DE2360523A1

DE2360523A1 - Verfahren zum auftragen einer metallschicht auf aluminiumkoerper nach dem metallspritz-verfahren

Info

Publication number: DE2360523A1
Application number: DE2360523A
Authority: DE
Inventors: Shohei Ishikawa; Toshiyuki Maeda; Hiroshi Sakamaki
Original assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Current assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Priority date: 1972-12-06
Filing date: 1973-12-05
Publication date: 1974-06-12
Also published as: DE2360523C3; IT997938B; DE2360523B2; GB1403639A; US3930899A; FR2209857B1; JPS5135454B2; FR2209857A1; JPS4978639A

Description

3. Dezember 1973 IS/Bü F-3-10842M

NIPPON PISOlON RING CO., LTD.

1-18, Uchisaiwai-cho 2-cho.me, Chiyoda-ku,

Tokyo, Japan.

Verfahren zum Auftragen einer Metallschicht auf Aluminiumkörper nach dem Metallspritz-Yerfahren..

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auftragen einer Metallschicht auf Aluminium, oder aus Aluminiumlegierung bestehenden Körpern nach dem Metallspritz-Verfahren.

Es ist bereits eine Vielzahl von Verfahren bekannt, auf die Oberfläche eines Aluminiumkörpers Metall aufzuspritzen, und zwar für verschiedene Zwecke. Hierbei ist jedoch zu beachten, daß bei Aluminium eine Oxydschicht auf seiner Oberfläche gebildet wird und es deshalb Schwierigkeiten bereitet, eine hinreichende Adhäsion zwischen der aufgespritzten Metallschicht

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und dem Aluminiumträger herzustellen, weil das Vorhandensein der Oxydschicht dem entgegenwirkt_β Deshalb neigt die aufgespritzte Metallschicht dazu, abzuschälen, sodaß nach diesem Verfahren hergestellte Me tall schichten auf dem Aluminiumträger keine Beständigkeit haben.

Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist zwar bereits vorge—_ schlagen worden, eine erste, dünne Basisschicht dadurch aufzu-

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tragen, daß auf den Aluminiumträger ein hochadhäsives Metall, z.B. Hickelalminid oder Molübden aufgespritzt wird«, Danach wird ein vorbestimmtes Metall auf diesen dünnen Basis-Überzug aufgespritzt, sodaß eine relativ kräftige Adhäsion zwischen diesen erreicht wird« Dieses bekannte Verfahren ist jedoch insofern nachteilig, als das Aufspritzen von Metall auf Aluminium durch seine Oxydschicht hindurch erfolgt, und deshalb der vorstehende Hachteil, der auf das Vorhandensein der Oxydschicht zurückgeht, nicht hinreichend beseitigt werden kantio Dies gilt insbesondere darm, wenn die .metallbespritzten Aluminiumteile als Dichtbauteile, wie Kolbenringe udgl. bei inneren Brennkraftmaschinen eingesetzt werden, welche, schweren Betriebsbedingungen ausgesetzt sind: es hat sich gezeigt, daß dann der abschälende Effekt, durch den die aufgespritzte Metallschicht vom Basiskörper getrennt wird, überhaupt nicht verhindert werden kann. Sofern stellt auch dieses bekannte Verfahren keine Lösung dieses Problems dar»

Ausgehend von einem Verfahren zum Auftragen mindestens einer Metallschicht auf einen Basiskörper aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung unter Einsatz des Metallspritzverfahrens liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, bei dem eiae hinreichend verläßliche und kräftige Adhäsionswirkung zwischen der aufgespritzten Metallschicht und dem Aluminiumbas iskiJrper derart vorhanden, bzw. gewährleistet ist, daß ein Abschälen der aufgespritzten Metallschicht auch nach einer längeren Betriebszeit und sogar dann nicht auftritt, wenn diese Bauteile schweren Betriebsbedingungen ausgesetzt sind,

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-wie dies z.B. bei Kolbenringen und Zylinderlaufbüchsen in inneren Brennkraftmaschinen der Fall ist.

Erfindungsgeiaäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Oberfläche des Aluminiumkörpers (zunächst) einer Behandlung unterworfen wird, durch welche in bzw. auf diese Oberfläche Zink substituiert bzw. ausgefällt wird und dann auf diese, durch Substitution gebildete Zinkschicht ein vorbestimmtes Metall schachtförmig aufgespritzt wird.

Wenn der erfindungsgemäße Ter fahr ens schritt der Zinksubstitution ausgeführt wird, wird die Oxydschicht, falls diese auf der Aluminiumoberfläche vorhanden ist, durch eine dünne Zinkschicht ersetzt. Diese Zinkschicht gewährleistet eine hinreichend " gute Adhäsion bezüglich des Aluminiumgrundkörpers. Wenn darüberhinaus ein vorbestimmtes Metall auf die, durch Substitution gewonnene Zinkschicht aufgespritzt wird, schmilzt der Gehalt an Zink in der, sich ergebenden Metallschicht, weil Zink in der Regel einen niedrigeren Schmelzpunkt als das Metall hat, welches aufgespritzt wird. Auf diese Weise kann die aufgespritzte Metallschicht unmittelbar mit der Oberfläche des Aluminiumwerkstoffes verbunden, bzw_e legierungsähnlich verbunden werden, wobei überhaupt keine Oxydschicht gebildet wird. Folglich hat die aufgespritzte Metallschicht eine hinreichend hohe Adhäsion, wenn nach dem erfindungagemaßen Verfahren gearbeitet wird«,

Eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß - nachdem ein Metall hoher Adhäsion auf der dünnen, durch

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Substitution gewonnenen Zinkschicht dünn aufgespritzt ist auf der ersten Metallschicht ein vorbestimmtes Metall aufgespritzt wird. Durch diese Abwandlung kann man ein Aluminiumbauteil gewinnen, bei dem die aufgespritzte Metallschicht fest an der Aluminiumbasis anhaftet.

Wie vorstellend angegeben, wird erfindungsgemäß ein Aluminiumbauteil gewonnen, mit einer aufgespritzten Metallschicht, welche eine beachtlich starke Adhäsion aufweist, ohne daß ein kompliziertes Herstellungsverfahren angewendet zu werden braucht. Ein derart hergestelltes Aluminiumbauteil kann um eine verlängerte Betriebsdauer verwendet werden, ohne daß das Abschälen aufträte, sogar dann, wenn es z.B. in inneren Brennkraftmaschinen unter schweren Betriebsbedingungen eingesetzt wird_o Somit bringt die erfindungsgemäße Lehre auf diesem technischen Gebiet einen beachtlichen Beitrag.

Bevorzugtes Ausführungsbeispiel

Ein Versuchsbauteil mit Abmessungen 20 χ 20 χ 50 mm und mit einem Eauheitsgrad von 50 S wurde aus Aluminiumwerkstoff der Art JIS (japanischer Industriestandard) Hr. 2024 hergestellt. Dieses Bauteil wurde dann so behandelt, daß seine Oberfläche alkalisch entfettet wurde,und zwar in einer Mischung von 25 g/l Natriumkarbonat und 25 g/l Natriumtertiärphosphat,bei einer 70 Grad unterschreitenden Temperatur zwei Minuten lang. Nach Waschen im Wasser wurde das alkalisch entfettete Versuchsmuster fünf Sekunden lang in einem zusammengesetzten Lösungsmittel gebeizt, welches ein Teil Fluorwasserstoffsäure und drei Teile Salpetersäure enthJeLt. Danach wurde das so gebeizte Versuchsbau-

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teil nochmals rasch in Wasser gewaschen. Dann wurde das Versuchsbauteil etwa 50 Sekunden lang einer Zinksubstitutionsbehandlung unterworfen, in einer Zink substituierenden lösung, welche 525 g/l Natriumlauge, 100 g/l Zinkoxyd und 1 g/l chrystallinen Ferrichlorid und 10 g/l Ealium-iTatriumtartrat enthielt. Als Ergebnis dieser Behandlung wurde die Oxydschicht des Aluminiumwerkstoffes weggereinigt und durch eine dünne Zinkschicht ersetzt. Zuletzt wurde Molübden auf die dünne Zinkschicht aufgespritzt, sodaß eine aufgespritzte Molübden-Schicht von 0,3 .mm .Dicke gewonnen wurde.

Zum Vergleich wurde ein Versuchsbauteil aus gleichem Werkstoff mit gleichen Abmessungen unabhängig von dem erstgenannten Versuchsbauteil hergestellt. Die Bauhigkeit des letzteren wurde ebenfalls auf 50 S festgesetzt. Die zu bespritzende Oberfläche wurde mit Niekelaminid bespritzt, um eine Nickelaminidsehicht von 0,07 Dicke herzustellen« Danach wurde auf diese Hickelaminiteehicht Molübden aufgespritzt, um ein einzeln an sich bekanntes Bauteil zu gewinnen, welches eine Molübdenschicht von 0,3 mm Dicke aufwies«,

Die Prüfung auf Adhäsion wurde viermal für jedes Versuchs bau-

des teil durchgeführt. Hierbei wurde die Spannungsfestigkeit durch Adhäsion anhaftenden Seiles gemessen und hierbei ein Klebstoff auf Alphacyanoaerylat-Basis verwendet.

Für das handelsübliche Bauteil gemäß Versuch ergab es sich, daß alle aufgespritzten Oberflächen beim Spannungsversuch abgeschält wurden, und es wurden Spannungsfestigkeiten von

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155,5 kg/cm, 210,ο kg/cm, 158,ο kg/cm und 259,8 kg/cm gemessen, was eine durchschnittliche Spannungsfestigkeit von 193,35 kg/cm ergibt.

Andererseits wurde für das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Versuchsbauteil gefunden* daß keine der gespritzten Oberflächen abgeschält wurden, sondern beim Basismetall blieben und der Klebstoff abgeschält wurde. Die Spaimungsfestigkeiten, welche zu dem Zeitpunkt gemessen wurden, als das Abschälen der anhaftenden Oberflächen stattfand, betrugen: 42^okg/cm, 466,3 kg/cm, 392,5 kg/cm und 457,5 kg/cm, mit einem Mittelwert von 435,3 kg/cm. Wenn auch durch, diese Versuche nicht eindeutig die Zahl ermittelt werden konnte_s welche der Größe der Adhäsion der aufgespritzten Schicht gemäß Erfindung zum. Aluminiumbasiskörper ist, so kann dieser Wert doch mit mindestens 435,3 kg/cm als Mittelwert abgeschätzt werden. Dieser Wert zeigt, daß die Adhäsionskraft gemäß Krfindung mindestens 2,2 mal stärker als bei der handeLsüblionen Ausführung ist.

Aus vorstehendem ist leicht erkennbar, ds,ß das erfindungsgemäße Verfahren besonders fortschrittlich und neu zum Aufspritzen von Metall auf Aluminium oder Aluminiumlegierungen anzusehen ist_o Pig. 1 der Zeichnung zeigt, schematisch, einen Schnitt durch das Aluminium-Basismetall 1, die Zinkschicht 2 und Spritzmetall» aäiicht 3, während Pig. 2 ein Schnitt durch einen Kolbenring 4 ist, der stirnseitig die Schichten 2,3 aufweist.

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Claims

3. Dezember 1973 IG/Bü S-3-1O842M

IIPPOF PISiDOE RING- CO₀, 1!DD.
Patentansprüche:

π y Verfahren zum Auftragen einer Metallschicht auf, aus Aluminium oder Aluminiumlegierung bestehenden Körpern nach dem Metallspritzverfahren, dadurch gekennzeichnet,.daß die Oberfläche des Basiskörpers aus Aluminium oder Aluminiumlegierung zunächst einer Behandlung unterworfen wird_s dureh \i?elche in diese Oberfläche bzw ο auf dieser Oberfläche Zink durch Substitution ein- bzw» aufgebracht wird und dann auf diese, durch Substitution gebildete Zinkschicht ein vorbestimmtes Metall schiehtf Örmig aufgespritzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1_s dadurch gekennzeichnet, daß vor Aufspritzen dieser Schicht aus vorbestimmten Metall, auf die durch Substitution gewonnene Zinkschicht eine zusätzliche Metallschicht aufgespritzt wird, welche hinsichtlich der anderen, nachträglich aufzuspritzenden Metallschicht eine hinreichende Adhäsion aufweist.

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