NO850403L - Aluminiumbasert artikkel med beskyttelsesbelegg og fremgangsmaate til fremstilling derav. - Google Patents

Aluminiumbasert artikkel med beskyttelsesbelegg og fremgangsmaate til fremstilling derav.

Info

Publication number
NO850403L
NO850403L NO850403A NO850403A NO850403L NO 850403 L NO850403 L NO 850403L NO 850403 A NO850403 A NO 850403A NO 850403 A NO850403 A NO 850403A NO 850403 L NO850403 L NO 850403L
Authority
NO
Norway
Prior art keywords
layer
zirconium dioxide
cermet
range
aluminum
Prior art date
Application number
NO850403A
Other languages
English (en)
Inventor
Ingard Kvernes
Original Assignee
Ingard Kvernes
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ingard Kvernes filed Critical Ingard Kvernes
Priority to NO850403A priority Critical patent/NO850403L/no
Priority to DE8686900864T priority patent/DE3662793D1/de
Priority to JP61500821A priority patent/JPS62501574A/ja
Priority to BR8604943A priority patent/BR8604943A/pt
Priority to EP86900864A priority patent/EP0211032B1/en
Priority to US06/916,675 priority patent/US4752535A/en
Priority to AT86900864T priority patent/ATE42115T1/de
Priority to PCT/NO1986/000007 priority patent/WO1986004615A1/en
Priority to ES551527A priority patent/ES8706849A1/es
Publication of NO850403L publication Critical patent/NO850403L/no
Priority to NO863883A priority patent/NO863883D0/no

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/02—Pretreatment of the material to be coated, e.g. for coating on selected surface areas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2201/00—Metals
    • F05C2201/02—Light metals
    • F05C2201/021—Aluminium
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2201/00—Metals
    • F05C2201/04—Heavy metals
    • F05C2201/0433—Iron group; Ferrous alloys, e.g. steel
    • F05C2201/0448—Steel
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10S428/922—Static electricity metal bleed-off metallic stock
    • Y10S428/9335—Product by special process
    • Y10S428/937—Sprayed metal
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12014—All metal or with adjacent metals having metal particles
    • Y10T428/12021—All metal or with adjacent metals having metal particles having composition or density gradient or differential porosity
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12014—All metal or with adjacent metals having metal particles
    • Y10T428/12028—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, etc.]
    • Y10T428/12049—Nonmetal component
    • Y10T428/12056—Entirely inorganic
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12014—All metal or with adjacent metals having metal particles
    • Y10T428/12028—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, etc.]
    • Y10T428/12063—Nonparticulate metal component
    • Y10T428/12139—Nonmetal particles in particulate component
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12014—All metal or with adjacent metals having metal particles
    • Y10T428/12028—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, etc.]
    • Y10T428/12146—Nonmetal particles in a component
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12493—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]
    • Y10T428/12535—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.] with additional, spatially distinct nonmetal component
    • Y10T428/12611—Oxide-containing component
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12493—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]
    • Y10T428/12736—Al-base component
    • Y10T428/12764—Next to Al-base component

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Description

Denne oppfinnelse angår en aluminiumbasert artikkel forsynt med et varmebarriere-belegg, særlig motordeler så som stempelhode eller sylindertopp, en fremgangsmåte til fremstilling derav, samt anvendelse av slike belegg på aluminiumbaserte overflater for beskyttelse mot virkningen av høye temperaturer, spesielt varmesjokk, og mot korrosjon.
Det er kjent at metallartikler kan belegges med en varmebarriere som gjør artikkelen mer resistent mot høye temperaturer. Således er det kjent å belegge f.eks. et motorstempel med keramiske materialer. Mer spesielt er det kjent å belegge aluminiumbaserte (silumin-) motorstempler med en varmebarriere i form av et "sandwich"-belegg bestående av vekselvise lag av keramisk materiale, så som Zr02, og cermet-lag i hvilke zirkoniumdioksyd kan inngå. Et kjent belegg av denne art består av et Ni-Al-bindesjikt på substratet, fulgt av et cermet-lag (30% NiAl, 70% keram), et keram-lag, og deretter flere cermet-lag (70% NiAl, 30% keram) alternerende med keram-lag? idet ytterlaget er keram.
Et slikt "sandwich"-belegg, med ZrO-, som keram, er
blitt utprøvet bl.a. av nærværende oppfinner under anvendelse av en for slike belegg vanlig akseptert test. Denne "akseler-erte" test går i hovedsak ut på at belegget underkastes be-handlingssykluser omfattende oppvarmning og bråkjøling, idet hver syklus består i at belegget i 15 sekunder utsettes for en flamme som har en temperatur på 1100°C, hvoretter belegget kjøles med vann i 15 sekunder, fulgt av tørking med trykkluft.
Det ble funnet at nevnte "sandwich"-belegg ikke til-fresstiller de vanlige fordringer til varmeresistens for be-
legg på aluminiumlegering. Det oppstod sprekker/riss, først i cermet-materialet, og ZrC^-topplaget begynte deretter å avskalle.
Såvidt vites har det hittil ikke vært rapportert at
noen har fått keramiske belegg til å "sitte" på aluminium-legeringer, testet på ovennevnte vanlig aksepterte måte.
For jern/stål-substrater er det kjent å bruke et bindesjikt av MCr-AlY, hvor M = Ni, Co, Fe eller NiCo. For Al-baserte substrater er det, som nevnt ovenfor, kjent å bruke et bindesjikt av nikkelaluminid d.v.s. at nikkel er hovedmetallet.
Det ble nå funnet at varmebarriere-belegg innbefattende et ytre topplag av stabilisert eller delvis stabilisert ZrC>2med fordel kan avsettes på substrater av aluminium-legering,
så som silumin, ved hjelp av et spesielt bindesjikt av aluminiumlegering. Fortrinnsvis anvendes et cermet-lag mellom bindesjiktet og det ytre Zr02~topplag.
Oppfinnelsen angår således en aluminiumbasert artikkel med varme- og korrosjonsbeskyttende, varmesjokk-resistent belegg, særlig motordeler så som stempelkrone, sylinderhode eller topplokk,karakterisert vedat den har et belegg bestående av et aluminiumbasert bindesjikt og et ytre topplag av stabilisert eller delvis stabilisert zirkoniumdioksyd, samt eventuelt et cermet-lag, omfattende zirkoniumdioksyd og en aluminiumbasert metallkomponent, mellom bindesjiktet og det ytre zirkoniumdioksyd-topplag. Bindesjiktet har fortrinnsvis en tykkelse i området 0,1 - 0,6 mm, spesielt ca. 0,3 mm. Det ytre topplag av stabilisert eller delvis stabilisert zirkoniumdioksyd har fortrinnsvis en tykkelse i området 0,5 - 2,5 mm, spesielt 1,0 - 1,5 mm.
En foretrukket utførelsesform av artikkelen ifølge oppfinnelsen går ut på at bindesjiktet er påført ved termisk sprøyting av et hurtigstørknet pulver. Pulverets partikkel-størrelser ligger fortrinnsvis i området 5 ym - 60 ym, spesielt 10 - 40 ym.
Ifølge en ytterligere, foretrukket utførelsesform består bindesjiktet hovedsakelig av 60 - 80 vekt% Al og 40 - 20 vekt% Si. Det nevnte pulver har således fortrinnsvis denne sammensetning.
En annen foretrukken utførelsesform går ut på at cermet-laget er et lag bestående hovedsakelig av zirkoniumdioksyd og en aluminiumbasert legering, fortrinnsvis en legering av 60 - 80 vekt% Al og 40 - 20 vekt% Si, og at metallandelen i cermet-laget. avtar hovedsakelig jevnt i retning utover mot det ytre zirkoniumdioksyd-topplag, idet zirkoniumdioksydandelen i cermet-laget øker fra 0 innerst til 100% zirkoniumdioksyd ved overgangen til det ytre topplag. Cermet-laget har fortrinnsvis en tykkelse i området 0,2 - 0,6 mm.
Ifølge en ytterligere, fortrukket utførelsesform av artikkelen ifølge oppfinnelsen har det ytre topplag av stabilisert eller delvis stabilisert Zr02en porøsitet i området 5 - 15 volum%.
Oppfinnelsen omfatter også en fremgangsmåte til fremstilling av en aluminiumbasert artikkel med varme- og korrosjonsbeskyttende, varmesjokk-resistent belegg, særlig motordeler så som stempelkrone, sylinderhode eller topplokk, og fremgangsmåten erkarakterisert vedat det på den overflate som skal belegges, påføres et Al-basert bindesjikt, fortrinnsvis med en tykkelse i området 0,1 - 0,6 mm, spesielt ca. 0,3 mm, og et ytre topplag av stabilisert eller delvis stabilisert zirkoniumdioksyd, fortrinnsvis med en tykkelse i området 0,5 - 2,5 mm, spesielt 1,0 - 1,5 mm, samt eventuelt et cermet-lag, omfattende zirkoniumdioksyd og en aluminiumbasert metallkomponent, mellom bindesjiktet og det ytre zirkoniumdioksyd-topplag.
En foretrukken utførelsesform av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen går ut på at bindesjiktet påføres ved termisk sprøyting av et hurtigstørknet pulver, fortrinnsvis et pulver med partikkelstørrelser i området 5 ym - 60 ym, spesielt 10 -
40 ym.
Ifølge en ytterligere, foretrukket utførelsesform av fremgangsmåten blir det som aluminiumbasert legering for bindesjiktet anvendt en legering som hovedsakelig består av 60 -
80 vekt% Al og 40 - 20 vekt% Si.
En annen foretrukket utførelsesform av fremgangsmåten går ut på at det som cermet-lag påføres et lag bestående hovedsakelig av zirkoniumdioksyd og en aluminiumbasert legering, fortrinnsvis en legering av 60 - 80 vekt% Al og 40 - 20 vekt% Si,
og at cermet-laget påføres med en hovedsakelig jevnt avtagende metallandel, regnet i retning utover mot det ytre zirkoniumdioksyd-topplag, idet zirkoniumdioksyd-andelen i cermet-laget tilsvarende økes fra 0 innerst til 100% zirkoniumdioksyd ved overgangen til det ytre topplag. Cermet-laget blir fortrinnsvis gitt en tykkelse i området 0,2 - 0,6 mm.
En ytterligere, foretrukket utførelsesform av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen går ut på at cermet-laget på-føres ved termisk sprøyting og at substratet holdes ved en temperatur på ca. 300°C under sprøytingen ved anvendelse av gasskjøling, f.eks. med en blanding av luft og C02, og at substratet fortrinnsvis holdes ved ca. 300°C også under påsprøy-tingen av de første 100 - 200 ym av Zr02_laget, hvoretter resten av Zr02~laget påsprøytes under slik avpasset kjøling, fortrinnsvis med C02~gass, at temperaturen på overflaten av arbeidsstykket gradvis faller til ca. 100°C ved slutten av Zr02~påsprøytingen.
Zirkoniumdioksyd-laget kan påføres ved termisk sprøyting på konvensjonell måte. Mens en overflatetemperatur på ca. 300°C foretrekkes for substratet under påsprøytingen av cermet-laget, er det blitt funnet gunstig for oppfinnelsens formål å kjøle arbeidsstykket (substratet, eksempelvis en stempelkrone) noe sterkere under påsprøytingen av zirkoniumdioksyd-laget, nemlig slik at overflatetemperaturen gradvis faller til ca. 100°C ved slutten av hele sprøyteoperasjonen. Mest foretrukket anvendes imidlertid den modifikasjon av kjølingen som går ut på at overflatetemperaturen på ca. 300°C opprettholdes også under på-sprøytingen av de første 100 - 200 ym, fortrinnsvis ca. 150 ym, av zirkoniumdioksydlaget, hvoretter en sterkere kjøling med gass startes. Reguleringen av kjølingen kan lett oppnås ved hensiktsmessig valg av kjølegass og dennes temperatur.
Uttrykkene "stabilisert" og "delvis stabilisert", som er kjent for fagfolk på området, refererer seg til at Zr02~gitteret kan stabiliseres ved hjelp av andre oksyder, særlig ^ 2G3°9
MgO. Pulvere av slik stabilisert eller delvis stabilisert Zr02 er kommersielt tilgjengelige. For oppfinnelsens formål anvendes fortrinnsvis et delvis stabilisert kubisk Zr02som inne-holder opptil 20 vekt% Y2°3'fortrinnsvis ca. 8 vekt% ^ 2°3' eller opptil 24 vekt% MgO.
Uttrykket "hurtigstørknet metallpulver" er velkjent blant metallurger. Hurtigstørkning anvendes for å "fryse" en ønsket, ustabil metallstruktur som ikke ville oppnås hvis f.eks. metalldråper kjøles langsomt. Hurtigstørkning er spesielt aktuelt når man vil oppnå en legering med større løselighet for en eller flere legeringskomponenter, eller for å unngå seigring i materialet, d.v.s. oppnå større homogenitet.
Keramiske belegg på varmebelastede deler i forbrennings-motorer må ha gode termosjokk- og heft-egenskaper, samt gode erosjons- og korrosjonsegenskaper. Det bindesjikt som kommer til anvendelse ifølge oppfinnelsen, er blitt funnet å være av av-gjørende betydning for at et vellykket totalbelegg med lang leve-tid skal kunne oppnås.
Det er funnet at bindesjiktet bør ha en tykkelse i området ca. 0,1 - 0,6 mm, fortrinnsvis ca. 0,3 mm. Er bindesjiktet tynnere enn 0,1 mm blir gjerne dets hovedfunksjon, d.v.s. å binde det underliggende substrat til det overliggende lag, for dårlig, og et tykkere bindesjikt enn 0,6 mm har vist seg å medføre øket risiko for materialsvikt når materialet utsettes for store temperatursvingninger. Under enhver omstendig-het er det unødvendig å gjøre bindesjiktet tykkere enn 0,6 mm, selv om dette ikke er en øvre grense.
Det vil forstås at bindesjiktet ikke har noen skarpt definert minstetykkelse, idet denne avhenger av flere faktorer, bl.a. kornstørrelsene av de pulverpartikler som påføres substratet for å danne god binding til keram, og den kvalitet (varmesjokk-resistens, holdbarhet) som kreves i det enkelte tilfelle. Således kan det i noen tilfeller tolereres at bindesjiktet er punktvis gjennombrutt av f.eks. Zr02-partikler. Dette er imidlertid ikke foretrukket. Videre vil det forstås at bindesjiktet kan gå gradvis over i det keram-holdige lag, faktisk er det nettopp dette som foretrekkes. Det er blitt funnet at en jevn, gradvis overgang fra det metall-baserte bindesjikt til det ytre ZrC^-topplag gir dernest pålitelige belegg, d.v.s. Zr02-innholdet øker hovedsakelig jevnt fra bindesjiktet og ut til Zr02~topplaget.
Den legering som anvendes for bindesjiktet, er som nevnt basert på aluminium som hovedbestanddel, og fortrinnsvis består legeringen hovedsakelig av 60 - 80 vekt% Al og 40 - 20 vekt% Si. Valget av legeringssammensetning vil imidlertid i noen grad avhenge av substratets kjemiske sammensetning. En op-timalisering i denne henseende kan på betryggende måte bare skje ved grundig testing av det ferdige belegg. Avhengig av de fordringer som stilles i det gitte tilfelle vil andre metaller enn aluminium og silisium kunne tolereres i mindre mengder, f.eks. nikkel og/eller jern i mengder som fortrinnsvis ikke overstiger 5 vekt%, men som kan være betydelig høyere, avhengig av substratets kjemiske sammensetning. Det er imidlertid viktig at bindesjiktet er kompatibelt med substratet. Bindesjiktet bør også være mest mulig korrosjonsresistent i bruksmiljøet.
Cermet-laget tjener til å tilveiebringe en gradvis overgang mellom det metalliske bindesjikt og det keramiske zirkoniumdioksyd-topplag, hvorved mekaniske spenninger under sterkt varierende temperaturer (varmesjokk) reduseres. For noen anvendelsesformål vil imidlertid cermet-laget kunne sløyfes, idet totalbeleggets brukskvalitet likevel kan finnes tilfredsstillende. For særlig krevende anvendelser, så som i tilfellet av varmebelastede motordeler, vil det i alminnelighet være nødvendig eller ønskelig å bruke et cermet-lag mellom bindesjiktet og det keramiske topplag. Det vil imidlertid ikke alltid være nødvendig å bruke et cermet-lag av den ovenfor beskrevne foretrukne type, d.v.s. hvor cermet-lagets innhold av keramisk komponent gradvis økes i retning utover mot det ytre zirkoniumdioksyd-topplag. Oppfinnelsen er ikke begrenset til anvendelsen av denne foretrukne utførelsesform av cermet-laget, idet hvilke som helst andre utførelser av cermet-laget, anvendt i forbindelse med det beskrevne bindesjikt, anses å falle innenfor oppfinnelsens ramme. Således kan det for mange anvendelser være tilfredsstillende f.eks. å bruket et cermet-lag i hvilke innholdet av den keramiske komponent øker ujevnt, eventuelt sprangvis eller trinnvis, i retning utover mot zirkoniumdioksyd-topplaget. Det skal imidlertid under-strekes at det beskyttelsesbelegg som kommer til anvendelse ifølge oppfinnelsen, fortrinnsvis innbefatter et cermet-lag mellom bindesjiktet og zirkoniumdioksyd-topplaget.
Det foretrukne cermet-lag påføres hensiktsmessig ved termisk sprøyting, og en foretrukken utførelsesform av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen går ut på at cermet-laget påsprøytes under anvendelse av to pulvermatere, den ene for metallkomponenten og den andre for den keramiske komponent, idet begge pulvertypene føres inn i sprøytepistolens varmesone samtidig. Utstyr som er egnet for pulversprøyting vil bli omtalt nedenfor.
Det substrat (f.eks. et motorstempel) som skal belegges, kan rengjøres på kjent måte, og denne operasjon innbefatter fortrinnsvis sandblåsing med aluminiumoksyd-partikler, dog kan andre partikkelmaterialer anvendes om det ønskes, fortrinnsvis da partikler med lignende egenskaper som aluminiumoksydpartikler. En foretrukken utførelsesform av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen går ut på at den substratoverflate som skal belegges, renses ved sandblåsing med grovkornet aluminiumoksyd, fortrinnsvis med korn-størrelser i området 0,5 - 1,7 mm. Det er blitt funnet at det da oppnås en hensiktsmessig grov struktur i substratoverflaten, og det antas at det oppstår spenninger i overflaten som på grunn av høyere energi-nivå i overflaten tjener til å bedre bindesjiktets heftfasthet (muligens oppnås en metallurgisk binding). Den nevnte grove struktur er også fordelaktig ved at den tillater påsprøyting av relativt tykke belegg når dette ønskes.
Påsprøytingen av det endelige zirkoniumdioksyd-topplag er omtalt tidligere. Her skal det derfor bare nevnes at den ønskede porøsitet i det keramiske topplag kan reguleres på konvensjonell måte, f.eks. ved regulering av avstanden mellom sprøyteutstyr og den overflate som skal belegges. Som nevnt ovenfor blir det ifølge oppfinnelsen tilstrebet en porøsitet på 5 - 15 volum%.
Det er blitt funnet at en viss porøsitet i det keramiske topp-
lag er viktig for topplagets seighet.
Det er blitt utført en lang rekke forsøk hvor belegg omfattende bindesjikt, cermet-sjikt og. Zr02~topplag ble på-sprøytet forskjellige varmebelastede motordeler. Det ble anvendt plasma-sprøyte-utstyr fra Eutronic Plasma (Sveits). Tegningen illustrerer temperaturen på overflaten av arbeidsstykket, i typiske forsøk, etterhvert som beskyttelsesbelegget ble bygget opp. Starten av sprøytingen er ved 0 ym beleggtykkelse på tegningen. Tykkelsen av de tre lag ble variert. Tegningen viser typiske tykkelser.
Substratet ble renset og rugjort ved sandblåsing med aluminiumoksyd ("Metcolite" C), kornstørrelser 0,5 - 1,7 mm. Aluminiumoksyd-sanden ble oppvarmet til 60 - 80°C før bruk, slik at den var fri for fuktighet.
Bindesjiktet ble påsprøytet uten forvarmning av substratet, og dettes overflatetemperatur steg til ca. 300°C under sprøytingen. Under påsprøytingen av cermet-laget ble arbeidsstykket kjølt med luft eller en blanding av luft og karbondioksyd og derved holdt på ca. 300°C. Tegningen illustrerer at denne temperatur også ble opprettholdt under påsprøytingen av de første 150 ym av zirkoniumdioksyd-laget, hvoretter kjøling med C02~gass ble anvendt og regulert slik at arbeidsstykkets overflatetemperatur gradvis falt til 100°C ved sprøytingens slutt.
I regelen ble hele beskyttelsesbelegget påsprøytet praktisk talt uten opphold mellom lagene. Særlig når samme metallkomponent anvendes i cermet-lag som i bindesjikt, lar dette seg lett realisere ved anvendelse av to regulerbare separate pulvermatere for henholdsvis metallkomponent og keram-komponent.
Foretrukne utførelsesformer av de beskyttelsesbelegg som kommer til anvendelse ifølge oppfinnelsen, er blitt utprøvet både ved den innledningsvis nevnte oppvarmnings/bråkjølings-test og ved bruk på motorstempel og sylindertopper, og har vist seg å tåle påkjenningene meget godt. Således er det ved I.K. Engineering A/S, som er sprunget ut fra avdeling for høytempera-turlegeringer og belegg ved Senter for Industriforskning, Oslo, og som har mange års erfaring med testing av belegg, spesielt keramiske belegg som skal tåle høye temperaturer og store tem-peraturvariasjoner (topplokk, motorstempel og -ventil), blitt utført et inngående test-program hvor de beskyttelsesbelegg som oppnås i henhold til oppfinnelsen, er blitt grundig utprøvet. Testingen har omfattet både små og store artikler (motordeler for skipsdieselmotorer såvel som for bilmotorer, spesielt stempler og topplokk), og resultatene har vært meget tilfredsstillende. Eksempelvis har stempler belagt med de i det foreliggende beskrevne foretrukne beskyttelsesbelegg vært brukt i bilmotorer, og bilene har nå kjørt over 5000 km med de nevnte belegg uten at skader er blitt observert på beleggene.

Claims (12)

1. Aluminiumbasert artikkel med varme- og korrosjonsbeskyttende belegg, særlig motordeler så som stempelkrone eller sylinderhode,karakterisert vedat den har et belegg bestående av et aluminiumbasert bindesjikt, fortrinnsvis med en tykkelse i området 0,1 - 0,6 mm, spesielt ca. 0,3 mm, og et ytre topplag av stabilisert eller delvis stabilisert zirkoniumdioksyd, fortrinnsvis med en tykkelse i området 0,5 - 2,5 mm, spesielt 1,0 - 1,5 mm, samt eventuelt et cermet-lag, omfattende zirkoniumdioksyd og en aluminiumbasert metallkomponent, mellom bindesjiktet og det ytre zirkoniumdioksyd-topplag.
2. Artikkel ifølge krav 1, karakterisert vedat bindesjiktet er påført ved termisk sprøyting av et hurtigstørknet pulver, fortrinnsvis med partikkelstørrelser i området 5 ym til 60 ym, spesielt 10 - 40 ym.
3. Artikkel ifølge krav 1 eller 2, karakterisert vedat bindesjiktet hovedsakelig består av 60 - 80 vekt% Al og 40 - 20 vekt% Si.
4. Artikkel ifølge hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat cermet-laget er et lag bestående hovedsakelig av zirkoniumdioksyd og en aluminiumbasert legering, fortrinnsvis en legering som angitt i krav 3, og at metallandelen i cermet-laget avtar hovedsakelig jevnt i retning utover mot det ytre zirkoniumdioksydtopplag, idet zirkoniumdioksyd-andelen i cermet-laget øker fra 0 innerst til 100% zirkoniumdioksyd ved overgangen til det ytre topplag, hvilket cermet-lag fortrinnsvis haren tykkelse i området 0,2 - 0,6 mm.
5. Artikkel ifølge hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat det ytre topplag av stabilisert eller delvis stabilisert Zr02har en porøsitet i området 5 - 15 volum%.
6. Fremgangsmåte til fremstilling av en aluminiumbasert artikkel med varme- og korrosjonsbeskyttende belegg, særlig motordeler så som stempelkrone eller sylinderhode,karakterisert vedat det på den overflate som skal belegges, påføres et Al-basert bindesjikt, fortrinnsvis med en tykkelse i området 0,1 - 0,6 mm, spesielt ca. 0,3 mm, og et ytre topplag av stabilisert eller delvis stabilisert zirkoniumdioksyd,- fortrinnsvis med en tykkelse i området 0,5 - 2,5 mm, spesielt I, 0 - 1,5 mm, samt eventuelt et cermet-lag, omfattende zirkoniumdioksyd og en aluminiumbasert metallkomponent, mellom bindesjiktet og det ytre zirkoniumdioksyd-topplag.
7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert vedat bindesjiktet påføres ved termisk sprøyting av et hurtigstørknet pulver, fortrinnsvis et pulver med partik-kelstørrelser i området 5 ym - 60 ym, spesielt 10-40 ym.
8. Fremgangsmåte ifølge krav 6 eller 7, karakterisert vedat det som aluminiumbasert legering for bindesjiktet anvendes en legering som hovedsakelig består av 60 - 80 vekt% Al og 40 - 20 vekt% Si.
9. Fremgangsmåte ifølge krav 6, 7 eller 8, karakterisert vedat det som cermet-lag påføres et lag bestående hovedsakelig av zirkoniumdioksyd og en aluminiumbasert legering, fortrinnsvis en legering som angitt i krav 3, og at cermet-laget påføres med en hovedsakelig jevnt avtagende metallandel, regnet i retning utover mot det ytre zirkoniumdioksyd-topplag, idet zirkoniumdioksyd-andelen i cermet-laget tilsvarende økes fra 0 innerst til 100% zirkoniumdioksyd ved overgangen til det ytre topplag, hvilket cermet-lag fortrinnsvis gis en tykkelse i området 0,2 - 0,6 mm.
10. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 6-9,karakterisert vedat cermet-laget påføres ved termisk sprøyting og at substratet holdes ved en temperatur på ca. 300°C under sprøytingen ved anvendelse av gasskjøling, f.eks. med en blanding av luft og C02, og at substratet fortrinnsvis holdes ved ca. 300°C også under påsprøytingen av de første 100 - 200 ym av ZrC>2-laget, hvoretter resten av Zr02~laget påsprøytes under slik avpasset kjøling, fortrinnsvis med C02~gass, at temperaturen på overflaten av arbeidsstykket gradvis faller til ca. 100°C ved slutten av Zr02~påsprøytingen.
II. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 6-10,karakterisert vedat den overflate som skal belegges, først renses ved sandblåsing med grovkornet aluminiumoksyd, fortrinnsvis med kornstørrelser i området 0,5 - 1,7 mm.
12. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 6-11,karakterisert vedat cermet-laget påføres ved termisk pulver-sprøyting under anvendelse av to pulvermatere, den ene for metallkomponenten og den andre for keram-komponenten, idet begge pulvertypene føres inn i sprøytepistolens varme sone samtidig.
NO850403A 1985-02-01 1985-02-01 Aluminiumbasert artikkel med beskyttelsesbelegg og fremgangsmaate til fremstilling derav. NO850403L (no)

Priority Applications (10)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NO850403A NO850403L (no) 1985-02-01 1985-02-01 Aluminiumbasert artikkel med beskyttelsesbelegg og fremgangsmaate til fremstilling derav.
DE8686900864T DE3662793D1 (en) 1985-02-01 1986-01-29 Aluminium-based article having a protective ceramic coating, and a method of producing it
JP61500821A JPS62501574A (ja) 1985-02-01 1986-01-29 保護セラミック被覆を有するアルミニウム基製品とそれを製造する方法
BR8604943A BR8604943A (pt) 1985-02-01 1986-01-29 Artigo baseado em aluminio tendo um revestimento de ceramica protetor,e um processo para produzi-lo
EP86900864A EP0211032B1 (en) 1985-02-01 1986-01-29 Aluminium-based article having a protective ceramic coating, and a method of producing it
US06/916,675 US4752535A (en) 1985-02-01 1986-01-29 Aluminium-based article having a protective ceramic coating, and a method of producing it
AT86900864T ATE42115T1 (de) 1985-02-01 1986-01-29 Erzeugnis auf basis von aluminium mit keramischer schutzschicht und dessen herstellung.
PCT/NO1986/000007 WO1986004615A1 (en) 1985-02-01 1986-01-29 Aluminium-based article having a protective ceramic coating, and a method of producing it
ES551527A ES8706849A1 (es) 1985-02-01 1986-01-31 Un metodo para preparar un articulo a base de aluminio que tiene un revestimiento protector frente al calor y a la corrosion
NO863883A NO863883D0 (no) 1985-02-01 1986-09-30 Aluminiumbasert artikkel med keramisk beskyttelsesbelegg og fremgangsmaate til fremstilling derav.

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NO850403A NO850403L (no) 1985-02-01 1985-02-01 Aluminiumbasert artikkel med beskyttelsesbelegg og fremgangsmaate til fremstilling derav.

Publications (1)

Publication Number Publication Date
NO850403L true NO850403L (no) 1986-08-04

Family

ID=19888092

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NO850403A NO850403L (no) 1985-02-01 1985-02-01 Aluminiumbasert artikkel med beskyttelsesbelegg og fremgangsmaate til fremstilling derav.

Country Status (8)

Country Link
US (1) US4752535A (no)
EP (1) EP0211032B1 (no)
JP (1) JPS62501574A (no)
BR (1) BR8604943A (no)
DE (1) DE3662793D1 (no)
ES (1) ES8706849A1 (no)
NO (1) NO850403L (no)
WO (1) WO1986004615A1 (no)

Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63118058A (ja) * 1986-11-05 1988-05-23 Toyota Motor Corp セラミツク溶射部材およびその製造方法
US5041342A (en) * 1988-07-08 1991-08-20 Ngk Insulators, Ltd. Multilayered ceramic substrate fireable in low temperature
US5030517A (en) * 1990-01-18 1991-07-09 Allied-Signal, Inc. Plasma spraying of rapidly solidified aluminum base alloys
JPH05502911A (ja) * 1990-01-18 1993-05-20 アライド―シグナル・インコーポレーテッド 急速凝固アルミニウムベース合金のアーク噴霧
DE4015010C2 (de) * 1990-05-10 1994-04-14 Mtu Muenchen Gmbh Metallbauteil mit einer wärmedämmenden und titanfeuerhemmenden Schutzschicht und Herstellungsverfahren
EP0471505B1 (en) * 1990-08-11 1996-10-02 Johnson Matthey Public Limited Company Coated article, its use and method of making the same
WO1993024672A1 (en) * 1992-05-29 1993-12-09 United Technologies Corporation Ceramic thermal barrier coating for rapid thermal cycling applications
US5397649A (en) * 1992-08-26 1995-03-14 Alliedsignal Inc. Intermediate coating layer for high temperature rubbing seals for rotary regenerators
US5352540A (en) * 1992-08-26 1994-10-04 Alliedsignal Inc. Strain-tolerant ceramic coated seal
CH686767A5 (de) * 1993-07-29 1996-06-28 Balzers Hochvakuum Beschichtetes Werkzeug und dessen Verwendung.
US5455000A (en) * 1994-07-01 1995-10-03 Massachusetts Institute Of Technology Method for preparation of a functionally gradient material
DE19532252C2 (de) * 1995-09-01 1999-12-02 Erbsloeh Ag Verfahren zur Herstellung von Laufbuchsen
DE69615412T2 (de) * 1996-07-25 2002-06-20 Siemens Ag Metallischer gegenstand mit oxidschicht und eine verbesserte haftschicht
DE19642679C2 (de) * 1996-10-16 2000-01-20 Buck Werke Gmbh & Co I K Übungsgeschoß
US5993564A (en) 1997-02-07 1999-11-30 Matthew J. C. Witt Piston cleaning and coating method and apparatus
CA2240235A1 (en) * 1997-07-08 1999-01-08 Oludele Olusegun Popoola Multilayer electrical interconnection device and method of making same
JP4293295B2 (ja) * 1998-03-27 2009-07-08 大豊工業株式会社 斜板式コンプレッサーの斜板
JP4267459B2 (ja) 2002-02-28 2009-05-27 コンセントラ マリーン アンド パワー アクツィエボラーグ ピストンリングの溶射
KR20050100915A (ko) * 2004-04-16 2005-10-20 현대자동차주식회사 디젤엔진용 실린더헤드의 열피로 크랙방지를 위한 코팅방법
FR2878098B1 (fr) * 2004-11-15 2006-12-22 Cit Alcatel Reseau de communication (d)wdm a traitement periodique de multiplex spectraux
JP4438609B2 (ja) * 2004-11-16 2010-03-24 アイシン精機株式会社 ピストン
JP6356823B2 (ja) * 2014-11-14 2018-07-11 株式会社日立製作所 遮熱コーティングを備えた耐熱部材及びその製造方法
KR20170127903A (ko) * 2016-05-13 2017-11-22 현대자동차주식회사 인서트 주조용 실린더 라이너 및 그 제조 방법

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE206570C1 (no) * 1956-03-09 1966-08-02
US3091548A (en) * 1959-12-15 1963-05-28 Union Carbide Corp High temperature coatings
US3898053A (en) * 1973-05-25 1975-08-05 Reynolds Metals Co Brazing materials
US3920412A (en) * 1973-06-25 1975-11-18 Curtiss Wright Corp Hard-surfaced castings and method of producing the same
US4248940A (en) * 1977-06-30 1981-02-03 United Technologies Corporation Thermal barrier coating for nickel and cobalt base super alloys
CH633868A5 (de) * 1977-09-07 1982-12-31 Alusuisse Verschleissfeste beschichtung der arbeitsoberflaeche von scheibenfoermigen maschinenteilen aus aluminium oder aluminiumlegierungen.
CH645925A5 (de) * 1980-12-05 1984-10-31 Castolin Sa Verfahren zur herstellung einer heissgaskorrosionsbestaendigen schutzschicht auf metallteilen und heissgaskorrosionsbestaendige schutzschicht auf metallteilen.
JPS58122077A (ja) * 1982-01-12 1983-07-20 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 二層溶射方法
US4421799A (en) * 1982-02-16 1983-12-20 Metco, Inc. Aluminum clad refractory oxide flame spraying powder
DE3221230A1 (de) * 1982-06-04 1983-12-08 Central'nyj naučno-issledovatel'skij dizel'nyj institut CNIDI, Leningrad Pulver zum auftragen der ueberzuege durch gasthermisches aufstaeuben
US4588655A (en) * 1982-06-14 1986-05-13 Eutectic Corporation Ceramic flame spray powder
US4489140A (en) * 1982-06-24 1984-12-18 Atlantic Richfield Company Multi-layer aluminum alloy brazing sheet
JPS5923865A (ja) * 1982-07-28 1984-02-07 Toyota Motor Corp 摺動部材
DE3242543C2 (de) * 1982-11-18 1985-09-19 Glyco-Metall-Werke Daelen & Loos Gmbh, 6200 Wiesbaden Schichtwerkstoff mit einer auf einer metallischen Trägerschicht aufgebrachten Funktionsschicht aus metallischer Suspensionslegierung und Verfahren zu seiner Herstellung
JPS6024941A (ja) * 1983-07-21 1985-02-07 臼井国際産業株式会社 断熱性積層部品
CA1217433A (en) * 1983-08-29 1987-02-03 Westinghouse Electric Corporation Combustion turbine blade with varying coating
US4599270A (en) * 1984-05-02 1986-07-08 The Perkin-Elmer Corporation Zirconium oxide powder containing cerium oxide and yttrium oxide
JPS6155313A (ja) * 1984-08-27 1986-03-19 Nissan Motor Co Ltd 内燃機関の燃焼室壁面構造
US4588607A (en) * 1984-11-28 1986-05-13 United Technologies Corporation Method of applying continuously graded metallic-ceramic layer on metallic substrates
US4645716A (en) * 1985-04-09 1987-02-24 The Perkin-Elmer Corporation Flame spray material

Also Published As

Publication number Publication date
ES8706849A1 (es) 1987-07-01
EP0211032A1 (en) 1987-02-25
EP0211032B1 (en) 1989-04-12
JPS648072B2 (no) 1989-02-13
DE3662793D1 (en) 1989-05-18
US4752535A (en) 1988-06-21
JPS62501574A (ja) 1987-06-25
WO1986004615A1 (en) 1986-08-14
ES551527A0 (es) 1987-07-01
BR8604943A (pt) 1987-05-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
NO850403L (no) Aluminiumbasert artikkel med beskyttelsesbelegg og fremgangsmaate til fremstilling derav.
Thakare et al. Thermal barrier coatings—a state of the art review
US5302465A (en) Plasma sprayed ceramic thermal barrier coating for NiAl-based intermetallic alloys
JP4831381B2 (ja) セラミック超合金物品
Ghasemi et al. Comparison of microstructure and mechanical properties of plasma-sprayed nanostructured and conventional yttria stabilized zirconia thermal barrier coatings
US6255001B1 (en) Bond coat for a thermal barrier coating system and method therefor
CA2076118A1 (en) Thermal barrier coating
JPH09324278A (ja) 改良された下地皮膜を含む遮熱コーティング及び該遮熱コーティングで被覆した部材
US20060177582A1 (en) Process for applying a protective layer
Goudarzi et al. Comparative investigation of the effect of composition and porosity gradient on thermo-mechanical properties of functionally graded thick thermal barrier coatings deposited by atmospheric plasma spraying
US20150284834A1 (en) Method for applying a high-temperature stable coating layer on the surface of a component and component with such a coating layer
Ali et al. Degradation of thermal barrier coatings due to thermal cycling up to 1150° C
JPS63118059A (ja) 断熱コーティング法及びガスタービン燃焼器
JPH0515781B2 (no)
Grünling et al. Plasma sprayed thermal barrier coatings for industrial gas turbines: morphology, processing and properties
SU1505441A3 (ru) Покрытие
JPH0527706B2 (no)
GB2159838A (en) Surface strengthening of overlay coatings
RU2716570C1 (ru) Способ напыления защитных покрытий для интерметаллического сплава на основе гамма-алюминида титана
US11535560B2 (en) Chromate-free ceramic coating compositions for hot corrosion protection of superalloy substrates
SwadŸba et al. Characterisation of APS TBC system during isothermal oxidation at 1100 C
JPH07116583B2 (ja) 耐熱サイクル性溶射皮膜
NO863883L (no) Aluminiumbasert artikkel med keramisk beskyttelsesbelegg og fremgangsmaate til fremstilling derav.
Nayak et al. Studies on plasma sprayed thermal barrier coating with increase in coating thickness
JPH0465143B2 (no)