DE19646524A1 - Wear-resistant parts, especially the piston ring of an internal combustion engine - Google Patents

Wear-resistant parts, especially the piston ring of an internal combustion engine

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DE19646524A1 DE19646524A DE19646524A DE19646524A1 DE 19646524 A1 DE19646524 A1 DE 19646524A1 DE 19646524 A DE19646524 A DE 19646524A DE 19646524 A DE19646524 A DE 19646524A DE 19646524 A1 DE19646524 A1 DE 19646524A1
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Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION 1. Gebiet der Erfindung1. Field of the Invention

Die vorliegende Erfindung betrifft verschleißfeste Teile, genau genommen verschleißfeste Teile, die mit einer Aluminiumlegierung in Kontakt gebracht werden und auf eine Aluminiumlegierung aufprallen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Kolbenring, der eine verschleißfeste Oberfläche aufweist und geeignet ist, in Montage mit einem Aluminiumlegierungskolben eines Verbrennungsmotors verwendet zu werden.The present invention relates to wear-resistant parts, Strictly wear-resistant parts with a Aluminum alloy can be brought into contact and on a Impact aluminum alloy. In particular, the present invention a piston ring, the one has wear-resistant surface and is suitable in Assembly with an aluminum alloy piston Internal combustion engine to be used.

2. Beschreibung des Standes der Technik2. Description of the prior art

Mit dem jüngsten Trend, die Leistung und Umdrehung eines Verbrennungsmotors zu erhöhen, werden der Druck und die thermische Belastung erhöht, welche auf die Kolbenringe, insbesondere den ersten Kolbenring ausgeübt werden. Da eine Aluminiumlegierung verbreitet für den Kolben eines Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors verwendet wird, wird der anhaftende, nachstehend beschriebene Verschleiß leicht auftreten.With the recent trend, the power and revolution of one Internal combustion engine will increase the pressure and the increased thermal stress on the piston rings, especially the first piston ring. There one Aluminum alloy widely used for the piston Motor vehicle internal combustion engine is used, the adhering wear described below easily occur.

Bezugnehmend auf Fig. 11 sind ein Viertakt-Benzinmotor eines Kraftfahrzeugs, genau genommen ein Kolben und seine umgebenden Teile dargestellt. Der Viertakt-Benzinmotor vollführt während den zwei hin- und hergehenden Arbeitabläufen des Kolbens 11, die wiederholt werden, vier Takte, bestehend aus Ansaugung, Verdichtung, Verbrennung und Ausstoß. Eine Kurbelwelle, die hinter dem Gegengewicht 18 verborgen ist und in der Zeichnung nicht erscheint, wird über die Pleuelstange 17 mittels des Kolbens 11 gedreht, der sich wie oben beschrieben hin- und herbewegt.Referring to Fig. 11, a four stroke gasoline engine of a motor vehicle, strictly speaking a piston and its surrounding parts, is shown. The four stroke gasoline engine performs four strokes consisting of intake, compression, combustion and exhaust during the two reciprocating operations of the piston 11 which are repeated. A crankshaft, which is hidden behind the counterweight 18 and does not appear in the drawing, is rotated via the connecting rod 17 by means of the piston 11 , which moves back and forth as described above.

Der in Fig. 11 gezeigte Takt ist das Endstadium des Ansaugtaktes, in welchem das Saugventil geschlossen gehalten wird; und weiter wird das Gasgemisch, welches über den Ansaugkrümmer 29 und danach die Ansaugöffnung 22 eines Zylinderkopfes 21 in eine Zylinderbohrung eingeleitet wurde, durch den nach oben verschobenen Kolben 11 verdichtet. Bei Erregung der Kerze 24 verbrennt das verdichtete Gasgemisch in explosionsartiger Weise und bewirkt eine abwärtsgerichete Verschiebung des Kolbens 11.The stroke shown in Fig. 11 is the final stage of the suction stroke in which the suction valve is kept closed; and further the gas mixture, which has been introduced into a cylinder bore via the intake manifold 29 and then the intake opening 22 of a cylinder head 21 , is compressed by the piston 11 which is displaced upwards. When the candle 24 is excited, the compressed gas mixture burns in an explosive manner and causes the piston 11 to move downward.

Der erste und der zweite Kolbenring 12 bzw. 13 schaffen einen gasdichten Kontakt zwischen dem Kolben 11 und der Zylinderbuchse 15, während der Ölabstreifring 14 die Zufuhr von schmierendem Öl auf eine geeignete Menge einstellt. Diese Ringe 12, 13 und 14 sind in der Abwärtsrichtung hintereinander angeordnet und in die Ringnuten des Kolbens 11 eingepaßt. Von diesen Kolbenringen ist insbesondere der erste Druckring 12 der hohen Temperatur des Verbrennungsgases ausgesetzt.The first and second piston rings 12 and 13 create gas-tight contact between the piston 11 and the cylinder sleeve 15 , while the oil control ring 14 adjusts the supply of lubricating oil to an appropriate amount. These rings 12 , 13 and 14 are arranged one behind the other in the downward direction and fitted into the ring grooves of the piston 11 . Of these piston rings, the first pressure ring 12 in particular is exposed to the high temperature of the combustion gas.

Das Ansaugventil 23 wird lediglich im Ansaugtakt offen gehalten. Das Auslaßventil, welches durch das Ansaugventil 23 verdeckt ist und deshalb in Fig. 11 nicht erscheint, wird lediglich im Ausstoßtakt offen gehalten. Die Ventile werden durch einen Schließarm 27 geöffnet und geschlossen, der mit dem Nocken 28 gekoppelt und zusammen angetrieben ist. Die Ventile werden durch die Ventilfedern 26 fortwährend mit einer Druckkraft beaufschlagt, um in eine Schließrichtung verschoben zu werden.The intake valve 23 is only kept open in the intake stroke. The exhaust valve, which is covered by the suction valve 23 and therefore does not appear in FIG. 11, is only kept open in the exhaust stroke. The valves are opened and closed by a closing arm 27 which is coupled to the cam 28 and driven together. A pressure force is continuously applied to the valves by the valve springs 26 in order to be displaced in a closing direction.

Bezugnehmend auf die Fig. 9 und 10, welche vergrößerte Ansichten der Kolbenringe und des Kolbens sind, sind auf dem Kolben 11 Ringnuten 11a, 11b und 11c ausgebildet. Der erste Druckring 12, der zweite Druckring 13 und der Ölabstreifring 14 sind in den Ringnuten 11a, 11b bzw. 11c in solch einer Weise eingepaßt, daß ein geringes Spiel zwischen den Ringen und beiden Seiten der Ringnuten ausgebildet ist.Referring are to FIGS. 9 and 10, which are enlarged views of the piston rings and the piston ring grooves 11 are on the piston 11 a, 11 b and 11 c formed. The first pressure ring 12 , the second pressure ring 13 and the oil scraper ring 14 are fitted in the ring grooves 11 a, 11 b and 11 c in such a way that a slight play is formed between the rings and both sides of the ring grooves.

Im allgemeinen sollten die verschleißfesten Teile solche Eigenschaften haben, daß deren Verschleiß gering ist; ferner sollte der Verschleiß des gegenüberliegenden Elements gering sein, das mit diesen Elementen in Kontakt gebracht wird. Die hier gemeinte "Verschleißfestigkeit" erscheint besonders für den Kolbenring angezeigt, so daß sein Verschleiß auf der Ober- und Unterseite gering ist, während der Verschleiß der Ringnuten gering ist. Die für den Kolbenring verlangte "Verschleißfestigkeit" wird mit Bezug auf die Fig. 9 und 10 näher beschrieben.In general, the wear-resistant parts should have properties such that their wear is low; furthermore, the wear of the opposite element that is brought into contact with these elements should be low. The "wear resistance" meant here appears particularly indicated for the piston ring, so that its wear on the top and bottom is low, while the wear of the ring grooves is low. The “wear resistance” required for the piston ring is described in more detail with reference to FIGS. 9 and 10.

Wenn der Kolben 11 nach unten verschoben wird, stoßen und prallen der erste und der zweite Druckring 12 und 13 auf die Oberseite der Ringnuten 11a bzw. 11b. Andererseits stoßen und prallen der erste und der zweite Druckring 12 und 13 auf die Unterseite der Ringnuten 11a bzw. 11b, wenn der Kolben nach oben verschoben wird. Da diese Stoß- und Aufprallwirkung sich mit einer Frequenz proportional der Umdrehungszahl eines Motors wiederholt, werden die Kolbenringe bei höherer Umdrehungszahl des Motors starkem Schlag unterworfen. Während sich der Kolben hin- und herbewegt, werden der erste und der zweite Druckring 12, 13 um den Kolbenumfang in den Ringnuten 11a, 11b ungleichmäßig verlagert. Der erste und der zweite Druckring 12, 13 sind daher nicht nur einem Aufprallkontakt, sondern auch einem Gleitkontakt unterworfen.When the piston 11 is displaced downwardly ejected and collide with the first and the second pressure ring 12 and 13 on the top of the annular grooves 11 a and b. 11 On the other hand, the first and second pressure rings 12 and 13 collide and bump onto the underside of the ring grooves 11 a and 11 b, respectively, when the piston is moved upwards. Since this impact and impact effect is repeated at a frequency proportional to the number of revolutions of an engine, the piston rings are subjected to a strong blow at a higher number of revolutions of the engine. While the piston is reciprocating, the first and second pressure rings 12 , 13 are shifted unevenly around the piston circumference in the ring grooves 11 a, 11 b. The first and second pressure rings 12 , 13 are therefore not only subjected to an impact contact, but also to a sliding contact.

Des weiteren ist insbesondere der erste Druckring 12 der hohen Temperatur des Explosionsgases ausgesetzt. Die Umgebung, welcher der erste Druckring 12 ausgesetzt ist, ist daher sehr schonungslos.Furthermore, the first pressure ring 12 in particular is exposed to the high temperature of the explosion gas. The environment to which the first pressure ring 12 is exposed is therefore very unsparing.

Die Aluminiumlegierung des Kolbens erweicht aufgrund der hohen Temperatur, wird durch die Kolbenringe abgeschabt und auf dem ersten Druckring 12 abgelagert. Der sogenannte anhaftende Verschleiß tritt daher zwischen dem ersten Druckring 12 und der Aluminiumlegierung des Kolbens 11 auf. Der Verschleiß des Kolbens schreitet auf diese Weise an seinen Ringnuten voran, und man erleidet das sogenannte "Vorbeiblasen", das heißt, das Verbrennungsgas wird über die Ringnuten durchgeblasen. Die Leistung des Motors ist somit herabgesetzt.The aluminum alloy of the piston softens due to the high temperature, is scraped off by the piston rings and deposited on the first pressure ring 12 . The so-called adherent wear therefore occurs between the first pressure ring 12 and the aluminum alloy of the piston 11 . The wear of the piston progresses in this way on its ring grooves, and one suffers the so-called "blow-by", that is, the combustion gas is blown through the ring grooves. The performance of the engine is reduced.

Nach Gegenmaßnahmen, die bis jetzt unternommen wurden, um das oben beschriebene Kolbenproblem zu lösen, mußte der Kolben einer anodischen Oxidation unterworfen werden, um eine harte Aluminiumbeschichtung auszubilden, während nach Gegenmaßnahmen, die unternommen wurden, um das obige Kolbenringproblem zu lösen, der Kolbenring einer phosphatisierenden chemischen Umwandlung, insbesondere einer Manganphosphatbeschichtung unterworden werden mußte. Die anodische Oxidationsbehandlung ist teuer. Die Manganphosphatbeschichtung ist geeignet, um den anhaftenden Verschleiß in der Anfangsbetriebsphase eines Motors zu verhindern, es wird jedoch aufgrund ihrer geringen Beständigkeit nicht erwartet, daß sie ihre Wirksamkeit über eine ausgedehnte Betriebsphase behält.After countermeasures that have been taken to date The piston had to solve the piston problem described above be subjected to anodic oxidation to a hard one Aluminum coating while taking countermeasures, which have been undertaken to address the above piston ring problem  loosen the piston ring of a phosphating chemical Conversion, especially a manganese phosphate coating had to be subordinated. The anodic oxidation treatment is expensive. The manganese phosphate coating is suitable for the adherent wear in the initial operating phase of an engine to prevent it, however, due to its low level Persistence does not expect it to be over effective maintains an extended operating phase.

Die Veröffentlichung des ungeprüften japanischen Gebrauchsmusters Nr. 60-82 552 offenbart, mindestens die Ober- und Unterseite eines Kolbenrings einer phosphatisierenden chemischen Umwandlung und anschließend der Bildung einer hitzebeständigen und verschleißfesten Harzbeschichtung mit einem festen Schmierstoff zu unterwerfen. Die Veröffentlichung des ungeprüften japanischen Gebrauchsmusters Nr. 1-307 568 offenbart, die Ober- und Unterseite eines Kolbenrings einer Nitrierhärtung und anschließend der Bildung einer hitzebeständigen und verschleißfesten Harzbeschichtung mit einem festen Schmierstoff zu unterwerfen. Der in diesen Veröffentlichungen offenbarte feste Schmierstoff, der in der hitzebeständigen und verschleißfesten Beschichtung enthalten ist, kann sich bis auf ein Maß abnutzen oder abschälen, daß die Gleitwirkung der Beschichtung verloren geht und somit anhaftender Verschleiß erlitten wird.The release of the unchecked Japanese Utility Model No. 60-82 552 disclosed, at least that Top and bottom of a piston ring of a phosphating chemical transformation and then the formation of a heat-resistant and wear-resistant resin coating with subject to a solid lubricant. The publication Japanese Unexamined Utility Model No. 1-307 568 discloses the top and bottom of a piston ring one Nitriding and then the formation of a heat-resistant and wear-resistant resin coating with subject to a solid lubricant. The one in these Publications revealed solid lubricant that in the heat-resistant and wear-resistant coating included is, can wear or peel to an extent that the Sliding effect of the coating is lost and therefore adherent wear is suffered.

KURZFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, verschleißfeste Teile, insbesondere einen Kolbenring zu schaffen, dessen Verschleiß gering ist, der die gegenüberliegenden Berührungsteile geringfügig abnutzt und der eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit über einen ausgedehnten Zeitabschnitt zeigt.The aim of the present invention is to be wear-resistant Parts, in particular to create a piston ring, the Wear is low, the opposite Touch parts slightly worn and an excellent one Wear resistance over an extended period of time shows.

Gemäß den Zielen der vorliegenden Erfindung werden verschleißfeste Teile geschaffen, die ein Schichtgefüge aufweisen, umfassend ein Trägermaterial, eine erste Beschichtung, die auf dem Trägermaterial durch eine chemische Umwandlungsphosphatisierung gebildet ist, und eine zweite Beschichtung, die auf der ersten Beschichtung gebildet ist und einen festen Schmierstoff enthält, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Kristallkörnern des chemischen Umwandlungsphosphats auf seinem Oberseitenteil Zwischenräume ausgebildet sind und diese Zwischenräume eine Breite und Tiefe aufweisen, um in sich Partikel des festen Schmierstoffs einzubetten. Vorzugsweise sind die meisten Partikel des festen Schmierstoffs in den Zwischenräumen eingebettet.According to the objectives of the present invention wear-resistant parts created that have a layered structure have, comprising a carrier material, a first Coating on the substrate by a chemical  Conversion phosphatization is formed, and a second Coating formed on the first coating and contains a solid lubricant, characterized in that between the crystal grains of the chemical Conversion phosphate on its top part gaps are formed and these spaces have a width and depth to have particles of the solid lubricant embed. Most particles are preferably solid Lubricant embedded in the gaps.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMENDESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS

Vorzugsweise ist das chemische Umwandlungsphosphat Manganphosphat, da sehr kleine Zwischenräume mit einem großen Tiefe-Breiten-Verhältnis auf der Oberseite der ersten Beschichtung gebildet werden können. Der durchschnittliche Durchmesser der Partikel des festen Schmierstoffs liegt vorzugsweise ab 1 bis 2 µm, und die zweite Beschichtung ist vorzugsweise ab 3 bis 13 µm stark, da der feste Schmierstoff in hohem Maße in den Zwischenräumen eingebettet werden kann. Die Stärke der zweiten Beschichtung wird mittels einem optischen Mikroskop durch Beobachtung des Querschnitts der zweiten Beschichtung gemessen und von der untersten Position der winzigen Unebenheiten des chemischen Umwandlungsphosphats bestimmt.Preferably the chemical conversion phosphate is Manganese phosphate, since very small spaces with a large one Depth-to-width ratio on top of the first Coating can be formed. The average Solid lubricant particle diameter preferably from 1 to 2 µm, and the second coating is preferably from 3 to 13 µm thick, since the solid lubricant in can be embedded to a high degree in the gaps. The The thickness of the second coating is determined by means of an optical Microscope by observing the cross section of the second Coating measured and from the lowest position of the tiny bumps in the chemical conversion phosphate certainly.

Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform besteht die zweite Beschichtung aus Partikeln von Molybdändisulfid oder dergleichen, mit einem durchschnittlichen Durchmesser ab 1 bis 2 µm, und hitzebeständigem und verschleißfestem Harz, in welchem das Molybdändisulfid oder dergleichen enthalten oder dispergiert ist. Diese zweite Beschichtung behält dauerhaft eine gute Schmierwirkung und eine geringe Reibwirkung. Neben Molybdändisulfid können Wolframdisulfid, Bornitrid (hBN), Graphit und andere in der Tribologie bekannte Stoffe als fester Schmierstoff verwendet werden. According to the embodiment described above, there is second coating of particles of molybdenum disulfide or the like, with an average diameter from 1 to 2 µm, and heat-resistant and wear-resistant resin, in which contain the molybdenum disulfide or the like or is dispersed. This second coating is permanent good lubrication and low friction. Next Molybdenum disulfide can be tungsten disulfide, boron nitride (hBN), Graphite and other substances known in tribology as solid Lubricant can be used.  

Die verschleißfesten Elemente gemäß der vorliegenden Erfindung sind geeignet, da sie in gleitendem Kontakt mit der Aluminiumlegierung stehen. Insbesondere sind die erste und die zweite Beschichtung gemäß der vorliegenden Erfindung mindestens auf der Oberseite und der Unterseite eines Kolbenrings aufgetragen. Bei dieser Ausführungsform kann eine befriedigende dauerhafte Verschleißfestigkeit erzielt werden, ohne daß die Aluminiumlegierung einer anodischen Oxidation unterworfen wird. Die anodische Oxidation kann allerdings bei der Aluminiumlegierung angewendet werden, ruft aber keinen starken Verschleiß eines Kolbenrings hervor.The wear-resistant elements according to the present Invention are suitable because they are in sliding contact with the Aluminum alloy stand. In particular, the first and the second coating according to the present invention at least on the top and bottom of a piston ring applied. In this embodiment, a satisfactory one permanent wear resistance can be achieved without the Aluminum alloy is subjected to anodic oxidation. However, the anodic oxidation can take place at the Aluminum alloy can be applied, but does not get strong Wear of a piston ring.

Polyamid-Imid und andere Binderharze, wie etwa Epoxy- und Polyamidharze, sowie Polytetrafluorethylen (PTFE) können als Bindemittel des festen Schmierstoffs verwendet werden.Polyamide imide and other binder resins such as epoxy and Polyamide resins and polytetrafluoroethylene (PTFE) can be used as Solid lubricant binders can be used.

Bis jetzt ist das chemische Umwandlungsphosphat der ersten Schicht, das in der Veröffentlichung des ungeprüften japanischen Gebrauchsmusters Nr. 60-82 552 offenbart ist, hauptsächlich zur Verankerung und zum Verbinden des hitzebeständigen und verschleißfesten Harzes und somit zur Verbesserung der Haftungseigenschaften eines solchen Harzes verwendet worden. Das bekannte chemische Umwandlungsphosphat ist nicht wirksam, das Ablösen des in solch einem Harz enthaltenen festen Schmierstoffs aus der Oberfläche solch einer Harzschicht zu verhindern. Einher mit dem Verschleiß des hitzebeständigen und verschleißfesten Harzes tritt daher anhaftender Verschleiß auf der Oberfläche einer derartigen Harzbeschichtung auf.So far, the chemical transformation phosphate is the first Layer that in the publication of the unchecked Japanese Utility Model No. 60-82 552 is disclosed, mainly for anchoring and connecting the heat-resistant and wear-resistant resin and thus for Improvement in the adhesive properties of such a resin been used. The well-known chemical transformation phosphate is not effective in peeling off such a resin contained solid lubricant from the surface of such To prevent resin layer. Along with the wear and tear of the heat-resistant and wear-resistant resin occurs adherent wear on the surface of such Resin coating.

Im Gegensatz zum Stand der Technik werden die Größe der Partikel des festen Schmierstoffs und der Zwischenraum zwischen den Kristallen der chemischen Umwandlungsphosphatisierung, welche eine zugrundeliegende Schicht ist, in Betracht gezogen. Das heißt, wenn die Phosphatkristalle, die durch eine bestimmte Art der chemischen Umwandlungsphosphatisierung gebildet werden, aus einem Trägermaterial wachsen und das Wachstum schließlich abgeschlossen ist, sind winzige Unebenheiten auf der Oberseite der Phosphatschicht ausgebildet. Die Partikel des festen Schmierstoffs sind in den Zwischenräumen zwischen den Kristallen der zugrundeliegenden Schicht eingebettet, vorausgesetzt, daß die Größe der Partikel des Festschmierstoffs erheblich kleiner ist als der Durchmesser oder die Breite und Tiefe der interkristallinen Zwischenräume. Wenn die wie oben aufgebaute Oberflächenschicht im Verlauf der Zeit verschlissen wird, behalten die Partikel des festen Schmierstoffs ihre Schmierfunktion, bis der Verschleiß in die Nähe des Trägermaterials schreitet, da die Partikel des Festschmierstoffs praktisch nicht von der verbindenden Harzschicht getrennt werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es daher möglich, das Auftreten des Fraßverschleißes für einen längeren Zeitabschnitt zu verhindert als durch den Stand der Technik, und somit die Beständigkeit der Oberflächenschicht der verschleißfesten Teile zu erhöhen.In contrast to the prior art, the size of the Solid lubricant particles and the gap between the crystals of chemical transformation phosphatization, which is an underlying layer. That is, if the phosphate crystals by a certain Type of chemical transformation phosphatization are formed, grow out of a carrier material and eventually growth there are tiny bumps on the top the phosphate layer. The particles of the solid  Lubricant are in the spaces between the Embedded crystals of the underlying layer, provided that the size of the solid lubricant particles is considerably smaller than the diameter or the width and Depth of intercrystalline spaces. If the like above built-up surface layer worn out over time the solid lubricant particles keep theirs Lubrication function until the wear is close to the Carrier material progresses because the particles of the Solid lubricant practically not from the connecting Resin layer to be separated. According to the present invention it is therefore possible to prevent the occurrence of scuffing wear to prevent a longer period of time than by standing technology, and thus the durability of the surface layer of wear-resistant parts.

Hinsichtlich der Kristallmorphologie der Phosphatbeschichtung durch chemische Umwandlung sind in der geprüften japanischen Patentveröffentlichung 3-25 514 eine Blattform oder ein rechtwinkliger Parallelepiped gezeigt. Es ist jedoch schwierig, die Partikel des Festschmierstoffs zwischen den Kristallen dieser Veröffentlichung einzubetten. Selbst wenn es möglich ist, erscheint der Anteil der eingebetteten Festschmierstoff-Partikel äußerst gering zu sein.Regarding the crystal morphology of the Phosphate coating by chemical conversion are in the Japanese Patent Examined Publication No. 3-25,514 Leaf shape or a rectangular parallelepiped shown. It However, the particles of the solid lubricant is difficult between the crystals of this publication. Even if it is possible, the proportion of embedded solid lubricant particles to be extremely low.

Gemäß einem besonderen verfahren zur Bildung der zweiten Beschichtung werden Partikel des festen Schmierstoffs, hitzebeständiges und verschleißfestes Harz und dessen Lösungsmittel durchgehend zusammengemischt und danach getrocknet, um das Lösungsmittel zu verdampfen. Das hitzebeständige und verschleißfeste Harz wird gebacken, um das Harz einzuschließen. Die zweite Beschichtung ist vorzugsweise von solcher Stärke, daß die Austiefungen der Phosphatkristalle der zugrundeliegenden Schicht vollständig durch die zweite Beschichtung abgedeckt werden, wünschenswerterweise mit 3 bis 13 µm.According to a special procedure for forming the second Coating become particles of solid lubricant, heat-resistant and wear-resistant resin and its Solvents mixed together continuously and then dried to evaporate the solvent. The heat-resistant and wear-resistant resin is baked to make that Trapping resin. The second coating is preferred of such strength that the recesses of the phosphate crystals the underlying layer completely through the second Coating to be covered, desirably with 3 to 13 µm.

Da die vorliegende Erfindung wie vorstehend beschrieben aufgebaut ist, existiert ein Vorzugsverhältnis zwischen dem Durchmesser der Festschmierstoff-Partikel und den interkristallinen Zwischenräumen der zugrundeliegenden, chemisch umgewandelten Phosphatschicht. Das heißt, daß eine feinere Partikelgröße vorteilhafter ist, da die Festschmierstoff-Partikel in den interkristallinen Zwischenräumen eingebettet werden müssen. Wenn die durchschnittliche Partikelgröße feiner als 1 µm ist, können die festen Schmierstoffpartikel in dem hitzebeständigen und verschleißfesten Harz koagulieren, das als Bindemittel beim Beschichtungsschritt verwendet wird. In diesem Fall können die Festschmierstoff-Partikel in dem Bindemittelharz koagulieren, wobei der Durchmesser der koagulierten Partikel so vergrößert wird, daß die Partikel nicht in die interkristallinen Zwischenräume der zugrundeliegenden Schicht eindringen können.Since the present invention as described above there is a preferred relationship between the  Diameter of the solid lubricant particles and intercrystalline spaces between the underlying chemically converted phosphate layer. That is, one finer particle size is more advantageous because the Solid lubricant particles in the intergranular Spaces need to be embedded. If the average particle size is finer than 1 µm, the solid lubricant particles in the heat-resistant and wear-resistant resin coagulate as a binder in the Coating step is used. In this case, the Coagulate solid lubricant particles in the binder resin, whereby the diameter of the coagulated particles increases is that the particles are not in the intergranular Gaps can penetrate the underlying layer.

Wenn andererseits der durchschnittliche Durchmesser mehr als 2 µm beträgt, wird der Anteil der Festschmierstoff- Partikel, die in die interkristallinen Zwischenräume der zugrundeliegenden Schicht eintreten, so herabgesetzt, daß ihre Abtrennung von der zweiten Beschichtung leicht auftreten wird. Zusätzlich werden die Festschmierstoff-Partikel in der zweiten Beschichtung instabil, wenn der durchschnittliche Durchmesser mehr als 2 µm beträgt. Zum Beispiel erhöht sich der Anteil der Festschmierstoff-Partikel, die nicht durch das Bindemittel abgedeckt sind, sondern aus der Oberfläche der zweiten Beschichtung vorstehen. Die Schlagkraft ist auf die Spitzen der heraus stehenden Festschmierstoff-Partikel während der wiederholten, kräftigen Kollision gegen das gegenüberliegende Element und des Gleitens auf diesem Element konzentriert, mit der Folge, daß sich die Festschmierstoff-Partikel leicht von der zweiten Beschichtung ablösen können. Im äußersten Fall können sich nicht nur die Festschmierstoff-Partikel, sondern gelegentlich auch die gesamte zweite Beschichtung mit derartigen Partikeln und dem Harz von den verschleißfesten Teilen abschälen. On the other hand, if the average diameter is more than 2 µm, the proportion of solid lubricant Particles that enter the intercrystalline spaces of the underlying layer occur so reduced that their Separation from the second coating will easily occur. In addition, the solid lubricant particles in the second Coating unstable when the average diameter is more than 2 µm. For example, the proportion of Solid lubricant particles that are not due to the binder are covered, but from the surface of the second Protruding coating. The clout is on the tips of the protruding solid lubricant particles during the repeated, powerful collision against the opposite Element and sliding on that element focused with the consequence that the solid lubricant particles easily from can peel off the second coating. In the worst case can not only the solid lubricant particles, but occasionally also the entire second coating such particles and the resin from the wear-resistant Peel off parts.  

Eine Manganphosphatbeschichtung ist anzuraten, um die interkristallinen Zwischenräume zu bilden, in welche die Festschmierstoff-Partikel mit einem durchschnittlichen Durchmesser ab 1 bis 2 µm eindringen können. Da das Manganphosphat auf einem Stahlträgermaterial in Form von Pyramidenkristallen wächst, dringen die Festschmierstoff- Partikel leicht in die interkristallinen Zwischenräume ein. Des weiteren wird das hitzebeständige und verschleißfeste Harz gut auf diesen Kristallen angebunden.A manganese phosphate coating is advisable to ensure that to form intercrystalline spaces into which the Solid lubricant particles with an average Diameters from 1 to 2 µm can penetrate. Since that Manganese phosphate on a steel substrate in the form of Pyramid crystals grow, the solid lubricants penetrate Particles easily into the intergranular spaces. Of the heat-resistant and wear-resistant resin also becomes good tied up on these crystals.

Wenn der durchschnittliche Partikeldurchmesser des festen Schmierstoffs 1 bis 2 µm beträgt, verschleißt die zweite Beschichtungsschicht an ihrer Oberfläche gleichmäßig, während örtlicher Verschleiß verhindert wird. Da der Verschleiß der zweiten Beschichtungsschicht ferner auf das niedrigste Niveau herabgedrückt ist, kann das verschleißfeste Element gemäß der vorliegenden Erfindung über eine lange Zeitperiode dauerhaft genutzt werden. Als Bindemittelharz wird zum Beispiel Polyamid- Imid-Harz empfohlen. Der Anteil des Festschmierstoffs, wie etwa Molybdändisulfid, beträgt bezogen auf seine Gesamtmenge einschließlich Bindemittel vorzugsweise 40 bis 60 Gewichtsprozent, um die Gleit- und Schmiereigenschaften und die Hafteigenschaften ins Gleichgewicht zu bringen. Die Anwendung der erfindungsgemäßen verschleißfesten Oberflächenschicht wird für verschleißfeste Elemente empfohlen, die in Kontakt mit einem Aluminiumlegierungsteil gebracht werden.If the average particle diameter of the solid Lubricant is 1 to 2 µm, the second wears out Coating layer on its surface evenly while local wear is prevented. Because the wear of the second coating layer further to the lowest level is depressed, the wear-resistant element according to the present invention over a long period of time permanently be used. As a binder resin, for example, polyamide Imide resin recommended. The proportion of solid lubricant, such as Molybdenum disulfide, based on its total amount including binders, preferably 40 to 60 Weight percent to the sliding and lubricating properties and To bring adhesive properties into balance. The application the wear-resistant surface layer according to the invention Recommended for wear-resistant elements that come in contact with be brought to an aluminum alloy part.

Die vorliegende Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf mehrere Zeichnungen beschrieben.The present invention is described below with reference to described several drawings.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Fig. 1 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Druckkolbenrings. Fig. 1 is an enlarged cross-sectional view of a pressure piston ring.

Fig. 2 und 3 sind Fotographien eines Oberflächen- Rasterelektronenmikroskopbildes der chemischen Manganphosphat­ umwandlungsbeschichtung. Fig. 2 and 3 are photographs conversion coating of a surface scanning electron microscope image of the manganese phosphate chemical.

Fig. 4 ist eine Fotographie eines Oberflächen- Rasterelektronenmikroskopbildes der festen Schmierstoffschicht (der zweiten Beschichtungsschicht) des Beispiels 3. Fig. 4 is a photograph of a scanning electron microscope surface image of the solid lubricant layer (the second layer) of Example 3.

Fig. 5 ist eine Fotographie eines Oberflächen- Rasterelektronenmikroskopbildes der festen Schmierstoffschicht (der zweiten Beschichtungsschicht) des Beispiels 6. Fig. 5 is a photograph of a scanning electron microscope surface image of the solid lubricant layer (the second layer) of Example 6.

Fig. 6 ist eine Querschnittsansicht des Verschleißtesters und stellt seine wesentlichen Teile dar. Fig. 6 is a cross sectional view of the wear tester and shows its essential parts.

Fig. 7 ist ist ein Diagramm, das die Verschleißbeträge in den erfinderischen Beispielen im Vergleich mit denjenigen der Vergleichsbeispiele zeigt. Fig. 7 is a graph showing the amounts of wear in the inventive examples compared with those of the comparative examples.

Fig. 8 ist eine Fotographie einer Oberflächen- Rasterelektronenmikroskopstudie der festen Schmierstoffschicht nach dem Verschleißtest in Beispiel 3. Fig. 8 is a photograph of a surface scanning electron microscope study of the solid lubricant layer after the wear test in Example 3.

Fig. 9 ist eine vergrößerte Ansicht von Kolbenringen, Ringnuten und eines Kolbens, und stellt das Lageverhältnis zwischen den Kolbenringen und den Ringnuten während der nach unten gerichteten Verschiebung des Kolbens dar. Fig. 9 is an enlarged view of piston rings, ring grooves and a piston, and shows the positional relationship between the piston rings and the ring grooves during the downward displacement of the piston.

Fig. 10 ist eine vergrößerte Ansicht von Kolbenringen, Ringnuten und eines Kolbens, und stellt das Lageverhältnis zwischen den Kolbenringen und den Ringnuten während der nach oben gerichteten Verschiebung des Kolbens dar. Fig. 10 is an enlarged view of piston rings, ring grooves and a piston, and shows the positional relationship between the piston rings and the ring grooves during the upward displacement of the piston.

Fig. 11 ist eine Querschnittsansicht des Kolbens und der umgebenden Teile eines Benzinmotors. Fig. 11 is a cross-sectional view of the piston and the surrounding parts of a gasoline engine.

Bezugnehmend nun auf die Fig. 2 und 3, sind die durch chemische Umwandung gebildeten Kristallkörner von Mangan­ phosphat 31, 32 durch Oberflächen-Rasterelektronenmikroskop­ bilder gezeigt. Auf der Oberseite der ersten Beschichtung sind die Manganphosphatkristalle in polyedrischen Formen angeordnet. Die Grate der polyedrischen Kristalle sind nach oben gerichtet und zwischen den nach oben gerichteten Graten sind eine Anzahl von Zwischenräumen ausgebildet, die geringfügig kleiner als 10 µm sind. Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf Beispiele beschrieben, in denen die vorliegende Erfindung bei einem Kolbenring angewendet ist. Referring now to FIGS . 2 and 3, the crystal grains of manganese phosphate 31 , 32 formed by chemical conversion are shown by surface scanning electron microscope images. The manganese phosphate crystals are arranged in polyhedral shapes on the top of the first coating. The ridges of the polyhedral crystals face upward and a number of spaces are formed between the ridges facing upward, which are slightly smaller than 10 μm. The present invention is described below with reference to examples in which the present invention is applied to a piston ring.

BEISPIELEEXAMPLES

Zunächst werden Einzelheiten beschrieben, welche allen Beispielen gemeinsam sind.First, details are described which all Examples are common.

Bezugnehmend auf Fig. 1 ist ein vergrößerter erster Kolbenring dargestellt. Der erste Kolbenring hat einen Nenndurchmesser von 78 mm, eine Breite (B) von 1,5 mm und eine Stärke von 2,8 mm. Das Trägermaterial 1 ist aus ölvergütetem Silizium-Chrom-Stahl für die Verwendung bei Ventilfedern hergestellt, wobei dieser Stahl der SWOSC-V unter der JIS-Bezeichnung entspricht. Die Manganphosphatschicht (die erste Beschichtung 2) ist auf dem Trägermaterial 1 mit Ausnahme der äußeren Umfangsfläche ausgebildet. Auf der ersten Beschichtung 2 ist die zweite Beschichtung 3 mit dem Binderharz (Polyamid- Imid) ausgebildet, wobei die Partikel aus Molybdändisulfid in dem Binderharz dispergiert sind. Auf der Außenumfangsfläche des Trägermaterials ist eine harte Verchromungsschicht 4 ausgebildet, die in gleitendem Kontakt mit der Zylinderbuchse steht, die in den Fig. 9 und 10 mit 15 bezeichnet ist. Anstelle der harten Verchromungsschicht 4 kann eine Nitridschicht oder eine flammgespritzte Schicht aus Mo oder dergleichen ausgebildet sein. Der zweite Druckring kann den gleichen Aufbau wie in Fig. 1 aufweisen.Referring to FIG. 1, an enlarged first piston ring is shown. The first piston ring has a nominal diameter of 78 mm, a width (B) of 1.5 mm and a thickness of 2.8 mm. The carrier material 1 is made of oil-tempered silicon-chrome steel for use with valve springs, which steel corresponds to the SWOSC-V under the JIS name. The manganese phosphate layer (the first coating 2 ) is formed on the substrate 1 except for the outer peripheral surface. The second coating 3 with the binder resin (polyamide imide) is formed on the first coating 2 , the particles of molybdenum disulfide being dispersed in the binder resin. On the outer peripheral surface of the support material a hard chromium plating film 4 is formed, which is in sliding contact with the cylinder liner, which is designated in FIGS. 9 and 10 15. Instead of the hard chromium plating layer 4 , a nitride layer or a flame-sprayed layer made of Mo or the like can be formed. The second pressure ring can have the same structure as in FIG. 1.

Der erste Druckring 8 wurde nach dem folgenden Verfahren hergestellt. Es ist zu berücksichtigen, daß dabei sowohl die in den Beispielen verwendeten typischen Werte, als auch der bei der vorliegenden Erfindung anwendbare bevorzugte Wertebereich beschrieben sind.The first pressure ring 8 was manufactured by the following method. It should be noted that both the typical values used in the examples and the preferred range of values applicable to the present invention are described.

Der oben erwähnte ölvergütete SWOSC-V, der zu einem Draht mit einem rechtwinkligen Querschnitt von 1,5 mm×2,8 mm gearbeitet wurde, wird plastisch in eine Ringform mit einem Nenndurchmesser von 78 mm im freien Zustand umgearbeitet. Zuerst wird die harte Verchromungsschicht 4 durch ein herkömmliches Verfahren auf der Außenumfangsfläche des ringförmigen Drahtmaterials ausgebildet. Dieses Material wird dann der nachfolgenden chemischen Umwandlungsphosphatisierung unter dem folgenden Arbeitsablauf (1)-(4) unterworfen, um die Manganphosphatschicht (die erste Beschichtung 1) zu bilden, während die harte Verchromungsschicht 4 abgedeckt wird.The above-mentioned oil-coated SWOSC-V, which was made into a wire with a rectangular cross section of 1.5 mm × 2.8 mm, is plastically worked into a ring shape with a nominal diameter of 78 mm in the free state. First, the hard chrome plating layer 4 is formed on the outer peripheral surface of the annular wire material by a conventional method. This material is then subjected to the subsequent chemical conversion phosphating under the following procedure (1) - (4) to form the manganese phosphate layer (the first coating 1 ) while the hard chromium plating layer 4 is covered.

  • 1) Zunächst wird das Trägermaterial in eine 16% wässerige Lösung aus dem Gemisch aus Natriumhydroxid und Natriumcarbonat (Temperatur: von 50 bis 90°C, typischerweise 90°C) für 3 bis 7 Minuten, typischerweise 3 Minuten eingetaucht, um das Trägermaterial zu entfetten.1) First, the carrier material in a 16% aqueous Solution from the mixture of sodium hydroxide and sodium carbonate (Temperature: from 50 to 90 ° C, typically 90 ° C) for 3 to 7 Minutes, typically 3 minutes immersed in the Degrease carrier material.
  • 2) Das Trägermaterial wird dann in eine 5% wässerige Lösung aus einem Gemisch von Schwefelsäure und Phosphorsäure im Verhältnis von 4 : 6 eingetaucht (Temperatur: von 15 bis 35°C, typischerweise 35°C), um die Oberfläche des Trägermaterials zu reinigen.2) The carrier material is then in a 5% aqueous Solution from a mixture of sulfuric acid and phosphoric acid in the Ratio of 4: 6 immersed (temperature: from 15 to 35 ° C, typically 35 ° C) to the surface of the substrate clean.
  • 3) Anschließend wird das Trägermaterial für 30 bis 70 Sekunden (typischerweise 60 Sekunden) einer Oberflächenbehandlung mit Titankolloid unter Verwendung eines Oberflächenbehandlungsmittels für die Manganphosphat­ beschichtung unterworfen, das unter dem Handelsnamen PP-VMA, B (Nihon Parkerizing Co. Ltd.) erhältlich ist.3) Then the carrier material for 30 to 70 Seconds (typically 60 seconds) one Surface treatment with titanium colloid using a Surface treatment agent for the manganese phosphate coating, which is sold under the trade name PP-VMA, B (Nihon Parkerizing Co. Ltd.) is available.
  • 4) Das Trägermaterial wird anschließend unter Verwendung eines Mittels, das unter dem Handelsnamen PF-M5 (Nihon Parkerizing Co. Ltd.) erhältlich ist, einer chemischen Umwandlungsphosphatisierung bei einer Temperatur ab 82 bis 85°C für 2 bis 5 Minuten (typischerweise 5 Minuten) unterworfen, um das Manganphosphat zu bilden. Die Gesamtsäure (TA) der phosphatisierenden Flüssigkeit beträgt 21 bis 25 Punkte, typischerweise 23 Punkte. Die freie Säure beträgt 4 bis 7 Punkte, typischerweise 6 Punkte. Der Eisengehalt beträgt 0,4 bis 3 g/L (typischerweise 1 g/L). Die Gesamtsäure und die freie Säure werden unter Verwendung von Titriermittel analysiert.4) The backing material is then used an agent sold under the trade name PF-M5 (Nihon Parkerizing Co. Ltd.) is available, a chemical Transformation phosphatization at a temperature from 82 to 85 ° C for 2 to 5 minutes (typically 5 minutes) to form the manganese phosphate. The total acidity (TA) of the phosphating liquid is 21 to 25 points, typically 23 points. The free acid is 4 to 7 Points, typically 6 points. The iron content is 0.4 up to 3 g / L (typically 1 g / L). The total acidity and the free Acids are analyzed using titrants.

Die schmierende Schicht (zweite Beschichtung 3) wird dann auf der Oberseeite und der Unterseite der Kolbenringe durch Auftragen des Polyamid-Imid-Bindemittels mit dispergierten Molybdändisulfid-Partikeln gebildet. Die Menge des Molybdändisulfids beträgt 50 Gewichtsprozent.The lubricating layer (second coating 3 ) is then formed on the top and bottom of the piston rings by applying the polyamide-imide binder with dispersed molybdenum disulfide particles. The amount of molybdenum disulfide is 50 percent by weight.

Schließlich wird die harte Verchromungsschicht 4 auf der Außenumfangsfläche der Kolbenringe durch Läppen endbearbeitet. Die in Fig. 1 gezeigten Druckkolbenringe werden auf diese Weise fertiggestellt.Finally, the hard chrome plating layer 4 is finished on the outer peripheral surface of the piston rings by lapping. The pressure piston rings shown in Fig. 1 are completed in this way.

Beispiele 1-7Examples 1-7

Wie unten in Tabelle 1 gezeigt, ist der durchschnittliche Partikeldurchmesser des Molybdändisulfids in den Beispielen 1 bis 6, d. h. in den erfindungsgemäßen Beispielen der Kolbenringe variiert. Zusätzlich sind im Beispiel 7 die Molybdändisulfid- Partikel durch in 50 Gewichtsprozent dispergierte Graphit- Partikel mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 1,5 µm ersetzt. Die anderen Merkmale des Beispiels sind die gleichen wie die der Beispiele 1 bis 6.As shown in Table 1 below, the average is Particle diameter of the molybdenum disulfide in Examples 1 to 6, d. H. in the examples of piston rings according to the invention varies. In addition, the molybdenum disulfide Particles due to graphite dispersed in 50% by weight Particles with an average particle size of 1.5 µm replaced. The other features of the example are the same like those of Examples 1 to 6.

Vergleichsbeispiel 1Comparative Example 1

Zu Vergleichszwecken ist das Phosphatisierungsmittel zum Bilden einer Zinkphosphatbeschichtung verwendet, das unter dem Namen Palbond 880 (Nihon Parkerizing Co. Ltd.) erhältlich ist. Die anderen Einzelheiten sind die gleichen wie in Beispiel 1.For comparison purposes, the phosphating agent is for Form a zinc phosphate coating used under the Name Palbond 880 (Nihon Parkerizing Co. Ltd.) is available. The other details are the same as in Example 1.

Tabelle 1 Table 1

Bezugnehmend auf Fig. 4, ist ein Oberflächen-Raster­ elektronenmikroskopbild der festen Schmierstoffschicht (der zweiten Beschichtungsschicht) des Beispiels 3 gezeigt, während bezugnehmend auf Fig. 5 ein Oberflächen-Rasterelektronen­ mikroskopbild der festen Schmierstoffschicht (der zweiten Beschichtungsschicht) des Beispiels 6 gezeigt ist. In den Fig. 4 und 5 ist das Bindeharz (Polyamid-Imid) mit 20 bezeichnet, und die Molybdändisulfid-Partikel 10 sind mit 10 bezeichnet. Sie, 10 und 20, sind zwischen Manganphosphatkristallen eingebettet.Referring to FIG. 4, a surface scanning electron microscope image of the solid lubricant layer (the second coating layer) of Example 3 is shown, while referring to FIG. 5, a surface scanning electron microscopic image of the solid lubricant layer (the second coating layer) of Example 6 is shown. In Figs. 4 and 5, the binder resin (polyamide-imide) is designated 20, and the molybdenum disulfide particles 10 are designated 10. They, 10 and 20 , are embedded between manganese phosphate crystals.

Der Verschleißfestigkeitstest der nach dem obigen Arbeitsablauf hergestellten Kolbenringe wurde durchgeführt, um die Beziehung zwischen den Materialien der Kolbenringe und das Gleiten der Kolbenringe in den Kolbennuten eines Kolbens zu bewerten.The wear resistance test of the above Workflow made piston rings was carried out to the relationship between the materials of the piston rings and that The piston rings slide in the piston grooves of a piston evaluate.

Bezugnehmend auf Fig. 6, umfaßt ein Verschleißtester ein vertikal bewegtes Teil 5 zum Klopfen und ein Drehteil 6, das dem vertikal bewegten Teil 5 gegenüberliegt. Das vertikal bewegte Teil 5 wird durch einen Motor über einen Kurbelmechanismus (nicht gezeigt) vertikal angetrieben. Das drehende Teil 6 ist an der vertikalen Drehwelle 6a befestigt und wird durch einen Motor über die Welle 6a angetrieben. Das Drehteil 6 kann kontinuierlich oder in umgekehrter Richtung gedreht werden. Eine für einen Kolben aus einer Aluminiumlegierung hergestellte Scheibe 7 ist horizontal an der Unterseite des vertikal bewegten Teils 5 befestigt. Eine Heizvorrichtung ist im Inneren des vertikal bewegten Teils 5 montiert und heizt die Aluminiumlegierung auf eine vorgegebene Temperatur auf. Ein Kolbenring 8 ist auf der Oberseite des Drehteils 6 eingesetzt und horizontal fixiert und gegenüberliegend der Scheibe 7 angeordnet.Referring to FIG. 6, a wear tester includes a vertically moving part 5 for knocking and a rotating part 6 opposite to the vertically moving part 5 . The vertically moved member 5 is vertically driven by a motor via a crank mechanism (not shown). The rotating part 6 is attached to the vertical rotary shaft 6 a and is driven by a motor via the shaft 6 a. The rotating part 6 can be rotated continuously or in the opposite direction. A disc 7 made for an aluminum alloy piston is horizontally attached to the underside of the vertically moving part 5 . A heater is mounted inside the vertically moving part 5 and heats the aluminum alloy to a predetermined temperature. A piston ring 8 is inserted on the top of the rotating part 6 and fixed horizontally and arranged opposite the disc 7 .

Durch den oben beschriebenen Aufbau wird die durch den Kurbelmechanismus angetriebene vertikal bewegte Scheibe 7 auf den drehenden Kolbenring 8 geklopft, der auf dem Drehteil 6 angetrieben wird. Der in Fig. 6 gezeigte Tester reproduziert die Kollision und das Gleiten der Kolbenringe und Ringnuten, in welchen die Kolbenringe eingepaßt sind. Die Klopfbelastung kann wahlweise mittels des Hydraulikmechanismus (nicht gezeigt) eingestellt werden, der für das Drehteil 6 vorgesehen ist. Die Klopffrequenz (pro Zeit) und die Drehgeschwindigkeit können ebenfalls wahlweise eingestellt werden.With the structure described above, the vertically moving disk 7 driven by the crank mechanism is knocked on the rotating piston ring 8 which is driven on the rotating member 6 . The tester shown in Fig. 6 reproduces the collision and sliding of the piston rings and ring grooves in which the piston rings are fitted. The knocking load can optionally be set by means of the hydraulic mechanism (not shown) which is provided for the rotating part 6 . The knock frequency (per time) and the speed of rotation can also be set optionally.

Die behandelten Druckringe 8 und die für den Kolben (AC8A-T 6) aus einer Aluminiumlegierung hergestellte Scheibe 7 wurden in dem Tester montiert. Der Verschleißtest wurde unter den folgenden Bedingungen durchgeführt:
Schmierung: trocken
Klopfbelastung: 150 kgf
Klopffrequenz: acht mal pro Sekunde
Drehgeschwindigkeit: kontinuierlich in einer Richtung, 2,0 mm/Sekunde
Temperatur der Scheibe: 280°C
The treated pressure rings 8 and the washer 7 made of aluminum alloy for the piston (AC8A-T 6) were mounted in the tester. The wear test was carried out under the following conditions:
Lubrication: dry
Knock load: 150 kgf
Knock frequency: eight times per second
Rotation speed: continuous in one direction, 2.0 mm / second
Disc temperature: 280 ° C

Die Ergebnisse des Tests sind in Fig. 7 gezeigt.The results of the test are shown in Fig. 7.

Wie aus Fig. 7 ersichtlich ist, weisen die Kolbenringe gemäß den erfindungsgemäßen Beispielen sowohl einen geringeren Kolbenringverschleiß als auch einen geringeren Scheibenverschleiß (Verschleiß des Kolbens) auf als alle Vergleichsbeispiele. Die durch die vorliegende Erfindung erzielte Haltbarkeit ist über diejenige der Vergleichsbeispiele hinaus verbessert. Die Haltbarkeit ist hervorragend, wenn der durchschnittliche Partikeldurchmesser des festen Schmierstoffs 1 bis 2 µm beträgt.As can be seen from FIG. 7, the piston rings according to the examples according to the invention have both less piston ring wear and less disk wear (piston wear) than all the comparative examples. The durability achieved by the present invention is improved beyond that of the comparative examples. The durability is excellent when the average particle diameter of the solid lubricant is 1 to 2 µm.

Nach dem Verschleißtest des Beispiels 3 wurde die Oberfläche des Kolbenrings durch ein Oberflächen-Raster­ elektronenmikroskop beobachtet. Das Oberflächen-Raster­ elektronenmikroskopbild ist in Fig. 8 gezeigt. In Fig. 8 sind zwischen den Kristallkörnern 9 des Manganphosphats, die hellgrau erscheinen, die interkristallinen Zwischenräume ausgebildet, die dunkelgrau erscheinen. Die meisten der Molybdänsulfid-Partikel 10, die leuchtend schwarz erscheinen, dringen in die interkristallinen Zwischenräume 9 und füllen diese. Im Gegensatz dazu ist im Beispiel 6 der Anteil der in den interkristallinen Zwischenräumen 9 eingebetteten Partikel kleiner als im Beispiel 3, da die im Beispiel 6 verwendeten Molybdänsulfid-Partikel gröber sind als diejenigen des Beispiels 3. Mit anderen Worten, der größte Teil der Molybdänsulfid-Partikel ist bloß durch das Bindemittel gebunden. Die schmierende Schicht schält sich in Beispiel 6, obgleich sehr geringfügig, teilweise von der darunter liegenden Manganphosphatschicht ab. Die Verschleißfestigkeit ist jedoch im Beispiel 6 verglichen mit den Vergleichsbeispielen verbessert.After the wear test of Example 3, the surface of the piston ring was observed by a surface scanning electron microscope. The surface raster electron microscope image is shown in Fig. 8. In Fig. 8, the intergranular spaces which appear dark gray are formed between the crystal grains 9 of the manganese phosphate which appear light gray. Most of the molybdenum sulfide particles 10 , which appear bright black, penetrate into the intergranular spaces 9 and fill them. In contrast, in example 6 the proportion of the particles embedded in the intercrystalline interstices 9 is smaller than in example 3, since the molybdenum sulfide particles used in example 6 are coarser than those of example 3. In other words, the majority of the molybdenum sulfide Particle is only bound by the binder. In Example 6, the lubricating layer peels off, albeit very slightly, in part from the manganese phosphate layer underneath. However, the wear resistance is improved in Example 6 compared to the comparative examples.

Verschiedene Modifikationen können bei den obigen Beispielen vorgenommen werden, vorausgesetzt, daß solche Modifikationen innerhalb des technischen Konzeptes der vorliegenden Erfindung liegen.Various modifications can be made to the above Examples are made provided that such Modifications within the technical concept of present invention.

Claims (9)

1. Verschleißfeste Teile, insbesondere ein Kolbenring, die eine Schichtstruktur aufweisen, umfassend ein Trägermaterial (1), eine erste Beschichtung (2), die auf dem Trägermaterial (1) durch eine chemische Umwandlungsphosphatierung gebildet ist, und eine zweite Beschichtung (3), die auf der ersten Beschichtung (2) gebildet ist und einen festen Schmierstoff enthält, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Kristallkörnern (31, 32) des chemischen Umwandlungsphosphats auf seinem Oberseitenteil Zwischenräume ausgebildet sind und diese Zwischenräume eine Breite und Tiefe aufweisen, um Partikel des festen Schmierstoffs (10, 31, 32) in sich einzubetten.1. Wear-resistant parts, in particular a piston ring, which have a layer structure, comprising a carrier material ( 1 ), a first coating ( 2 ) which is formed on the carrier material ( 1 ) by chemical conversion phosphating, and a second coating ( 3 ), which is formed on the first coating ( 2 ) and contains a solid lubricant, characterized in that spaces are formed between the crystal grains ( 31 , 32 ) of the chemical conversion phosphate on its upper part and these spaces have a width and depth to accommodate particles of the solid Embed lubricant ( 10 , 31 , 32 ) in itself. 2. Verschleißfeste Teile nach Anspruch 1, wobei die meisten der Partikel des festen Schmierstoffes (10, 31, 32) in den Zwischenräumen eingebettet sind.2. Wear-resistant parts according to claim 1, wherein most of the particles of the solid lubricant ( 10 , 31 , 32 ) are embedded in the spaces. 3. Verschleißfeste Teile nach Anspruch 1 oder 2, wobei besagte erste Beschichtung (2), die durch chemische Umwandlungsphosphatierung gebildet ist, aus Manganphosphat besteht.3. Wear-resistant parts according to claim 1 or 2, wherein said first coating ( 2 ), which is formed by chemical conversion phosphating, consists of manganese phosphate. 4. Verschleißfeste Teile nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein durchschnittlicher Durchmesser besagter Partikel des festen Schmierstoffs (10, 31, 32) ab 1 bis 2 µm beträgt.4. Wear-resistant parts according to one of claims 1 to 3, wherein an average diameter of said particles of the solid lubricant ( 10 , 31 , 32 ) is from 1 to 2 µm. 5. Verschleißfeste Teile nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der feste Schmierstoff Molybdändisulfid ist.5. Wear-resistant parts according to one of claims 1 to 4, the solid lubricant being molybdenum disulfide. 6. Verschleißfeste Teile nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei sie in gleitenden Kontakt mit einer Aluminiumlegierung gebracht werden, die anodisch oxidiert sein kann. 6. Wear-resistant parts according to one of claims 1 to 5, being in sliding contact with an aluminum alloy brought, which can be anodized.   7. Verschleißfeste Teile nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei besagte erste Beschichtung (2) und besagte zweite Beschichtung (3) auf einer oberen und einer unteren Oberfläche eines Kolbenrings (8) ausgebildet sind, der in einem aus einer Aluminiumlegierung hergestellten Kolben (11) zu montieren ist.7. Wear-resistant parts according to one of claims 1 to 6, wherein said first coating ( 2 ) and said second coating ( 3 ) are formed on an upper and a lower surface of a piston ring ( 8 ) which in a piston made of an aluminum alloy ( 11 ) is to be assembled. 8. Verschleißfeste Teile nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei besagtes Trägermaterial (1) vor besagter chemischer Umwandlungsphosphatisierung einer Oberflächenbehandlung mit Titankolloid unterzogen wurde.8. Wear-resistant parts according to one of claims 2 to 7, wherein said carrier material ( 1 ) has been subjected to a surface treatment with titanium colloid before said chemical conversion phosphating. 9. Verschleißfeste Teile nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei besagte zweite Beschichtung (3) eine Stärke ab 3 bis 13 µm aufweist.9. Wear-resistant parts according to one of claims 4 to 8, wherein said second coating ( 3 ) has a thickness from 3 to 13 microns.
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