EP2451987A1 - Iron-based spray material, method for producing a spray material, thermal spray layer, and spraying method - Google Patents
Iron-based spray material, method for producing a spray material, thermal spray layer, and spraying methodInfo
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- EP2451987A1 EP2451987A1 EP09780227A EP09780227A EP2451987A1 EP 2451987 A1 EP2451987 A1 EP 2451987A1 EP 09780227 A EP09780227 A EP 09780227A EP 09780227 A EP09780227 A EP 09780227A EP 2451987 A1 EP2451987 A1 EP 2451987A1
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Definitions
- the invention relates to an iron-based spray material for the thermal coating of a substrate, in particular for the thermal coating of a tread of a cylinder of a reciprocating internal combustion engine, a method for producing a spray material, a spray wire, in particular spray filler wire for use in a thermal
- a wire spraying method comprising an iron-based sprayed material, an iron-based thermal sprayed layer for a substrate, in particular for a tread of a cylinder of a reciprocating internal combustion engine, a spraying method for producing a thermal sprayed layer, and the use of a powdered material and a sprayed wire for producing a thermal sprayed layer according to the preamble of independent claim of the respective category.
- Thermal spray applied coatings have long been known for a variety of applications.
- surfaces of oil-lubricated cylinder liners in vehicle engines have been coated for some time by, among other things, plasma spraying, the film being primarily characterized by the coefficient of friction between Piston rings and cylinder wall is effective, significantly reduced, whereby the wear of piston rings and cylinder is significantly reduced, which leads to an increase in the running performance of the engine, an extension of the maintenance intervals, for example when changing oil and not least to a significant increase in engine performance. This is going through
- such layers for oil lubricated internal combustion engines may contain deposits of dry lubricants in a base matrix, wherein in the
- Base matrix additionally pores of predeterminable size can be provided, which act as oil pockets and thus together with the relatively soft embedded dry lubricants the friction between
- the basic matrix itself which in particular contains the dry lubricants and the pores among other constituents, is composed of a hard matrix material which guarantees a long service life of the cylinder surfaces and piston rings.
- a modern high-performance cylinder running surface is described in detail in EP 1 340 834, for example.
- thermal spraying surfaces include coating turbine parts with anti-wear and thermal barrier coatings, components lubricated by oil-lubricated bearings, e.g. the coating of crank bearings or other workpieces subjected to particular physical, chemical or thermal stresses.
- oil-lubricated bearings e.g. the coating of crank bearings or other workpieces subjected to particular physical, chemical or thermal stresses.
- very specific materials are used, usually in the form of wettable powders or injection-molded wires, which have the necessary specific properties
- the powder material price plays a decisive role in terms of the cost effectiveness of the coating, in particular in the coating of cylinder surfaces by means of the Plasma spraying process APS, especially in the case of coating of larger engines (truck diesel, for example).
- the manufacturing costs of the powder depend on the one hand
- Powders of a quality such as e.g. for internal coatings of cylinders for internal combustion engines, nowadays hardly lower under atomization at less than 10 US $ per kg. It is therefore to be expected that there are certain limits to further cost reduction.
- ilmenite is formed from approximately 53% OO 2 and 47% FeO, and crystallizes in a hexagonal crystal system.
- the hardness of ilmenite crystals is approx. 650 HV, which means that values of 400 to 500HV are possible in the layers with optimized parameters.
- Applicant Ilmenit partly in combination with other metal-ceramic materials and / or oxides as a spray material for coating cylinder surfaces of turbocharged engines before.
- these coatings are not designed for the increasing tribological requirements at high or strongly fluctuating temperature loads, but improve mainly the hardness or corrosion resistance of the coated surfaces.
- the object of the invention is, therefore, a new spray material in the form of a powder material or in the form of a sprayed wire, in particular
- Hubkolbenbrennkraftmaschine is suitable, which are operated even under changing load conditions.
- the surface layers formed with the spray material should also be sufficient
- Spray layer and to propose the use of a powder material or a spray wire for producing a thermal sprayed layer.
- the invention thus relates to an iron-based spray material for the thermal coating of a substrate, in particular for the thermal coating of a running surface of a cylinder
- Base material includes. According to the invention, the spray material comprises at least one first solid lubricant of a sulfide and a second solid lubricant of a fluoride.
- Adhesive wear characterized.
- solid lubricants comprising at least a sulfide and a fluoride, but especially also In addition, a nitride, thereby allowing a significant in the operating state
- lubricants are based on the special crystal structure and the low propensity for chemical bonds or reactions with metallic and ceramic materials.
- the solid lubricants sulfide-based, for example, M0S2 and / or WS2 can be used in an oxidizing atmosphere without any problems up to a temperature of 350 0 C. In the case of shock loads in
- internal combustion engines may have hot contact points, e.g.
- the local temperature can be significantly higher than 350 0 C. Therefore, according to the present invention additionally at least one other type of solid lubricants is used, which has an increased temperature resistance and at the same time under the aggressive chemical conditions in Combustion chamber is chemically resistant and the adhesion and hardness of the coating also positively influenced.
- hexagonal BN or CrN are particularly advantageous in question, since they fulfill their functions as a solid lubricant up to highest temperatures of 950 0 C, even under oxidizing conditions, such high temperatures, for example, in cylinders Of combustion engines often occur only locally.
- Fluorine-based solid lubricants are able to reliably ensure lubrication even under these critical conditions.
- calcium fluoride CaF2 and Bariumfluoride BaF 2 can even ensure lubrication at locally occurring temperatures up to more than 1200 0 C reliable.
- the eutectic formed from 62% by weight of BaF 2 and 38% by weight of CaF 2 has proven to be particularly effective, which ensures significantly improved lubrication already from 500 ° C.
- Powder delivery system is optimally designed. As a powder particle size, a distribution of 5 to 30 micrometers is advantageous. The maximal
- Layer thickness is influenced by several factors (material substrates, Coating parameters, modulus of elasticity of the layers, etc.). On cast iron or steel substrates, the use of an intermediate layer is often not necessary, except in cases where severe corrosion is to be feared. For aluminum base alloys, for example, an intermediate layer of NiCr alloys and / or NiAl alloys is advantageous.
- thermally sprayed layers are advantageously post-processed in a manner known per se by diamond honing.
- the volume fraction of sulfide is 0.1% to 15% by volume, preferably 1% to 6% by volume, the sulfide in a specific embodiment except for
- Impurities only M0S2 and / or WS2 is.
- the proportion by volume of fluoride can advantageously be from 0.05% to 20% by volume, preferably from 1% to 10% by volume, the fluoride in a specific embodiment, apart from impurities, being only CaF 2 and / or BaF 2 .
- CaF 2 and BaF 2 are preferred, but not necessary, as eutectic.
- Spray material according to the invention except impurities only from a sulfide, a fluoride and the rest of FeTiOs as the base material.
- Temperature loads additionally include a nitride as a solid lubricant, wherein the volume fraction of nitride is advantageously from 0.1% to 8% by volume, preferably from 1% to 5% by volume.
- the spray material of the present invention except impurities, also consist only of a nitride, a sulfide, a fluoride, and the remainder of FeTiO 3 as the base material.
- inventive spray material as a powder material for
- a particle size distribution of the powder material is preferably between 2 ⁇ m and 60 ⁇ m, in particular between 5 ⁇ m and 40 ⁇ m.
- the base material FeTiO 3 is prepared by grinding and / or sieving in a conventional manner from ilmenite, wherein the base material FeTiO 3 can also be remelted before grinding and / or screening first.
- At least one of the solid lubricants is formed in the form of solid lubricant particles and agglomerated by spray-drying and / or cladding with particles of the FeTiO 3 base material.
- the invention also relates to a spray wire, in particular
- a spray-fill wire for use in a thermal wire spraying process comprising a spray material of the invention.
- the invention relates to a thermal spray coating
- the thermal spray coating comprises FeTiO 3 as the base material.
- the thermal spray coating comprises at least a first solid lubricant of a sulfide and a second solid lubricant of a fluoride.
- the volume fraction of fluoride in the thermal spray layer 0.05% to 20% by volume, preferably 1% to 10% by volume, preferably, but not necessary, the fluoride except impurities only CaF 2 and / or BaF 2 and / or CaF 2 and BaF 2 may be present as eutectic.
- the thermal spray layer can consist of impurities only from a sulfide, a fluoride and the rest of FeTiO3 as the base material.
- inventive thermal spray layer may additionally comprise a nitride, wherein the
- the volume fraction of nitride may be 0.1% to 8% by volume, preferably 1% to 5% by volume, and / or in particular the nitride is only hexagonal BN and / or CrN.
- the thermal spray coating of the present invention consists of only a nitride, a sulfide, a fluoride, and the balance of FeTiOs as the base material except impurities.
- the invention further relates to a spraying method for producing a thermal sprayed layer according to the present invention, wherein the spraying method is a thermal spraying method, in particular a
- Plasma spraying is.
- the thermal spraying method may also be a flame spraying method, an HVOF spraying method, in particular a powder spraying method or a wire spraying method, or another conventional thermal spraying method.
- the invention also relates to the use of a
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Abstract
The invention relates to an iron-based spray material for thermally coating a substrate, in particular for thermally coating a running surface of a cylinder of a reciprocating internal combustion engine, wherein the spray material comprises FeTiO3 as a base material. According to the invention, the spray material comprises at least one first solid lubricant made of a sulfide and a second solid lubricant made of a fluoride. The invention further relates to a method for producing a spray material, to a spray wire, in particular to a spray filler wire for use in a thermal wire spraying method, to an iron-based thermal spray layer, in particular for a running surface of a cylinder of a reciprocating internal combustion engine, to a spraying method for producing a thermal spray layer, to the use of a powder material and to a spray wire to produce a thermal spray layer.
Description
Spritzwerkstoff auf Eisenbasis und Verfahren zur Herstellung eines Iron-based spray material and method of making a
Spritzwerkstoffs, sowie thermische Spritzschicht und Spritzverfahren Spray material, as well as thermal spray coating and spraying
Die Erfindung betrifft einen Spritzwerkstoff auf Eisenbasis zum thermischen Beschichten eines Substrats, insbesondere zum thermischen Beschichten einer Lauffläche eines Zylinders einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, ein Verfahren zur Herstellung eines Spritzwerkstoffs, einen Spritzdraht, insbesondere Spritzfülldraht zur Verwendung in einem thermischen The invention relates to an iron-based spray material for the thermal coating of a substrate, in particular for the thermal coating of a tread of a cylinder of a reciprocating internal combustion engine, a method for producing a spray material, a spray wire, in particular spray filler wire for use in a thermal
Drahtspritzverfahren umfassend einen Spritzwerkstoff auf Eisenbasis, eine thermische Spritzschicht auf Eisenbasis für ein Substrat, insbesondere für eine Lauffläche eines Zylinders einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, ein Spritzverfahren zur Herstellung einer thermischen Spritzschicht, sowie die Verwendung eines Pulverwerkstoffs und eines Spritzdrahts zur Herstellung einer thermischen Spritzschicht gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs der jeweiligen Kategorie. A wire spraying method comprising an iron-based sprayed material, an iron-based thermal sprayed layer for a substrate, in particular for a tread of a cylinder of a reciprocating internal combustion engine, a spraying method for producing a thermal sprayed layer, and the use of a powdered material and a sprayed wire for producing a thermal sprayed layer according to the preamble of independent claim of the respective category.
Durch thermisches Spritzen aufgebrachte Beschichtungen sind seit langem für eine Vielzahl von Anwendungen bekannt. So werden zum Beispiel Oberflächen von Öl geschmierten Zylinderlaufflächen in Fahrzeugmotoren bereits seit einiger Zeit unter anderem durch Plasmaspritzen beschichtet, wobei die Schicht vor allem den Reibungskoeffizienten, der zwischen
Kolbenringen und Zylinderwand wirksam ist, deutlich reduziert, wodurch der Verschleiss von Kolbenringen und Zylinder deutlich zurückgeführt wird, was zu einer Erhöhung der Laufleistung des Motors, einer Verlängerung der Wartungsintervalle, zum Beispiel beim Ölwechsel und nicht zuletzt zu einer merklichen Leistungssteigerung des Motors führt. Das wird durch Thermal spray applied coatings have long been known for a variety of applications. For example, surfaces of oil-lubricated cylinder liners in vehicle engines have been coated for some time by, among other things, plasma spraying, the film being primarily characterized by the coefficient of friction between Piston rings and cylinder wall is effective, significantly reduced, whereby the wear of piston rings and cylinder is significantly reduced, which leads to an increase in the running performance of the engine, an extension of the maintenance intervals, for example when changing oil and not least to a significant increase in engine performance. This is going through
unterschiedliche Massnahmen erreicht. Beispielsweise können solche Schichten für Öl geschmierte Verbrennungsmaschinen Einlagerungen von Trockenschmierstoffen in einer Grundmatrix enthalten, wobei in der achieved different measures. For example, such layers for oil lubricated internal combustion engines may contain deposits of dry lubricants in a base matrix, wherein in the
Grundmatrix zusätzlich Poren von vorgebbarer Grosse vorgesehen sein können, die als Öltaschen fungieren und damit zusammen mit den relativ weichen eingelagerten Trockenschmierstoffen die Reibung zwischen Base matrix additionally pores of predeterminable size can be provided, which act as oil pockets and thus together with the relatively soft embedded dry lubricants the friction between
Kolbenringen und Zylinderwand deutlich vermindern. Die Grundmatrix selbst, die unter weiteren Bestandteilen insbesondere die Trockenschmierstoffe und die Poren enthält, ist dabei aus einem harten Matrixmaterial aufgebaut, das eine hohe Lebensdauer der Zylinderlaufflächen und Kolbenringe garantiert. Eine solche moderne Hochleistungs-Zylinderlauffläche ist zum Beispiel in der EP 1 340 834 eingehend beschrieben. Reduce piston rings and cylinder wall significantly. The basic matrix itself, which in particular contains the dry lubricants and the pores among other constituents, is composed of a hard matrix material which guarantees a long service life of the cylinder surfaces and piston rings. Such a modern high-performance cylinder running surface is described in detail in EP 1 340 834, for example.
Weitere typische Anwendungen für durch thermisches Spritzen aufgebrachte Oberflächen ist das Beschichten von Turbinenteilen mit Verschleissschutz- und Wärmedämmschichten, von Komponenten von Öl geschmierten Lagern, wie z.B. die Beschichtung von Kurbellagern oder anderen Werkstücken, die besonderen physikalischen, chemischen oder thermischen Belastungen ausgesetzt sind. Je nach dem welchen Zweck die Schicht zu erfüllen hat, kommen ganz bestimmte Werkstoffe, in der Regel in Form von Spritzpulvern oder Spritzdrähten zum Einsatz, die die notwendigen spezifischen Other typical applications for thermal spraying surfaces include coating turbine parts with anti-wear and thermal barrier coatings, components lubricated by oil-lubricated bearings, e.g. the coating of crank bearings or other workpieces subjected to particular physical, chemical or thermal stresses. Depending on the purpose of the coating, very specific materials are used, usually in the form of wettable powders or injection-molded wires, which have the necessary specific properties
Eigenschaften und Zusammensetzung besitzen, um die erforderlichen Eigenschaften der zu spritzenden Oberflächenschicht zu generieren. Have properties and composition to generate the required properties of the surface layer to be sprayed.
Bei grosseren Produktionsvolumen spielt der Pulverwerkstoffpreis eine entscheidende Rolle in Bezug auf die Wirtschaftlichkeit der Beschichtung, insbesondere bei der Beschichtung von Zylinderlaufflächen mittels des
Plasmaspritz-Verfahrens APS, vor allem im Fall der Beschichtung von grosseren Motoren (LKW-Diesel z.B.). For larger production volumes, the powder material price plays a decisive role in terms of the cost effectiveness of the coating, in particular in the coating of cylinder surfaces by means of the Plasma spraying process APS, especially in the case of coating of larger engines (truck diesel, for example).
Die Fertigungskosten des Pulvers sind einerseits abhängig von den The manufacturing costs of the powder depend on the one hand
Rohstoffpreisen und anderseits vom Verarbeitungsaufwand der notwendig ist, die Rohstoffe zu einem brauchbaren Material zu verarbeiten, das zur Raw material prices and on the other hand, from the processing of the necessary to process the raw materials into a usable material, the
Durchführung des gewählten Verfahrens geeignet ist. Implementation of the chosen method is suitable.
Beim bekannten Verdüsen von metallischen Werkstoffen (mittels Gas oder Wasser) lassen sich die Energiekosten praktisch nur durch eine bessere Pulverausbeute nach unten beeinflussen. Dabei spielt die Spezifikation der Verteilung der Partikel-Grösse eine entscheidende Rolle. Unter besten Voraussetzungen lassen sich die Herstellungskosten von metallischen In the known atomizing of metallic materials (by means of gas or water), the energy costs can be influenced practically only by a better powder yield down. The specification of particle size distribution plays a crucial role here. Under ideal conditions, the production costs of metallic
Pulvern in einer Qualität, wie sie z.B. für Innenbeschichtungen von Zylindern für Brennkraftmaschinen notwendig ist, beim Verdüsen heutzutage kaum unter 10 US $ pro kg senken. Es ist daher eher zu erwarten, dass einer weiteren Kostensenkung gewisse Grenzen gesetzt sind. Powders of a quality such as e.g. for internal coatings of cylinders for internal combustion engines, nowadays hardly lower under atomization at less than 10 US $ per kg. It is therefore to be expected that there are certain limits to further cost reduction.
Andererseits werden die Anforderungen an die Leistungsfähigkeit der On the other hand, the performance requirements of
Spritzmaterialien mit der Zeit noch grösser. Insbesondere werden die tribologischen Eigenschaften der Beschichtungen bei erhöhten Temperaturen immer wichtiger, da die Wirkung der Schmiermittel mit steigender Spray materials with time even bigger. In particular, the tribological properties of the coatings at elevated temperatures are becoming increasingly important because the effect of the lubricants with increasing
Wandtemperatur deutlich abnimmt. Tribologische Lösungen, die bis zu einer Wandtemperatur von 3500C anwendbar sind, sind grundsätzlich möglich. Dabei spielen die Anti-Scuffingeigenschaften der Schichtwerkstoffe eine entscheidende Rolle. Wall temperature decreases significantly. Tribological solutions that are applicable up to a wall temperature of 350 0 C, are in principle possible. The anti-scuffing properties of the coating materials play a decisive role here.
Als günstiges Herstellungsverfahren von Pulvern für das thermische Spritzen gilt im Allgemein das Mahlen und Sieben, auch im Fall von grosseren Mengen bei keramischen Spritzwerkstoffen aus metallischen Oxiden. Im Fall von gewissen Werkstoffen können Mineralien im Pulver ohne zusätzliches As a favorable manufacturing method of powders for thermal spraying generally applies the grinding and sieving, even in the case of larger quantities of ceramic spray materials of metallic oxides. In the case of certain materials, minerals in the powder can be added without additional
Einschmelzen verarbeitet werden.
AIs potentiellen Werkstoff für Zylinderlaufflächen wurde bereits früher das Eisentitanat FeTiO3 in Betracht gezogen, das auch als Ilmenit bekannt ist. Ilmenit ist aus ca.53% ÜO2 und 47% FeO gebildet, und kristallisiert in einem hexagonal Kristallsystem. Die Härte von Ilmenite-Kristallen beträgt ca.650 HV, das heisst in den Schichten sind Werte von 400 bis 500HV bei optimierten Parametern möglich. Melts are processed. A potential material for cylinder surfaces has previously been the iron titanate FeTiO3, which is also known as ilmenite. Ilmenite is formed from approximately 53% OO 2 and 47% FeO, and crystallizes in a hexagonal crystal system. The hardness of ilmenite crystals is approx. 650 HV, which means that values of 400 to 500HV are possible in the layers with optimized parameters.
Daher wurde bereits in der UA 74 987 ein Ilmenit Spritzwerkstoff zur Bildung von korrosionsbeständigen Beschichtungen mittels thermischer Therefore, already in the UA 74 987 an ilmenite spray material for the formation of corrosion-resistant coatings by means of thermal
Spritzverfahren vorgeschlagen. In der WO 2004/106711 schlagen die Spraying proposed. In WO 2004/106711 beat the
Anmelder Ilmenit, zum Teil in Kombination mit anderen metallkeramischen Werkstoffen und / oder Oxiden als Spritzwerkstoff zur Beschichtung von Zylinderlaufflächen von aufgeladenen Motoren vor. Allerdings sind diese Beschichtungen nicht auf die zunehmenden tribologischen Anforderungen bei hohen bzw. stark schwankenden Temperaturbelastungen ausgelegt, sondern verbessern hauptsächlich die Härte bzw. die Korrosionsfestigkeit der beschichteten Oberflächen. Applicant Ilmenit, partly in combination with other metal-ceramic materials and / or oxides as a spray material for coating cylinder surfaces of turbocharged engines before. However, these coatings are not designed for the increasing tribological requirements at high or strongly fluctuating temperature loads, but improve mainly the hardness or corrosion resistance of the coated surfaces.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen neuen Spritzwerkstoff in Form eines Pulverwerkstoffs bzw. in Form eines Spritzdrahts, insbesondere The object of the invention is, therefore, a new spray material in the form of a powder material or in the form of a sprayed wire, in particular
Spritzfülldraht zum thermischen Beschichten eines Substrats bereitzustellen, der einerseits wesentlich kostengünstiger hergestellt werden kann als die bekannten Spritzwerkstoffe und wobei damit gespritzte Schichten vor allem exzellente tribologische Eigenschaften, gleichzeitig in unterschiedlichen Temperaturbereichen aufweisen, so dass der Pulverwerkstoff vor allem zur Bildung von reibungsoptimierten Laufflächen auf Zylindern von To provide Spritzfülldraht for thermal coating of a substrate, which can be produced on the one hand much cheaper than the known spray materials and thus sprayed layers especially excellent tribological properties, simultaneously in different temperature ranges, so that the powder material especially for the formation of friction-optimized running surfaces on cylinders
Hubkolbenbrennkraftmaschine geeignet ist, die auch unter wechselnden Lastbedingungen betrieben werden. Dabei sollen die mit dem Spritzwerkstoff gebildeten Oberflächenschichten ausserdem ausreichend Hubkolbenbrennkraftmaschine is suitable, which are operated even under changing load conditions. The surface layers formed with the spray material should also be sufficient
korrosionsbeständig sein und über eine ausgezeichnete Härte verfügen.
Des Weiteren ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines entsprechenden Spritzwerkstoffs bereitzustellen, sowie eine thermische Spritzschicht, ein Spritzverfahren zur Herstellung einer thermischen be corrosion resistant and have excellent hardness. Furthermore, it is an object of the invention to provide a method for producing a corresponding spray material, as well as a thermal spray coating, a spraying method for producing a thermal spray
Spritzschicht, sowie die Verwendung eines Pulverwerkstoffs bzw. eines Spritzdrahtes zur Herstellung einer thermischen Spritzschicht vorzuschlagen. Spray layer, and to propose the use of a powder material or a spray wire for producing a thermal sprayed layer.
Die diese Aufgaben lösenden Gegenstände der Erfindung sind durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs der jeweiligen Kategorie The objects of the invention solving these objects are characterized by the features of the independent claim of the respective category
gekennzeichnet. characterized.
Die jeweiligen abhängigen Ansprüche beziehen sich auf besonders The respective dependent claims relate to particular
vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung. advantageous embodiments of the invention.
Die Erfindung betrifft somit einen Spritzwerkstoff auf Eisenbasis zum thermischen Beschichten eines Substrats, insbesondere zum thermischen Beschichten einer Lauffläche eines Zylinders einer The invention thus relates to an iron-based spray material for the thermal coating of a substrate, in particular for the thermal coating of a running surface of a cylinder
Hubkolbenbrennkraftmaschine, wobei der Spritzwerkstoff FeTiOs als Reciprocating internal combustion engine, wherein the spray material FeTiOs as
Basiswerkstoff umfasst. Erfindungsgemäss umfasst der Spritzwerkstoff mindestens einen ersten Festschmierstoff aus einem Sulfid und einen zweiten Festschmierstoff aus einem Fluorid. Base material includes. According to the invention, the spray material comprises at least one first solid lubricant of a sulfide and a second solid lubricant of a fluoride.
Durch die vorliegende Erfindung kann somit erstmals demonstriert werden, dass Spritzwerkstoffe auf Eisentitanat-Basis, also auf Basis des sogenannten Ilmenits mit der chemischen Formel FeTiOs, insbesondere für die thermische Beschichtung von Verbrennungskraftmaschinenkomponenten besonders gut geeignet sind, wenn dem Ilmenit mindestens ein Sulfid und ein Fluorid als Festschmierstoff zugegeben wird. Die damit hergestellten Schichten sind dabei durch eine ausgezeichnete Beständigkeit gegenüber By the present invention it can thus be demonstrated for the first time that sprayed materials based on iron titanate, ie based on the so-called ilmenite with the chemical formula FeTiOs, are particularly well suited for the thermal coating of internal combustion engine components, if the ilmenite contains at least one sulfide and one fluoride is added as a solid lubricant. The layers produced with it are characterized by an excellent resistance
Adhäsionsverschleiss gekennzeichnet. Die Zugabe von Festschmierstoffen umfassend zumindest ein Sulfid und ein Fluorid, im Speziellen aber auch
zusätzlich ein Nitrid, erlaubt dabei im Betriebszustand eine deutliche Adhesive wear characterized. The addition of solid lubricants comprising at least a sulfide and a fluoride, but especially also In addition, a nitride, thereby allowing a significant in the operating state
Erhöhung der Wandtemperatur von Zylinderlaufflächen, so dass die aus einem erfindungsgemässen Spritzwerkstoff hergestellten Schichten auch für die Verwendung in adiabatischen Motoren besonders gut geeignet sind. Durch die gleichzeitige Verwendung mindestens eines Sulfids und eines Fluorids im erfindungsgemässen Spritzwerkstoff ist nämlich sichergestellt, dass die damit thermisch gespritzten Schichten in unterschiedlichen Increase of the wall temperature of cylinder surfaces, so that the layers produced from a spray material according to the invention are also particularly well suited for use in adiabatic engines. By the simultaneous use of at least one sulfide and a fluoride in the spray material according to the invention, it is ensured that the layers sprayed with it in a different manner
Temperaturbereichen jeweils vergleichbar gute tribologische Eigenschaften aufweisen. Die tribologische Leistungsfähigkeit der Eisentitanat FeTiO3 Schichten Temperature regions each have comparable good tribological properties. The tribological efficiency of iron titanate FeTiO 3 layers
(Ilmenit) wird dabei erfindungsgemäss durch die gezielte Zugabe von (Ilmenite) is inventively by the targeted addition of
Festschmierstoffen wesentlich verbessert. Die Eigenschaften dieser Solid lubricants significantly improved. The properties of this
Schmierstoffe beruhen unter anderem auf der besonderen Kristallstruktur und der geringen Neigung zu chemischen Bindungen bzw. Reaktionen mit metallischen und keramischen Werkstoffen. Die konkrete Klasse an Among other things, lubricants are based on the special crystal structure and the low propensity for chemical bonds or reactions with metallic and ceramic materials. The concrete class
Festschmierstoffen wird erfindungsgemäss nach den zu erwartenden Solid lubricants according to the invention according to the expected
Temperaturbelastungen ausgewählt. Im Fall von Zylindehnnenbeschichtungen in Verbrennungsmaschinen wird dazu vorteilhaft die höchste Temperature loads selected. In the case of Zylindehnnenbeschichtungen in internal combustion engines is advantageous to the highest
Wandtemperatur, beispielweise in der Kontaktzone Wall temperature, for example in the contact zone
Zylinderlauffläche/Kolbenring betrachtet. Cylinder surface / piston ring considered.
Die Festschmierstoffe auf Sulfid-Basis, zum Beispiel M0S2 und / oder WS2 können in oxidierender Atmosphäre problemlos bis zu einer Temperatur von 3500C eingesetzt werden. Im Fall von Stossbelastungen in The solid lubricants sulfide-based, for example, M0S2 and / or WS2 can be used in an oxidizing atmosphere without any problems up to a temperature of 350 0 C. In the case of shock loads in
Verbrennungsmotoren können sich jedoch heisse Kontaktpunkte, z.B. However, internal combustion engines may have hot contact points, e.g.
zwischen Zylinderlauffläche und Kolbenringen bilden, wobei die örtliche Temperatur deutlich höher als 3500C liegen kann. Daher wird gemäss der vorliegenden Erfindung zusätzlich noch mindestens ein weiterer Typ von Festschmierstoffen eingesetzt, der eine erhöhte Temperaturbeständigkeit aufweist und gleichzeitig unter den aggressiven chemischen Bedingungen im
Verbrennungsraum chemisch beständig ist und die Adhäsionsfähigkeit und Härte der Beschichtung zusätzlich positiv beeinflusst. form between the cylinder surface and piston rings, the local temperature can be significantly higher than 350 0 C. Therefore, according to the present invention additionally at least one other type of solid lubricants is used, which has an increased temperature resistance and at the same time under the aggressive chemical conditions in Combustion chamber is chemically resistant and the adhesion and hardness of the coating also positively influenced.
Neben den Fluoriden kommen auch Festschmierstoffe auf Stickstoff-Basis, beispielweise hexagonales BN oder CrN besonders vorteilhaft in Frage, da diese ihre Funktionen als Festschmierstoff bis zu höchsten Temperaturen von 9500C, auch unter oxidierenden Bedingungen erfüllen, wobei solch hohe Temperaturen zum Beispiel in Zylindern von Verbrennungsmotoren oftmals auch nur lokal auftreten. In addition to the fluorides and solid lubricants based on nitrogen, for example, hexagonal BN or CrN are particularly advantageous in question, since they fulfill their functions as a solid lubricant up to highest temperatures of 950 0 C, even under oxidizing conditions, such high temperatures, for example, in cylinders Of combustion engines often occur only locally.
Im speziellen Anwendungsfall von adiabatischen Dieselmotoren sind noch höhere örtlichen Kontakttemperaturen zu erwarten. Gewisse In the special case of adiabatic diesel engines even higher local contact temperatures are to be expected. Certain
Festschmierstoffe auf Fluor-Basis sind in der Lage die Schmierung auch unter diesen kritischen Bedingungen zuverlässig sicherzustellen. So können z.B. Calciumfluoride CaF2 und Bariumfluoride BaF2 die Schmierung sogar noch bei lokal auftretenden Temperaturen bis zu mehr als 12000C zuverlässig gewährleisten. Als besonders wirksam hat sich dabei das Eutektikum gebildet aus 62 Gewicht % BaF2 und 38 Gewicht % CaF2 herausgestellt, das bereits ab 500°C eine deutlich verbesserte Schmierung gewährleistet. Fluorine-based solid lubricants are able to reliably ensure lubrication even under these critical conditions. For example, calcium fluoride CaF2 and Bariumfluoride BaF 2 can even ensure lubrication at locally occurring temperatures up to more than 1200 0 C reliable. In this case, the eutectic formed from 62% by weight of BaF 2 and 38% by weight of CaF 2 has proven to be particularly effective, which ensures significantly improved lubrication already from 500 ° C.
Es hat sich dabei gezeigt, dass abhängig vom speziellen Motorentyp verschiedene Zusammensetzungen aus Eisentitanatschichten FeTiOs It has been found that, depending on the particular type of engine, different compositions of iron titanate FeTiOs
(Ilmenit) und Festschmierstoff vorteilhaft eingesetzt werden können. In der nachfolgenden Tabelle 1 sind einige typische Beispiele exemplarisch angegeben. Die Angaben sind dabei vor allem für die Innenbeschichtung der Zylinderlauffläche dieser Motoren gültig.
(Ilmenite) and solid lubricant can be used advantageously. In the following Table 1, some typical examples are given by way of example. The information is valid above all for the internal coating of the cylinder surface of these engines.
Tabelle 1 : Typische Anwendungsbeispiele Kombinationen von Table 1: Typical application examples Combinations of
Festschmierstoffzugaben in Eisentitanat-Schichten FeTiOs. Solid lubricant additions in iron titanate layers FeTiOs.
Bei der Beschichtung von Zylinderlaufflächen z.B. mit Hilfe eines F-210 Plasma-Brenners ist mit einer Pulverausbeute von 60 bis 70% zu rechnen. Das spezifische Gewicht der entsprechenden Schichten sollte um 4 g/cm3 liegen. When coating cylinder surfaces, e.g. With the help of an F-210 plasma torch, a powder yield of 60 to 70% can be expected. The specific gravity of the corresponding layers should be around 4 g / cm3.
Förderraten bis 80g/min können erreicht werden, sofern das Delivery rates up to 80g / min can be achieved, provided that
Pulverförderungssystem optimal ausgelegt wird. Als Pulverpartikel-Grösse ist eine Verteilung von 5 bis 30 Mikrometer vorteilhaft. Die maximale Powder delivery system is optimally designed. As a powder particle size, a distribution of 5 to 30 micrometers is advantageous. The maximal
Schichtdicke wird von mehreren Faktoren beeinflusst (Werkstoffsubstrate,
Beschichtungsparameter, E-Modul der Schichten, etc.). Auf Gusseisen oder Stahl-Substraten ist die Anwendung einer Zwischenschicht oft nicht notwendig, abgesehen von Fällen wo eine starke Korrosion zu befürchten ist. Bei Aluminium-Basislegierungen hat sich zum Beispiel eine Zwischenschicht aus NiCr-Legierungen und / oder NiAI-Legierungen als vorteilhaft Layer thickness is influenced by several factors (material substrates, Coating parameters, modulus of elasticity of the layers, etc.). On cast iron or steel substrates, the use of an intermediate layer is often not necessary, except in cases where severe corrosion is to be feared. For aluminum base alloys, for example, an intermediate layer of NiCr alloys and / or NiAl alloys is advantageous
herausgestellt. exposed.
Vorteilhaft werden die thermisch gespritzten Schichten in an sich bekannter Weise durch Diamanthonen nachbearbeitet. The thermally sprayed layers are advantageously post-processed in a manner known per se by diamond honing.
Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel eines In a particularly preferred embodiment of a
erfindungsgemässen Spritzwerkstoffs beträgt der Volumenanteil an Sulfid 0.1 % bis 15% Volumen-Prozent, bevorzugt 1 % bis 6% Volumen-Prozent, wobei das Sulfid in einem speziellen Ausführungsbeispiel bis auf According to the invention spray material, the volume fraction of sulfide is 0.1% to 15% by volume, preferably 1% to 6% by volume, the sulfide in a specific embodiment except for
Verunreinigungen nur M0S2 und / oder WS2 ist. Impurities only M0S2 and / or WS2 is.
Der Volumenanteil an Fluorid kann vorteilhaft von 0.05% bis 20% Volumen- Prozent, bevorzugt von 1 % bis 10% Volumen-Prozent betragen, wobei das Fluorid in einem speziellen Ausführungsbeispiel bis auf Verunreinigungen nur CaF2 und / oder BaF2 ist. The proportion by volume of fluoride can advantageously be from 0.05% to 20% by volume, preferably from 1% to 10% by volume, the fluoride in a specific embodiment, apart from impurities, being only CaF 2 and / or BaF 2 .
Wie bereist erwähnt liegen CaF2 und BaF2 bevorzugt, aber nicht notwendig, als Eutektikum vor. In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht ein As already mentioned, CaF 2 and BaF 2 are preferred, but not necessary, as eutectic. In a particularly preferred embodiment there is a
erfindungsgemässer Spritzwerkstoff bis auf Verunreinigungen nur aus einem Sulfid, einem Fluorid und der Rest aus FeTiOs als Basiswerkstoff. Spray material according to the invention except impurities only from a sulfide, a fluoride and the rest of FeTiOs as the base material.
Dabei kann der Spritzwerkstoff zur Abdeckung bestimmter In this case, the spray material to cover certain
Temperaturbelastungen zusätzlich auch ein Nitrid als Festschmierstoff umfassen, wobei der Volumenanteil an Nitrid vorteilhaft von 0.1 % bis 8% Volumen-Prozent, bevorzugt von 1 % bis 5% Volumen-Prozent beträgt. Temperature loads additionally include a nitride as a solid lubricant, wherein the volume fraction of nitride is advantageously from 0.1% to 8% by volume, preferably from 1% to 5% by volume.
Besonders bevorzugt werden dabei nur hexagonales BN und / oder CrN in einem erfindungsgemässen Sphtzwerstzoff verwendet.
Dabei kann in einer anderen Variante der Spritzwerkstoff der vorliegenden Erfindung bis auf Verunreinigungen auch nur aus einem Nitrid, einem Sulfid, einem Fluorid, und der Rest aus FeTiO3 als Basiswerkstoff bestehen. In this case, only hexagonal BN and / or CrN are particularly preferably used in a Sphtzwerstzoff according to the invention. In this case, in another variant, the spray material of the present invention, except impurities, also consist only of a nitride, a sulfide, a fluoride, and the remainder of FeTiO 3 as the base material.
Wenn der erfindungsgemässe Spritzwerkstoff als Pulverwerkstoff zur If the inventive spray material as a powder material for
Verwendung in einem thermischen Spritzverfahren vorliegt, so liegt eine Korngrössenverteilung des Pulverwerkstoffs bevorzugt zwischen 2 μm und 60 μm, insbesondere zwischen 5 μm und 40 μm. When used in a thermal spraying process, a particle size distribution of the powder material is preferably between 2 μm and 60 μm, in particular between 5 μm and 40 μm.
Zur Herstellung eines Spritzwerkstoffs gemäss der vorliegenden Erfindung wird dabei der Basiswerkstoff FeTiO3 durch Mahlen und / oder Sieben in an sich bekannter Weise aus Ilmenit hergestellt, wobei der Basiswerkstoff FeTiO3 vor dem Mahlen und / oder Sieben auch zuerst umgeschmolzen werden kann. To produce a spray material according to the present invention, the base material FeTiO 3 is prepared by grinding and / or sieving in a conventional manner from ilmenite, wherein the base material FeTiO 3 can also be remelted before grinding and / or screening first.
Bei einer bevorzugten Ausführungsvariante eines erfindungsgemässen Herstellungsverfahrens wird mindestens einer der Festschmierstoffe in Form von Festschmierstoffpartikeln ausgebildet und durch Sprühtrocknen und / oder Cladding mit Partikeln des Basiswerkstoff FeTiO3 agglomeriert. In a preferred embodiment of a production method according to the invention, at least one of the solid lubricants is formed in the form of solid lubricant particles and agglomerated by spray-drying and / or cladding with particles of the FeTiO 3 base material.
Die Erfindung betrifft dabei auch einen Spritzdraht, insbesondere The invention also relates to a spray wire, in particular
Spritzfülldraht zur Verwendung in einem thermischen Drahtspritzverfahren umfassend einen Spritzwerkstoff der Erfindung. A spray-fill wire for use in a thermal wire spraying process comprising a spray material of the invention.
Des weiteren betrifft die Erfindung eine thermische Spritzschicht auf Furthermore, the invention relates to a thermal spray coating
Eisenbasis für ein Substrat, insbesondere für eine Lauffläche eines Zylinders einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, wobei die thermische Spritzschicht FeTiO3 als Basiswerkstoff umfasst. Erfindungsgemäss umfasst die thermische Spritzschicht mindestens einen ersten Festschmierstoff aus einem Sulfid und einen zweiten Festschmierstoff aus einem Fluorid. Bevorzugt beträgt bei einer thermischen Spritzschicht der vorliegenden Erfindung der Volumenanteil an Sulfid 0.1 % bis 15% Volumen-Prozent, bevorzugt 1 % bis 6% Volumen-Prozent, wobei im Speziellen das Sulfid bis auf Verunreinigungen nur MoS2 und / oder WS2 sein kann.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel beträgt der Volumenanteil an Fluorid in der thermischen Spritzschicht 0.05% bis 20% Volumen-Prozent, bevorzugt 1 % bis 10% Volumen-Prozent, wobei bevorzugt, aber nicht notwendig, das Fluorid bis auf Verunreinigungen nur CaF2 und / oder BaF2 ist und / oder CaF2 und BaF2 als Eutektikum vorliegen können. Iron base for a substrate, in particular for a running surface of a cylinder of a reciprocating internal combustion engine, wherein the thermal spray coating comprises FeTiO 3 as the base material. According to the invention, the thermal spray coating comprises at least a first solid lubricant of a sulfide and a second solid lubricant of a fluoride. Preferably, in a thermal spray coating of the present invention, the volume fraction of sulfide 0.1% to 15% by volume, preferably 1% to 6% by volume, in particular, the sulfide can be only MoS 2 and / or WS 2 to impurities , In a further embodiment, the volume fraction of fluoride in the thermal spray layer 0.05% to 20% by volume, preferably 1% to 10% by volume, preferably, but not necessary, the fluoride except impurities only CaF 2 and / or BaF 2 and / or CaF 2 and BaF 2 may be present as eutectic.
Bei einem speziellen Ausführungsbeispiel kann die thermische Spritzschicht bis auf Verunreinigungen nur aus einem Sulfid, einem Fluorid und der Rest aus FeTiO3 als Basiswerkstoff bestehen. In a specific embodiment, the thermal spray layer can consist of impurities only from a sulfide, a fluoride and the rest of FeTiO3 as the base material.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die erfindungsgemässe thermische Spritzschicht zusätzlich ein Nitrid umfassen, wobei der In a further embodiment, the inventive thermal spray layer may additionally comprise a nitride, wherein the
Volumenanteil an Nitrid zum Beispiel 0.1 % bis 8% Volumen-Prozent, bevorzugt 1 % bis 5% Volumen-Prozent betragen kann und / oder wobei im Speziellen das Nitrid nur hexagonales BN und / oder CrN ist. For example, the volume fraction of nitride may be 0.1% to 8% by volume, preferably 1% to 5% by volume, and / or in particular the nitride is only hexagonal BN and / or CrN.
In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht die thermische Spritzschicht der vorliegenden Erfindung bis auf Verunreinigungen nur aus einem Nitrid, einem Sulfid, einem Fluorid, und der Rest aus FeTiOs als Basiswerkstoff. In a particularly preferred embodiment, the thermal spray coating of the present invention consists of only a nitride, a sulfide, a fluoride, and the balance of FeTiOs as the base material except impurities.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Spritzverfahren zur Herstellung einer thermischen Spritzschicht gemäss der vorliegenden Erfindung, wobei das Spritzverfahren ein thermisches Spritzverfahren, insbesondere ein The invention further relates to a spraying method for producing a thermal sprayed layer according to the present invention, wherein the spraying method is a thermal spraying method, in particular a
Plasmaspritzverfahren ist. Plasma spraying is.
In einem anderen Ausführungsbeispiel kann das thermische Spritzverfahren auch ein Flammspritzverfahren, ein HVOF Spritzverfahren, im Speziellen ein Pulverspritzverfahren oder ein Drahtspritzverfahren oder ein anderes an sich bekanntes thermisches Spritzverfahren sein. In another embodiment, the thermal spraying method may also be a flame spraying method, an HVOF spraying method, in particular a powder spraying method or a wire spraying method, or another conventional thermal spraying method.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung auch die Verwendung eines Moreover, the invention also relates to the use of a
Spritzpulvers oder eines Spritzdrahts aus einem Spritzwerkstoff der Erfindung zur Herstellung einer erfindungsgemässen thermischen Spritzschicht.
Zusammenfassend kann fest gestellt werden, dass Eisentitanat FeTiOs, das aus ca. 53 Gewicht % ÜO2 und 47 % FeO besteht und in einem hexagonalen Kristallsystem kristallisiert, wegen seiner tribologischen Eigenschaften auch für den Einsatz auf Zylinderlaufflächen von Verbrennungsmotoren im Stand der Technik an sich bekannt war. Injection powder or a sprayed wire of a spray material of the invention for producing a novel thermal spray coating. In summary, it can be stated that iron titanate FeTiOs, which consists of about 53% by weight of O2 and 47% of FeO and crystallizes in a hexagonal crystal system, was known per se for use on cylinder surfaces of internal combustion engines in the prior art because of its tribological properties ,
Heute werden jährlich weltweit ca. 5000 metrische Tonnen an llmenit verarbeitet, vor allem für die Herstellung von Farbpigmenten aus Titan-Oxide und die Herstellung von metallischem Titan. Die wichtigsten Lagerstätten liegen in Australien, Kanada, Südafrika, China, Norwegen, noch kaum in Anspruch genommen sind grossere Lagerstätten in Madagaskar und Today, around 5,000 metric tons of llmenite are processed every year worldwide, especially for the production of color pigments from titanium oxides and the production of metallic titanium. The main deposits are located in Australia, Canada, South Africa, China, Norway, are still used to major deposits in Madagascar and
Mozambique. Mozambique.
Ende 2008 lag der Preis von Ilmenit-Mineralien bei 120 US $ pro metrische Tonne. Bei der weiteren Verarbeitung in spritzfähiges Pulver (Waschen, Mahlen und Sieben) sind nur relativ niedrige weitere Kosten zu erwarten, so dass momentan Herstellungskosten von ca. 5 US $ pro kg erwartet werden können, zuzüglich der Kosten für die Festschmierstoffe. At the end of 2008, the price of ilmenite minerals was $ 120 per metric ton. During further processing into sprayable powder (washing, grinding and sieving) only relatively low additional costs are to be expected, so that currently production costs of approximately US $ 5 per kg can be expected, plus the costs for the solid lubricants.
Durch die vorliegende Erfindung konnte jedoch erstmals gezeigt werden, dass mit dem Rohstoffmineral llmenit für die einfache und wirtschaftliche By the present invention, however, could be shown for the first time that with the raw material mineral llmenite for the simple and economic
Herstellung eines Eisentitanat Spritzpulvers ein hervorragend geeigneter Rohstoff zur Verfügung steht. Die Zugabe von Festschmierstoffen wie Nitride (hexagonale BN, CrN), Sulfide (MoS2, WS2), Fluoride (CaF2, BaF2) oder geeignete Kombinationen davon, erlauben erhöhte Wandtemperaturen der Zylinder von Verbrennungsmotoren. Somit sind erstmals auch die Production of an iron titanate spray powder is an extremely suitable raw material available. The addition of solid lubricants such as nitrides (hexagonal BN, CrN), sulfides (MoS2, WS2), fluorides (CaF2, BaF2) or suitable combinations thereof, allow for increased wall temperatures of the cylinders of internal combustion engines. Thus, for the first time, the
Voraussetzungen für den Bau und den sicheren Betrieb von adiabatischen Motoren auch unter extremen Temperaturbedingungen verwirklicht.
Requirements for the construction and safe operation of adiabatic engines even under extreme temperature conditions realized.
Claims
1. Spritzwerkstoff auf Eisenbasis zum thermischen Beschichten eines 1. Iron-based spray material for thermal coating of a
Substrats, insbesondere zum thermischen Beschichten einer Lauffläche eines Zylinders einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, wobei der A substrate, in particular for the thermal coating of a running surface of a cylinder of a reciprocating internal combustion engine, wherein the
Spritzwerkstoff FeTiO3 als Basiswerkstoff umfasst, dadurch Spray material FeTiO 3 as the base material comprises, thereby
gekennzeichnet, dass der Spritzwerkstoff mindestens einen ersten Festschmierstoff aus einem Sulfid und einen zweiten Festschmierstoff aus einem Fluorid umfasst. characterized in that the spray material comprises at least a first solid lubricant of a sulfide and a second solid lubricant of a fluoride.
2. Spritzwerkstoff nach Anspruch 1 , wobei der Volumenanteil an Sulfid 0.1 % bis 15% Volumen-Prozent, bevorzugt 1 % bis 6% Volumen-Prozent beträgt. 2. Spray material according to claim 1, wherein the volume fraction of sulfide is 0.1% to 15% by volume, preferably 1% to 6% by volume.
3. Spritzwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Sulfid bis auf Verunreinigungen nur M0S2 und / oder WS2 ist. 3. Spray material according to one of claims 1 or 2, wherein the sulfide is only M0S2 and / or WS2 to impurities.
4. Spritzwerkstoff nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Volumenanteil an Fluorid 0.05% bis 20% Volumen-Prozent, bevorzugt 1 % bis 10% Volumen-Prozent beträgt. 4. Spray material according to one of the preceding claims, wherein the volume fraction of fluoride from 0.05% to 20% by volume, preferably 1% to 10% by volume.
5. Spritzwerkstoff nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Fluorid bis auf Verunreinigungen nur CaF2 und / oder BaF2 ist. 5. Spray material according to one of the preceding claims, wherein the fluoride is only CaF 2 and / or BaF 2 except impurities.
6. Spritzwerkstoff nach Anspruch 5, wobei CaF2 und BaF2 als Eutektikum vorliegen. 6. Spray material according to claim 5, wherein CaF 2 and BaF 2 are present as eutectic.
7. Spritzwerkstoff nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Spritzwerkstoff bis auf Verunreinigungen nur aus einem Sulfid, einem Fluorid und der Rest aus FeTiO3 als Basiswerkstoff besteht. 7. spray material according to any one of the preceding claims, wherein the spray material except for impurities consists only of a sulfide, a fluoride and the balance of FeTiO 3 as the base material.
8. Spritzwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der 8. spray material according to one of claims 1 to 6, wherein the
Spritzwerkstoff zusätzlich ein Nitrid umfasst. Spray material additionally comprises a nitride.
9. Spritzwerkstoff nach Anspruch 8, wobei der Volumenanteil an Nitrid 0.1 % bis 8% Volumen-Prozent, bevorzugt 1 % bis 5% Volumen-Prozent beträgt. 9. spray material according to claim 8, wherein the volume fraction of nitride is 0.1% to 8% by volume, preferably 1% to 5% by volume.
10. Spritzwerkstoff nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei das Nitrid nur hexagonales BN und / oder CrN ist. 10. Spray material according to one of claims 8 or 9, wherein the nitride is only hexagonal BN and / or CrN.
1 1 . Spritzwerkstoff nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei der 1 1. Spray material according to one of claims 8 to 10, wherein the
Spritzwerkstoff bis auf Verunreinigungen nur aus einem Nitrid, einem Sulfid, einem Fluorid, und der Rest aus FeTiOs als Basiswerkstoff besteht. Spray material except impurities consists only of a nitride, a sulfide, a fluoride, and the rest of FeTiOs as the base material.
12. Spritzwerkstoff nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Spritzwerkstoff ein Pulverwerkstoff mit einer Korngrössenverteilung zwischen 2 μm und 60 μm, bevorzugt zwischen 5 μm und 40 μm ist. 12. Spray material according to one of the preceding claims, wherein the spray material is a powder material having a particle size distribution between 2 microns and 60 microns, preferably between 5 microns and 40 microns.
13. Spritzwerkstoff nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Spritzwerkstoff ein Spritzpulver zum thermischen Spritzen ist. 13. Spray material according to one of the preceding claims, wherein the spray material is a spray powder for thermal spraying.
14. Verfahren zur Herstellung eines Spritzwerkstoff nach einem der 14. A method for producing a spray material according to one of
vorangehenden Ansprüche, wobei der Basiswerkstoff FeTiOs durch Mahlen und / oder Sieben aus Ilmenit hergestellt wird. preceding claims, wherein the base material FeTiOs is prepared by grinding and / or sieving from ilmenite.
15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Basiswerkstoff FeTiOs vor dem Mahlen und / oder Sieben zuerst umgeschmolzen wird. 15. The method of claim 14, wherein the base material FeTiOs is first remelted before grinding and / or screening.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 15, wobei mindestens einer der Festschmierstoffe in Form von Festschmierstoffpartikeln ausgebildet ist und durch Sprühtrocknen und / oder Cladding mit Partikeln des 16. The method according to any one of claims 14 or 15, wherein at least one of the solid lubricants is in the form of solid lubricant particles and by spray drying and / or cladding with particles of the
Basiswerkstoff FeTiOs agglomeriert wird. Base material FeTiOs is agglomerated.
17. Spritzdraht zur Verwendung in einem thermischen Drahtspritzverfahren umfassend einen Spritzwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 13. 17. spray wire for use in a thermal wire spraying process comprising a spray material according to any one of claims 1 to 13.
18. Thermische Spritzschicht auf Eisenbasis für ein Substrat, insbesondere für eine Lauffläche eines Zylinders einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, wobei die thermische Spritzschicht FeTiO3 als Basiswerkstoff umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das die thermische Spritzschicht mindestens einen ersten Festschmierstoff aus einem Sulfid und einen zweiten Festschmierstoff aus einem Fluorid umfasst. 18. An iron-based thermal spray coating for a substrate, in particular for a running surface of a cylinder of a reciprocating internal combustion engine, the thermal spray coating comprising FeTiO 3 as the base material, characterized in that the thermal spray coating comprising at least a first solid lubricant of a sulfide and a second solid lubricant of a fluoride.
19. Thermische Spritzschicht nach Anspruch 18, wobei der Volumenanteil an Sulfid 0.1 % bis 15% Volumen-Prozent, bevorzugt 1 % bis 6% Volumen- Prozent beträgt. 19. A thermal spray coating according to claim 18, wherein the volume fraction of sulfide is 0.1% to 15% by volume, preferably 1% to 6% by volume.
20. Thermische Spritzschicht nach einem der Ansprüche 18 oder 19, wobei das Sulfid bis auf Verunreinigungen nur M0S2 und / oder WS2 ist. 20. A thermal spray coating according to any one of claims 18 or 19, wherein the sulfide is only M0S2 and / or WS2, except for impurities.
21. Thermische Spritzschicht nach einem der Ansprüche 18 bis 20, wobei der Volumenanteil an Fluorid 0.05% bis 20% Volumen-Prozent, bevorzugt 1 % bis 10% Volumen-Prozent beträgt. 21. A thermal spray coating according to any one of claims 18 to 20, wherein the volume fraction of fluoride 0.05% to 20% by volume, preferably 1% to 10% by volume.
22. Thermische Spritzschicht nach einem der Ansprüche 18 bis 21 , wobei das Fluorid bis auf Verunreinigungen nur CaF2 und / oder BaF2 ist. 22. Thermal spray coating according to one of claims 18 to 21, wherein the fluoride is only CaF 2 and / or BaF 2 except for impurities.
23. Thermische Spritzschicht nach Anspruch 22, wobei CaF2 und BaF2 als Eutektikum vorliegen. 23. A thermal spray coating according to claim 22, wherein CaF 2 and BaF 2 are present as eutectic.
24. Thermische Spritzschicht nach einem der Ansprüche 18 bis 23, wobei die thermische Spritzschicht bis auf Verunreinigungen nur aus einem Sulfid, einem Fluorid und der Rest aus FeTiOs als Basiswerkstoff besteht. 24. A thermal spray coating according to any one of claims 18 to 23, wherein the thermal spray coating consists of impurities only from a sulfide, a fluoride and the balance of FeTiOs as the base material.
25. Thermische Spritzschicht nach einem der Ansprüche 18 bis 23, wobei die thermische Spritzschicht zusätzlich ein Nitrid umfasst. 25. The thermal spray coating of claim 18, wherein the thermal spray coating additionally comprises a nitride.
26. Thermische Spritzschicht nach Anspruch 25, wobei der Volumenanteil an Nitrid 0.1 % bis 8% Volumen-Prozent, bevorzugt 1 % bis 5% Volumen- Prozent beträgt. 26. The thermal spray coating according to claim 25, wherein the volume fraction of nitride is 0.1% to 8% by volume, preferably 1% to 5% by volume.
27. Thermische Spritzschicht nach einem der Ansprüche 25 oder 26, wobei das Nitrid nur hexagonales BN und / oder CrN ist. 27. A thermal spray coating according to any one of claims 25 or 26, wherein the nitride is only hexagonal BN and / or CrN.
28. Thermische Spritzschicht nach einem der Ansprüche 25 bis 27, wobei die thermische Spritzschicht bis auf Verunreinigungen nur aus einem Nitrid, einem Sulfid, einem Fluorid, und der Rest aus FeTiO3 als Basiswerkstoff besteht. 28. A thermal spray coating according to any one of claims 25 to 27, wherein the thermal spray coating except for impurities only from a nitride, a sulfide, a fluoride, and the balance of FeTiO 3 as the base material.
29. Spritzverfahren zur Herstellung einer thermischen Spritzschicht nach 29. Spray process for producing a thermal sprayed layer after
einem der Ansprüche 18 bis 28, wobei das Spritzverfahren ein one of claims 18 to 28, wherein the spraying method
thermisches Spritzverfahren ist. thermal spraying is.
30. Spritzverfahren nach Anspruch 29, wobei das das thermische 30. Spray method according to claim 29, wherein the thermal
Spritzverfahren ein Plasmaspritzverfahren ist. Spray method is a plasma spray method.
31. Spritzverfahren nach Anspruch 29, wobei das thermische Spritzverfahren ein Flammspritzverfahren ist. The spraying method according to claim 29, wherein the thermal spraying method is a flame spraying method.
32. Spritzverfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 31 , wobei das 32. Spray method according to one of claims 29 to 31, wherein the
Spritzverfahren ein Pulverspritzverfahren oder ein Drahtspritzverfahren ist. Spray method is a powder injection method or a wire injection method.
33. Verwendung eines Spritzpulvers aus einem Spritzwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 13 zur Herstellung einer thermischen Spritzschicht nach einem der Ansprüche 18 bis 28. 33. Use of a spray powder from a spray material according to one of claims 1 to 13 for the production of a thermal spray coating according to one of claims 18 to 28.
34. Verwendung eines Spritzdrahts nach Anspruch 17 zur Herstellung einer thermischen Spritzschicht nach einem der Ansprüche 18 bis 28. 34. Use of a spray wire according to claim 17 for the production of a thermal spray coating according to one of claims 18 to 28.
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