Im Bestreben, den Wirkungsgrad zu maximieren und die Emissionen zu reduzieren, haben die Hersteller von Kraftfahrzeugmotoren innovative Materialien und Methoden eingesetzt, um das Gewicht des Motors zu verringern. Eine Methode zur Gewichtsreduzierung besteht darin, die schweren gusseisernen Zylinderlaufbuchsen, die in Aluminium-Zylinderblöcken verwendet werden, durch leichtere Materialien zu ersetzen, die verschleißfest und thermisch effizient sind.
Wärmedämmende Beschichtungen
Statt schwerer Zylinderlaufbuchsen setzen viele Hersteller auf Wärmedämmschichten (Thermal Barrier Coatings, TBC) - ein Keramik- oder Verbundwerkstoff, der als Spray auf die sorgfältig vorbereiteten Wände der Zylinderbohrungen eines Aluminiumblocks aufgetragen und anschließend nach strengen Vorgaben endbearbeitet wird.
Um sicherzustellen, dass das TBC die gewünschte Leistung erbringt, sind während des gesamten Vorbereitungs- und Beschichtungsprozesses präzise Messungen an einer Vielzahl von Oberflächen erforderlich.
Zunächst werden die Zylinderwände einem mechanischen Aktivierungsprozess unterzogen, der die Oberfläche so vorbereitet, dass die TBC richtig haftet und die gespritzte Beschichtung ordnungsgemäß ausgeführt werden kann. Während der Beschichtung entsteht eine Spritzmorphologie, die zu möglichen Ungleichmäßigkeiten in der Beschichtung führt, die sowohl vor als auch nach der Endbearbeitung zuverlässig charakterisiert werden müssen. Der letzte Schritt, das Honen nach dem Spritzen, bringt die Beschichtung zu einer sehr glatten Oberfläche und erzeugt ein spezifisches Kreuzschraffurmuster, das zusammen mit der Textur der Sprühbeschichtung für die richtige Schmierfähigkeit sorgt.
Messtechnische Anforderungen
Die Messung der Zylinderwände in jedem Schritt des Prozesses erfordert ein vielseitiges Messsystem, das Oberflächen von sehr rau bis extrem glatt messen kann, einschließlich der Rillen, die während des mechanischen Aktivierungsprozesses in die Oberfläche eingekerbt werden. Die optischen 3D-Oberflächenprofiler von ZYGO sind ideal für diese Aufgabe geeignet, da sie schnell und präzise eine Vielzahl von Oberflächenstrukturen und Reflexionsgraden messen können.
Während mehrere Hersteller optische Profiler verkaufen, verfügen nur die optischen Profiler von ZYGO über eine einzigartige und differenzierende Version der Coherence Scanning Interferometry (CSI) Technologie. ZYGO CSI liefert Sub-Nanometer-Präzision bei allen Vergrößerungen und misst ein breiteres Spektrum an Oberflächen schneller und präziser als andere kommerziell erhältliche Technologien. Die optischen Profiler von ZYGO sind robust und praxiserprobt und liefern Tag für Tag zuverlässige und wiederholbare Messungen in einer Produktionsumgebung.
Metrologie bei jedem Schritt des Wärmedämmschichtprozesses
Mechanische Aktivierung - Bei der mechanischen Aktivierung des Prozesses werden die Zylinderwände eingekerbt, wobei die Tiefe und der Abstand der Kerben streng kontrolliert werden müssen, da dies die Menge der aufgetragenen TBC bestimmt. Ist die Tiefe der Kerben zu gering, kann das TBC abplatzen. Ist sie zu tief, kann der Abziehvorgang die Spitzen des TBC entfernen, wodurch es weniger wirksam wird. Die optischen 3D-Profiler von ZYGO mit CSI-Technologie können Strukturen von mehr als 250 µm schnell und wiederholbar messen.
Thermisches Spritzen - Nach dem TBC-Auftrag müssen die Hersteller beurteilen, wie sich die Poren entwickelt haben. Die Vielfalt der Porengrößen - von 50 µm2 bis über 1 mm2 - hilft bei der Bestimmung der Schmierfähigkeit der gespritzten Oberfläche. Obwohl diese vorbereiteten Beschichtungen in der Regel sehr rau sind und ein geringes Reflexionsvermögen aufweisen, können die optischen Profiler von ZYGO sie dank der ZYGO CSI-Technologie und fortschrittlicher Datenverarbeitungsalgorithmen messen.
Finishing nach dem Spritzen - Der Finishing-Schritt nach dem Spritzen bringt die Beschichtung zu einem sehr glatten Finish und sorgt für ein Kreuzschraffurmuster, das dazu beiträgt, der Oberfläche die richtigen Schmierfähigkeitseigenschaften zu verleihen. Es ist wichtig, die fertige Oberflächentextur des Zylinders in diesem Schritt zu analysieren und das richtige Schraffurmuster und die Tiefe sowie die endgültige Porosität (Porendichte, Porenvolumen pro Fläche und Veränderung der Porengröße pro Zylindertiefe) zu überprüfen.
Erfahren Sie mehr darüber
Wenn Sie einen genaueren Blick auf den TBC-Prozess werfen möchten und wissen möchten, wie die Präzisionsmesstechnik von ZYGO zum Erfolg beiträgt, lesen Sie bitte den Artikel auf der Website von Metrology News.
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