| Titel | Charakterisierung nanokristalliner, thermisch gespritzter Schichten für Zylinderlaufflächen im Kavitationstest |
| Autor | M. Hahn, A. Fischer |
| Infos zum Autor | Prof. Dr.-Ing. habil. A. Fischer Universität Duisburg-Essen Werkstofftechnik Lotharstr. 1 47057 Duisburg E-Mail: alfons.fischer@uni-due.de E-Mail: mareike.hahn@uni-due.de Tel.: 0203/379-4373 Dipl.-Ing. Mareike Hahn Universität Duisburg-Essen Werkstofftechnik Lotharstr. 1 47057 Duisburg E-Mail: mareike.hahn@uni-due.de Tel.: 0203/379-1266 |
| Inhalt | Zusammenfassung Neben wirtschaftlichen und umwelttechnischen Aspekten bestimmt die Entwicklung der Motorentechnik mit steigenden Anforderungen an die Werkstoffe und ihrer Reibungs- und Verschleißeigenschaften im Tribosystem Kolbenring-Zylinderlauffläche das Interes-se an thermischen Spritzverfahren zur Herstellung einer harten und reibungsarmen Lauffläche. Als Alternative zu den konventionell eingesetzten GG-Laufbuchsen kommen die thermi-schen Spritzverfahren LDS (Lichtbogendrahtspritzen), HVOF (High Velocity Oxygen Fuel) und PTWA (Plasma Transferred Wire Arc) zum Einsatz. Die Methoden zur Ein-bringung der kinetischen und thermischen Energie unterscheiden sich bei allen genann-ten Beschichtungsverfahren und führen zu einer sehr unterschiedlich ausgeprägten, lamellenartig aufgebauten Schicht. Als Spritzzusatzwerkstoffe haben sich niedriglegierte Stähle (Kohlenstoffgehalte von 0,1% bis 0,8%) bereits für die Motorzylinderapplikation bewährt. Die Motivation motorische Reibungsverluste und somit den Kraftstoffverbrauch und CO2 - Ausstoß weiter zur verringern, wurde durch eine Werkstoffneuentwicklung eines Spritzzusatzwerkstoffes aufgegriffen. Der Werkstoff wird als Fülldraht auf Eisen-basis mit Legierungselementen wie Chrom und Bor gefüllt bereitgestellt und erstarrt, mittels thermischer Spritzverfahren aufgebracht, auf dem Substrat als nanokristalline bis teilweise amorphe Schicht mit nanokristallinen Ausscheidungen, die eine hohe Härte und Verschleißbeständigkeit aufweist. Vor den eigentlichen Motortests werden verschiedene Labortests zur Ermittlung der Haftzugfestigkeit, der tribologischen Eigenschaften, des Ermüdungsverhaltens im Schicht - Substrat - Verbund, sowie Untersuchungen zur Schichtstabilität durchgeführt und somit eine Charakterisierung der Schichten vorgenommen. Zur Beurteilung des Widerstandes der Schichten gegen hochfrequente, zyklische und stoßhafte Beanspru-chungen kommen Kavitationstests zum Einsatz. Diese Untersuchung ermöglicht es, das Kavitationserosionsverhalten im Hinblick auf Einflüsse des Schichtaufbaus bzw. der Schichtteilchengröße und der vorhandenen Gefügeungänzen (Poren, Hartphasenverteilung) zu beschreiben. Abstract The future development of motor engine design and technology governs the increas-ingly demanding requirements on materials in terms of friction and wear properties. In order to reduce emissions and achieve economical and environmentally sound solutions thermal-spray processes became an interesting alternative to manufacture wear resis-tant and low-friction cylinder surfaces. Three thermal spray processes are of major interest: The Twin Wire Arc system, HVOF (High Velocity Oxygen Fuel) and PTWA (Plasma Transferred Wire Arc). The energy to heat the feedstock and the kinetic energy to accelerate the molten particles to the sub-strate differ within these processes consequently resulting in differing lamellar micro-structures of the coatings. Hitherto low alloyed carbon steels with 0,1 % to 0,8 % Car-bon have been successfully used for cylinder coatings. The motivation to alleviate fric-tion loss is currently based on a material development for a new Iron-base alloy with Chromium and Boron. This should solidify into a nanocristalline or even amorphous ma-trix of high hardness and wear resistance. Prior to engine tests these coatings are characterized in laboratory by means of bench tests for adhesive tensile strength, tribological properties and fatigue of the composite. E.g. cavitation tests should reveal the tribological stability of these coatings and their ability to resist high-frequency, cyclic impact stresses. The objective in this investigation is to describe the cavitation erosion behaviour and the influence of voids like pores or oxides. |
| Datum | 2007 |
