Verfahren und Methoden zur Transplantation thermisch gespritzter Schichten für Druckgussteile

Knödler, P.1, a; Bathe, T.2, b; Möhwald, K.1, c; Maier, H.1, d; Biermann, D.2, e

1)
Institut für Werkstoffkunde, Leibniz Universität Hannover, 30823 Garbsen
2)
Institut für Spanende Fertigung, Technische Universität Dortmund, Baroper Str. 303, 44227 Dortmund

a) knoedler@iw.uni-hannover.de ; b) bathe@isf.de; c) moehwald@iw.uni-hannover.de; d) maier@iw.uni-hannover.de; e) biermann@isf.de

Kurzfassung

Die Schichttransplantation geht zurück auf Alfred Ferdinand Bauer, der das Verfahren 1959 in der Patentschrift US 3,083,424 erstmalig veröffentlichte. Die ursprünglich angestrebte Anwendung war die Herstellung von Motoren aus Aluminium mit einer verschleißfesten Beschichtung der Zylinderlaufflächen. Das Verfahren wurde erstmalig in den Jahren 1971 bis 1974 von dem Automobilhersteller Mazda industriell angewendet, um Wankelmotoren zu fertigen. Von der konventionellen Beschichtung von Zylinderlaufbahnen durch thermisches Spritzen unterscheidet sich die Schichttransplantation im Wesentlichen durch das Vorgehen. Regulär wird das weitestgehend endbearbeitete Bauteil nach einer Oberflächenvorbehandlung beschichtet. Bei der Schichttransplantation wird hingegen ein Einleger beschichtet, der Teil einer Druckgussform ist. Die Transplantation der Schicht erfolgt durch die Infiltration der porösen Spritzschicht während des Druckgussprozesses, was eine formschlüssige Verbindung zur Folge hat. Abhängig von der verwendeten Materialkombination kann zusätzlich eine stoffschlüssige Verbindung, wie sie analog beim Löten entsteht, erzeugt werden. Das anschließende Trennen des Einlegers von dem neu entstandenen Bauteil erfolgt mit etablierten Verfahren, die abhängig von der Bauteilgeometrie sind. Zu den möglichen Verfahren zählt bspw. das thermische Aufschrumpfen bei einer zylindrischen Innenbeschichtung. Aus diesem Vorgehen ergeben sich mehrere Vorteile der Schichttransplantation. Dazu zählt, dass verfahrensbedingt die Geometrie und Oberflächenstruktur des Einlegers als Negativform auf die Schicht übertragen wird. Daraus ergibt sich, dass für ein innenbeschichtetes Bauteil eine Außenbeschichtung des Einlegers erforderlich ist. Umgekehrt gilt dies ebenfalls. Somit lassen sich durch die Schichttransplantation auch sehr kleine Innendurchmesser beschichten, bei denen die konventionelle Beschichtung aus technischen Gründen an ihre Grenzen stößt. Mit Abformgenauigkeiten von Oberflächenstrukturen im einstelligen Mikrometerbereich erscheint zudem die Fertigung von strukturierten Beschichtungen ohne Nachbearbeitung realistisch. In jedem Fall kann davon ausgegangen werden, dass durch Einsparungen bei Vor- und Nachbehandlung der Fertigungsaufwand merklich reduziert wird.

Veröffentlichung

In: Spanende Fertigung, 7. Ausgabe, Biermann, D. (Hrsg.), Vulkan Verlag, Essen, 2017, ISBN 978-3-8027-2989-8 (print), 978-3-8027-3052-8 (ebook), S. 88-93