DE102020206820A1 - Kupferlegierung für laserplattierungs-ventilsitz - Google Patents

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Go-Woon Jung
Gi-bum Kim
Han-Jae Kim
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Hyundai Motor Co
Kia Motors Corp
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Abstract

Eine Kupferlegierung für einen Laserplattierungs-Ventilsitz ist offenbart. Die Kupferlegierung kann eine Menge von ca. 15,0 bis 25,0 Gew.-% Ni, eine Menge von ca. 1,0 bis 4,0 Gew.-% Si, eine Menge von ca. 0,5 bis 1,0 Gew.-% B, eine Menge von ca. 1,0 bis 2.0 Gew.-% Cr, eine Menge von ca. 5,0 bis 15,0 Gew.-% Co, eine Menge von ca. 2,0 bis 20,0 Gew.-% Mo, eine Menge von 0,1 bis 0,5 Gew.-% Ti und den Rest aus Cu enthalten, wobei alle Gew.-% auf dem Gesamtgewicht der Kupferlegierung basieren. Insbesondere kann die Kupferlegierung kein Fe enthalten und kann Ti-Silizid enthalten. Ferner ist ein Laserplattierungs-Ventilsitz offenbart, der die Kupferlegierung enthält, die keine Risse erzeugt und eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit aufweist.

Description

  • QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
  • Diese Anmeldung beansprucht gemäß 35 U.S.C. §119 die Priorität der am 16. Dezember 2019 im Korean Intellectual Property Office (koreanisches Amt für geistiges Eigentum) eingereichten koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2019-0167659 , deren Offenbarung durch Verweis in vollem Umfang derselben hierin aufgenommen ist.
  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kupferlegierung für einen Laser-Cladding-Ventilsitz bzw. Laserplattierungs-Ventilsitz und genauer eine Zusammensetzung einer Kupferlegierung zum Erhöhen einer Rissbeständigkeit und Verschleißfestigkeit.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Ein beim Laserplattieren verwendeter Ventilsitz ist ein Teil, der eine kontinuierliche Reibung mit einem Ventil verursacht, und eine Verschleißfestigkeit wurde immer in Betracht gezogen, wenn ein Werkstoff bzw. Material für den Ventilsitz ausgelegt wird. Der Fokus der Materialauslegung kann auf der Zugabe von Legierungselementen, wie beispielsweise Eisen (Fe), Chrom (Cr), Kobalt (Co) und Molybdän (Mo), zu einer Kupfer-Nickel-Silizium-Matrixstruktur (CuNiSi-Matrixstruktur) liegen, wobei nicht nur die Verschleißfestigkeit verbessert, sondern auch eine Robustheit sichergestellt werden kann. Insbesondere wurde Fe als ein Hauptelement behandelt, das zum Verbessern der Verschleißfestigkeit eines Ventilsitzes fähig ist, da Fe Hartpartikel mit einer ausgezeichneten Wärmebeständigkeit zusammen mit Co, Mo und dergleichen bildet. Da eine geringe Menge an Fe, das in Cu feststoffgelöst ist, die Sprödigkeit einer schnell gekühlten Struktur nach dem Laserplattieren verbessert, können jedoch Risse in einem Ventilsitz erzeugt werden. Da die in dem Ventilsitz erzeugten Risse einen Verlust der Hauptfunktion des Ventilsitzes zum Beibehalten der Luftundurchlässigkeit einer Brennkammer verursachen, besteht eine Notwendigkeit zum Verhindern der Erzeugung von Rissen in dem Ventilsitz.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • In bevorzugten Aspekten ist unter anderem eine Legierungszusammensetzung oder eine Kupferlegierung geliefert, die zum gleichzeitigen Verbessern der Rissbeständigkeit und Verschleißfestigkeit fähig ist.
  • In einem Aspekt ist eine Kupferlegierung für einen Laserplattierungs-Ventilsitz geliefert. Die Kupferlegierung kann Folgendes enthalten: eine Menge von ca. 15,0 bis 25,0 Gew.-% Nickel (Ni), eine Menge von ca. 1,0 bis 4,0 Gew.-% Silizium (Si), eine Menge von ca. 0,5 bis 1,0 Gew.-% Bor (B), eine Menge von ca. 1,0 bis 2,0 Gew.-% Chrom (Cr), eine Menge von ca. 5,0 bis 15,0 Gew.-% Kobalt (Co), eine Menge von ca. 2,0 bis 20,0 Gew.-% Molybdän (Mo), eine Menge von ca. 0,1 bis 0,5 Gew.-% Titan (Ti) und den Rest aus Kupfer (Cu). Alle Gew.- % basieren auf dem Gesamtgewicht der Kupferlegierung oder der Zusammensetzung derselben.
  • Vorzugsweise kann die Kupferlegierung kein Fe enthalten.
  • Vorzugsweise kann die Kupferlegierung Ti-Silizid enthalten.
  • Vorzugsweise kann die Kupferlegierung auf Co-Mo basierende Hartpartikel enthalten.
  • Vorzugsweise kann die Kupferlegierung keine auf Fe basierenden Hartpartikel enthalten.
  • Vorzugsweise kann ein Gesamtgehalt an Co und Mo eine Menge von ca. 7,5 bis 22,5 Gew.-% sein.
  • Vorzugsweise kann die Kupferlegierung ferner eine Menge von ca. 0,1 bis 0,3 Gew.-% Phosphor (P) enthalten.
  • Ferner ist ein Laserplattierungs-Ventilsitz geliefert, der die Kupferlegierung oder deren Zusammensetzung enthält, die hierin beschrieben ist.
  • Andere Aspekte werden unten offenbart.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine fotografische Aufnahme einer Bindungsgrenzfläche bei dem Beispiel 4 nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 2 ist eine fotografische Aufnahme einer Bindungsgrenzfläche bei dem Vergleichsbeispiel 6.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Nachstehend wird die vorliegende Erfindung detailliert beschrieben werden. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht durch die beispielhaften Ausführungsformen beschränkt oder begrenzt, Aufgaben und Effekte der vorliegenden Erfindung werden normalerweise anhand der folgenden Beschreibung verstanden oder offensichtlich werden und die Aufgaben und Effekte der vorliegenden Erfindung sind nicht durch nur die folgende Beschreibung beschränkt. Wenn bestimmt wird, dass die detaillierte Beschreibung der öffentlich bekannten Technologie in Bezug auf die vorliegende Erfindung den Hauptpunkt der vorliegenden Erfindung unnötig verschleiern kann, wird ferner bei der Beschreibung der vorliegenden Erfindung die detaillierte Beschreibung derselben weggelassen werden.
  • Die hierin verwendete Terminologie dient nur zum Zweck des Beschreibens bestimmter beispielhafter Ausführungsformen und soll die Erfindung nicht beschränken. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen „ein/eine“ und „der/die/das“ auch die Pluralformen enthalten, sofern der Kontext dies nicht anderweitig klar erkennen lässt. Es wird zudem klar sein, dass die Ausdrücke „weist auf“ und/oder „aufweisend“, wenn in dieser Beschreibung verwendet, das Vorhandensein der genannten Merkmale, ganzen Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Bauteile spezifizieren, aber nicht das Vorhandensein oder den Zusatz von einem/einer oder mehreren anderen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Bauteilen und/oder Gruppen derselben ausschließen. Wie hierin verwendet, enthält der Ausdruck „und/oder“ jedes beliebige und alle Kombinationen von einem oder mehreren der assoziierten, aufgelisteten Elemente.
  • Sofern nicht speziell angegeben oder aus dem Kontext offensichtlich, ist der Ausdruck „ca.“, wie hierin verwendet, als innerhalb eines Bereiches einer normalen Toleranz in der Technik, beispielsweise innerhalb von 2 Standardabweichungen des Mittelwertes, zu verstehen. „Ca.“ kann als innerhalb von 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2%, 1%, 0,5%, 0,1%, 0,05% oder 0,01% des genannten Wertes verstanden werden. Wenn nicht anderweitig aus dem Kontext klar, sind alle hierin gelieferten numerischen Werte durch den Ausdruck „ca.“ modifiziert.
  • In einem Aspekt ist eine Kupferlegierung („Kupferlegierungszusammensetzung“ oder „Legierungszusammensetzung“) für einen Laserplattierungs-Ventilsitz geliefert und kann eine Menge von 15,0 bis 25,0 Gew.-% Ni, eine Menge von ca. 1,0 bis 4,0 Gew.-% Si, eine Menge von ca. 0,5 bis 1,0 Gew.-% B, eine Menge von ca. 1,0 bis 2,0 Gew.-% Cr, eine Menge von ca. 5,0 bis 15,0 Gew.-% Co, eine Menge von ca. 2,0 bis 20,0 Gew.-% Mo, eine Menge von ca. 0,1 bis 0,5 Gew.-% Ti und den Rest aus Cu enthalten. Alle Gew.-% basieren auf dem Gesamtgewicht der Kupferlegierung.
  • Die Kupferlegierung kann eine Rissbeständigkeit in einer plattierten Schicht (als eine Schicht bezeichnet, die durch Plattieren eines Legierungspulvers ausgebildet wird) und eine Rissbeständigkeit an einer Bindungsgrenzfläche zwischen der plattierten Schicht und einem Basismaterial (als ein Zylinderkopf bezeichnet und aus einer Al-Legierung bestehend) verbessern, indem dieselbe kein Fe enthält, das eines der Elemente zum Ausbilden von Hartpartikeln ist. Zwar kann die Verschleißfestigkeit einer Matrixstruktur durch Nichthinzufügen von Fe zu der Kupferlegierung verringert werden, aber das Problem der Herabsetzung der Verschleißfestigkeit der Matrixstruktur kann durch die Zugabe von Ti und das Ausbilden eines Ti-Silizids gelöst werden. Da die Kupferlegierung kein Fe enthält, kann die Kupferlegierung indessen keine auf Fe basierenden Hartpartikel, beispielsweise auf Fe-Mo basierende Hartpartikel, enthalten und anstelle der auf Fe basierenden Hartpartikel auf Co-Mo basierende Hartpartikel enthalten. Nachstehend wird der jeweilige Gehalt der Legierungselemente, die in der Kupferlegierung enthalten sind, und die technische Bedeutung derselben detailliert beschrieben werden.
  • Ni in einer Menge von ca. 15,0 bis 25,0 Gew.-%
  • Ni kann in Cu feststoffgelöst werden und die Zähigkeit und Wärmebeständigkeit einer Matrixstruktur als einen Effekt zum Stärken der festen Lösung verbessern. Ferner kann Ni Strukturen, wie beispielsweise Ni3B und Ni3Si, beispielsweise durch Bindung an B und Si bilden, die Komponenten einer Matrixstruktur sind. Die Strukturen, wie beispielsweise Ni3B und Ni3Si, können in der Matrixstruktur dispergiert werden, um die Verschleißfestigkeit und Wärmebeständigkeit der Matrixstruktur zu verbessern. Zudem kann Ni an Co, Mo und dergleichen gebunden werden, um Hartpartikel zu bilden, wobei dadurch die Verschleißfestigkeit verbessert wird. Der Gehalt an Ni kann ca. 15 Gew.-% oder mehr betragen, um den oben beschriebenen Effekt der Zugabe von Ni ausreichend sicherzustellen. Wenn Ni jedoch in einer größeren Menge als ca. 25 Gew.-% hinzugefügt wird, kann eine überschüssige Menge an Ni, die an Elemente, wie beispielsweise B, Si, Co und Mo, gebunden wird und übrig bleibt, in Cu nicht feststoffgelöst werden, wobei dadurch die Härte der Matrixstruktur verringert wird. Daher wird die Höchstmenge an Ni, die hinzugefügt wird, auf eine Menge von ca. 25 Gew.-% oder weniger beschränkt.
  • Si in einer Menge von ca. 1,0 bis 4,0 Gew.-%
  • Si kann Silizide mit Cu, Ni, B, Cr, Co, Mo und dergleichen bilden und eine wichtige Funktion beim Stärken insbesondere der Matrix aus einer auf Cu basierenden Matrixstruktur haben. Silizide können die Hochtemperatur-Verschleißfestigkeit verbessern und die Benetzbarkeit gegenüber der Oberfläche des Basismaterials durch Erhöhen der Fluidität einer geschmolzenen Kupferlegierung während des Laserplattierens verbessern, so dass die Bindungsfähigkeit zwischen dem Basismaterial und der Kupferlegierung verbessert werden kann. Der Gehalt an Si kann ca. 1,0 Gew.-% oder mehr betragen, um den oben beschriebenen Effekt der Zugabe von Si ausreichend sicherzustellen. Wenn Si in einer größeren Menge als ca. 4,0 Gew.-% hinzugefügt wird, kann jedoch auf der Legierung eine Absonderung gebildet werden. Daher ist die Höchstmenge an Si, die hinzugefügt wird, auf 4,0 Gew.-% beschränkt.
  • B in einer Menge von ca. 0,5 bis 1,0 Gew.-%
  • B kann die Schweißbarkeit durch Entfernen einer Oxidfilmschicht verbessern, die auf der Oberfläche eines Basismaterials stark gebildet ist, das eine Al-Legierung ist. B kann an Sauerstoff gebunden werden, um als ein Flussmittel während des Laserplattierens zu dienen, wobei dadurch Poren effektiv beseitigt werden, die innen erzeugt werden, und an Ni gebunden werden, um Ni3B zu bilden, wobei dadurch die Hochtemperatur-Verschleißfestigkeit verbessert wird. Der Gehalt an B kann ca. 0,5 Gew.-% B oder mehr betragen, um den oben beschriebenen Effekt der Zugabe von B ausreichend sicherzustellen. Wenn B jedoch in einer größeren Menge als ca. 1,0 Gew.-% hinzugefügt wird, kann Borid gebildet werden, so dass die Sprödigkeit der Legierung erhöht werden kann und sich die Rissbeständigkeit der Legierung verschlechtern kann. Daher wird die Höchstmenge an B, die hinzugefügt wird, auf eine Menge von ca. 1,0 Gew.-% oder weniger beschränkt.
  • Cr in einer Menge von ca. 1,0 bis 2,0 Gew.-%
  • Cr kann die Verschleißfestigkeit durch Ausbilden von Hartpartikeln mit Co und Mo verbessern. Der Gehalt an Cr beträgt ca. 1,0 Gew.-% oder mehr, um den Effekt der Zugabe von Cr ausreichend sicherzustellen. Wenn Cr jedoch in einer größeren Menge als ca. 2,0 Gew.-% hinzugefügt wird, kann auch gelöster Sauerstoff an Cr gebunden werden, das eine hohe Sauerstoffaffinität aufweist, um die Bildung eines Oxidfilms auf der Oberfläche von auf Co-Mo basierenden Hartpartikeln zu verhindern, und folglich kann sich die Verschleißfestigkeit einer Matrixstruktur verschlechtern. Daher ist die Höchstmenge an Cr, die hinzugefügt wird, auf eine Menge von ca. 2,0 Gew.-% oder weniger beschränkt.
  • Co in einer Menge von ca. 5,0 bis 15,0 Gew.-%
  • Co kann an Mo gebunden werden, um auf Co-Mo basierende Hartpartikel mit einer ausgezeichneten Verschleißfestigkeit zu bilden. Der Gehalt an Co kann ca. 5,0 Gew.-% oder mehr betragen, um den Effekt der Zugabe von Co ausreichend sicherzustellen. Wenn Co jedoch in einer Menge von mehr als ca. 15,0 Gew.-% hinzugefügt wird, kann Co in eine Ni-Si-Struktur eindringen, um die Rissbeständigkeit zu verringern. Daher ist die Höchstmenge an Co, die hinzugefügt wird, auf eine Menge von ca. 15,0 Gew.-% oder weniger beschränkt.
  • Mo in einer Menge von ca. 2,0 bis 20,0 Gew.-%
  • Mo kann an Co gebunden werden, um auf Co-Mo basierende Hartpartikel mit einer ausgezeichneten Verschleißfestigkeit zu bilden. Der Gehalt an Mo kann eine Menge von ca. 2,0 Gew.-% oder mehr sein, um den Effekt der Zugabe von Mo ausreichend sicherzustellen. Wenn Mo jedoch in einer Menge von mehr als ca. 20 Gew.-% hinzugefügt wird, kann sich die Zähigkeit der Hartpartikel verschlechtern und der Ventilsitz beschädigt werden. Daher ist die Höchstmenge an Mo, die hinzugefügt wird, auf eine Menge von ca. 20 Gew.-% oder weniger beschränkt.
  • Ti in einer Menge von ca. 0,1 bis 0,5 Gew.-%
  • Ti kann an Si in einer Matrixstruktur gebunden werden, um Ti-Silizid zu bilden. Das Ti-Silizid, das ein Hartpartikel ist, kann eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit aufweisen und die Festigkeit einer gesamten Matrixstruktur verbessern. Mit Ausnahme des Gehalts an Ti, das in der Matrixstruktur feststoffgelöst ist, kann eine Menge von ca. 70 Gew.-% der Menge an Ti, die hinzugefügt wird, verwendet werden, um Ti-Silizid zu bilden. Vorzugsweise kann eine Menge von ca. 0,07 bis 0,35 Gew.-% Ti-Silizid in der Kupferlegierung gebildet werden. Beispielsweise kann nach den beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, z.B. Beispiele 1 bis 5, die unten beschrieben werden, eine Menge von ca. 0,35 Gew.-% Ti-Silizid vorzugsweise in der Kupferlegierung enthalten sein. Der Gehalt an Ti kann ca. 0,1 Gew.-% oder mehr betragen, um den Effekt der Zugabe von Ti ausreichend sicherzustellen. Der Gehalt an Ti kann ca. 0,2 Gew.-% oder mehr, ca. 0,3 Gew.-% Ti oder mehr oder insbesondere 0,4 Gew.-% oder mehr betragen. Ti, das ein Element mit einem sehr hohen Oxidationsgrad ist, kann jedoch eine Ti-O-Schlacke bilden, wenn dasselbe in einer überschüssigen Menge hinzugefügt wird, und den Pulverisierungsprozess instabil machen. Des Weiteren kann eine intermetallische Ti-Al-Verbindung an einer Bindungsgrenzfläche mit einem Basismaterial gebildet werden und folglich können Risse an der Bindungsgrenzfläche induziert werden. Daher ist die Höchstmenge an Ti, die hinzugefügt wird, auf eine Menge von ca. 0,5 Gew.-% oder weniger beschränkt.
  • Der Gesamtgehalt an Co und Mo, der bei der vorliegenden Erfindung enthalten ist, kann eine Menge von ca. 7,5 bis 22,5 Gew.-% sein. Wenn Co und Mo in einer Menge von weniger als ca. 7,5 Gew.-% hinzugefügt werden, kann sich die Verschleißfestigkeit verschlechtern, und wenn Co und Mo in einer Menge von mehr als ca. 22,5 Gew.-% hinzugefügt werden, kann die Verschleißfestigkeit verbessert werden, aber die Menge an erzeugten Rissen erhöht werden.
  • Die vorliegende Erfindung kann ferner eine Menge von ca. 0,1 bis 0,3 Gew.-% Phosphor (P) enthalten. P kann die Formbarkeit erheblich verbessern, indem dasselbe als Desoxidationsmittel in der Metallschmelze während der Produktion eines kugeligen Pulvers dient, und kann Poren an der Bindungsgrenzfläche während des Plattierens effektiv beseitigen. Wenn der Gehalt an P jedoch größer als ca. 0,3 Gew.-% ist, kann sich die Rissbeständigkeit schnell verschlechtern. Daher ist der maximale Gehalt an P auf eine Menge von ca. 0,3 Gew.-% oder weniger beschränkt. Tabelle 1
    Klassifikation Cu Ni Si B Cr Co Fe Mo Ti
    Beispiel 1 Rest 20,0 3,0 0,75 1,5 7,0 - 3,0 0,5
    Beispiel 2 Rest 20,0 3,0 0,5 1,5 7,0 - 3,0 0,5
    Beispiel 3 Rest 20,0 3,0 0,75 2,0 7,0 - 3,0 0,5
    Beispiel 4 Rest 20,0 3,0 0,75 1,5 10,0 - 4,0 0,5
    Beispiel 5 Rest 20,0 3,0 0,75 1,5 10,0 - 4,0 0,1
    Beispiel 6 Rest 20,0 3,0 0,75 1,5 10,0 - 4,0 0,2
    Beispiel 7 Rest 20,0 3,0 0,75 1,5 10,0 - 4,0 0,3
    Vergleichsbeispiel 1 Rest 20,0 3,0 0,75 1,5 7,0 - 3,0 -
    Vergleichsbeispiel 2 Rest 20,0 3,0 - 0,5 1,0 5,0 10,0 -
    Vergleichsbeispiel 3 Rest 20,0 3,0 - 0,5 1,0 10,0 15,0 -
    Vergleichsbeispiel 4 Rest 20,0 3,0 - 0,5 1,0 20,0 20,0 -
    Vergleichsbeispiel 5 Rest 20,0 3,0 0,75 1,5 25,0 - 10,0 -
    Vergleichsbeispiel 6 Rest 20,0 3,0 0,75 1,5 10,0 - 4,0 0,6
    Vergleichsbeispiel 7 Rest 20,0 3,0 0,75 1,5 10,0 - 4,0 0,7
    Vergleichsbeispiel 8 Rest 20,0 3,0 0,75 1,5 5,0 - 2,0 0,5
    Tabelle 2
    Klassifikation Anzahl an Rissen Anzahl an Grenzflächenrissen Verschleißmenge (µm2) Härte (HV) Porosität (%)
    Beispiel 1 0 0 442,312 287 1,12
    Beispiel 2 0 0 463,247 285 2,54
    Beispiel 3 0 0 443,247 290 1,03
    Beispiel 4 0 0 389,572 297 0,93
    Beispiel 5 0 0 412,214 282 0,99
    Beispiel 6 0 0 390,236 284 0,91
    Beispiel 7 0 0 385,244 291 0,76
    Vergleichsbeispiel 1 0 0 843,264 282 1,20
    Vergleichsbeispiel 2 5 0 623,115 306 3,02
    Vergleichsbeispiel 3 8 0 586,213 312 3,23
    Vergleichsbeispiel 4 14 0 423,230 336 3,45
    Vergleichsbeispiel 5 3 0 241,243 311 1,02
    Vergleichsbeispiel 6 0 1 376,543 287 0,96
    Vergleichsbeispiel 7 0 3 399,427 295 0,94
    Vergleichsbeispiel 8 0 0 672,569 285 1,11
  • Tabelle 1 zeigt die Zusammensetzungen der Beispiele 1 bis 7 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 8 der vorliegenden Erfindung. Die Einheit jedes Legierungselementes ist Gew.-% basierend auf dem Gesamtgewicht der Kupferlegierung oder der Zusammensetzung derselben. Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse des Evaluierens physikalischer Eigenschaften der jeweiligen Beispiele und Vergleichsbeispiele. Die Evaluierungselemente sind die Anzahl an Rissen, die Anzahl an Grenzflächenrissen, die Verschleißmenge, die Härte und die Porosität.
  • Die Anzahl an Rissen wird durch Ausbilden einer Mantelschicht mit einer Höhe von 15 mm auf einem Basismaterial mit den in Tabelle 1 gezeigten Komponenten und dann Messen der Anzahl an Rissen erhalten, die von der Unterseite der Mantelschicht bis zu einem Punkt erzeugt werden, an dem die Höhe 10 mm wird. Es wird bevorzugt, dass die Anzahl an Rissen 0 beträgt.
  • Die Anzahl an Grenzflächenrissen bedeutet die Anzahl an Rissen, die an der Bindungsgrenzfläche zwischen einem Basismaterial und einer Mantelschicht erzeugt werden. Es wird bevorzugt, dass die Anzahl an Grenzflächenrissen 0 beträgt.
  • Die Verschleißmenge wird durch Betätigen eines von Bruker Corporation hergestellten sich hin- und herbewegenden Reibungs- und Verschleißprüfgerätes für eine Probe bei einer Last von 30 N, einer Temperatur von 250°C, einem Hub von 7 mm und einer Frequenz von 6 Hz in einer N2-Gasatmosphäre für 30 Minuten und dann Messen der Querschnittsfläche der Probe erhalten. Es wird bevorzugt, dass die Verschleißmenge 500.000 µm2 oder weniger beträgt.
  • Die Härte gibt einen Mittelwert von fünf Messwerten an, die gemäß ISO 6507 gemessen werden, was ein Härtetestverfahren nach Vickers für ein Metallmaterial ist. Es wird bevorzugt, dass die Härte ca. HV250 oder mehr beträgt.
  • Die Porosität wird durch Messen der Porosität an der Bindungsgrenzfläche unter Verwendung eines Image Analyzer X100 erhalten. Es wird bevorzugt, dass die Porosität 3,0% oder weniger beträgt.
  • Wie in den Tabellen 1 und 2 gezeigt, wurden bei den Beispielen 1 bis 7 keine Risse an der Mantelschicht und der Bindungsgrenzfläche erzeugt, betrugen alle Verschleißmengen 500.000 µm2 oder weniger, betrug die Härte HV250 oder mehr und die jeweilige Porosität 3,0% oder weniger. 1 ist eine fotografische Aufnahme einer Bindungsgrenzfläche beim Beispiel 4 und überall in 1 wurden an der Bindungsgrenzfläche keine Risse erzeugt.
  • Das Vergleichsbeispiel 1 weist die gleiche Zusammensetzung wie das Beispiel 1 mit der Ausnahme auf, dass das Vergleichsbeispiel 1 kein Ti enthält. Wenn die Verschleißfestigkeit des Beispiels 1 mit der des Vergleichsbeispiels 1 verglichen wird, ist die Verschleißfestigkeit des Beispiels 1 ungefähr zwei Mal besser als die des Vergleichsbeispiels 1. Folglich kann eine Herabsetzung der Verschleißfestigkeit aufgrund der Beseitigung des Fe durch die Zugabe von Ti gelöst werden.
  • Wenn die Zusammensetzungen der Vergleichsbeispiele 2 bis 4 miteinander verglichen werden, sind zudem der jeweilige Gehalt an Cr und der jeweilige Gehalt an Co 0,5 Gew.-% bzw. 1,0 Gew.- % und gleichen einander, aber hinsichtlich jedes Gehalts an Fe und Mo oder des Gesamtgehalts an Fe und Mo ist der Wert bei dem Vergleichsbeispiel 3 größer als der bei dem Vergleichsbeispiel 2 und der Wert bei dem Vergleichsbeispiel 4 größer als der bei dem Vergleichsbeispiel 3. Die Vergleichsbeispiele 2 bis 4 sind Vergleichsbeispiele zum Ausbilden von auf Fe-Mo basierenden Hartpartikeln anstelle der angestrebten auf Co-Mo basierenden Hartpartikel der vorliegenden Erfindung und der evaluierten physikalischen Eigenschaften, wenn der jeweilige Gehalt an Fe und Mo variiert wurde. Da der jeweilige Gehalt an Fe und Mo erhöht wurde, wurden die Verschleißfestigkeit und Härte erhöht, aber die Anzahl an Rissen und Porosität in der Mantelschicht wurden auch erhöht.
  • Das Vergleichsbeispiel 5 ist ein Vergleichsbeispiel, bei dem anstelle der Zugabe von Ti Co in Überschuss hinzugefügt wurde. Aufgrund der überschüssigen Zugabe von Co erfüllten insbesondere die Verschleißfestigkeit, Härte und Porosität die angestrebten physikalischen Eigenschaften der Kupferlegierung, aber erfüllten nicht die Soll-Kriterien zum Verbessern der Rissbeständigkeit der vorliegenden Erfindung.
  • Die Vergleichsbeispiele 6 und 8 weisen die gleiche Zusammensetzung wie das Beispiel 4 mit der Ausnahme auf, dass Ti um 0,1 Gew.-% bzw. 0,2 Gew.-% mehr als beim Beispiel 4 enthalten war. Die Verschleißmengen, Härten und Porositäten bei den Vergleichsbeispielen 6 und 7 erfüllten die angestrebten physikalischen Eigenschaften der Kupferlegierung, aber erfüllten aufgrund der überschüssigen Zugabe von Ti nicht die Soll-Kriterien zum Verbessern der Rissbeständigkeit der vorliegenden Erfindung. 2 ist eine fotografische Aufnahme einer Bindungsgrenzfläche bei dem Vergleichsbeispiel 6 und überall in 2 wurden an der Bindungsgrenzfläche Risse erzeugt.
  • Der Gesamtgehalt an Co und Mo bei dem Vergleichsbeispiel 8 betrug 7 Gew.-%, was weniger als 7,5 Gew.-% bei der bevorzugten Menge der Kupferlegierung der vorliegenden Erfindung war. Aufgrund der Zugabe von 0 Gew.-% Fe oder 0,5 Gew.-% Ti erfüllte die Verschleißfestigkeit nicht die Soll-Kriterien für die Verschleißfestigkeit der vorliegenden Erfindung. Tabelle 3
    Klassifikation Cu Ni Si B Cr Co Fe Mo Ti P
    Beispiel 8 Rest 20,0 3,0 0,75 1,5 7,0 - 3,0 0,5 0,1
    Beispiel 9 Rest 20,0 3,0 0,75 1,5 7,0 - 3,0 0,5 0,3
    Vergleichsbeispiel 9 Rest 20,0 3,0 0,75 1,5 7,0 - 3,0 0,5 0,5
    Tabelle 4
    Anzahl an Rissen Verschleißmenge (µm2) Härte (HV) Porosität (%)
    Beispiel 8 0 423,412 291 0,82
    Beispiel 9 0 465,321 287 0,61
    Vergleichsbeispiel 9 2 444,267 292 0,45
  • Tabelle 3 zeigt die Zusammensetzungen der Beispiele 8 und 9 und des Vergleichsbeispiels 9. Die Einheit jedes Legierungselements ist Gew.-% basierend auf dem Gesamtgewicht der Kupferlegierung oder der Zusammensetzung derselben. Die Beispiele 8 und 9 und das Vergleichsbeispiel 9 hatten die gleiche Zusammensetzung wie das Beispiel 1 mit der Ausnahme, dass die Beispiele 8 und 9 und das Vergleichsbeispiel 9 P in einer Menge von 0,1 Gew.-%, 0,3 Gew.-% bzw. 0,5 Gew.-% mehr als das Beispiel 1 enthielten. Tabelle 4 zeigt Ergebnisse des Evaluierens der physikalischen Eigenschaften der Beispiele 8 und 9 und des Vergleichsbeispiels 9. Die Evaluierungselemente und Evaluierungsverfahren sind, wie oben beschrieben wurde. Wie in den Tabellen 3 und 4 gezeigt, wurde, da die Menge an P, die hinzugefügt wurde, erhöht wurde, die Porosität verringert, aber bei dem Vergleichsbeispiel 8 wurden aufgrund der überschüssigen Zugabe von P Risse erzeugt.
  • Nach verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann eine Kupferlegierung für einen Laserplattierungs-Ventilsitz geliefert werden, die keine Risse erzeugt und eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit aufweist.
  • Zudem kann nach verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine Kupferlegierung für einen Laserplattierungs-Ventilsitz geliefert werden, bei dem eine Porosität an einer Bindungsgrenzfläche erheblich verringert ist.
  • Die vorliegende Erfindung wurde durch repräsentative Beispiele detailliert beschrieben, aber für jemanden mit gewöhnlichen Fähigkeiten in der Technik, zu der die vorliegende Erfindung gehört, sollte klar sein, dass verschiedene Modifikationen bei den oben beschriebenen Beispielen innerhalb des Bereiches möglich sind, ohne von dem Bereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Daher sollte der Bereich der vorliegenden Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Beispiele beschränkt sein, sondern durch nicht nur die nachstehend zu beschreibenden Ansprüche, aber auch alle Änderungen oder modifizierten Ausgestaltungen bestimmt werden, die von den Ansprüchen und dem äquivalenten Konzept derselben abgeleitet werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • KR 1020190167659 [0001]

Claims (13)

  1. Kupferlegierung für einen Laserplattierungs-Ventilsitz, aufweisend: eine Menge von ca. 15,0 bis 25,0 Gew.-% Nickel (Ni), eine Menge von ca. 1,0 bis 4,0 Gew.-% Si, 0,5 bis 1,0 Gew.-% Bor (B), eine Menge von ca. 1,0 bis 2,0 Gew.-% Chrom (Cr), eine Menge von ca. 5,0 bis 15,0 Gew.-% Kobalt (Co), eine Menge von ca. 2,0 bis 20,0 Gew.-% Molybdän (Mo), eine Menge von ca. 0,1 bis 0,5 Gew.-% Titan (Ti); und den Rest aus Kupfer (Cu), wobei die Gew.-% auf dem Gesamtgewicht der Kupferlegierung basieren.
  2. Kupferlegierung nach Anspruch 1, wobei die Kupferlegierung kein Eisen (Fe) aufweist.
  3. Kupferlegierung nach Anspruch 1, wobei die Kupferlegierung eine Menge von ca. 0,07 bis 0,35 Gew.-% Ti-Silizid aufweist.
  4. Kupferlegierung nach Anspruch 1, wobei die Kupferlegierung auf Co-Mo basierende Hartpartikel aufweist.
  5. Kupferlegierung nach Anspruch 1, wobei die Kupferlegierung keine auf Fe basierenden Hartpartikel aufweist.
  6. Kupferlegierung nach Anspruch 1, wobei ein Gesamtgehalt an Co und Mo eine Menge von ca. 7,5 bis 22,5 Gew.-% ist.
  7. Kupferlegierung nach Anspruch 1, ferner mit einer Menge von ca. 0,1 bis 0,3 Gew.-% Phosphor (P).
  8. Kupferlegierung nach Anspruch 1, wobei keine Risse erzeugt werden.
  9. Kupferlegierung nach Anspruch 1, wobei die Kupferlegierung eine Verschleißmenge von ca. 500.000 µm2 oder weniger aufweist.
  10. Kupferlegierung nach Anspruch 1, wobei die Kupferlegierung eine Verschleißmenge von ca. 500.000 µm2 oder weniger aufweist, während keine Risse erzeugt werden.
  11. Kupferlegierung nach Anspruch 1, wobei die Kupferlegierung eine Härte von ca. HV250 oder mehr aufweist.
  12. Kupferlegierung nach Anspruch 1, wobei die Kupferlegierung eine Porosität von ca. 3,0% oder weniger aufweist.
  13. Laserplattierungs-Ventilsitz mit einer Kupferlegierung nach Anspruch 1.
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