DE3247054C1 - Spritzpulver fuer die Herstellung verschleissfester Beschichtungen - Google Patents
Spritzpulver fuer die Herstellung verschleissfester BeschichtungenInfo
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- C23C4/06—Metallic material
Abstract
Ein Spritzpulver für die Herstellung verschleißfester Beschichtungen auf den Lauf- und Reibungsflächen gleitender Reibung ausgesetzter Maschinenteile, wie insbesondere den Laufflächen von Kolbenringen in schnellaufenden Dieselmotoren, den Reibungsflächen von Synchronringen oder den Feuerstegbereichen und Kolbenböden von Kolben in Verbrennungskraftmaschinen durch bevorzugt ein Plasmaspritzverfahren besteht aus 20 bis 60 Gew.-% Molybdän, 25 bis 50 Gew.-% Molybdänkarbid und bis zu 30 Gew.-% einer niedrigschmelzenden Legierung aus vorzugsweise einer Chromlegierung, einer Nickelchromlegierung und/oder einer Aluminiumlegierung. Die so hergestellten Schichten besitzen gegenüber reinen Molybdänschichten eine verbesserte Verschleißfestigkeit und eine verbesserte Ausbruchsicherheit, so daß vor allem Kolbenringe schon mit derartigen Überzügen in überspritzter Form ohne die bisher übliche Abwinkelung der Kanten eingesetzt werden können, ohne daß die Brandspursicherheit der Schichten gegenüber reinen Molybdänschichten herabgesetzt ist.
Description
Die Erfindung betrifft ein Spritzpulver für die Herstellung von verschleißfesten Beschichtungen auf den Laufund
Reibungsflächen gleitender Reibung ausgesetzter Maschinenteile, wie insbesondere von Kolbenringen in
schnellaufenden Dieselmotoren, den Reibflächen von Synchronringen oder den Feuerstegen von Kolbenböden
der Kolben in Verbrennungskraftmaschinen durch vorzugsweise ein Plasmaspritzverfahren.
Zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit werden in der Praxis die Laufflächen gleitender Reibung ausgesetzter
Maschinenteile vor allem mit galvanischen Hartchromschichten oder mit thermisch aufgespritzten Schutzüberzügen
aus vorzugsweise Metallen oder Metallegierungen versehen. Zur Beschichtung vor allem der Laufflächen
von Kolbenringen für Verbrennungskraftmaschinen hat sich als Spritzwerkstoff vor allem Molybdän hervorragend
bewährt. Das Molybdän wird dabei entweder ganzflächig aufgetragen und man spricht von Überzügen in
überspritzter Form, oder es werden Nuten und Ausnehmungen in die Laufflächen eingearbeitet, die dann mit
dem Spritzwerkstoff ausgefüllt werden, und man spricht dann von Beschichtungen in ein- oder beidseitig gekammerter
Form.
Molybdänspritzschichten besitzen vor allem eine hervorragende Brandspurfestigkeit, während ihre Verschleißfestigkeit
der von galvanischen Hartchromschichten unterlegen ist. Zusätzlich sind Molybdänspritzschichten
relativ spröde, so daß vor allem bei extremen Bela
stungen die Gefahr von Schichtausbrüchen sowohl bei gekammerten als auch bei überspritzten Ringen besteht.
Deshalb hat man vor allem zur Verbesserung der Verschleißfestigkeit
derartiger Schichten versucht, dem Molybdän andere Elemente zuzulegieren oder zuzumischen
und man hat zusätzlich Hartstoffe den Spritzpulvern hinzugefügt. So bestehen beispielsweise die Spritzpulver
der DE-AS 24 33 814 aus Molybdän mit 0,5 bis 45% Eisen, Kobalt, Nickel, Titan, Vanadium, Chrom,
Aluminium, Wolfram, Tantal, Rhenium und/oder Zirkonium sowie 0,8 bis 10% Silizium und nach der DE-OS
28 41 552 sind dem Molybdän 3 bis 40% Aluminiumlegierung zugemischt. Beide Spritzpulver können zusätzlich
gegebenenfalls Hartstoffe auf der Basis von Karbiden, Nitriden, Oxiden und/oder intermetallischen Verbindungen
enthalten. Diese Maßnahmen erbrachten vor allem eine Verbesserung der Verschleißfestigkeit der Spritzschichten,
mit Verbesserung der Verschleißfestigkeit büßten derartige Schichten einen Teil ihrer Brandspurfestigkeit
ein oder die Schichten wurden spröder, so daß es bei extremen Belastungen sogar vermehrt zu Schichtausbrüchen
kam.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Spritzpulverzusammensetzungen zu finden,
aus denen sich durch thermische Spritzverfahren verschleißfeste Beschichtungen auf insbesondere den Laufflächen
von reibender Beanspruchung ausgesetzten Maschinenteilen in überspritzter und in ein- oder beidseitig
gekammerter Form herstellen lassen, die zugleich eine verringerte Sprödigkeit und damit eine verbesserte
Ausbruchsicherheit aufweisen, ohne daß die Brandspursicherheit wesentlich herabgesetzt ist. Die Spritzpulver
sollen sich insbesondere zur Beschichtung von Kolbenringen in schnellaufenden Dieselmotoren eignen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Spritzpulver gelöst, welches aus einer Mischung von 20 bis 60
Gewichtsteilen Molybdän, 20 bis 50 Gewichtsteilen eines Molybdänkarbides und gegebenenfalls bis zu 30 Gewichtsteilen einer niedrig schmelzenden Legierung vorzugsweise
auf der Basis einer Chromlegierung, einer Chrom*- nickellegierung und/oder einer Aluminiumlegierung
besteht.
Das bevorzugt verwendete Molybdänkarbid ist ein Karbid der Zusammensetzung MoC2, und die bevorzugt
eingesetzten niedrig schmelzenden Legierungen sind Nickelchromlegierungen mit 75 bis 85% Nickel und 15
bis 25% Chrom oder Aluminiumlegierungen mit 10 bis 20% Silizium und 80 bis 90% Aluminium.
Das Spritzpulver kann in der Form von Mischungen der zwei beziehungsweise drei Komponenten verwendet
werden, bevorzugt werden aber Mikropellets oder Verbundpulver aus zwei oder auch gegebenenfalls allen
Komponenten eingesetzt, und die Pulver werden bevorzugt durch ein Plasmaspritzverfahren aufgetragen.
Bei mit den erfindungsgemäßen Spritzpulvern beschichteten Ringen in sowohl überspritzter als auch in
ein- oder beidseitig gekammerter Form wurde in Motortestläufen gefunden, daß bei einem Molybdäiigehalt im
Pulver von weniger als 20 Gew.-SS der Verschleiß an der Lauffläche des Gegenpartners der Zylinderlaufbüchse zu
groß wird, bei Gehalten von mehr als 60 Gew.-% ist dagegen die Verschleißfestigkeit der Spritzschicht nicht
ausreichend. Umgekehrt ist entsprechend bei einem Molybdänkarbidanteil von unter 25 Gew.-% die Eigenverschleißfestigkeit
der Schichten zu gering, während größere Molybdänkarbidanteile von über 50 Gew.-% den
Verschleiß der Reibpartner unzulässig heraufsetzt.
Überraschenderweise wurde aber auch gefunden, daß
Schichten aus Molybdän mit Molybdänkarbid innerhalb der angegebenen Mengenverhältnisse keinerlei Einfluß
auf die Brandspurfestigkeit der Schichten besitzen. Die Schichten aus Molybdän mit Molybdänkarbid waren ähnlich
brandspursicher wie reine Molybdänschichten.
Die Zugabe der niedrigschmelzenden Legierungen auf der Basis von Chromlegierungen, Chromnickellegierungen
und/oder Aluminiumlegierungen erhöhen die Zähigkeit der Schichten, so daß die so hergestellten Kolbenringe
höhere Schichtausbruchssicherheit aufweisen. So konnten in Versuchen die Laufflächen von Kolbenringen
mit derartigen Pulverbeschichtungen in überspritzter Form mit nahezu scharfen Kanten, d. h. deren Kanten
nicht wie bisher üblich abgewinkelt waren, sondern deren Kanten fast rechtwinklig zur Lauffläche verliefen, hergestellt
werden. Derartige Ringe zeigten in den Motortestläufen im allgemeinen keinerlei Schichtbeschädigungen
im Kantenbereich.
Wenn auch die erfindungsgemäßen Spritzpulver bevorzugt zur Beschichtung von Kolbenringen eingesetzt werden
sollen, so können sie jedoch auch im Sinne der Erfindung für ähnliche Anwendungsfälle eingesetzt werden.
Gefunden wurde, daß das Pulver sich auch zur Beschichtung von Feuerstegen und Kolbenboden der
Kolben in Verbrennungskraftmaschinen eignet, und ebenso wurden die Reibflächen von Synchronringen mit
den erfindungsgemäßen Pulvern beschichtet.
Die folgenden Spritzpulverzusammensetzungen erwiesen sich zur Herstellung von Beschichtungen im Plasmaspritzverfahren
als besonders vorteilhaft:
Spritzpulver
54 Gew.-96 Molybdän 45 Gew.-96 Molybdänkarbid 10 Gew.-96 Aluminiumlegierung mit
12 Gew.-96 Silizium
Spritzpulver
40 Gew.-95 Molybdän 40 Gew.-96 Molybdänkarbid 20 Gew.-96 Nickelchromlegierung mit
20 Gew.-% Chrom und 80 Gew.-96 Nickel
Spritzpulver
50 Gew.-96 Molybdän 25 Gew.-96 Molybdänkarbid 25 Gew.-96 einer Chromlegierung
- Leerseite -
Claims (6)
1. Spritzpulver für die Herstellung verschleißfester
Beschichtungen auf den Lauf- und Reibungsflächen gleitender Reibung ausgesetzter Maschinenteile, wie
insbesondere den Laufflächen von Kolbenringen in schnellaufenden Dieselmotoren, den Reibungsflächen
von Synchronringen oder den Feuerstegbereichen und den Kolbenboden von Kolben in Verbrennungskraftmaschinen
durch bevorzugt ein Plasmaspritzverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß das Spritzpulver
aus 20 bis 60 Gew.-% Molybdän, 25 bis 50 Gew.-"& Molybdänkarbid und bis zu 30 Gew.-% einer
niedrigschmelzenden Legierung besteht.
2. Spritzpulver nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das verwendete Molybdänkarbid ein
Karbid der Zusammensetzung MoC2 ist.
3. Spritzpulver nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendete
niedrig schmelzende Legierung eine Nickelchromlegierung mit 75 bis 85 Gew.-% Nickel und 15
bis 25 Gew.-% Chrom ist.
4. Spritzpulver nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendete
niedrig schmelzende Legierung eine Aluminiumlegierung ist, die aus 10 bis 20 Gew.-96 Silizium und
dem Rest Aluminium besteht.
5. Spritzpulver nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Spritzpulver
ein Gemisch aus den Komponenten ist.
6. Spritzpulver nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Spritzpulver
Mikropellets, Legierungen und/oder Verbundpulver aus mindestens zwei der Komponenten enthält.
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