JPS59107080A - 特に内燃機関における機関部材の耐熱耐摩耗性被覆層を作るための溶射用粉末 - Google Patents

特に内燃機関における機関部材の耐熱耐摩耗性被覆層を作るための溶射用粉末

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JPS59107080A
JPS59107080A JP58217936A JP21793683A JPS59107080A JP S59107080 A JPS59107080 A JP S59107080A JP 58217936 A JP58217936 A JP 58217936A JP 21793683 A JP21793683 A JP 21793683A JP S59107080 A JPS59107080 A JP S59107080A
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    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C4/00Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/04Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
    • C23C4/10Oxides, borides, carbides, nitrides or silicides; Mixtures thereof
    • C23C4/11Oxides
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05CINDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、特に内燃機関において滑り摩擦及び/又は高
温負荷に曝される例えばピストンリング、ピストンヘッ
ド、ピストンのトップランドあるいは同期リングの摩擦
面のようなエンジン部材の滑り面や摩擦面の上に好まし
くはシラ゛ズマ溶射法により、耐摩耗性で且つ脱落し難
い被覆層を形成するための酸化アルミニウム及び二酸化
チタンを含む溶射用粉末に関する。
例えば米国特許第3697091号公報によって内燃エ
ンジン用のピストンリングの滑り面を耐摩耗性の硬質ク
ロム層又はモリブデン層を用いる代りに好ましくは酸化
アルミニウムと二酸化チタン又は二酸化ジルコニウムと
よりなる酸化物セラミック材料の層で被覆することが公
知である。このような類いの層は高い熱負荷においても
良好な耐摩耗性及び燃焼痕防止の確実性によって優れて
いる。しかしながらこれらの層はなお比較的熱ショック
に対して敏感であり、それによりこれらの被覆層は小さ
な多数の堀り込みを設けて被覆し、或いはまた全面的に
溶射被覆された形で存在していてもはげ落ちてそれに伴
い相手側滑り部材に強い摩耗が引き起される場合がある
従ってこのような欠点を防ぐためにドイツ特許第3.0
33.332号公報によれば、ピストンリングを被覆す
るための酸化アルミニウムと二酸化チタンとからなるプ
ラズマ溶射用粉末に酸化リツ) l)ラムな2ないし6
重量%の量で添加することが公知である。このようにし
てこの種の被覆層の熱シヨツク安定性もそれらの層の耐
摩耗性及び高温安定性を本質的に低下させることなく本
質的に改善された。しかしながらいずれにしてもこのよ
うな手段によってはピストンリングの上の酸化アルミニ
ウム/二酸化チタンプラズマ溶射層の種々の欠点、中で
もこのも〜の熱シヨツク安定性についての欠点並′びに
それに伴ってこのもの〜剥げ落ち安定性あるいはこのも
〜の相手側滑り部材との馴染みの悪い性質等についての
欠点は未だ完全には除かれてはいない。
従って本発明の目的は、酸化アルミニウムと二酸化チタ
ンとを含む熱溶射被覆層をその耐摩耗性、燃焼痕防止性
、熱衝撃安定性及びそれらと結び合わせてこのもの瓦は
げ落ち耐久性あるいは相手滑り部材に対する親和性に関
して更に改善することである。このような熱溶射被覆層
はできるだけ簡単且つ安価に作ることができ、そして後
加工できるものでなければならず、且つそれらはピスト
ンリングの上に小さな多数の小間に間仕切りを設けて載
せた被覆に適しているばかりでなく同様な負荷を受ける
例えばピストンヘッドあるいはピストンのトップラン1
5や、更にはまた同期リングの摩耗面等のような内燃エ
ンジンにおける種々のエンジン部材の上の被覆層にも適
するものでなければならない。
この目的は本発明によれば50ないし90重量%の酸化
アルミニウムと5ないし40重量%の二酸化チタンとよ
りなり、これに合計して5ないし30重量%の酸化ラン
タン(La203)及び/又は酸化ニオブ(Nb20.
)が、場合により30i量%までの含有量の炭酸カルシ
ウムと共に加えられているような溶射用粉末によって達
成される。
すなわち本発明者等は添加剤として酸化ランタンのみを
用いた場合にはこのものは炭酸カルシウムの添加を行う
ことなく単独で使用することもできるということを見出
している。この酸化ランタンはこの場合に本発明におい
ては是非とも純粋な酸化チタンとして存在していなけれ
ばならないことはなく、これは他の稀土類金属の酸化物
をも約30重量%までの量で混合物として含んでいるこ
とができる。しかしながら酸化ニオブを添加材として使
用する場合にはこのものは好ましくは最高で30重量%
までの炭酸カルシウムを含有しているのがよい。
すなわち本発明に従う典型的な溶射用粉末は下記: 酸化アルミニウム(AI□03)50重量9オニ酸化チ
タン(TiO2)     30重量%並びに下記: 酸化ランタン(La203)、又は 16%の酸化ニオブ(Nb30.)と4%の炭酸カルシ
ウムとの、あるいは合計して16%の酸化ランタン(L
a203)及び/又は酸化ニオブ(Nb205)と4%
の炭酸カルシウムとの混合物 よりなる添加材         20重景%からなる
好ましくはとの溶射用粉末は個々の成分相互の混合物の
形で用いるのがよい。しかしながら本発明においてはそ
れらの各成分のうちの少なくとも2種以上が結合粉末の
形で、または互いにプレスされたマイクロベレットの形
で存在していることも可能であり、あるいはそれらの各
成分の少なくとも2種類以上が相互の(b−金物の形て
用いられてもよい。好ましくはその用℃・られる各粉末
の粒径は5μmと106μmとの間であるのがよい。
溶射被覆層の形成は好ましくは窒素と水素ガス、アルゴ
ンと水素ガス、あるいはまた窒素とアルゴンとよりなる
一次ガスと二次ガスとを用いるプラズマ溶射法によって
行うのがよい。この場合にその溶射被覆層の被覆は好ま
しくは鋳鉄、鋼鉄又は更にアルミニウムあるいはアルミ
ニウム合金よりなるエンジン部材の上に直接に、又は多
くの場合にモリブデン、ニッケルクロム合金、またはニ
ッケルアルミニウム合金よりなる前身って被覆された中
間層の使用のもとに行われる。このような溶射被覆層は
全面的に溶射被覆ずろか、又は一方何に仕切りを付けた
多数の掘り込み部の中に充填物として港射形成すること
ができる。この溶射用粉末は好ましくは内燃エンジンの
ピストンリングの被覆のために、あるいはまたピストン
ヘッド及び/又はピストンのトツゾ′ランPの部分め、
全面的又は部分的な被覆のために用いられる。しかしな
がらまたこの溶射用粉末は他の、例えば中でも同期リン
グ等のエンジン部材の摩擦面に耐摩耗性被覆層を形成す
るためにも適している。
本発明に従う溶射用粉末を用いてプラズマ溶射により幾
つかの試料に種々異った被覆層を形成させた。耐摩耗性
、耐熱性、熱シヨツク安定性及び剥げ落ち安定性をテス
トし、そしていずれも優れた値が示された。
乗用車の高速回転ジーゼルエンジンにおけるエンジンテ
ストのためにそのピストンリングを本発明に従う種々の
粉末組成物で全面溶射被覆の形で、及び片側又は両側に
仕切りを伺けた多数の堀込みを設けた形で中間層を用い
あるいはこれを用いることなく溶射被覆した。極端な負
愉翳ユミュレーションして行ったテスト運転の後でそれ
らの被覆層は僅かな摩耗しか示さず、また燃焼痕形成や
はげ落ち現象は全く見られなかった。相手側滑り部材と
してのシリンダ滑動面を検査したところ、大きな摩耗傷
は全く見られなかった。本発明に従い酸化゛ニオブ、酸
化ランタン、および/または炭酸カルシウムの添加料を
使用することによって酸化アルミニウムとコニ酸化チタ
ンとからなる公知の溶射用粉末Gよ、中でもその熱シヨ
ツク安定性及びそのはげ落ち安定性に関して、これが内
燃エンジンの熱負荷を受は且つ摩耗に曝されるエンジン
部材に被覆層を形成するのに適、するように本質的に改
善される。この場合にその溶射被覆層の本質的に改善さ
れたはげ落ち安定性は二つの異った作用機構によっても
たらされるもの〜ようである。即ち酸化ランタン及び/
又は酸化ニオブを炭酸力ルンウムと共に5ないし10重
量%の割合でのみ添加した場合には、中でもその溶射被
覆層の緊密な接着性が改善されるということが見出され
ている。これらの添加材の添加量を更に30車訊%の割
合まで増大させた場合にその溶射被覆層は多数の顕微鏡
的な微細な亀裂を示したがこれらが負荷に際してその被
覆層内の種々の内部応力を部分的又は完全に逓減させ、
そのようにしてその溶射被覆層又は溶射被覆層の一部の
剥げ落ちを効果的に阻止する。
従って本発明によって酸化アルミニウムと二酸化チタン
とをペースとする溶射用粉末が作り出されたが、これを
用いた場合に好ましくはプラズマ溶射法によって、中で
も熱的な負荷を受ける内燃エンジンにおける種々のエン
ジン部材の上に耐摩耗性で燃焼痕を形成せず、且つ同時
に耐熱性で熱衝撃に安定であり、またそれど共に剥げ落
ちを生じない被覆層を形成することができる。この溶射
用粉末は中でも酸化アルミニウムと二酸化チタンとを用
いていることによって安価であり、そしてそれから形成
された被覆層はその落射のあとで比較的簡単にあと加工
することができる。下記の溶射用粉末を用いた場合にエ
ンジンのテスト運転において特によい値が得られた。
溶射用粉末1 酸化アルミニウム(Al203)   55 jtt%
二酸化チタン(T102)     35重量%酸化ニ
オブ(Nb205)8重量% 炭酸カルシウム(CaCO3)2重量%溶射用粉末2 酸化アルミニウム(AI□03)   50重t%二酸
化チタン(TiO2)     30重量%酸化ランタ
ン(La203)     20重量%溶射用粉末3 酸化アルミニウム(A1203)50重量%二酸化チタ
ン(TiO2)      30重量%酸化ニオブ(N
b205)16重量% 炭酸カルシウム(CaC03)     4重量%使用
する中間層は好ましくは80重量%のニッケルと20重
量%のクロムとのニッケルクロム合金又は95車量%の
ニッケルと5重量%のアルミニウムとのニッケルアルミ
ニウム合金であるのがよい。
ドイツ連邦共和国5060ベルギツ  ′シュ・ダラー
トバツハ2フーフ ァ一・ヴエーク13

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 +11  特に内燃機関において滑り摩擦および/また
    は高温負荷に曝される、例えばピストンリング、ピスト
    ンヘッド、ピストンのトップランド或いは同期リングの
    摩擦面のような機関部材の滑り面や摩擦面の上に好まし
    くはプラズマ溶射法により、耐摩耗性で且つ脱落し難い
    被覆層を形成するための、酸化アルミニウムおよび2酸
    化チタンを含む溶射用粉末において、この粉末が50な
    いし90重量%の酸化アルミニウム(A1203)およ
    び5ないし40重量%の二酸化チタン(TI02)より
    なり、これに5ないし30重量%の酸化ランタン(La
    203)および/または酸化ニオブ(N1)20.、)
    が、場合により30重量%までの炭酸カルシウム(Ca
    CO3)の添加と共に加えられていることを特徴とする
    、上記溶射用粉末。 (2)溶射用粉末が5ないし30重量%の酸化ランタン
    (La203)を添加材として含んでL・る、特許請求
    の範囲第1項記載の溶射用粉末。 (3)溶射用粉末が5ないし30重量%の酸化ニオブ(
    Nb20□)を30重量%までの炭酸カルシウム(Ca
    CO3)と共に含んでいる、特許請求の範囲第1項記載
    の溶射用粉末。 (4)溶射用粉末が50重量%の酸化アルミニウム(A
    I□03)と、30重量%の二酸化チタン(TiO3)
    と、16重量%の酸化ニオブ□Jb 205 )と、お
    よび4重量%の炭酸カルシウム(C;]C03)とから
    なっている、特許請求の範囲第1又は第3項記載の溶射
    用粉末。 (5)溶射用粉末が50重量%の酸化アルミニウム(A
    1203)、30重量%の二酸化チタン(TiO3)、
    及び20重量%の酸化ランタン(La203)よりなっ
    ている、特許請求の範囲第1又は第2項記載の溶射用粉
    末。 (6)溶射用粉末が50重量%の酸化アルミニウム(A
    I。03)と、30重量%の二酸化チタン(Tie、、
     )と、及び酸化ランタン(La20a )、酸化ニオ
    ブ(Nb20.)及び炭酸カルシウム(CaCO3)の
    混合物20重量%とからなっている、特許請求の範囲第
    1項記載の溶射用粉末。 (力 溶射用粉末が各成分の混合物がらなっている、上
    記特許請求の範囲第1ないし第6項のいずれか一つに記
    載された溶射用粉末。 (8)溶射用粉末が少なくとも2種の互にプレスされた
    成分よりなるマイクロペレットを含んでいる、特許請求
    の範囲第1ないし第6項のいずれか一つに記載された溶
    射用粉末。 (9)溶射用粉末が各成分の少なくとも2種よりなる結
    合粉末を含んでいる、特許請求の範囲第1ないし第6項
    のいずれか一つに記載された溶射用粉末。 0■ 溶射用粉末が各酸化物成分の少なくとも2種の反
    応生成物を含んでいる、特許請求の範囲第1ないし第6
    項のいずれか一つに記載された溶射用粉末。 01)  酸化ランタンが他の稀土類元素の酸化物を含
    んでいる、特許請求の範囲第1ないし第10項のいずれ
    か一つに記載された溶射用粉末。 (I2  用いた成分の粒径が5ないし106μmであ
    る、特許請求の範囲第1ないし第11項のいずれか一つ
    に記載された溶射用粉末。
JP58217936A 1982-11-29 1983-11-21 特に内燃機関における機関部材の耐熱耐摩耗性被覆層を作るための溶射用粉末 Granted JPS59107080A (ja)

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