Herstellung und Optimierung von thermisch gespritzten, tribologisch wirksamen Schichtsystemen auf Leichtmetall-Zylinderlaufflächen

Leichtbau nimmt bei allen modernen Produktentwicklungen des Maschinenbaus einen immer wichtigeren Stellenwert ein. Vor allem in der Automobilindustrie können durch den wachsenden Einsatz von Maschinenelementen und Systemkomponenten aus modernen Leichtmetallwerkstoffen enorme Gewichtsreduzierungen realisiert werden, wodurch die Wirtschaftlichkeit, Leistungsfähigkeit und Umweltverträglichkeit der Fahrzeuge entscheidend verbessert wird. Unter hohen tribologischen oder thermomechanischen Belastungen, wie sie beispielsweise im Motor und Fahrzeugantriebsstrang auftreten, ist der Einsatz von Leichtmetalllegierungen jedoch bislang nur begrenzt möglich. Thermisch gespritzte Schichtverbundlösungen stellen ein serientaugliches Werkstoff- und Fertigungskonzept dar, um diesen Zielkonflikt zu lösen. Das bedeutet die extremen Oberflächenbelastungen werden von verschleißbeständigen, funktionellen Hartstoffschichten übernommen, der Leichtmetallsubstratwerkstoff hingegen gewährleistet die Struktureigenschaften und die Bauteilgeometrie sowie das geringe spezifische Gewicht. Für neue, ultraleichte Motorenkonzepte werden in der vorliegenden Forschungsarbeit werkstoff-, verfahrens- und fertigungstechnische Lösungsansätze untersucht und entwickelt. Dabei werden geeignete, tribologisch wirksame und leistungsfähige Werkstoffverbundsysteme durch Verfahren des Thermischen Spritzens auf der Zylinderlauffläche von Kurbelgehäusen aus Aluminiumdruckguss nach entsprechender Vorbereitung aufgetragen. Somit kann auf den Einsatz von eingegossenen oder verbauten Laufbuchsen aus Grauguss, Stahl oder anderen Sonderwerkstoffen gänzlich verzichtet werden. Darüber hinaus wird der Einfluss unterschiedlicher Prozessparameter auf die resultierenden Verbundeigenschaften durch experimentelle Untersuchung und numerische Analysen ermittelt, mit der Zielsetzung sowohl den Fertigungsprozess als auch die Betriebseigenschaften und Betriebszuverlässigkeit der hergestellten Schichtverbundsysteme zu optimieren. Dabei kommt der Bestimmung und der gezielten Einstellung von Eigenspannungsgradienten in solchen Schichtverbunden für motorische Einsatzbedingungen besondere Bedeutung zu.