Werkstoffliche Qualifizierung ganzheitlicher Prozessketten zur Aufarbeitung von Tauschteilen im Automobilbau

Das Ziel der Arbeit ist es, die Wiederverwendungsquote verschlissener, metallischer Bauteile zur Herstellung von Tauschteilen im Automobilbau mittels thermischer Spritzverfahren zu erhöhen. Es wurden zwei grundsätzliche Vorgehensweisen untersucht. Zum einen die Entwicklung einer vollständig neuen Prozesskette anhand der Aufarbeitung der durch Korrosion und Verbrennungsrückstände verschlissenen Zylinderkurbelgehäuse-Trennfläche eines Nutzfahrzeug-Motorblocks. Zum anderen wurde die Adaption bestehender Fertigungsprozesse an die Erfordernisse der Tauschaufarbeitung anhand der Beschichtung von Zylinderlaufflächen untersucht.

Zur Vorbereitung der eigentlichen, werkstofftechnischen Qualifizierung der Prozessketten wurde zunächst eine allgemeine Vorgehensweise entwickelt, die es ermöglicht, aus der Vielzahl von Werkstoffen und Verfahrensvarianten die erfolgversprechendsten auszuwählen.

Für die Aufarbeitung der Zylinderkurbelgehäusetrennfläche wurde ein lichtbogengespritztes Schichtsystem aus einer Lage NiTi 96/4 Haftschicht (ca. 50 µm bis 100 µm) und fünf Lagen (ca. 500 µm) CrMo1 Deckschicht bestätigt. Die Oberflächenaktivierung erfolgte hierbei mittels Druckstrahlen mit Stahlguss.

Es zeigte sich jedoch, dass die Aktivierung mit Druckstrahlen für Kurbelgehäuse nicht geeignet ist, da trotz Maskierung ein hohes Risiko besteht, dass harte Strahlpartikel in Öl- und Kühlwasserkanäle gelangen. Es wurden daher verschiedene, strahlmittelfreie Aktivierungsmethoden erprobt. Aufbauend auf den guten Schichthaftungsergebnissen der Aktivierung mit Stahlbürsten wurde ein kombiniertes mechanisches Aufrauverfahren entwickelt, welches die gleichzeitige Entfernung von Korrosionsprodukten auf der Trennfläche des Kurbelgehäuses (KGH) zum Zylinderkopf und eine Haftgrundvorbereitung durch Einbringen einer Profilierung ermöglicht.

Im Fall der Zylinderlaufflächen-Aufarbeitung des betrachteten Pkw-Kurbelgehäuses wird der Nanoslide®-Prozess, bestehend aus einer Hochdruck-Wasserstrahl-Aktivierung (HDWS), der Beschichtung mit LDS® und einem anschließenden, Nanoslide®-spezifischen Honprozess, an die Erfordernisse der Tauschaufarbeitung angepasst. Hierfür wurden die beim Beschichten entstehenden Zugeigenspannungen gemessen und bewertet. Darüber hinaus wurde HDWS durch einen wirtschaftlicheren mechanischen Aufrauprozess ersetzt und die Schichthaftung bewertet.