Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten einer Oberfläche nach dem

Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein Kraftwagenbauteil nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 6.

Beim Beschichten von Oberflächen mit thermischen Spritzverfahren wird

Beschichtungsmaterial thermisch auf- oder angeschmolzen, zerstäubt, in einem

Trägergasstrahl auf das Substrat geschleudert und auf der zu beschichtenden Oberfläche abgeschieden. Bekannte Verfahren sind beispielsweise das Lichtbogenspritzen,

Plasmaflammspritzen, Brenngas-Sauerstoff-Flammspritzen und dergleichen. Ein solches Beschichtungsverfahren ist beispielsweise aus der DE 35 19 307 A1 bekannt.

Aufgrund der Schichtbildung durch Überlagerung einzelner Spritzpartikel ergibt sich abhängig vom verwendeten Beschichtungsverfahren und eingesetzten Werkstoff eine inhomogene Schichtstruktur, die Lamellen, Poren und Einschlüsse aufweisen kann.

Besonders das Lichtbogenspritzen, wie es beispielsweise zur Beschichtung von

Zylinderlaufbahnen in Brennkraftmaschinen von Kraftwagen Anwendung findet, führt zu stark offenporigen Schichtstrukturen mit ausgeprägten Lamellen. Unter mechanischer Belastung können solchen offenporigen Schichten ausbrechen, was die mechanische Beständigkeit stark verringert. Ferner können Umgebungsmedien wie Wasser oder Öl in die Porenstrukturen eindringen, was beispielsweise bei Zylinderlaufbahnen zu einem hohen Ölverbrauch der Brennkraftmaschine oder zu gesteigerter Korrosionsneigung führen kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 bereitzustellen, welches das Aufbringen von besonders beständigen Beschichtungen auf Bauteilen ermöglicht. Es ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kraftwagenbauteil nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 6 bereitzustellen, welches eine besonders beständige Beschichtung aufweist.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Kraftwagenbauteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst.

Bei einem solchen Verfahren zum Beschichten einer Oberfläche, insbesondere einer Zylinderlaufbahn einer Brennkraftmaschine oder eines Lagers für eine Komponente einer Brennkraftmaschine oder eines Getriebes, wird mittels eines thermischen

Spritzverfahrens, insbesondere mittels Lichtbogenspritzens, eine Schicht eines

Beschichtungsmaterials auf die zu beschichtenden Oberfläche aufgebracht. Nach Aufbringen der Schicht werden erfindungsgemäß Hohlräume der Schicht mit einem Kunststoffmedium infiltriert. Durch die Infiltration von offenporigen Schichten mit einem Kunststoff wird die Schichtstabilität erhöht und das Ausbrechen einzelner Partikel der Schicht gehemmt. Ferner kann durch die Infiltration mit Kunststoff das Vermögen der Schicht, Umgebungsmedien aufzunehmen, gezielt eingestellt oder ganz verhindert werden.

Bevorzugt erfolgt das Infiltrieren der Schicht unter Vakuum oder Unterdruck. Hierdurch wird das Eindringen von flüssigen und fließfähigen Füllstoffen in die Poren der Schicht erleichtert und die Eindringtiefe gesteigert.

Vorzugsweise wird nach vollendeter Infiltrierung das Kunststoffmedium ausgehärtet. Dies kann durch chemische Reaktionen zwischen Komponenten des Kunststoff mediums, beispielsweise eines Harz/Härtesystems, geschehen. Ein Aushärten kann darüber hinaus durch Erwärmen oder Abdampfen eines im Kunststoffmedium enthaltenen Lösungsmittels bewerkstelligt werden.

Bei tribologisch beanspruchten Spritzschichten ist es besonders zweckmäßig, dem Kunststoffmedium reibungsmindernde Zusätze beizugeben. Insbesondere können hierfür Graphit, Molybdänsulfid, Wolframdisulfid und Polytetrafluorethylen (PTFE) Anwendung finden. Durch derartige Zusätze kann erreicht werden, dass mittels des Verfahrens nicht nur die mechanischen Eigenschaften der Schicht verbessert werden, sondern der Schicht auch zusätzliche funktionelle Eigenschaften verliehen werden. Durch

reibungsmindernden Zusätze sind besonders bei Zylinderlaufbahnen oder

Lagerschalenbeschichtungen sinnvoll, da mittels dieser Zusätze auch bei Mangelschmierung der tribologisch belastenden Flächen ein Totalversagen verhindert und der Verschleiß minimiert wird.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Kraftwagenbauteil, insbesondere ein Zylindergehäuse einer Brennkraftmaschine oder ein Lager für eine Komponente einer Brennkraftmaschine oder eines Getriebes. Ein solches Kraftwagenbauteil weist eine mittels eines thermischen Spritzverfahrens, insbesondere mittels Lichtbogenspritzens, auf wenigstens eine

Oberfläche des Bauteils aufgebrachte Schicht aus einem Beschichtungsmittel auf.

Erfindungsgemäß ist hier vorgesehen, dass die Hohlräume der Schicht zumindest teilweise mit einem Kunststoffmedium gefüllt sind. Wie bereits anhand des

erfindungsgemäßen Verfahrens geschildert, kann durch die Kunststofffüllung der Hohlräume poröser Beschichtungen der Verschleiß solcher Beschichtungen reduziert werden, da Schichtausbrüche vermieden werden. Gleichzeitig wird die Infiltration der Schicht mit Umgebungsmedien reduziert, was insbesondere bei derartig behandelten Zylinderlaufbahnen zu einer Reduzierung des Ölverbrauchs der jeweiligen

Brennkraftmaschine führt. Bei Lagern kann aufgrund der erhöhten Schichtstabilität eine höhere Belastung des Lagers in Kauf genommen werden, da derart infiltrierte Schichten den im Lager auftretenden Wechselbelastungen wesentlich besser stand zu halten vermögen.

Vorzugsweise ist das Kunststoffmedium als Mehrkomponentenharz oder als in einem Lösemittel löslichen Kunststoff ausgebildet. Es ist besonders zweckmäßig, den

Kunststoffmedium reibungsmindernde Zusätze, insbesondere Graphit und/oder

Molybdänsulfid und/oder Wolframdisulfid und/oder Polytetrafluorethylen (PTFE) zuzusetzen, um der Schicht zusätzliche, tribologisch vorteilhafte Eigenschaften zu verleihen. Insbesondere verbessern derartige Zusätze die Laufeigenschaften von Zylinderlaufbahnen und verhindern ein Totalversagen bei Mangelschmierung, bei gleichzeitig verringerten Verschleiß im Normalbetrieb.

Im Folgenden soll die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Hierbei zeigen:

Fig. 1A und 1 B eine schematische Darstellung des Beschichtens einer Oberfläche durch ein thermisches Spritzverfahren,

Fig. 2 eine schematische perspektivische Ansicht der Struktur einer durch thermisches Spritzen erhaltenden Schicht und Fig. 3 eine Schliffdarstellung der Schicht gemäß Fig. 2.

Zum Aufbringen einer Beschichtung 10 auf eine Oberfläche 12 eines Bauteils 14 wird das Beschichtungsmaterial in einem Spritzbrenner 16 thermisch aufgeschmolzen und in einem Trägergasstrom in der Düse 18 des Spritzbrenners 16 zerstäubt. Durch den Trägergasstrom werden Teilchen 20 des Beschichtungsmaterials auf die Oberfläche 12 des Bauteils 14 hin beschleunigt und lagern sich auf der Oberfläche 12 ab. Die einzelnen Spritzpartikel überlagern und verbinden sich, wodurch die Beschichtung 10 eine

Mikrostruktur erhält. Die Beschichtung 10 umfasst, wie in Fig. 2 dargestellt,

aufgeschmolzene und verbundene Partikel 22, nicht aufgeschmolzene Partikel 24, im Zuge des Spritzens oxidierte Partikel 26 sowie Hohlräume 28.

Wie die metallographische Schliffdarstellung in Fig. 3 zeigt, verleihen die Hohlräume 28 der Beschichtung 10 eine ausgeprägte Lamellenstruktur. Die Hohlräume 28 reduzieren die Stabilität der Beschichtung 10, da die Beschichtung im Umfeld der Hohlräume 28 ausbrechen kann. Die gewünschten Oberflächeneigenschaften des Bauteils 14 gehen dadurch verloren. Soll die Beschichtung 10 für Oberflächen verwendet werden, die mit Umgebungsmedien in Berührungen kommen, wie beispielsweise Zylinderlaufbahnen einer Brennkraftmaschine, so können solche Umgebungsmedien, in diesem Fall Öl und Wasser, in die Hohlräume 28 eindringen. Bei einer derart beschichteten Zylinderlaufbahn einer Brennkraftmaschine wird hierdurch der Ölverbrauch gesteigert und die

Korrosionsneigung erhöht.

Um die Stabilität der Beschichtung 10 zu verbessern und das Eindringen von

Umgebungsmedien zu unterbinden, wird die Beschichtung 10 nach dem Spritzen mit einem Kunststoffmedium infiltriert. Zunächst wird ein Vakuum angelegt, welches den Druck in den Hohlräumen 28 der Beschichtung 10 reduziert. In der Folge wird ein flüssiges und fließfähiges Medium, beispielsweise ein Mehrkomponentenharz oder ein in einem Lösemittel gelöster Kunststoff, auf die Schicht aufgebracht. Aufgrund des

Unterdrucks dringt das Infiltrationsmedium in die Hohlräume 28 der Schicht 10 ein und füllt diese aus.

Durch chemische Reaktion von Komponenten des Mehrkomponentenharzes bzw. durch Abdampfen des Lösungsmittels im Fall von gelösten Kunststoffen wird das

Filtrationsmedium in der Folge ausgehärtet, so dass die Hohlräume 28 der Schicht 10 mit dem Kunststoffmedium in fester Form gefüllt sind. Das Aushärten kann gegebenenfalls durch eine Wärmebehandlung beschleunigt bzw. verbessert werden.

Dem Infiltrationsmedium können darüber hinaus reibungsminimierende Zusätze in Form von Schmierstoffen wie Graphit, Molybdänsulfid, Wolframdisulfid oder

Polytetrafluorethylen (PTFE) zugesetzt werden, um die tribologischen Eigenschaften der Beschichtung 10 zu verbessern. Dies ist insbesondere bei Beschichtungen von

Zylinderlaufbahnen von Brennkraftmaschinen sowie bei Beschichtungen von

Lagerbauteilen von besonderer Bedeutung. Durch die reibungsmindernden Zusätze wird der Verschleiß solcher Beschichtungen reduziert und ein Totalversagen bei

Mangelschmierung vermieden. Insgesamt ergeben sich so Beschichtungen 10 mit besonders guter mechanischer Haltbarkeit, weniger Zerrüttung bei Wechselbelastung, erhöhter Verschleißsicherheit und geringerer Infiltrationsneigung von Medien, die mit der Beschichtung in Kontakt kommen. Das geschilderte Verfahren kann unabhängig von Beschichtungsverfahren und Werkstoffen bei allen offenporigen Schichten Anwendung finden.

Bezugszeichenliste

10 Schicht

12 Oberfläche

14 Bauteil

16 Spritzbrenner

18 Düse

20 Teilchen

22 aufgeschmolzene Partikel 4 nicht aufgeschmolzene Partikel 6 oxidierte Partikel

8 Hohlräume