NO810644L - Sintrede gjenstander av sammensatte materialer og fremstilling derav. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår gjenstander fremstilt ved at man sintrer sammen blandinger av to eller

flere partikkelformede stoffer eller materialer, samt artikler som innbefatter eller er fremstilt av slike gjenstander. Oppfinnelsen angår mer spesielt stempler i indre forbrenningsmotorer, samt fremstillingen av slike stempler.

Det er ønskelig at kronedelen av et stempel for indre forbrenningsmotorer har høy mekanisk styrke under de temperaturer som oppstår under normale driftsbetingelser,

og det er en hensikt ved foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en gjenstand som egnet kan brukes for fremstilling av kconedelen av et slikt stempel. Oppfinnelsen angår imidlertid også gjenstander som helt eller delvis inngår i andre artikler, noe som vil fremgå av den etterfølgende beskri-velse .

Ifølge et aspekt av oppfinnelsen blir en gjenstand bestående av en blanding av partikkelformet materiale fremstilt ved at man blander pulver av aluminium og/eller en aluminiumslegering og aluminiumoksyd, hvoretter man pres-ser, og sintrer den resulterende masse og omformer denne under trykk etter sintring.

Man har funnet at en gjenstand fremstilt på denne måten har betydelig høyere varmstyrke enn en gjenstand med tilsvarende sammensetning fremstilt ved en enkel sint-ringsprosess, men uten en etterfølgende omforming. Ved valg av passende mengder av de pulveriserte materialer kan man egnet få fremstilt en gjenstand som kan danne kronen på et stempel som skal brukes i en indre forbrenningsmotor. For dette formål bør f.eks. partikkelstørrelsen på nevnte aluminiumspulver eller aluminiumslegeringspulver og nevnte aluminiumoksydpulver ligge mellom støv og 125 ym, og gjenstanden innbefatter minst 10 vekt-% aluminiumoksydpulver.

Den mest egnede partikkelstørrelse på bestand-delene og de relative mengder av disse i en gjenstand ifølge foreliggende oppfinnelse, vil imidlertid være avhengig av bruken av den gjenstand man fremstiller, og disse variable kan lett bestemmes ved forsøk.

Ifølge et annet aspekt av oppfinnelsen består

en gjenstand av en blanding av partikkelformede materialer som helt eller delvis består av aluminium og/eller aluminiumslegeringspulver og en viss mengde aluminiumoksydpulver, og hvor nevnte pulvere blandes, komprimeres og sintres, hvoretter den sintrede massen omformes under trykk etter sintring.

En gjenstand ifølge foreliggende oppfinnelse

kan utgjøre hele artikkelen, f.eks. et stempel, eller bare en del av en slik artikkel, f.eks. bare kronedelen av et stempel.

Det kan således være ønskelig i visse tilfeller, f.eks. i forskjellige deler av en artikkel såsom et stempel,

å ha forskjellige fysiske egenskaper, fordi nevnte forskjellige deler utsettes for forskjellige betingelser under bruk.

I overensstemmelse med foreliggende oppfinnelse kan således mengden av aluminium og/eller aluminiumslegeringspulvere og aluminiumoksydpulver variere på en kontrollert måte fra et område av gjenstanden til et annet.

Det er således mulig å tilveiebringe en kontrollert forandring av de mekaniske egenskaper samt varmeegen-skapene fra en del av gjenstanden til en annen, hvorved det er mulig å fremstille en sammensatt gjenstand hvor forskjellige deler har forskjellige egenskaper samtidig som man unn-går diskontinuerlige forandringer med hensyn til egenskaper, noe som vil lett føre til en separasjon av tilstøtende områder etter en viss bruk. Tykkelsen på et område med eller uten en kontrollert forandring kan være fra 1 mm til 10 cm eller mer, avhengig av type og bruk av gjenstanden.

En gjenstand ifølge foreliggende oppfinnelse

kan fremstilles ved en rekke lag som inkorporerer forskjellige mengder av aluminiumoksyd, og disse kan bindes sammen på enhver hensiktsmessig måte, f.eks. ved sintring. I de tilfeller hvor det er tre eller flere lag, kan disse bindes sammen samtidig eller suksessivt. Omformingen av gjenstanden ved smiing under varme og trykk ifølge foreliggende oppfinnelse kan skje etter at alle eller visse av lagene er bundet sammen.

I de tilfeller hvor en gjenstand ifølge foreliggende oppfinnelse bare utgjør en del av en artikkel, f.eks. når den skal bindes til en annen del av artikkelen, og hvor denne i alt vesentlig er av metallisk natur, så

kan nevnte sammenbinding utføres ved hjelp av friksjons-sveising, ved sintring under trykk eller på en annen egnet måte, enten før eller etter omforming av gjenstanden. Nevnte andre del av artikkelen kan også være fremstilt av aluminium og/eller en aluminiumslegering og kan dessuten innbefatte en viss mengde aluminiumoksydpulver.

En artikkel kan således ifølge foreliggende oppfinnelse innbefatte en gjenstand med et relativt høyt innhold av aluminiumoksyd som danner en første del av artikkelen, et intermediært område eller del hvor man har en relativt mindre mengde aluminiumoksyd og et tredje område eller tredje del som har en mindre mengde aluminiumoksyd eller ikke har noe i det hele tatt.

Sammensetningen på det intermediære området i en slik artikkel kan variere, idet et område med relativt stor mengde av aluminiumoksyd ligger inntil nevnte første område, mens et område med lite eller ingen aluminiumoksyd ligger inntil det tredje området. De forskjellige områder kan ha samme tykkelse eller forskjellig tykkelse alt avhengig av de krav som stilles til gjenstanden.

Foreliggende oppfinnelse angår spesielt stempler for indre forbrenningsmotorer.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer således mer spesielt et stempel som har en kronedel fremstilt av kontrollerte mengder av aluminium og/eller et aluminiumslegeringspulver samt et aluminiumoksydpulver hvor nevnte pulvere blandes sammen, samt et stempelskjørt fremstilt av aluminium og/eller en aluminiumslegering med lite eller ingen mengde av aluminiumoksyd. Det sammensatte stempel komprimeres og sintres, hvoretter den resulterende masse omformes under trykk etter sintring. Alternativt kan kronedelen komprimeres, sintres og omformes under trykk, og deretter festes til stempelskjørtet med eller uten etter-

følgende omforming av hele stemplet under trykk.

Stemplet kan hensiktsmessig ha et intermediært område hvor mengden av aluminiumoksyd er intermediær i forhold til det som forefinnes i kronen og i stempelskjørtet, og nevnte mengder kan variere fra et maksimum nær kronen til et minimum nær stempelskjørtet. Således kan mengden av aluminiumoksyd i forhold til aluminium og/eller aluminiumslegering variere fra stempelskjørtet til kronen i området fra 0 til 50 vekt-%.

Mengden av aluminiumoksyd i forhold til aluminium og/eller aluminiumslegering er fortrinnsvis fra 10 til 5 0% ved kronen, og fra 0 til 10% i stempelskjørtet.

Den intermediære delen kan utgjøre en del av et sammensatt stempel som deretter komprimeres, sintres og omformes etter sintring. Alternativt kan den intermediære delen utgjøre en del av selve kronen eller av selve skjørtet, og hvor dette er satt sammen med eller uten etterfølgende omforming av hele stemplet under trykk, og med eller uten en intermediær overflatebehandling.

To stempler ifølge foreliggende oppfinnelse vil nå bli beskrevet ved hjelp av et eksempel med henvisning til figurene 1 og 2 på de vedlagte tegninger hvor: Figur 1 er et aksialt snitt gjennom et stempel som viser to halvdeler i rett vinkel i forhold til hverandre, og

figur 2 er et tilsvarende snitt av et annet stempel.

Det stempel som er vist på figur 1 består av en kronedel 1, en intermediær del 2 samt et stempelskjørt 3. Kronedelen 1 består av en blanding av aluminiumspulver og/ eller et pulver av en aluminiumslegering med en partikkel-størrelse mellom støv og 125 ym, samt mellom 50 og 10 vekt-% av aluminiumoksydpulver med omtrent samme partikkelstørrelse. Skjørtdelen 3 består på tilsvarende måte av samme partikkel-størrelse som i kronen, men bare med en liten mengde aluminiumoksyd eller helt uten slikt oksyd.

Den intermediære delen som på tegningen er an- gitt ved hjelp av stiplede linjer 2 mellom kronedelen 1 og skjørtdelen 3, er også fremstilt av en blanding av aluminium og/eller aluminiumslegeringspulver og aluminiumoksyd, og hvor mengden av sistnevnte er intermediær i forhold til det som forefinnes i kronedelen og skjørtdelen. I visse tilfeller kan den intermediære delen 2 ha høyere mengde av aluminiumoksyd nær kronedelen og en mindre mengde (som kan gå helt ned til null) nær skjørtdelen, og mengden av aluminiumoksyd i et slikt tilfelle bør fortrinnsvis variere kon-tinuerlig gjennom hele delen.

Den delen som utgjør kronen bør fortrinnsvis

gå ned på sidene av stemplet og det er her utfreset eller på annen måte utformet en serie riller 4 for plassering av kompresjonsringer.

Kronedelen, den intermediære delen og skjørt-delen med deres individuelle blandinger komprimeres og sintres sammen, og den resulterende massen formes deretter til sin endelige form under varme og trykk.

I en modifikasjon uten en intermediær del, kan mengden av aluminiumoksyd i skjørtdelen varieres fra et maksimum inntil kronedelen, og her er mengden omtrent den samme som forefinnes i denne delen, og til et minimum som kan gå helt ned til null, lengst vekk fra kronedelen.

I en alternativ modifikasjon kan kronedelen komprimeres, sintres og utformes under varme og trykk separat, og denne fremgangsmåte kan også anvendes på den intermediære delen og på selve skjørtet. De individuelle deler kan så festes til hverandre og presses under varme og høyt trykk til sin sluttform.

I en modifikasjon kan kronedelen med den intermediære delen festes til skjørtdelen ved hjelp av frik-sjonssveising eller på annen hensiktsmessig måte.

Det materiale som utgjør kronedelen 1 tilveiebringer mesteparten av den mekaniske varmestyrken i stemplet, og den har en lavere varmeledningsevne enn skjørtdelen eller, den intermediære delen hvor sistnevnte finnes.

I en annen utførelse av oppfinnelsen som er vist i figur 2, så er rillene for kompresjonsringene utformet i et ringformet legeme 5 som er fremstilt separat fra kronedelen 1, men som på lignende måte består av en blanding av aluminiumslegeringspulver med fra 10 til 50 vekt-% av aluminiumoksydpulver. Ved fremstilling av legemet kan pulvrene på' tilsvarende måte blandes, komprimeres og sintres og deretter formes under varme og trykk, før nevnte legeme presses til skjørtdelen. I dette eksempel blir selve kronedelen 1 og legemet 5 hensiktsmessig plassert i passende relative avstander i en egnet form, hvoretter skjørtdelen dannes in situ i formen, samtidig som den festes til kronedelen og legemet 5.

Selve skjørtdelen i seg selv trenger ikke nød-vendigvis å være fremstilt ved hjelp av en pulverprosess, men kan støpes av smeltet metall eller fremstilles på en annen hensiktsmessig måte.

Skjønt oppfinnelsen er spesielt anvendbar på stempler, så er det underforstått at gjenstander ifølge foreliggende oppfinnelse også kan brukes med fordel i kon-struksjon av andre artikler, hvor eksempel hele eller hule sylindere eller avsmalende seksjoner med eller uten ribber eller flanger, veivhus eller lignende, turbinblader og forbrenningskammere.

Claims (15)

1. Gjenstand fremstilt helt eller delvis av aluminiumspulver og/eller et aluminiumslegeringspulver med en viss mengde aluminiumoksydpulver, karakterisert ved at nevnte pulvere blandes, komprimeres og sintres til en sintret masse som deretter omformes under trykk etter sintringen.

2. Gjenstand ifølge krav 1, karakterisert ved å innbefatte to eller flere områder med varierende mengder av aluminiumspulver og/eller aluminiumslegeringspulver og aluminiumoksydpulver.

3. Gjenstand ifølge krav 2, karakterisert ved at mengden av aluminiumoksyd varierer på en regulert måte fra ett område av gjenstanden til et tilstøtende område.

4. Gjenstand ifølge krav 1, karakterisert ved å utgjøre en del av en artikkel som ellers i alt vesentlig er av metall, og hvor nevnte gjenstand er festet til nevnte andre del av artikkelen.

5. Gjenstand ifølge krav 4, karakterisert ved at nevnte andre del av artikkelen er fremstilt av aluminium eller en aluminiumslegering med eller uten en viss mengde aluminiumoksyd.

6. Gjenstand ifølge krav 3, karakterisert ved å ha et første område med en relativt stor mengde av aluminiumoksyd, et intermediært område med en relativt mindre mengde av aluminiumoksyd og et tredje område med en mindre eller ingen mengde av aluminiumoksyd.

7. Gjenstand ifølge krav 6, karakterisert ved at nevnte intermediære område har et relativt høyt innhold av aluminiumoksyd inntil nevnte første område og et lavere innhold eller intet innhold av aluminiumoksyd inntil det nevnte tredje området.

8. Gjenstand ifølge krav 1, karakterisert ved at å utgjøre i det minste kronedelen av stemplet i en indre forbrenningsmotor.

9.. Fremgangsmåte for fremstilling av en gjenstand av sammensatte materialer, karakterisert ved at man blander aluminiumspulver og/eller et aluminiumslegeringspulver og aluminiumoksydpulver i kontrollerte mengder, komprimerer den resulterende blandingen og sintrer denne til en sintret masse som deretter omformes under trykk.

10. Fremgangsmåte for fremstilling av gjenstand ifølge krav 9, karakterisert ved at man fremstiller en rekke områder som inneholder forskjellige mengder av aluminiumoksyd, og hvor hvert område utformes separat og deretter festes til hverandre.

11. Fremgangsmåte for fremstilling av gjenstand ifølge krav 9, karakterisert ved at en rekke områder er festet sammen og hvor omformingen av gjenstanden utføres etter at noen eller alle områder er festet sammen.

12. Stempel for en indre forbrenningsmotor, karakterisert ved å ha en kronedel fremstilt av kontrollerte mengder av aluminiumspulver og/ eller et aluminiumslegeringspulver samt aluminiumoksydpulver, samt en skjørtdel fremstilt av aluminiumspulver og/eller et aluminiumslegeringspulver med en liten eller ingen mengde av aluminiumoksyd, og hvor lagene presses sammen og sintres og deretter omformes under trykk etter sintringen.

13. Stempel for indre forbrenningsmotor, karakterisert ved å ha en kronedel fremstilt av kontrollerte mengder av aluminiumspulver og/eller et aluminiumslegeringspulver og aluminiumoksydpulver samt en skjørtdel fremstilt av aluminium og/eller et aluminiumslegeringspulver med en liten eller ingen mengde av aluminiumoksyd, og hvor de pulvere som utgjør kronedelen komprimeres og sintres og utformes under trykk etter sintringen, og hvor den formede massen festes til skjørtdelen med eller uten etterfølgende omforming av hele stemplet under trykk.

14. Stempel ifølge krav 12 eller 13, karakterisert ved å ha et intermediaert område hvor mengden av aluminiumoksyd er intermediær i forhold til den som forefinnes i kronen og skjørtet.

15. Stempel ifølge krav 12 eller 13, karakterisert ved at vektmengden av aluminiumoksyd til aluminium eller aluminiumslegering varierer fra 10 til 50% i kronen og fra 0 til 10% i skjørtet.