DE102008036657B4 - Piston ring with adaptive coating and manufacturing method thereof - Google Patents
Piston ring with adaptive coating and manufacturing method thereof Download PDFInfo
- Publication number
- DE102008036657B4 DE102008036657B4 DE102008036657.9A DE102008036657A DE102008036657B4 DE 102008036657 B4 DE102008036657 B4 DE 102008036657B4 DE 102008036657 A DE102008036657 A DE 102008036657A DE 102008036657 B4 DE102008036657 B4 DE 102008036657B4
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- coating
- piston ring
- weight percent
- beryllium
- alloy
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 31
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 7
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 title description 6
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 20
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 17
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N beryllium atom Chemical compound [Be] ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 10
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 16
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 8
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 4
- 238000007751 thermal spraying Methods 0.000 claims description 3
- 238000007750 plasma spraying Methods 0.000 claims description 2
- 238000010285 flame spraying Methods 0.000 claims 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 27
- 239000002347 wear-protection layer Substances 0.000 description 7
- 241000792859 Enema Species 0.000 description 4
- 239000007920 enema Substances 0.000 description 4
- 229940095399 enema Drugs 0.000 description 4
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 4
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 2
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 238000012805 post-processing Methods 0.000 description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 2
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 2
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 2
- 229910000897 Babbitt (metal) Inorganic materials 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- IUYOGGFTLHZHEG-UHFFFAOYSA-N copper titanium Chemical compound [Ti].[Cu] IUYOGGFTLHZHEG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000004881 precipitation hardening Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C9/00—Alloys based on copper
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
- C23C4/06—Metallic material
- C23C4/08—Metallic material containing only metal elements
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
- F16C33/02—Parts of sliding-contact bearings
- F16C33/04—Brasses; Bushes; Linings
- F16C33/06—Sliding surface mainly made of metal
- F16C33/14—Special methods of manufacture; Running-in
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C9/00—Bearings for crankshafts or connecting-rods; Attachment of connecting-rods
- F16C9/04—Connecting-rod bearings; Attachments thereof
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J9/00—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction
- F16J9/26—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction characterised by the use of particular materials
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C2204/00—Metallic materials; Alloys
- F16C2204/10—Alloys based on copper
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C2223/00—Surface treatments; Hardening; Coating
- F16C2223/30—Coating surfaces
- F16C2223/42—Coating surfaces by spraying the coating material, e.g. plasma spraying
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
- Sliding-Contact Bearings (AREA)
Abstract
Kolbenring für eine Verbrennungskraftmaschine, umfassend mindestens eine Lauffläche, gekennzeichnet durch eine Laufflächenbeschichtung aus einer Legierung auf der Basis von Kupfer, wobei die Legierung 0,1 bis 4 Gewichts-Prozent Beryllium und 0,1 bis 0,8 Gewichtsprozent Titan aufweist.A piston ring for an internal combustion engine, comprising at least one tread, characterized by a tread coating of a copper-based alloy, said alloy comprising 0.1 to 4 percent by weight beryllium and 0.1 to 0.8 percent titanium by weight.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft Kolbenringe von Verbrennungskraftmaschinen, mit einer adaptiven Beschichtung, die sowohl als Einlauf- als auch Verschleißschutzschicht dient, sowie Verfahren zu deren Herstellung.The present invention relates to piston rings of internal combustion engines, with an adaptive coating which serves both as a run-in and wear protection layer, and to methods for their preparation.
Kolbenringe werden an der Lauffläche zur Zylinderwand mit Verschleißschutzschichten versehen, um das Funktionsverhalten in allen Betriebszuständen der Motoren zu gewährleisten und eine lange Lebensdauer der Motoren sicherzustellen. An die Laufflächenbeschichtung werden über die Laufzeit unterschiedliche Anforderungen gestellt.Piston rings are provided with anti-wear layers on the running surface of the cylinder wall in order to ensure functional performance in all operating conditions of the motors and to ensure a long service life of the motors. Different demands are placed on the tread coating over the runtime.
In der Einlaufphase eines neuen Motors sollte die Beschichtung in der Lage sein, die Oberflächentopographie mikroskopisch und makroskopisch an die Gegebenheiten des Gegenpartners anzupassen, ohne diesen zu schädigen oder Folgeschäden zu verursachen. Nach Abschluss der Einlaufphase sind Eigenschaften wie hohe Verschleißfestigkeit und Brandspursicherheit bei geringem Verschleiß des Gegenpartners sowie geringe Reibwerte gefordert. Das bedeutet, dass mit fortschreitender Laufzeit unterschiedliche Funktionalitäten erforderlich werden.During the start-up phase of a new motor, the coating should be able to adapt the surface topography microscopically and macroscopically to the circumstances of the counterparty, without damaging it or causing consequential damage. After completion of the break-in phase properties such as high wear resistance and fire safety with low wear of the counterparty as well as low friction values are required. This means that different functionalities will be required as the runtime increases.
In der Praxis werden diese Anforderungen durch zusätzlich zu den Verschleißschutzschichten aufgetragene Einlaufschichten erfüllt, die sowohl als homogene Schichten oder als Gradientenschichten mit kontinuierlichen Änderungen der Eigenschaften über die Schichthöhe ausgebildet sein können. Verschleißschutz- und Einlaufschichten können in unterschiedlichen Verfahren aufgebracht werden, was die Herstellungskosten zusätzlich erhöhen kann. Nachteilig ist ferner, dass bei einer eventuell notwendigen Nachbearbeitung der Lauffläche die bereits aufgebrachte Einlaufschicht teilweise wieder abgetragen wird und damit für den Einlaufvorgang nicht mehr verfügbar ist.In practice, these requirements are met by in addition to the wear protection layers applied run-in layers, which may be formed both as homogeneous layers or as gradient layers with continuous changes in properties over the layer height. Wear protection and enema layers can be applied in different processes, which can additionally increase the production costs. A further disadvantage is that in the case of any necessary post-processing of the tread, the already applied inflow layer is partially removed again and thus is no longer available for the running-in process.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, die oben genannten Nachteile zu beseitigen und einen Kolbenring mit einer Beschichtung bereitzustellen, die als homogene Beschichtung aufgebracht werden kann und sowohl als Einlauf- als auch als Verschleißschutzschicht dient. Ferner soll ein Verfahren zur Herstellung des Kolbenrings bereitgestellt werden.The object of the invention is therefore to eliminate the abovementioned disadvantages and to provide a piston ring with a coating which can be applied as a homogeneous coating and serves both as an enema and as a wear protection layer. Furthermore, a method for producing the piston ring is to be provided.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Kolbenring für eine Verbrennungskraftmaschine bereitgestellt, umfassend mindestens eine Lauffläche, gekennzeichnet durch eine Laufflächenbeschichtung aus einer Legierung auf der Basis von Kupfer, die einen Zusatz aus Ti und Be aufweist.According to a first aspect of the present invention, there is provided a piston ring for an internal combustion engine, comprising at least one tread, characterized by a tread coating of a copper-based alloy having an additive of Ti and Be.
Dieser Kolbenring weist eine adaptive Beschichtung auf. Dieses adaptive Verhalten bedeutet, dass die Beschichtung ursprünglich eine vergleichsweise geringe Härte aufweist. In diesem Zustand fungiert sie als eine Einlaufschicht, beispielsweise bei einem Kolbenring in einem Verbrennungsmotor während der Einlaufphase des neuen Motors. Kleinere Unebenheiten zwischen Kolbenring und Zylinder werden durch Anpassung der Einlaufschicht ausgeglichen, d. h. die Einlaufschicht passt sich der Struktur der Zylinderwand an, ohne diese zu beschädigen. Eine gute Abdichtung zwischen Kolbenring und Zylinderwand wird so sichergestellt.This piston ring has an adaptive coating. This adaptive behavior means that the coating originally has a comparatively low hardness. In this state, it acts as an inlet layer, for example in a piston ring in an internal combustion engine during the running-in phase of the new engine. Smaller bumps between piston ring and cylinder are compensated by adjusting the inlet layer, d. H. the inlet layer adapts to the structure of the cylinder wall without damaging it. A good seal between the piston ring and the cylinder wall is thus ensured.
Im weiteren Betrieb des Motors erfolgt unter der Einwirkung der hohen Temperaturen eine Ausscheidungsverfestigung der Beschichtung. Diese nimmt dadurch in der Harte zu, so dass sie nach abgeschlossenem Einlaufvorgang als Verschleißschutzschicht fungiert. Durch die adaptive Anpassungsfähigkeit der erfindungsgemäßen Beschichtung erfolgt dieser Übergang von Einlaufeigenschaften zu Verschleißschutzeigenschaften temperaturabhängig. Die Motorbelastung und damit verbundene Temperatur der Beschichtung steuert somit den Übergang von einer Einlaufschicht zu einer Verschleißschutzschicht. Eine höhere Motorbelastung führt so auch zu einem schnelleren Übergang zum Ausbilden einer verschleißfesten Schicht, die ihre Eigenschaften dann für die Lebensdauer des Motors behält.As the engine continues to operate, precipitation solidification of the coating occurs under the action of the high temperatures. This increases in hardness, so that it acts as a wear protection layer after completion of the inlet process. Due to the adaptive adaptability of the coating according to the invention, this transition from inlet properties to anti-wear properties is temperature-dependent. The motor load and associated temperature of the coating thus controls the transition from an enema layer to a wear protection layer. Higher engine load also results in a faster transition to forming a wear resistant layer, which then retains its properties for the life of the engine.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Legierung 0,1 bis 4 Gewichts-Prozent Beryllium und 0,1 bis 0,8 Gewichtsprozent Titan, bevorzugt 1 bis 3 Gewichts-Prozent Beryllium und 0,2 bis 0,6 Gewichtsprozent Titan, am meisten bevorzugt ca. 2 Gewichts-Prozent Beryllium und ca. 0,4 Gewichtsprozent Titan auf.According to one embodiment, the alloy comprises 0.1 to 4 weight percent beryllium and 0.1 to 0.8 weight percent titanium, preferably 1 to 3 weight percent beryllium and 0.2 to 0.6 weight percent titanium, most preferably ca. 2 weight percent beryllium and about 0.4 weight percent titanium.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbenrings für eine Verbrennungskraftmaschine bereitgestellt, umfassend Abscheiden einer Legierung auf der Basis von Kupfer, die einen Zusatz aus Ti und Be aufweist.According to a second aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a piston ring for an internal combustion engine, comprising depositing one Alloy based on copper, which has an additive of Ti and Be.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Abscheiden ein thermisches Spritzverfahren. Das thermische Spritzverfahren kann Hochgeschwindigkeitsflammspritzen (High Velocity Oxy Fuel, HVOF) oder Plasmaspritzen sein.In one embodiment, the deposition comprises a thermal spray process. The thermal spraying process can be high velocity oxy fuel (HVOF) or plasma spraying.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Legierung 0,1 bis 4 Gewichts-Prozent Beryllium und 0,1 bis 0,8 Gewichtsprozent Titan, bevorzugt 1 bis 3 Gewichts-Prozent Beryllium und 0,2 bis 0,6 Gewichtsprozent Titan, am meisten bevorzugt ca. 2 Gewichts-Prozent Beryllium und ca. 0,4 Gewichtsprozent Titan auf.According to one embodiment, the alloy comprises 0.1 to 4 weight percent beryllium and 0.1 to 0.8 weight percent titanium, preferably 1 to 3 weight percent beryllium and 0.2 to 0.6 weight percent titanium, most preferably ca. 2 weight percent beryllium and about 0.4 weight percent titanium.
Die Erfindung ermöglicht es, dass die Beschichtung homogen aufgebracht wird, wodurch eine schnellere und kostengünstigere Herstellung von beispielsweise Kolbenringen möglich wird. Eine Beschichtung mit separaten Verschleißschutz- und Einlaufschichten, die langwieriger und teurer wäre, kann somit vermieden werden. Auch kann ein erfindungsgemäßer Kolbenring einfach nachbearbeitet werden, ohne dass dabei eine separate Einlaufschicht abgetragen wird, die dann für den Einlaufvorgang nicht mehr verfügbar wäre.The invention makes it possible for the coating to be applied homogeneously, as a result of which a faster and more cost-effective production of, for example, piston rings becomes possible. A coating with separate wear protection and enema layers, which would be tedious and expensive, can thus be avoided. Also, an inventive piston ring can be easily reworked, without causing a separate inlet layer is removed, which would then no longer be available for the inlet process.
Da ein erfindungsgemäßer Kolbenring nur eine homogene Beschichtung aufweist, die im ursprünglichen Zustand die Eigenschaften einer Einlaufschicht besitzt, gehen selbst bei einer nötigen Nachbearbeitung die Einlaufeigenschaften nicht verloren, sofern eine genügende Restdicke erhalten bleibt. Die Verschleißschutzeigenschaften erhält die Beschichtung erst durch den Betrieb im Motor.Since a piston ring according to the invention has only a homogeneous coating which has the properties of an inlet layer in the original state, the running properties are not lost even if the post-processing is necessary, provided that a sufficient residual thickness is maintained. The anti-wear properties are only obtained by the coating in the engine.
Gegenüber herkömmlichen Kolbenringen ist ein weiterer Vorteil von Kolbenringen gemäß der Erfindung, dass die Beschichtung auch nach dem Einlaufen in ihrer Härte im Wesentlichen homogen ist. Bei herkömmlichen Kolbenringen sind dann in der Regel jedoch bereichweise Reste der Einlaufschicht sowie freigelegte Bereiche der Verschleißschutzschicht vorhanden, die sich zwangsläufig in der Härte unterscheiden. Während Bereiche mit verbleibender Einlaufschicht relativ weicher sind, sind Bereiche mit freiliegender Verschleißschutzschicht relativ härter.Compared to conventional piston rings is a further advantage of piston rings according to the invention that the coating is substantially homogeneous even after running in their hardness. In the case of conventional piston rings, however, in some areas, residues of the running-in layer as well as exposed areas of the wear-resistant layer are usually present, which inevitably differ in hardness. While areas with remaining run-in layer are relatively softer, areas with exposed wear protection layer are relatively harder.
Da bei der vorliegenden Erfindung die Härte adaptiv für die gesamte Beschichtung ist, wird auch nach dem Einlaufen eine im Wesentlichen homogene Härte der Beschichtung vorliegen. Der Verschleißschutz wird dadurch erhöht, da nicht wie beim herkömmlichen Kolbenring Bereiche mit geringerer Härte verbleiben.In the present invention, since the hardness is adaptive to the entire coating, there will be a substantially homogeneous hardness of the coating even after shrinking. The wear protection is thereby increased because not as in the conventional piston ring areas with lower hardness remain.
Es wurde ferner herausgefunden, dass sich bei den erfindungsgemäßen Kolbenringen Druckeigenspannungen in der Schicht einstellen, die einen zusätzlichen Widerstand gegen die Entstehung und Fortpflanzung von Rissen bieten.It has also been found that in the piston rings according to the invention compressive stresses occur in the layer which provide additional resistance against the formation and propagation of cracks.
Es existieren Legierungssysteme, die sich nach der Herstellung bei Raumtemperatur zunächst im thermodynamischen Ungleichgewicht befinden. Führt man Energie zum Beispiel in Form von Wärme zu, so werden separate Phasen ausgeschieden, die zu einer Aushärtung des Werkstoffes und unter Umständen zu einer Erhöhung der Verschleißfestigkeit führen können. Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, solche Legierungen durch geeignete Verfahren als Laufflächenbeschichtung auf Kolbenringe oder andere motorische Gleitelemente aufzubringen. Die so erzeugte Beschichtung erfüllt im thermisch nicht vorbehandelten Zustand die Funktion einer weichen Einlaufschicht.There are alloy systems that are initially in thermodynamic imbalance after production at room temperature. If, for example, energy is supplied in the form of heat, separate phases are precipitated, which can lead to hardening of the material and possibly to an increase in wear resistance. According to the invention it is proposed to apply such alloys by suitable methods as a tread coating on piston rings or other motorized sliding elements. The coating thus produced fulfills the function of a soft inlet layer in the non-pretreated state.
Bedingt durch die beim Motorbetrieb im Verbrennungsraum entstehende Wärme und die daraus resultierende Aufheizung der Bauteile beginnt zugleich die Ausscheidungshartung der Beschichtung. Da diese temperaturabhängig ist, wird die Aushärtung der Beschichtung mit zunehmender motorischer Belastung schneller voranschreiten, d. h. der Belastungszustand des Motors steuert selbst den Übergang von einer Einlaufschicht zu einer verschleißfesten Schicht, die ihre Verschleißschutzeigenschaften dann während der Lebensdauer des Motors behält.Due to the heat generated during operation of the engine in the combustion chamber and the resulting heating of the components at the same time begins the precipitation hardening of the coating. Since this is temperature dependent, the curing of the coating will proceed faster with increasing motor load, i. H. the load condition of the motor itself controls the transition from an inlet layer to a wear resistant layer, which then retains its anti-wear properties during the life of the engine.
Hinsichtlich einer Verbesserung der mechanischen Eigenschaften gibt es für Eisen-, Aluminium-, Kupfer- sowie andere Metallbasissysteme die verschiedensten Elemente, die durch eine Ausscheidungsverfestigung zusammen mit einer Kalt- oder Warmauslagerung die Eigenschaften des Grundmaterials verändern können. Bekannt für ihre Fähigkeit zur Festigkeits- und Härtesteigerung bei Warmauslagerung sind unter anderem Legierungen auf der Basis von Aluminium mit Zusätzen von Cu, Co, Mg, Si, Mn oder Zn. Auch Legierungen auf Kupferbasis mit Zusätzen von Ti, Co, Cr, Zr oder Be erfüllen diese Voraussetzungen.With regard to an improvement in mechanical properties, iron, aluminum, copper and other metal base systems have a variety of elements that can alter the properties of the base material through precipitation strengthening along with cold or hot aging. Among others, alloys based on aluminum with additions of Cu, Co, Mg, Si, Mn or Zn are known for their ability to increase strength and hardness during hot aging. Also alloys based on copper with additives of Ti, Co, Cr, Zr or Be meet these requirements.
Ausführungsbeispiel:Embodiment:
Eine Laufflächenbeschichtung auf einem Kolbenring wurde durchgeführt, indem durch ein thermisches Spritzverfahren eine CuBeTi-Legierung mit etwa 2 Gew% Beryllium und 0,4 Gew% Titan abgeschieden wurde. Die Härte der Schicht nach dem Beschichten lag bei ca. 310 HVO.3. In diesem Zustand verhält sich die Beschichtung sich als Einlaufschicht. Eine vor dem außermotorischen Verschleißtest ausgelagerte Probe (0,5 h bei 300°C) wies hingegen eine Härte von ca. 400 HVO.3 auf. In diesem Zustand verhält sich die Beschichtung als Verschleißschutzschicht.A tread coating on a piston ring was performed by depositing a CuBeTi alloy containing about 2 wt% beryllium and 0.4 wt% titanium by a thermal spray process. The hardness of the layer after coating was about 310 HVO.3. In this state, the coating behaves as a running-in layer. On the other hand, a sample which had been removed from the off-engine wear test (0.5 h at 300 ° C.) had a hardness of approximately 400 HVO.3. In this state, the coating behaves as a wear protection layer.
Als zusätzlicher Vorteil erwies sich bei Untersuchungen mit ausscheidungsgehärteten Legierungen auf Kupfer-Basis, dass sich grundsätzlich Druckeigenspannungen in der Schicht einstellten, die einen zusätzlichen Widerstand gegen eine mögliche Rissentstehung sowie eine Rissfortpflanzung boten.As an additional advantage, examinations with precipitation-hardened copper-based alloys proved that inherent compressive stresses were present in the layer, which offered additional resistance to possible cracking and crack propagation.
Claims (8)
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102008036657.9A DE102008036657B4 (en) | 2008-08-06 | 2008-08-06 | Piston ring with adaptive coating and manufacturing method thereof |
JP2011521444A JP5788793B2 (en) | 2008-08-06 | 2009-04-21 | Sliding part with conformable coating and method for manufacturing the same |
GB1101319.0A GB2474791B (en) | 2008-08-06 | 2009-04-21 | Sliding member with adaptive coating and manufacturing process therefor |
PCT/EP2009/002907 WO2010015289A1 (en) | 2008-08-06 | 2009-04-21 | Sliding element having an adaptive coating, and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102008036657.9A DE102008036657B4 (en) | 2008-08-06 | 2008-08-06 | Piston ring with adaptive coating and manufacturing method thereof |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102008036657A1 DE102008036657A1 (en) | 2010-02-11 |
DE102008036657B4 true DE102008036657B4 (en) | 2016-09-01 |
Family
ID=40823595
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102008036657.9A Expired - Fee Related DE102008036657B4 (en) | 2008-08-06 | 2008-08-06 | Piston ring with adaptive coating and manufacturing method thereof |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5788793B2 (en) |
DE (1) | DE102008036657B4 (en) |
GB (1) | GB2474791B (en) |
WO (1) | WO2010015289A1 (en) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20130064490A1 (en) * | 2011-09-13 | 2013-03-14 | II Ronald G. Brock | Thermal spray coating of sliding bearing lining layer |
DE102011114420A1 (en) * | 2011-09-26 | 2013-03-28 | Audi Ag | Manufacturing cylindrical tube of internal combustion engine, comprises mechanically processing piston bearing surface of cylindrical tube, during which additive is mechanically introduced into piston bearing surface |
US20180195613A1 (en) * | 2017-01-06 | 2018-07-12 | Materion Corporation | Piston compression rings of copper-beryllium alloys |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE676628C (en) * | 1931-08-01 | 1939-06-08 | Metallgesellschaft Akt Ges | Copper-beryllium alloy |
DE1254869B (en) * | 1957-02-20 | 1967-11-23 | Ver Deutsche Metallwerke Ag | Use of heat-hardenable copper-titanium alloys as a material for objects that have to have high heat resistance, insensitivity to hot gases, high fatigue strength, long-term stability and low elastic after-effects |
DE3329034A1 (en) * | 1983-08-11 | 1985-02-28 | M.A.N. Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg AG, 4200 Oberhausen | LIQUID-LOCKED SHAFT SEAL WITH REDUCED SLEEVE TEMPERATURE |
DE102004043914A1 (en) * | 2004-09-10 | 2006-03-16 | Linde Ag | Bronze slip bearing is fabricated by cold gas spray application of a suitable alloy |
Family Cites Families (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2030921A (en) * | 1933-06-17 | 1936-02-18 | Heraeus Vacuumschmelze Ag | Copper-beryllium alloys |
US3773504A (en) * | 1970-12-28 | 1973-11-20 | I Niimi | Copper base alloy having wear resistance at high temperatures |
JPS5768247A (en) * | 1980-10-13 | 1982-04-26 | Chuetsu Gokin Chuko Kk | Precipitation hardening type mold material for continuous casting |
JPS5810986B2 (en) * | 1980-07-07 | 1983-02-28 | トヨタ自動車株式会社 | sliding member |
JPS5832949A (en) * | 1981-08-22 | 1983-02-26 | Nippon Piston Ring Co Ltd | Piston ring |
US4606889A (en) * | 1985-11-07 | 1986-08-19 | Cabot Corporation | Copper-titanium-beryllium alloy |
DK174241B1 (en) * | 1996-12-05 | 2002-10-14 | Man B & W Diesel As | Cylinder element, such as a cylinder liner, piston, piston skirt or piston ring, in a diesel-type internal combustion engine as well as a piston ring for such an engine. |
JPH1180921A (en) * | 1997-07-09 | 1999-03-26 | Nippon Piston Ring Co Ltd | Wettable sprayed coating layer for sliding member |
JPH11241153A (en) * | 1998-02-27 | 1999-09-07 | Nippon Piston Ring Co Ltd | Thermally sprayed coating layer with fitness of sliding member |
DE19908107C2 (en) * | 1999-02-25 | 2003-04-10 | Man B & W Diesel As Kopenhagen | Method for producing a wear-resistant surface in the case of components made of steel and machine with at least one such component |
JP3366304B2 (en) * | 1999-11-25 | 2003-01-14 | 誠石 勝見 | Plunger chip for die casting |
DE60332705D1 (en) * | 2002-01-18 | 2010-07-08 | Riken Kk | PISTON RING WITH SYRINGE COATING |
JP4170195B2 (en) * | 2003-10-29 | 2008-10-22 | 山陽特殊製鋼株式会社 | Cu-based alloy for sliding members |
JP4725229B2 (en) * | 2005-07-28 | 2011-07-13 | トヨタ自動車株式会社 | Combination sliding member, and internal combustion engine and plain bearing mechanism using the same |
-
2008
- 2008-08-06 DE DE102008036657.9A patent/DE102008036657B4/en not_active Expired - Fee Related
-
2009
- 2009-04-21 GB GB1101319.0A patent/GB2474791B/en not_active Expired - Fee Related
- 2009-04-21 WO PCT/EP2009/002907 patent/WO2010015289A1/en active Application Filing
- 2009-04-21 JP JP2011521444A patent/JP5788793B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE676628C (en) * | 1931-08-01 | 1939-06-08 | Metallgesellschaft Akt Ges | Copper-beryllium alloy |
DE1254869B (en) * | 1957-02-20 | 1967-11-23 | Ver Deutsche Metallwerke Ag | Use of heat-hardenable copper-titanium alloys as a material for objects that have to have high heat resistance, insensitivity to hot gases, high fatigue strength, long-term stability and low elastic after-effects |
DE3329034A1 (en) * | 1983-08-11 | 1985-02-28 | M.A.N. Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg AG, 4200 Oberhausen | LIQUID-LOCKED SHAFT SEAL WITH REDUCED SLEEVE TEMPERATURE |
DE102004043914A1 (en) * | 2004-09-10 | 2006-03-16 | Linde Ag | Bronze slip bearing is fabricated by cold gas spray application of a suitable alloy |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
GB201101319D0 (en) | 2011-03-09 |
WO2010015289A1 (en) | 2010-02-11 |
DE102008036657A1 (en) | 2010-02-11 |
GB2474791B (en) | 2012-06-13 |
JP2011530008A (en) | 2011-12-15 |
GB2474791A (en) | 2011-04-27 |
JP5788793B2 (en) | 2015-10-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE19861160C1 (en) | Laminated material for sliding elements | |
DE102006008910B4 (en) | Piston pin with sliding layers for connecting rod eyes in internal combustion engines | |
EP2902526B1 (en) | Multi-layer sliding bearing | |
DE102013009369B4 (en) | Method for producing a piston ring | |
EP2596144A1 (en) | Piston ring having a thermally sprayed coating and method for producing same | |
DE102008036657B4 (en) | Piston ring with adaptive coating and manufacturing method thereof | |
EP1805344B1 (en) | Method for producing a component covered with a wear-resistant coating | |
WO2009068132A1 (en) | Motor block having molded cylinder sleeves comprising a plurality of material layers and method for producing the cylinder sleeves | |
DE102004055228A1 (en) | Piston or connecting rod sleeve (bush) useful in automobile engine technology consists of a number of thermally sprayed on layers where the uppermost layer comprises aluminum/bismuth alloy | |
EP3334596A1 (en) | Multilayer plain bearing element | |
DE4229600C1 (en) | Protective layer for titanium components and process for their manufacture | |
EP1654441B1 (en) | Run-in coating of a gas turbine and method for fabricating such a coating | |
DE102005050374B4 (en) | Sliding layer with wear-reducing precipitates and method for producing such a sliding layer | |
EP1688517B1 (en) | Process of manufacturing a metallic adhesive layer on a cast piece | |
EP2215334B1 (en) | Intake or discharge valve for a combustion engine, and method for the production thereof | |
DE212019000372U1 (en) | Seal with durable coating | |
EP3423725B1 (en) | Sliding bearing element for engine applications | |
EP3172350B1 (en) | Piston for a combustion engine, process for its manufacture and the use of an aluminium alloy for a bearing element of a combustion engine | |
DE10212299A1 (en) | Production of a component with a protective layer comprises applying a coating produced by a thermal spray process onto a galvanically deposited hard chromium layer and a cover layer functioning as an intermediate layer | |
EP2813720A1 (en) | bearing system | |
DE102014009993A1 (en) | Component for an internal combustion engine and method and apparatus for its production | |
DE102013016361B4 (en) | Process for coating a substrate and coated component | |
DE102004028672A1 (en) | Coating inner surfaces of hollow gas turbine blades used in an aircraft engine comprises preparing the blade with a hollow chamber, arranging a metal foil in the chamber and welding the metal foil to the inner surface | |
DE202013002328U1 (en) | storage system | |
WO2009049726A2 (en) | Plain bearing comprising a sliding layer and a running-in layer |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |