DE3033332C2

DE3033332C2 - Pulverzusammensetzung zur Aufbringung eines Überzugs auf eine Lagerfläche durch Plasmaspritzen

Info

Publication number: DE3033332C2
Application number: DE3033332A
Authority: DE
Inventors: Harold E. Ballwin Mo. McCormick
Original assignee: RAMSEY CORP MANCHESTER MO US; Ramsey Corp Manchester Mo
Current assignee: TRW Automotive Products Inc
Priority date: 1979-09-12
Filing date: 1980-09-04
Publication date: 1982-08-12
Also published as: US4248440A; GB2058741B; MX154361A; DE3033332A1; FR2465083B1; ES494971A0; JPS5924258B2; FR2465083A1; ES8202100A1; GB2058741A; JPS5696134A

Description

Die Erfindung betrifft Überzüge für die Lagerflächen von Kolbenringen, insbesondere von in Verbrennungskraftmaschinen verwendeten Kolbenringen. Die Überzüge werden durch Plasmaspritzen eines Pulvers auf die Lageroberfläche des Kolbenrings erzeugt, wobei dieses Pulver aus Oxiden von Titan, Aluminium und Yttrium besteht

Durch Plasmaspritzen aufgebrachte Überzüge aus Aluminiumoxid und Titandioxid für die Lagerflächen von Verdichtungs- und ölabstreifkolbenringen von Verbrennungskraftmaschinen sind bekannt So beschreibt die US-Patentschrift 36 97 091 einen Überzug einer Lagerfläche, der im wesentlichen aus etwa 75 bis 90% Aluminiumoxid und 10 bis 25 Gew.-% Titandioxid besteht Ein Kolbenringüberzug aus Aluminiumoxid und Titandioxid zusammen mit Ferrioxid ist in der US-Patentschrift 40 77 637 beschrieben. In der US-Patentschrift 41 15 959 ist ein Aluminiumoxid-Titandioxidüberzug beschrieben, der noch etwa 10 bis 15% eines Erdalkalifluorids enthält, was die Abnutzung der Schleifscheiben, die zum Schleifen und Fertigstellen des überzogenen Kolbenrings verwendet werden, herabsetzt Der Einschluß des Erdalkalifluorids ergab eine Herabsetzung der Anzahl von Gußputzoperationen, die während des abschließenden Schleifvorgangs auf den Schleifscheiben durchgeführt werden müssen.

Diese hochschmelzenden Metalloxidüberzüge sind Überzügen aus verschiedenen Metallen und Metallegierungen, z. B. Molybdänlegierungsüberzügen, in vieler Beziehung überlegen. Insbesondere ergaben die Metalloxidüberzüge eine verbesserte Verschleißfestigkeit und außergewöhnlich gute Wärmestandfestigkeit verglichen mit Überzügen aus Molybdänlegierung.

Durch Plasmaspritzen auf Ringe aufgebrachte Aluminiumoxid-Titandioxidüberzüge zeigten eine Neigung zum Abblättern und zur Blasenbildung während des Betriebs des Motors. Man nimmt an, daß bei erhöhten Temperaturen, wie sie in einem Dieselmotor auftreten, die Metalloxidüberzüge eine Phasenumwandlung erfahren. Diese Phasenumwandlung verursacht wahrscheinlich einen Verlust der Kohäsion innerhalb des Überzugs, was zu einer unerwünschten Schichtspaltung durch Abblättern und Abspringen von Teilen des Überzugs führt. Die Schichtspaltung oder das Abblättern ist auf eine mangelnde Kohäsion innerhalb des Überzugs selbst zurückzuführen. Bläschen mit einem Durchmesser von 1,6 mm und einer Dicke von 0,0025 mm treten in der Oberfläche des Überzugs auf, der in der Regel etwa 0,1 mm dick ist Das Bläschen wird dann abgerieben und an dieser Stelle fehlt Überzug. Eine andere Theorie ist diejenige, daß eine durch Kontakt in dem Zylinder verursachte Spannung in den Überzugsschichten Sprünge verursacht was zu einer abblätternden

ίο Schichtspaltung führt

Dem Fachmann ist bekannt, daß Yttrium (als Element) die Bindung von natürlich gebildeten Oxidüberzügen an die Oberfläche von Metallsuperlegierungen unterstützt In einem in der Internationalen Konferenz für Metallurgische Überzüge in San Francisco im April 1976 überreichten Papier mit dem Titel »Plasma Spraying of Al₂O₃ and Al₂O₃-Y₂O₃« (»Thin Solid Filme« 39 (1976), Seiten 251 -262) wurde vorgetragen, daß Yttriumoxid ähnliche günstige Wir kungen auf die Bindung von aufgespritzten Oxidüberzü gen, insbesondere Aluminiumoxidüberzügen, an ein Stahlsubstrat besitzt

Es wurde nun gefunden, daß die Schichtspaltung innerhalb des Überzugs in Aluminiumoxid-Titandioxid überzügen auf Kolbenringen verringert oder ganz ausgeschaltet und eine verbesserte Abnutzungsbeständigkeit der Zylinderbohrung erzielt werden kann, wenn man dem zur Herstellung des Überzugs verwendeten Plasnjaspritzpulver etwa 2 bis 6% Yttriumoxid (Yttriumoxid, Y₂O₃) zusetzt

Gemäß der Erfindung besteht daher ein hochschmelzender Metalloxidüberzug für die Lagerflächen von Kolbenringen und ein dafür verwendbares Plasmaspritzpulver aus einer Mischung von Aluminiumoxid und Titanoxid, die noch etwa 2 bis 6 Gew.-%Yttriumoxid, Y₂O₃, enthält.

Ein Plasmaspritzpulver zur Aufbringung auf die Lagerflächen von Kolbenringen besteht gemäß der Erfindung aus einem Gemisch von etwa 60 bis 90 Gew.-% Aluminiumoxid (Al₂O₃), 8 bis 35 Gew.-% Titandioxid (TiO₂) und etwa 2 bis 6 Gew.-% Yttriumoxid. Dieses Pulver wird dann nach bekannten Plasmaspritzmethoden auf die Lageroberfläche des Kolbenrings aufgebracht und die Oberfläche wird in bekannter Weise fertiggeschliffen.

Aufgabe der Erfindung ist somit die Schaffung einer Pulverzusammensetzung für einen Überzug auf der Lagerfläche eines Kolbenrings, welcher die Abnutzungsbeständigkeit und die Wärmestandfestigkeit von durch Plasmaspritzen aufgebrachten Titandioxid-Aluminiumoxidüberzügen besitzt und gleichzeitig jeder Neigung zur Bläschenbildung und/ zum Abplatzen innerhalb des Überzugs während eines Hochtemperaturbetriebs widersteht und die Abnutzungsbeständigkeit der Bohrung verbessert

Die vorstehende Pulverzusammensetzung zur Erzeugung eines Überzugs besteht im wesentlichen aus einem Gemisch von Aluminiumoxid, Titandioxid und gemäß einem Merkmal der Erfindung, 2 bis 6% Yttriumoxid.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht, zum Teil geschnitten, einer aus Kolbenring und Zylinder bestehenden Anordnung,

wobei der Kolben mit Verdichtungs- und ölabstreifringen versehene Ringnuten besitzt, wovon jede eine an der Zylinderwand anliegende Lagerfläche aufweist, welche aus einem in situ durch Plasmaspritzen

aufgebrachten hochschmelzenden Metalloxidüberzug gemäß der Erfindung besteht,

Fig.2 eine vergrößerte Teilschnittansicht des obersten Verdichtungsrings von Fig. 1,

F i g. 3 eine ähnliche Darstellung wie F i g. 2, welche jedoch den zweiten Verdichtungsring in dem Kolben von F': g. 1 zeigt,

F ig. 4 eine Darstellung ähnlich F i g. 2, welche jedoch den ölabstreifring- in der dritten Ringnut des Kolbens von F i g. 1 zeigt, und

Fig.5 eine schematische Schnittansicht durch eine Plasma»pritzpistole, wie sie üblicherweise zum Überziehen eines Basismaterials aus Gußeisen gemäß der Erfindung verwendet wird.

Die aus Kolben und Zylinder bestehende Anordnung

10 von F i g. 1 besitzt einen üblichen, in einem Zylinder arbeitenden Kolben eines Verbrennungsmotors mit drei Ringnuten. Die Anordnung 10 besteht aus einem Kolben

11 und einem Motorzylinder 12 mit einer den Kolben 11 aufnehmenden Bohrung 13. Der Kolben 11 besitzt einen Kopf 14 mit dem Ringbad 15 mit drei umlaufenden Ringnuten 16, 17 und 18. In der obersten Ringnut 16 befindet sich ein geschlitzter, fester, gußeiserner Kompressionsring 20. Die zweite* Ringnut 17 besitzt einen geschlitzten, festen, zweiten Kompressionsring 21, der etwas breiter ist als der Ring 20. Die dritte Ringnut 18 trägt einen aus zwei Stücken bestehenden ölabstreifring 22.

Wie F i g. 2 zeigt, besitzt der oberste Kompressionsring 20 einen Hauptkörper 24 aus Gußeisen, vorzugsweise Grauguß, mit einem Kohlenstoffgehalt von etwa 3,5 Gew.-°/o. Der Außenumfang 25 dieses Ringi 20 ist mit einem durch Plasmaspritzen aufgebrachten Überzug 26 aus hochschmelzendem Metallüberzug gemäß der Erfindung versehen.

Wie F i g. 3 zeigt, besitzt der zweite Kompressionsring 21 einen Hauptkörper 27 aus dem gleichen Gußeisen wie der Körper 24 des Rings 20. Der Außenumfanc 28 des Körpers 27 ist von der Bodenkante des Rings aus nach oben und innen geneigt und eine Umfangsnut 29 ist rund um diese geneigte Umfangsfläche gebildet. Die Nut 29 ist mit dem hochschmelzenden Metalloxidüberzug 26 gemäß der Erfindung gefüllt

Wie Fig.4 zeigt, besteht die ölabstreifringanordnung 22 in der dritten Ringnut 18 aus einem einstückigen flexiblen Ringkanal 30 und einem blechernen Dehnungsring 31, dessen Schenkel in den Kanal zur Aufweitung des Rings 30 hineinreichen. Der Ring und der Aufweitungsring sind in den US-Patentschrift 32 81 156 näher beschrieben.

Der einstückige ölabstreifring 30 besitzt ein Paar in axialem Abstand voneinander angeordnete, radial vorspringende Bördelungen 32. Der Kreisumfang dieser Bördelungen 32 ist mit dem hochschmelzenden Metalloxidüberzug 26 gemäß der Erfindung überzogen.

Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß die Lagerflächen jedes der Verdichtungs- und ölabstreifringe 20, 21 und 22 mit einem erfindungsgemäßen Überzug 26 überzogen sind. Die so überzogenen Lagerflächen gleiten auf der Wand der Bohrung 13 des Motorzylinders 12 und sind daran abgedichtet. Die Kolbenringe 20,21 und 22 werden in der Bohrung 13 so komprimiert, daß sie sich dicht an die Wand der Bohrung anlegen und damit eine gute Gleitabdichtung bilden.

In F i g. 5 wird der Überzug 26 auf die Ringe, z. B. auf die mit Nuten versehenen Ringe 21, durch Stapelung mehrerer Ringe auf einem Dorn oder einer Spindel 35 aufgebracht, wobei die Ringe so zusammengepreßt sind, daß ihre geschlitzten Enden sich nahezu berühren. Die Spindel mit dem darin eingepreßten Stapel von Ringen kann in der Drehbank montiert werden und die Umfangsflächen der Ringe werden dann zur Bildung der Nuten 29 maschinell bearbeitet Die äußeren Umfangsflächen der Ringe 21 werden dann auf der Spindel mit einer Oxidmatrix aus einer Plasmaspritzpistole 36

ίο überzogen.

Die Pistole 36 besitzt ein isoliertes Gehäuse 37, z. B. aus Nylon, aus welchem eine rückwärtige Elektrode 38 absteht, deren Ausladung verstellbar durch den Schraubgriff 39 geregelt wird. Die Vorderseite des Gehäuses nimmt eine Frontelektrode 40 auf. Das Gehäuse 37 und die Elektrode 40 sind hohl und besitzen einen Wassermantel, so daß das Kühlmittel von einem Einlaß 41 zu einem Auslaß 42 hindurchzirkulieren kann. Plasmagas üblicher Zusammensetzung wird durch einen Einlaß 43 in die durch das Gehäuse 37 und die Elektrode 40 gebildete Kammer zugeführt und strömt um die Elektrode 38. Das vordere Ende der Elektrode 40 bildet einen Düsenauslaß 44 für die Plasmaflamme und die den Oxidüberzug 26 bildenden Bestandteile werden dieser Düse durch einen Pulvereinlaß 45 unmittelbar vor dem Entladungsauslaß der Düse zugeführt.

Eine aus ionisiertem Gas bestehende Plasmaflamme wird erzeugt, indem man das Plasmagas aus dem Einlaß 43 durch einen zwischen den Elektroden 38 und 40 erzeugten Lichtbogen strömen läßt Dieses Plasmagas ist nicht oxidierend und besteht aus Stickstoff oder Argon in Kombination mit Wasserstoff. Die aus der Düse 44 austretende Plasmaflamme zieht das überzugsbildende Pulver infolge einer Ansaugwirkung mit sich und setzt die Bestandteile des Pulvers so hohen Temperaturen aus, daß sie zusammenschmelzen. Das Spritzpulver ist für gewöhnlich in einem Trägergas suspendiert. Der Strahl aus der Spritzpistole fördert das 'Material auf den Boden der Nut 29 jedes Kolbenrings unter Auffüllung der Nut.

Bezüglich der Einzelheiten betreffend Überzugszusammensetzungen aus Titandioxid und Aluminiumoxid und die Bedingungen, unter welchen die Oxidüberzüge gemäß der Erfindung, einschließlich des Yttriumoxids, auf einen Kolbenringrohlinge enthaltende Spindel 35 nach der Plasmaspritzmethode aufgespritzt werden können, wird auf die bereits erwähnte US-Patentschrift 36 97 091 verwiesen. Die Plasmaaufbringung der hochschmelzenden Metalloxide erfolgt genauso wie sie für die Aufbringung der hochschmelzenden Metalloxide ohne den Yttriumoxidzusatz beschrieben wurde.

Eine geeignete Gruppe von Bedingungen zur Aufbringung keramischer Oxidüberzüge auf Kolbenringe ist die folgende:

Anzahl der Pistolen
Typ der Plasmaspritzpistole
Abstand Spritzpistole — Werkstück

Winkel, den die Pistole mit
der Werkstückachse bildet
Stromstärke, Gleichstrom
Spannung
ihkundärgas — Wasserstoff

Primärgas — Stickstoff
Trägergas — Stickstoff
Geschwindigkeit der vertikalen
Zuführung

Metco 3NB

11,25 cm

45°

500 Ampere

85 Volt

424,5 Liter/Stunde

2122,5 Liter/Stunde

1047,1 Liter/Stunde

6 — 8 m/Minute

Geschwindigkeit der Spindeldrehung

Pulverzuführungsgeschwindigkeit

65-90 Umdrehungen pro Minute, bezogen, auf eine Spindel mit einem Durchmesser von 10 cm

2,7-3,6 kg/Stunde

Da bei zu hohen Temperaturen Kolbenringe während des Spritzens beschädigt werden, soll die Temperatur der Ringe auf der Spindel unterhalb 373° C und vorzugsweise unter 204⁰C gehalten werden.

Gemäß der Erfindung besteht die nach der vorstehend beschriebenen Plasmaspritzmethode aufzubringende Pulverzusammensetzung allgemein aus etwa 60 bis 90% Aluminiumoxid, 8 bis 35% Titanoxid und 2 bis 6% Yttriumoxid. Es wurde festgestellt, daß die 2 bis 6% Yttriumoxid die Beständigkeit des Kolbenringiiberzugs gegen eine Schichtspaltung innerhalb des Überzugs, d. h. gegen ein Aufspalten im Innern des Überzugs infolge eines Kohäsionsverlusts verbessern. Bei Verwendung von wesentlich weniger als 2% Yttriumoxid tritt noch eine Schichtspaltung innerhalb des Überzugs mit einer daraus resultierenden Aufspaltung und einem Abblättern auf, wodurch die Lebensdauer des Kolbenrings herabgesetzt wird. Bei Verwendung von wesentlich mehr als 6% Yttriumoxid wird die Härte des Kolbenringüberzugs beeinträchtigt, was eine Zunahme der Geschwindigkeit der Abnutzung des Kolbens zur Folge hat

Es scheint, daß das Yttriumoxid in dem Überzug die Punktion eines »Leims« ausübt und ein Mittel zur Erhöhung der Kohäsion der Überzugskomponenten untereinander bildet Das ist unabhängig davon der Fall, ob der Überzug als Verbindung AI2T1O5 oder in Form der getrennten Komponenten AbO3 und TiO₂ vorliegt Zu wenig Yttriumoxid hat einen geringen oder gar keinen Einfluß auf den Grundüberzug aus Aluminiumoxid-Titandioxid, während zu viel Yttriumoxid einen unerwünschten Verlust der Überzugshärte bedingen kann.

Die folgenden Beispiele erläutern eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Die Überzüge können unter Beachtung der vorstehend angegebenen Faktoren nach Plasmaspritzmethoden aufgebracht werden.

Beispiel 1

Eine S3 Gew.-% Aluminiumoxid (A12Ö3), Ϊ4 Gew.-% Titandioxid (TiO₂) und 3 Gew.-% Yttriumoxid (Y2O3) mit einer Teilchengröße im Bereich von 74μηι bis 10 μτη enthaltende Pulverzusammensetzung wurde auf mehrere Standardkolbenringe aus Gußeisen, die auf einer Spindel wie in F i g. 5 montiert waren, aufgebracht, bis die Ringe mit dem Aluminiumoxid-Titanoxid-Yttriumoxidüberzug bedeckt waren.

Nach dem Abkühlen auf'Raumtemperatur wurde der Überzug in bekannter Weise auf eine Dicke von etwa 0,1 mm abgeschliffen. Lediglich ein Putzvorgang auf der Arbeitsfläche der Schleifscheibe war während des Schleifens erforderlich. Demgegenüber stehen bis zu 5 bis 7 Putzschritte beim Schleifen ähnlicher Ringe mit einem Überzug nur aus Aluminiumoxid und Titanoxid ohne den Einschluß von Yttriumoxid in dem Überzug.

Beispiel 2

Mit dem Aluminiumoxid-Titandioxid-Yttriumoxidüberzug gemäß Beispiel 1 überzogene Ringe und mit 87% Aluminiumoxid und 13% Titandioxid (kein Yttriumoxid) überzogene Ringe wurden zum Vergleich ihrer Eigenschaften Motortests unterworfen.

Insbesondere wurden für beide Zusammensetzungen die Änderung des Endabstands und die Abnutzung der Zylinderbohrung bestimmt. In bezug auf die Änderung des Endabstands wurde das folgende Verfahren durchgeführt: Die Ringe wurden zuerst in einem Meßinstrument mit genauem Durchmesser eingeschlossen. Um Änderungen des Endabstands infolge geringer

Änderungen des Durchmessers des Meßgeräts zu verhindern, wurde vor und nach dem Test das gleiche Meßgerät verwendet. Der Endabstand zwischen den beiden Spaltenenden der geschlitzten Kolbenringe wurde dann unter Verwendung eines Werkzeugmeßmi kroskops mit einem geeichten Linsensystem gemessen. Dann wurden die Ringe in einem Motor installiert, der nach einem spezifischen Testplan während einer vorherbestimmten Zeitdauer lief. Nach beendetem Test wurden die Ringe aus dem Motor entfernt, etwaige

Kohleansammlungen wurden sorgfältig entfernt und die

obigen Messungen wurden wiederholt Die Änderung des Endabstands bei dem Kolbenring ist ein Maß für die Abnutzung.

Für den Abnutzungstest der Zylinderbohrung wurde

der Radius jeder Bohrung vor dem Test im Bereich der Bewegung des obersten Kompressionsrings gemessen. Messungen des Zylinders wurden an zwei sich schneidenden Radien vorgenommen. Dieses Verfahren wurde dann nach dem Test wiederholt und der Unterschied wurde als Abnutzung der Zylinderbohrung berechnet. Schleifmittel mit einer Teilchengröße von 5 μπι wurden in die Verbrennungskammer zur Beschleunigung der Abnutzung eingespritzt. Nach 150stündigem Betrieb des Motors war der Endabstand an dem Ring mit dem Aluminiumoxid-Titanoxid-Yttriumoxidüberzug um etwa 0,025 mm verschlissen. Dem steht ein Wert von etwa 0,075 mm für den Ring mit dem Aluminiumoxid-Titandioxid-(kein Yttriumoxid)-Überzug gegenüber.

Nach dem 150stündigen Betrieb des Motors betrug die radiale Bohrungsabnutzung für den Zylinder mit Kolbenringen mit dem durch Yttriumoxid modifizierten Aluminiumoxid-Titandioxidüberzug etwa 0,025 mm. Dem steht eine Abnutzung von 0,1 mm für den nicht-modifizierten Kolbenring mit dem Aluminium-Titanoxidüberzug gegenüber.

Beispie! 3

Der Kolbenring von Beispiel 1 mit dem Aluminiumoxid-Titanoxid-Yttriumoxidüberzug wurde einem Wär mestandfestigkeitstest mit 900 Zyklen unterworfen. Der Test besteht im Erhitzen des Motors auf Betriebstemperaturen und nachfolgende Wasserabschreckung. Dieses Verfahren wird für die erforderliche Anzahl von Zyklen wiederholt Ein ähnlicher Kolbenring mit einem Überzug aus 87% Aluminiumoxid und 13% Titandioxid (kein Yttriumoxid) wurde dem gleichen Wärmestandfestigkeitstest nrit 900 Zyklen für Vergleichszwecke unterworfen. Nach dem Test zeigte der mit Aluminiumoxid-Titanoxid-Yttriumoxid überzogene Kolbenring einen Gewichtsverlust von 0,05 g. Keine Schichtspaltung, Bläschenbildung oder Abplatzen infolge eines Kohäsionsverlusts innerhalb des Überzues wurde

beobachtet. Der nur mit Aluminiumoxid-Titanoxid überzogene Kolbenring zeigte einen Gewichtsverlust von 0,85 g und ein beträchtliches Abblättern und eine Schichtaufspaltung infolge eines Kohäsionsverlusts im Innern des Überzugs.

Beispiel 4

Eine Pulverzusammensetzung mit einer Teilchengröße von 44 μπι bis 5 μπι, bestehend aus 60 Gew.-% Aluminiumoxid, 35 Gew.-% Titandioxid und 4 Gew.-% Yttriumoxid, Rest andere Metalloxide und/oder organische Binder, wurde auf die Lageroberfläche von auf einer Spindel wie in Beispiel 5 montierten Kolbenringen nach den vorstehend geschilderten Plasmaspritzmethoden aufgebracht. Die Ringe wurden dann auf Raumtem- peratur abgekühlt und in an sich bekannter Weise geschliffen und fertiggearbeitet.

Beispiel 5

Die wie in Beispiel 4 überzogenen Kolbenringe wurden einem Motortest unterworfen. Kolbenringe mit einem Überzug von Beispiel 4 wurden bezüglich der King- und Zylinderbohrungsabnutzung mit einem Kolbenring mit einem Überzug aus 60 Gew.-% Aluminiumoxid und 40 Gew.-% Titandioxid verglichen. Nach dem Test in einem Viertakt-Dieselmotor wurde die radiale Zylinderbohrungsabnutzung für die beiden Kolbenringe bestimmt und ergab bis zu 0,00075 mm für einen lOOstündigen Motorbetrieb mit dem Aluminiumnxid-Titanoxid-Yttriumoxid überzogenen Kolbenring, während der mit dem Aluminiumoxid-Titanoxid überzogene Ring eine Abnutzungsgeschwindigkeit von 0,00125 mm pro 100 Stunden zeigte. Die Ringabnutzungsgeschwindigkeit für den mit Aluminiumoxid-Ti tanoxid-Yttriumoxid überzogenen Ring betrug bei einem lOOstündigen Betrieb 0,0178 bis 0,0356 mm während der aluminiumoxid-titanoxid-überzogene Ring eine Abnutzungsgeschwindigkeit von 0,0406 bis 0,051 mm pro 100 Stunden zeigte.

Beispiel 6 *°

Die Kolbenringe von Beispiel 5 wurden dem in Beispiel 3 beschriebenen Wärmestandfestigkeitstest mit 900 Zyklen unterworfen. Obwohl der genaue Gewichtsverlust nicht berechnet wurde, zeigte der mit Alumi- nium-Titanoxid überzogene Kolbenring eine beträchtliche Bläschenbildung und Schichtspaltung infolge eines Verlusts der Kohäsion im Innern des Oberzugs, während bei dem mit Aluminiumoxid-Titanoxid-Yttriumoxid überzogenen Ring keine solche Schichtspaltung festzustellen war.

Sn einigen Fällen kann es zweckmäßig sein, zuerst einen verbindenden Oberzug zur Erhöhung der Adhäsion zwischen dem äußeren Aluminiumoxid-Titanoxid-Yttriümüberzug und dem gußeisernen Basismate- rial aufzubringen. Bevorzugte Verbindungsüberzüge sind sowohl solche aus Molybdän als auch aus Nickelaluminid- Ein typischer solcher Oberzug aus Nickel und Aluminium besteht aus 80 bis 95 Gew.-% Nickel, Rest Aluminiumoxid. Auf jeden Fall waren jedoch die Kohäsionseigenschaften im Innern des Aluminiumoxid-Titanoxid-Yttriumoxidfiberzugs die gleichen, unabhängig davon, ob dieser Oberzug auf einen verbindenden Oberzug oder direkt auf die

Gußeisenbasis aufgebracht wurde.

Die in den vorstehenden Beispielen genannten Bestandteile und Prozentgehalte müssen nicht reine Produkte betreffen. Beispielsweise besitzen die verwendeten Metalloxide nur einen technischen Reinheitsgrad und können normale Mengen an elementarem Metall, andere Metalioxide, organische Stoffe und dergleichen enthalten. Natürlich können gegebenenfalls die reinen hochschmelzenden Metalloxide verwendet werden, wenn sie zur Verfügung stehen.

Aus den vorstehenden Äußerungen ist klar ersichtlich, daß die Einbringung von 2 bis 6 Gew.-% Yttriumoxid, Y2O3, eine beträchtliche Verbesserung der Schleif- und Abnutzungseigenschaften von Überzügen für die Lagerfläche von Kolbenringen ergibt, die 94 bis 98 Gew.-% eines Gemischs von Aluminiumoxid und Titanoxid enthalten. Die erfindungsgemäßen Ringe werden vorzugsweise durch Plasmaspritzen überzogen, wobei sich die Überzüge in situ auf dem Ring bilden. Der 2 bis 6% Yttriumoxid enthaltende Oberzug bietet gegenüber früheren Überzügen von Lagerflächen von Kolbenringen beträchtliche Vorteile.

So wurde gezeigt, daß die Schichtspaltung im Innern eines Kolbenringüberzugs aus Aluminiumoxid und Titanoxid herabgesetzt oder ganz verhindert werden kann, wenn man dem zur Erzeugung der Überzüge verwendeten Plasmaspritzpulver etwa 2 bis 6% Yttriumoxid zugibt.

Ein hochschmelzender Metalloxidüberzug für die Lagerflächen von Kolbenringen und ein hierfür verwendbares Plasmaspritzpulver bestehen somit aus 94 bis 98 Gew.-% eines Gemischs aus Aluminiumoxid und Titanoxid, das noch etwa 2 bis 6 Gew.-°/o Yttriumoxid, Y₂O₃, enthält.

Ein Plasmaaspritzpulver zur Aufbringung auf die Lagerflächen von Kolbenringen besteht aus einem Gemisch von etwa 60 bis 90 Gew.-% Aluminiumoxid (Al₂O₃), 8 bis 35 Gew.-% Titandioxid (TiO₂) und etwa 2 bis Gew.-% Yttriumoxid. Dieses Pulver kann dann auf die Lagerfläche des Kolbenrings nach bekannten Plasmaspritzmethoden aufgebracht werden und die Oberfläche wird in bekannter Weise fertiggeschliffen.

Die Erfindung schafft eine Pulverzusammensetzung für Überzüge der Lagerflächen von Kolbenringen, wobei diese Überzüge die Verschleißfestigkeit und die Wärmestandfestigkeit von durch Plasmaspritzen aufgebrachten Oberzügen aus Titanoxid-Aluminiumoxid beibehalten und gleichzeitig jeder Neigung zur Bläschenbildung und/oder zur Schichtspaltung im Innern des Oberzugs während eines Betriebs bei hoher Temperatur widerstehen. Ferner wird eine Abnutzung der Zyünderbohrung mit Yttriumoxid enthaltenden Oberzügen im Vergleich zu Aluminhimoxid-Titanoxid-Überzügen ohne Yttrium herabgesetzt

Die Erfindung schafft auch ein Plasmaspritzpulver zur Herstellung von Überzügen, das nach Aufbringung auf die Lagerflächen von Kolbenringen verschleißfest und beständig gegen Wärmeschocks sowie eine Bläschenbildung und Schichtspaltung während des Betriebs bei hoher Temperatur ist und in welchem das Oberzugsmaterial im wesentlichen aus 94 bis 98 Gew.-% eines Gemischs von Aluminiumoxid und Titanoxid und gemäß der Erfindung 2 bis 6 Gew.-% Yttriumoxid besteht

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Claims

Patentansprüche:

1. Pulverzusammensetzung zur Aufbringung eines Oberzugs auf eine Lageroberfläche durch Plasmaspritzen, bestehend aus etwa 60 bis 90 Gew.-% Aluminiumoxid, 8 bis 35 Gew.-% Titandioxid und 2 bis 6 Gew.-% Yttriumoxid.

Z Pulverzusammensetzung nach Anspruch 1, bestehend aus 83 Gew.-% Aluminiumoxid, 14 Gew.-% Titandioxid und 3 Gew.-% Yttriumoxid.

3. Pulverzusammensetzung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver eine Teilchengröße zwischen 74 μπι und 10 μηι besitzt

4. Pulverzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es 6OGew.-°/o Aluminiumoxid und 35 Gew.-% Titandioxid enthält

5. Pulverzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver eine Teilchengröße zwischen 44 μπι und 5 μπι besitzt