DE19908208B4

DE19908208B4 - Motorenbauteil mit Legierungsbeschichtung und seine Verwendung

Info

Publication number: DE19908208B4
Application number: DE19908208A
Authority: DE
Inventors: Kimihiko Toyota Ando; Akio Toyota Yasuda; Akira Toyota Manabe; Eiji Toyota Ito
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-02-25
Filing date: 1999-02-25
Publication date: 2004-05-06
Anticipated expiration: 2019-02-26
Also published as: DE19908208A1; JP2970670B1; JPH11310854A; GB9904017D0; GB2334725B; GB2334725A; US6248292B1

Abstract

Motorenbauteil, insbesondere Ventil, mit einer mittels Plasmaauftragsschweißung aufgetragenen Legierungsbeschichtung mit folgender Zusammensetzung:
20 bis 70 Gew.% Mo,
0,2 bis 3 Gew.% C,
5 bis 40 Gew.% Ni und
einen Rest aus Fe und unvermeidbaren Verunreinigungen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Motorenbauteil mit einer Legierungsbeschichtung und eine Verwendung.
Die 1A und 1B zeigen ein Motorventil 1 mit einer Ventilfläche 2, die gute Eigenschaften, welche Verschleißbeständigkeit, Schädigungsfreiheit, Wärmebeständigkeit und Wärmeschockbeständigkeit umfassen, über einen breiten Temperaturbereich von Raumtemperatur bis hin zu erhöhten Temperaturen besitzen muß. Die Bezeichnung "Schädigungsfreiheit" bedeutet, daß ein beschichtetes Teil einem Gegenstück, gegen das das beschichtete Teil stößt, keinen wesentlichen Schaden zufügt. Die Bezeichnung "Schädigungsvermögen" bedeutet die Intensität, mit der ein beschichtetes Teil ein Gegenstück beschädigt. Warmfeste Stähle, die im allgemeinen als Material für Motorventile verwendet werden, können diese Eigenschaften nicht zufriedenstellend bieten; daher werden die Ventilfächen mit Legierungen, die diese Eigenschaften besitzen, beschichte, um den Motorenventilen die erforderlichen Eigenschaften zu verleihen.
Im Betrieb eines Ottomotors bildet sich auf der Legierungsbeschichtung der Motorteile, wie z.B. eines Kolbenrings, einer Ventilfläche und eines Ventilsitzes, ein Verbrennungsprodukt, das den Verschleiß mindert, der andernfalls an diesen Teilen eintreten würde. Das Verbrennungsprodukt besteht im wesentlichen aus Oxiden der Legierungskomponenten der Legierungsbeschichtung und fungiert als ein Schutzfilm, der eine Feststoffschmierung vorsieht.
Dieselmotoren, die dünnflüssiges Öl als Brennstoff verwenden, und Motoren, die CNG (Druckerdgas, "compressed natural gas"), LPG (Flüssiggas, "liquefied petroleum gas") oder andere Gase als Brennstoff verwenden, schaffen jedoch eine Verbrennungsatmosphäre mit einem derart schlechten Oxidationsvermögen, daß sich an der Oberfläche der Motorteile kaum das im wesentlichen aus Oxiden bestehende Verbrennungsprodukt bildet.
Eine bekannte Lösung für das vorstehende Problem besteht in der Zugabe von Cr und/oder Mo in die Legierung, aus der die Teile von Dieselmotoren und Motoren, die CNG oder LPG als Brennstoff verwenden, bestehen, um die Bildung von Cr-Oxiden und/oder Mo-Oxiden an der Oberfläche der Legierung und die Schaffung einer Feststoffschmierung zu ermöglichen.

Die japanische Offenlegungsschrift (Kokai) Nr. 59-100263 A beispielsweise offenbart eine Eisenbasislegierung als ein Material zum thermischen Bespritzen der Kolben von Dieselmotoren; diese Legierung besteht aus 1 – 4 Gew.% C, 10 – 30 Gew.% Cr, 10 – 30 Gew.% Mo, 1 – 5 Gew.% Nb, 20 – 40 Gew.% Co, 2 – 15 Gew.% Ni und einem Rest aus Fe und unvermeidbaren Verunreinigungen.

Eine Stellitlegierung wird im allgemeinen als eine Legierung zum Beschichten der Ventilfläche der Motorventile von Motoren, die CNG oder LPG als Brennstoff verwenden, eingesetzt; diese Legierung besteht aus 1,2 Gew.% C, 29,8 Gew.% Cr, 0,01 Gew.% Mn, 1,35 Gew.% Si, 4,7 Gew.% W und einem Rest aus Co und unvermeidbaren Verunreinigungen.

Zur Herstellung verschleißfester Schichten insbesondere an Dichtelementen von Verbrennungskraftmaschinen, z. B. Kolbenringen, Lagerschalen, Dichtleisten, Dichtbolzen oder Dichtstreifen, durch ein thermisches Spritzverfahren insbesondere Plasmaspritzverfahren ist in der DE 2433814 A1 ein Pulvergemisch vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Molybdänpulver die Elemente Sauerstoff zu 0 bis 8,0 Gew.%, Stickstoff zu 0 bis 0,5 Gew.%, Kohlenstoff zu 0 bis 9,0 Gew.% und Wasserstoff zu 0 bis 0,5 Gew.% enthält, und dass dem Molybdänpulver 0,5 bis 45,0 Gew.% der Metalle Nickel, Kobalt, Eisen, Titan, Vanadium, Chrom, Aluminium, Wolfram, Tantal, Rhenium und/oder Zirkonium und optional weitere Elemente zugemischt sind.

Aus der EP 0659895 B1 ist ein Verbrennungsmotorventil mit einem Grundkörper, einem Kopf und einer am Kopf vorgesehenen Kontaktfläche gebildet aus einem Metallniederschlag bekannt, der sich aus 1,3 bis 2,0 Gew.% Kohlenstoff, 19 bis 23 Gew.% Chrom, 8 bis 11 Gew.% Molybdän, 17 bis 21 Gew.% Nickel, 6 bis 13 Gew.% Mangan, weniger als 0,5 Gew.% Silizium, weniger als 0,06 Gew.% Sauerstoff, einen Rest aus Eisen sowie unvermeidbaren Verunreinigungen zusammensetzt.

Des Weiteren offenbart die EP 0634245 B1 eine verschleißbeständige auf Eisen basierende austenitische Legierung für Bauteile gewerblicher Anlagen. Die Legierung besteht aus 38 bis 62 Gew.% Legierungselementen und einem Rest Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen. Die Legierungselemente bestehen aus 0,02 bis 0,80 Gew.% Kohlenstoff, 20,0 bis 30,0 Gew.% Chrom, 7,0 bis 9,0 Gew.% Nickel, 5,0 bis 9,0 Gew.% Molybdän, 3,0 bis 9,0 Gew.% Kobalt, 2,0 bis 3,0 Gew.% Silizium und 0,5 bis 3,0 Gew.% Mangan.

Motorenbauteile mit aus dem Stand der Technik bekannten Legierungsbeschichtungen besitzen jedoch weder die eingangs definierte Schädigungsfreiheit noch eine Verschleißbeständigkeit in zufriedenstellendem Maß; daher besteht Bedarf nach einem Motorenbauteil mit einer Legierungsbeschichtung, die eine größere Schädigungsfreiheit und eine höhere Verschleißbeständigkeit vorsieht.

Die vorliegende Erfindung hat daher die Aufgabe, ein Motorenbauteil mit einer Legierungsbeschichtung zu schaffen, die selbst in einer Verbrennungsatmosphäre mit einem geringen Oxidationsvermögen, wie z. B. in Dieselmotoren und Motoren, die CNG, LPG oder andere Gase als Brennstoff verwenden, die Bildung eines ausreichenden Oxidfilms ermöglicht, um eine zufriedenstellende Schädigungsfreiheit und eine zufriedenstellende Verschleißbeständigkeit vorzusehen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Motorenbauteil nach Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand abhängiger Ansprüche.

2 zeigt den Zusammenhang zwischen der Heiztemperatur und der prozentualen Gewichtszunahme infolge Oxidation von Pulverproben aus einfachem Mo, einfachem Cr, Mo-Karbid (Mo₂C) und Cr-Karbid (Cr₃C₂) durch Erhitzen unter Luft. Die Proben werden mit Sauerstoff in Verbindung gebracht oder oxidiert, wodurch Oxide gebildet werden, und nehmen an Gewicht zu, so daß die prozentuale Gewichtszunahme der Pulverprobe den Oxidationsgrad angibt.

Aus 2 ist ersichtlich, daß Pulverproben aus Mo bzw. Mo-Karbid prozentuale Gewichtszunahmen aufweisen, die mit einem Anstieg der Heiztemperatur ansteigen; dies zeigt, daß der Oxidationsgrad ansteigt. Die prozentuale Gewichtszunahme ist in erster Linie auf eine Zunahme der Mo-Oxidmenge zurückzuführen.

Pulverproben aus Cr bzw. Cr-Karbid zeigen prozentuale Gewichtszunahmen, die mit einem Anstieg der Heiztemperatur nur leicht ansteigen; dies zeigt, daß der Oxidationsgrad kaum ansteigt. Die prozentuale Gewichtszunahme ist in erster Linie auf eine Zunahme der Cr-Oxidmenge zurückzuführen; das Ergebnis zeigt, daß im wesentlichen kein Cr-Oxid entstanden ist.

Es wird davon ausgegangen, daß die Relation zwischen der Oxidationsgeschwindigkeit und der Diffusionsgeschwindigkeit einer Legierungskomponente für die Bildung eines Oxids an der Oberfläche einer Legierung durch Oxidation der Legierungskomponente wesentlich ist. Cr wird relativ leicht oxidiert, wodurch an der Oberfläche der Legierung ein Oxidfilm gebildet wird; jedoch ist die Diffusionsgeschwindigkeit von Cr in einer Legierung relativ niedrig. Die Oxidationsgeschwindigkeit von Cr ist wesentlich höher als die Diffusionsgeschwindigkeit von Cr, so daß das in der Nähe der Legierungsoberfläche vorhandene Cr selektiv oxidiert wird, wodurch an der Legierungsoberfläche eine dünne Cr-Oxidschicht gebildet wird. Die auf diese Weise gebildete Cr-Oxidschicht hat eine sehr dichte Struktur, wodurch der Eintritt von Sauerstoff von außerhalb unterdrückt wird. Es wird daher angenommen, daß die Oxidation von Cr mit einer Erhöhung der Heiztemperatur nicht mehr wesentlich vorangeht. Die dünne Cr-Oxidschicht bedeckt die Legierungsoberfläche, wodurch der Kontakt des darunter vorhandenen Cr mit Sauerstoff und zudem die Bildung von Cr-Oxid verhindert wird. Cr-Karbid hat eine Diffusionsgeschwindigkeit, die niedriger ist als die von Cr, wodurch die Oxidation des Cr-Karbids aus demselben Grund wie bei Cr ebenfalls unterdrückt wird.

Mo wird ebenfalls leicht oxidiert, wodurch an der Legierungsoberfläche ein Oxid gebildet wird; gleichzeitig ist auch die Diffusionsgeschwindigkeit von Mo in einer Legierung niedrig. Allerdings ist eine an der Legierungsoberfläche ausgebildete Mo-Oxidschicht nicht so dicht wie eine Cr-Oxidschicht und verhindert daher nicht den Eintritt von Sauerstoff von außerhalb. Selbst wenn das in der Nähe der Legierungsoberfläche vorhandene Mo oxidiert wird, wodurch an der Legierungsoberfläche eine dünne Mo-Oxidschicht gebildet wird, diffundiert daher Mo von innerhalb der Legierung zur Legierungsoberfläche und wird durch den über die dünne Mo-Oxidschicht in die Legierung eintretenden Sauerstoff oxidiert, so daß die Bildung von Mo-Oxid weitergeht. Die Diffusionsgeschwindigkeit von Mo-Karbid ist niedriger als die von Mo; jedoch ist der Unterschied in Bezug auf die Oxidationsgeschwindigkeit nicht so erheblich wie im Fall von Cr, so dass die Oxidation von Mo-Karbid wie im Fall von Mo mit einem Anstieg der Heiztemperatur weitergeht.

Cr-Oxid weist eine normale freie Bildungsenergie auf, die kleiner ist als die von Mo-Oxid, und wird leichter gebildet als letzteres. Wenn sowohl Mo als auch Cr vorhanden sind, werden daher Cr und Cr-Karbid vor der Oxidation von Mo und Mo-Karbid oxidiert und bilden eine dünne Cr-Oxidschicht an der Legierungsoberfläche, wodurch die weitere Bildung von Cr-Oxid und Mo-Oxid verhindert wird.

Wenn eine Legierung Cr enthält, wird somit eine dünne Cr-Oxidschicht an der Legierungsoberfläche gebildet, die die Legierungsoberfläche bedeckt und die weitere Bildung von Oxiden verhindert, so daß die gebildete Oxidmenge nicht ausreicht, um eine effektive Feststoffschmierung zum Zweck einer großen Schädigungsfreiheit und einer hohen Verschleißbeständigkeit vorzusehen.

Die vorliegende Erfindung basiert somit auf der neuen Erkenntnis, daß eine Legierungsbeschichtung, die entweder kein Cr oder nur einen geringen Cr-Anteil enthält, vorteilhafter zum Beschichten eines Motorenbauteils, z. B. eines Motorventils, von Dieselmotoren, die dünnflüssiges Öl als Brennstoff verwenden, von Motoren, die Druckerdgas (CNG) oder Flüssiggas (LPG) als Brennstoff verwenden, oder von anderen Motoren, bei denen das Oxidationsvermögen der Verbrennungsatmosphäre geringer ist als bei Ottomotoren, geeignet ist.

Ein Motorenbauteil mit einer Legierungsbeschichtung ohne Cr ist insbesondere für die Anwendungen von Vorteil, bei denen die Verbrennungsatmosphäre ein derart geringes Oxidationsvermögen aufweist, daß selbst das Vorhandensein von Cr in einer sehr geringen Menge die Bildung eines Oxidfilms an der Oberfläche der Legierungsbeschichtung im wesentlichen verhindern würde. Diesbezüglich sollte auch zur Kenntnis genommen werden, daß die Temperatur über das ganze Verbrennungsraumvolumen eines Motors nicht gleich ist und ein Bereich des Raums, in der die Temperatur relativ niedrig ist, auch einen Bereich darstellt, in dem die Verbrennungsatmosphäre ein geringes Oxidationsvermögen aufweist.

Ein geringer Cr-Anteil kann jedoch für Anwendungen von Vorteil sein, bei denen die Verbrennungsatmosphäre, der das Motorenbauteil ausgesetzt ist, ein im Vergleich zu vorstehendem Fall höheres Oxidationsvermögen besitzt und eine verhältnismäßig größere Oxidmenge gebildet wird. Ein Bereich des Motorverbrennungsraums, in dem die Temperatur relativ hoch ist, stellt auch einen Bereich dar, in dem die Verbrennungsatmosphäre ein relativ hohes Oxidationsvermögen besitzt. In diesem Fall steuert die Zugabe einer geeigneten Menge von Cr in eine Legierungsbeschichtung die Oxidmenge, die gebildet wird, und verhindert das Abblättern des Oxidfilms und den dadurch bedingten Verschleiß. Auf diese Weise läßt sich die Oxidmenge, die gebildet wird, in Abhängigkeit von der Temperatur der mit der Legierungsbeschichtung zu versehenen Motorenbauteile einstellen.

Mo bildet Mo-Karbid, wodurch die Verschleißbeständigkeit verbessert wird. Gleichzeitig ist Mo auch in fester Lösung bzw. als Mischkristall in einer Legierung vorhanden und wird zusammen mit dem Mo-Karbid oxidiert, so daß während des Betriebs des Motors Mo-Oxid gebildet wird und dadurch die Feststoffschmierung verbessert und die Schädigungsfreiheit vergrößert werden. Mo muß in einer Menge von 20 Gew.% oder mehr vorhanden sein, um die feste Lösung bzw. den Mischkristall und die größere Schädigungsfreiheit vorzusehen.

Wenn der Mo-Anteil jedoch zu hoch ist, bildet sich eine große Mo-Karbidmenge und die Legierungsbeschichtung weist eine übermäßig hohe Härte auf, was eine stärkere Beschädigung eines Gegenstücks zur Folge hat. Darüber hinaus senkt die Zugabe von Mo den thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Legierung insgesamt und vergrößert die thermische Ausdehnungsdifferenz zwischen dem Grundmetall und der Legierungsbeschichtung, wodurch das Eintreten von Rissen bei hohen Temperaturen erleichtert wird, wenn ein bestimmter Grundbereich verlassen wird. Daher wird die obere Grenze für den Mo-Anteil auf 70 Gew.% festgelegt.

C reagiert mit Mo, wodurch Mo-Karbid gebildet wird, und trägt sowohl in fester Lösung bzw. als Mischkristall mit freiem Kohlenstoff zu einer Verbesserung der Härte der Legierungsbeschichtung bei, wodurch die Verschleißbeständigkeit verbessert wird. Dieser Effekt wird nicht erhalten, wenn der C-Anteil kleiner ist als 0,5 Gew.% und andererseits eine Legierungsbeschichtung eine übermäßig hohe Härte aufweist, was zu einer stärkeren Beschädigung eines Gegenstücks führt. Daher wird der C-Anteil auf 0,2 – 3 Gew.% festgelegt.

Ni bewirkt dagegen eine Verfestigung einer Legierung durch den Mischkristallverfestigungsmechanismus und vergrößert andererseits die Menge der austentitischen Phase, was eine größere Mo-Mischkristallmenge bewirkt, wodurch die Schädigungsfreiheit größer wird. Wenn das Grundmetall austenitisch ist, bewirkt die Erhöhung der Austenitphasenmenge durch Zugabe von Ni eine Reduzierung der thermischen Expansionsdifferenz zwischen dem Grundmetall und der Legierungsbeschichtung, wodurch die Möglichkeit der Entstehung von Rissen bei hohen Temperaturen eingeschränkt wird. Wenn der Ni-Anteil jedoch übermäßig hoch ist, besteht die Legierungsbeschichtung aus einer einzigen Austenitphase und die Zugabe von Ni bedeutet keine weitere Verbesserung, sondern trägt nur zu höheren Materialkosten bei. Daher wird der Ni-Anteil auf 5 – 40 Gew.% festgelegt.

Mn ist nicht erfindungswesentlich, bewirkt jedoch ähnlich zu Ni vorteilhafterweise eine Mischkristallverfestigung und erhöht die Austenitphasenmenge. Daher ist es für die Praxis empfehlenswert, einen Teil des teuren Ni durch das kostengünstige Mn zu ersetzen. Mn hat ebenfalls einen reduzierenden und entschwefelnden Effekt. Das Vorhandensein einer übermäßigen Sauerstoffmenge in einem Legierungspulver bewirkt die Bildung einer Schlacke auf der Legierungsschmelze während des Beschichtungsvorgangs, wodurch die Schweißbarkeit beinträchtigt wird; in diesem Fall sind in einer Legierungsbeschichtung zum Zweck der Reduzierung vorzugsweise 0,01 Gew.% oder mehr Mn vorhanden. Mn erhöht jedoch den thermischen Expansionskoeffizienten einer Legierung; wenn das Grundmetall austenitisch ist, erhöht eine übermäßige Mn-Menge die thermische Expansionsdifferenz zwischen dem Grundmetall und der Legierungsbeschichtung, wodurch die Entstehung von Rissen während der Beschichtung oder des Schweißens erleichtert wird. Daher muß der Mn-Anteil bei 20 Gew.% oder weniger liegen.

Co ist nicht erfindungswesentlich, bewirkt jedoch ähnlich wie Ni vorteilhafterweise eine Mischkristallverfestigung sowie eine größere Menge der austenitischen Phase. Co ist effektiver als Ni in Bezug auf die Mischkristallverfestigung. Daher kann ein Teil des Ni durch Co ersetzt werden, wenn die Mischkristallverfestigung besonders erwünscht ist. In einem Bereich des Motorverbrennungsraums, in dem die Temperatur höher ist als in anderen Bereichen, ist die Mischkristallverfestigung stabiler als die Dispersionsverfestigung durch Karbide oder andere Partikel und es wird vorteilhafterweise von der Zugabe von Co Gebrauch gemacht. Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß das Vorhandensein eines übermäßigen Co- Anteils die Bildung von Gasblasen während des Schweißens erleichtert. Daher ist Co in einer Menge von nicht mehr als 30 Gew.% vorhanden.

Der Cr-Anteil muß aus den folgenden Gründen auf eine kleine Menge beschränkt sein. Wie es vorstehend beschrieben wurde, bildet das in der Legierungsbeschichtung enthaltende Cr in einer Atmosphäre mit einem geringen Oxidationsvermögen eine dünne Oxidschicht, die die Oberfläche der Legierungsbeschichtung bedeckt, wodurch eine weitere Oxidation verhindert wird.

Ein Motorverbrennungsraum enthält jedoch auch Bereiche, in denen die Atmosphärentemperatur verhältnismäßig derart hoch ist, daß, wenn überhaupt kein Cr vorhanden ist, gelegentlich eine übermäßige Oxidmenge gebildet wird, was ein Abblättern der Oxidschicht und als Resultat einen Verschleiß bewirkt. In diesen Fällen wird der Oxidationsverhinderungseffekt von Cr durch die Zugabe eines geeigneten Cr-Anteils in eine Legierungsbeschichtung umgekehrt ausgenutzt, um die Oxidmenge, die gebildet wird, zu reduzieren. Bei einem übermäßigen Cr-Anteil verhindert der Oxidationsverhinderungseffekt von Cr oder Cr-Oxid, wie erwähnt, jedoch die Bildung eines effektiven Oxidanteils; daher muß der Cr-Anteil bei 10 Gew.% oder weniger liegen. Die Begrenzung des Cr-Anteils in diesem Bereich gewährleistet vorteilhafterweise zudem eine Festigkeit der Legierungsbeschichtung.

Si ist vorzugsweise vorhanden, da es die Bindung zwischen einer Oxidschicht und einem Grundmetall verbessert und insbesondere dann, wenn eine Legierungsbeschichtung auf Motorenbauteilen aufgetragen ist, die hohen Temperaturen ausgesetzt sind, das Ablättern einer dicken Oxidschicht verhindert. Si wird vorteilhafterweise auch verwendet, um durch die Oxidschicht eine Feststoffschmierung zu gewährleisten, wenn die Legierungsbeschichtung auf Motorenbauteilen aufgetragen ist, die niedrigen Temperaturen ausgesetzt sind. Si ermöglicht somit ein größeres Anwendungsgebiet. Um eine bessere Bindung zu schaffen, muß Si in einem Anteil von 0,1 Gew.% oder mehr vorhanden sein. Jedoch darf der Si-Anteil nicht mehr als 4 Gew.% betragen, da ein übermäßiger Si-Anteil die Festigkeit der Legierungsbeschichtung senkt.

Nb ist vorzugsweise vorhanden, da es Nb-Karbid bildet, das härter und feiner ist als Mo-Karbid, wodurch eine bessere Verschleißbeständigkeit erzielt wird, während gleichzeitig die Schädigungsfreiheit beibehalten wird. Nb-Karbid wird leichter gebildet oder weist eine kleinere freie Bildungsenergie auf als Mo-Karbid, so daß Nb vorzugsweise ein Karbid bildet, während Mo als Mischkristall vorliegt, wodurch eine größere Mo-Mischkristallmenge vorhanden ist, die die Bildung eines höheren Mo-Oxidanteils während des Betriebs eines derart beschichteten Motorenbauteils ermöglicht, was das Mischkristall fördert. Um den vorstehend erwähnten Effekt zu erhalten, muß Nb in einem Anteil von 1 Gew.% oder mehr vorhanden sein. Jedoch darf der Nb-Anteil nicht mehr als 15 Gew.% betragen, da ein übermäßiger Nb-Anteil die Festigkeit der Legierungsbeschichtung senkt.

Ti und V können verwendet werden, um einen Effekt vorzusehen, der dem ähnlich ist, wie er durch Nb erhalten wird. In diesem Fall können Nb, Ti und/oder V in einem Anteil von 1 bis 15 Gew.% im Ganzen vorhanden sein.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die 1A und 1B sind Schnittansichten eines Körpers (1A) und eines Kopfs (1B) eines erfindungsgemäßen Motorventils;

2 ist ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen der Heiztemperatur und der prozentualen Gewichtszunahme während der Oxidation eines einfachen Mo, eines Mo-Karbids, eines einfachen Cr und eines Cr-Karbids zeigt;

3 ist eine Schnittansicht einer Vorrichtung zum Prüfen des Schädigungsvermögens und der Verschleißbeständigkeit;

4 ist ein Diagramm, das die Ventilvorsprünge nach einer Beständigkeitsprüfung der Beispiele Nr. 1 und Nr. 5 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Vergleich zum Vergleichsbeispiel Nr. 9 zeigt;

5 ist ein Diagramm, das die Ventilsitzstoßbreite nach einer Beständigkeitsprüfung der Beispiele Nr. 1 und Nr. 5 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Vergleich zum Vergleichsbeispiel Nr. 9 zeigt;

6 ist ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen der Heiztemperatur und der prozentualen Gewichtszunahme während der Oxidation des Beispiels Nr. 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung und dem Vergleichsbeispiel Nr. 9 zeigt;

7 ist ein Mikrophoto bei 400-facher Vergrößerung, das die Mikrostruktur der unter Verwendung des Beispiels Nr. 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung gebildeten Legierungsbeschichtung 4 vor einer Beständigkeitsprüfung zeigt;

8 ist ein Mikrophoto bei 400-facher Vergrößerung, das die Mikrostruktur, der unter Verwendung des Vergleichsbeispiels Nr. 9 gebildeten Legierungsbeschichtung 4 im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung vor einer Beständigkeitsprüfung zeigt;

9 ist ein Mikrophoto bei 400-facher Vergrößerung, das die Mikrostruktur der unter Verwendung des Beispiels Nr. 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung gebildeten Legierungsbeschichtung 4 nach einer Beständigkeitsprüfung zeigt;

10 ist ein Mikrophoto bei 400-facher Vergrößerung, das die Mikrostruktur der unter Verwendung des Vergleichsbeispiels Nr. 9 im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung gebildeten Legierungsbeschichtung 4 nach einer Beständigkeitsprüfung zeigt;

11 ist ein Diagramm, das die Ventilvorsprünge für die Beispiele Nr. 1, Nr. 10 und Nr. 16 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung nach einer Beständigkeitsprüfung zeigt;

12 ist ein Diagramm, das die Ventilsitzstoßbreite für die Beispiele Nr. 1, Nr. 10 und Nr. 16 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung nach einer Beständigkeitsprüfung zeigt;

13 ist ein Mikrophoto bei 400-facher Vergrößerung, das die Mikrostruktur der unter Verwendung des Beispiels Nr. 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung gebildeten Legierungsbeschichtung 4 vor einer Beständigkeitsprüfung zeigt;

14 ist ein Mikrophoto bei 400-facher Vergrößerung, das die Mikrostruktur der unter Verwendung des Beispiels Nr. 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung gebildeten Legierungsbeschichtung 4 nach einer Beständigkeitsprüfung zeigt;

15 ist ein Mikrophoto bei 400-facher Vergrößerung, das die Mikrostruktur der unter Verwendung des Vergleichsbeispiels Nr. 12 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung gebildeten Legierungsbeschichtung 4 nach einer Beständigkeitsprüfung zeigt; und

16 ist ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen der Heiztemperatur und der prozentualen Gewichtszunahme während der Oxidation der Beispiele Nr. 1 und Nr. 10 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung und des Vergleichsbeispiels Nr. 12 zeigt.

Beispiel 1
Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem kein Cr verwendet wird, wurden Legierungsbeschichtungen mit den in Tabelle 1 als Beispiele Nr. 1 bis Nr. 12 zusammengefaßten chemischen Zusammensetzungen geschmolzen und unter Verwendung eines Inertgases gaszerstäubt, um Legierungspulver herzustellen, die anschließend über den Bereich von 44 bis 180 um hinweg klassifiziert wurden.
Zum Vergleich wurden in derselben Art und Weise, wie vorstehend erwähnt, Legierungsbeschichtungen mit den in Tabelle 1 als Vergleichsbeispiele Nr. 1 bis 9 zusammengefaßten chemischen Zusammensetzungen außerhalb des erfindungsgemäßen Bereichs vorbereitet. Tabelle 1
Prüfbedingungen
Unter Verwendung der vorbereiteten Legierungspulver wurde bei einem Strom von 90 A und einer Schweißgeschwindigkeit von 5 mm/s eine Plasmaschweißung durchgeführt, um auf einer Ventilfläche 2 eines Motorventils 1, das aus einem austenitischen wärmebeständigen Stahls (JIS SUH35) hergestellt ist und den in 1 gezeigten Aufbau aufweist, eine Legierungsbeschichtung 4 auszubilden. Zur Bewertung der Eigenschaften der Legierungsbeschichtungen wurden die folgenden Prüfungen durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengefaßt. Tabelle 2
Schweißbarkeit
Bei der vorstehend erwähnten Plasmabeschichtungsschweißung wurde die Schweißbarkeit in vier Graden in Bezug auf die Schweißraupenform, Risse in der Schweißzone, etc. bewertet. In Tabelle 2 bedeuten höhere Ziffern bessere Eigenschaften, wie z.B. daß der Schweißbereich ein gleichmäßigeres Erscheinungsbild mit wenigen oder keinen Gasblasen und unverschweißten Hohlräumen und einem vollständig festen Querschnitt aufweist.
Schädigungsvermögen und Verschleißbeständigkeit
Die Legierungsbeschichtungen wurden auf die Schädigungsfreiheit und die Verschleißbeständigkeit hin überprüft, wozu die in 3 gezeigte Prüfvorrichtung verwendet wurde. Ein Propangasbrenner 5 wurde als eine Heizvorrichtung verwendet, die eine Propangasverbrennungsatmosphäre erzeugte, die die Gleitkontakttrennfläche zwischen der mit der Legierungsbeschichtung versehenen Ventilfläche 2 und dem aus einem Eisenbasissintermaterial bestehenden Ventilsitz 3 umschließt. Unter der Bedingung, daß die Temperatur des Ventilsitzes 3 auf 300°C geregelt wurde, eine Feder 6 verwendet wurde, um bei einem Kontakt der Ventilfläche 2 und des Ventilsitzes 3 eine Last von 18 kgf auf die Trennfläche aufzubringen, und die Ventilfläche 2 und der Ventilsitz 3 mit einer Geschwindigkeit von 2000 mal/min über eine Dauer von 8 Stunden miteinander in Kontakt gebracht wurden, wurde eine Verschleißprüfung durchgeführt. Nach der Verschleißprüfung wurde die Zunahme der Stoßbreite des Ventilsitzes 3 gemessen, um das Schädigungsvermögen der Legierungsbeschichtung zu bewerten, und die Verschleißtiefe der Ventilfläche 2 gemessen, um die Verschleißbeständigkeit der Legierungsbeschichtung zu bewerten.
Die Bezeichnung "Zunahme der Stoßbreite des Ventilsitzes" bedeutet in diesem Zusammenhang die durch den Verschleiß des Ventilsitzes infolge des wiederholten Kontakts mit der Ventilfläche bedingte Zunahme der Breite der die Ventilfläche kontaktierenden Fläche des Ventilsitzes.
Die Bezeichnung "Verschleißtiefe der Ventilfläche" bedeutet in diesem Zusammenhang die Tiefe, auf die die Fläche der den Ventilsitz kontaktierenden Ventilfläche durch den wiederholten Kontakt mit dem Ventilsitz verschlissen ist.
Wärmeschockbeständigkeit
Die Motorventile 1 mit der Legierungsbeschichtung 4 wurden in einem Brennofen auf 900°C erhitzt und in diesem auf Raumtemperatur abgekühlt. Anschließend wurde die Legierungsbeschichtung auf Risse untersucht.
Zusammenfassung der Bewertung
In den Beispielen Nr. 1 bis Nr. 12, in denen die Motorventile mit den Legierungsbeschichtungen mit den chemischen Zusammensetzungen in dem festgegelegten erfindungsgemäßen Bereich hergestellt wurden, weist die Legierungsbeschichtung, wie es aus Tabelle 2 ersichtlich ist, eine gute Schweißbarkeit, eine große Schädigungsfreiheit, eine gute Verschleißbeständigkeit sowie eine gute Wärmeschockbeständigkeit auf.
Im Vergleichsbeispiel Nr. 9 wurde die Legierungsbeschichtung unter Verwendung einer herkömmlichen Stellitlegierung hergestellt und weist eine geringe Schädigungsfreiheit sowie eine schlechte Verschleißbeständigkeit auf, wenngleich die Schweißbarkeit und Wärmeschockbeständigkeit akzeptabel waren.
In den Vergleichsbeispielen Nr. 7 und Nr. 8 wurde die Legierungsbeschichtung unter Verwendung einer Eisenbasislegierung mit Cr und Mo hergestellt und weist eine geringe Schädigungsfreiheit sowie eine schlechte Schweißbarkeit auf.
Diese Ergebnisse zeigen, daß Cr-Oxid in einer Propangasverbrennungsatmosphäre keine gute Feststoffschmierung vorsieht, und daß eine Erhöhung des Cr-Anteils eine Verfestigung der Legierungsbeschichtung bewirkt, was zu einem nachteiligen Effekt in Bezug auf die Schädigungsfreiheit und die Schweißbarkeit führt.
Auch die Vergleichsbeispiele Nr. 1 bis Nr. 6 zeigen, daß die Schweißbarkeit, die Schädigungsfreiheit, die Verschleißbeständigkeit und/oder die Wärmeschockbeständigkeit schlecht bzw. gering sind/ist, wenn die Legierungsbeschichtung eine chemische Zusammensetzung außerhalb des erfindungsgemäßen Bereichs aufweist.
Im Vergleichsbeispiel Nr. 1 ist der Mo-Anteil größer als der erfindungsgemäße Bereich, so daß die Legierungsbeschichtung eine übermäßige Mo-Karbidmenge enthält, was zu einer erhöhten Festigkeit führt, sowie eine geringe Schädigungsfreiheit und eine schlechte Wärmebeständigkeit aufweist.
Im Vergleichsbeispiel Nr. 2 ist der Mo-Anteil geringer als der erfindungsgemäße Bereich und die Legierungsbeschichtung sieht aufgrund des Mo-Oxids keine gute Feststoffschmierung vor und besitzt eine geringe Schädigungsfreiheit.
Im Vergleichsbeispiel Nr. 3 ist der C-Anteil größer als der erfindungsgemäße Bereich, so daß die Legierungsbeschichtung eine übermäßige C-Menge enthält, was zu einer erhöhten Härte führt, und eine geringe Schädigungsfreiheit besitzt.
Im Vergleichsbeispiel Nr. 4 ist der C-Anteil geringer als der erfindungsgemäße Bereich, so daß die Legierungsbeschichtung eine unzureichende Mo-Karbidmenge enthält, was zu einer verminderten Festigkeit und einer schlechten Verschleißbeständigkeit führt.
Im Vergleichsbeispiel Nr. 5 ist der Ni-Anteil geringer als der erfindungsgemäße Bereich, so daß die Legierungsbeschichtung unvollständig austenitisiert ist und eine schlechte Wärmeschockbeständigkeit und eine geringe Schädigungsfreiheit besitzt.
Im Vergleichsbeispiel Nr. 6 ist der Mn-Anteil größer als der erfindungsgemäße Bereich, so daß während des Schweißens Risse auftraten und die Schweißbarkeit schlecht ist.
Die Beispiele Nr. 1 und Nr. 5, die eine mit der erfindungsgemäßen Legierungsbeschichtung versehene Ventilfläche 2 aufweisen, und das Vergleichsbeispiel Nr. 9, das eine mit der herkömmlichen Stellitlegierung beschichtete Ventilfläche 2 aufweist, wurden jeweils als ein Auslaßventil eines Motors, der LPG-Gas als Brennstoff verwendet und einen Hubraum von 2700 cm³ hat, eingesetzt. Nach einer Beständigkeitsprüfung über 150 Stunden wurden der Motorventilvorsprung und die Zunahme der Ventilsitzstoßbreite gemessen. Die Bezeichnung "Motorventilvorsprung" bedeutet eine Auswärtsverschiebung (einen Vorsprung) der Ventilposition beim Schließen des Ventils gegenüber der ursprünglichen Stellung bedingt durch den Ventilflächenverschleiß (was mit der Verschleißbeständigkeit in Zusammenhang steht) und den Ventilsitzverschleiß (was mit der Schädigungsfreiheit in Zusammenhang steht).
Die Ergebnisse sind in den 4 und 5 zusammengefaßt, aus denen ersichtlich ist, daß die Beispiele Nr. 1 und Nr. 5 der Erfindung, wenn sie als ein Auslaßventil eines Motors, der LPG-Gas als Brennstoff verwendet, eine geringere Zunahme der Ventilsitzstoßbreite sowie einen geringeren Ventilvorsprung aufweisen, was eine größere Schädigungsfreiheit und eine bessere Veschleißbeständigkeit gegenüber dem Vergleichsbeispiel Nr. 9 angibt.
6 zeigt den Zusammenhang zwischen der Heiztemperatur und der prozentualen Gewichtszunahme für das Beispiel Nr. 1 und das Vergleichsbeispiel Nr. 9 infolge Oxidation durch Erhitzen unter Luft. wenn die Legierungskomponenten in einer Legierung mit Sauerstoff in Verbindung geberacht werden, wodurch Oxide enstehen, nimmt das Gesamtgewicht der Legierung zu; es wird daher davon ausgegangen, daß die prozentuale Gewichtszunahme den Grad repräsentiert, bis zu dem die Oxidation fortgeschritten ist.
Im Vergleich der prozentualen Gewichtszunahme des Beispiels Nr. 1 mit derjenigen des Vergleichsbeispiels Nr. 9 nimmt das Gewicht des Beispiels Nr. 1 mit steigender Temperatur zu, was darauf hindeutet, daß das (die) Legierungselement (e) des Beispiels Nr. 1 mit steigender Temperatur progressiv oxidiert wird (werden), wohingegen das Vergleichsbeispiel Nr. 9 mit steigender Temperatur eine geringe Gewichtszunahme zeigt, was bedeutet, daß das (die) Legierungselement (e) des Vergleichsbeispiels Nr. 9 nicht wesentlich oxidiert wird (werden).
Die 7 und 8 zeigen die Mikrostrukturen der Legierungsbeschichtungen des Beispiels Nr. 1 bzw. des Vergleichsbeispiels Nr. 9 in einem nicht den Ventilsitz kontaktierenden Kernbereich für den Zustand vor der Beständigkeitsprüfung; die 9 und 10 zeigen jeweils den Zustand nach der Beständigkeitsprüfung.
In den 7 bis 10 ist im Beispiel Nr. 1 ein dunkelgrauer Bereich A eine harte Phase aus Mo-Karbid und ein heller Bereich B eine Metallmatrix; im Vergleichsbeispiel Nr. 9 ist ein grauer Bereich C eine harte Phase aus Cr-Karbid oder W-Karbid und ein heller Bereich D eine Metallmatrix.
Beim Vergleich der 9 und 10 wird im Vergleichsbeispiel Nr. 9 von 10 nach der Beständigkeitsprüfung keine Änderung der Mikrostruktur beobachtet, während im Beispiel Nr. 1 von 9 im Bereich E der Metallmatrix eine deutliche Änderung beobachtet wird.
Dann wurden die Anteile der in der Oberfläche der Ventilfläche nach der Beständigkeitsprüfung vorhandenen Atome mittels EPMA ("electron probe microanalysis") studiert; es zeigte sich, daß im Beispiel Nr. 1 Sauerstoffatome in einem Anteil von etwa 30% und im Vergleichsbeispiel Nr. 9 Sauerstoffatome in einem kleinen Anteil vor etwa 15% vorhanden sind.
Dieses Ergebnis zeigt, daß sich im Beispiel Nr. 1 von 9 die Mikrostruktur infolge Oxidation geändert hat, und daß das Beispiel Nr. 1 die Bildung eines festschmierenden Mo-Oxids durch Oxidation von Mo und Mo-Karbid in der Legierungsbeschichtung selbst in einer schwach oxidierenden Atmosphäre von Motoren, die Gas als Brennstoff verwenden, ermöglicht. Im Vergleichsbeispiel Nr. 9 weist der kleinere Anteil an Sauerstoffatomen auf eine schwächere Oxidbildung hin.
Beispiel 2
Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem Cr verwendet wird, wurden Legierungsbeschichtungen mit den in Tabelle 3 als Beispiele Nr. 1 bis Nr. 16 zusammengefaßten chemischen Zusammensetzungen geschmolzen und unter Verwendung eines Inertgases gaszerstäubt, um Legierungspulver herzustellen, die anschließend über einen Bereich von 44 bis 180 μm hinweg klassifiziert wurden.
Zum Vergleich wurden in derselben Art und Weise, wie vorstehend erwähnt, Legierungsbeschichtungen mit den in Tabelle 3 als Vergleichsbeispiele Nr. 1 bis 13 zusammengefaßten chemischen Zusammensetzungen außerhalb des erfindunsgemäßen Bereichs vorbereitet. Die Vergleichsbeispiele Nr. 1 bis Nr. 11 enthalten dieselben Legierungselemente wie die erfindungsgemäßen Beispiele, wobei jedoch jeweils eines der Legierungselemente in einem Anteil außerhalb des erfindungsgemäßen Bereichs vorhanden ist. Die Vergleichsbeispiele Nr. 12 und Nr. 13 sind eine herkömmliche Stellitlegierung bzw. Tribaloy^®. Tabelle 3
Prüfbedingungen
Unter Verwendung der vorbereiteten Legierungspulver wurde in derselben Art und Weise wie im Beispiel 1 eine Plasmaschweißung und Prüfungen durchgeführt, mit der Ausnahme, daß das Schädigungsvermögen und die Verschleißbeständigkeit bei zwei Ventilsitztemperaturen von 200°C und 300°C und die Wärmeschockbeständigkeit bei einer Brennraumtemperatur von 900°C geprüft wurden. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 zusammengefaßt. Tabelle 4
Zusammenfassung der Bewertung
In den Beispielen Nr. 1 bis Nr. 16, in denen die Legierungsbeschichtungen mit den chemischen Zusammensetzungen in dem festgegelegten erfindungsgemäßen Bereich hergestellt wurden, weist die Legierungsbeschichtung, wie es aus Tabelle 2 ersichtlich ist, eine gute Schweißbarkeit, eine große Schädigungsfreiheit, eine gute Verschleißbeständigkeit sowie eine gute wärmeschockbeständigkeit auf.
Im Vergleichsbeispiel Nr. 12 wurde die Legierungsbeschichtung unter Verwendung der herkömmlichen Stellitlegierung hergestellt und weist eine geringe Schädigungsfreiheit sowie eine schlechte Verschleißbeständigkeit auf, wenngleich die Schweißbarkeit und Wärmeschockbeständigkeit akzeptabel sind.
Im Vergleichsbeispiel Nr. 13 wurde die Legierungsbeschichtung unter Verwendung der herkömmlichen Tribaloy^® hergestellt und weist eine schlechte Wärmeschockbeständigkeit auf, wenngleich die Schweißbarkeit, die Schädigungsfreiheit und die Verschleißbeständigkeit akzeptabel sind.
Das Vergleichsbeispiel Nr. 1 enthält weniger Mo als der erfindungsgemäße Bereich und weist eine geringe Schädigungsfreiheit auf.
Das Vergleichsbeispiel Nr. 2 enthält mehr Mo als der erfindungsgemäße Bereich und weist eine geringe Schädigungsfreiheit sowie eine schlechte Wärmeschockbeständigkeit auf.
Das Vergleichsbeispiel Nr. 3 enthält kein C und weist eine schlechte Verschleißbeständigkeit auf.
Das Vergleichsbeispiel Nr. 4 enthält mehr C als der erfindungsgemäße Bereich und weist eine geringe Schädigungsfreiheit auf.
Das Vergleichsbeispiel Nr. 5 enthält weniger Ni als der erfindungsgemäße Bereich und weist eine schlechte Wärmeschockbeständigkeit sowie eine geringe Schädigungsfreiheit auf .
Das Vergleichsbeispiel Nr. 6 enthält mehr Mn als der erfindungsgemäße Bereich und weist eine schlechte Schweißbarkeit auf.
Das Vergleichsbeispiel Nr. 7 enthält mehr Co als der erfindungsgemäße Bereich und weist eine schlechte Schweißbarkeit auf.
In Bezug auf den Cr-Anteil zeigt der Vergleich der erfindungsgemäßen Beispiele, daß das Beispiel Nr. 1, das einen größeren Cr-Anteil enthält, eine Schädigungsfreiheit und eine Verschleißbeständigkeit aufweist, die bei einer niedrigeren Prüftemperatur von 200°C höher bzw. besser, bei einer höheren Prüftemperatur von 300°C jedoch geringer bzw. schlechter sind als das Beispiel Nr. 10.
Das Vergleichsbeispiel Nr. 8 enthält dagegen mehr Cr als der erfindungsgemäße Bereich und weist eine geringe Schädigungsfreiheit, eine schlechte Verschleißbeständigkeit und eine schlechte Schweißbarkeit sowohl bei niedrigeren als auch höheren Prüftemperaturen auf.
Das Vergleichsbeispiel Nr. 9 enthält weniger Si als der erfindungsgemäße Bereich und weist eine schlechte Verschleißbeständigkeit und eine geringe Schädigungsfreiheit auf .
Das Vergleichsbeispiel Nr. 10 enthält mehr Si als der erfindungsgemäße Bereich und weist eine schlechte Schweißbarkeit auf.
Das Vergleichsbeispiel Nr. 11 enthält mehr Nb als der erfindungsgemäße Bereich und weist eine schlechte Schweißbarkeit auf.
Beständigkeitsprüfung
Die Beispiele Nr. 1, Nr. 10 und Nr. 16, die eine mit der erfindungsgemäßen Legierung beschichtete Ventilfläche 2 aufweisen, und die Vergleichsbeispiele Nr. 12 und Nr. 13, die ein mit der herkömmlichen Stellitlegierung bzw. der herkömmlichen Tribaloy^® beschichtete Ventilfläche 2 aufweisen, wurden jeweils als ein Auslaßventil eines Motors, der CNG-Gas als Brennstoff verwendet und einen Hubraum von 2200 cm³ hat, eingesetzt. Nach einer Beständigkeitsprüfung über 180 Stunden wurden der Motorventilvorsprung und die Zunahme der Ventilsitzstoßbreite gemessen. Die Bezeichnung "Motorventilvorsprung" bedeutet eine Auswärtsverlagerung (einen Vorsprung) der Ventilstellung beim Schließen des Ventils gegenüber der ursprünglichen Stellung bedingt durch den Ventilflächenverschleiß (was mit der Verschleißbeständigkeit in Zusammenhang steht) und den Ventilsitzverschleiß (was mit der Schädigungsfreiheit in Zusammenhang steht).
Die Ergebnisse sind in den 11 und 12 zusammengefaßt, aus denen ersichtlich ist, daß die Beispiele Nr. 1, Nr. 10 und Nr. 16 der Erfindung, wenn sie als ein Auslaßventil eines Motors, der CNG-Gas als Brennstoff verwendet, eingesetzt werden, eine geringere Zunahme der Ventilstoßbreite sowie einen geringeren Ventilvorsprung aufweisen, was auf eine größere Schädigungsfreiheit und eine bessere Veschleißbeständigkeit gegenüber dem Vergleichsbeispiel Nr. 12 hindeutet. Im Vergleichsbeispiel Nr. 13, das die Tribaloy ^® verwendet, weist die Legierungsbeschichtung 4 Risse auf. Diese sind darauf zurückzuführen, daß die Tribaloy^® des Vergleichsbeispiels Nr. 13 eine extrem hohe Härte von HV 660 aufwies, während die Beispiele Nr. 1, Nr. 10 und Nr. 16 und das Vergleichsbeispiel Nr. 12 eine Härte von HV 480, HV 450, HV 500 bzw. HV 450 aufwiesen.
Ein Vergleich der erfindungsgemäßen Beispiele zeigt, daß das Beispiel Nr. 1, das einen größeren Cr-Anteil enthält, eine geringere Zunahme der Ventilsitzstoßbreite und einen geringeren Ventilvorsprung zeigt als das Beispiel Nr. 10, was auf eine größere Schädigungsfreiheit sowie eine bessere Verschleißbeständigkeit hindeutet. Das Beispiel Nr. 16, das Nb enthält, weist einen noch geringeren Ventilvorsprung auf.
Die 13 und 8 (dieselbe wie im Vergleichsbeispiel Nr. 9 im Beispiel 1) zeigen die Mikrostrukturen der Legierungsbeschichtungen des Beispiels Nr. 1 bzw. des Vergleichsbeispiels Nr. 12 in einem nicht den Ventilsitz kontaktierenden Kernbereich für den Zustand vor der Beständigkeitsprüfung; die 14 und 15 zeigen jeweils den Zustand nach der Beständigkeitsprüfung.
In den 13, 8, 14 und 15 ist im Beispiel Nr. 1 ein dunkelgrauer Bereich A eine harte Phase aus Mo-Karbid und ein heller Bereich B eine Metallmatrix; im Vergleichsbeispiel Nr. 12 ist ein grauer Bereich C eine harte Phase aus Cr-Karbid oder W-Karbid und ein heller Bereich D eine Metallmatrix.
Beim Vergleich der 14 und 15 wird im Vergleichsbeispiel Nr. 12 von 15 nach der Beständigkeitsprüfung keine Änderung der Mikrostruktur beobachtet, während im Beispiel Nr. 1 von 14 im Bereich E der Metallmatrix eine deutliche Änderung beobachtet wird.
Dann wurden die Anteile der in der Oberfläche der Ventilfläche nach der Beständigkeitsprüfung vorhandenen Atome mittels EPMA studiert; es zeigte sich, daß im Beispiel Nr. 1 Sauerstoffatome in einem Anteil von etwa 20% und im Vergleichsbeispiel Nr. 12 Sauerstoffatome in einem kleinen Anteil von etwa 10% vorhanden sind. Im Beispiel Nr. 1 wurden daher mehr Oxide gebildet als im Vergleichsbeispiel Nr. 12. Das Beispiel Nr. 10 enthält weniger Cr als das Beispiel Nr 1 und weist einen höheren Oxidanteil auf, wenngleich es einen größeren Ventilvorsprung zeigt. Der Grund dafür liegt wahrscheinlich in einem übermäßigen Oxidanteil.
16 zeigt den Zusammenhang zwischen der Heiztemperatur und der prozentualen Gewichtszunahme der Legierungspulver der Beispiele Nr. 1 und Nr. 10 und des Vergleichsbeispiels Nr. 12 infolge Oxidation durch Erhitzen unter Luft.
In den Beispielen Nr. 1 und Nr. 10 ist die Oxidations stärker vorangegangen als im Vergleichsbeispiel Nr. 12. Im Beispiel Nr. 1, das einen höheren Cr-Anteil enthielt, setzte die Oxidation bei einer höheren Temperatur ein als im Beispiel Nr. 10, das einen niedrigeren Cr-Anteil enthielt.
Dies zeigt, daß sich der Oxidationsgrad, insbesondere der Mo-Oxidanteil, durch den Cr-Gehalt steuern läßt.

Claims

Motorenbauteil, insbesondere Ventil, mit einer mittels Plasmaauftragsschweißung aufgetragenen Legierungsbeschichtung mit folgender Zusammensetzung: 20 bis 70 Gew.% Mo, 0,2 bis 3 Gew.% C, 5 bis 40 Gew.% Ni und einen Rest aus Fe und unvermeidbaren Verunreinigungen.
Motorenbauteil nach Anspruch 1, wobei die Legierungszusammensetzung zusätzlich: 0,1 bis 10 Gew.% Cr enthält.
Motorenbauteil nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Legierungszusammensetzung zusätzlich: bis zu 20 Gew.% Mn enthält.
Motorenbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Legierungszusammensetzung zusätzlich: bis zu 30 Gew.% Co enthält.
Motorenbauteil nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Legierungszusammensetzung zusätzlich: 0,1 bis 4 Gew.% Si enthält.
Motorenbauteil nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Legierungszusammensetzung zusätzlich: 1 bis 15 Gew.% Nb enthält.
Verwendung eines Motorenbauteils mit einer mittels Plasmaauftragsschweißung aufgetragenen Legierungsbeschichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, als Bauteil eines Verbrennungsmotors, wie z. B. als Ventil, in einer ein geringes Oxidationsvermögen aufweisenden Verbrennungsatmosphäre.