, which ensure additionally improved lubrication and friction reduction. The aluminum content leads to good corrosion resistance with good mechanical and physical properties.

Zur Herstellung einer solchen Zylinderlaufbahnbeschichtung durch thermisches Spritzen wird ein Spritzdraht benutzt, der als Fülldraht ausgeführt ist, dessen Hülle aus der Kupferlegierung besteht und dessen Füllung aus den keramischen Verschleißschutzpartikeln besteht. Beim Aufschmelzen des Drahtes beim thermischen Spritzen werden so zusätzlich zu den geschmolzenen Kupferlegierungspartikeln auch die keramischen Verschleißschutzpartikel, wenn die umhüllende Kupferlegierung aufgeschmolzen ist, zumindest teilweise aufgeschmolzen und gegen die Zylinderwand beschleunigt, setzen sich in der Kupferlegierungsmatrix ab und werden durch diese an der Zylinderwand gehalten.To produce such a cylinder barrel coating by thermal spraying, a spray wire is used which is designed as a filler wire, the sheath of which consists of the copper alloy and the filling of which consists of ceramic anti-wear particles. When the wire is melted during thermal spraying, the ceramic anti-wear particles are also at least partially melted and accelerated against the cylinder wall in addition to the melted copper alloy particles when the enveloping copper alloy is melted, settling in the copper alloy matrix and are held by them on the cylinder wall.

Vorzugsweise enthält die Kupferlegierung, aus der die thermische Spritzschicht hergestellt ist, zwischen 1 und 6 Gewichtsprozent Nickel. Durch diesen Nickelanteil in der Legierung wird die Bindung zur Zylinderwand, aber auch die Korrosionsbeständigkeit der Legierung zusätzlich verbessert.Preferably, the copper alloy from which the thermal spray coating is made contains between 1 and 6 weight percent nickel. This nickel content in the alloy not only improves the bond to the cylinder wall, but also the corrosion resistance of the alloy.

Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn die keramischen Verschleißschutzpartikel aus Oxiden, Nitriden oder Carbiden gebildet sind. Hier sind insbesondere Aluminiumoxid, Siliziumcarbid, Wolframcarbid, Bornitrid oder Niobcarbid zu nennen. Diese sind reibverschleißfest, korrosions- und erosions- und wärmeschockbeständig, so dass die Verschleißfestigkeit der Kupferlegierung beträchtlich erhöht wird.Furthermore, it is advantageous if the ceramic anti-wear particles are formed from oxides, nitrides or carbides. Aluminum oxide, silicon carbide, tungsten carbide, boron nitride or niobium carbide should be mentioned here in particular. These are resistant to fretting wear, corrosion and erosion, and thermal shock, so that the wear resistance of the copper alloy is increased considerably.

In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Kupferlegierung, aus der die thermische Spritzschicht hergestellt ist, bis zu 14 Gewichtsprozent Mangan. Dies erhöht die Korrosionsbeständigkeit und die Zugfestigkeit der Legierung.In a preferred embodiment, the copper alloy from which the thermal spray coating is made contains up to 14% by weight manganese. This increases the corrosion resistance and tensile strength of the alloy.

Des Weiteren kann die Kupferlegierung, aus der die thermische Spritzschicht hergestellt ist, vorteilhafterweise 2 bis 4 Gewichtsprozent Eisen enthalten, wodurch die Kornfeinung erhöht wird.Furthermore, the copper alloy from which the thermal spray coating is made can advantageously contain 2 to 4% by weight of iron, which increases grain refinement.

Es wird somit eine Zylinderlaufbahnbeschichtung für eine Verbrennungskraftmaschine sowie ein Spritzdraht zur Herstellung einer derartigen Zylinderlaufbahnbeschichtung durch thermisches Spritzen geschaffen, welche neben sehr geringen Reibwerten auch ein großes Ölrückhaltevolumen aufweist und sehr verschleißbeständig durch die Einbettung sehr harter Partikel ist. So kann die Lebensdauer eines Motorblocks durch Verringerung des Verschleißes und die sehr hohe Wärmebeständigkeit erhöht werden. Des Weiteren wird der Kraftstoffverbrauch durch die verringerte Reibung reduziert.A cylinder liner coating for an internal combustion engine and a spray wire for producing such a cylinder liner coating by thermal spraying are thus created which, in addition to very low coefficients of friction, also have a large oil retention volume and are very wear-resistant due to the embedding of very hard particles. The service life of an engine block can be increased by reducing wear and tear and by the very high heat resistance. Furthermore, fuel consumption is reduced due to the reduced friction.

Ein Ausführungsbeispiel einer solchen Zylinderlaufbahnbeschichtung und eines erfindungsgemäßen Spritzdrahtes ist in der Figur schematisch dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.An embodiment of such a cylinder barrel coating and a spray wire according to the invention is shown schematically in the figure and is described below.

Die Figur zeigt eine Seitenansicht einer teilweise beschichteten Zylinderwand beim Spritzvorgang in schematischer Darstellung.The figure shows a schematic representation of a side view of a partially coated cylinder wall during the spraying process.

In der Figur ist eine Zylinderwand 10 eines Zylinderkurbelgehäuses einer Verbrennungskraftmaschine dargestellt, welches beispielweise aus einer Aluminiumlegierung gegossen wurde. Da eine solche Zylinderwand 10 für heutige hochverdichtende Verbrennungsmotoren keine ausreichende Festigkeit aufweist, wird diese mit einer Zylinderlaufbahnbeschichtung 12 versehen.The figure shows a cylinder wall 10 of a cylinder crankcase of an internal combustion engine, which was cast from an aluminum alloy, for example. Since such a cylinder wall 10 does not have sufficient strength for today's high-compression internal combustion engines, it is provided with a cylinder wall coating 12 .

Diese Zylinderlaufbahnbeschichtung 12 wird durch thermisches Spritzen aufgebracht. Hierzu wird ein Plasmabrenner 14 verwendet, der eine an eine erste Spannungsquelle angeschlossene Elektrode 16 sowie einen als zweite Elektrode wirkenden elektrisch leitfähigen erfindungsgemäßen Spritzdraht 18, der an den entgegengesetzten Pol der Spannungsquelle angeschlossen ist, aufweist. Der Spritzdraht 18 wird senkrecht zugeführt wird und dient als Beschichtungswerkstoff, der in der Figur bereits teilweise auf der Zylinderwand 10 aufgebracht ist. Die erste Elektrode 16 ist von Bohrungen 20 des Plasmabrenners 14 umgeben, durch deren Lage ein gegebenenfalls längs der ersten Elektrode 16 mit einem Drall behafteter Plasmagasstrom entsteht, der mit hoher Geschwindigkeit durch eine Düse 22 entweicht.This cylinder barrel coating 12 is applied by thermal spraying. A plasma torch 14 is used for this purpose, which has an electrode 16 connected to a first voltage source and an electrically conductive spray wire 18 according to the invention, which acts as a second electrode and is connected to the opposite pole of the voltage source. The spray wire 18 is fed in vertically and serves as a coating material, which is already partially applied to the cylinder wall 10 in the figure. The first electrode 16 is surrounded by bores 20 in the plasma torch 14, the position of which creates a plasma gas flow, which may have a twist along the first electrode 16, and escapes through a nozzle 22 at high speed.

Das durch den Plasmabrenner 14 strömende Plasmagas wird durch den entstehenden Lichtbogen geleitet und ionisiert hierbei. Die Dissoziation, beziehungsweise anschließende Ionisation, erzeugt ein hochaufgeheiztes elektrisch leitendes Gas aus positiven Ionen und Elektronen, das Plasma. Das Plasma weist eine Temperatur von bis zu 12.000 °C auf, strömt durch die Düse 22 und dehnt sich entlang der Längsachse der Düse 22 aus. Dabei wird das Plasma zum senkrecht zur Düse 22 kontinuierlich zugeführten Spritzdraht 18 transportiert, wodurch der elektrische Kreis geschlossen wird. Der entstehende Lichtbogen weist eine Temperatur von beispielsweise etwa 4.000 °C auf. Der Spritzdraht 18 wird mit einem Durchsatz zugeführt, der es ermöglicht, dass der Spritzdraht 18 in einen schmelzflüssigen, und durch den Aufprall des Plasmas zerstäubten Zustand übergeht.The plasma gas flowing through the plasma torch 14 is guided through the arc that is produced and is ionized in the process. The dissociation, or subsequent ionization, creates a highly heated, electrically conductive gas made up of positive ions and electrons, the plasma. The plasma has a temperature of up to 12,000° C., flows through the nozzle 22 and expands along the longitudinal axis of the nozzle 22. In the process, the plasma is transported to the spray wire 18, which is continuously supplied perpendicularly to the nozzle 22, as a result of which the electrical circuit is closed. The resulting arc has a temperature of around 4,000 °C, for example. The spray wire 18 is fed at a rate that allows the spray wire 18 to become molten and atomized by the impact of the plasma.

Der Spritzdraht 18 ist als Fülldraht ausgeführt und besteht aus einer Hülle 24, die aus einer Kupferlegierung besteht, die 8 Gewichtsprozent bis 10 Gewichtsprozent Aluminium und 1 bis 6 Gewichtsprozent Nickel enthält. Zusätzlich kann ein Mangangehalt von bis zu 14 Gewichtsprozent und ein Eisengehalt von 2 bis 4 Gewichtsprozent in der Legierung enthalten sein. Zu nennen sind hier beispielsweise Kupferlegierungen wie CuMn13Al8Fe3Ni2, CuAl9Ni5 oder CuAI9Ni5Fe3Mn2.The spray wire 18 is designed as a cored wire and consists of a sheath 24 which consists of a copper alloy containing 8% by weight to 10% by weight aluminum and 1 to 6% by weight nickel. In addition, a manganese content of up to 14 percent by weight and an iron content of 2 to 4 percent by weight can be contained in the alloy. Copper alloys such as CuMn13Al8Fe3Ni2, CuAl9Ni5 or CuAI9Ni5Fe3Mn2 should be mentioned here, for example.

Innerhalb dieser Hülle 24 ist eine Füllung 26 mit keramischen Oxid- oder Karbidpulvern enthalten, die als Verschleißschutzpartikel 28 dienen. Dies kann Al2O3, NbC, SiC, BN oder B4C sein. Diese Verschleißschutzpartikel 28 werden ebenso wie die Hülle 24 des Spritzdrahtes 18 durch den Plasmagasstrom aufgeschmolzen und gegen die Zylinderwand 10 beschleunigt, wo sie anhaften und wieder in den festen Zustand übergehen.A filling 26 with ceramic oxide or carbide powders, which serve as anti-wear particles 28 , is contained within this shell 24 . This can be Al2O3, NbC, SiC, BN or B4C. Like the sheath 24 of the spray wire 18, these anti-wear particles 28 are melted by the plasma gas flow and accelerated against the cylinder wall 10, where they adhere and become solid again.

Die Bohrungen 20 sind hierzu von mehreren Kanälen 30 umgeben, durch die ein Zerstäubergas strömt, welches aus einem Inertgas, wie Stickstoff besteht. Dieser zusätzliche Gasstrom schafft einerseits eine inerte Atmosphäre und dient als Trägergas für die aufgeschmolzenen Verschleißschutzpartikel 28 und die Kupferlegierung des Spritzdrahtes 18 und sorgt für eine zusätzliche Zerstäubung.For this purpose, the bores 20 are surrounded by a plurality of channels 30 through which an atomizing gas flows, which consists of an inert gas such as nitrogen. On the one hand, this additional gas flow creates an inert atmosphere and serves as a carrier gas for the melted anti-wear particles 28 and the copper alloy of the spray wire 18 and ensures additional atomization.

An der Zylinderwand 10 wird so eine thermische Spritzschicht 32 gebildet, welche aus einer Kupferlegierungsmatrix 34 besteht, in der die harten keramischen Verschleißschutzpartikel 28 gleichmäßig verteilt angeordnet sind.A thermal spray layer 32 is thus formed on the cylinder wall 10, which consists of a copper alloy matrix 34 in which the hard ceramic anti-wear particles 28 are arranged in a uniformly distributed manner.

Es wird somit eine Zylinderlaufbahnbeschichtung und ein Spritzdraht zu deren Herstellung geschaffen, die durch die verwendeten Kupferlegierungen sehr gute Reibwerte und eine hohe Korrosionsbeständigkeit aufweist und andererseits durch die eingebetteten harten Verschleißschutzpartikel eine hohe Verschleißfestigkeit aufweist. Durch die Beschichtung wird des Weiteren ein großes Ölrückhaltevolumen zur weiteren Verringerung der Reibung geschaffen.A cylinder barrel coating and a spray wire for its production are thus created which, thanks to the copper alloys used, have very good coefficients of friction and high corrosion resistance and, on the other hand, have high wear resistance thanks to the embedded hard anti-wear particles. The coating also creates a large oil retention volume to further reduce friction.

Es sollte deutlich sein, dass der Schutzbereich nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel begrenzt ist. Insbesondere können verschiedene thermische Spritzverfahren verwendet werden. Auch sind die genannten keramischen Verschleißschutzpartikel und Kupferlegierungen lediglich beispielhaft aufgezählt, so dass andere Kupferlegierungen und Keramiken Verwendung finden können.It should be clear that the scope of protection is not limited to the described embodiment. In particular, various thermal spray processes can be used. The ceramic anti-wear particles and copper alloys mentioned are also only listed as examples, so that other copper alloys and ceramics can be used.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of documents cited by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • DE 102008053641 B3 [0003]DE 102008053641 B3 [0003]

Claims (6)

Zylinderlaufbahnbeschichtung (12) für eine Verbrennungskraftmaschine, welche eine thermische Spritzschicht (32) aus einer Kupferlegierung aufweist, die 6 bis 10 Gewichtsprozent Aluminium enthält, dadurch gekennzeichnet, dass in der thermischen Spritzschicht (32) zusätzlich gleichmäßig verteilt keramische Verschleißschutzpartikel (28) angeordnet sind.Cylinder barrel coating (12) for an internal combustion engine, which has a thermal spray layer (32) made of a copper alloy containing 6 to 10 percent by weight aluminum, characterized in that ceramic anti-wear particles (28) are additionally arranged evenly distributed in the thermal spray layer (32). Zylinderlaufbahnbeschichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupferlegierung, aus der die thermische Spritzschicht (32) hergestellt ist, zwischen 1 und 6 Gewichtsprozent Nickel enthält.Cylinder liner coating for an internal combustion engine claim 1 , characterized in that the copper alloy from which the thermal spray coating (32) is made contains between 1 and 6% by weight nickel. Zylinderlaufbahnbeschichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die keramischen Verschleißschutzpartikel (28) aus Oxiden, Nitriden oder Carbiden gebildet sind.Cylinder liner coating for an internal combustion engine claim 1 or 2 , characterized in that the ceramic anti-wear particles (28) are formed from oxides, nitrides or carbides. Zylinderlaufbahnbeschichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupferlegierung, aus der die thermische Spritzschicht (32) hergestellt ist, bis zu 14 Gewichtsprozent Mangan enthält.Cylinder bore coating for an internal combustion engine according to any one of the preceding claims, characterized in that the copper alloy from which the thermal spray coating (32) is made contains up to 14% by weight of manganese. Zylinderlaufbahnbeschichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupferlegierung, aus der die thermische Spritzschicht (32) hergestellt ist, 2 bis 4 Gewichtsprozent Eisen enthält.Cylinder bore coating for an internal combustion engine according to any one of the preceding claims, characterized in that the copper alloy from which the thermal spray coating (32) is made contains 2 to 4% by weight iron. Spritzdraht (18) zur Herstellung einer Zylinderlaufbahnbeschichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche durch thermisches Spritzen, dadurch gekennzeichnet, dass der Spritzdraht (18) als Fülldraht ausgeführt ist, dessen Hülle (24) aus der Kupferlegierung besteht und dessen Füllung (26) aus den keramischen Verschleißschutzpartikeln (28) besteht.Spray wire (18) for producing a cylinder barrel coating (12) according to one of the preceding claims by thermal spraying, characterized in that the spray wire (18) is designed as a flux-cored wire whose sheath (24) consists of the copper alloy and whose filling (26) consists of the ceramic anti-wear particles (28).
DE102020132346.8A 2020-12-04 2020-12-04 Cylinder liner coating for an internal combustion engine and spray wire for producing such a cylinder liner coating Pending DE102020132346A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020132346.8A DE102020132346A1 (en) 2020-12-04 2020-12-04 Cylinder liner coating for an internal combustion engine and spray wire for producing such a cylinder liner coating

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020132346.8A DE102020132346A1 (en) 2020-12-04 2020-12-04 Cylinder liner coating for an internal combustion engine and spray wire for producing such a cylinder liner coating

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102020132346A1 true DE102020132346A1 (en) 2022-06-09

Family

ID=81655344

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102020132346.8A Pending DE102020132346A1 (en) 2020-12-04 2020-12-04 Cylinder liner coating for an internal combustion engine and spray wire for producing such a cylinder liner coating

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102020132346A1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001032948A1 (en) 1999-10-29 2001-05-10 Man B & W Diesel A/S Method and device for producing machine components that are provided with at least one sliding surface
DE102008053641B3 (en) 2008-10-29 2010-02-18 Daimler Ag Thermally sprayed cylinder bore coating useful in an internal combustion engine, comprises copper alloy containing manganese content and aluminum content or tin content

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001032948A1 (en) 1999-10-29 2001-05-10 Man B & W Diesel A/S Method and device for producing machine components that are provided with at least one sliding surface
DE102008053641B3 (en) 2008-10-29 2010-02-18 Daimler Ag Thermally sprayed cylinder bore coating useful in an internal combustion engine, comprises copper alloy containing manganese content and aluminum content or tin content

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE19733204B4 (en) Coating of a hypereutectic aluminum / silicon alloy, spray powder for their production and their use
EP2650398B1 (en) Spray powder with a superferritic iron base compound and a substrate, in particular brake disc with a thermal spray coating
DE3152549C2 (en) Powder coating material for thermal coating
DE19733205B4 (en) Coating for a cylinder surface of a reciprocating engine of a hypereutectic aluminum / silicon alloy, spray powder for their production and their use
DE102007019510B3 (en) Process to run-in a large marine two-stroke diesel engine with soft abrasion coating on piston rings
EP3325685B1 (en) Method for coating a cylinder barrel of a cylinder crankcase, cylinder crankcase with a coated cylinder barrel and engine
DE102010021300A1 (en) Wire-shaped spray material, functional layer that can be produced therewith and method for coating a substrate with a spray material
DE2209675A1 (en) Wear-resistant coating for metal lines, in particular steel parts and processes for their manufacture
WO2012010376A1 (en) Piston ring having a thermally sprayed coating and method for producing same
EP1230413A1 (en) Method and device for producing machine components that are provided with at least one sliding surface
DE102004055228B4 (en) Thermally sprayed bearing shells for connecting rods
WO2005038073A2 (en) Cylinder lining comprising an exterior coating of two layers and method for sealing or embedding said lining to form a composite body
DE102018202540A1 (en) Engine block of an internal combustion engine with optimized heat conduction properties
EP0931172B1 (en) Coated wear resisting piston rings for internal combustion engines and method for their production
DE102008053642A1 (en) Thermally sprayed cylinder liner for a combustion engine, is made of iron based alloy, steel, stainless steel and/or light metal based on aluminum, titanium and/or magnesium
DE102016114533A1 (en) Iron-based alloy for the production of thermally sprayed wear-resistant coatings
EP1148147B1 (en) Wire for electric arc spraying process
DE102020132346A1 (en) Cylinder liner coating for an internal combustion engine and spray wire for producing such a cylinder liner coating
DE102017215493A1 (en) Meran seemed fine
EP3116678B1 (en) Electric arc wire spray layer on the raceway of a cylinder crankcase made of an aluminium alloy
DE10334701A1 (en) Thermally sprayed cylinder liner for internal combustion engines is made from an iron-based alloy containing dispersed friction- and wear-reducing particles made from a metal alloy of aluminum, copper, zinc, tin and/or molybdenum
DE10334703A1 (en) Valve seat rings made of Co or Co / Mo base alloys and their production
DE102013112809A1 (en) A method for producing a sprayed cylinder surface of a cylinder crankcase of an internal combustion engine and such a cylinder crankcase
DE102015016473A1 (en) functional layer
DE10323014B4 (en) Nozzle for plasma torch

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication