EP0112453B1 - Poudre à pulvérisation dans une flamme pour la production de revêtements ayant une meilleure résistance thermique et à l'usure, en particulier pour des éléments de machines à combustion - Google Patents

Poudre à pulvérisation dans une flamme pour la production de revêtements ayant une meilleure résistance thermique et à l'usure, en particulier pour des éléments de machines à combustion Download PDF

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EP0112453B1
EP0112453B1 EP83110466A EP83110466A EP0112453B1 EP 0112453 B1 EP0112453 B1 EP 0112453B1 EP 83110466 A EP83110466 A EP 83110466A EP 83110466 A EP83110466 A EP 83110466A EP 0112453 B1 EP0112453 B1 EP 0112453B1
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weight
spray powder
fact
spray
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Manfred Dr. Fischer
Hans Jochem Dr. Neuhäuser
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Goetze GmbH
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Goetze GmbH
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
    • C23C4/10—Oxides, borides, carbides, nitrides or silicides; Mixtures thereof
    • C23C4/11—Oxides
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2201/00—Metals
    • F05C2201/02—Light metals
    • F05C2201/021—Aluminium

Definitions

  • the invention relates to a wettable powder with aluminum oxide and titanium dioxide for the production of wear-resistant and high-temperature-resistant coatings, in particular on the running and friction surfaces of friction sliding in internal combustion engines and / or high-temperature loads exposed to machine parts, such as piston rings, the piston crowns or the top land of pistons, and the friction surfaces of synchronizer rings , preferably by a plasma spraying process.
  • the present invention is therefore based on the object to further improve thermal spray coatings with aluminum oxide and titanium dioxide, in particular with regard to their wear resistance, their fire resistance, their thermal shock resistance and, in connection with this, their outbreak resistance or their compatibility with the counterpart.
  • the thermal spray coatings should be as simple and cost-effective as possible to manufacture and rework, and they should not only cover coatings on piston rings in a chambered or overmolded form, but also coatings on similarly loaded machine parts in internal combustion engines, such as on piston crowns or the piston top land or on the friction surfaces of synchronizer rings.
  • this object is achieved by a wettable powder composed of 50 to 90 percent by weight aluminum oxide (Al 2 O 3 ), 5 to 40 percent by weight titanium dioxide (Ti0 2 ) and 5 to 30 percent by weight lanthanum oxide (La 2 0 3 ) and / or niobium oxide (Nb 2 0 5 ) dissolved, with the latter ingredient optionally being added up to 30 weight percent calcium carbonate.
  • Al 2 O 3 aluminum oxide
  • Ti0 2 titanium dioxide
  • La 2 0 3 lanthanum oxide
  • Nb 2 0 5 niobium oxide
  • the lanthanum oxide does not necessarily have to be present as pure lanthanum oxide, but can also contain other oxides of the rare earth metals up to about 30 percent by weight in the mixture.
  • niobium oxide when using niobium oxide as an additive, however, it preferably contains up to a maximum of 30 percent by weight calcium carbonate.
  • the wettable powder is preferably used in the form of mixtures of the individual components with one another.
  • at least two of the components thereof can also be in the form of composite powders or as micropellets pressed together, or at least two of the components can be used in the form of compounds with one another.
  • the grain sizes of the powders used are preferably between 5 and 106 ⁇ m.
  • the coatings are preferably produced by a plasma spraying process using primary and secondary gases, preferably of nitrogen and hydrogen, argon and hydrogen or else nitrogen and argon.
  • the spray layers can be applied to the machine parts made of preferably cast iron, steel or aluminum or aluminum alloys directly or using previously applied intermediate layers made of mostly molybdenum, nickel-chromium alloys or L nickel-aluminum alloys.
  • the layers can be either over the entire area over molded or injected as fillings in one or two sides' chambered wells.
  • the wettable powders are preferred for the coating of piston rings and for the entire or partial surface coating of the piston crowns and / or the top land areas used by pistons in internal combustion engines.
  • the powders are also suitable for producing a wear-resistant coating on the friction surfaces of other machine parts, such as, in particular, synchronizer rings.
  • piston rings with various powder compositions, according to the invention in overmolded form and in one- or both-sided chambered form were produced with and without the use of intermediate layers. After test runs with simulated extreme loads, the layers showed only slight wear and tear no burn marks and no outbreaks. The cylinder surfaces examined as counter-rotating partners showed no major signs of wear.
  • the known wettable powder made of aluminum oxide and titanium dioxide is so significantly improved, particularly with regard to its thermal shock resistance or its breakout resistance, that it can be used for the production of coatings machine parts subject to friction with the relatively high thermal load of an internal combustion engine.
  • the significantly improved breakout resistance of the layers seems to be caused by two different mechanisms of action.
  • the invention thus provides wettable powders based on aluminum oxide and titanium dioxide, which can be used to produce wear-resistant and fire-retardant and at the same time heat-resistant and thermo-shock-resistant and thus break-out-resistant coatings on, above all, thermally stressed machine parts in internal combustion engines by means of plasma spraying processes.
  • the wettable powders used are mainly because of the aluminum oxides and titanium dioxides used , and the layers produced can be reworked relatively easily after spraying.
  • the intermediate layers used preferably consist of a nickel-chromium alloy with 80 percent by weight of nickel and 20 percent by weight of chromium and a nickel-aluminum alloy with 95 percent by weight of nickel and 5 percent by weight of aluminum.

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Claims (13)

1. Poudre à pulvériser comportant de l'alumine et du dioxyde de titane pour la production de revêtements ayant une meilleure résistance à l'usure et aux températures élevées, en particulier sur les surfaces d'usure et de frottement de pièces animées d'un mouvement et soumises à des contraintes de frottement et à des contraintes thermiques élevées dans des machines de combustion, telles que les segments de piston, les têtes de piston ou les gorges de piston, ainsi que les surfaces de frottement des segments synchrones, au moyen d'un procédé de pulvérisation dans la flamme, caractérisée en ce qu'elle comporte 50 à 90 % en poids d'alumine (A1203), 5 à 40 % en poids d dioxyde de titane (Ti02) et 5 à 30 % en poids d'oxyde de lanthane (La203) et/ou d'oxyde de niobium (Nb205), le dernier élément cité comprenant, le cas échéant, jusqu'à 30 % en poids de carbonate de calcium (CaCO3).
2. Poudre à pulvériser selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte 5 à 30 % en poids d'oxyde de lanthane (La203).
3. Poudre à pulvériser selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte 5 à 30 % en poids d'oxyde de niobium (Nb205) avec jusqu'à 30 % en poids de carbonate de calcium (CaCO3).
4. Poudre à pulvériser selon les revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comporte:
50 % en poids d'alumine (Al2O3)
30 % en poids de dioxyde de titane (Ti02) et au total,
16 % en poids d'oxyde de niobium (Nb205)
4 % en poids de carbonate de calcium (CaC03).
5. Poudre à pulvériser selon les revendications 1 et 2, caractérisée en ce qu'elle comporte:
50 % en poids d'alumine (Al2O3)
30 % en poids de dioxyde de titane (Ti02)
20 % en poids d'oxyde de lanthane (La2O3).
6. Poudre à pulvériser selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte
50 % en poids d'alumine (AI203)
30 % en poids de dioxyde de titane (Ti02) et,
20 % en poids d'un mélange d'oxyde de lanthane (La2O3), d'oxyde de niobium (Nb205) et de carbonate de calcium (CaCO3).
7. Poudre à pulvériser selon au moins une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle comporte un mélange des composants.
8. Poudre à pulvériser selon les revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la poudre à
pulvériser comporte des micro-boulettes comprenant au moins deux des composants comprimés ensemble.
9. Poudre à pulvériser selon au moins une de revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle comporte un poudre composé comprenant au moins deux des composants.
10. Poudre à pulvériser selon au moins une des revendications 1 à 6, caractérisée en qu'elle comporte des produits de réaction d'au moins deux des composa oxydés.
11. Poudre à pulveriser selon au moins une des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que l'oxyde de lanthane comporte des oxydes d'autres éléments métalliques des terres rares.
12. Poudre à pulvériser selon au moins une des revendications 1 à 11, caractérisée et que le diamètre des grains des composants utilisés est compris entre 5 et 106 microns.
EP83110466A 1982-11-29 1983-10-20 Poudre à pulvérisation dans une flamme pour la production de revêtements ayant une meilleure résistance thermique et à l'usure, en particulier pour des éléments de machines à combustion Expired EP0112453B1 (fr)

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