DE69524997T2

DE69524997T2 - Verfahren zum Spritzen von Material, Verfahren zur Herstellung eines Gleitelementes mit gespritzter Gleitschicht; Kolben und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE69524997T2
Application number: DE69524997T
Authority: DE
Inventors: Yoshio Fuwa; Kouta Kodama; Taisuke Miyamoto; Kazuhiko Mori; Kouji Saitoh
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1994-06-06
Filing date: 1995-06-06
Publication date: 2002-08-29
Anticipated expiration: 2015-06-07
Also published as: EP0691417B1; US5756150A; DE69524997D1; JPH0854060A; JP3547098B2; EP0691417A3; EP0691417A2; US6671943B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren des Sprühens verschiedener Sprühmaterialien in Abscheidungsrichtung, ein Verfahren der Herstellung eines Gleitteils mit einer Gleitoberfläche, welche eine ausgezeichnete Verschleißbeständigkeit aufzeigt, einen Kolben mit einer Ringnut, welche eine ausgezeichnete Verschleißbeständigkeit aufzeigt, und ein Verfahren zu dessen Herstellung.

Beschreibung des verwandten Stands der Technik

In einem Dieselmotor ist der obere Ringnutabschnitt eines Aluminiumkolbens nicht hitzebeständig. Gemäß den Abgasbestimmungen ist es seit kurzem notwendig, den Ölverbrauch zu steuern und die Verbrennungstemperatur zu erhöhen. Solche Notwendigkeiten haben immer stärkere Auswirkungen auf einen Kolbenring und einen Kolben, und das obige Verfahren kann diesen nicht genügen. Es kann nämlich keine ausreichende Ölschmierung oder -kühlung durch eine Kolbenringnut, insbesondere eine obere Ringnut, erhalten werden. So findet ein Verschleiß zwischen einem Kolbenring und einer Ringnut statt.
Üblicherweise wird der Versuch unternommen, daß eine wärme- und verschleißbeständige Schicht auf einem oberen Ringnutabschnitt eines Kolbens durch Spritzen ausgebildet wird. Da beim Spritzen ein Basismaterial und ein Spritzmaterial frei gewählt werden, wird berichtet, daß viele verschleißbeständige Materialien gespritzt werden. Üblicherweise ist eine Kolbenringnut eines Dieselmotors für Kraftfahrzeuge eine rechteckige Nut mit einem Einlaß von 2 mm und der Tiefe von 5 mm. Wenn das Spritzen auf eine gerade Weise durchgeführt wird, so wird ein Sprühwinkel extrem klein, und es ist schwierig, eine gespritzte Schicht entlang der Form der Nut aufzubringen.
Im Gegensatz dazu wird, wie in Fig. 17 in der Japanischen Ungeprüften Patentveröffentlichung (KOKAI) Nr. 44838/1993 aufgezeigt, ein oberer Endabschnitt einer Nut abgeschrägt, so daß ein Sprühwinkel erhalten werden kann. Obwohl in diesem Verfahren auf einer unteren Oberfläche der Nut eine gespritzte Schicht ausgebildet wird, wird eine obere Oberfläche durch Füllen mit Metallen wiederhergestellt. Ein derartiges Verfahren wird kompliziert, und es wird nicht die gesamte Oberfläche der Nut behandelt. Daher kann teilweises Anhaften oder Abrieb auftreten. Da ferner der Sprühwinkel nicht senkrecht zu einer behandelten Oberfläche ist, ist eine Haftungsfestigkeit einer Spritzbeschichtung verringert und es lagern sich abprallende Teilchen am Boden der Nut ab, wodurch eine poröse Schicht ausgebildet wird. Somit kann die Qualität der Spritzbeschichtung verschlechtert sein.
US 3,041,116 offenbart ein Verfahren, in welchem geschmolzenes Metall in die Nut eines Kolbenkörpers gespritzt wird. Als erstes wird eine vorläufige Nut in die Wand eines Zylinders geschnitten, wobei der Querschnitt so gewählt wird, daß er dem Spritzmuster der Spritzapparatur entspricht, so daß sich das Zentrum und die Seiten proportional auffüllen. Anschließend wird die Ringnut durch die Füllung und in den Aluminiumkörper des Kolbens hinein geschnitten.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist folglich eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kolben und ein Verfahren zur Herstellung eines Gleitteils mit einer Gleitoberfläche, die eine gespritzte Schicht mit einer höheren Verschleißbeständigkeit und einer ausgezeichneten Stabilität im Vergleich mit der herkömmlichen gespritzten Schicht umfaßt, zur Verfügung zu stellen.
Die Erfinder fanden folgendes heraus. Wenn ein Spritzmaterial, welches nicht weniger als zwei Arten an Spritzteilchen umfaßt, diagonal auf eine Oberfläche eines Objekts gespritzt wird, haften in erster Linie die Spritzteilchen mit einer niedrigen Schmelztemperatur auf der Oberfläche des Objekts, und es ist möglich, eine gespritzte Schicht zu erhalten, welche ein hohes Verhältnis an Spritzteilchen mit einer niedrigen Schmelztemperatur enthält und deren Zusammensetzung von der des Spritzmaterials verschieden ist. Sie bestätigten, daß die Zusammensetzung der gespritzten Schicht durch Variieren des Spritzwinkels zu der Oberfläche des Objekts etwas verändert werden kann.
Die Erfinder haben auch folgendes bemerkt. Wenn die gespritzte Schicht durch Spritzen ausgebildet wird, kollidiert jedes der Spritzteilchen mit einem Objekt und wird zerdrückt und wie eine dünne Scheibe geformt, wobei es sich auf der Oberfläche des Objekts ablagert. Die Richtung, die senkrecht zur Abscheidungsrichtung der oben gespritzten Schicht ist, nämlich die Oberfläche, auf der sich jedes der Spritzteilchen in der Form einer dünnen Scheibe verteilt, wird normalerweise als eine Gleitoberfläche verwendet. Sie widmeten ihre Aufmerksamkeit einer geschnittenen Oberfläche, die erhalten wird durch Schneiden der gespritzten Schicht in Abscheidungsrichtung. Sie dachten dann, daß die obige geschnittene Oberfläche in Anbetracht der Beständigkeit gegen Herausfallen eines jeden der Spritzteilchen und der Anzahl an Spritzteilchen, die pro Flächeneinheit auf der geschnittenen Oberfläche freiliegen, eine ausgezeichnete Verschleißbeständigkeit und einen stabilen Reibungskoeffizienten aufzeigt. Die Erfinder überprüften die obige Annahme durch Experimente.
In einem Verfahren des Spritzens eines Spritzmaterials auf eine Oberfläche eines Basismaterials, auf welchem eine gespritzte Schicht ausgebildet werden soll, wodurch eine gespritzte Schicht auf der Oberfläche ausgebildet wird;
umfaßt das Spritzmaterial nicht weniger als zwei Arten an Spritzteilchen, welche voneinander verschiedene Schmelztemperaturen besitzen,
wird ein Spritzwinkel, welcher durch die Oberfläche und die Spritzrichtung gebildet wird, so eingestellt, daß er im Anfangsstadium des Spritzens klein ist und nach dem Anfangsstadium groß ist, und
enthält ein unterer Abschnitt der gespritzten Schicht, welcher sich nahe der Oberfläche befindet, ein höheres Verhältnis an Spritzteilchen mit einer niedrigen Schmelztemperatur und ein geringeres Verhältnis an Spritzteilchen mit einer hohen Schmelztemperatur als vergleichsweise ein oberer Abschnitt der gespritzten Schicht, welcher von der Oberfläche entfernt ist.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Gleitteils mit einer Gleitoberfläche, welche eine gespritzte Schicht umfaßt, umfaßt die folgenden Schritte:
Spritzen eines granulären Spritzmaterials auf mindestens einen Teil einer Oberfläche eines Körperabschnitts, der aus einem Strukturmaterial gemacht ist, unter einer Bedingung des zumindest teilweisen Schmelzens,
Ausbilden einer gespritzten Schicht auf der Oberfläche, und
Ausbilden einer Gleitoberfläche, welche eine Oberfläche umfaßt, die durch Schleifen oder Schneiden der gespritzten Schicht erhalten wird.
Das Spritzmaterial wird in der Richtung gespritzt, die parallel oder diagonal zu der Gleitoberfläche ist, so daß das Spritzmaterial in der Richtung abgeschieden wird, die parallel zu der Gleitoberfläche ist. Die Gleitoberfläche ist ein Schnitt des abgeschiedenen Spritzmaterials, die erhalten wird durch Schleifen oder Schneiden des abgeschiedenen Spritzmaterials in Abscheidungsrichtung.
Ein Kolben mit mindestens einer Ringnut an einem Außenumfang, der gleitend ist und in Kontakt mit einem Innenumfang eines Zylinders gebracht wird, umfaßt:
einen Kolbenkörper mit einer breiten Nut am Außenumfang, die breiter ist als die Ringnut,
eine gespritzte Schicht, die ausgebildet wird durch Spritzen eines Spritzmaterials in die breite Nut des Kolbenkörpers in der Richtung, die senkrecht zu dem Außenumfang ist, und Abscheiden des Spritzmaterials in der breiten Nut in Tiefenrichtung, und
eine Ringnut, die ausgebildet wird durch Schleifen oder Schneiden der gespritzten Schicht in Abscheidungsrichtung.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbens mit mindestens einer Ringnut an einem Außenumfang, der gleitend ist und in Kontakt mit einem Innenumfang eines Zylinders gebracht wird, umfaßt die folgenden Schritte:
Ausbilden einer breiten Nut am Außenumfang, die breiter als die Ringnut ist,
erstes Spritzen eines Spritzmaterials, umfassend nicht weniger als zwei Arten an Spritzteilchen, die jeweils eine voneinander verschiedene Schmelztemperatur besitzen, in der Richtung, die diagonal zu der Oberfläche der breiten Nut ist, unter einem niedrigen Spritzwinkel,
Ausbilden einer unteren gespritzten Schicht, die ein höheres Verhältnis an Spritzteilchen mit einer niedrigen Schmelztemperatur enthält,
zweites Spritzen des Spritzmaterials auf die untere gespritzte Schicht mit einem größeren Spritzwinkel als dem der unteren gespritzten Schicht,
Ausbilden einer oberen gespritzten Schicht, die ein geringeres Verhältnis an Spritzteilchen mit einer niedrigen Schmelztemperatur enthält, und
Ausbilden einer Ringnut in der oberen gespritzten Schicht.
In der vorliegenden Erfindung umfaßt das Spritzmaterial nicht weniger als zwei Arten an Spritzteilchen, welche eine jeweils voneinander verschiedene Schmelztemperatur besitzen, und es kann das Zusammensetzungsverhältnis der gespritzten Schicht durch Variieren des Spritzwinkels verändert werden. Als ein Ergebnis ist es möglich, daß der untere Abschnitt der gespritzten Schicht ein höheres Verhältnis an Material mit einer höheren Affinität zu dem Basismaterial enthält und daß der obere Abschnitt der gespritzten Schicht ein höheres Verhältnis an Material mit bestimmten Charakteristiken besitzt, die wünschenswert für die gespritzte Schicht sind.
In dem Verfahren zur Herstellung des Gleitteils mit der Gleitoberfläche, welche die gespritzte Schicht gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt, wird die gespritzte Schicht ausgebildet durch Abscheiden des Spritzmaterials auf der Oberfläche des Gleitteils, auf welcher die gespritzte Schicht ausgebildet werden soll. Danach wird die Gleitoberfläche in der Abscheidungsrichtung der gespritzten Schicht ausgebildet und kann das Gleitteil erhalten werden. Die Kantenfläche eines jeden Spritzmaterials, das durch das Spritzen in der Form einer dünnen Scheibe abgeschieden wird, liegt an der Gleitoberfläche frei. Als ein Ergebnis ist die Fläche eines jeden Spritzmaterials, die an der Gleitoberfläche freiliegt, klein. Die Gleitoberfläche wird gebildet durch eine große Anzahl an Spritzmaterialien. So zeigt die Gleitoberfläche kaum Gleitcharakteristiken eines spezifischen Spritzmaterials oder einiger der Spritzmaterialien. Sie weist durchschnittliche Reibungscharakteristiken der gesamten Spritzmaterialien auf. Es kann daher ein stabiler Reibungskoeffizient erhalten werden.
Jedes der Spritzmaterialien ist in einer solchen Weise angeordnet, daß es gegen die Gleitoberfläche steht. Ein Ende einer jeden gespritzten Schicht bildet die Gleitoberfläche, und das andere Ende einer jeden gespritzten Schicht liegt innen und weit entfernt von der Gleitoberfläche. Jedes Spritzmaterial zur Ausbildung der Gleitoberfläche wird kaum von der Gleitoberfläche abgelöst. Somit wird ein Verschleiß, der durch ein Herausfallen verursacht wird, kaum auftreten. Da die Fläche von einem Stück des Spritzmaterials, welche an der Gleitoberfläche freiliegt, schmal ist, ist die auf ein Stück des Spritzmaterials ausgeübte Belastung gering. Daher findet selten ein Herausfallen des Spritzmaterials statt und die Verschleißbeständigkeit wird ausgezeichnet.
Solche Charakteristiken sind geeignet für den Kolben der vorliegenden Erfindung, und die Ringnut des Kolbens zeigt eine bemerkenswert hervorragende Verschleißbeständigkeit.
In dem Verfahren zur Herstellung des Kolbens der vorliegenden Erfindung wird das zuvor erwähnte Verfahren des Spritzens von Material für das Verfahren zur Herstellung des Kolbens verwendet, und es ist möglich, die obere gespritzte Schicht und die untere gespritzte Schicht unter Verwendung desselben Spritzmaterials auszubilden. Da ferner die Ringnut in der oberen gespritzten Schicht ausgebildet wird, kann die Ringnut eine hohe Verschleißbeständigkeit erhalten und kann als Einheit mit dem Kolbenkörper eingesetzt werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine vergrößerte Schnittansicht, welche einen Kantenabschnitt eines Kolbens in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufzeigt.
Fig. 2 ist ein typisches Diagramm, welches ein Verfahren zur Ausbildung einer oberen Ringnut des Kolbens in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufzeigt.
Fig. 3 ist eine Aufzeichnung, welche die Beziehung zwischen der Menge an Kohlenstoff in einem Spritzmaterial und der Härte einer gespritzten Schicht aufzeigt.
Fig. 4 sind zwei Aufzeichnungen: Eine ist eine Aufzeichnung, welche die Beziehung zwischen einer Zugabemenge an Carbid zu dem Spritzmaterial und einer Verschleißmenge eines Ringmaterials aufzeigt, und die andere ist eine Aufzeichnung, welche die Beziehung zwischen einer Zugabemenge an Carbid zu dem Spritzmaterial und einer Verschleißmenge der gespritzten Schicht aufzeigt.
Fig. 5 ist ein typisches Diagramm, welches einen LFW1-Verschleißtest aufzeigt.
Fig. 6 ist eine Aufzeichnung, welche die Beziehung zwischen einer Zugabemenge einer Aluminiumlegierung zu dem Spritzmaterial und einer Verschleißmenge eines Schleifschneidewerkzeugs aufzeigt.
Fig. 7 ist eine Aufzeichnung, welche die Beziehung zwischen einer Zugabemenge einer Aluminiumlegierung zu dem Spritzmaterial und einer Verschleißmenge der gespritzten Schicht aufzeigt.
Fig. 8(a) ist ein typisches vergrößertes Schnittdiagramm, welches eine Gleitoberfläche der herkömmlichen gespritzten Schicht aufzeigt.
Fig. 8(b) ist ein typisches vergrößertes Schnittdiagramm, welches eine Gleitoberfläche der vorliegenden gespritzten Schicht aufzeigt.
Fig. 9 ist ein Diagramm, welches eine Verschleißmenge von jeweils der Gleitoberfläche der herkömmlichen gespritzten Schicht und der vorliegenden gespritzten Schicht aufzeigt.
Fig. 10 ist ein Diagramm, welches einen Haftbereich der Spritzmaterialien von jeweils der Gleitoberfläche der herkömmlichen gespritzten Schicht und der vorliegenden gespritzten Schicht aufzeigt.
Fig. 11 ist eine Aufzeichnung, welche die Beziehung zwischen dem Verhältnis eines beschädigten Bereichs der Gleitoberfläche und einer Verschleißmenge der gespritzten Schicht aufzeigt.
Fig. 12 ist ein vergrößertes Schnittdiagramm, welches einen Kantenabschnitt eines Kolbens in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufzeigt.
Fig. 13 ist ein typisches vergrößertes Diagramm, welches ein Verfahren des ersten Spritzens eines Spritzmaterials in der zweiten Ausführungsform aufzeigt.
Fig. 14 ist eine Aufzeichnung, welche die Beziehung zwischen einem Spritzwinkel und dem Verhältnis an anhaftendem Spritzmaterials aufzeigt, wenn ein Spritzmaterial ein gemischtes Pulver ist.
Fig. 15 ist eine Aufzeichnung, welche die Beziehung zwischen einem Spritzwinkel und dem Verhältnis an Aluminiumlegierung in der gespritzten Schicht aufzeigt, wenn ein Spritzmaterial ein gemischtes Pulver ist.
Fig. 16 ist ein vergrößertes Schnittdiagramm, welches einen Kantenabschnitt eines Kolbens in einem modifizierten Beispiel der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufzeigt.
Fig. 17 ist ein typisches Diagramm, welches die Ausbildung einer oberen Ringnut eines Kolbens in der herkömmlichen Verfahrensweise aufzeigt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die Fig. 1 bis 17 erläutert.

Erste Ausführungsform

Die erste Ausführungsform betrifft einen Kolben, der aus einer Aluminiumlegierung hergestellt ist, mit einer oberen Ringnut, die durch Schleifen einer gespritzten Schicht in Abscheidungsrichtung ausgebildet ist, und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Wie in Fig. 1 aufgezeigt, umfaßt der Kolben einen Kolbenkörper 1, der aus einer Aluminiumlegierung hergestellt ist, eine gespritzte Schicht 2, die einen Kantenabschnitt des Kolbens 1 kreisförmig umschließt und durch Spritzen ausgebildet wird, und eine obere Ringnut 3, die auf der gespritzten Schicht 2 ausgebildet ist. Wie in Fig. 2 aufgezeigt, besitzt der Kolbenkörper 1 eine Nut 11 mit einem trapezförmigen Querschnitt, die den Außenumfang eines Kantenumfangsabschnitts kreisförmig umschließt. Die Nut 11 ist tiefer und breiter als die obere Ringnut 3, wie in Fig. 1 aufgezeigt. In dieser Ausführungsform ist die Tiefe der Nut 11 um mindestens 0,1 mm tiefer als die der oberen Ringnut 3. Die halbe Länge der Basis der Nut 11 ist um mindestens 0,1 mm länger als die der Basis der oberen Ringnut 3. Ferner ist der Winkel einer Gleitoberfläche zu der Nut 11 75 Grad zu einer Seitenoberfläche.
Wie in Fig. 2 aufgezeigt, wird die gespritzte Schicht 2 ausgebildet durch Spritzen eines Spritzmaterials in der Richtung, die senkrecht zu einer Seitenoberfläche des Kolbenskörpers 1 ist, und durch Auffüllen der Nut 11. Ein granuläres Spritzmaterial kollidiert unter einer Halbschmelzbedienung mit der Basis der Nut 11. Es verteilt sich dann in der Form einer dünnen Scheibe und haftet an der Basis. Danach kollidiert und lagert sich das Spritzmaterial nach und nach ab. Wie durch die unterbrochenen Linien in Fig. 1 aufgezeigt, sind diese Spritzmaterialien in Richtung der Tiefe der Nut 11 angeordnet und wird die gespritzte Schicht 2 ausgebildet.
Die obere Ringnut 3 wird ausgebildet durch Schneiden der gespritzten Schicht 2. Wie in Fig. 1 aufgezeigt, ist die obere Ringnut 3 durch eine Basis 33 und zwei gegenüberliegende Oberflächen 31 und 32, welche einander gegenüberliegen und sich in Richtung der Tiefe erstrecken, gekennzeichnet. Die gegenüberliegenden Oberflächen 31 und 32 erstrecken sich in die Abscheidungsrichtung des Spritzmaterials. Eine dünne Seitenfläche eines jeden Spritzmaterials liegt an den gegenüberliegenden Oberflächen 31 und 32 frei, in dem Zustand, daß jedes Spritzmaterial abgeschieden ist. Im Gegensatz dazu ist die Basis 33 parallel zu der Oberfläche, auf welcher sich das Spritzmaterial verteilt. So liegt jedes Spritzmaterial auf der Basis 33 in dem Zustand frei, in dem es auf der Basis 33 verteilt ist.
In der oberen Ringnut 3 ist ein oberer Ring (nicht aufgezeigt) installiert, und der obere Ring ist gleitend und wird in Kontakt mit der oberen Ringnut 3 gebracht.
Der obere Ring ist auch gleitend und wird in Kontakt gebracht mit einer Wandfläche eines Zylinders, und er verbessert die Luftdichtheit zwischen der Wandfläche des Zylinders und dem Kolben. Bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens wird der obere Ring abwechselnd in Kontakt mit den gegenüberliegenden Oberflächen 31 und 32 der oberen Ringnut 3 gebracht.
In dem Kolben dieser Ausführungsform sind die gegenüberliegenden Oberflächen 31 und 32 der oberen Ringnut 3 ein Abschnitt des abgeschiedenen Spritzmaterials. Die Kantenfläche eines jeden Spritzmaterials, welches durch Spritzen in der Form einer dünnen Scheibe angeordnet ist, liegt an den gegenüberliegenden Oberflächen 31 und 32 frei. Als ein Ergebnis ist die Fläche eines jeden Spritzmaterials, welches an den gegenüberliegenden Oberflächen 31 und 32 freiliegt, gering. Die gegenüberliegenden Oberflächen 31 und 32 werden durch eine große Anzahl an Spritzmaterialien gebildet. So zeigen die gegenüberliegenden Oberflächen 31 und 32 kaum die Reibungscharakteristiken von einem spezifischen Spritzmaterial oder einigen Spritzmaterialien auf. Sie weisen durchschnittliche Reibungscharakteristiken der gesamten Spritzmaterialien auf. Daher kann ein stabiler Reibungskoeffizient erhalten werden.
Jedes Spritzmaterial ist in einer solchen Weise angeordnet, daß es gegen die gegenüberliegenden Oberflächen 31 und 32 steht. Ein Ende einer jeden gespritzten Schicht bildet die gegenüberliegende Oberfläche, und das andere Ende einer jeden gespritzten Schicht liegt innen und weit entfernt von den gegenüberliegenden Oberflächen 31 und 32. Jedes Spritzmaterial zur Ausbildung der gegenüberliegenden Oberflächen 31 und 32 wird kaum aus den gegenüberliegenden Oberflächen 31 und 32 herausgelöst. So findet kaum ein Verschleiß statt, der durch ein Herausfallen verursacht wird. Da die Fläche eines jeden Stücks des Spritzmaterials, welche an den gegenüberliegenden Oberflächen 31 und 32 freiliegt, gering ist, ist eine auf ein Stück des Spritzmaterials ausgeübte Belastung gering. Daher findet selten ein Herausfallen des Spritzmaterials statt und die Verschleißbeständigkeit wird ausgezeichnet.
In dem Kolben dieser Erfindung wird die gespritzte Schicht 2 ausgebildet, um die obere Ringnut 3 zu bilden. Es ist jedoch möglich, andere Ringnuten auf dieselbe Weise, wie die obere Ringnut auf der gespritzten Schicht 2 ausgebildet wird, auszubilden.
In dieser Ausführungsform ist die Dicke des dünnsten Abschnitts der gespritzten Schicht zwischen der oberen Ringnut 3 und dem Kolbenkörper 1 auf 0,1 mm eingestellt, da der Kolbenkörper 1 aus einer Aluminiumlegierung hergestellt ist. Wenn der Kolbenkörper 1 aus einer Eisenlegierung hergestellt ist, kann die Dicke des dünnsten Abschnitts der gespritzten Schicht dünner als 0,1 mm sein. In dieser Ausführungsform ist der Winkel der Gleitoberfläche der Nut 11 auf 75 Grad eingestellt. Es besteht kein Problem darin, daß der Winkel "Theta" nicht mehr als 75 Grad beträgt, um die Haftfestigkeit aufrechtzuerhalten und zu verhindern, daß die Beschichtung aufgrund von abprallenden Teilchen porös wird. Es ist bevorzugt, daß der Winkel "Theta" nicht mehr als 60 Grad beträgt. Wenn jedoch der Winkel kleiner wird, wird ein Öffnungsabschnitt der Nut 11 breit und nimmt eine Querschnittsfläche der Nut 11 zu. Als Ergebnis davon nimmt die notwendige Spritzmenge zu.
Es ist bevorzugt, daß das Spritzmaterial in dieser Ausführungsform eine Verschleißbeständigkeit und Hitzebeständigkeit besitzt. Es ist ebenfalls bevorzugt, daß das Spritzmaterial eine innere Spannung verringern kann, wenn die Dicke der Beschichtung dick wird. Es ist ferner wünschenswert, daß das Spritzmaterial eine ausgezeichnete Verarbeitbarkeit aufzeigt. Um solchen Forderungen gerecht zu werden, ist das Spritzmaterial vorzugsweise Kohlenstoffstahl, der nach dem Spritzen 5 bis 40 Gew.-% an Carbid, 5 bis 50 Gew.-% an Aluminiumlegierung und den Rest als Matrix umfaßt.
Der oben erwähnte Kohlenstoffstahl ist das Material, welches notwendig ist zum Beibehalten der Struktur der gespritzten Schicht und zum Erhalten einer Zähigkeit und Verarbeitbarkeit. Im Hinblick auf eine Decarbonisierung zum Zeitpunkt des Spritzens ist es bevorzugt, daß der Kohlenstoffstahl nicht weniger als 0,3 Gew.-% an Kohlenstoff enthält. Fig. 3 zeigt die Beziehung zwischen der Menge an Kohlenstoff im Kohlenstoffstahl und der Härte der gespritzten Schicht auf. Wie in Fig. 3 aufgezeigt, ist die Härte des Kohlenstoffstahls höher als die von einer Ni-Resistlegierung mit Hv von 140 bis 150. Es ist bevorzugt, daß die Menge an Kohlenstoff 0,5 Gew.-% beträgt. Es besteht kein Problem darin, daß die Menge an Sauerstoff im Kohlenstoffstahl nicht mehr als 0,5 Gew.-% beträgt. Es ist bevorzugt, daß die Menge an Sauerstoff 0,2 Gew.-% beträgt. Um einer solchen Anforderung gerecht zu werden, umfaßt das Spritzmaterial martensitischen Edelstahl, Werkzeugstahl und dergleichen. Unter Berücksichtigung der Kosten ist gewöhnlicher Kohlenstoffstahl zufriedenstellend.
Es ist bevorzugt, daß das Carbid eine relativ geringe Härte aufzeigt (zum Beispiel Hv: ungefähr 1000), so daß der Kolbenring mit einer Nitridierung (Hv: 800 bis 1100) oder einer Cr-Beschichtung (Hv: 700 bis 900) nicht angegriffen wird. Somit ist Carbid vorzugsweise Cr-Carbid (Cr&sub3;C&sub2; mit Hv von 1300), Mo-Carbid (Mo&sub2;C mit Hv von 1200), Fe-Carbid (Fe&sub3;C mit Hv von 800 bis 1200, FeCrC mit Hv von 800 bis 1100) oder Ta-Carbid (TiC mit Hv von 1800). Es ist möglich, Carbide wie Ti-Carbid (TiC mit Hv von 3200), V-Carbid (V&sub4;C&sub3; mit Hv von 2800), Nb-Carbid (NbC mit Hv von 2400) oder W-Carbid (WC mit Hv von 2400) zu verwenden.
Fig. 4 zeigt die Beziehung zwischen einer Zugabemenge an Carbid zu Kohlenstoffstahl (Gew.-%) und einer Verschleißmenge des Ringmaterials (Mikrometer). Darüber hinaus zeigt Fig. 4 auch die Beziehung zwischen einer Zugabemenge an Carbid zu Kohlenstoffstahl (Gew.-%) und einer Verschleißmenge der gespritzten Schicht (Mikrometer). In Fig. 4 umfaßt FeCr-Kompositcarbid Fe und 60 Gew.-% an Cr und 10 Gew.-% an C. Wie in Fig. 5 aufgezeigt, ist der Verschleißtest ein LFW1-Verschleißtest, welcher wie folgt durchgeführt wird. Es wird eine gespritzte Schicht auf einem Basismaterial aus Aluminiumlegierung ausgebildet durch Spritzen von Eisenstahl, in welchem eine Zugabemenge an Carbid variiert wird. Es wird ein Kolbenringmaterial mit der Last von 60 kg auf die gespritzte Schicht gepreßt, und es dreht sich bei einer Umdrehungsfrequenz von 160 Upm während 60 Minuten. Dann kann die Verschleißmenge des Ringmaterials und der gespritzten Schicht berechnet werden. In diesem Test ist das Ringmaterial nitridierter 17% Cr-Edelstahl. In Fig. 4 ist die Verschleißmenge gegenüber Ni-Resistgußeisen als ein bandförmiger Bereich aufgezeigt. Wie in Fig. 4 aufgezeigt, verringert sich die Verschleißmenge, wenn nicht weniger als 5% an Kohlenstoff zugegeben werden. Es zeigte sich ferner, daß FeCr-Kompositcarbid, welches relativ weich ist, kaum das Ringmaterial angreift, während TiC in bemerkenswertem Maße das Ringmaterial angreift und verschleißt.
Darüber hinaus trägt die Aluminiumlegierung dazu bei, die innere Spannung zu verringern, die durch den Unterschied des thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen der gespritzten Schicht und dem Basismaterial, welches aus Aluminium hergestellt ist, verursacht wird. Proportional mit der Zugabemenge von Aluminium wird der thermische Ausdehnungskoeffizient der gespritzten Schicht ähnlich zu dem des Basismaterials, welches aus Aluminium hergestellt ist. Darüber hinaus besitzt die Zugabe von Aluminiumlegierung einen bemerkenswert hervorragenden Effekt auf die Verarbeitbarkeit. Wie in Fig. 6 aufgezeigt, wird nämlich der Verschleiß eines Schneidewerkzeugs in deutlichem Maße verringert, wenn nicht weniger als 10 Gew.-% an Aluminium zugegeben werden. Dies wird wie folgt erklärt. Da Aluminium in der gespritzten Schicht als ein anderes Metall zwischen Kohlenstoffstahl und Carbid existiert, wird ein Abspänen sehr gering. Ferner existieren abwechselnd viele verschiedene Materialien, so daß eine Spannung verringert wird. Als ein Ergebnis wird die Verarbeitbarkeit verbessert.
Die Zugabe von Aluminiumlegierung stellt die obige bevorzugte Wirkung zur Verfügung, verschlechtert jedoch die Verschleißbeständigkeit der gespritzten Schicht. Fig. 7 zeigt die Beziehung zwischen einer Zugabemenge an Aluminiumlegierung (Al-Si-Legierung) und einer Verschleißmenge. Wie in Fig. 7 aufgezeigt, nimmt die Verschleißmenge proportional zu der Zugabemenge an Aluminiumlegierung zu. Insbesondere wenn die Zugabemenge an Aluminiumlegierung mehr als 50 Gew.-% beträgt, nimmt die Verschleißmenge in bemerkenswertem Maße zu. Es ist daher bevorzugt, daß die Zugabemenge an Aluminiumlegierung nicht mehr als 50 Gew.-% beträgt.
Fig. 8(a) zeigt die Beziehung zwischen einer Gleitoberfläche der herkömmlichen gespritzten Schicht und der Form eines jeden der Spritzmaterialien, und Fig. 8(b) zeigt die Beziehung zwischen einer Gleitoberfläche der vorliegenden gespritzten Schicht und der Form eines jeden der Spritzmaterialien. Wie in Fig. 8(a) aufgezeigt, ist die Gleitoberfläche der herkömmlichen gespritzten Schicht parallel zu der Abscheidungsoberfläche der gespritzten Schicht. Wenn die gespritzte Schicht ausgebildet wird, wird das Spritzmaterial in der Form von Schuppen (Kompression von über 1 : 10) abgeschieden. Wenn das Spritzmaterial, welches viele Arten an Teilchen umfaßt, gespritzt wird, bilden einige wenige spezielle Teilchen die Gleitoberfläche aus. Daher ist die Zusammensetzung der Gleitoberfläche aufgrund des Verteilungszustands der Teilchen uneinheitlich, und die Verschleißcharakteristiken sind uneinheitlich. Im Gegensatz dazu, wie in Fig. 8(b) aufgezeigt, ist die Gleitoberfläche der vorliegenden gespritzten Schicht die Oberfläche, die senkrecht zu der Abscheidungsoberfläche der gespritzten Schicht ist. Daher erscheinen regelmäßig verschiedene Arten an Teilchen an der Gleitoberfläche und sind vermischt, um so ausgezeichnete Reibungscharakteristiken aufzuzeigen.
Fig. 9 zeigt das Ergebnis eines Vergleichs einer Verschleißmenge der Gleitoberfläche zwischen der herkömmlichen gespritzten Schicht und der vorliegenden gespritzten Schicht. Der Verschleißtest ist ebenfalls der zuvor beschriebene LFW1-Verschleißtest. Es wird eine gespritzte Schicht ausgebildet durch Spritzen von Kohlenstoffstahl (Fe-0,8C), welcher 20 Gew.-% an Fe-Cr-Carbid (Fe-60Cr-10C) und 20 Gew.-% an Aluminiumlegierung (Al-20Si) einschließt, auf ein Basismaterial, welches aus Aluminiumlegierung hergestellt ist. Bei der herkömmlichen gespritzten Schicht wird die Gleitoberfläche erhalten durch Polieren der Oberfläche, welche parallel zu der Abscheidungsoberfläche ist. Im Gegensatz dazu wird bei der vorliegenden gespritzten Schicht die Gleitoberfläche erhalten durch senkrechtes Schneiden der Abscheidungsoberfläche, so daß die Gleitoberfläche senkrecht zu der Abscheidungsoberfläche liegt. In diesem Test ist das Ringmaterial ebenfalls nitridierter 17% Cr-Edelstahl, welcher zuvor beschrieben wurde. Es wird ein Kolbenringmaterial mit einer Last von 60 kg auf jede der beiden gespritzten Schichten gepreßt und während 60 Minuten mit einer Umdrehungsfrequenz von 160 Upm gedreht. Es kann dann die Verschleißmenge von jeder gespritzten Schicht berechnet werden.
Wie aus Fig. 9 ersichtlich ist, zeigt die Gleitoberfläche der vorliegenden gespritzten Schicht eine geringere Verschleißmenge der gespritzten Schicht und eine geringere Uneinheitlichkeit der Verschleißmenge als vergleichsweise die Gleitoberfläche der herkömmlichen gespritzten Schicht.
Es wird ferner die Haftfähigkeit untersucht, welches eine andere bedeutende Reibungscharakteristik der Kolbenringnut ist. Der Haftungstest wird wie folgt durchgeführt. Ein tatsächlicher Kolbenring wird unter der Bedingung, daß die Atmosphäre auf die Kolbenbetriebstemperatur (250ºC) eingestellt ist, wiederholt auf die gespritzte Schicht gedrückt. Das Ergebnis ist in Fig. 10 aufgezeigt. Wie aus Fig. 10 ersichtlich ist, zeigt die Gleitoberfläche der vorliegenden gespritzten Schicht einen geringeren anhaftenden Bereich des Spritzmaterials und eine ausgezeichnete Haftbeständigkeit als vergleichsweise die Gleitoberfläche der herkömmlichen gespritzten Schicht. Eine derartige Haftbeständigkeit der vorliegenden gespritzten Schicht ist hochwertiger als die eines herkömmlichen verschleißbeständigen Rings, der aus einem Ni-Resistgußeisen hergestellt ist. Da, wie zuvor erwähnt, die Seitenfläche eines jeden Spritzmaterials an der Gleitoberfläche freiliegt, findet kaum ein Anhaften statt.
Darüber hinaus wird eine Wirkung eines Defekts der gespritzten Schicht untersucht. Der Defekt wird verursacht durch einen relativ großen Hohlraum, der zum Zeitpunkt des Spritzens auftritt, oder durch ein teilweises Herausfallen, welches zum Zeitpunkt des Abscheidens oder Verarbeitens auftritt. Es ist bevorzugt, daß wenige Defekte auftreten, jedoch ist dies eine schwierige Aufgabe. Fig. 11 zeigt die Beziehung zwischen einer Verschleißmenge und einem Anteil an schadhafter Fläche. Wie in Fig. 11 aufgezeigt, nimmt die Verschleißmenge proportional zu der schadhaften Fläche zu. Es wird ein Gleitverschleißtest bei einer trockenen Atmosphäre (ohne Schmierung) durchgeführt. Aufgrund der fehlenden Schmierung ist das Ergebnis dieses Tests sehr verschieden von dem des zuvor erwähnten Verschleißtests. Wenn der Defekt nicht weniger als 10% beträgt, nimmt der Verschleiß zu. Es ist somit bevorzugt, daß der Defekt nicht mehr als 8% beträgt. Viele Defekte der gespritzten Schicht treten auf einer Verschleißfläche einer Probe auf, die eine große Verschleißmenge aufzeigt. Es zeigt sich daher, daß ein Verschleiß durch den Defekt der gespritzten Schicht gefördert wird.
In dieser Ausführungsform wird das Spritzmaterial zur Ausbildung der gespritzten Schicht auf die obere Ringnut des Kolbens angewendet. Das Spritzmaterial kann jedoch auch auf andere mechanische Elemente oder Teile mit einer Gleitoberfläche, welche eine Verschleißbeständigkeit erfordert, angewendet werden. Ferner ist das Basismaterial zur Ausbildung der gespritzten Schicht nicht auf Aluminium beschränkt, und es können andere Materialien wie Eisenstahl verwendet werden. Darüber hinaus ist es möglich, entsprechend dem Material des Gegenbauteils oder der Verwendungsbedingung eine beliebige Art an Spritzmaterial frei zu wählen.

Zweite Ausführungsform

Die zweite Ausführungsform betrifft einen Kolben, der aus Aluminiumlegierung hergestellt ist, und ein Verfahren zu dessen Herstellung. Bei diesem Kolben ist die Zusammensetzung der Materialien einer gespritzten Schicht eines Teils, welches in Kontakt mit einem Kolbenkörper gebracht wird, verschieden von der der Materialien einer gespritzten Schicht von einem Teil, welches eine Ringnut bildet. Jeder Teil des Kolbens in dieser Ausführungsform, der identisch mit dem des Kolbens in der ersten Ausführungsform ist, wird mit denselben Ziffern wie in der ersten Ausführungsform bezeichnet.
Wie in Fig. 12 aufgezeigt, umfaßt der Kolben einen Kolbenkörper 1, der aus Aluminiumlegierung hergestellt ist, eine gespritzte Schicht 2, welche einen Kantenabschnitt des Kolbens 1 kreisförmig umschließt und durch Spritzen ausgebildet wird, und eine obere Ringnut 3, die auf der gespritzten Schicht 2 ausgebildet ist. Der Kolbenkörper 1 besitzt eine Nut 11 mit einem trapezförmigen Querschnitt, welche einen äußeren Umfang des Kantenumfangsabschnitts kreisförmig umschließt. Die Nut 11 besitzt am Öffnungsabschnitt die Breite von 8,3 mm, die Tiefe von 5 mm und die Breite von 2,5 mm an der Basis. Somit ist die Nut 11 tiefer und breiter als eine obere Ringnut 3. Ferner ist der Winkel einer Gleitoberfläche der Nut 11 60 Grad zu einer Seitenoberfläche.
Die gespritzte Schicht 2 umfaßt eine untere gespritzte Schicht 21 und eine obere gespritzte Schicht 22. Die untere gespritzte Schicht 21 wird gebildet durch Spritzen eines Spritzmaterials in der Richtung, die mit dem Winkel von 30 Grad diagonal zu einer Gleitoberfläche der Nut 11 ist. Die obere gespritzte Schicht 22 wird ausgebildet auf der Basis der Nut 11 und auf den beiden gespritzten Schichten 21 und 21 durch Spritzen des Spritzmaterials in der Richtung, die senkrecht zu der Basis ist. Die obere Ringnut 3 wird ausgebildet durch Schleifen der oberen gespritzten Schicht 22.
In dieser Ausführungsform ist das Spritzmaterial ein gemischtes Pulver, welches 90 Gew.-% an Kohlenstoffstahl mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 40 um (Mikron) und 10 Gew.-% an Aluminiumlegierung mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 40 um (Mikron) umfaßt.
Ein Verfahren zum Spritzen des Spritzmaterials ist ein HVOF-Spritzverfahren. Wie in Fig. 13 aufgezeigt, wird eine untere gespritzte Schicht 21 wie folgt gebildet. Die Basis und eine Gleitoberfläche der Nut 11 werden mit einem Maskierungsmaterial 4 bedeckt. Das Spritzmaterial wird mittels einer Thermospritzvorrichtung bei einem Winkel von "Alpha" in der Richtung gespritzt, die diagonal zu der anderen Gleitoberfläche der Nut 11 ist. Als ein Ergebnis wird eine untere gespritzte Schicht 21 auf einer Gleitoberfläche der Nut 11 ausgebildet. Die andere untere gespritzte Schicht 21 wird auf der anderen Gleitoberfläche der Nut 11 in derselben Weise wie bei der einen gespritzten Schicht ausgebildet. Danach wird das Maskierungsmaterial 4 entfernt, und die obere gespritzte Schicht 22 wird ausgebildet durch Spritzen des Spritzmaterials in der Richtung, die senkrecht zu der Basis der Nut 11 ist. Die untere gespritzte Schicht 21 umfaßt 38 Gew.-% an Aluminiumlegierung und 62 Gew.-% an Kohlenstoffstahl. Im Gegensatz dazu umfaßt die obere gespritzte Schicht 22 15 Gew.-% an Aluminiumlegierung und 85 Gew.-% an Kohlenstoffstahl. Eine solche Zusammensetzung der oberen gespritzten Schicht ist ähnlich zu der des Spritzmaterials.
Die obere Ringnut 3 dieser Ausführungsform ist ähnlich zu der der ersten Ausführungsform. Wie in Fig. 12 aufgezeigt, ist die obere Ringnut 3 gekennzeichnet durch eine Basis 33 und zwei gegenüberliegende Oberflächen 31 und 32, welche einander gegenüberliegen und sich in Richtung der Tiefe erstrecken. Die gegenüberliegenden Oberflächen 31 und 32 erstrecken sich in Abscheidungsrichtung des Spritzmaterials. Eine dünne Seitenfläche eines jeden Spritzmaterials liegt an den gegenüberliegenden Oberflächen 31 und 32 frei, in dem Zustand, in welchem jedes Spritzmaterial abgeschieden ist. Im Gegensatz dazu ist die Basis 33 parallel zu der Oberfläche, auf welcher sich das Spritzmaterial ausbreitet. Somit liegt jedes Spritzmaterial auf der Basis 33 in dem Zustand frei, in dem es auf der Basis 33 verteilt ist.
Der Kolben dieser Ausführungsform ist vergleichbar mit dem der ersten Ausführungsform. Bei dem Kolben dieser Ausführungsform sind die gegenüberliegenden Oberflächen 31 und 32 der oberen Ringnut 3 ein Abschnitt des abgeschiedenen Spritzmaterials. Die Kantenfläche eines jeden Spritzmaterials, welches durch das Spritzen in der Form einer dünnen Scheibe abgeschieden ist, liegt an den gegenüberliegenden Oberflächen 31 und 32 frei. Als ein Ergebnis ist der Bereich eines jeden Spritzmaterials, der an den gegenüberliegenden Oberflächen 31 und 32 freiliegt, gering. Die gegenüberliegenden Oberflächen 31 und 32 werden durch eine große Anzahl an Spritzmaterialien gebildet. Somit zeigen die gegenüberliegenden Oberflächen 31 und 32 kaum Reibungscharakteristiken von einem spezifischen Spritzmaterial oder einigen Spritzmaterialien. Sie weisen durchschnittliche Reibungscharakteristiken der gesamten Spritzmaterialien auf. Daher kann ein stabiler Reibungskoeffizient erhalten werden.
Jedes Spritzmaterial ist in einer solchen Weise angeordnet, daß es gegen die gegenüberliegenden Oberflächen 31 und 32 steht. Ein Ende einer jeden gespritzten Schicht bildet die gegenüberliegende Oberfläche, und das andere Ende einer jeden gespritzten Schicht liegt innen und weit entfernt von den gegenüberliegenden Oberflächen 31 und 32. Kaum ein Spritzmaterial zur Ausbildung der gegenüberliegenden Oberflächen 31 und 32 löst sich von den gegenüberliegenden Oberflächen 31 und 32. Somit tritt kaum ein Verschleiß auf, der durch ein Herausfallen verursacht wird. Da der Bereich von einem Stück des Spritzmaterials, der an den gegenüberliegenden Oberflächen 31 und 32 freiliegt, gering ist, ist eine Belastung, die auf ein Stück des Spritzmaterials ausgeübt wird, gering. Daher tritt kaum ein Herausfallen des Spritzmaterials auf, und die Verschleißbeständigkeit wird ausgezeichnet.
In dieser Ausführungsform wird die obere gespritzte Schicht 22, in welcher die obere Ringnut 3 ausgebildet ist, über die untere gespritzte Schicht 21 vom Kolbenkörper 1 gehalten. Die Menge an Aluminiumlegierung in der unteren gespritzten Schicht 21 beträgt 38 Gew.-%, und die Menge an Aluminiumlegierung in der oberen gespritzten Schicht 22 beträgt 15 Gew.-%. Eine solche Zusammensetzung der unteren gespritzten Schicht 21 ist ähnlich zu der des Kolbenkörpers 1. Die untere gespritzte Schicht 21 besitzt eine hohe Affinität zu der oberen gespritzten Schicht 22. Es tritt kaum ein Unterschied des thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen der unteren gespritzten Schicht 21 und der oberen gespritzten Schicht 22 auf. Die Zusammensetzung der unteren gespritzten Schicht 21 ist von der der oberen gespritzten Schicht 22 verschieden. Jedoch sind beide gespritzten Schichten 21 und 22 ursprünglich aus demselben Spritzmaterial zusammengesetzt, so daß sie nahezu einen einstückigen Aufbau darstellen. Dadurch wird die obere gespritzte Schicht 22 fest am Kolbenkörper 1 gehalten. Wenn ein relativ großer Unterschied hinsichtlich des thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen der gespritzten Schicht 22 und dem Kolbenkörper 1 auftritt, wird ein solcher Unterschied durch die untere gespritzte Schicht 21 abgeschwächt. Als eine Folge davon treten kaum derartige Unzulänglichkeiten wie Risse am Kolbenkörper 1, der unteren gespritzten Schicht 21 und der oberen gespritzten Schicht 22 auf.
Fig. 14 zeigt die Beziehung zwischen dem Spritzwinkel "Alpha" zu der zu spritzenden Oberfläche, welcher in Fig. 13 aufgezeigt ist, und dem Verhältnis eines anhaftenden Spritzmaterials wie Kohlenstoffstahl und Aluminiumlegierung, welches in der zweiten Ausführungsform verwendet wird. Fig. 15 zeigt die Beziehung zwischen dem Spritzwinkel "Alpha" und dem Verhältnis an Aluminiumlegierung in der gespritzten Schicht auf.
Wie in Fig. 14 aufgezeigt, ist der Anteil der Arhaftung in Abhängigkeit vom Spritzwinkel verschieden, wenn das gemischte Pulver als das Spritzmaterial verwendet wird, welches Kohlenstoffstahl und Aluminiumlegierung umfaßt, welche eine voneinander deutlich verschiedene Schmelztemperatur besitzen. Daher wird, wie in Fig. 15 aufgezeigt, die Zusammensetzung der gespritzten Schicht in starkem Maße verändert.
Unter Berücksichtigung des Anteils der Anhaftung und der Änderung in der Zusammensetzung der gespritzten Schicht ist es bevorzugt, daß der Spritzwinkel zum Ausbilden der unteren gespritzten Schicht auf 15 bis 45 Grad eingestellt wird. Es ist ebenfalls bevorzugt, daß der Spritzwinkel zur Ausbildng der oberen gespritzten Schicht auf nahezu 90 Grad eingestellt wird.
Fig. 16 zeigt ein modifiziertes Beispiel der zweiten Ausführungsform. In diesem modifizierten Beispiel wird das Spritzmaterial in der Richtung entlang der Tangentiallinie der Nut 11 gespritzt, in einer Weise, bei der der Kolbenkörper 1 rotiert. Das Spritzmaterial wird dann in die Richtung gespritzt, die senkrecht zu der Nut 11 ist. Als ein Ergebnis wird die untere gespritzte Schicht 21 auf der gesamten Gleitoberfläche und der Basis der Nut 11 ausgebildet. Die obere gespritzte Schicht 22 wird ausgebildet durch Spritzen auf dieselbe Weise wie die der zweiten Ausführungsform. Die obere Ringnut 3 wird in der oberen gespritzten Schicht 22 ausgebildet.
In dem modifizierten Beispiel gilt, je näher sich die untere gespritzte Schicht 21 an der Nut 11 befindet, desto mehr Aluminiumlegierung enthält die Gleitoberfläche. Die untere gespritzte Schicht 21 und die obere gespritzte Schicht 22 sind nahezu einstückig, so daß eine Grenze zwischen ihnen verschwindet. Dadurch wird in diesem modifizierten Beispiel die obere gespritzte Schicht 22, welche die obere Ringnut 3 ausbildet, fester von der Nut 11 gehalten.
In der zweiten Ausführungsform wird das Spritzmaterial verwendet, welches nicht weniger als zwei Arten an Spritzteilchen umfaßt, die eine voneinander verschiedene Schmelztemperatur besitzen. Wenn ein solches Spritzmaterial in der Richtung gespritzt wird, die diagonal zu der zu spritzenden Oberfläche ist, kollidieren Teilchen unter einer Halbschmelzbedingung mit der Oberfläche und prallen davon ab. Der Anteil der Anhaftung von halbgeschmolzenen Teilchen nimmt nämlich aufgrund der folgenden Bedingungen ab. Es wird das Spritzmaterial, welches nicht weniger als zwei Arten an Spritzteilchen umfaßt, welche eine voneinander verschiedene Schmelztemperatur besitzen, verwendet, und ein solches Spritzmaterial wird in die Richtung gespritzt, die diagonal zu der Oberfläche ist, und die Spritzbedingung wird geeignet eingestellt, so daß ein Teil der Teilchen im halbgeschmolzenen Zustand vorliegen. Daher zeigt die gespritzte Schicht ein niedriges Verhältnis an halbgeschmolzenen Teilchen auf.
Das Spritzmaterial, welches nicht weniger als zwei Arten an Spritzteilchen umfaßt, welche eine voneinander verschiedene Schmelztemperatur besitzen, bedeutet, daß jede Art an Spritzteilchen eine jeweils unterschiedliche Schmelztemperatur unter der Spritzbedingung besitzen. Deutlicher ausgedrückt, nicht weniger als zwei Arten an Spritzteilchen besitzen jeweils verschiedene Schmelzpunkte, oder nicht weniger als zwei Arten an Spritzteilchen besitzen jeweils verschiedene Teilchendurchmesser, wobei der Bereich der Mitte des Teilchens, welches einen großen Durchmesser besitzt, in einem halbschmelzenden Zustand vorliegt.
Die oberen Spritzteilchen können gemäß dem jeweiligen Zweck variierend miteinander kombiniert werden.
Während die Erfindung im Zusammenhang mit dem beschrieben wurde, was derzeit als die zweckmäßigsten und bevorzugten Ausführungsformen angesehen werden, ist es selbstverständlich, daß die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern im Gegensatz dazu beabsichtigt, verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen, welche vom Unfang der anhängenden Ansprüche umfaßt sind, abzudecken.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Gleitteils mit einer Gleitoberfläche aus einer gespritzten Schicht, umfassend die Schritte des:

Ausbildens einer gespritzten Schicht auf mindestens einem Teil einer Oberfläche eines aus einem Strukturmaterial hergestellten Körperabschnitts durch Spritzen mittels eines thermisches Spritzverfahrens eines granulären Spritzmaterials, das mindestens zwei Arten an Spritzteilchen mit jeweils voneinander verschiedenen Schmelztemperaturen umfaßt,

Ausbildens einer Gleitoberfläche durch Schleifen oder Schneiden eines Abschnitts der gespritzten Schicht in Abscheidungsrichtung,

wobei der Schritt des Spritzens ein Spritzen des Spritzmaterials in eine Richtung ist, welche parallel oder diagonal zu der Gleitoberfläche ist, um das Spritzmaterial in der Richtung abzuscheiden, die parallel zu der Gleitoberfläche ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei

die mindestens zwei Arten an Spritzteilchen jeweils verschiedene Schmelzpunkte oder jeweils verschiedene Teilchendurchmesser besitzen,

das Spritzmaterial in einer Anfangsphase des Spritzens unter einem kleinen Spritzwinkel, der durch die Oberfläche eines Körperabschnitts und die Spritzrichtung gebildet wird, gespritzt wird und nach der Anfangsphase unter einem großen Spritzwinkel gespritzt wird, wobei der kleine Spritzwinkel kleiner als der große Spritzwinkel ist, und

die gespritzte Schicht einen unteren Abschnitt, der sich nahe der Oberfläche eines Körperabschnitts befindet, und einen oberen Abschnitt, der sich fern der Oberfläche eines Körperabschnitts befindet, besitzt, wobei der untere Abschnitt einen höheren Anteil der Spritzteilchen mit einer niedrigen Schmelztemperatur und einen geringeren Anteil der Spritzteilchen mit einer hohen Schmelztemperatur enthält als der obere Abschnitt.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, wobei das Strukturmaterial eine Aluminiumlegierung ist und das Spritzmaterial 5 bis 40 Gew.-% an Carbid, 5 bis 50 Gew.-% an Aluminiumlegierung umfaßt und der Rest Kohlenstoffstahl ist, welcher die Matrix davon bildet.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Kohlenstoffstahl nicht weniger als 0,3 Gew.-% an Kohlenstoff enthält.

5. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Kohlenstoffstahl nicht weniger als 0,5 Gew.-% an Kohlenstoff enthält.

6. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Spritzmaterial Carbid enthält, das aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus Cr-Carbid, Mo-Carbid, Fe-Carbid, Ta- Carbid, Ti-Carbid, V-Carbid, Nb-Carbid, W-Carbid und der Mischung davon.

7. Verfahren zur Herstellung eines Kolbens mit mindestens einer Ringnut an einem Außenumfang, welcher gleitend ist und in Kontakt mit einem Innenumfang eines Zylinders gebracht wird, umfassend die Schritte des:

Ausbildens einer breiten Nut an dem Außenumfang, die breiter als die Ringnut ist,

Spritzens eines Spritzmaterials, welches mindestens zwei Arten an Spritzteilchen mit jeweils voneinander verschiedenen Schmelztemperaturen umfaßt, mittels eines thermisches Spritzverfahrens in die breite Nut des Kolbenkörpers in die Richtung, die senkrecht zu dem Außenumfang ist, um eine gespritzte Schicht aus dem Spritzmaterial zu bilden, welche in der breiten Nut in Tiefenrichtung abgeschieden wird, und

Ausbildens einer Ringnut in der gespritzten Schicht, welche gebildet wird durch Schleifen oder Schneiden der gespritzten Schicht in Abscheidungsrichtung.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei

die mindestens zwei Arten an Spritzteilchen jeweils verschiedene Schmelzpunkte oder jeweils verschiedene Teilchendurchmesser besitzen, und

das Spritzen des Spritzmaterials durchgeführt wird durch

erstes Spritzen des Spritzmaterials unter einem kleineren Spritzwinkel in die Richtung, die diagonal zu der Oberfläche der breiten Nut ist, um eine untere gespritzte Schicht auszubilden, und

zweites Spritzen des Spritzmaterials unter einem größeren Spritzwinkel auf die untere gespritzte Schicht, um eine obere gespritzte Schicht auszubilden,

wobei der kleinere Spritzwinkel kleiner ist als der größere Spritzwinkel und wobei die obere Schicht einen geringeren Anteil an Spritzteilchen mit einer niedrigen Schmelztemperatur enthält als die untere gespritzte Schicht.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der kleinere Spritzwinkel 15 bis 45 Grad beträgt.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 8 oder 9, wobei der größere Spritzwinkel 90 Grad beträgt.

11. Verfahren nach den Ansprüchen 7 bis 10, wobei die breite Nut eine im Querschnitt trapezförmige Gestalt besitzt und der Winkel einer Gleitoberfläche der breiten Nut zu dem Außenumfang davon nicht mehr als 75 Grad beträgt.

12. Verfahren nach den Ansprüchen 7 bis 11, wobei der Kolben aus einer Aluminiumlegierung hergestellt ist und das Spritzmaterial Aluminiumlegierungsteilchen und Kohlenstoffstahlteilchen enthält.

13. Verfahren nach den Ansprüchen 7 bis 11, wobei der Kolben aus einer Aluminiumlegierung hergestellt ist und die gespritzte Schicht 5 bis 50 Gew.-% an Aluminiumlegierung enthält und der Rest Kohlenstoffstahl ist, welcher die Matrix der gespritzten Schicht bildet.

14. Verfahren nach den Ansprüchen 12 oder 13, wobei der Kohlenstoffstahl nicht weniger als 0,3 Gew.-% an Kohlenstoff enthält.

15. Verfahren nach den Ansprüchen 12 oder 13, wobei der Kohlenstoffstahl nicht weniger als 0,5 Gew.-% an Kohlenstoff enthält.

16. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Spritzmaterial Carbid enthält.

17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Carbid eines ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus Cr-Carbid, Mo-Carbid, Fe-Carbid, Ta-Carbid, Ti-Carbid, V-Carbid, Nb-Carbid, W-Carbid und der Mischung davon.

18. Kolben, erhältlich mittels der Verfahren gemäß den Ansprüchen 7 bis 17.