DE2522690B2

DE2522690B2 - Plasmaauftragsschweißpulver für die Herstellung verschleißfester Schichten

Info

Publication number: DE2522690B2
Application number: DE2522690A
Authority: DE
Inventors: Horst Dr.-Ing. Beyer; Ulrich Dipl.-Ing. Buran
Original assignee: Goetze GmbH
Current assignee: Goetze GmbH
Priority date: 1975-05-22
Filing date: 1975-05-22
Publication date: 1981-01-29
Also published as: JPS51141753A; GB1545300A; DE2522690A1; FR2311627B1; IT1061356B; DE2522690C3; FR2311627A1; US4101319A

Description

Die Erfindung betrifft ein Plasmaauftragsschweißpulver für die Herstellung verschleißfester Schichten auf reibend beanspruchten Maschinenteilen, wie insbesondere auf vorzugsweise aus kohlenstoff- und siliziumreichem Gußeisen bestehenden Dichtleisten für Rotationskolbenmotoren, bestehend aus einem Pulvergemisch von 70 bis 95% der Komponente A und 0,5 bis 30% der Komponente B.

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 abclichtenden Laufpa·. iner, nämlich der Dichtleiste und der in Trochoidenform ausgebildeten 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 Spritzschichten bewährt; alles Schichten also, die von Haus

ίο aus sehr verschleißfest sind und daher aber oft auch andererseits infolge ihrer hohen Härte ihren Gegenpartner sehr stark angreifen. Als Dichtleistenniaterial muß folglich ein Werkstoff eingesetzt werden, der über eine Verträglichkeit mit der Trochoidenbeschichtung

η 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 Aufdampfschichten wegen zu geringer Haftfestigkeit und Schichtstärke und galvanische Schichten wegen zu geringer Verschleißfestigkeit. Durch durch Plasmaauftragsschweißen aufgebrachte verschleißfeste Schichten werden zwar die oben beschriebenen Mangel behoben, jedoch bildet das bisher für diese Zwecke eingesetzte Auftragsschweißpuiver aus Molybdän und/oder Wolfram mit gegebenenfalls metallischen Legierungszusätzen, wie nach der DE-AS 12 30 229 bekannt, Überzugsschichten, 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

■to fällt der Motor aus.

Ebenso sind Legierungs- oder Mischungspulver auf der Basis von Eisen, Kobalt oder Nickel für die Herstellung von Spritz- oder Auftragsschweißschichten nach den Literaturstellen DE-PS 1151160, DE-PS 12 13 706, DE-AS 12 09 756, CH-PS 5 04 926 und GB-PS 10 16 629 bekannt, die jedoch für diese Zwecke ebenfalls nicht geeignet sind.

Es ist daher die Aulgabe der vorliegenden Erfindung, eine Pulvermischung zu finden, mit der durch Plasmaauftragsschweißen 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 95% vor und

w) besteht aus Molybdän oder einer Molybdäntitanlegierung. Die Komponente B liegt zu 0,5 bis 30% vor und besteht aus handelsüblichen Verbindungen oder einer Legierung der Metalle Chrom oder Eisen mit den Elementen Phosphor, Bor und/oder Silizium sowie den

h5 herstellungsbedingten Verunreinigungen.

Nach Herstellung von Beschichtungen aus diesem Pulver durch Plasmaauftragssehweißen auf den Laufflächen von Dichtleisten wurden diese im Motorentest im

Lauf gegen eine Trochoide mit galvanischer Nickelschicht 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 Chromborid erzielt. In einigen Fällen wurden als Trockenschmierstoff bis zu maximal 10% Graphit hinzugemischt

Für den Fall, da8 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 Plasmaauftragsschweißen eine verschleißfeste Schicht aus einem Gemisch von 85% der Komponente A und 15% der Komponente B aufgetragen. Die Komponente A besteht aus einem Legierungspulver mit 85% Molybdän und 15% Titan, die Komponente B aus Ferrophosphor mit 50% Eisen,

22% Phosphor, 11% Kalzium, 5% Silizium und 2% Mangan. Die Dichtleisten werden in zehnstündigem Lauf in Kreiskolbenmotoren mit einer Laufflächenbeschichtung aus galvanischer Nickeischicht und eingelagertem Siliziumkarbid getestet Beide Laufflächen

ίο zeigen nur geringen Verschleiß sowie keine Riefen und Ausbrüche.

Beispiel 2

Es wird unter den Bedingungen des Beispieles 1 eine Plasmaauftragsschweißschicht 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% Kalzium 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 Plasmaauftragsschweißschicht 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

jo Testlauf zeigen beide Laufflächen geringen Verschleiß sowie keine Riefen und keine Ausbrüche.

Claims

Patemansprüche:

1. Plasmaauftragsschweißpulver für die Herstellung verschleißfester Schichten auf reibend beanspruchten Maschinenteilen, insbesondere auf vorzugsweise aus kohlenstoff- und siliziumreichem Gußeisen bestehenden Dichtleisten für Rotationskolbenmotoren, bestehend aus einem Pulvergemisch von 70 bis 99,5% der Komponente A und 0,5 bis 30% der Komponente B, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente A aus Molybdän oder einer Molybdäntitanlegierung besteht, und daß die Komponente B aus handelsüblichen Verbindungen oder einer Legierung der Metalle Eisen oder Chrom mit den Elementen Phosphor, Silizium oder Bor besteht

2. Plasmaauftragsschweißpulver nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente A aus einer Molybdänlegierung mit 65 bis 95% Molybdän und 5 bis 35% Titan besteht.

3. Plasmaauftragsschweißpulver nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente B aus handelsüblichem Ferrophosphor 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 einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente B aus handelsüblichem 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. Plasmaauftragsschweißpulver nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente B aus handelsüblichem Ferrosilizium mit 72 bis 76% Silizium, 0,5 bis 1,5% Aluminium, 0,1 bis 1,0% Kalzium und Rest Eisen besteht.

6. Plasmaauftragsschweißpulver nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente B aus einem der handelsüblichen Chromboride mit 75 bis 95% Chrom und Rest Bor besteht.

7. Plasmaauftragsschweißpulver nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Pulvergemisch zusätzlich bis zu 10% Graphit zugemischt sind.