DE-102013000866-B4 - Vorrichtung und Verfahren zum Prüfen der Haftung einer Beschichtung in einer Zylinderbohrung

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Abstract

Verfahren zum Prüfen der Haftung einer Beschichtung (11) auf einer Mantelinnenfläche einer Zylinderbohrung (12), die in einem Substrat (10) vorliegt, umfassend die Schritte - in der Zylinderbohrung (12) koaxial Anbringen eines Prüfrings (1) an der Beschichtung (11), wobei der Außendurchmesser des Prüfrings (1) dem Durchmesser der beschichteten Zylinderbohrung (12) entspricht, - Beaufschlagen des Prüfrings (1) mit einer Prüfkraft (F Prüf ) in einer Richtung axial zur Längsachse (A) der Zylinderbohrung (12), - Steigern der Prüfkraft (F Prüf ), bis der Prüfring (1) mit zumindest dem Abschnitt der Beschichtung (11) von dem Substrat (10) abschert, an dem der Prüfring angebracht ist, und Messen der Prüfkraft (F Prüf) umfassend den Schritt - Erzeugen zumindest eines ringförmigen Freischnitts (6,6') in der Beschichtung (11) zumindest auf der kraftabgewandten Seite des Prüfrings (1) und optional auch auf der kraftzugewandten Seite des Prüfrings (1).

Inventors

Stefan Schweickert
Joachim Vogt

Assignees

Mercedes-Benz Group AG

Dates

Publication Date: 20260507
Application Date: 20130119

Claims (3)

Verfahren zum Prüfen der Haftung einer Beschichtung (11) auf einer Mantelinnenfläche einer Zylinderbohrung (12), die in einem Substrat (10) vorliegt, umfassend die Schritte - in der Zylinderbohrung (12) koaxial Anbringen eines Prüfrings (1) an der Beschichtung (11), wobei der Außendurchmesser des Prüfrings (1) dem Durchmesser der beschichteten Zylinderbohrung (12) entspricht, - Beaufschlagen des Prüfrings (1) mit einer Prüfkraft (F Prüf ) in einer Richtung axial zur Längsachse (A) der Zylinderbohrung (12), - Steigern der Prüfkraft (F Prüf ), bis der Prüfring (1) mit zumindest dem Abschnitt der Beschichtung (11) von dem Substrat (10) abschert, an dem der Prüfring angebracht ist, und Messen der Prüfkraft (F Prüf) umfassend den Schritt - Erzeugen zumindest eines ringförmigen Freischnitts (6,6') in der Beschichtung (11) zumindest auf der kraftabgewandten Seite des Prüfrings (1) und optional auch auf der kraftzugewandten Seite des Prüfrings (1).
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass das Anbringen des Prüfrings (1) an der Beschichtung (11) in der Zylinderbohrung (12) mittels Kleben oder Löten erfolgt.
Vorrichtung zur Durchführung des Prüfverfahrens nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass eine die Krafteinleitungsvorrichtung auf einer von einem Prüfring (1) abgewandten Seite eines Stempels (2) ein zentriert angeordnetes Kugel- oder Kalottenelement (3) aufweist, das die querkraftfreie Krafteinleitung bereitstellt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen der Haftung einer Beschichtung auf einer Mantelinnenfläche einer in einem Substrat vorliegenden Zylinderbohrung und eine entsprechende Vorrichtung, um das Verfahren durchzuführen. Die Haftung einer auf einem Substrat aufgebrachten Beschichtung, beispielsweise einer Beschichtung auf einer Zylinderlaufbahn, die zur Verbesserung der Haftung beispielsweise mittels Hochdruckwasserstrahl oder mechanisch aufgeraut ist, ist ein elementares Funktionsmerkmal des entsprechenden Bauteils. Diese Haftung soll geeigneter Weise sowohl in der Prozessentwicklung als auch in der Serienprüfung überprüft werden. Es gibt bereits unterschiedliche Verfahren, um die Zugfestigkeit von Beschichtungen zu prüfen. Im sogenannten „Tubular-Coating-Tensile-Test“ wird die Zugfestigkeit innerhalb der Beschichtungsebene, also senkrecht zur Flächennormalen auf die beschichtete Oberfläche geprüft. Dabei werden zwei zylindrische Prüfkörper so angeordnet, dass ihre jeweiligen Basisflächen in Kontakt stehen. Die Prüfkörper werden in dieser Position fixiert und zumindest im Stoßbereich auf ihrer äußeren Mantelfläche mit einer Beschichtung versehen. Danach wird die Fixierung gelöst, so dass die Prüfkörper ausschließlich durch die Beschichtung zusammengehalten werden, und eine Zugkraft entlang der Rotationssymmetrieachse der zylindrischen Prüfkörper ausgeübt. Die Zugkraft wird so lange erhöht, bis die Beschichtung im Stoßbereich versagt. Hierdurch erhält man ein Maß für die Zugfestigkeit der Beschichtung selbst, welches nicht von den Eigenschaften des Substrates beeinflusst wird. Zur Prüfung einer Innenbeschichtung mit konkaver Krümmung, wie sie im Kraftfahrzeugbau, insbesondere bei Zylinderlaufbahnen von Brennkraftmaschinen eingesetzt wird, ist aus der DE 10 2009 032 817 A1 ein Prüfverfahren bekannt, bei dem zwei hohlzylindrische Prüfkörper mit ihren korrespondierenden Basisflächen aneinander anliegend angeordnet und mittels eines Halteelements fixiert werden. Im Stoßbereich wird die innere Mantelfläche der Prüfkörper beschichtet, woraufhin das Halteelement wieder gelöst wird. Durch Ausüben einer Zugkraft in Richtung der Symmetrieachse der Prüfkörper bis zum Versagen der Beschichtung wird die Zugfestigkeit der Beschichtung geprüft. Die DE 10 2012 012 764 A1 offenbart ein Verfahren zur Schichthaftungsprüfung einer Bauteilbeschichtung, insbesondere für beschichtete Zylinderlaufbahnen. Erfindungsgemäß wird für eine Schichthaftungsprüfung in einem Prüfprozess auf die Bauteilbeschichtung ein Prüfkörper eines Prüfwerkzeugs mit einer Prüfkörperfläche, die mit einer ritzfähigen Körnung versehen ist, flächig aufgelegt und mit einer vorbestimmten, über einer betriebsmäßigen Belastung liegenden Prüfkraft aufgepresst und verschoben, sodass die Beschichtung mit definierten Reib- und/oder Schub- und/oder Scherkräften belastet wird. Während des Prüfprozesses erfolgt eine Kraftüberwachung auf einem Kraftabfall der aufgebrachten Prüfkraft als Reaktion und zur Detektion eines Abfalls/Versagens der Schichtbehaftung und/oder eine Feinprüfung nach dem Prüfprozess. Im so genannten Haftzugversuch wird ein Prüfkörper auf die zu überprüfende Beschichtung eines Bauteils geklebt und anschließend wird eine Zugkraft in Richtung einer Flächennormalen der beschichteten Fläche ausgeübt, bis der Zusammenhalt von Beschichtung und Substrat zusammenbricht. Die DE 10 2011 120 559 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens an einer beschichteten Zylinderlauffläche. Allerdings wird hier die Beschichtung auf Zug beansprucht. Diese Beanspruchung entspricht jedoch nicht den im Betrieb tatsächlich auftretenden Belastungen, bei denen die Beschichtung auf Scherung belastet wird. Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein funktionsorientiertes Prüfverfahren bereitzustellen, mit dem erweiterte, über Zugbeanspruchung hinaus gehende Aussagen über die Haftung der Beschichtung bei den im Betrieb tatsächlich auftretenden Belastungen getroffen werden können. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und die entsprechende Prüfvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 3 gelöst. Weiterbildungen der Gegenstände sind in den jeweiligen Unteransprüchen ausgeführt. Ein erfindungsgemäßes Verfahren, mit dem die Haftung einer Beschichtung geprüft wird, die auf einer Mantelinnenfläche einer in einem Substrat vorliegenden Zylinderbohrung aufgebracht ist, umfasst das koaxiale Anbringen eines Prüfrings an der Beschichtung in der Zylinderbohrung, wobei der Außendurchmesser des Prüfrings dem Durchmesser der beschichteten Zylinderbohrung entspricht. Der Prüfring wird mit einer Prüfkraft in einer Richtung axial zur Längsachse der Zylinderbohrung beaufschlagt. Die Prüfkraft wird solange gesteigert, bis der Prüfring mit der Beschichtung von dem Substrat abschert, d. h. mit zumindest dem Abschnitt der Beschichtung, an dem der Prüfring angebracht ist. Dabei wird die Prüfkr