DE2522690A1

DE2522690A1 - Plasmaauftragsschweisspulver fuer die herstellung verschleissfester schichten

Info

Publication number: DE2522690A1
Application number: DE19752522690
Authority: DE
Inventors: Horst Dr Ing Beyer; Ulrich Dipl Ing Buran
Original assignee: Goetzewerke Friedrich Goetze AG
Current assignee: Goetzewerke Friedrich Goetze AG
Priority date: 1975-05-22
Filing date: 1975-05-22
Publication date: 1976-12-09
Also published as: GB1545300A; JPS51141753A; FR2311627A1; DE2522690C3; DE2522690B2; FR2311627B1; IT1061356B; US4101319A

Description

GOET ZEWERKE Burscheid, d. 14.05.1975

Friedrich Goetze AG ZBT 329/Lö/Mo. (1533)

Plasmaauftrags schweißpulver für die Herstellung verschleißfester Schichten

Die Erfindung betrifft ein Plasmaauftrags schweißpulver für die Herstellung verschleißfester Schichten auf reibend beanspruchten Maschinenteilen, insbesondere auf vorzugsweise aus kohlenstoff - und siliziumreichem Gußeisen bestehenden Dichtleisten von Rotationskolbenmotoren und Kolbenringen von Hubkolbenmotoren.

Dichtleisten von Rotationskolbenmotoren sind beim Lauf des Motors hohen Betriebsdrucken und Betriebstemperaturen sowie hoher Reibungsbeanspruchung bei gegebenenfalls unzureichender Schmierung und hoher Korrosionsbelastung ausgesetzt. Es werden daher Dichtleisten im Bereich der am stärksten belasteten Stellen, im Bereich der Laufkuppe also, nach bekannten Verfahren mit verschleißfesten Überzügen versehen. Dabei ist jedoch zu beachten, daß für einen verschleißarmen Lauf beider, die Zündkammern abdichtenden Laufpartner, nämlich der Dichtleiste und der in Trochoidenform ausge-

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ORIGINAL INSPECTED

Plasmaauftrags schweißpulver für die Herstellung verschleißfester Schichten ( 1533 )

bildeten Zylinderlaufbahn, gesorgt werden muß, so daß eine gegenseitige Verträglichkeit Dichtleiste und Trochoide erforderlich ist.

Als Schutzschichten der Laufflächen von Trochoiden haben sich in der Praxis insbesondere galvanische Hartchromschichten, galvanische Nickelschichten mit eingelagerten Siliziumkarbiden und thermische Spritze chi chten bewährt; alles Schichten also, die von Hause aus sehr verschleißfest sind und daher aber oft auch andererseits infolge ihrer hohen Härte ihren Gegenpartner sehr stark angreifen. Als Dichtleistenmaterial muß folglich ein Werkstoff eingesetzt werden, der über eine Verträglichkeit mit der Trochoidenbeschichtung verfügt, und dessen Verschleißfestigkeit einen funktionstechnisch einwandfreien Lauf gewährleistet. Einmal sind zwar auch solche Werkstoffe bekannt, aus denen massive Dichtleisten hergestellt werden können und die verschleißmäßig diesen Belastungen standhalten, doch entweder ist die Bruch - und Biegefestigkeit dieser Stoffe zu gering oder der Preis ist so hoch, daß ein wirtschaftlicher Einsatz dieser Materialien sich nicht lohnt. Auf den Laufkuppen aufgebrachte thermische Spritzschichten versagten infolge zu geringer Schichtfestigkeit, chemische Reaktionsschichten, CVD - und Aufdampf s chi chten we gen zu geringer Haftfestigkeit und Schicht stärke, und galvanische Schichten wegen zu geringer Verschleißfestigkeit. Durch durch Plasmaauftrags schweißen aufgebrachte verschleißfeste Schichten werden

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zwar die oben beschriebenen Mangel behoben, jedoch bildet das bisher für diese Zwecke eingesetzte Auftrags schweißpulver aus Molybdän und / oder Wolfram mit gegebenenfalls metallischen Legierungs zusätzen Überzugs schichten, die nur eine geringe Verträglichkeit mit den Laufflächenüberzügen der Trochoide, und zwar insbesondere aus galvanischen Nickelschichten mit eingelagerten Siliziumkarbiden, aufweisen. Es entstehen Riefen auf den Reibungsflächen, und nach längerer Laufzeit fällt der Motor aus.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Pulver mischung zu finden, mit der durch Plasmaauftrags schweißen Überzüge, insbesondere auf vorzugsweise aus kohlenstoff - und siliziumreichem Gußeisen bestehenden Dichtleisten mit guter Verträglichkeit gegenüber dem Trochoidenlaufflächenüberzug sowie guter Haft - und Verschleißfestigkeit, hergestellt werden können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Verwendung eines Plasmaauftragsschweißpulvers aus einer Mischung zweier Komponenten A und B gelöst. Die Komponente A liegt dabei zu 70 bis 99» 5 % vor und besteht aus Molybdän - und / oder Wolframpulver und ist gemischt oder legiert. Das Pulver kann dabei bis zu insgesamt maximal 30 % die Metalle Tantal, Niob, Zirkon, Chrom, Vanadium und / oder vorzugsweise Titan einzeln oder gemeinsam zulegiert oder zugemischt enthalten. Die Komponente B

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liegt zu 0, 5 bis 30 % vor und besteht aus handelsüblichen Legierungen oder Verbindungen der Metalle Kobalt, Chrom, Eisen, Nickel, Kupfer und / oder Mangan mit den Elementen Phosphor, Bor und / oder Silizium sowie den herstellungsbedingten Verunreinigungen.

Nach Herstellung von Beschichtungen aus diesem Pulver durch Plasmaauftrags schweißen auf den Laufflächen von Dichtleisten wurden diese im Motorentest im Lauf gegen eine Trochoide mit galvanischer Nickels chicht mit eingelagerten Siliziumkarbiden geprüft. Nach den Läufen zeigten weder Trochoidenlauffläche noch Dichtleiste Riefenbildung und Ausbrüche, und die Verschleißrate beider Partner war gering.

Bei den Versuchen haben sich als Pulverkomponente A Molybdänpulverlegierungen mit 5 bis 20 % Titangehalt besonders bewährt. Als Pulverkomponente B wurden bei den Versuchen besonders gute Ergebnisse mit den handelsüblichen technischen Legierungspulvern Ferrophosphor, Ferrobor und Ferrosilizium erzielt. Diese enthalten zusätzlich herstellungsbedingte verunreinigende Elemente. Ebenfalls gute Ergebnisse werden durch die Verwendung von beispielsweise Kupferphosphid und Chromborid erzielt. In einigen Fällen wurden als Trockenschmierstoff bis zu maximal 10 % Graphit hinzugemischt.

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Für den Fall, daß solche Schichten auf Nichteisenmetalle aufgeschweißt werden, wird dem Pulver Eisen, Kohlenstoff und Silizium hinzugegeben. Die Menge entspricht dann dem Anteil dieser Elemente, die beim Aufschweißen auf einen Grundkörper aus Gußeisen durch Mischung von Grund - und Beschichtungsmaterial mitwirken würden.

Die Erfindung sei anhand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert:

Beispiel 1

Auf eine Dichtleiste aus normal legiertem Gußeisen mit den Abmessungen von 6, 5 mm Breite, 12 mm Höhe und 70 mm Länge wird durch Plasmaauftrags schweißen eine verschleißfeste Schicht aus einem Gemisch von 85 % der Komponente A und 15 % der Komponente B aufgetragen. Die Komponente A besteht aus einem Le gie rungs pulver mit 85 % Molybdän und 15 % Titan, die Komponente B aus Ferrophosphor mit 60 % Eisen, 22 % Phosphor, 11 % Kalzium, 5 % Silizium und 2 % Mangan. Die Dichtleisten werden in zehnstündigem Lauf in Kreiskolbenmotoren mit einer Laufflächenbeschichtung aus galvanischer Nickelschicht und eingelagertem Siliziumkarbid getestet. Beide Laufflächen zeigen nur geringen Verschleiß sowie keine Riefen und Ausbrüche.

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Beispiel 2

Es wird unter den Bedingungen des Beispieles 1 eine Plasmaauftrags schweißschicht aus 90 % der Komponente A, bestehend aus Legierungspulver mit 70 % Molybdän und 30 % Titan sowie 10 % der Komponente B, bestehend aus Ferrosilizium mit 74 % Silizium, 1 % Aluminium, 0,5% Calzium und 24, 5 % Eisen auf einer Dichtleiste hergestellt. Nach dem Probelauf zeigen beide Laufflächen nur geringen Verschleiß sowie keine Riefen und Ausbrüche.

Beispiel 3

Es wird eine Plasmaauftrags schweißs chi cht auf eine gußeiserne Dichtleiste mit 90 % der Komponente A aus einem Legierungspulver mit 70 % Molybdän und 30 % Titan und 10 % der Komponente B aus Chromborid mit 85 % Chrom und 15 % Bor hergestellt. Nach dem Testlauf zeigen beide Laufflächen geringen Verschleiß sowie keine Riefen und keine Ausbrüche.

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Claims

GOETZEWERKE Burscheid, d. 14.05.1975 Friedrich Goetze AG ZBT 329/Lö/Mo. (1533) PATENTANSPRÜCHE

1. ) Plasmaauftragsschweißpulver für die Herstellung verschleißfester Schichten auf reibend beanspruchten Maschinenteilen, insbesondere auf vorzugsweise aus kohlenstoff - und siliziumreichem Gußeisen bestehenden Dichtleisten für Rotationskolbenmotoren, dadurch gekennzeichnet, daß das Plasmaauftrags schweißpulver aus einem Gemisch von zwei Komponenten A und B zusammengesetzt ist, von denen die Komponente A zu 70 bis 99> 5 % vorliegt und aus Molybdän - und / oder Wolframpulver gemischt oder legiert besteht, die zusätzlich insgesamt zu maximal 30 % die Metalle Tantal, Niob, Zirkon, Chrom, Vanadium und / oder vorzugsweise Titan einzeln oder gemeinsam zulegiert oder zugemischt enthalten kann, und von denen die Komponente B zu 0, 5 bis 30 % vorliegt und aus Legierungen, Verbindungen und / oder Gemischen der Metalle Kobalt, Chrom, Eisen, Nickel, Kupfer und / oder Mangan mit den Elementen Phosphor, Bor, Sauerstoff, Schwefel, Stick-

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Patentansprüche zu "Plasmaauftragsschweißpulver für die Herstellung verschleißfester Schichten" ( 1533 )

stoff, Silizium, Kohlenstoff und / oder Kalzium besteht.

2. ) Plasmaauftrags Schweißpulver nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente A aus einem 65 bis 95 % Molybdän - und 5 bis 35 % Titanhaitigen Legierungspulver besteht.

3. ) Plasmaauftrags Schweißpulver nach den Patentansprüchen

1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente B aus Ferrophosphorpulver mit 55 bis 70 % Eisen, 18 bis 24 % Phosphor, 9 bis 12 % Kalzium, 2 bis 6 % Silizium und 1 bis 3 % Mangan besteht.

4. ) Plasmaauftragsschweißpulver nach den Patentansprüchen

1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente B aus Ferrobor mit 23 bis 26 % Bor, 1 bis 2 % Silizium, 1 bis 3 % Aluminium, 1 bis 2 % Kupfer, 0, 5 bis 1, 5 % Mangan und Rest Eisen besteht.

5. ) Plasmaauftrags Schweißpulver nach den Patentansprüchen

1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente B aus Ferrosilizium mit 72 bis 76 % Silizium, 0,5 bis 1,5 % Aluminium, 0, 1 bis 1,0% Kalzium und Rest Eisen besteht.

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6. ) Plasmaauftrags schweißpulver nach den Patentansprüchen

1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente B aus Chromborid mit 75 bis 95 °/o Chrom und Rest Bor besteht.

7. ) Plasmaauftragsschweißpulver nach den Patentansprüchen

1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Pulvergemisch zusätzlich bis zu 10 % Graphit zugemischt sind.

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GOETZE AKTIENGESELLSCHAFT

A Nr. 173/70 AV

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