CH227662A - Mit Metallschutzschicht versehener Leichtmetallkolben für Verbrennungskraftmaschinen, sowie Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Metallschutzschichten an Leichtmetallkolben. - Google Patents

Description

  Mit     Metallschutzschicht        versehener    Leichtmetallkolben für     Verbrennungskraftmaschinen,     sowie Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von     Retallschutzschichten     an Leichtmetallkolben.    Zur Steigerung der Lebensdauer der Kol  ben oder zur     Leistungserhöhung    im Motor  hat man bereits versucht, Leichtmetallkol  ben, also Kolben aus     Aluminium    oder Magne  sium oder aus Legierungen dieser Metalle,  mit     Metallschutzschichten    zu versehen. Das  Aufbringen der Schutzmetalle wurde mittels  Metallspritzpistole und auf     galvanischen     Wege versucht.

   Die auf diese Weise erhalte  nen Metallüberzüge sind aber den hohen An  forderungen, die an die     Kolben    während des  Betriebes gestellt werden, nicht gewachsen,  da sie nur geringe     Haftfestigkeit    besitzen  und sich während des Betriebes leicht von  dem Grundmaterial ablösen, wodurch erheb  liche Betriebsstörungen hervorgerufen wer  den können,     wenn    die abgeblätterten Teile  zwischen die Gleitflächen geraten.

   Auf über  wiegend     magnesiumhaltige    Kolben ist es zum  Beispiel galvanisch überhaupt     nicht    mög  lich, Schutzschichten     aufzubringen.    Die mit-         tels        Spritzpistole    aufgebrachten Schichten  zeigen gegen galvanisch aufgebrachte Schich  ten noch geringere Haftfestigkeit. Durch die       Erfindung    werden diese Nachteile vermieden.  



  Der Gegenstand der Erfindung ist ein  Leichtmetallkolben, der     dadurch    gekenn  zeichnet     ist,    dass er mindestens     teilweise    mit  einer     Metallschutzschicht    überzogen ist, deren  Basis an das     Grundmaterial    des Kolbens  durch Diffusion     anlegiert    und dadurch mit  ihm fest     verbunden    ist. Die Metallschutz  schicht kann dabei vorteilhaft     eine    Stärke  von 0,001 bis einige Millimeter aufweisen.

    Die     Aufbringung    der Metallschicht erfolgt  dabei vorzugsweise durch     Kathodenzerstäu-          bung    bei 3 bis 0,01 mm     Hg    Füllgasdruck.  Die Aufbringung der     Metallschutzschicht     kann aber auch im Vakuum durch thermi  sche Verdampfung oder bei 3 bis 10-6 mm  Füllgasdruck vorgenommen werden. Die     Me-          tallschutzschicht    kann je nach den gestellten           Anforderungen    aus unterschiedlichem Metall  bestehen.

   So ist es zum Beispiel zweckmässig,  auf den Kolbenboden zur besseren Wärme  ableitung und Reflexion eine Schutzschicht  aus Silber oder Kupfer aufzubringen, wo  gegen auf den Kolbenschaft zur Verbesse  rung der     Laufeigenschaften    zweckmässig  Schichten aufgebracht werden, die einen ge  ringen Verschleiss während des Betriebes auf  weisen oder sogar eine Schmierwirkung her  vorrufen. Die aufgebrachten     Metallschichten     sind zweckmässig feinkristallin, weisen zweck  mässig eine Stärke von 0,005     bis    0,05 mm bis  zu einem oder mehreren Millimetern auf und  sind den bisher bekannten Schutzschichten in  bezug auf Haftfestigkeit bei weitem über  legen und genügen der thermischen und me  chanischen Beanspruchung im Betrieb.  



  Die Erfindung betrifft weiter     ein    Ver  fahren zur Herstellung von Leichtmetallkol  ben, zum Beispiel solchen aus Aluminium,  Magnesium oder     Aluminium-        bezw.        Magne-          siumlegierungen,    für Verbrennungskraft  maschinen, welches sich dadurch auszeichnet,  dass das Schutzmetall unter vermindertem  Druck und in     hochdispersem    Zustand, zum  Beispiel mittels     Kathodenzerstäubung    oder  thermischer Verdampfung bei     Unterdru*          bezw.    im Vakuum,

   auf den Leichtmetallkol  ben aufgebracht     wird.    Es können auch meh  rere Metallschichten nacheinander durch     Ka-          thodenzerstäubung        bezw.    Aufdampfen aufge  bracht werden. Die     Metallisierung    von  Leichtmetallkolben durch     Kathodenzerstäu-          bung        bezw.    Aufdampfen wird vorteilhaft in  einer neutralen oder reduzierenden Atmo  sphäre bei Drucken unterhalb 50 mm     Hg,    vor  zugsweise     zwischen    5 und     10-6    mm     Hg,    vor  genommen.

   Zum     Anlegieren    der Metall  , Schutzschicht am Grundmetall durch     Ka-          thodenzerstäubung        bezw.    Aufdampfen, wird  zweckmässig der Leichtmetallkolben vor,  während oder nach der     kathodischen        Metal-          lisierung        bezw.        Aufdampfung,    vorzugsweise  in der     Kathodenzerstäubungs-        bezw.        Auf-          dampfungskammer    selbst,

   auf die     Legie-          rungs-        bezw.        Diffusionstemperatur        erwärmt.       Das Erhitzen des Leichtmetallkolbens wird  vorteilhaft durch eine     Glimmentladung    wäh  rend oder nach der     Kathodenzerstäubung          bezw.        Aufdampfung    vorgenommen. Zu die  sem Zwecke kann ein Wechsel- und Gleich  stromkreis vorhanden sein. Dabei kann die  Temperatur des Kolbens durch Veränderung  der Entladungsleistung oder Änderung des  Füllgasdruckes eingestellt werden. Der Kol  ben kann dabei als Kathode, neutral oder als  Anode der     Glimmentladung    ausgesetzt sein.

    Bei der     Kathodenzerstäubung    wird nur ein  Bruchteil der     zugeführten    elektrischen Ener  gie zur     Zerstäubung    der Kathode verbraucht.  Der grösste Teil wird an der Kathode und  in dem Gasraum in Wärme umgesetzt. Die  abgestäubte Menge steigt mit der zugeführ  ten Entladungsleistung, gleichzeitig aber  auch die Erwärmung der Kathode. Es ist  somit vorteilhaft, die Kathode zu kühlen, um  möglichst hohe     Zerstäubungsleistungen    an  legen zu können. Die im Gasraum freiwer  dende Energie dient zur Erwärmung des Kol  bens. Um eine gleichmässige Erwärmung  des Kolbens zu erzielen, umgibt die Kathode  zweckmässig den Kolben von allen Seiten.

    Die Kathode stellt also vorteilhaft die     Zer-          stäubungskammer    oder Teile derselben dar  und ist mit einem wasserdurchflossenen Kühl  mantel versehen. Die Leistung an der Ent  ladungsstrecke ist begrenzt durch die dem  Kolben zu erteilende     Temperatur.    Es hat  sich nun im Versuch gezeigt, dass man auch  durch Druckänderung die Temperatur des  Kolbens reg     Lilieren    kann, und zwar wird die  Temperatur durch Erhöhung des Füllgas  druckes erniedrigt und umgekehrt.

   Durch  richtige Wahl des Druckes lässt sich somit  ein     Optimum    an     Zerstäubungsleistung    an die  Entladungsstrecke legen und die     Aufstäu-          bungszeit    auf ein Minimum reduzieren.

   Als  günstige Ausführungsform ergibt sich somit  eine     Zerstäubungsanlage,    bei welcher die  Kathode die Gefässwand darstellt, die dem  Gegenstand zwecks gleichmässiger Erhitzung  gleichmässig von allen Seiten     Leistung    aus  der Entladung zuführt und gleichmässig     ab-          stäubt.         Mittels des Verfahrens nach der Erfin  dung können durch die     Kathodenzerstäubung     oder thermische     Aufdampfung    im Vakuum  beliebige Metalle oder Legierungen auf den  Kolben aufgebracht werden, wobei man  Teile, die nicht metallisiert werden sollen,  durch eine Schutzschicht oder einen Schutz  körper abdecken kann.

   Die durch Kathoden  zerstäubung     bezw.    Aufdampfen auf den Me  tallkolben     aus    Aluminium, Magnesium oder  Aluminium-     bezw.        Magnesiumlegierungen     aufgebrachte Metallschicht besteht vorteil  haft aus Metallen der Chromgruppe, wie  Chrom,     Molybdän,    Wolfram, der Eisen  gruppe, wie Eisen, Kobalt, Nickel, der Kup  fergruppe, wie Kupfer, Silber, oder einem  Platinmetall, wie     Platin,    Palladium,     Rho-          dium,    oder Metallen, wie     Zinn,    Blei, Alumi  nium, Cadmium, Zink, oder seltenen     Erd-          metallen,

      wie     Vanadium,        Tantal,        Zirkon,    ein  zeln oder     in    beliebiger Kombination. Will  man zum Beispiel nur den Boden des Metall  kolbens metallisieren, so deckt man die Sei  tenwandung des Kolbens durch eine Schutz  hülse ab oder man verwendet eine entspre  chend geformte     Zerstäubungselektrode.    Die  durch     Kathodenzerstäubung        bezw.    Aufdamp  fen aufgebrachten Schichten erwiesen sich  im     anlegierten    Zustand ausserordentlich haft  fest, so dass ein so überzogener Kolben nicht  nur eine höhere.

   Verschleisszahl     aufweist,    son  dern auch gegen den Angriff saurer Kon  densate aus dem     Verbrennungsraum    ge  schützt ist. Je nach der Höhe des Schmelz  punktes des     Metalles,    welches man aufbrin  gen will, ist es vorteilhaft, Zwischenschich  ten aus andern Metallen einzulagern, so dass  sich Legierungen von Drei- oder Mehrstoff  systemen bilden, die sich leichter     anlegieren     lassen als das reine Metall und auf die zum  Schluss reines Metall aufgestäubt     bezw.    auf  gedampft werden kann. Der Kolbenschaft  wird vorteilhaft mit Kupfer, Nickel, Eisen  oder Chrom durch     Kathodenzerstäubung          bezw.    Aufdampfen überzogen.

   Als gut  wärmereflektierendes Material hat sich auf  dem Kolbenboden durch     Kathodenzerstäu-          bung        bezw.    Aufdampfen aufgebrachtes Sil-         ber    und Nickel sowie Chrom erwiesen, wäh  rend im Kolbeninnern zur Wärmeabstrah  lung vorteilhaft durch     Kathodenzerstäubung          bezw.        Aufdampfung    Kupfer aufgebracht  wird,

   das nach Beendigung der     Aufstäubung          bezw.        Aufdampfung        durch        Einleitung    von  Sauerstoff in die     Kathodenzerstäubungs-          bezw.        Aufdampfungskammer    oxydiert wer  den kann. Will man an der Oberfläche hoch  schmelzende Metalle haben, so ist es für die  Verankerung solcher Schutzschichten beson  ders vorteilhaft, wenn solche Zwischenschich  ten eingeführt werden, die mit dem Kolben  material und dem hochschmelzenden Metall       niedriger    schmelzende Legierungen bilden.

    Je nach der     gewünschten    Beschaffenheit der  Oberfläche richten sich die zu     verwendenden     Metalle und die anzuwendenden Tempera  turen.  



  Mittels des Verfahrens nach der Erfin  dung kann man Leichtmetallkolben beliebi  ger Zusammensetzung und Bauart, aus Alu  minium, Magnesium oder Aluminium-     bezw.          Magnesiumlegierungen,    mit Leichtigkeit me  tallisieren, wie folgende Beispiele zeigen:  Es wurde zum Beispiel ein Leichtmetall  kolben Typ     Nelson-Bohnalite    von 77,5 mm     fö     an seiner Oberfläche durch     Kathodenzerstäu-          bung    mit einer Schicht von Kupfer übet,  zogen, der Leichtmetallkolben     wurde    dabei  auf einer Temperatur von etwa 450-550 C  gehalten.

   Vorzugsweise wird zu Beginn und  am Schluss der     Aufstäubung    der Kolben kurz  zeitig durch     Glimmentladung    auf die Dif  fusionstemperatur gebracht und in der Zwi  schenzeit wird das Metall bei einer etwas  niedrigeren Temperatur auf den heissen Kol  ben aufgestäubt. Die Bestäubung wurde in       H2    als Füllgas bei einem Druck von 8 mm     Hg     durchgeführt. Als     Zerstäubuugsspännung     wurde eine gleichgerichtete Wechselspannung  angelegt, deren Effektivwert 700 Volt bei  einem     Zerstäubungsstrom    von 7     Amp.    be  trug.  



  Ferner wurde ein Leichtmetallkolben  einer     magnesiumhaltigen    Legierung von  77,5 mm     (ö    an seiner Oberfläche durch     Ka-          thodenzerstäubung    mit einer Schicht von Sil-           ber        überzogen,    der Metallkolben wurde dabei  auf einer Temperatur von 450-500  C ge  halten. Vorzugsweise wird zu Beginn und am  Schluss der     Aufstäubung    der Kolben kurz  zeitig auf die     Diffusionstemperatur    gebracht  und in der Zwischenzeit wird das Metall bei  einer etwas niedrigeren Temperatur auf den       heissen    Kolben aufgestäubt.

   Die Bestäubung  wurde in Argon als Füllgas bei einem Druck  von 1 mm     Ilg    durchgeführt. Als     Zerstäu-          bungsspannung    wurde eine gleichgerichtete       Wechselspannung    angelegt, deren     Eeffektiv-          wert    700 Volt bei einem     Zerstäubungsstrom     von 7     Amp.    betrug.

   Die     Aufheizung    des  Leichtmetallkolbens auf die     Legierungs-          bezw.    Diffusionstemperatur geschah in bei  den Fällen     durch    Gasentladung in der     Ka-          thodenzerstäubungskammer.    Die auf diesem  Wege erhaltene     Silberschicht    war in dem  Kolbenmaterial     ausserordentlich    fest ver  ankert.  



  Weiter wurde zum Beispiel ein Leicht  metallkolben Typ     Nelson-Bohnalite    von  77,5     mm        Q)    an     seiner    Oberfläche durch ther  mische     Aufdampfung    im Vakuum mit einer  Schicht von Kupfer überzogen, der Leicht  metallkolben wurde dabei auf einer Tempe  ratur von     etwa    450-550  C gehalten. Vor  zugsweise wurde zu Beginn und am Schluss  der     Aufdampfung    der Kolben kurzzeitig auf  die Diffusionstemperatur gebracht und in der  Zwischenzeit wurde das Metall bei einer  etwas niedrigeren Temperatur auf den heissen  Kolben aufgedampft.

   Die     Aufdampfung     wurde in     H_#    als Füllgas bei einem Druck von  0,3 mm     Hg    durchgeführt.  



  Zuletzt wurde ein Leichtmetallkolben aus  einer     magnesiumhaltigen    Legierung von  77,5 mm<I>0</I> an seiner Oberfläche durch     ther-          a    mische     Aufdampfung    im Vakuum mit einer  Schicht von Silber überzogen, der Metallkol  ben wurde dabei auf einer Temperatur von       450-500     C gehalten. Vorzugsweise wurde  zu Beginn und am Schluss der     Aufdampfung     der Kolben kurzzeitig auf die Diffusionstem  peratur gebracht und in der Zwischenzeit  wurde das Metall bei einer etwas niedrige  ren     Temperatur    auf den heissen Kolben auf-    gedampft.

   Die     Aufdampfung    wurde in Argon  als Füllgas bei einem Druck von 0,01 mm     Hg     durchgeführt. Die     Aufheizung    des Leicht  metallkolbens auf die     Legierungs-        bezw.    Dif  fusionstemperatur geschah in beiden Fällen  durch Gasentladung in der     Aufdampfungs-          kammer.    Als     Heizspannung    wurde eine  gleichgerichtete Wechselspannung angelegt,  deren Effektivwert 700 Volt bei einem     Zer-          stäubungsstrom    von 3     Amp.    betrug.

   Die auf  diesem Wege erhaltene Kupfer-     bezw.    Silber  schicht war in dem Kolbenmaterial ausser  ordentlich fest verankert.  



  Die Erfindung betrifft ferner eine Vor  richtung zur Durchführung des im Patent  anspruch     II    beschriebenen Verfahrens, wel  che gekennzeichnet ist durch eine     Metallisie-          rungskammer    mit einem     metallischen    kühl  baren Unterteil und einem abnehmbaren  metallischen kühlbaren Oberteil, sowie durch  in dieser Kammer aufgebrachte Mittel zur  Überführung des auf den Kolben aufzutra  genden     Metalles    in einen     hochdispersen    Zu  stand. Die die Kathode bildende Wandung  kann aus dem auf den Leichtmetallkolben auf  zustäubenden Metall bestehen oder mit dem  selben belegt sein.

   Die     Metallisierungskam-          mer    besitzt zweckmässig eine durch die  metallische Kammerwandung isoliert und ab  geschirmt eingeführte Anode. Die     Metallisie-          rungskammer    kann ferner eine metallische  kühlbare isolierte und     abgeschirmte    Durch  führung vorzugsweise im Unterteil der     Ka-          thodenzerstäubungskammer    besitzen, auf der  der zu metallisierende Leichtmetallkolben  unter     Zwischenschaltung    eines leitenden oder  isolierenden Tragtellers gelagert ist.  



  Die Vorrichtung zur Durchführung des  beschriebenen Verfahrens kann auch eine       Vakuumverdampfungskammer    aufweisen mit  einem metallischen, kühlbaren Unterteil und  einem abnehmbaren, metallischen, kühlbaren  Oberteil, dessen Wandung eine metallische,  kühlbare, isolierte und abgeschirmte Strom  durchführung trägt, an der der zu metallisie  rende Kolben mittels einer den elektrischen  Strom leitenden Tragvorrichtung angeordnet  ist und durch einen das aufzudampfende Me-      fall enthaltenden elektrisch heizbaren Tiegel  unterhalb des Kolbens sowie durch     eine     Gleichstrom- oder     Wechselstromspannungs-          quelle,    die mit dem einen, vorzugsweise nega  tiven, Pol über die Stromdurchführung mit  dem Kolben und mit dem andern,

   vorzugs  weise positiven, Pol mit der Abschirmung  oder der     Kammerwandung    in     Verbindung    ge  bracht werden kann.  



  Die beiliegende Zeichnung veranschau  licht in     Fig.    1 ein Ausführungsbeispiel eines  mit     Metallschutzschicht    versehenen Kolbens  und in den     Fig.    2 und 3 je ein Ausführungs  beispiel der zur Durchführung des Verfah  rens dienenden Vorrichtung.  



  In     Fig.    1     bezeichnet    1 den Kolben, dessen  Bodenteil 2 mit einer Metallschicht 3, zum  Beispiel Kupfer oder     Silber,    überzogen ist,  die unter Bildung einer Legierungsschicht 4  aus dem Grundmaterial des Kolbens und dem  aufgebrachten Metall in dem Grundmaterial  fest verankert ist. In ähnlicher Weise kann  auch die übrige Kolbenwandung, je nach Be  darf, metallisiert sein.  



  Die aufgebrachte     Metallschutzschicht    3  wurde über die Gasphase (also in     hochdisper-          sem    Zustand) des niederzuschlagenden     Me-          talles    im Vakuum aufgebracht. Es kann hier  bei von der festen oder flüssigen Phase des  aufzubringenden     Metalles    ausgegangen wer  den. So kann zum Beispiel das Material in  einem Tiegel so hoch erhitzt werden, dass es  aus demselben verdampft und sich auf -dem  entsprechend angeordneten Kolben konden  siert. Hierzu werden zweckmässig Füllgas  drucke von 3 bis     10-6    mm in der     Verdamp-          fungsapparatur    eingestellt.  



  Bei der     Anwendung    von elektrischer     Zer-          stäubung    werden Füllgasdrucke von zum  Beispiel 3 mm bis 10-3 mm eingestellt. Hier  bei kann das zu zerstäubende Material in  flüssigem oder festem Zustande vorliegen.

    Der Kolben kann sowohl bei Anwendung der       thermischen    Verdampfung als auch bei der       Kathodenzerstäubung        während    oder nach der       Metallisierung,    vorzugsweise     in    der     Ver-          dampfungs-    oder     Zerstäubungskammer    selbst,  auf die Temperatur gebracht werden, bei der    sich das     aufzubringende    Material mit dem  Grundmaterial durch Legierungsbildung ver  bindet.

   Diese Temperatur wird so lange ein  gehalten, bis die gewünschte     Eindringtiefe     des aufgebrachten Materials in das Grund  material erreicht ist.     Danach    wird die Tem  peratur langsam herabgesetzt, um das reine  Metall auf der Oberfläche als Schutzschicht  zu erhalten. Je nach den gestellten Anforde  rungen kann es auch genügen, nur eine     Dif-          fusions-    oder Legierungszone zu erzeugen  (Grenzfall, mit praktisch verschwindender       Schutzschichtdicke).    Die jeweils gewünschte  Ausbildung der Schicht erhält man durch  Regelung der Temperatur des zu überziehen  den Kolbens.  



  Die     Fig.    2 zeigt einen Schnitt durch eine  Vorrichtung zum     thermischen    Aufdampfen  von Metall auf Leichtmetallkolben im Va  kuum.  



  Die gezeichnete     Vorrichtung    besitzt ein       evakuierbares    Gefäss 5,     -welches    mit     einem     Deckel 6 unter     Zwischenschaltung    einer mit  tels des im Deckel angebrachten Luftkanals  6a kühlbaren Dichtung 7 vakuumdicht mit  tels der     Exzenterverschlüsse    8 verschliessbar  ist. An den Stutzen 9 schliesst sich eine nicht  dargestellte Vakuumpumpe an und durch den  Stutzen 10 kann im Bedarfsfall ein vorzugs  weise reduzierendes Füllgas, wie Wasser  stoff, in geringen Mengen     eingeleitet    wer  den.

   Durch die Vakuumpumpe kann in dem  Gefäss 5 jeder beliebige Unterdruck, zum  Beispiel unter 50 mm     Hg    bis zu dem höch  sten erreichbaren Vakuum eingestellt werden.  



  Das zu verdampfende Gut, zum Beispiel  ein Metall oder eine Legierung, befindet sich  in dem     Verdampfungstiegel    11, der mit einem  von dem zu verdampfenden Metall nicht an  greifbaren Futter oder     Einsatz    12 versehen  ist. Die Heizung des Tiegels bis zur Ver  dampfung des     Metalles    geschieht zum Bei  spiel durch eine hohle, kühlbare     Hochfre-          quenzspule    13, deren beide Enden mittels der  beiden Stromdurchführungen 14 und 15  durch den Deckel 6 in das Vakuumgefäss iso  liert,

   vakuumdicht und gegen die     Glimment-          ladung    abgeschirmt eingeführt     sind.    Jede      Stromdurchführung ist durch die in     geringem     Abstand von der Stromzuführung angeord  neten metallischen Hüllen 16 und 17 abge  schirmt und durch eine Schutzkappe 18 abge  deckt. 19 und 20 sind zwei Isolierkörper,  zwischen denen sich ein Dichtungskörper 21  befindet. Der     Schraubring    22 dient dabei  Zum Anpressen des Ganzen.

   In dem Tiegel  12 verdampft die Schmelze 23 und der  Dampf     schlägt    sich auf dem Metallkolben 24  nieder, der an einem hohl und kühlbar aus  gebildeten     Stromdurchführungskörper    25 an  geordnet ist, und zwar kann durch die Lei  tung 26 ein Kühlmittel wie Wasser zuge  führt und durch den Stutzen 27 abgeleitet  werden. Die Teile 28 und 29 stellen zwei  metallische Abschirmungen dar, die in einem  so     geringen    Abstand von der Stromdurchfüh  rung und voneinander angeordnet sind, dass  keine     Glimmentladung    in diesen engen Ring  spalten möglich ist. Es sei hierzu auf das  Schweiz. Patent Nr. 227449 verwiesen, das  eine eingehende Erläuterung dieser Art der       Abschirmung    gibt.

   Die Teile 30 und 31 stel  len zwei Isolier-     und    Dichtungsringe dar,  während der Teil 32 ein     Anpressring    ist.  Durch die Kühlvorrichtung 33 im Vakuum  gefäss wird die     Stromdurchführung    gekühlt,  und zwar kann das Kühlmittel durch Stut  zen 34 zugeführt und durch den Stutzen 35  abgeleitet werden. Das eine Ende der Se  kundärspule 41 des     Wechselstromtransforma-          tors    42 kann über den Schalter 43 mit der  Stromdurchführung 25 und das andere Ende  der Sekundärspule über den regelbaren Wi  derstand 44 und den Schalter 45 mit der Ab  schirmhülle 28     verbunden    werden.  



  Der negative Pol einer Gleichstromquelle  36 steht über     einen    Schalter 37 mit der       Stromdurchführung    25 in Verbindung, wäh  rend der positive Pol der     Gleichspannungs-          quelle    über einen regelbaren Widerstand 38       entweder    über Schalter 39 mit der Abschir  mung 28 in Verbindung gebracht werden  kann, oder über Schalter 40 mit der Wan  dung der Vakuumkammer 5. Die Anwen  dung dieser elektrischen Anlage geht aus der  Schweiz. Patentschrift Nr. 207351 hervor.    Der Teil 46 stellt einen     Abschirmring    dar,  der nach Bedarf verwendet werden kann,  wenn die Seitenwand des Kolbens nicht  metallisiert werden soll.

   Der Teil 47     ist    ein       Thermoelement    mit den Enden 48 und 19.  Der Teil 50 stellt die aufgedampfte Metall  schicht dar und der Teil 51 die Tragvorrich  tung für den Kolben.  



       Fig.    3 stellt einen Schnitt durch eine     Ka-          thodenzerstäubungs-Metallisierkammer    für  Leichtmetallkolben dar, bei der die Wan  dung der Kammer als Kathode den zu metal  lisierenden Metallkolben allseitig umgibt.    52 ist die abnehmbare metallische     Zer-          stäubungsgefässhaube,    welche mit dem me  tallischen Boden 53, unter Zwischenschaltung  einer aus zwei Gummiringen bestehenden  Dichtung 54, vakuumdicht verbunden ist.

    Die ganze Innenfläche 55 der     Kathodenzer-          stäubungskammer,    also sowohl der Bolzen 53  als auch die Haube 52, kann aus dem ge  wünschten     aufzustäubenden    Metall bestehen  oder damit belegt sein. Als solche Metalle  kommen vor allem zur Anwendung Chrom,       Molybdän,    Wolfram, Eisen, Kobalt, Nickel,  Kupfer, Silber, Platin, Palladium,     Rhodium,     Cadmium, Zink,     Vanadium,        Tantal,        Zirkon,     Aluminium, Magnesium oder     dergl.    einzeln  oder in beliebiger Kombination.

   Die nicht  dargestellte Vakuumpumpe ist an den     StC#-          zen    56 angeschlossen, während der Stutzen  57 zum Zuführen eines neutralen oder re  duzierenden Gases, wie Stickstoff, Wasser  stoff, Edelgase, wie Argon oder     dergl.,    dient.  In die Gasableitung 56 und die Gaszulei  tung 57 sind die Siebe 56a     bezw.    57a einge  baut, welche dank ihrer Maschenweite von  weniger als 1 mm verhindern, dass die Glimm  entladung in die Gaszuleitung     bezw.    Ablei  tung     hineinschlägt.    Die Haube 52 ist mit  einem Kühlmantel 58 umgeben, dem das       Kühlmittel,    zum Beispiel Wasser, Öl oder  auch Luft, durch den Stutzen 59 zugeführt  werden kann.

   Durch den Stutzen 60 wird das  Kühlmittel abgeleitet. Der Boden 53 kann  durch die abnehmbare Stromleitung 61 mit  der Haube 52 in leitende Verbindung ge-      bracht werden. Die negative     Spannung    wird  durch das Stromkabel 62 zugeführt, welches  am Boden befestigt ist.  



  Der zu metallisierende Kolben 64 mit der  Metallschicht 63 ruht auf einem isolierenden  oder     leitenden    Teller 65, der von der kühl  baren Durchführung 66, unter Zwischen  schaltung eines Körpers 67 aus Metall oder  Isoliermaterial getragen     ist.    Der die Anode  darstellende Teil 68 ist isoliert und vom Bo  den 53 und der Durchführung 66 durch je  einen engen Ringspalt getrennt, wodurch die  Isolation vor der schädlichen     Einwirkung    der  Glimmentladung abgeschirmt ist. Durch das  Kabel 69 ist die Anode 68 mit dem positiven  Pol einer     Gleichspannungsquelle    verbunden.  Die Teile 70, 71, 72 sind Ringe aus     Isolier-          und    Dichtungsmaterial.

   Der Ring 72 wird  durch der Übersichtlichkeit halber nicht dar  gestellte Schrauben an den Boden     angepresst.     Zwischen der Anode 68 und der als Kathode  geschalteten Wandung des     Zerstäubungs-          gefässes        bildet    sich bei einem Druck zwischen  40 und 0,001, vorzugsweise etwa 5 bis  0,1 mm     Hg,    die zur     Zerstäubung    des     Metalles     und zum Aufheizen des Kolbens auf die ge  wünschte     Legierungs-    oder Diffusionstempe  ratur erforderliche     Glimmentladung    aus.

   Die       Kathodenzerstäubungskammer    ist ferner mit  einem abgeschirmten eingesetzten Schauglas  74 versehen. Der Teil 75 stellt einen Ring  zum Abdecken des Spaltes     zwischen    der  Haube und dem Boden dar. Der Stutzen 76  dient zum Zuführen des Kühlmittels für die  Durchführung 66 und der Stutzen 77 zum  Ableiten des Kühlmittels. Der Boden ist mit  Kühlkanälen 73 versehen. Der Teil 78 stellt  ein     Thermoelement    zur Messung der Tempe  ratur des Kolbens während der Bestäubung  dar.  



  Die     Zerstäubung    ist auch bei gekühlter  Kathode möglich. Dabei ist die gesamte  Innenfläche mit dem Glimmlicht bedeckt. Es  sei hierzu auf die     schweiz.    Patentschrift  Nr. 204862     verwiesen,    die diese     allseitige    Ka  thode eingehend erläutert. Das abgestäubte  Metall schlägt sich vornehmlich auf den Kol-         ben    nieder, da er zentral im Innern des als  Kathode wirkenden Gefässes angeordnet ist.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH 1: Leichtmetallkolben für Verbrennungs- kraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, dass er mindestens teilweise mit einer Metall schutzschicht überzogen ist, deren Basis an das Grundmaterial des Kolbens durch Diffu sion anlegiert und dadurch mit ihm fest ver bunden ist. UNTERANSPRüCHE 1. Leichtmetallkolben nach Patentan spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschutzschicht feinkristallin ist und eine Minimalstärke von 0,001 Millimeter auf weist. 2.

   Leichtmetallkolben nach Patentan spruch I und Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die Metallschutzschicht durch Kathodenzerstäubung aufgebracht ist. 3. Leichtmetallkolben nach Patentan spruch I und Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die Metallschutzschicht durch thermische Verdampfung des Metalles im Vakuum aufgebracht ist. 4. Leichtmetallkolben nach Patentan spruch I und Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die aufgebrachte Metall schicht 6/,.00o bis 6/,.0o mm stark ist. 5.

   Leichtmetallkolben nach Patentan spruch I und Unteranspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, dass die aufgebrachte Metall schicht mindestens ein Metall der Chrom- Kruppe enthält. 6. Leichtmetallkolben nach Patentan spruch I und Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die aufgebrachte Metall schicht mindestens ein Metall der Eisen- , Kruppe enthält. 7. Leichtmetallkolben nach Patentan spruch I und Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die aufgebrachte Metall schicht mindestens ein Platinmetall ent- f hält.

   B. Leichtmetallkolben nach Patentan spruch I und Unteranspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, dass die aufgebrachte Metall schicht Kupfer enthält. 9. Leichtmetallkolben nach Patentan spruch I und Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die aufgebrachte Metall schicht Silber enthält. 10. Leichtmetallkolben nach Patentan spruch I und Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die aufgebrachte Metall schicht Cadmium enthält. 11. Leichtmetallkolben nach Patentan spruch I und Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die aufgebrachte Metall schicht Zink enthält.. 12. Leichtmetallkolben nach Patentan spruch I und Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die aufgebrachte Metall schicht Zinn enthält. 13.

   Leichtmetallkolben nach Patentan spruch I und Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die aufgebrachte Metall schicht Blei enthält. 14. Leichtmetallkolben nach Patentan spruch I und Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die aufgebrachte Metall schicht Aluminium enthält. 15. Leichtmetallkolben nach Patentan spruch I und Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die aufgebrachte Metall schicht mindestens ein seltenes Erdmetall enthält. PATENTANSPRUCH II: Verfahren zur Herstellung von Leicht metallkolben nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass das Schutzmetall unter vermindertem Druck und in hochdis- persem Zustand auf den Kolben aufgebracht wird.

   UNTERANSPRüCHE 16. Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufbrin gung der Metallschutzschicht im Vakuum er folgt. 17. Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufbrin gung der Metallschicht durch Kathodenzer- stäubung bei 3 bis 0,01 mm Hg Füllgasdruck erfolgt. 18.

   Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufbrin gung der Metallsehutzschicht durch thermi sche Verdampfung bei 3 bis 10-6 mm Hg Füllgasdruck erfolgt. 19. Verfahren nach Patentanspruch 1I und Unteranspruch 18, dadurch gekennzeich net, dass eine derartige Heizleistung angelegt wird, dass der Kolben während der Aufbrin gung gleichmässig auf eine Temperatur von mindestens 200 C gebracht wird. 20.

   Verfahren nach Patentanspruch II und Unteranspruch 17, dadurch gekennzeich net, dass eine derartige Zerstäubungsleistung angelegt und Ausbildung und Anwendung der Kathode so gewählt wird, dass der Kol ben während der Aufstäubung gleichmässig auf eine Temperatur von mindestens 200 C gebracht wird. 21. Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Metall schichten nacheinander aufgebracht werden. 22.

   Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die 11letallisie- rung des Kolbens in einer neutralen Atmo sphäre bei Drucken unterhalb 50 mm Hg vor genommen wird. 23. Verfahren nach Patentanspruch 1I und Unteranspruch 22, dadurch gekennzeich net, dass die Metallisierung des Kolbens bei Drucken zwischen 5 und 0,01 mm Hg vorge nommen wird. 24.

   Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallisie- rung des Kolbens in einer reduzierenden Atmosphäre bei Drucken unterhalb 50 mm Hg vorgenommen wird. 25. Verfahren nach Patentanspruch. II und Unteranspruch 24, dadurch gekennzeich net, dass die Metallisierung des Kolbens bei Drucken zwischen 5 und 0,01 mm Hg vorge nommen wird. 26.

   Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgebrachte Metallschicht zum Festhaften an dem Kol ben gebracht wird dadurch, dass der Kolben auf eine Temperatur erwärmt wird, bei wel- eher die aufgebrachte Metallschicht durch Diffusion an ihn aaslegiert. 27. Verfahren nach Patentanspruch II und Unteranspruch 26, dadurch gekennzeich net, dass die Erwärmung in der Metallisie- rungskammer selbst stattfindet. 28.

   Verfahren nach Patentanspruch II und Unteranspruch 26, dadurch gekennzeich net, dass die Erwärmung während der Metal- lisierung erfolgt. 29. Verfahren nach Patentanspruch II und Unteranspruch 26, dadurch gekennzeich net, dass die Erwärmnung nach der Metalli- sierung erfolgt. 30. Verfahren nach Patentanspruch II und Unteranspruch 26, dadurch gekennzeich net, dass das Erhitzen des Metallkolbens durch eine Glimmentladung vorgenommen wird. 31.

   Verfahren nach Patentanspruch II und den Unteransprüchen 26 und 30, da durch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Kolbens durch Veränderung der Ent ladungsleistung eingestellt wird. 32. Verfahren nach Patentanspruch II und den Unteransprüchen 26 und 30, bei welchem die Aufbringung der Metallschicht unter Füllgasdruck erfolgt, dadurch gekenn zeichnet, dass die Temperatur des Kolbens durch Veränderung des Füllgasdruckes ein gestellt wird.

   PATENTANSPRUCH III: Vorrichtung zur Durchführung des Ver fahrens nach Patentanspruch II, gekenn zeichnet durch eine Metallisierungskammer mit einem metallischen kühlbaren Unterteil und einem abnehmbaren, metallischen, kühl baren Oberteil, sowie durch in dieser Kam mer angebrachte Mittel zur Überführung des auf den Kolben aufzutragenden Metalles in einen hochdispersen Zustand. UNTERANSPRüCHE 33.

   Vorrichtung nach Patentanspruch III, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallisie- rungskammer als Kathodenzerstäubungskam- mer ausgebildet ist, deren metallische, die Kathode bildende Wandung das auf den Kolben aufzustäubende Metall enthält. 34. Vorrichtung nach Patentanspruch III und Unteranspruch 33., dadurch gekennzeich net, dass die innere Wandung der Zerstäu- bungskammer aus dem auf den Kolben auf zustäubenden Metall besteht. 35.

   Vorrichtung nach Patentanspruch III und Unteranspruch 33, dadurch gekennzeich net, dass die innere Wandung der Zerstäu- bungskammer mit dem auf den Kolben auf zustäubenden Metall belegt ist. 36. Vorrichtung nach Patentanspruch III und Unteranspruch 33, gekennzeichnet durch eine durch die metallische Kammerwandung isoliert und abgeschirmt eingeführte Anode. 37.

   Vorrichtung nach Patentanspruch III und den Unteransprüchen 33 und 36, ge kennzeichnet durch eine metallische, kühl bare, isolierte und abgeschirmte Durchfüh rung, auf der der zu metallisierende Kolben unter Zwischenschaltung eines Tragtellers gelagert ist. 38. Vorrichtung nach Patentanspruch III und den Unteransprüchen 33, 36 und 37, da durch gekennzeichnet, dass die Durchführung im untern Teil der Zerstäubungskammer an geordnet ist. 39. Vorrichtung nach Patentanspruch III und den Unteransprüchen 33, 36 und 37, da durch gekennzeichnet, dass der Tragteller lei tend ist. 40.

   Vorrichtung nach Patentanspruch IH und den Unteransprüchen 33, 36 und 37, da durch gekennzeichnet, dass der Tragteller iso lierend ist. . 41. Vorrichtung nach Patentanspruch III, gekennzeichnet durch eine Vakuumverdamp- fungskammer mit einem metallischen, kühl baren Unterteil und einem abnehmbaren metallischen, kühlbaren Oberteil, dessen Wan dung eine metallische, kühlbare, isolierte und abgeschirmte Stromdurchführung trägt, an der der zu metallisierende Kolben mittels einer den elektrischen Strom leitenden Trag vorrichtung angeordnet ist, und durch einen das aufzudampfende Metall enthaltenden elektrisch heizbaren Tiegel unterhalb des Kolbens sowie durch eine Spannungsquelle,

   die mit dem einen Pol über die Stromdurch führung mit dem Kolben und mit dem andern Pol mit einem leitenden Teil der Vor richtung in Verbindung gebracht werden kann. 42. Vorrichtung nach Patentanspruch III und Unteranspruch 41, dadurch gekennzeich net, dass der negative Pol der Spannungs quelle mit dem Kolben verbunden ist. 43. Vorrichtung nach Patentanspruch III und den Unteransprüchen 41 und 4\?, da- durch gehennzeiehnet. dar der positive Pol der Spannungsquelle mit der Abschirmung verbunden ist. 44.

   Vorrichtung nach Patentanspruch HI und den Unteransprüchen 41 und 42, dadurch gekennzeichnet, dass der positive Pol der Spannungsquelle mit der Kammerwandung verbunden ist.