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Technisches
Gebiet
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Die
Erfindung betrifft Kolbenstangen für Autostoßdämpfer und Federbeine. Im Spezielleren
bezieht sie sich auf die Bereitstellung von thermischen und kinetischen
Sprühbeschichtungen
auf solchen Stangen als Korrosionsschutz und zur Abriebfestigkeit.
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Hintergrund
der Erfindung
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Automobile
sind auf Federn aufgehängt,
um die von dem Rad auf die Karosserie und ihre Insassen übertragenen
Belastungen oder Querbeschleunigungen zu reduzieren. Federn speichern
und setzen die Energie frei, die dem Fahrzeug von der Straßenoberfläche verliehen
wird. Autos und Lastkraftwagen verwenden auch Federungsdämpfer (auch als
Stoßdämpfer und
Federbeine bekannt), um die kinetische Energie des Fahrzeugs und
der Federn in Wärmeenergie
umzuwandeln und diese an die Umgebung und an das Fahrgestell abzugeben.
Solche Federungsdämpfer
sind für
die Sicherheit und den Komfort der Insassen des Fahrzeugs notwendig.
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Federungsdämpfer kommen üblicherweise in
zwei Formen an Automobilen vor und eine Vielzahl von den Dämpfern wird
an jedem Fahrzeug verwendet. Ein Stoßdämpfer ist typischerweise eine
hydraulische Vorrichtung, die die gefederten und nicht gefederten
Massen des Fahrzeugs steuert, indem sie die kinetische Energie in
Wärmeenergie
umwandelt. Üblicherweise
wird er in Kombination mit einer Feder verwendet, die zwischen dem
Fahrgestell und einer Achse wirksam ist, um das Zusammendrücken der Feder
zu dämpfen.
Ein Federbeindämpfer
ist mehr von einem strukturellen Element eines Kraftfahrzeugsystems,
das konstruiert ist, um in der Lage zu sein, den Kräften und
Biegemomenten, die aus Brems-, Beschleunigungs- und Lenkmanövern resultieren,
zu widerstehen. Selbstverständlich
dient ein Federbeindämpfer
auch als Stoßdämpfer. Ein
typischer/s Stoßdämpfer oder
Federbeindämpfer
umfasst eine zylindrische Kolbenstange, die sich in und aus einem
Zylinderrohr in Dichteingriff mit einem Verschlussabschnitt des
Rohres verschiebt. Ein Ende des Rohres und ein Ende der Kolbenstange
sind mit dem Fahrgestell bzw. der Achse verbunden. Das andere Ende
der Stange ist mit einer geeigneten Kolbenstruktur verbunden, die
sich in dem Rohr hin- und herbewegt. Der Kolben verdrängt eine
Hydraulikflüssigkeit,
die das stoßdämpfende
Medium der Vorrichtung ist.
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Kolbenstangen
für Stoßdämpfer, Federbeindämpfer und
dergleichen werden jährlich
zu Millionen erzeugt. Typischerweise sind die Stangen aus einem geeigneten
Stahl gebildet, um die Festigkeit für ihre Funktion bereitzustellen.
Der freiliegende Abschnitt der Stange außerhalb des Dämpferzylinderrohres
ist Wasser, Salz, Luft und anderen aggressiven Materialien ausgesetzt,
die eine Korrosion der Stange bewirken können. Da die Stange eine wirklich
runde, abdichtbare Fläche
für einen
Eingriff mit dem Abdichtungsabschnitt der Vorrichtung aufweisen
muss, muss eine Korrosion minimiert sein. Aus diesem Grund waren
Kolbenstangen traditionellerweise mit einer galvanisch aufgebrachten
Chrombeschichtung versehen. Die Chrombeschichtung stellt sowohl
Korrosionsbeständigkeit
in der Umgebung, in der der Dämpfer
arbeitet, als auch eine gewisse Abriebfestigkeit für den Eingriff
der Stange mit dem Abdichtungsabschnitt des Dämpferzylinders bereit. Solche galvanisch
aufgebrachten Chrombeschichtungen haben ihre Aufgabe bei Dämpferkolbenstangen
jahrelang zufrieden stellend erfüllt.
Allerdings erfordern das/die Galvanisierbad- und dämpfe aus sechswertigem Chrom
einen sorgfältigen
Umgang in der Anlage und stellen ein Entsorgungsproblem für die Umwelt dar.
Es be steht ein Bedarf an einer Alternative zu der Praxis der galvanisch
aufgebrachten Chrombeschichtung zum Schutz von Kraftfahrzeugfederdämpfer-Kolbenstangen.
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Die
EP 0 053 521 offenbart eine
Schutzschicht auf einem hydraulischen Dämpfer oder Stoßdämpfer für ein Fahrzeug.
Die Schutzschicht wird gebildet, indem zuerst die Stahlkolbenstange
bis zu einem Grad nitrocarburiert wird, der ausreicht, um an der
Oberfläche
des Stahls eine Epsilon-Schicht
zu erzeugen, und dann ein Basen-/Harzbinder als Schutzfinish aufgetragen
wird.
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Die
vorliegende Erfindung ist wie in den beiliegenden Ansprüchen dargelegt.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Ausführungsformen
der Erfindung sehen bestimmte metallische und keramische, thermisch
und kinetisch aufgesprühte
Beschichtungen auf Kolbenstangen für Kraftfahrzeugfederungsdämpfer vor.
Diese zylindrischen Schäfte
sind typischerweise aus einer geeignet starken, tragenden Metalllegierung
wie z. B. einem Kohlenstoffstahl hergestellt. In Ausführungsformen
der Erfindung wird eine Thermospritz- oder kinetische Spritzbeschichtung
einer Legierung aufgetragen, die korrosionsbeständig in der feuchten und oft
salzhaltigen Umgebung ist, der der Kraftfahrzeugunterboden ausgesetzt
ist. Die Beschichtung ist auch abriebfest, wenn die Stange in das
und aus dem Endverschlussmittel des Dämpferzylinders gleitet. Geeignete
Legierungen für
die Thermospritzauftragung umfassen z. B. Nickel-Chrom-Eisen-Legierungen,
Eisen-Chrom-Kohlenstoff-Legierungen
und Eisen-Chrom-Legierungen. Chromhaltige Legierungen sind bevorzugt.
In einer weiteren Ausführungsform der
Erfindung umfas sen geeignete Thermospritzbeschichtungsmaterialien
ein Keramikmaterial auf Aluminiumbasis.
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Geeignete
Thermospritzauftragungsverfahren umfassen Plasmaspritz-, Lichtbogenspritz-, Hochgeschwindigkeits-Spritzauftrag-(High
Velocity Oxy-Fuel Spray) und Flammspritzverfahren. In diesen Thermospritzverfahren
wird der Draht oder ein pulverförmiges
Ausgangsmaterial in einer Spritzpistole geschmolzen und schnell
zu einem Werkstück befördert, wo
es/es als einzelne geschmolzene Tröpfchen abgeschieden wird. Die
Beschichtung wird somit Tropfen für Tropfen aufgetragen. Sie
erstarrt Tropfen für
Tropfen und ist daher etwas porös.
Solche Poren machen typischerweise 1 % bis 10 % des Volumens der
Beschichtung aus. In dem Fall von Metalllegierungsbeschichtungen
ist es üblicherweise
erforderlich, die poröse
Beschichtung abzudichten, um eine Beeinträchtigung durch Wasser und elektrochemische
Korrosion zu verhindern. Die Abdichtung kann bewerkstelligt werden,
indem die Metalllegierungsbeschichtung augenblicklich thermisch
aufgeschmolzen wird, um die Poren zu füllen. In dem Fall von Keramikbeschichtungen,
insbesondere elektrisch isolierenden Beschichtungen auf Aluminiumbasis,
ist der Abdichtungsschritt üblicherweise
nicht notwendig. Die Aluminiumbeschichtungen können porös sein, stellen aber kein Korrosionspotential
dar.
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Kinetische
Spritzverfahren beinhalten das Suspendieren von geeigneten Beschichtungspartikeln
in einem Gasstrom und das Treiben der Partikel bei Überschallgeschwindigkeit
gegen ein zu beschichtendes, aufgerautes Substrat. Das Gas kann erwärmt werden,
um seine Geschwindigkeit zu erhöhen,
nicht aber, um die Partikel zu erweichen oder zu schmelzen. Die
Partikel werden mechanisch abgeflacht und an das Substrat geklebt,
wo sie ohne Phasen- oder Zusammensetzungsänderung haften. Eine Abdich tung
kann auch für
kinetisch spritzaufgetragene Metallbeschichtungen erforderlich sein.
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Es
wird üblicherweise
bevorzugt, die Oberfläche
der Beschichtung abzuschleifen oder sonst wie nachzubearbeiten,
um Rundheit, den angegebenen Stangendurchmesser und, was sehr wichtig
ist, eine glatte Oberfläche
sicherzustellen, um einen Abrieb des Abdichtelements des Dämpfergehäuses für einen
Dichteingriff mit dem Einschlussmittel an dem Zylinderelement des
Federungsdämpfers
zu minimieren.
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Weitere
Ziele und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten
Beschreibung der Erfindung besser verständlich. Es wird auf die Zeichnungen
verwiesen.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine Schnittdarstellung eines repräsentativen Kraftfahrzeug-Stoßdämpfers,
die eine thermospritzbeschichtete Kolbenstange veranschaulicht.
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2 ist
eine vergrößerte Querschnittsdarstellung
eines Abschnitts der thermospritzbeschichteten Kolbenstange von 1.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsform
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Ein
repräsentativer
Federungsdämpfer
ist in 1 bei 10 gezeigt. Der spezielle Dämpfer ist
ein Stoßdämpfer, der
für eine
im Wesentlichen geradlinige Hin- und Herbewegung in Verbindung mit
einer Kraftfahrzeugfeder entworfen ist. Allerdings kann die Ausführung der
Erfindung auf eine beliebige Federungsdämpfer-Kolbenstange einschließlich Federbeindämpfer und
anderen ähnlichen
Vorrichtungen, die eine verchromte Kolbenstange verwenden oder verwendet
haben, angewendet werden.
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Unter
Bezugnahme auf 1 umfasst ein Stoßdämpfer 10 eine
Kolbenstange 12. Die Kolbenstange 12 weist an
einem Ende einen zylindrischen Ösenverbinder 14 zur
Befestigung an dem Auto- oder Lastwagen-Fahrgestell auf. An dem anderen Ende der
Stange 12 befindet sich ein geeigneter Kolben 16.
Die Stange 12 verschiebt sich in Dichteingriff mit einer
Buchse 18 und der Dichtung 20 an einem Ende des
Zylinderrohres 22. Der Kolben 16 verschiebt sich in
Eingriff mit dem Zylinderrohr 22. Der Zylinder 22 ist in
dem Hydraulikflüssigkeits-Behälterrohr 24 aufgenommen.
Das Behälterrohr 24 wiederum
ist teilweise von einem Staubschutzrohr 26 abgedeckt. Die
Basisenden der Rohre 22 und 24 sind an einem zylindrischen
Verbinder 28 befestigt.
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Die
Kolbenstange 12 weist einen runden Querschnitt auf und
muss ein/e genau festgelegte/n einheitliche/n/s Rundheit, Durchmesser
und Oberflächengüte entlang
ihrer Länge
aufweisen, um eine geeignete Abdichtfläche mit der Buchse 18 und
der Dichtung 20 bereitzustellen und ein Austreten von Hydraulikflüssigkeit
(nicht gezeigt), die innerhalb der Vorrichtung zwischen den Zylindern 22 und 24 durch ein
Ventil 30 und den Kolben 16 gepumpt wird, zu verhindern.
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In
dem typischen Aufbau einer Kraftfahrzeug-Stoßdämpfer- oder- Federbeindämpfer-Kolbenstange ist die
Stange 12 aus einer geeigneten Stahlmischung wie z. B.
UNS G10400 hergestellt. Es handelt sich dabei um einen Kohlenstoffstahl,
der nominell 0,4 Gew.-% Kohlenstoff und 0,75 Gew.-% Mangan enthält.
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Die
Stahlstange (mit einem Nenndurchmesser von 7 bis 10 mm) wird oft
einer Oberflächenhärtungs-Wärmebehandlung
unterzogen, um eine geeignete gehärtete Schicht bis zu einer
Tiefe von etwa 0,3 bis 0,9 Millimetern bereitzustellen. Im dem Fall von
Federbeinen kann diese gehärtete
Hülle tiefer
an dem in solchen Vorrichtungen verwendeten Kolben sein. Nach dem
Härten
der Stahlstange wird dieser eine galvanisch aufgebrachte Chrombeschichtung verliehen.
Wiederum ist die Tiefe der Beschichtung abhängig von den Gebrauchsbedingungen.
In einer typischen Stoßdämpferstange
kann die Tiefe der Chromgalvanisierung von 0,005 bis 0,01 mm betragen,
während
die Dicke der Chromgalvanisierung an einem Federbein typischerweise
zumindest 0,01 mm beträgt.
Nach der Abscheidung der galvanisch aufgebrachten Chromschicht wird
die Schicht einer Oberflächennachbehandlung
unterzogen, um die Rundheit, Glattheit und den einheitlichen Durchmesser
der gesamten Stange für
einen nicht abrasiven Dichteingriff mit den weiteren Elementen der
Federungsdämpfervorrichtung
sicherzustellen. Der Zweck dieser Erfindung besteht darin, die Chrombeschichtung durch
eine geeignete spritzaufgetragene Beschichtung zu ersetzen, die
eine gleichwertige Korrosionsbeständigkeit und Abriebfestigkeit
für die
Kolbenstange bereitstellt.
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In
Ausführungsformen
der Erfindung werden Thermospritz- oder kinetische Spritztechniken
verwendet. Die Erfindung wird im Hinblick auf bevorzugte Thermospritzverfahren
veranschaulicht.
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Thermospritztechniken
verwenden üblicherweise
Pulver- oder Draht-Ausgangsmaterialien.
Die Ausgangsmaterialien werden geschmolzen, indem sie durch eine
Hochtemperaturzone, die durch ein Lichtbogenverfahren, ein Plasmaverfahren
oder ein Flammenverfahren erzeugt wird, eingespritzt werden. Die
geschmolzenen Pulver werden aus der Hochtemperaturzone ausgestoßen und
mit hoher Geschwindigkeit auf die zu beschich tende Kolbenstangenoberfläche gelenkt.
Einzelne geschmolzene Tröpfchen
treffen auf die Oberfläche
der Komponente auf, kühlen
ab und erstarren und bilden eine feste Beschichtung. Obwohl es sich
um eine relativ junge Entwicklung handelt, wurden Thermospritzverfahren in
der Industrie in weiteren Anwendungen über mehr als ein Jahrzehnt
verwendet. Typische Anwendungen sind für Luftfahrzeug-Motorkomponenten
und für Blechfugenfüller von
Autokarosserien. In Übereinstimmung
mit der Erfindung sind diese Verfahren an die Bereitstellung geeigneter
Beschichtungen auf Kolbenstangen angepasst.
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Beim
Lichtbogenspritzen werden zwei Drähte mit entgegengesetzter Polarität durch
abgewinkelte Elektrodenhalter in einer Spritzpistole zugeführt, sodass
sich ihre Spitzen berühren
und einen elektrischen Bogen erzeugen. Der Bogen weist eine Temperatur
auf, die ausreicht, um eine Wärmeenergie zum
Schmelzen der Drähte
bereitzustellen, und das geschmolzene Metall wird durch einen Strahl
von Hochdruckgas, üblicherweise
Druckluft, atomisiert, um einen Sprühstrahl bereitzustellen. Die
zu spritzende Legierung wird in Form eines Drahtes zubereitet. Dies
ist üblicherweise
ein relativ kostengünstiger Weg
einer Bereitstellung des Spritzmaterials und das Lichtbogenspritzen
ist ein Verfahren mit einer relativ hohen Produktionsrate. Dieses
Verfahren ist auf Materialien beschränkt, die ausreichend duktil
sind, um zu einem Draht gezogen zu werden, oder ein Fülldraht
kann für
sprödere
Materialien in Pulverform innerhalb einer duktilen Hülle ausgebildet
sein.
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Bei
einer anderen Art eines Thermospritzverfahrens wird ein Draht in
die Flamme eines Brennstoff-Luft-Gemisches eingeführt. Das
Gemisch wird entzündet,
um hohe Temperaturen zu erzeugen, und das Abgas und Luft werden
verwendet, um die geschmolzenen Tröpfchen von dem Draht zu dem
Substrat zu treiben. Ein solches Verfahren wird als Hochgeschwin digkeits-Spritzauftrag(HVOF)-Verfahren bezeichnet.
In dem HVOF wird Hochdruckbrennstoffgas wie z. B. Wasserstoff, Propan
oder Propylen mit Luft gemischt. Es können Hochgeschwindigkeitsflammen
bei Temperaturen in der Größenordnung von
mehr als 3000°K
erzeugt werden. In dem Fall des HVOF kann das Ausgangsmaterial in
Form eines Drahtes oder eines Pulvers zugeführt werden. Die relativ hohen
Geschwindigkeiten können
Beschichtungen mit relativ geringer Porosität erbringen.
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Plasmaspritzen
sorgt für
sehr hohe Temperaturen in der Größenordnung
von 15.000°K
bis 30.000°K.
In einer Plasmapistole dient die Anode als Düse. Die Hohlanode enthält eine
darin angeordnete konische Kathode und ein Bogen wird zwischen der Anode
und der Kathode gebildet. Ein Plasmagas strömt durch die Pistole und durch
den Bogen zwischen der Kathode und der Anode. Das Gas ist typischerweise
Argon oder ein Gemisch aus Argon und Wasserstoff. Ein separates
Trägergas,
welches das Partikelbeschichtungsmaterial mit sich führt, wird
an dem Auslass der Pistole in die Plasmaflamme eingetragen und mit
hoher Geschwindigkeit gegen das zu beschichtende, aufgeraute Substrat
transportiert.
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Sowohl
Plasmaspritzverfahren als auch Lichtbogenspritzverfahren wurden
in den nachfolgenden spezifischen Beispielen verwendet, um Beschichtungsmaterialien
auf Stahlkolbenstangen abzuscheiden.
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In Übereinstimmung
mit dem in diesen Beispielen gefolgten Verfahren wurden die UNS G10400-Stahlkolbenstangen
gereinigt und dann durch Sandstrahlen aufgeraut. Die aufgeraute
Stahloberfläche
sorgt für
ein besseres Haftmedium für
die spritzaufgetragene Beschichtung. Nach dem Auftragen der Beschichtung
wurden die beschichteten Stangen einem Schleifvorgang unterzogen,
um eine runde Oberfläche
mit einheitlichem Durchmesser entlang der Länge der Stange bereitzustellen.
Zuletzt wur den einige der thermisch aufgetragenen Metalllegierungsbeschichtungen
mit geeigneten Abdichtungsbehandlungen bearbeitet. Wie in 2 gezeigt wird
die thermospritzaufgetragene Beschichtung 32 Tropfen 34 für Tropfen 34 oder
Spritzer für
Spritzer gebildet. In der Beschichtung ist eine Porosität vorhanden.
Eine typische Spritzbeschichtung weist eine Dichte im Bereich von
90 % bis 99 % der theoretischen Dichte der Zusammensetzung auf.
Da Kraftfahrzeugkolbenstangen einem Salzsprühnebel und dergleichen unterworfen
sind, ist es oft notwendig, die Metalllegierungsbeschichtungen für eine geeignete
Korrosionsbeständigkeit
abzudichten.
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Zur
Veranschaulichung der Erfindung wurden vier Metalllegierungsbeschichtungen,
die Chrom und Übergangsmetalle
enthielten, durch Thermospritzen auf Stoßdämpfer- und Federbeinstangen aufgetragen.
Die Beschichtungen waren wie folgt zusammengesetzt:
- Beschichtung
1: Nickel-Chrom-Eisen-Legierung, in Gew.-% zusammengesetzt aus 16,5
% Chrom, 4,5 % Eisen, 4,25 % Silizium, 3,25 % Bor, 0,9 % Kohlenstoff und
der Rest Nickel. Die Legierung wurde in Pulverform (–140 bis
325 Sieb) verwendet. Diese Legierung wurde durch ein Plasmathermospritzverfahren
bis zu einer Dicke von 275 μm
auf UNS G10400-Stahlkolbenstangen
aufgetragen.
- Beschichtung 2: Eine Eisen-Chrom-Kohlenstoff-Legierung, in Gew.-%
zusammengesetzt aus 27 % Chrom, 2,25 % Kohlenstoff, 1,75 % Nickel
und der Rest Eisen, wurde ebenfalls durch ein Plasmathermospritzverfahren
bis zu einer Dicke von 275 μm
auf UNS G10400-Stahlkolbenstangen aufgetragen. Die Legierung wurde
in Partikelform (–140
bis 325 Sieb) verwendet.
- Beschichtung 3: Eine Eisen-Chrom-Aluminium-Legierung, in Gew.-%
zusammengesetzt aus 22,3 % Chrom, 5,43 % Aluminium, 0,45 % Silizium,
0,03 % Kohlenstoff und der Rest Eisen, wurde durch ein Lichtbogenspritzverfahren
auf UNS G10400-Stahlkolbenstangen aufgetragen. Die Beschichtung
wurde bis zu einer Dicke von 275 μm
aufgetragen.
- Beschichtung 4: Eine Eisen-Chrom-Legierung (420 Edelstahl),
in Gew.-% zusammengesetzt aus 13 % Chrom, 1 % Mangan, 1 % Silizium,
mindestens 0,15 % Kohlenstoff und der Rest Eisen wurde durch ein Lichtbogenspritzverfahren
auf UNS G10400-Stahlkolbenstangen aufgetragen. Die Beschichtung
wurde bis zu einer Dicke von 275 μm
aufgetragen.
- Beschichtung 5: Es wurde auch eine Aluminium-Keramik-Mischung
derart formuliert, dass sie 3 % Titan (TiO2)
und als Rest Aluminium (Al2O3)
enthielt. Diese Keramikformulierung wurde in Pulverform (–140 bis 325
Sieb) durch Plasmaspritzen auf UNS G10400-Stahlkolbenstangen aufgetragen.
Die Dicke der Beschichtung betrug etwa 275 μm.
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Mehrere
Stangen von jeder der fünf
Beschichtungsmischungen wurden zu einem runden, einheitlichen Durchmesser
entlang der Länge
der Stangen geschliffen. Stangen mit jeder der Beschichtungen zeigten
in der Stoßdämpfer- oder
Federbeindämpfer-Umgebung
eine geeignete Abriebfestigkeit. Ein entscheidender Test für Kolbenstangen
ist jedoch ihre Fähigkeit,
gegenüber
Korrosion beständig
zu sein, insbesondere in einer salzhaltigen Umgebung.
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Die
Korrosionsbeständigkeit
von jeder der oben stehenden mit den fünf verschiedenen Beschichtungsmischungen
behandelten Stoßdämpferstangen
wurde in Salzsprühkammern
gemäß dem Testverfahren
ASTM B117 überprüft. Es scheint
notwendig, dass dieses Testverfahren bestanden werden muss, damit
die Stangen als geeignet für
eine kommerzielle Verwendung in der salzartigen Umgebung z. B. Nordamerikas
angesehen werden.
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Die
Stangen im Anlieferungszustand mit Metalllegierungen (d. h. die
Beschichtungen 1 bis 4) bestanden die Salzsprühnebeltests nicht. Auf Grund der
Porosität
dieser Beschichtungen drang der wässrige Salzsprühnebel in
die Poren der Beschichtungen ein und verursachte eine unannehmbare
Korrosion. Wenn diese metallischen Beschichtungen jedoch wie unten
beschrieben behandelt wurden, bestanden sie das Testverfahren ASTM
B117.
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Die
Stoßdämpferstange,
die mit der Aluminium-Titan-Keramikbeschichtung
plasmaspritzbeschichtet wurde, zeigte keine unannehmbare Korrosion
nach dem Salzsprühnebeltest.
Die Stange war nach einer Abscheidung einem Schleifvorgang unterzogen
worden, wies jedoch keine Abdichtungsbehandlung auf. Während eine
Abdichtungsbehandlung mit der Aluminiumbeschichtung verwendet werden
könnte,
ist die Aluminiumbeschichtung mit dieser Dicke wie abgeschieden
und wie auf Maß geschliffen ohne
weitere Behandlung geeignet.
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Zwei
Arten von Behandlung nach einer Thermospritzabscheidung für die metalllegierungsbeschichteten
Stoßdämpfer- und
Federbeinstangen wurden wie folgt bewertet. Eine Behandlung nach
einer Abscheidung bestand im Eintauchen der beschichteten und geschliffenen
Stangen in ein Polymerdichtmittel. Das Mittel #990 Porosity Spray
Sealant von Loktite Corporation ist ein Beispiel eines geeigneten
Dichtmaterials. Es handelt sich um ein anaerobes Dichtmittel (eine
Polyglykoldimethacrylat-Base) mit niedriger Viskosität, das in
die Poren eindringt und ohne Luft aushärtet. Das Dichtmittel kann
z. B. durch Sprühen,
Spritzen oder Eintauchen der be schichteten Stangen aufgetragen werden.
Andere ähnliche
Polymerdichtmittel sind ebenfalls geeignet. Die Stangen zum Trocknen
abgetropft und bei Raumtemperatur zum Aushärten stehen gelassen.
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Die
polymerabgedichteten, spritzbeschichteten Stangen wurden einem Salzsprühnebeltest
wie oben beschrieben unterzogen. Diese Polymerdichtmittelbehandlung
füllte
die Poren der Beschichtung auf Chrom-Eisen-Nickel-Basis (Beschichtung 1),
der Eisen-Chrom-Kohlenstoff-Legierung
(Beschichtung 2) und der Edelstahllegierung mit erfolg. Jede von diesen
polymerabgedichteten, beschichteten Stoßdämpfer- und Federbeinstangen
bestand die Salzsprühnebel-
und Abriebtests. Das Polymerdichtmittel reichte nicht aus, um eine
Korrosion der Eisen-Chrom-Aluminium-Legierung
(Beschichtung 3) zu verhindern.
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Zusätzlich zu
der Polymerdichtmittelpraxis stellte sich auch heraus, dass bestimmte
Legierungen mit relativ niedrigem Schmelzpunkt wie z. B. die Chrom-Eisen-Nickel-Legierung
(Liquidus-Temperatur von etwa 1100°C) abgedichtet werden könnten, indem
die spritzbeschichteten Stangen einer Hochfrequenz-Induktionsheizung
unterworfen werden, um die Beschichtung augenblicklich zu verschmelzen und
die Poren zusammenfallen zu lassen und eine kontinuierlichere und
dichtere Beschichtung zu bilden. Die so behandelten Nickel-Chrom-Eisen-Legierungen
bestanden den Salzsprühnebeltest.
Die Liquidus-Temperaturen der weiteren Legierungen waren für eine geeignete
derartige Verarbeitung zu hoch.
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Es
hat sich herausgestellt, dass die Legierung auf Nickel-Chrom-Eisenbasis (Beschichtung
1) auch zur gleichen Zeit abgedichtet werden könnte, zu der die Grundstahlstange
einsatzgehärtet
wird.
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Es
wurde demgemäß demonstriert,
dass Thermospritzbeschichtungen von bestimmten Metalllegierungen
und bestimmten elektrisch nicht leitfähigen Keramiken auf die Oberfläche einer
Stahl- oder anderen geeigneten Metalllegierungs-Kolbenstange aufgetragen
werden können,
um eine geeignete abriebfeste und korrosionsbeständige Beschichtung bereitzustellen.
Metalllegierungsmaterialien können auch
durch ein kinetisches Spritzverfahren aufgetragen werden. Diese
Spritzbeschichtungen können
effizient aufgetragen werden, sodass kein Verlust von Material durch übermäßiges Spritzen
verursacht wird. Die Spritzbeschichtungen bringen keine Umweltprobleme
mit sich. Die Beschichtungen werden als geeigneter und wirksamer
Ersatz für
das galvanisch aufgebrachte Chrom betrachtet, das, während es
im Gebrauch gut funktioniert, Gesundheits- und Umweltprobleme bei
seiner Anwendung darstellt.
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Es
wird einzusehen sein, dass die Erfindung einen breiten Bereich von
geeigneten Beschichtungsmaterialien für die Kolbenstangen umfasst.
Es wird jedoch bevorzugt, dass Chrom ein Element der Metalllegierungen
ist und dass Chrom in einer Mischung mit anderen Übergangsmetallen
wie z. B. Nickel und Eisen verwendet wird. Die Kombinationen von
Nickel, Chrom und Eisen oder von Eisen, Chrom und Kohlenstoff besitzen
Schmelzpunkte bei ausreichend niedriger Temperatur zum Auftragen
auf die Stahlstange und für
eine nachfolgende wirksame Abdichtung.
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Eine
gleich wirksame Ausführungsform
ist eine nicht metallische Beschichtung von einem Material wie z.
B. Aluminiumoxid oder Aluminiumoxid, vermischt mit anderen Oxiden,
um seine Thermospritztemperatur zu verringern. Da diese Keramikbeschichtungen
im Wesentlichen elektrische Isolatoren sind, dienen sie trotz ihrer
Porosität
als geeignete Beschichtungen. Sie sorgen für eine Korrosionsbeständigkeit
der Stange ohne einen nachfolgenden Abdichtungsschritt. Es ist offensichtlich,
dass die Be schichtungen mit der Polymermischung, wie oben gezeigt
wurde, abgedichtet werden könnten.