EP1148229A2 - Zylinderlaufbuchse für Verbrennungskraftmaschinen und Herstellungsverfahren - Google Patents
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- F02F7/0085—Materials for constructing engines or their parts
- F02F2007/009—Hypereutectic aluminum, e.g. aluminum alloys with high SI content
Definitions
- the invention relates to a method for producing a cylinder liner for Internal combustion engines made of light metal by thermal spraying, as well as a cylinder liner manufactured by this method.
- the bushings consist of cylindrical pipe sections and limit the combustion chamber of the combustion chamber with their inner surfaces, the inner surfaces simultaneously serving as running surfaces for the piston rings. Corresponding to the high wear load are used as liner materials wear-resistant cast iron or steel alloys or sintered materials are used.
- the Running surfaces of the bushings must also be machined, and if necessary, the running surfaces are provided with wear-resistant coatings.
- DE 196 05 946 C1 discloses a production method for cylinder liners, with which a cylinder liner with high wear resistance is simple and inexpensive can be produced with an optimally thin wall thickness and then as an independent one Component can be used in an engine block.
- On the outer surface one as a molded body serving mandrel is a first wear layer by a thermal spray process and then a cover layer is applied and then the formed one The cylinder liner is removed from the mandrel.
- the object of the invention is a simple and inexpensive method of manufacture of cylinder liners for light metal engines with good tribological properties to provide. Furthermore, it is an object of the invention to provide cylinder liners, which can be produced with the method according to the invention and in cylinder bores Alloy motors can be used.
- a is made on a support body made of aluminum Layer of a hypereutectic aluminum / silicon alloy by a thermal Spray applied.
- a hypereutectic aluminum / silicon alloy is understood in this description an alloy whose silicon content (in Aluminum) is greater than the silicon content (in aluminum) of an alloy with eutectic mixing ratio.
- binary systems one understands one Eutectic a mixture in a very specific composition - that eutectic mixture - two substances that are not in a solid state, but in a liquid state are completely miscible. In a state diagram of a binary system is called the point with the lowest possible melting temperature eutectic point.
- the mixing ratio of the binary system in the eutectic point is the eutectic mixing ratio.
- silicon content of a eutectic mixture is about 12% by weight.
- a The cover or tie layer of the liner is then made from a hypoeutectic or eutectic aluminum / silicon alloy, which is also formed by a thermal spray process is applied.
- the top layer or tie layer causes due to their composition, a good connection to an inner wall of a Cylinder bore when pouring the cylinder liner.
- a hypoeutectic alloy contains less silicon than a eutectic alloy.
- An arc spraying method for applying the two layers is preferred Aluminum / silicon alloys applied.
- An arc spraying method is preferred, in which a cored wire with a closed sheath is used.
- the cored wire is made with a silicon alloy, preferably silicon grains filled by directional shaking.
- the grains are crushed and thereby equally distributed. This means that the sprayed-on layer is even composed.
- the consolidation causes a good and even conveyability of the Wire.
- the composition of the heterogeneous alloy of the spray layer is due to the Controllable composition of the cored wire alloy.
- a heterogeneous aluminum / silicon alloy is preferred for the wear layer a silicon content in the range from about 12.5% to about 50% by weight. More preferred is a range of silicon content from about 15% to about 40% by weight. Yet a silicon content in the range from about 20% by weight to about 30% by weight is more preferred. Most preferred is a silicon content in the wear layer of about 25% by weight.
- the cover or tie layer subsequently applied unites has silicon content in the range of about 2 wt .-% to about 12 wt .-%. More preferred is a range of silicon content from about 3% to about 9% by weight. Yet a silicon content in the range from about 4% by weight to about 6% by weight is more preferred. At the most preferred is a silicon content in the cover or tie layer of about 5% by weight. Due to the low silicon content, a better connection to the inner wall of the Cylinder bore causes.
- a melting brake it is advantageous between these two layers of aluminum / silicon alloys, the wear layer as well as the top or tie layer, a melting brake to arrange which has a higher melting temperature than the two layers Has aluminum / silicon alloys.
- the wear layer is made of a hypereutectic Aluminum / silicon alloy melted or can even be melted completely become.
- the melting brake acts as a thermal barrier or thermal barrier between the two aluminum / silicon alloys. This will make it melt or melting of the hypereutectic aluminum / silicon alloy Wear layer prevented.
- iron as a material for the melting brake is particularly advantageous because Iron compared to aluminum / silicon alloys a significantly higher Has melting temperature.
- the support body is preferably made of aluminum or an aluminum alloy educated.
- the support body is preferably machined out only after pouring. On In this way, there is a cost saving, since when the mandatory Cylinder liner has to be removed relatively little from the hypereutectic layer.
- a cylinder liner which has a wear layer made of a hypereutectic Aluminum / silicon alloy and a cover or tie layer made of a eutectic or hypoeutectic aluminum / silicon alloy.
- the cylinder liner preferably has between the wear layer and the cover or Binding layer on a melting brake that has a higher melting temperature than the two Has layers of aluminum / silicon alloys and a melting of the Wear layer when pouring the cylinder liner into a cylinder bore prevented.
- the melting brake comprises iron.
- Iron has a significantly higher one Melting temperature as alloys of aluminum and silicon, from which the Wear layer and the deck. or tie layer are formed.
- the invention thus creates a cylinder liner for light metal engines, which can be produced simply and inexpensively by the method according to the invention.
- the Cylinder liner according to the invention is also with optimal wear resistance values and tribological properties can be produced.
- the invention is based on an embodiment in the accompanying drawings shown.
- the cylinder liner 1 is formed from four layers one above the other.
- a wear layer 3 is on the outer peripheral surface of the aluminum support body 2 made of a hypereutectic aluminum / silicon alloy by means of a thermal Spray applied.
- the thermal spray process in this embodiment is an arc spraying process.
- the wear layer 3 preferably has one Silicon content of about 25% by weight in the aluminum / silicon alloy; generally the alloy has a percentage by weight of 60-85% A1, 15-40% Si, max. 3% Mg, max. 5% Mn and max. 2% B. About 75% A1 is preferred.
- the one on it applied cover layer 5 comprises a hypoeutectic layer Aluminum / silicon alloy, with a silicon content of about 5 wt .-%, the Rest i.w. A1 is.
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Abstract
Description
Claims (18)
- Verfahren zur Herstellung einer Zylinderlaufbuchse (1) für Verbrennungskraftmaschinen durch thermisches Aufspritzen einer Verschleißschicht (3) auf einen Stützkörper (2) und anschließendes thermisches Aufspritzen einer Deck- bzw. Anbindeschicht (5) auf die Verschleißschicht (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschicht (3) eine übereutektische Aluminium/Silizium-Legierung aufweist und die Deck- bzw. Anbindeschicht (5) eine eutektische oder untereutektische Aluminium/SiliziumLegierung aufweist.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das thermische Spritzverfahren ein Lichtbogenspritzverfahren umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Lichtbogenspritzverfahren ein Fülldraht mit geschlossener Hülle verwendet wird, wobei der Fülldraht mit einer Siliziumlegierung gefüllt ist.
- Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Silizium-Gehalt der Aluminium/Silizium-Legierung der Verschleißschicht (3) etwa 12,5 Gew.-% bis etwa 50 Gew.-% beträgt.
- Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Silizium-Gehalt der Aluminium/Silizium-Legierung der Verschleißschicht (3) etwa 15 Gew.-% bis etwa 40 Gew.-% beträgt.
- Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Silizium-Gehalt der Aluminium/Silizium-Legierung der Verschleißschicht (3) etwa 20 Gew.-% bis etwa 30 Gew.-% beträgt.
- Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Silizium-Gehalt der Aluminium/Silizium-Legierung der Verschleißschicht (3) etwa 25 Gew.-% beträgt.
- Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Silizium-Gehalt der Aluminium/Silizium-Legierung der Deck- bzw. Anbindeschicht (5) etwa 2 Gew.-% bis etwa 12 Gew.-% beträgt.
- Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Silizium-Gehalt der Aluminium/Silizium-Legierung der Deck- bzw. Anbindeschicht (5) etwa 3 Gew.-% bis etwa 9 Gew.-% beträgt.
- Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Silizium-Gehalt der Aluminium/Silizium-Legierung der Deck- bzw. Anbindeschicht (5) etwa 4 Gew.-% bis etwa 6 Gew.-% beträgt.
- Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Silizium-Gehalt der Aluminium/Silizium-Legierung der Deck- bzw. Anbindeschicht (5) etwa 5 Gew.-% beträgt.
- Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Verschleißschicht (3) und der Deck- bzw. Anbindeschicht (5) eine Schmelzbremse (4) aus einem Material angebracht wird, das eine höhere Schmelztemperatur als die Verschleißschicht (3) und die Deck- bzw. Anbindeschicht (5) aufweist.
- Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Schmelzbremse (4) Eisen umfasst.
- Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (2) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet wird.
- Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (2) zunächst in der Zylinderlaufbuchse (1) verbleibt und erst nach dem Eingießen ausgedreht wird.
- Zylinderlaufbuchse (1) für Verbrennungskraftmaschinen zum Eingießen in Zylinderbohrungen, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Verschleißschicht (3) aus einer übereutektischen Aluminium/Silizium-Legierung und eine darüber angeordnete Deck- bzw. Anbindeschicht (5) aus einer eutektischen oder untereutektischen Aluminium/Silizium-Legierung aufweist.
- Zylinderlaufbuchse (1) gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Verschleißschicht (3) und der Deck- bzw. Anbindeschicht (5) eine Schmelzbremse (4) angeordnet ist, die eine höhere Schmelztemperatur als die Verschleißschicht (3) und die Deck- bzw. Anbindeschicht (5) aufweist.
- Zylinderlaufbuchse (1) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelzbremse (4) Eisen umfasst.
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