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Plasmabeschichtung Plasma Coating
Aluminium gleitet nicht gut auf Aluminium. |
Weiche Werkstoffe gleiten nicht gut aufeinander. Solange nur die Kolben aus einer Aluminiumlegierung gefertigt wurden, gab es in Grauguss-Zylinderblöcken keine Probleme, nachdem man für die unterschiedliche Wärmeausdehnung eine Lösung gefunden hatte. Hier entstanden nach Honen und Ziehschleifen auch noch genügend kreuzende Riefen, um Öl für die Schmierung des Kolbens auf dem Weg zum oberen Totpunkt bereit zu halten.
Beschichtung ist besser als eingezogene Buchsen. |
Seitdem Zylinderblöcke auch wegen der Gewichtsersparnis aus AlSi-Legierung hergestellt sind, hat man häufig Graugussbuchsen eingezogen. Hier kommen jedoch zwei Werkstoffe mit sehr unterschiedlichen Eigenschaften bei der Wärmedehnung zusammen. Das ergibt Spannungen und einen je nach Temperatur unterschiedlich großen Luftspalt, der sich auf den Wärmeübergang zum Kühlmittel negativ auswirkt. Viel besser ist es, das Aluminium weg zu ätzen oder den Kolben/Zylinder zu beschichten. Ein Verfahren dazu ist die Plasmabeschichtung.
Plasmabeschichtung mit sehr hoher Temperatur. |
Das Wort 'Plasma' taucht 1920 als Bezeichnung für einen vierten Aggregatzustand auf. Der ist nur bei unglaublich hohen Temperaturen erreichbar. Dabei ändert sich bei Atomen der Anteil an Elektronen. Es entsteht ein elektrisch geladenes Gas. Mit genügend Energie ist das mit nahezu allen Stoffen möglich.
Stahl und Molybdän Kraft-/formschlüssig auf Zylinderwand |
Das in die wassergekühlte Mischdüse einströmende Plasmagas wird mit hoher Energie zur Anode gezogen und tritt dort aus. Es bildet sich ein Lichtbogen mit über 10.000°C, der Beschichtungspulver (legierter Stahl und Molybdän) und Fördergas aus einer zusätzlichen Versorgungsleitung mit sich reißt und noch plastisch mit sehr hoher Geschwindigkeit auf die Zylinderwand treffen lässt. Statt eisenhaltigem Material sind auch Keramikpartikel möglich. Nach dem Erstarren ist eine Schicht von weniger als 1/100 Millimeter formschlüssig mit dem Ausgangswerkstoff verbunden. In der Zeit hat sich der Brenner mit dem Versorgungsrohr längst wieder weiter gedreht. So wird in Windeseile der gesamte Zylinder beschichtet und ist danach - anders als mit einer trockenen GG-Buchse - kaum schwerer geworden.
Verbesserte Gleiteigenschaften der Kolbenringe |
Bei plasmabeschichteten Zylindern kann die Vorspannung der Kolbenringe zurückgenommen werden, was auch der inneren Motorreibung schon während der Einlaufphase zugute kommt. Das abschließende Honen ergibt nur kleine, unverbundene Räume, die Öl speichern. Insgesamt ist die Oberfläche weniger rau und es entsteht kaum Mischreibung während der Einlaufzeit. Ein Verfahren, das nur nach Honen angewandt werden kann, ist die UV-Photonenhonung. Hierbei schmilzt die Oberfläche in einer Tiefe von 2 Mikrometern, Stickstoff zum Härten dringt ein und es bildet sich eine Struktur, in der sich durch mehr und kleinere Räume Öl sammeln kann und vor der Ölabstreifung sicher ist. Folge: Der Ölverbrauch, Verschleiß und die Reibung sinken, das Abgas wird weniger belastet.
Alternative Verfahren und Beschichtungsmaterialien |
Statt Honen wird hierbei ein Graugusszylinder im Laufbereich der Kolbenringe mit Laserlicht berarbeitet. Die Laserpulse lassen gezielt Material verdampfen und ebenfalls ein Plasma entstehen. Stickstoff kommt hinzu und eine verschleißfeste Schicht mit exakt definierter Rauigkeit entsteht.
Tauchprüfung eines Zylinderblocks mit Ultraschall |
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