DE10212299B4 - Method for applying thermal spray coatings on galvanically coated piston rings and a piston ring produced by the method - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Kolbenrings (1) für den Kolben einer Verbrennungskraflmaschine mit einer Schutzschicht, wobei die Schutzschicht aus einer galvanisch abgeschiedenen Hartchromschicht (2, 2') und einer darauf abgeschiedenen galvanishen Schicht (4, 4') mit niedrigerer Härte als die Hartchromschicht (2, 2') daurch gekennzeichnet, dass die galvanische Schicht (4, 4') als Zwischenschicht fungiert und darauf mindestens eine weitere, mittels eines thermischen Spritzverfahrens erzeugte Spritzschicht (5, 5') mit höherem Schmelzpunkt und/oder höherer Härte als die Zwischenschicht (4, 4') aufgebracht wird.method for producing a piston ring (1) for the piston of a combustion machine with a protective layer, wherein the protective layer of a galvanic deposited hard chrome layer (2, 2 ') and a deposited thereon galvanized layer (4, 4 ') with lower hardness than the hard chrome layer (2, 2 ') characterized in that the galvanic layer (4, 4 ') acts as an intermediate layer and at least one further, sprayed layer produced by a thermal spray process (5, 5 ') with a higher melting point and / or higher Hardness as the intermediate layer (4, 4 ') is applied.

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Description

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbenrings für den Kolben einer Verbrennungskraftmaschine mit einer Schutzschicht, wobei die Schutzschicht aus einer galvanisch abgeschiedenen Hartchromschicht (2, 2') und einer darauf abgeschiedenen galvanischen Deckschicht (4, 4') gebildet wird, wobei die Deckschicht (4, 4') eine niedrigeren Härte als die Hartchromschicht (2, 2') aufweist und insbesondere aus Zinn oder Kupfer besteht, sowie einen nach dem Verfahren hergestellten Kolbenring.The invention relates to a method for producing a piston ring for the piston of an internal combustion engine with a protective layer, wherein the protective layer consists of an electrodeposited hard chromium layer (US Pat. 2 . 2 ' ) and a galvanic covering layer deposited thereon ( 4 . 4 ' ) is formed, wherein the cover layer ( 4 . 4 ' ) a lower hardness than the hard chrome layer ( 2 . 2 ' ) and in particular consists of tin or copper, and a piston ring produced by the method.

In vielen technischen Anwendungen besteht der Bedarf, Bauteile gegen tribologische Einwirkungen zu schützen, um deren Verschleiß zu minimieren. Im Besonderen in dem System Kolben, Kolbenring und Zylinderlaufbuchse spielt der Verschleiß eine bedeutende Rolle. Hierbei ist es allgemein üblich, diese Systemkomponenten mit Verschleißschutzschichten zu versehen. Mögliche Beschichtungen sind dabei das Abscheiden galvanischer Schichten oder das thermische Spritzen.In Many technical applications have a need to counter components Protect tribological effects to minimize their wear. In particular, in the system piston, piston ring and cylinder liner the wear plays one significant role. It is common practice for these system components with wear protection layers to provide. Possible Coatings are the deposition of galvanic layers or thermal spraying.

Die DE 38 13 617 C1 offenbart eine galvanisch abgeschiedene Chromschicht auf einen Kolbenring, die elektrochemisch oder mechanisch aufgeraut ist. Die raue Schicht ist mit einer Kupfer- oder Zinnschicht abgedeckt. Eine Spritzschicht ist nicht vorgesehen.The DE 38 13 617 C1 discloses a plated chromium layer on a piston ring that is electrochemically or mechanically roughened. The rough layer is covered with a copper or tin layer. A spray coat is not provided.

Die DE 17 51 573 C3 offenbart eine Spritzschicht die auf eine Chromschicht aufgetragen ist. Die Chromschicht ist hierzu chemisch oder mechanisch aufgeraut, eine Zwischenschicht ist nicht vorgesehen.The DE 17 51 573 C3 discloses a sprayed coating applied to a chrome layer. The chromium layer is roughened chemically or mechanically, an intermediate layer is not provided.

Die GB 1 083 003 offenbart ein Gleitlager dessen Grundkörper mit Blei oder Aluminium bespritzt ist, eine galvanische Hartchromschicht ist nicht vorgesehen.The GB 1 083 003 discloses a sliding bearing whose body is sprayed with lead or aluminum, a hard chrome plating layer is not provided.

In der DE 197 45 811 A1 wird eine gattungsgemäße galvanische Hartchromschicht, die auf tribologisch beanspruchten Bauteilen in Verbrennungsmotoren eingesetzt wird, beschrieben. Es handelt sich hierbei um eine galvanische Hartchromschicht mit einem teilweise oder durch die gesamte Schichtdicke sich erstreckenden, durch anodische Schaltung aufgeweitetem Rissnetzwerk, mit in den Rissen eingelagerten Feststoffpartikeln, wobei die Hartchromschicht aus zumindest zwei Lagen Hartchrom besteht und die Lagen eine unterschiedliche Kristallisationsform aufweisen. Mit dieser Schicht wurden die Laufflächen von Kolbenringen für Verbrennungskraftmaschinen beschichtet und die Kolbenringe wurden in Prüfstandsläufen untersucht. Die beschichteten Kolbenringe zeigten auch bei extremer Temperatur- und Verschleißbelastung hohe Lebensdauer.In the DE 197 45 811 A1 is a generic galvanic hard chrome layer, which is used on tribologically stressed components in internal combustion engines, described. This is a galvanic hard chrome layer with a partially or through the entire layer thickness extending, by anodic circuit expanded crack network, embedded in the cracks solid particles, the hard chrome layer consists of at least two layers of hard chrome and the layers have a different crystallization form. With this layer, the running surfaces of piston rings for internal combustion engines were coated and the piston rings were examined in test runs. The coated piston rings showed high durability even under extreme temperature and wear conditions.

Dass auf die galvanische Hartchromschicht weitere Schichten aufgetragen werden können, kann der Druckschrift nicht entnommen werden.That applied to the galvanic hard chrome layer more layers can be can not be found in the publication.

Den Auftrag einer weiteren Schicht als Deckschicht auf einer galvanisch abgeschiedenen Hartchromschicht beschreibt die DE 197 52 720 C2 . Zur Herstellung dieses Schichtverbundes wird auf die äußere Umfangsoberfläche des Bauteils zunächst eine verschleißfeste galvanische Hartchromschicht abgeschieden und danach eine weitere galvanische Deckschicht aufgebracht, wobei die Deckschicht wenigstens teilweise wieder abgetragen wird. Eine Aufgabe der Deckschicht ist es, das Ausbrechen der in die Hartchromschicht eingelagerten Festschmierstoffpartikel zu verhindern. Die Deckschicht ist aus Metallen gebildet, die aus einer Gruppe bestehend aus Kupfer, Zinn, Nickel, Chrom und Legierungen dieser Metalle ausgewählt sind. Wird beispielsweise als Deckschicht eine weitere Chromschicht abgeschieden und besitzt die galvanische Hartchromschicht keine keramischen Partikel, so braucht die Deckschicht nicht vollkommen abgetragen zu werden. Die Deckschicht dient dann ebenfalls als Verschleißschicht.The order of a further layer as a cover layer on a galvanically deposited hard chrome layer describes the DE 197 52 720 C2 , To produce this composite layer, a wear-resistant electroplated hard chrome layer is first deposited on the outer peripheral surface of the component and then a further galvanic top layer is applied, the cover layer being at least partially removed again. An object of the cover layer is to prevent the breaking away of the solid lubricant particles embedded in the hard chrome layer. The cover layer is formed of metals selected from a group consisting of copper, tin, nickel, chromium and alloys of these metals. If, for example, a further chromium layer is deposited as the cover layer and the galvanic hard chrome layer has no ceramic particles, then the cover layer need not be completely removed. The cover layer then also serves as a wear layer.

Dass auf die Deckschicht, die beispielsweise aus Zinn oder Kupfer besteht, eine weitere Schicht aufgetragen werden kann, so dass die Deckschicht als Zwischenschicht und somit als Bindeschicht fungiert, kann der Druckschrift nicht entnommen werden. Die vorrangige Aufgabe der Deckschicht besteht darin, ein Ausbrechen der Feststoffpartikel aus der Hartchromschicht zu verhindern.That on the cover layer, which consists for example of tin or copper, another layer can be applied, leaving the topcoat as Intermediate layer and thus acts as a bonding layer, the document not be removed. The primary task of the top layer is therein, a breaking out of the solid particles from the hard chrome layer to prevent.

Ein Nachteil der Chromschichten ist deren hohe Härte, die das Einlaufverhalten negativ beeinflussen. So erzeugen Kolbenringe, die mit einer Chromschicht versehen sind, an der Zylinderlauffläche als Gegenpartner keinen schnellen Einlauf, da sie sehr langsam verschleißen. Im Besonderen kann es durch die hohe Härte der Chromschicht sogar zu einem verstärkten Verschleiß am Reibpartner kommen.One Disadvantage of the chrome layers is their high hardness, the run-in behavior influence negatively. So produce piston rings that with a chrome layer are provided on the cylinder surface as a counter partner no fast enema because they wear out very slowly. In particular it can by the high hardness the chrome layer even to increased wear on the friction partner come.

Eine weitere Möglichkeit, Bauteile, die einem tribologischen Verschleiß unterliegen zu schützen, ist das Ausbringen thermischer Spritzschichten. In der EP 0 931 172 B1 wird ein Kolbenring für eine Verbrennungskraftmaschine beschrieben, auf dessen Lauffläche sich eine 50 bis 400 μm dicke, verschleißfeste Schicht befindet, die mittels eines thermischen Spritzverfahrens aufgetragen ist. Diese Schicht zeichnet sich dadurch aus, dass mehrere kubische, und/oder Titan, ein zweites Metall und Kohlenstoff enthaltende Hartstoffphasen sowie eine metallische Binderphase vorhanden sind. Als Spritzverfahren werden dabei das Plasmaspritzen an der Luft oder das Hochgeschwindigkeitsflammspritzen genannt.Another way to protect components that are subject to tribological wear, the application of thermal spray coatings. In the EP 0 931 172 B1 a piston ring is described for an internal combustion engine, on its tread is a 50 to 400 micron thick, wear-resistant layer, which is applied by means of a thermal spraying process. This layer is characterized in that a plurality of cubic, and / or titanium, a second metal and carbon-containing hard material phases and a metallic binder phase are present. As spraying These are called plasma spraying in the air or high-speed flame spraying.

Viele solcher thermischen Spritzschichten können zwar ein gutes Einlaufverhalten gewährleisten, sie sind aber den hohen Anforderungen, insbesondere bezüglich des Langzeitverschleißverhaltens, in moderneren Verbrennungsmotoren nur bedingt gewachsen.Lots Although such thermal spray coatings can be a good run-in behavior guarantee, But they are the high standards, especially in terms of Long-term wear characteristics, grown only conditionally in modern internal combustion engines.

Ein Basiswerkstoff für thermisch gespritzte Schichten ist Molybdän, welches üblicherweise mittels Flammspritzen aufgebracht wird. Die Patentschrift US 3, 837, 817 beschreibt beispielhaft eine technische Lösung um die Eigenschaften von thermisch gespritzten Molybdänschichten auf Kolbenringen zu verbessern. Dazu werden eine selbstfließende Legierung und eine dritte Komponente, die ein Karbid oder Oxid sein kann, mechanisch gemischt und verspritzt.A base material for thermally sprayed layers is molybdenum, which is usually applied by means of flame spraying. The patent US Pat. No. 3,837,817 describes by way of example a technical solution to improve the properties of thermally sprayed molybdenum layers on piston rings. For this purpose, a self-fluxing alloy and a third component, which may be a carbide or oxide, mechanically mixed and sprayed.

Molybdän ermöglicht zwar ein gutes Einlaufverhalten besitzt aber keine guten Verschleißeigenschaften, so dass nach dem Abrieb dieser Schicht der wenig verschleißbeständige Grundwerkstoff des Kolbenringes an der Gegenlauffläche vorliegt.Although molybdenum allows good run-in behavior does not have good wear properties, so that after abrasion of this layer of low wear resistant base material the piston ring is present on the mating surface.

Um ein gutes Einlaufverhalten zu erzielen, wird in der EP 0 900 326 B1 vorgeschlagen, auf die Zylinderelemente, wie Zylinderbüchse, Kolben, Kolbenhemd oder Kolbenring für einen Dieselmotor, eine Schicht oder einen Schichtverbund aus Aluminium-Bronze aufzutragen. Hierbei ist das Zylinderelement mit wenigstens zwei thermisch aufgesprühten, aus Aluminium-Bronze bestehenden Beschichtungslagen versehen, von denen die äußere Schicht eine Einlaufschicht und die darunterliegende Schicht eine Tragschicht bildet, deren durchschnittliche Härte größer als die Härte der Einlaufschicht ist. Der Schichtverbund kann dabei aus zwei bis sieben Beschichtungslagen aus Aluminium-Bronze mit gegenseitig differierenden Eigenschaften gebildet sein.In order to achieve a good intake behavior, is in the EP 0 900 326 B1 proposed to apply to the cylinder elements, such as cylinder liner, piston, piston skirt or piston ring for a diesel engine, a layer or a laminate of aluminum-bronze. In this case, the cylinder element is provided with at least two thermally sprayed, consisting of aluminum-bronze coating layers, of which the outer layer forms an inlet layer and the underlying layer a support layer whose average hardness is greater than the hardness of the inlet layer. The layer composite can be formed from two to seven coating layers of aluminum bronze with mutually differing properties.

Die thermisch abgeschiedene Beschichtung besitzt zwar ein gutes Einlaufverhalten, jedoch liegt nach der Einlaufphase der Grundwerkstoff als Gleitpartner vor, wobei der Grundwerkstoff möglicherweise einen starken Gegenverschleiß auslösen kann. Das die in der EP 0 900 326 B1 beschriebenen Beschichtungen auf andere Verschleißschutzschichten, insbesondere Hartchromschichten, aufgetragen werden können, kann der Druckschrift nicht entnommen werden.Although the thermally deposited coating has a good run-in behavior, but after the break-in phase of the base material is present as a sliding partner, the base material may possibly trigger a strong counter-wear. That in the EP 0 900 326 B1 The coatings described can be applied to other wear protection layers, in particular hard chrome layers, can not be found in the publication.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Erzeugung von Verschleißschutzschichten auf Kolbenringen zu entwickeln, wobei eine dauerhafte und feste Anbindung zwischen einer Hartchromschicht und einer thermischen Spritzschicht ermöglicht wird, um so die positiven Verschleißeigenschaften von galvanischen Hartchromschichten mit den positiven Eigenschaften thermischer Spritzschichten zu kombinieren.task The invention is a method for producing wear protection layers to develop on piston rings, being a permanent and solid Connection between a hard chrome layer and a thermal Sprayed layer allows so as to be the positive wear characteristics of galvanic Hard chromium layers with the positive properties of thermal spray coatings too combine.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst, vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungsbeispiele der Erfindung sind in den Unteransprüchen dokumentiert.These The object is achieved by the characterizing part of claim 1 solved, advantageous developments and embodiments of the invention are documented in the subclaims.

Es ist auch Aufgabe der Erfindung, einen Kolbenring bereitzustellen, dessen galvanische Beschichtung es ermöglicht, eine thermische Spritzschicht aufzubringen um so das Einlaufverhalten zu verbessern.It It is also an object of the invention to provide a piston ring, its galvanic coating allows a thermal sprayed coating to apply so as to improve the run-in behavior.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Unteranspruchs 8 gelöst.These The object is solved by the features of subclaim 8.

Der erfindungsgemäße Gedanke überwindet die vorgenannten technischen Nachteile dadurch, dass auf die Hartchromschicht eine galvanische Deckschicht abgeschieden wird und anschließend eine weitere, mittels eines thermischen Spritzverfahrens erzeugte Einlaufschicht aufgebracht wird, so dass die Deckschicht als Zwischenschicht fungiert. Durch den erfindungsgemäßen Gedanken ist es nun möglich, die positiven Verschleißeigenschaften der galvanischen Hartchromschicht mit dem guten Einlaufverhalten der Spritzschichten zu kombinieren.Of the inventive idea overcomes the aforementioned technical disadvantages in that on the hard chrome layer a galvanic cover layer is deposited and then a additional, produced by a thermal spray process inlet layer is applied, so that the cover layer acts as an intermediate layer. By the idea of the invention is it possible now the positive wear characteristics the galvanic hard chrome layer with the good run-in behavior to combine the sprayed layers.

Die Haftung zwischen der Spritzschicht und der Zwischenschicht resultiert im Wesentlichen aus mehreren unterschiedlichen, mechanischen Mechanismen und einer chemischen Bindung, die in ihrer Summe eine ausgezeichnete Anbindung ermöglichen. Erfindungsgemäß wird die Zwischenschicht, die vorzugsweise aus Zinn oder Kupfer besteht, so ausgebildet, dass sie einen niedrigeren Schmelzpunkt als die thermische Spritzschicht aufweist. Erreichen nun die mittels des thermischen Spritzverfahrens erhitzten Werkstoffpartikel die Spritzschicht so wird die Zwischenschicht lokal aufgeschmolzen und die Partikel graben sich in die Zwischenschicht ein. Hierbei kommt es, nach dem Erkalten, zu einer mechanischen Verklammerung, die einen ersten mechanischen Haftungsmechanismus darstellt.The Adhesion between the sprayed layer and the intermediate layer results essentially of several different mechanical mechanisms and a chemical bond, which in their sum an excellent Enable connection. According to the invention Intermediate layer, which preferably consists of tin or copper, designed so that they have a lower melting point than the having thermal sprayed layer. Now reach the means of thermal spray process heated material particles the sprayed layer so the intermediate layer is locally melted and the particles dig into the intermediate layer. Here it comes, after the To cool off, to a mechanical bracing, the first one represents mechanical adhesion mechanism.

Ein weiteres Merkmal der Zwischenschicht ist es, dass die Zwischenschicht eine niedrigere Härte als die Hartchromschicht aufweist. Bei allen thermischen Spritzverfahren erfahren die Werkstoffpartikel des Beschichtungswerkstoffes während des Beschichtens eine Beschleunigung, so dass sie zusammen mit ihrer Masse einen Impuls auf die Zwischenschicht ausüben. Da die Zwischenschicht erfindungsgemäß aber eine niedrigere Härte als die Hartchromschicht besitzt, wird lediglich die Zwischenschicht mechanisch aufgebrochen, so dass den Werkstoffpartikeln eine weitere Möglichkeit des Verklammerns mit der Zwischenschicht gegeben ist.Another feature of the intermediate layer is that the intermediate layer has a lower hardness than the hard chrome layer. During all thermal spraying processes, the material particles of the coating material undergo an acceleration during the coating, so that together with their mass they impart an impulse to the intermediate layer. However, since the intermediate layer according to the invention has a lower hardness than the hard chrome layer, only the intermediate layer becomes mechanically broken, so that the material particles another way of bracing with the intermediate layer is given.

Da der Werkstoff der Zwischenschicht gleichzeitig eine niedrigere Härte als die thermische Spritzschicht aufweist, weicht die Zwischenschicht dem Spritzwerkstoff aus, so dass die Zwischenschicht die Partikel des Spritzwerkstoffes zum Teil umschließen. Die Spritzschicht ist somit in der Zwischenschicht verankert. Ein Mechanismus der die mechanische Haftung weiter steigert und somit ebenfalls einen Teil der Haftungsmechanismen darstellt.There the material of the intermediate layer at the same time a lower hardness than has the thermal spray coating, the intermediate layer gives way to the Spray material made, so that the intermediate layer, the particles of the Partially enclose spray material. The sprayed layer is thus anchored in the intermediate layer. A mechanism of mechanical Liability further increases and thus also a part of the liability mechanisms represents.

Ein wesentlicher Bestandteil der Erfindung ist die Werkstosffkombination, so wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die thermische Spritzschicht aus einer Aluminium-Kupfer-Basis-Legierung auszubilden. Da die Zwischenschicht vorzugsweise aus Zinn gebildet wird, ist die Möglichkeit der Mischkristallbildung an der Grenzfläche gegeben. Somit steht dem Werkstoff eine chemische Bindung zur Verfügung, die den Haftungsmechanismus wesentlich unterstützt.One An essential part of the invention is the Werkstosffkombination, it is proposed according to the invention to form the thermal sprayed layer of an aluminum-copper-based alloy. Since the intermediate layer is preferably formed of tin, is the possibility the mixed crystal formation is given at the interface. Thus stands the Material is a chemical bond available that the adhesion mechanism significantly supported.

Somit ist entsprechend dem erfindungsgemäß beschriebenen Verfahren eine Möglichkeit gegeben die thermische Spritzschicht an die Zwischenschicht zu binden, ohne dass die galvanische Hartchromschicht angegriffen wird. Die Zwischenschicht wird galvanisch auf der Hartchromschicht abgeschieden, so dass auch an dieser Grenzfläche eine optimale Anbindung gewährleistet ist.Consequently is according to the method described in the invention a possibility given to bind the thermal sprayed layer to the intermediate layer, without the galvanic hard chrome layer is attacked. The Interlayer is electrodeposited on the hard chrome layer, so that too at this interface ensures an optimal connection is.

Die Zwischenschicht wird erfindungsgemäß mit einer Schichtdicke von bis zu 100 μm abgeschieden. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt die Schichtdicke bei 20 μm und in einer noch bevorzugteren Form bei 10 μm.The Intermediate layer according to the invention with a layer thickness of up to 100 μm deposited. In a preferred embodiment of the invention the layer thickness at 20 microns and in a more preferred form at 10 microns.

Nach dem Ausbringen der Zwischenschicht können transport- oder umgebungsbedingte Einflüsse die Haftungsmechanismen der Spritzschicht auf der Zwischenschicht verschlechtern. Es wird somit erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Zwischenschicht vor dem Aufbringen der Spritzschicht zu reinigen. Dies kann insbesondere mittels eines Ätzens oder Spülens erfolgen.To the application of the intermediate layer may transport or environmental influences the adhesion mechanisms of the sprayed layer on the intermediate layer deteriorate. It is thus proposed according to the invention, the intermediate layer clean before applying the spray coat. This can be special by means of an etching or flushing respectively.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, die thermische Spritzschicht aus einer Kupfer-Aluminium-Basis-Legierung zu bilden. Dabei haben sich in den Versuchen Legierungen aus Kupfer mit einem Aluminiumanteil bis maximal 12 Gew.-% und bis zu 2 Gew.-% Eisen als besonders vorteilhaft herausgestellt.In a further embodiment the invention is proposed, the thermal sprayed layer to form a copper-aluminum-based alloy. It has become in the experiments alloys of copper with an aluminum content up to a maximum of 12% by weight and up to 2% by weight of iron are particularly advantageous exposed.

Um die positiven Einlaufeigenschaften des Molybdäns zu nutzen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die thermische Spritzschicht aus einer Molybdän-Basis-Legierung auszubilden.Around to use the positive inlet properties of molybdenum is proposed according to the invention, to form the thermal sprayed layer of a molybdenum-based alloy.

Der thermischen Spritzschicht als äußere Deckschicht der Schutzschicht können dabei unterschiedliche Aufgaben zufallen.Of the thermal sprayed layer as outer cover layer the protective layer can doing different tasks.

Sie kann als Einlaufschicht dienen und so die Reibpartner vor übermäßiger Abnutzung während des Einlaufs schützen. Die Schutzschicht kann ebenfalls neben der Hartchromschicht als weitere Verschleißschutzschicht dienen und so die Lebensdauer der Bauteile heraufsetzen. Es besteht aber auch die Möglichkeit, eine biokompatible Funktionsschicht als thermische Spritzschicht aufzubringen, so dass die Oberfläche beispielsweise eine Fläche eines metallischen prothetischen Implantats bildet.she can serve as a running-in layer and so the friction partners against excessive wear during the Protect inlet. The protective layer can also be next to the hard chrome layer as additional wear protection layer Serve and so increase the life of the components. It exists but also the possibility a biocompatible functional layer as a thermal spray coating apply, so that the surface for example, an area a metallic prosthetic implant forms.

Als Verfahren können beliebige thermische Spritzverfahren eingesetzt werden, so sind erfindungsgemäß und im Besonderen die draht- und pulverfördernden Spritzverfahren genannt. Es ist aber auch vorstellbar, die Schicht mittels anderer Spritzverfahren, wie beispielsweise ein Plasma-, Flamm- oder Hochgeschwindigkeitsflammspritzen, zu erzeugen. Hierbei ist es ebenfalls vorstellbar mehrere Spritzschichten übereinander anzuordnen. Es können aber auch beliebige andere Schichten auf der thermischen Spritzschicht angeordnet werden.When Procedures can Any thermal spraying methods are used are so according to the invention and in Particular mention of the wire and powder-promoting spraying. But it is also conceivable, the layer by means of other spraying, such as plasma, flame or high velocity flame spraying, to create. It is also conceivable here several spray layers on top of each other to arrange. It can but also any other layers on the thermal sprayed layer to be ordered.

Die thermische Spritzschicht wird dabei mit einer Schichtdicke von bis zu 1000 μm aufgebracht und sollte eine Schichtdicke von 20 μm nicht unterschreiten. Als bevorzugte Ausführungsform werden Schichtdicken zwischen 20 und 250 μm und noch bevorzugter zwischen 80 und 200 μm angestrebt.The Thermal spray coating is doing with a layer thickness of up to 1000 μm applied and should not fall below a layer thickness of 20 microns. When preferred embodiment Layer thicknesses between 20 and 250 microns, and more preferably between 80 and 200 μm sought.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachstehend anhand von Bildern aus den Versuchsreihen dargestellt und im weiteren näher erläutert. Es zeigt:The inventive method is shown below on the basis of images from the test series and further in the next explained. It shows:

1 den Querschnitt durch die Oberfläche eines Bauteils mit einer erfindungsgemäß aufgebrachten Schutzschicht 1 the cross section through the surface of a component with a protective layer applied according to the invention

2 den Querschnitt durch die Oberfläche eines Bauteils mit einer erfindungsgemäß aufgebrachten Schutzschicht im Bereich der Zwischenschicht 2 the cross section through the surface of a component with an inventively applied protective layer in the region of the intermediate layer

In 1 ist der Querschnitt durch die Oberfläche, ein erfindungsgemäß beschichtetes Bauteil in Form eines Kolbenringes 1, dargestellt. Auf das Bauteil 1 wurde eine galvanische Hartchromschicht 2 abgeschieden. Auf der äußeren glatten Oberfläche 3 der galvanischen Hartchromschicht 2 ist eine Deckschicht als Zwischenschicht 4 als schmaler heller Streifen zu erkennen. Die thermische Spritzschicht 5 wurde dabei auf die Zwischenschicht 4 aufgetragen.In 1 is the cross section through the surface, a coated component according to the invention in the form of a piston ring 1 represented. On the component 1 became a galvanic hard chrome layer 2 deposited. On the outer smooth surface 3 the galvanic hard chrome layer 2 is a cover layer as an intermediate layer 4 to recognize as a narrow, light stripe. The thermal sprayed coating 5 was doing on the interlayer 4 applied.

2 zeigt eine Ausschnittsvergrößerung aus 1 im Bereich der Zwischenschicht 4'. Die Zwischenschicht 4' ist zwischen der Hartchromschicht 2' und der thermischen Spritzschicht 5' angeordnet. Die 2 zeigt dabei sehr deutlich die mechanischen Haftungsmechanismen zwischen thermischer Spritzschicht 5' und Zwischenschicht 4''. Die thermische Spritzschicht 5' ist dabei fast bis zur Hartchromschicht 2' in die Zwischenschicht 4' eingedrungen 6 und hat sich in die Zwischenschicht eingegraben 7. Bedingt durch die unterschiedlichen Härten der einzelnen Werkstoffe hat sich die thermische Spritzschicht 5' in der Zwischenschicht 4' verankert 8, so dass eine optimale Anbindung an die Hartchromschicht 2' gewährleistet ist. 2 shows an enlarged detail out 1 in the area of the intermediate layer 4 ' , The intermediate layer 4 ' is between the hard chrome layer 2 ' and the thermal spray coating 5 ' arranged. The 2 shows very clearly the mechanical adhesion mechanisms between thermal spray coating 5 ' and intermediate layer 4 '' , The thermal sprayed coating 5 ' is almost up to the hard chrome layer 2 ' into the interlayer 4 ' penetrated 6 and dug into the interlayer 7 , Due to the different hardnesses of the individual materials, the thermal spray coating has 5 ' in the interlayer 4 ' anchored 8th , so that an optimal connection to the hard chrome layer 2 ' is guaranteed.

Claims (9)

Verfahren zur Herstellung eines Kolbenrings (1) für den Kolben einer Verbrennungskraflmaschine mit einer Schutzschicht, wobei die Schutzschicht aus einer galvanisch abgeschiedenen Hartchromschicht (2, 2') und einer darauf abgeschiedenen galvanishen Schicht (4, 4') mit niedrigerer Härte als die Hartchromschicht (2, 2') daurch gekennzeichnet, dass die galvanische Schicht (4, 4') als Zwischenschicht fungiert und darauf mindestens eine weitere, mittels eines thermischen Spritzverfahrens erzeugte Spritzschicht (5, 5') mit höherem Schmelzpunkt und/oder höherer Härte als die Zwischenschicht (4, 4') aufgebracht wird.Method for producing a piston ring ( 1 ) for the piston of a combustion machine with a protective layer, wherein the protective layer of a galvanically deposited hard chromium layer ( 2 . 2 ' ) and a galvanic layer deposited thereon ( 4 . 4 ' ) with lower hardness than the hard chrome layer ( 2 . 2 ' ) characterized in that the galvanic layer ( 4 . 4 ' ) acts as an intermediate layer and thereon at least one further sprayed layer produced by a thermal spraying process (US Pat. 5 . 5 ' ) with a higher melting point and / or higher hardness than the intermediate layer ( 4 . 4 ' ) is applied. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (4, 4') insbesondere aus Zinn oder Kupfer besteht und eine Schichtdicke bis zu 100 μm, vorzugsweise bis zu 20 μm und noch bevorzugter bis zu 10 μm aufweist.Method according to claim 1, characterized in that the intermediate layer ( 4 . 4 ' ) consists in particular of tin or copper and has a layer thickness of up to 100 microns, preferably up to 20 microns and more preferably up to 10 microns. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenring (1) in einem weiteren Verfahrensschritt nach dem Ausbringen der Zwischenschicht gereinigt, insbesondere geätzt oder gespült, wird.Method according to one of claims 1 and 2, characterized in that the piston ring ( 1 ) is cleaned in a further process step after the application of the intermediate layer, in particular etched or rinsed, is. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Spritzschicht (5, 5') aus einer Kupfer-Aluminium-Basis-Legierung gebildet wird, wobei die Legierung aus Kupfer mit bis zu 12 Gew.-% Aluminium und bis zu 2 Gew.- % Eisen gebildet wird.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the thermal spray coating ( 5 . 5 ' ) is formed of a copper-aluminum-based alloy, wherein the alloy is formed of copper with up to 12 wt .-% aluminum and up to 2 wt .-% iron. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Spritzschicht (5; 5') aus einer Molybdän-Basis-Legierung gebildet wird.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the thermal spray coating ( 5 ; 5 ' ) is formed of a molybdenum-based alloy. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das eingesetzte thermisches Spritzverfahren ein drahtförderndes Verfahren, vorzugsweise ein Lichtbogenspritzen, oder ein pulverförderndes Verfahren, vorzugsweise ein Plasmaspritzverfahren, ist.Method according to one of claims 1 to 5, characterized that the thermal spraying process used is a wire-conveying Method, preferably an arc spraying, or a pulver promoting Method, preferably a plasma spraying method. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Spritzschicht (5, 5') mit einer Schichtdicke zwischen 20 μm bis zu 1000 μm, vorzugsweise aber zwischen 20 μm bis zu 250 μm und noch bevorzugter zwischen 80 μm bis zu 200 μm, vorliegt.Method according to one of claims 1 and 6, characterized in that the thermal spray layer ( 5 . 5 ' ) is present with a layer thickness between 20 .mu.m up to 1000 .mu.m, but preferably between 20 .mu.m up to 250 .mu.m and even more preferably between 80 .mu.m up to 200 .mu.m. Kolbenring für den Kolben einer Verbrennungskraftmaschine hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenring (1) eine Schutzschicht besitzt, die aus einer ersten galvanischen Hartchromschicht (2, 2'), einer zweiten galvanisch abgeschiedenen Schicht (4, 4') geringerer Härte als Zwischenschicht und mindestens einer dritten thermischen Spritzschicht (5, 5') besteht.Piston ring for the piston of an internal combustion engine produced according to one of claims 1 to 7, characterized in that the piston ring ( 1 ) has a protective layer which consists of a first hard chromium electroplated layer ( 2 . 2 ' ), a second electrodeposited layer ( 4 . 4 ' ) lower hardness than the intermediate layer and at least one third thermal spray layer ( 5 . 5 ' ) consists. Kolbenring nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht vorzugsweise aus Zinn und Kupfer besteht.Piston ring according to claim 8, characterized the intermediate layer is preferably made of tin and copper.
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