EP1341946B1 - Verschleisschutzschicht für kolbenringe enthaltend wolframkarbid und chromkarbid - Google Patents

Verschleisschutzschicht für kolbenringe enthaltend wolframkarbid und chromkarbid Download PDF

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EP1341946B1
EP1341946B1 EP01270182A EP01270182A EP1341946B1 EP 1341946 B1 EP1341946 B1 EP 1341946B1 EP 01270182 A EP01270182 A EP 01270182A EP 01270182 A EP01270182 A EP 01270182A EP 1341946 B1 EP1341946 B1 EP 1341946B1
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carbides
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carbide
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    • Y10T428/12847—Cr-base component

Definitions

  • the present invention relates to a piston ring for internal combustion engines at least one peripheral surface of the piston ring by means of thermal spraying applied wear protection layer, essentially consisting of chrome carbides, Tungsten carbide, chrome and nickel.
  • the running surfaces of piston rings in internal combustion engines are subject to wear during use.
  • a protective layer is applied to the running surfaces of the piston rings to minimize wear.
  • the coating material which is in the form of a powder, is melted by means of an oxygen / fuel spray gun and sprayed onto the piston ring.
  • EP 0 960 954 A2 discloses a corresponding powder for producing these wear protection layers. This powder contains nickel, chromium and carbon, whereby the chromium can be present as chromium carbide and as a nickel-chromium alloy.
  • the carbides are present in an already decomposed form, so that the matrix becomes brittle and the carbides lose hardness due to conversion from Cr3C2 to Cr7C3 or even to Cr23C6.
  • DE 197 20 627 A1 mixes 20 to 80% by volume of molybdenum with the wettable powder. Molybdenum has a relatively high toughness and can therefore stop crack growth.
  • the patent application discloses preferred coatings of sintered chromium carbide and nickel chromium powders with up to 100% by weight of molybdenum.
  • phase of molybdenum are formed in the resulting layer, which are approximately the size of the starting powder and generally have a diameter of 5 to 50 ⁇ m.
  • the relatively low abrasion resistance of the molybdenum has a negative effect, the molybdenum phases are preferably worn out and consequently the wear resistance of the protective layer decreases.
  • tungsten carbides are also embedded in the matrix of the wear protection layer.
  • European patent EP 0 512 805 B1 describes the formation of a surface protection with chromium and tungsten carbides, the embedded tungsten-chromium carbides having a particle size in the range from 25 to 100 ⁇ m.
  • Tungsten carbides are harder than chrome carbides and have a very high resistance to pressure and wear.
  • the extraordinarily hard tungsten carbides also show a clear disadvantage when processing the surface produced. The surface can no longer be processed with conventional grinding wheels, processing is only possible with very high quality and at the same time expensive grinding wheels.
  • EP -A- 0657237 discloses a thermal wettable powder consisting of Tungsten carbide particles which are connected by metallic cobalt are.
  • a second type of grains consisting of chrome carbide particles connected to each other via a Ni-Cr alloy.
  • the protective layer is for High pressure valves, petrochemical lines, seats in pumps etc. are used. A Application for piston rings is not mentioned.
  • a coating for piston rings can be found in US-A-3606359 different microstructure than in the present application. There will be two various powders sprayed from previously sintered particles; an indication of the The size of the particles for the carbides is not mentioned.
  • the invention is based on the object belonging to the prior art To overcome disadvantages and to produce a piston ring for internal combustion engines, which has a wear protection layer on the tread that is almost crack-free and a has high wear resistance.
  • the wear protection layer according to the invention for the running surface of the piston ring is formed from a powder mixture in which the first powder as agglomerated and sintered powder consists at least of the alloy components chromium carbide, chromium and nickel, which does not have any subsequent embrittling heat treatment such as, for. B.
  • the carbides in the powder having an average diameter which is less than 3 microns and a second powder, which is also present as an agglomerated and sintered powder and contains tungsten carbide as an essential feature and by thermal spraying on at least a circumferential surface of the piston rings is applied, so that two distinguishable layer regions are produced in the wear protection layer, a first region which is primarily rich in chromium carbide and a second region which is mainly rich in tungsten carbide.
  • the use of a powder with a carbide size of less than 3 ⁇ m is a significant difference to the conventionally used powders, whose average carbide size is over 5 ⁇ m, but mostly even over 10 ⁇ m.
  • the carbide breakout is reduced, the risk of cracks is minimized and at the same time the residual stresses in the carbide are reduced, which in turn reduces the tendency to carbide breakdown.
  • Another essential difference is the use of primary carbides in the starting powder, which are mainly in the form of blocky Cr3C2 and Cr7C3 carbides.
  • the powders obtained via conventional melt atomization on the other hand, mostly have dendritic carbides and mostly dissolved carbides such as Cr23C6, which are much softer.
  • two distinguishable layer areas form as the basis in the wear protection layer.
  • the layer structure is disordered.
  • the first layer area forms, for example, a matrix of nickel, chromium and molybdenum, in which chromium carbides and phases rich in molybdenum are embedded homogeneously and finely distributed.
  • the molybdenum phases are only of a size of not larger than 5 ⁇ m, so that there are no wear-increasing phases in the matrix.
  • tungsten and chromium carbides are clearly embedded in the nickel matrix.
  • the average tungsten carbide has a diameter that is not larger than 1.5 ⁇ m and the chrome carbide has a diameter that is smaller than 3 ⁇ m, which supports machining.
  • a ratio corresponding to this layer structure could, for example, consist of 2 parts of areas rich in tungsten carbide and 8 parts of areas rich in chromium carbide.
  • Tests in real internal combustion engines have shown that a wear protection layer on the piston rings designed according to this example showed complete freedom from cracks and a wear behavior comparable to that of electroplated layers.
  • a resultant advantage is that processing with complete absence of cracks is possible without problems with conventional grinding wheels, that is, finishing is not more expensive than with a conventional wear protection layer produced by means of today's plasma spraying techniques.
  • the cobalt components in the alloy serve in particular as binders in the areas rich in tungsten carbide.
  • the hard material phases chrome carbide and tungsten carbide are the carriers of hardness and determine, among other things, the wear properties, while the binder metal gives the wear protection layer the toughness.

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolbenring für Brennkraftmaschinen mit auf mindestens eine Umfangsfläche des Kolbenringes mittels thermischem Spritzen aufgetragenen Verschleißschutzschicht, im wesentlichen bestehend aus Chrom-Karbiden, Wolfram-Karbid, Chrom und Nickel.
Die Laufflächen von Kolbenringen in Verbrennungskraftmaschinen unterliegen während ihres Einsatzes einem Verschleiß. Um den Verschleiß zu minimieren werden die Laufflächen der Kolbenringe mit einer Schutzschicht beaufschlagt. Je nach eingesetztem Fertigungsverfahren gehört es zum allgemeinen Stand der Technik, diese Schichten mittels eines Hochgeschwindigkeits-Flammspritz-Verfahrens zu erzeugen. Bei diesem Verfahren wird das Beschichtungsmaterial, das als Pulver vorliegt, mittels einer Sauerstoff-/Brennstoff-Spritzpistole geschmolzen und auf den Kolbenring aufgespritzt. Die EP 0 960 954 A2 offenbart ein entsprechendes Pulver zur Erzeugung dieser Verschleißschutzschichten. Dieses Pulver enthält Nickel, Chrom und Kohlenstoff, wobei das Chrom als Chrom-Karbid und als Nickel-Chrom-Legierung vorliegen kann. Der Aufsatz: "The Application of Cermet Coating on Piston Ring by HVOF" von H. Fukutome, aus dem Jahre 1995, des japanischen Kolbenringherstellers Teikoku Piston Ring, beschreibt ebenfalls den Einsatz von Chrom-Karbiden und Nickel-Chrom-Legierungen zur Erzeugung von Verschleißschichten mittels Hochgeschwindigkeits-Flammspritzens. Die in beiden Schriften zum Einsatz kommenden Legierungskomponenten bilden eine Nickel-Chrom-Matrix, in die je nach Legierungsanteil Chrom-Karbide eingelagert sind. Nachteilig an diesen Schichten ist, das sie aufgrund ihrer Härte und Sprödigkeit rissanfällig sind, wobei die Rissanfälligkeit sogar der lebensdauerbestimmende Faktor für die Kolbenringe sein kann. Diese Rissanfälligkeit resultiert aus den großen Karbiddurchmessern, was spannungsbedingt zu Karbidausbrüchen und damit zum Ringverschleiß führt. Insbesondere in den plasmabehandelten Pulvern liegen die Karbide in einer bereits zersetzten Form vor, so dass die Matrix versprödet und die Karbide durch Umwandlung vom Cr3C2 zu Cr7C3 oder sogar zu Cr23C6 an Härte verlieren. Um diesem Nachteil entgegenzutreten werden in der DE 197 20 627 A1 dem Spritzpulver 20 bis 80 Vol-% Molybdän zugemischt. Molybdän besitzt eine relativ hohe Zähigkeit und kann somit das Risswachstum stoppen. Die Patentanmeldung offenbart bevorzugte Beschichtungen aus gesinterten Chrom-Karbid- und Nickel-Chrom-Pulvern mit bis zu 100 Gew.-% Molybdän. Durch das Einbringen des Molybdäns in das Pulver entstehen aber in der daraus resultierenden Schicht Phasen aus Molybdän, die annähernd die Größe des Ausgangspulvers besitzen und in der Regel einen Durchmesser von 5 bis 50 µm besitzen. Negativ wirkt sich dabei die relativ niedrige Abriebbeständigkeit des Molybdäns aus, die Molybdänphasen werden bevorzugt verschlissen und folglich nimmt die Verschleißbeständigkeit der Schutzschicht ab.
Neben den Chrom-Karbiden werden auch Wolfram-Karbide in die Matrix der Verschleißschutzschicht mit eingelagert. Die europäische Patentschrift EP 0 512 805 B1 beschreibt die Bildung eines Oberflächenschutzes mit Chrom- und Wolfram-Karbiden, wobei die eingelagerten Wolfram-Chrom-Karbide eine Partikelgröße im Bereich von 25 - 100 µm aufweisen. Wolfram-Karbide sind härter als Chrom-Karbide und besitzen eine sehr hohe Druck- und Verschleißbeständigkeit. Die außergewöhnlich harten Wolfram-Karbide zeigen aber gleichzeitig einen deutlichen Nachteil bei der Bearbeitung der erzeugten Oberfläche. Die Oberfläche kann mit herkömmlichen Schleifscheiben nicht mehr bearbeitet werden, eine Bearbeitung ist lediglich mit sehr hochwertigen und gleichzeitig teuren Schleifscheiben möglich.
Die EP -A- 0657237 offenbart ein thermisches Spritzpulver bestehend aus Wolframkarbid- Partikeln welche durch metallisches Kobald miteinander verbunden sind. Darüber hinaus wird eine zweite Art Körner bestehend aus Chromkarbid-Partikeln über eine Ni-Cr- Legierung miteinander verbunden. Die Schutzschicht wird für Hochdruckventile, petrochemische Leitungen, Sitze in Pumpen etc. verwendet. Eine Anwendung für Kolbenringe ist nicht erwähnt.
Aus der US -A- 3606359 ist eine Beschichtung für Kolbenringe zu entnehmen die eine andere Mikrostruktur als in der vorliegenden Anmeldung aufweist. Es werden zwei verschiedene Pulver aus vorher gesinterten Partikeln aufgespritzt; eine Angabe über die Größe der Partikel für die Karbide wird nicht erwähnt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die zum Stand der Technik gehörigen Nachteile zu überwinden, und einen Kolbenring für Brennkraftmaschinen zu erzeugen, der auf der Lauffläche eine Verschleißschutzschicht aufweist, die nahezu rissfrei ist und eine hohe Verschleißbeständigkeit besitzt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst, vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dokumentiert.
Die erfindungsgemäße Verschleißschutzschicht für die Lauffläche des Kolbenrings ist aus einem Pulvergemisch gebildet, in dem das erste Pulver als agglomeriertes und gesintertes Pulver mindestens aus den Legierungskomponenten Chrom-Karbid, Chrom und Nickel besteht, das keine nachträgliche versprödende Wärmebehandlung wie z. B. eine Plasmaveredlung erfahren hat, wobei die Karbide im Pulver einen mittleren Durchmesser aufweisen, der weniger als 3 µm ist und einem zweiten Pulver, das ebenfalls als agglomeriertes und gesintertes Pulver vorliegt und als wesentliches Merkmal Wolfram-Karbid enthält und mittels thermischem Spritzens auf mindestens eine Umfangsfläche der Kolbenringe aufgetragen ist, so dass in der Verschleißschutzschicht zwei unterscheidbare Schichtbereiche erzeugt werden, wobei sich ein erster vornehmlich chromkarbidreicher und ein zweiter hauptsächlich wolframkarbidreicher Bereich ausbildet.
Der Einsatz eines Pulvers mit einer Karbidgröße von weniger als 3 µm ist ein wesentlicher Unterschied zu den herkömmlich eingesetzten Pulvern, deren mittlere Karbidgröße bei über 5 µm liegt, meistens jedoch sogar über 10 µm. Durch die Verringerung der Karbidgröße wird der Karbidausbruch verringert, die Rissgefahr wird minimiert und gleichzeitig werden die Eigenspannungen im Karbid reduziert was wiederum die Karbidzerrüttungstendenz verkleinert. Ein weiterer wesentlicher Unterschied ist der Einsatz von Primärkarbiden im Ausgangspulver, die vorwiegend als blockige Cr3C2- und Cr7C3-Karbide vorliegen. Die über die herkömmliche Schmelzverdüsung gewonnen Pulver weisen dagegen meist dendritische Karbide und vorwiegend aufgelöste Karbide wie zum Beispiel Cr23C6 auf, die sehr viel weicher sind.
Erfindungsgemäß bilden sich zwei unterscheidbare Schichtbereiche als Basis in der Verschleißschutzschicht aus. Dabei ist der Schichtaufbau ungeordnet. Den ersten Schichtbereich bildet beispielsweise eine Matrix aus Nickel, Chrom und Molybdän aus, in der homogen und fein verteilt Chrom-Karbide und molybdänreiche Phasen eingelagert sind. Die Molybdänphasen liegen im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten 5 bis 50 µm großen Molybdänphasen lediglich in einer Größe von nicht größer als 5µm vor, so dass keine verschleißerhöhenden Phasen in der Matrix vorliegen.
Im zweiten sichtlich unterscheidbaren Schichtbereich sind in die Nickel-Matrix vernehmlich Wolfram- und Chrom-Karbide eingelagert. Dabei haben die Wolfram-Karbide im Mittel einen Durchmesser, der nicht größer als 1,5 µm ist und die Chrom-Karbide einen Durchmesser, der kleiner als 3 µm ist, wodurch die spanende Bearbeitung unterstützt wird. Ein diesem Schichtaufbau entsprechendes Verhältnis könnte beispielhaft aus 2-Teilen wolframkarbidreichen Bereichen und 8 Teilen chromkarbidreichen Bereichen bestehen. Versuche in realen Verbrennungsmotoren haben gezeigt, dass eine nach diesem Beispiel ausgebildete Verschleißschutzschicht auf den Kolbenringen eine völlige Rissfreiheit und ein annähernd mit galvanisch erzeugten Schichten vergleichbares Verschleißverhalten aufwies.
Durch die Überlagerung der beiden Schichtwerkstoffe in einer Verschleißschutzschicht ist es nun möglich, die relativ gute Bearbeitbarkeit der Chrom-Karbide mit der sehr hohen Verschleißbeständigkeit des Wolfram-Karbids kombinativ zu vereinen. Ein sich hieraus ergebender Vorteil ist, dass eine Bearbeitung bei völliger Rissfreiheit mit herkömmlichen Schleifscheiben problemlos möglich ist, dass heißt, eine Fertigbearbeitung ist nicht kostenintensiver als bei einer herkömmlichen, mittels heutiger Plasmaspritztechniken erzeugten Verschleißschutzschicht.
Die Cobaltanteile in der Legierung dienen insbesondere als Bindemittel in den wolframkarbidreichen Bereichen. Die Hartstoffphasen Chrom-Karbid und Wolfram-Karbid sind die Träger der Härte und bestimmen unter anderem die Verschleißeigenschaften, während das Bindemetall der Verschleißschutzschicht die Zähigkeit verleiht.
Eine erfindungsgemäße Verschleißschutzschicht für einen Kolbenring einer Verbrennungskraftmaschine ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung dargestellt und wird im weiteren näher erläutert. Es zeigt:
  • Figur 1 einen Längsschnitt durch eine Verschleißschutzschicht auf einem Kolbenring. In Figur 1 ist auf einen Kolbenring 1 eine Verschleißschutzschicht 2 aufgebracht. Die Grenzen 3 in der Verschleißschutzschicht 2 markieren die unterschiedlichen Schichtbereiche 4 und 5. Der Schichtbereich 4 beinhaltet vornehmlich chromkarbidreiche Phasen 6 und Molybdänphasen 7 die Matrix 8 besteht hauptsächlich aus Nickel und Chrom. Der Schichtbereich 5 besitzt in diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls eine Nickel-Chrom-Matrix, in die hauptsächlich Wolfram-Karbide 9 und Chrom-Karbide 10 eingelagert sind.

    • Claims (14)

    1. Kolbenring für Brennkraftmaschinen, mit auf mindestens eine Umfangsfläche des Kolbenringes mittels thermischem Spritzen aufgetragenen Verschleißschutzschicht, bestehend aus Chrom-Karbiden, Wolfram-Karbid, Chrom und Nickel, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzschicht aus einem Pulvergemisch gebildet ist, in dem das erste Pulver als agglomeriertes und gesintertes Pulver mindestens aus den Legierungskomponenten Chrom-Karbid, Chrom und Nickel besteht, das keine nachträgliche versprödende Wärmebehandlung wie z. B. eine Plasmaveredlung erfahren hat, wobei die Karbide im Pulver einen mittleren Durchmesser aufweisen, der kleiner als 3 µm ist und einem zweiten Pulver, das ebenfalls als agglomeriertes und gesintertes Pulver vorliegt und Wolfram-Karbid enthält, so dass in der Verschleißschutzschicht zwei unterscheidbare Schichtbereiche erzeugt werden, wobei sich ein erster vornehmlich chromkarbidreicher und ein zweiter hauptsächlich wolframkarbidreicher Bereich ausbildet.
    2. Kolbenring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Pulver zusätzlich Chrom, Kohlenstoff und Nickel enthält, so dass beim Spritzen wolframkarbidreiche Bereiche entstehen, in denen vornehmlich Wolfram-Karbide, Chrom-Karbide und Nickel vorliegen.
    3. Kolbenring nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierungsbestandteile in den wolframkarbidreichen Bereichen mit Anteilen an Kohlenstoff zwischen 8 und 11 %, an Nickel zwischen 6 und 8 %, an Chrom zwischen 18 und 24 % und der Rest an Wolfram vorhanden sind.
    4. Kolbenring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Pulver zusätzlich Nickel enthält, so dass beim Spritzen wolframkarbidreiche Bereiche entstehen, in denen vornehmlich Wolfram-Karbide und Nickel vorliegen.
    5. Kolbenring nach einem der Ansprüche 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierungsbestandteile mit Anteilen an Kohlenstoff zwischen 4 und 6 %, an Nickel zwischen 11 und 18 % und der Rest an Wolfram vorhanden sind.
    6. Kolbenring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Pulver zusätzlich Cobalt und Chrom enthält, so dass beim Spritzen wolframkarbidreiche Bereiche entstehen, in denen vornehmlich Wolfram-Karbide in einer Cobalt-Chrom-Legierung vorliegen.
    7. Kolbenring nach einem der Ansprüche 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierungsbestandteile mit Anteilen an Cobalt zwischen 6 und 18 %, an Chrom zwischen 0,01 und 9 % und der Rest an Wolfram vorhanden sind.
    8. Kolbenring nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die chromkarbidreichen Bereiche zwischen 7 und 10 % Kohlenstoff, 10 - 20 % Nickel, 1 - 10 % Molybdän und Rest Chrom enthalten.
    9. Kolbenring nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der wolframkarbidreichen Bereiche im Gemisch zwischen 1 und 95 Vol.-% beträgt.
    10. Kolbenring nach einem der Ansprüche 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchmesser der molybdänreichen Phasen in den chromkarbidreichen Bereichen nicht größer als 5 µm sind.
    11. Kolbenring nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wolfram-Karbide im Mittel nicht größer als 1,5 µm sind.
    12. Kolbenring nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Wolfram-Karbide als WC-Karbide vorliegen.
    13. Kolbenring nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Chrom-Karbide als Cr3C2-Karbide vorliegen.
    14. Kolbenring nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass als thermisches Spritzverfahren das Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen (HVOF) eingesetzt wird.
    EP01270182A 2000-12-12 2001-11-17 Verschleisschutzschicht für kolbenringe enthaltend wolframkarbid und chromkarbid Expired - Lifetime EP1341946B1 (de)

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    Families Citing this family (14)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Publication number Priority date Publication date Assignee Title
    DK1564309T3 (en) * 2002-10-15 2015-04-07 Riken Kk Piston ring and thermal spray coating for use therein, and method of making them
    DE102004014871A1 (de) * 2004-03-26 2005-10-13 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Kolbenring
    DE102005020999A1 (de) * 2005-05-03 2006-11-09 Alfred Flamang Verfahren zur Beschichtung von verschleißbeaufschlagten Bauteilen und beschichtetes Bauteil
    DE102006049756A1 (de) * 2006-10-21 2008-04-24 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Verschleißschutzschicht für Kolbenringe
    JP5113190B2 (ja) * 2007-01-09 2013-01-09 フェデラル−モーグル ブルシャイト ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング 多層被覆を有するピストンリングおよびその製法
    US20090191416A1 (en) * 2008-01-25 2009-07-30 Kermetico Inc. Method for deposition of cemented carbide coating and related articles
    DE102008014333B4 (de) 2008-03-14 2012-05-03 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Verschleißfestes Bauteil
    EP2145845B1 (de) * 2008-07-14 2012-02-08 Sulzer Metco Coatings GmbH Tauchbadrolle und Verfahren zum Herstellen einer Tauchbadrolle
    DE102009016650B3 (de) * 2009-04-07 2010-07-29 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Gleitelement mit einstellbaren Eigenschaften
    US8906130B2 (en) 2010-04-19 2014-12-09 Praxair S.T. Technology, Inc. Coatings and powders, methods of making same, and uses thereof
    DE102010038289A1 (de) * 2010-07-22 2012-01-26 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Kolbenring mit thermischen gespritzter Beschichtung und Herstellungsverfahren davon
    JP5948216B2 (ja) * 2011-10-25 2016-07-06 株式会社Ihi ピストンリングの製造方法
    BR102012016283A2 (pt) * 2012-06-29 2014-08-12 Mahle Metal Leve Sa Elemento deslizante e motor de combustão interna
    US9890858B2 (en) 2012-06-29 2018-02-13 Mahle Metal Leve S/A Sliding element and internal combustion engine

    Family Cites Families (22)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Publication number Priority date Publication date Assignee Title
    GB867455A (en) * 1958-04-24 1961-05-10 Metco Inc Improvements relating to the production of carbide-containing sprayweld coatings
    US3606359A (en) 1969-08-08 1971-09-20 Ramsey Corp Tungsten carbide coated piston rings
    US3837817A (en) 1972-10-18 1974-09-24 Nippon Piston Ring Co Ltd Sliding member having a spray-coated layer
    US3814447A (en) * 1972-11-02 1974-06-04 Ramsey Corp Sealing element for use in internal combustion engines
    GB1441961A (en) * 1973-03-21 1976-07-07 Wellworthy Ltd Piston rings
    IT1172891B (it) * 1978-07-04 1987-06-18 Fiat Spa Procedimento per rivestire con materiale antiusura una superficie metallica
    US4925626A (en) * 1989-04-13 1990-05-15 Vidhu Anand Method for producing a Wc-Co-Cr alloy suitable for use as a hard non-corrosive coating
    US5141571A (en) * 1991-05-07 1992-08-25 Wall Colmonoy Corporation Hard surfacing alloy with precipitated bi-metallic tungsten chromium metal carbides and process
    JPH06117537A (ja) * 1992-10-01 1994-04-26 Hitachi Zosen Corp ピストンリング
    US5395221A (en) * 1993-03-18 1995-03-07 Praxair S.T. Technology, Inc. Carbide or boride coated rotor for a positive displacement motor or pump
    US5419976A (en) * 1993-12-08 1995-05-30 Dulin; Bruce E. Thermal spray powder of tungsten carbide and chromium carbide
    JPH08210504A (ja) * 1995-01-31 1996-08-20 Nippon Piston Ring Co Ltd ピストンリング
    US5938403A (en) * 1996-03-13 1999-08-17 Hitachi, Ltd. Runner, water wheel and method of manufacturing the same
    US5713129A (en) * 1996-05-16 1998-02-03 Cummins Engine Company, Inc. Method of manufacturing coated piston ring
    JP2991977B2 (ja) * 1996-10-04 1999-12-20 トーカロ株式会社 電気めっき用コンダクターロールおよびその製造方法
    JPH1150908A (ja) * 1997-07-31 1999-02-23 Nippon Piston Ring Co Ltd 耐摩耗性摺動部材
    US6071324A (en) * 1998-05-28 2000-06-06 Sulzer Metco (Us) Inc. Powder of chromium carbide and nickel chromium
    JP2001234320A (ja) * 2000-02-17 2001-08-31 Fujimi Inc 溶射粉末材、およびそれを使用した溶射方法並びに溶射皮膜
    DE10046956C2 (de) * 2000-09-21 2002-07-25 Federal Mogul Burscheid Gmbh Thermisch aufgetragene Beschichtung für Kolbenringe aus mechanisch legierten Pulvern
    US6562480B1 (en) * 2001-01-10 2003-05-13 Dana Corporation Wear resistant coating for piston rings
    JP3952252B2 (ja) * 2001-01-25 2007-08-01 株式会社フジミインコーポレーテッド 溶射用粉末およびそれを用いた高速フレーム溶射方法
    US6655181B2 (en) * 2001-10-15 2003-12-02 General Motors Corporation Coating for superplastic and quick plastic forming tool and process of using

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