DE7828430U1

DE7828430U1 - Gleitender reibung ausgesetztes maschinenteil mit einer verschleissfesten beschichtung der laufflaeche

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Publication number: DE7828430U1
Application number: DE19787828430
Authority: DE
Original assignee: Goetze GmbH
Current assignee: Goetze GmbH
Priority date: 1978-09-23
Filing date: 1978-09-23
Publication date: 1980-09-11

Description

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χ Gleitender Reibung ausgesetztes Maschinenteil mit

einer verschleißfesten Beschichtung der Lauffläche.

Die Neuerung betrifft ein gleitender Reibung ausgesetztes j Maschinenteil, wie insbesondere einen Kolbenring oder eine | Dichtleiste einer Verbrennungskraftmaschine, mit einer in |

einem thermischen Spritzverfahren oder einem Auftrags- |

5 schweißverfahren aufgetragenen verschleißfesten Beschich- '

tung der Lauffläche, §

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In der Praxis haben sich vor allem auf den Laufflächen von |

Kolbenringen neben galvanischen Hartchromschichten thermische
Aufspritz - und Auftragsschweißschichten wegen ihrer hohen

Verschleißfestigkeit hervorragend bewährt. Die thermischen g Spritzschichten bestehen dabei bevorzugt aus Molybdän oder 1 Molybdänlegierungen, und derartige Schichten haben dabei

gegenüber den galvanischen Hartchromschichten vor allem I

•5 eine erheblich verbesserte Brandspursicherheit. |

MolyodäR - und die bisher bekannten Holybdänlegierungs- 1

schichten sind allerdings relativ spröde, so daß im «no- |

torischen Betrieb die Spritzschichtkanten relativ leicht |

ausbrechen. Zur Abhilfe werden daher ihre Kanten entweder 1

abgeschrägt, oder es werden lediglich Nuten oder Ausneh- |

mungen in den Laufflächen der Maschinenteile mit den Spritzwerkstoffen ausgefüllt. Kolbenringe, allerdings mit abgeschrägten Kanten, liegen nicht eng an den Gegenflächen an,

~^c so daß es in Verbrennungskraftmaschinen zu leistungsmindernden Abgasleckagen, wie vor allem dem sogena?mten Blow Bv, korrcnen kann. Kolbenringe mit Füllungen in Nuten oder
Ausnehmungen besitzen zwar durch die bis auf die Lauff¹.ärhen reichenden belassenen Stege aus dem Grundwerkstoff

scharfe äußere Kanten» allerdings ist vor allem deren Verschleißfestigkeit und deren Brandspursicherheit gegenüber ganzflächig beschichteten Ringen herabgesetzt. Gleichzeitig kann es bei derartig gekammerten Ringen, insbesondere bei extrem hohen thermischen und mechanischen Belastungen, zu Rißbüdungen in den Spritzschichten, vor allem im Bereich der Kammerstege, kommen. Soweit diese Risse, von der Lauffläche beginnend, in radialer Richtung zum Kammergrund verlaufen, stören sie den motorischen Betrieb im allgemeinen nicht. Bei weiteren Belastungen können sie sich jedoch, abknickend parallel zum Kammergrund, weiter ausbreiten, so daß ganze Schichtbereiche vom Grund gelöst werden und mit der Zeit ausbrechen. Derartige Ausbrüche führen dann, allerdings meist erst nach vielen Betriebsstunden, gegebenenfalls I

zum Versagen des Motors.

Ferner ist, wie aus einer Reihe von Patentschriften bekannt, versucht worden, das Molybdän der Schichten mit speziellen Elementen zu legieren, und es wurden Schichtwerkstoffe auf der Basis anderer Metalle oder von Metallkeramik entwickelt. Auf diese Weise wurden zwar die Verschleißfestigkeiten, die Festigkeiten sowie die Haftung der Schichten am Grundwerkstoff gesteigert, allerdings ist durch die bisher bekannten Zusammensetzungen das anstehende Problem noch nicht in idea-

ler Weise gelöst. Sowohl Kantenausbrüche als auch Schicht- I

ausbrüche wurden bei derartigen Schichten, insbesondere bei extrem hohen Belastungen, immer wieder beobachtet.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Neuerung, auf gleitende Reibung ausgesetzte Maschinenteile, wie insbesondere Kolbenringe oder Dichtleisten von Verbrennungskraftmaschinen, mit einer verschleißfesten Beschichtung ihrer

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Laufflächen sowoh"¹ in liberspritzter Form mit scharfen Kanten als auch in gekammerter Form herzustellen, die auch bei hoher Belastung keine Ausbrüche mehr aufweisen. Die Verschleißfestigkeit und die Brandspursicherheit der Maschinenteile sollen nach herkömmlicher Art molybdänbeschichteten Maschinenteilen entsprechen.

Neuerungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Maschinenteil gelöst, dessen Lauffläche mit einem Spritzpulver in einem thermischen Spritzverfahren oder einem Auftragsschweißverfahren versehen ist, welches zu 60 bis 97 Gewichtsteilen aus einer Komponente A mit Molybdän als Hauptbestandteil besteht, dem 3 bis 40 Gewichtsteile der Komponente B mit dem Hauptbestandteil Aluminium zugemischt oder zulegiert sind.

Die Komponente A besteht dabei aus 50 bis 100 % Molybdän mit 0 bis 50 % zugemischtem oder zulegiertem Kobalt, Nickel, Chrom, Eisen, Kupfer und / oder Wolfram sowie gegebenenfalls 4 bis 50 % Bor. Ferner kann das Molybdän - oder das Molybdänlegierungspulver Kohlenstoff bis zu 9 %, Sauerstoff bis zu 8 %, Stickstoff bis zu 0,5 und / oder Wasserstoff bis zu 0,5 % in vorzugsweise gelöster Form enthalten. Zu diesem Zweck wird, wie an und fur sich aus der DE - AS 24 35 814 bekannt, geschmolzenes Molybdän beziehungsweise geschmolzene Molybdänlegierung in eine die entsprechenden Gase enthaltende KaiT ier gespritzt, so daß entsprechend dem eingestellten Gaspartialdruck die gewünschte Konzentration erreicht wird.

Die Komponente B besteht aus 50 bis 100 % Aluminium mit jeweils 0 bis 25 % zugemischtem und / oder zulegiertem Magnesium, Kupfer, Zink, Nickel und / oder Silizium. Besonders bewährt haben sich dabei Aluminiumpulver mit 5 bis 25 %,

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vorzugsweise 12 SS, zulegiertem und / oder zugemischtem Silizium. Ferner bewirkt ein Gehalt von mehr als 2 % Kupfer im Aluminium ein Aushärten der Sphicht während des Abkühiens und somit eine Erhöhung der Verschleißfestigkeit.

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\ Zusätzlich können den Spritzpulvern aus den Komponenten A

I und B in den Gewichtsverhältnissen Hartstoffe auf Basis von I vor allem Karbiden, Nitriden, Oxiden und / oder Spinellen

ι sowie gegebenenfalls intermetallische Verbindungen zugegeben I 10 werden. Auf diese Weise wird die Verschleißfestigkeit ge-

I steigert, allerdings soll der Gesamtgehalt der Hartstoffe

% nicht über 25 % liegen, damit keine Schichtversprodungen

I entstehen.

i 15 Kolbenringe, deren Laufflächen sowohl mit scharfen Kanten ί in überspritzter Form als auch mit Kammerfüllungen durch

I ein Plasmaspritzverfahren aus derartigen Spritzpulvern her-

1 gestellt worden sind, zeigten in Motorversuchen auch unter

1 extremen Belastungen weder Kantenausbrüche noch Rißbil-

; 20 dung?» und nachfolgende Ausbruche im Bereich der Beschich- \. tungen. Die Brandspursicherheit und die Verschleißfestigkeit

, der Kolbenringe im Bereich ihrer Lauffläche waren etwa

I gleich gut wie herkömmlich mit Molybdän beschichtete KoIben-

1 ringe. Durch die Neuerung wurden also Kolbenringe mit be-

I 25 schichteten Laufflächen sowohl mvt scharfen Kanten in überspritzter als auch in gekammerter Form hergestellt, welche ei^r? erheblich verbesserte Betriebssicherheit aufweisen.

Im Sinne der Neuerung können die neuerungsgemäßen Maschinen-30 teile insbesondere Kolbenringe, Dichtleisten oder Ventilsitzringe sein, deren Laufflächen in überspritzter oder gekammerter Form durch thermische Auftragsschweiß - oder Aufspritz-

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verfahren beschichtet sind. Im Sinne der Neuerung können die Beschichtungen anstelle von Pulvermischungen aus den Komponenten A und B auch als pulverförmige Legierungen, Agglomerate oder Verbundteilchen der beiden Komponenten eingesetzt werden.

In Motorversuchen haben sich Kolbenringe besonders vorteilhaft erwiesen, deren Laufflächenschichten im Plasmaspritzverfahren aus folgenden Pulvermischungen hergestellt sind: iO

Pulver A

Hergestellt durch Mischen von 75 Gewichtsteilen der Komponente A mit 25 Gewichtsteilen der Komponente B.

Die Komponente A besteht aus einer Molybdänlegierung mit 33 Gewichtsprozent Chrom. Die Komponente B besteht aus einer Aluminiumlegierung mit 12 % Silizium.

Pulver B

?C Hergestellt durch Mischen von 60 Gewichtsteilen der Komponente A und 40 Gewichtstellen der Komponente B.

Die Komponente A besteht aus einer Molybdänlegierung mit jeweils 20 Gewichtsprozent Chrom und Eisen sowie 9 Gewichts- ?* prozent Kohlenstoff und 1 % Sauerstoff in vorwiegend ungebundener und gelöster Form. Die Komponente B besteht aus eine. Aluminiumlegierung mit 12 % Silizium und 3 % Magnesium.

Pulver C

In diesem Fall werden dem Pulver A 22 Gewichtsteile Molybdänkarbid zugemischt.

Die beiden Abbildungen zeigen zwei Schnittbilder durch neuerungsgemäße Kolbenringe.

Und zwar ist in Figur 1 1 der Kolbenring mit einer von den Stegen 3 begrenzten Kammer 2. Die Kammer 2 ist in einem Plasmaspritzverfahren mit dem Spritzwerkstoff aus Komponente ( A ) 4 und Komponente ( B ) 5 ausgefüllt.

In Figur 2 ist 1 der Kolbenring mit einer Beschichtung 6 aus den beiden Pulverköiiipünenten ( A } 4 und ( B } 5. Die beiden Kanten 7 und 8 der Beschichtung 6 sind scharfkantig ausgeführt.

Claims

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- 1 Schutzansprüche:

. } Gleitender Reibung ausgesetztes Maschinenteil, wie insbesondere ein Kolbenring oder eine Dichtleiste einer Verbrennungskraftmaschine, mit einer in einem thermischen Spritzverfahren oder Auftragsschweißverfahren hergestellten verschleißfesten Beschichtung der Lauffläche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung aus einem Spritzpulver aus 60 bis 97 Gewichtsteilen aus einsr Komponente A mit dem Hauptbestandteil Molybdän hergestellt ist, welchem 3 bis 40 Gewichtsteile der Komponente B mit dem Hauptbestandteil Aluminium zugemischt oder zulegiert sind.
2 . ) Maschinenteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente A des zur Herstellung der Beschichtung verwendeten Spritzpulvers aus 50 bis 100 Gewichtsprozent Molybdän besteht, dem 0 bis 50 Gewichtsprozent Kobalt, Nickel, Chrom, Eisen, Kupfer und / oder Wolfram zugemischt und / oder zulegiert sind.

. ) Maschinenteil nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Komponente A des zur Herstellung der Beschichtung verwendeten Spritzpulvers 4 bis 50 Gewichtsprozent Bor zugemischt sind.

. ) Maschinenteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Molybdän des zur Her- . stellung der Beschichtung verwendeten Spritzpulvers die Elemente Kohlenstoff bis 9 %, Sauerstoff bis 8 %, Stickstoff bis 0,5 % und / oder Wasserstoff bis

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0,5 % in vorwiegend gelöster Form enthält.

. ) Maschinenteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente B des zur Herstellung der Beschichtung verwendeten Spritzpulvers aus 50 bis 100 Gewichtsprozent Aluminium besteht, dem in der Summe 0 bis 50 Gewichtsprozent Silizium, Kupfer, Zink, Magnesium und / oder Nickel zugemischt und / oder zulegiert sind, wobei die einzelnen EIemente bis zu maximal 25 % vorhanden sind.

. ) Maschinenteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente B des zur Herstellung der Beschichtung verwendeten Spritzpulvers aus einer Aluminiumlegierung mit 5 bis 25 % Silizium besteht,

. ) Maschinenteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente B des zur Herstellung der Beschichtung verwendeten Spritzpulvers aus einer Aluminiumlegierung mit 2 bis 10 % Kupfer besteht.

, ) Maschinenteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem zur Herstellung der Beschichtung verwendeten Spritzpulver bis zu 25 Gewichtsteile eines Hartstoffes zugemischt sind,

. ) Maschinenteil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich

net, daß dip Harnstoff? KarMdp. N^tHdp, Ov'de und / oder intermetallische Verbindungen sind.