DE2335995B2

DE2335995B2 - Metallisches, der Gleitreibung unterworfenes Bauteil

Info

Publication number: DE2335995B2
Application number: DE2335995A
Authority: DE
Inventors: Yoshikatsu Yokohama Kanagawa Nakamura (Japan)
Original assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Current assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Priority date: 1972-08-30
Filing date: 1973-07-16
Publication date: 1975-09-11
Also published as: JPS4863143A; US3922444A; GB1389812A; IT989866B; DE2335995A1; FR2198591A5

Description

Die Erfindung betrifft ein metallisches, der Gleitreibung unterworfenes Bauteil, wie Kolbenring oder ao Zylinderauskleidung, das an seiner Oberfläche eine durch Aufspritzen von Metalloxid, Metallcarbid und selbstfließender Legierung, einzeln oder auch zu mehreren, erhaltene harte, metallische Schicht aufweist.

Es ist bereits bekannt, eine oder mehrere Umfangsnuten an einer Außengleitfläche des Kolbenrings vorzusehen, wobei eine Mischung aus Fe₃O₄-Pulver und Natriumsiiicat als Bindemittel in die Nuten eingefüllt und anschließend in den Nuten durch Erhitzen gehärtet wird. Hierdurch weruen die Freß- und Verschleißbeständigkeit des Kolbenrings verbessert. Dieser Ring kann sicher unter harten Betriebsbedingungen verwendet werden, die sonst das Fressen verursachen, da der behandelte Ringteil mit Schmieröl getränkt ist und dieses die Reibung zwischen Kolbenring und Zylinder herabsetzt. Allerdings kann dieser Kolbenring seine Freß- und Verschleißbeständigkeit nicht über lange Zeiträume aufrechterhalten, da die Bindekraft des Natriumsilicats (für die harten Fe₃O₄-Teilchen) nicht so fest und die Härte des Füllstoffmaterials insgesamt nicht so hoch ist. Andererseits ist auch eine Behandlung zur Verbesserung der Einlauf-Eigenschaft zwischen Kolbenring und Zylinder bekannt, wobei Film aus Fe₃O₄ auf der Gleitfläche des Kolbenponente (nicht Metalloxidkomponente) ist. ferner muß diese zwangläufige vorhandene Metallkomponente, z. B. ein hochscbmelzendes Metallpulver, in einem vorbestimmten Mengenverhältnis von mindestens 5 bis 95% vorhanden sein und soll nicht durch ein Oxid oder ein Carbid ersetzt werden. Insbesondere ist nicht vorgesehen, Magnetit (Fe₃O₄) zu verwenden (deutsche Auslegeschrift 13 00412).

Das Metallspritzverfahren ist an sich schon lange bekannt wobei eine metallurgische Untersuchung zum Lichtbogenspritzen von Stahl u. dgl. die Grundlagen und Eigenschaften der Oxide von Aluminium, Kupfer und Eisen behandelt, wobei für diese Gruppe von Metalloxiden die Schmelztemperaturen, die Viskosität und die Oberflächenspannungen untersucht werden. Die aufgezählten Oxide schließen auch Magnetit Fe₃O₄ mit einem Schmelzpunkt von 1597 C ein. Allerdings wird hier auf Zweckbestimmungen nicht eingegangen, es handelt sich um Angaben nach An der Grundlagenforschung. Auch werden keine Angaben gemacht, wie das vollständige Spritzgemisch bzw. die auf Bauteile aufzubringende Spritzschicht zusammenzusetzen wäre, wobei natürlich auch keine quantitativen Angaben hinsichtlich des Magnetits gemacht werden. Insofern

sieht d'e bekannte Lehre vor, bestimmte Metalloxide, einschließlich des Magnetits, zu verspritzen, aber nicht den Vorschlag, andere Spritzgemische durch die generell untersuchten Metalloxide zu ersetzen (Zeitschrift »Metalloberfläche«, 22. Jahrgang, Heft 5,

Mai 1968, 3. 134 und 135). Diese Lehre ist nicht ohne weiteres auf diejenige gemäß deutscher Auslegeschrift 13 00412 zu übertragen, da dort der wesentliche Bestandteil des Spritzgemischs ein hochschmelzendes Metallpulver, nicht Metalloxidpulver, ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem metallischen, der Gleitreibung unterworfenen Bauteil seine Härte, die Verschleißbeständigkeit und die Freßbeständigkeit weiter zu verbessern.

Eriindungsgemäß wird vorgeschlagen, daß in der

Spritzschicht zusätzlich Fe₃O₄ in einer Menge von

mehr als 5 Gewichtsprozent vorhanden ist. Hierdurch wird eine freß- und verschleißfeste Gleitschicht auf der Oberfläche des Bauteils geschaffen, bei der die hochmagnetischen Eigenschaften und der hohe Sauerstoffrings gebildet wird, ledoch ist dieser Fe₃O₄-FiIm sehr 45 gehalt des Mineralpulvers Magnetit vorteilhaft ausgedünn, so daß er von der Kolbenringfläche während nutzt werden, um diese verbesserten Eigenschaften zu

erreichen. Insbesondere wird die Härte stark erhöht. Der Magnetit Fe₃O₄ wird zweckmäßig in den metallischen Verbindungen des Spritzgemischs dispergiert bzw. fein verteilt, bevor das Gemisch auf die Oberfläche eines Bauteils aufgespritzt wird. Als Metalloxid werden z. B. AI₂O₃ und Cr₂O₃, als

bzw. als selbst-

der Inbetriebnahme abgerieben wird, bevor der Kolbenring den normalen Betriebsbedingungen unterworfen ist. Dementsprechend ist dieser Kolbenring für eine Langzeitverwendung nicht brauchbar.

Die Anmelderin hat bereits einen anderen Weg beschritten und vorgeschlagen, Bauteile mit einer aufgesprühten Gleitschicht zu versehen, die weit bessere Yerv.hleiß- und Freßbeständigkeit als herkömmliche Gleitschichten zeigt, indem von der großen Härte der Fe₃O₄-Teilchen und den Besonderheiten des Metallspritzverfahrens Gebrauch gemacht wird (Patentanmeldung P 22 58 405.0).

Es ist bereits ein Verfahren bekannt, wonach auf Metallcarbid z. B. Cr₃C₂ und WC fließende Legierung z. B. eine Ni-B-Si-Legierung, Ni-Cr-B-Si-Legierung, Ni-Co-Cr-B-Si-Legierung und Ni-W-B-Si-Legierung verwendet. Die Härte der durch Sprühen der Mischung der metallischen Verbindung und Fe₃O₄-Teilchen auf den Grundkörper erzeugten Schicht ist HV(30) 700 bis 1000, was höher ist als die

gleitende Maschinenteile ein Pulver als Spritzmischung 6° Härte [HV(3O)7O6l der allein mit Fe₃O₄-gesprühten

Schicht, Außerdem binden die Fe₃O₄-Teilchen die metallischen Verbindungen in der Mischung gut und verleihen der aufgesprühten Schicht eine Zähigkeit. Eine Ausführungsformi der Erfindung wird an Hand

aufgesprüht wird, welche Metalloxide, Metallcarbide und selbstfließende Legierungen enthält. Das Spritzgemisch kann auch andere Zusätze enthalten. Bei den gleitenden Metallteilen handelt es sich um solche, die

gleichseitig auch hohen Drücken ausgesetzt sind, wie ⁶5 der Zeichnung erläutert:

Kurbelwellenzapfen. Dem bekannten Verfahren ist Fig. 1 ist eine graphische Darstellung, die die Be-

jedoch eigentümlich, daß ein wesentlicher Bestandteil Ziehung zwischen dem Fe₃O₄-GeIIaIt in der Spritz-

des Spritzgemischs eine hochschmelzende Metallkom- schicht und dem Abrieb dieser Schicht zeigt.

Fig. 2 zeigt eine vergröberte Darstellung des für die wurde auf die Gleitfläche eines Kolbenrings aus Guß-Prüfung des Abriebs der aufgesprühten Schicht ver- eisen, bestehend aus C 3,5%, Si 2,6%, Mn 0,6% und wendeten rotierenden Verschleißprüfgeräts, und Fe 93,3 % zur Herstellung einer aufgesprühten Schicht

Fig. 3 zeigt einen Verschleiß wert eines Kolbenrings in eiuer Dicke von 0,3 mm aufgesprüht. Die HV(30)-

geaiäß Erfindung und denjenigen eines herkömmlichen s Härte der erhaltenen Sprühschicht betrug 1000.
Kolbenrings mit einer aufgesprühten Mo-SchichL

In diesen Figuren sind Bezugsziffer 1 eine Probe, ■ ι τ

Bezugsziffer 2 ein Drehtisch, No. 1 ein Kolbenring Beispiel 2

des Beispiels 1 der vorliegenden Erfindung, No. 2 ein Eine Mischung, bestehend aus 60 Gewichtsprozent

Kolbenring des Beispiels 2, No. 3 ein Kolbenring des "> Fe₃O₄ und 40 Gewichtsprozent Cr₃C₂ wurde auf die

Beispiels 3 und No. 4 ein Kolbenring, der eine aufge- Gleitfläche des in Beispiel 1 beschriebenen Kolben-

sprühte Oberflächenschicht aus reinem Mo besitzt. rings aus Gußeisen zur Herstellung einer Sprühschicht

Wenn der F egO₄-Gehalt in der aufgesprühten von 0.3 mm Dicke aufgesprüht. Die HV(30)-Härte der

Schicht nicht höher als 5 Gewichtsprozent ist, erhöht erhaltenen Sprühschicht betrug 750.
sich der Verschleiß abrupt, und die angestrebte hohe 15

Verschleißfestigkeit wird nicht erhalten. Daß der .

Fe₃O₄-GeIIaIt 5 Gewichtsprozent übersteigt, wird Beispiel 3

durch Fig. 1 klargestellt, welche die Änderung des Eine Mischung, bestehend aus 70 Gewichtsprozent

Verschleißbetrags der versprühten Schicht mit der Fe₃O₄ und 30 Gewichtsprozent Selbst-Flußmrttel-

Änderung des Fe₃O₄-Gehalts in der Sprühmischung »° Legierung wurde auf die äußere Umfangsoberfläche

aus W und Fe₃O₄ zeigt. In dem Diagramm steigt der des Kolbenrings wie in Beispiel 1 zur Herstellung

durch den Verschleiß hervorgerufene Verlust abrupt einer oberflächlichen Sprühschicht mit der Dicke

an, wenn der Fe₃O₄-GeIIaIt auf einen Wert von unter- 0,3 mm aufgesprüht. Die erhaltene Sprühschicht hatte

halb 5 Gewichtsprozent herabgesetzt wird. die HV(30)-Härte von 700.

Der Verschleiß der aufgesprühten Schicht wurde »5 Die gemäß der vorliegenden Erfindung nach den mittels eines rotierenden Verschleißmeßgeräts, das in Beispielen 1 bis 3 erhaltenen Kolbenring-Prüflinge Fig. 2 gezeigt ist, gemessen. Die Gleitkörper-Probe 1 No. 1, No. 2 bzw. No. 3 und ein anderer Kolbenringmit der aufgesprühten Schicht ist auf einem Dreh- Prüfling No. 4 mit einer Sprühschicht von reinem Mo tisch 2 montiert und befestigt, wobei Schmieröl zu der (0,3 mm Dicke) wurden zur Prüfung auf die Verwechselseitigen Kontaktfläche zwischen der Probe und 30 schleißbeständigkeit dem derzeitigen Maschiiivntest dem Drehtisch zugeführt wird. Die Prüfbedingungen unter derartig harten Bedingungen unterworfen, wie waren folgende: sie nachfolgend beschrieben sind. Die Versuchsergeb-Geschwindigkeit des Drehtisches 5 m/sec nisse werden in Fig. 3 gezeigt, wonach der Ver-

Versuchslänge 500 km schldßwert der Kolbennng-Prul l.nge NaI bis No. 4

Druck 35 ke/cm^{2 35} ' ¹^"¹' · ^^m' ' ^^m ^W- ^^{01 war s oe}"^eutet·

Material des Drehtischs '.".'."..'.'.". Gußeisen f ß die Verschleißbeständigkeit des erfindungsgemä-

Schmieröl Daphni-Öl 50% ^" Kolbennngs "n Vergleich zu e.nem herkomm-

und weißes liehen Kolbenring ausgezeichnet ist.

Brennöl 50%

Anschließend werden spezielle Ausführungsformen Bedingungen des Maschinen-Tests
ler vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf

Beispiele erläutert. Die aufgesprühte Schicht in einem Verwendete Maschine:

jeden Beispiel wurde unter folgenden Sprühbedingun- stark luftgekühlter 2-Zylinder-4-Takt-Boxer-Motor

gen hergestellt, und zwar unter Verwendung handeis- 45 Innendurchmesser mal Hub: 83 · 73 mm

üblicher Sprühpistolen: gesamtes Auspuffvolumen: 790 cm³

_c.. , „ ^ . , _c.. . , maximale Ausgangsleistung: 36 PS bei

Stickstoff-Druck .. 3,52 kg/cm² 4^00 n/min

Stickstoff-Durchfluß 4,25 m³/h

Wasserstoff-Druck 3,57 kg/cm² Lauf bedingungen:

Wasserstoff-Durchfluß 0,283 m^J/h ⁵° Umdrehungszahl 500 U/min

elektrischer Strom 500 A PS 22 PS

Distanz zwischen der Sprüh- Last 7 kg

pistole und der Versuchsprobe.. 10,16 cm Laufzeit 50 h

Öltemperatur 110±10 C

Beispiel 1 ⁵⁵ Zylinderlegierung Gußeisen

Eine aus 50 Gewichtsprozent Fe₃O₄-PuIvCr und Diese Verbindung ergibt einen Gleitkörper mit einer

50 Gewichtsprozent Cr₂O₃-Pulver bestehende Mischung beachtlich verschleißbeständigeren Gleitfläche.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Metallisches, der Gleitreibung unterworfenes Bauteil, wie Kolbenring oder Zylinderauskleidung. das an seiner Oberfläche eine durch Aufspritzen von Metalioxid, Metallcarbid und selbstfließender Legierung, einzeln oder auch zu mehreren, erhaltene harte, metallische Schicht aufweist, d adurch gekennzeichnet, daß in der Spritzschicht zusätzlich Fe₃O₄ in einer Menge von mehr als 5 Gewichtsprozent vorhanden ist.