DE19807688C2 - Verwendung einer chromfreien Konversionslösung auf Zirkonbasis als Schutzfilm auf einzugießenden Leichtmetall-Rohlingen einer Zylinderlaufbüchse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung einer chromfreien Kon­ versionslösung auf Zirkonbasis.

Durch das Eingießen von gesondert gefertigten Zylinderlauf­ büchsen in ein Leichtmetall-Kurbelgehäuse kann die Zylinder­ laufbüchse im Hinblick auf die Laufeigenschaften des Hubkol­ bens darin unabhängig vom Werkstoff des Kurbelgehäuses opti­ miert werden. Dabei wird durch die in der DE 196 34 504 A1 beschriebene Aufrauhung der Kontaktfläche der einzugießenden Zylinderlaufbüchse eine besonders innige Bindung mit dem Kurbelgehäusewerkstoff angestrebt. Diese wird durch ein me­ chanisches Aufrauhen der Büchsenaußenseite mittels eines ge­ eigneten Hartwerkstoffs beispielsweise Korund oder Edelko­ rund erreicht. Die Oberfläche wird durch Bestrahlen mit ge­ brochenen, scharfkantigen Partikeln pyramidenähnlich oder lanzettartig ausgeschülpt oder aufgeworfen. Durch die expo­ nierten Rauheitsspitzen werden Initialisierungsstellen für ein Anschmelzen der Oberfläche erreicht. Wird das Ziel einer nahezu vollständigen Anschmelzung der einzugießenden Zylin­ derlaufbüchse erreicht, so bekommt man einen günstigen Ab­ fluss der Abwärme des Hubkolbenmotors. Außerdem kann es auf diese Weise nicht zu einem Lockern der Zylinderlaufbüchsen, d. h. nicht zu einer Weiterung der nicht-stoffschlüssigen Kontaktbereiche zwischen Büchse und Kurbelgehäuse kommen.

Die Rohlinge werden vielfach von einem anderen Hersteller bezogen oder zumindest außerhalb der Gießerei gefertigt, in der das Kurbelgehäuse gegossen und die Buchsenrohlinge ver­ arbeitet werden. Dabei handelt es sich um vorgefertigte Mas­ senartikel, die nicht alle sofort eingegossen werden können, sondern zwischengelagert und vielfach auch noch über größere Strecken transportiert werden müssen. Demzufolge vergeht zwischen dem Aufrauhen und dem Eingießen eine nicht nur nach Tagen sondern vielfach nach Wochen und Monaten zu rechnende Zeitspanne. Zwischenzeitlich treten an der Büchsenoberfläche Oxydation und Hydroxydation auf. Dies ist für die zuvor durch das Aufrauhen vorgenommene Oberflächenaktivierung sehr nachteilig. Aus diesem Grunde wird der Transport vielfach in geschlossenen Transportbehältern vorgenommen, in denen sich dann auch noch eine Silikatgelbeigabe befindet. Auf diese Weise entstehen zusätzliche Kosten, die im übrigen eine Be­ einträchtigung der Aktivierung des Büchsenrohlings nicht mit Sicherheit und nicht immer vollständig verhindern können.

Neben der bereits genannten Literaturstelle befasst sich die DE 42 12 716 A1 ebenfalls mit dem Umgießen dünnwandiger Zy­ linderlaufbüchsen aus Leichtmetall mit dem Leichtmetall ei­ nes Kurbelgehäuses, wobei eine gute stoffschlüssige Anbin­ dung des Büchsenwerkstoffs an den Umgusswerkstoff erreicht werden soll. Allerdings beschreitet diese Literaturstelle einen völlig andersartigen Weg. Es wird nämlich hier eine relativ dicke Lage (0,5 bis 0,7 mm) eines Kontaktmetalls - Zink - mit einem deutlich niedrigeren Schmelzpunkt als dem des Büchsenwerkstoffes auf die nicht aufgerauhte Außenseite der Zylinderlaufbüchse unter Zwischenfügung einer ersten, haftvermittelnden Zinklage aufgebracht. Durch den beim Gie­ ßen einströmenden Umgusswerkstoff wird der Zinkbelag auf­ grund des hohen Temperaturunterschiedes zwischen den Schmelzpunkten der beteiligten Metalle in kurzer Zeit voll­ flächig angeschmolzen. Dieses Verfahren ist im Prinzip mit einem Einlöten vergleichbar, wobei der Zinkbelag auf der Büchsenaußenseite als Lot dient, welches beim Umgießen leicht schmilzt. Die bekannten Zylinderlaufbüchsen müssen allerdings in einem aufwendigen Verfahren auf der Außenseite dicklagig verzinkt werden, wodurch die Herstellungskosten der Büchsen beträchtlich erhöht werden.

Die DE-OS 20 49 757 zeigt eine Schutzschicht aus Polyfluo­ rethen auf Bindungsflächen von Eisenteilen, die mit Alumini­ um umgossen werden sollen. Während des in dem dort zugrunde liegenden Anwendungsfall offenbar langsam ablaufenden Gieß­ vorganges besteht die Gefahr, dass unter der Wirkung der Gießtemperatur und aggressiver Dämpfe die Oberfläche des Ei­ senteiles oxidiert und dadurch eine schlechte Bindung des Aluminiums an das Eisen zustande kommt. Die Schutzschicht soll eine Korrosion und Passivierung der Bindungsfläche des Eisens während der Gießzeit verhindern, indem die Schutz­ schicht sich während des Gießens bei der Gießtemperatur un­ ter Gasentwicklung zersetzt, wodurch ein Zutritt von Luft­ sauerstoff zu den Bereichen des Eisenteils, die noch nicht mit Aluminiumschmelze benetzt sind, verhindert wird.

Bei der DE-AS 10 17 339 geht es um das Eingießen von äußer­ lich aluminierten oder mit einer Aluminidschicht versehenen Eisen- oder Stahlteilen in ein Leichtmetall-Gussteil. Zur Verhinderung einer passivierenden Oxidhautbildung auf dem Aluminium-Überzug der einzugießenden Teile wird auf diesen ein zusätzlicher metallener Schutzbelag insbesondere aus Zink, Cadmium oder Zinn aus einem Metallsalzbad abgeschie­ den.

Aus verschiedenen Veröffentlichungen ist die Verwendung von Konversionslösungen auf Metallen als Haftvermittler für Lacküberzüge bekannt, wobei die mit den Konversionslösungen erzeugten Zwischenschichten in umweltschonenenden Verfahren aufgebracht werden können. Die DE 44 16 416 A1 empfiehlt die Verwendung verschieden basierter Konversionslösungen auf zu lackierende Stahlfolien für Verpackungszwecke im Lebensmit­ telbereich. Die DE 44 12 138 A1 beschreibt eine ganz ähnli­ che Technik für dünne Aluminiumbleche für Konservendosen.

Schließlich ist es aus einem Lehrbuch mit dem Titel "Ober­ flächenveredeln und Plattieren von Metallen", Herausgegeben von Prof. Dr. Ing. A. Knauscher, in der 2. Auflage erschie­ nen bei VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leip­ zig bekannt, Korrosion an einer aktivierten Oberfläche in der Zeit bis zur Weiterverarbeitung des betreffenden Teils durch Aufbringen einer leicht aufbringbaren und wieder ent­ fernbaren Schutzschicht zu verhindern, wobei verschiedene Auftragsverfahren für einen solchen temporären Korrosions­ schutz genannt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, beim Umgießen ei­ nes einzugießenden Büchsenrohlings bei geringem Kostenein­ satz eine optimale Verbindung des Umgussmaterials mit dem Büchsenrohling zu erzeugen, damit eine gute Wärmeübertragung zwischen beiden erreicht und eine Lockerung der Zylinder­ laufbüchse im Betrieb vermieden wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Verwendung einer chromfreien Konversionslösung auf Zirkonbasis wird die aufgerauhte Ober­ fläche des Büchsenrohglings durch den sofort nach dem Auf­ rauhen aufgebrachten Schutzfilm gegen Oxydation und Hydroxy­ tation geschützt. Dadurch erreicht man später beim Eingießen des oder der Rohlinge in das Kurbelgehäuse eine innige Ver­ bindung des Gussmaterials mit der anschmelzenden Oberfläche jedes Rohlings. Auf diese Weise lassen sich die durch das Aufrauhen erzielten Vorteile vollständig erhalten. Aufgrund der erfindungsgemäßen Materialwahl des Schutzfilms erreicht man ein rechtzeitiges Verdampfen und somit Freilegen der aufgerauhten Oberfläche so dass sich letztere optimal mit dem flüssigen Gussmaterial vereinigen kann. Hieraus folgt, dass es sehr zweckmäßig ist, wenn der Schutzfilm so dünn wie möglich gewählt wird. Andererseits sollte er aber alle Rau­ higkeiten überdecken. Der Siede- bzw. Verdampfungspunkt des Schutzfilms sollte deutlich niedriger liegen als die Tempe­ ratur des flüssigen Gussmaterials, so dass der Schutzfilm vollständig verdampft ist, bevor die aufgerauhte Oberfläche des oder der Rohlinge anschmilzt.

In der zeitlichen Abfolge von Aufrauhen und Schutzfilmauf­ bringung ist das Merkmal "unmittelbar" so zu verstehen, dass die aufgerauhte Oberfläche spätestens dann mit dem Schutz­ film überzogen werden soll, wenn eine unmittelbare Gefahr für eine Oxydation bzw. Hydroxydation der aufgerauhten Ober­ fläche besteht.

Der zusätzliche separate Arbeitsgang der Beschichtung kann vollautomatisiert und somit sehr kostengünstig dargestellt werden. Ein weiterer Vorteil der Beschichtung liegt auch darin, dass der heute übliche manuelle Reinigungsaufwand durch Absaugen der Edelkorund-Restpartikel im Buchseninnen­ raum sowie das Auswischen desselben eingespart werden kann. Aufgrund der sehr dünnen, wie gesagt etwa der Rauhigkeit entsprechenden Beschichtung entstehen im Gussteil nur wenige zusätzliche Poren und auch die Einflussnahme auf die An­ schmelzzeit beträgt nur wenige Millisekunden. Die geringe Filmdicke bedeutet außerdem auch einen geringen Materialein­ satz.

Besonders vorteilhaft ist die hygroskopische Eigenschaften der ausgewählten Schutzfilm-Flüssigkeit, so dass beispiels­ weise beim Wintertransport zusätzlich Silikatgelbeutel ein­ gespart werden können. Diese sind beim Stand der Technik notwendig, weil "kalte" Buchsen, die in einem geschlossenen Behälter transportiert werden, sich mit Wassertropfen be­ schlagen, wenn sie in die "heiße" Gießerei kommen.

In besonders bevorzugter Weise wird der Rohling zunächst entfettet, insbesondere mit Ridoline 1402 der Fa. Henkel. Dies ist ein alkalisches Entfettungsmittel, welches als Tauchbad angewandt wird.

Daraufhin erfolgt das Dekapieren, d. h. eine Neutralisation der Oberfläche zur Entfettung alkalischer Rückstände, auch Aktivieren der Oberfläche genannt. Auch hierbei wird bevor­ zugt ein Produkt der Fa. Henkel verwendet, nämlich der Deo­ xidizer 315 H, 1%.

Bei der Konversion reagiert das Aluminium an seiner Oberflä­ che mit der Konversionslösung. Diese ist chromfrei und auf Zirkonbasis. Auf diese Weise entsteht der angestrebte Schutzfilm in einer Dicke im µm-Bereich. Hierfür wird bevor­ zugt wieder ein Produkt der Fa. Henkel mit der Bezeichnung Alodine 4831 (1%ig) eingesetzt.

Claims (4)

1. Verwendung einer chromfreien Konversionslösung auf Zir­ konbasis zur Bildung eines geschlossenen, hygroskopischen Schutzfilms auf der aufgerauhten mit dem Umgussmaterial in Kontakt kommenden Oberfläche eines aus Leichtmetall beste­ henden, in ein Leichtmetall-Kurbelgehäuse einzugießenden Rohlings einer Zylinderlaufbüchse vor dem Eingießen, wobei der Siede- bzw. Verdampfungspunkt des Schutzfilms deutlich niedriger liegt als die Temperatur des flüssigen Umgussmate­ rials.

2. Verwendung einer Konversionslösung nach Anspruch 1 durch Eintauchen des Büchsenrohlings in die Konversionslösung oder durch Besprühen desselben mit Konversionslösung.

3. Verwendung einer Konversionslösung nach Anspruch 1 oder 2 nach vorherigem Dekapieren der Rohlings-Oberfläche mittels eines Deoxidizers.

4. Verwendung einer Konversionslösung nach Anspruch 1, 2 o­ der 3 nach vorherigem Entfetten der Rohlings-Oberfläche.