CH227662A - Light metal pistons provided with a metal protective layer for internal combustion engines, as well as a method and device for the production of metal protective layers on light metal pistons. - Google Patents

Light metal pistons provided with a metal protective layer for internal combustion engines, as well as a method and device for the production of metal protective layers on light metal pistons.

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CH227662A
CH227662A CH227662DA CH227662A CH 227662 A CH227662 A CH 227662A CH 227662D A CH227662D A CH 227662DA CH 227662 A CH227662 A CH 227662A
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Berghaus Bernhard
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Berghaus Bernhard
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00—Pistons 
    • F02F3/10—Pistons  having surface coverings

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Description

  

  Mit     Metallschutzschicht        versehener    Leichtmetallkolben für     Verbrennungskraftmaschinen,     sowie Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von     Retallschutzschichten     an Leichtmetallkolben.    Zur Steigerung der Lebensdauer der Kol  ben oder zur     Leistungserhöhung    im Motor  hat man bereits versucht, Leichtmetallkol  ben, also Kolben aus     Aluminium    oder Magne  sium oder aus Legierungen dieser Metalle,  mit     Metallschutzschichten    zu versehen. Das  Aufbringen der Schutzmetalle wurde mittels  Metallspritzpistole und auf     galvanischen     Wege versucht.

   Die auf diese Weise erhalte  nen Metallüberzüge sind aber den hohen An  forderungen, die an die     Kolben    während des  Betriebes gestellt werden, nicht gewachsen,  da sie nur geringe     Haftfestigkeit    besitzen  und sich während des Betriebes leicht von  dem Grundmaterial ablösen, wodurch erheb  liche Betriebsstörungen hervorgerufen wer  den können,     wenn    die abgeblätterten Teile  zwischen die Gleitflächen geraten.

   Auf über  wiegend     magnesiumhaltige    Kolben ist es zum  Beispiel galvanisch überhaupt     nicht    mög  lich, Schutzschichten     aufzubringen.    Die mit-         tels        Spritzpistole    aufgebrachten Schichten  zeigen gegen galvanisch aufgebrachte Schich  ten noch geringere Haftfestigkeit. Durch die       Erfindung    werden diese Nachteile vermieden.  



  Der Gegenstand der Erfindung ist ein  Leichtmetallkolben, der     dadurch    gekenn  zeichnet     ist,    dass er mindestens     teilweise    mit  einer     Metallschutzschicht    überzogen ist, deren  Basis an das     Grundmaterial    des Kolbens  durch Diffusion     anlegiert    und dadurch mit  ihm fest     verbunden    ist. Die Metallschutz  schicht kann dabei vorteilhaft     eine    Stärke  von 0,001 bis einige Millimeter aufweisen.

    Die     Aufbringung    der Metallschicht erfolgt  dabei vorzugsweise durch     Kathodenzerstäu-          bung    bei 3 bis 0,01 mm     Hg    Füllgasdruck.  Die Aufbringung der     Metallschutzschicht     kann aber auch im Vakuum durch thermi  sche Verdampfung oder bei 3 bis 10-6 mm  Füllgasdruck vorgenommen werden. Die     Me-          tallschutzschicht    kann je nach den gestellten           Anforderungen    aus unterschiedlichem Metall  bestehen.

   So ist es zum Beispiel zweckmässig,  auf den Kolbenboden zur besseren Wärme  ableitung und Reflexion eine Schutzschicht  aus Silber oder Kupfer aufzubringen, wo  gegen auf den Kolbenschaft zur Verbesse  rung der     Laufeigenschaften    zweckmässig  Schichten aufgebracht werden, die einen ge  ringen Verschleiss während des Betriebes auf  weisen oder sogar eine Schmierwirkung her  vorrufen. Die aufgebrachten     Metallschichten     sind zweckmässig feinkristallin, weisen zweck  mässig eine Stärke von 0,005     bis    0,05 mm bis  zu einem oder mehreren Millimetern auf und  sind den bisher bekannten Schutzschichten in  bezug auf Haftfestigkeit bei weitem über  legen und genügen der thermischen und me  chanischen Beanspruchung im Betrieb.  



  Die Erfindung betrifft weiter     ein    Ver  fahren zur Herstellung von Leichtmetallkol  ben, zum Beispiel solchen aus Aluminium,  Magnesium oder     Aluminium-        bezw.        Magne-          siumlegierungen,    für Verbrennungskraft  maschinen, welches sich dadurch auszeichnet,  dass das Schutzmetall unter vermindertem  Druck und in     hochdispersem    Zustand, zum  Beispiel mittels     Kathodenzerstäubung    oder  thermischer Verdampfung bei     Unterdru*          bezw.    im Vakuum,

   auf den Leichtmetallkol  ben aufgebracht     wird.    Es können auch meh  rere Metallschichten nacheinander durch     Ka-          thodenzerstäubung        bezw.    Aufdampfen aufge  bracht werden. Die     Metallisierung    von  Leichtmetallkolben durch     Kathodenzerstäu-          bung        bezw.    Aufdampfen wird vorteilhaft in  einer neutralen oder reduzierenden Atmo  sphäre bei Drucken unterhalb 50 mm     Hg,    vor  zugsweise     zwischen    5 und     10-6    mm     Hg,    vor  genommen.

   Zum     Anlegieren    der Metall  , Schutzschicht am Grundmetall durch     Ka-          thodenzerstäubung        bezw.    Aufdampfen, wird  zweckmässig der Leichtmetallkolben vor,  während oder nach der     kathodischen        Metal-          lisierung        bezw.        Aufdampfung,    vorzugsweise  in der     Kathodenzerstäubungs-        bezw.        Auf-          dampfungskammer    selbst,

   auf die     Legie-          rungs-        bezw.        Diffusionstemperatur        erwärmt.       Das Erhitzen des Leichtmetallkolbens wird  vorteilhaft durch eine     Glimmentladung    wäh  rend oder nach der     Kathodenzerstäubung          bezw.        Aufdampfung    vorgenommen. Zu die  sem Zwecke kann ein Wechsel- und Gleich  stromkreis vorhanden sein. Dabei kann die  Temperatur des Kolbens durch Veränderung  der Entladungsleistung oder Änderung des  Füllgasdruckes eingestellt werden. Der Kol  ben kann dabei als Kathode, neutral oder als  Anode der     Glimmentladung    ausgesetzt sein.

    Bei der     Kathodenzerstäubung    wird nur ein  Bruchteil der     zugeführten    elektrischen Ener  gie zur     Zerstäubung    der Kathode verbraucht.  Der grösste Teil wird an der Kathode und  in dem Gasraum in Wärme umgesetzt. Die  abgestäubte Menge steigt mit der zugeführ  ten Entladungsleistung, gleichzeitig aber  auch die Erwärmung der Kathode. Es ist  somit vorteilhaft, die Kathode zu kühlen, um  möglichst hohe     Zerstäubungsleistungen    an  legen zu können. Die im Gasraum freiwer  dende Energie dient zur Erwärmung des Kol  bens. Um eine gleichmässige Erwärmung  des Kolbens zu erzielen, umgibt die Kathode  zweckmässig den Kolben von allen Seiten.

    Die Kathode stellt also vorteilhaft die     Zer-          stäubungskammer    oder Teile derselben dar  und ist mit einem wasserdurchflossenen Kühl  mantel versehen. Die Leistung an der Ent  ladungsstrecke ist begrenzt durch die dem  Kolben zu erteilende     Temperatur.    Es hat  sich nun im Versuch gezeigt, dass man auch  durch Druckänderung die Temperatur des  Kolbens reg     Lilieren    kann, und zwar wird die  Temperatur durch Erhöhung des Füllgas  druckes erniedrigt und umgekehrt.

   Durch  richtige Wahl des Druckes lässt sich somit  ein     Optimum    an     Zerstäubungsleistung    an die  Entladungsstrecke legen und die     Aufstäu-          bungszeit    auf ein Minimum reduzieren.

   Als  günstige Ausführungsform ergibt sich somit  eine     Zerstäubungsanlage,    bei welcher die  Kathode die Gefässwand darstellt, die dem  Gegenstand zwecks gleichmässiger Erhitzung  gleichmässig von allen Seiten     Leistung    aus  der Entladung zuführt und gleichmässig     ab-          stäubt.         Mittels des Verfahrens nach der Erfin  dung können durch die     Kathodenzerstäubung     oder thermische     Aufdampfung    im Vakuum  beliebige Metalle oder Legierungen auf den  Kolben aufgebracht werden, wobei man  Teile, die nicht metallisiert werden sollen,  durch eine Schutzschicht oder einen Schutz  körper abdecken kann.

   Die durch Kathoden  zerstäubung     bezw.    Aufdampfen auf den Me  tallkolben     aus    Aluminium, Magnesium oder  Aluminium-     bezw.        Magnesiumlegierungen     aufgebrachte Metallschicht besteht vorteil  haft aus Metallen der Chromgruppe, wie  Chrom,     Molybdän,    Wolfram, der Eisen  gruppe, wie Eisen, Kobalt, Nickel, der Kup  fergruppe, wie Kupfer, Silber, oder einem  Platinmetall, wie     Platin,    Palladium,     Rho-          dium,    oder Metallen, wie     Zinn,    Blei, Alumi  nium, Cadmium, Zink, oder seltenen     Erd-          metallen,

      wie     Vanadium,        Tantal,        Zirkon,    ein  zeln oder     in    beliebiger Kombination. Will  man zum Beispiel nur den Boden des Metall  kolbens metallisieren, so deckt man die Sei  tenwandung des Kolbens durch eine Schutz  hülse ab oder man verwendet eine entspre  chend geformte     Zerstäubungselektrode.    Die  durch     Kathodenzerstäubung        bezw.    Aufdamp  fen aufgebrachten Schichten erwiesen sich  im     anlegierten    Zustand ausserordentlich haft  fest, so dass ein so überzogener Kolben nicht  nur eine höhere.

   Verschleisszahl     aufweist,    son  dern auch gegen den Angriff saurer Kon  densate aus dem     Verbrennungsraum    ge  schützt ist. Je nach der Höhe des Schmelz  punktes des     Metalles,    welches man aufbrin  gen will, ist es vorteilhaft, Zwischenschich  ten aus andern Metallen einzulagern, so dass  sich Legierungen von Drei- oder Mehrstoff  systemen bilden, die sich leichter     anlegieren     lassen als das reine Metall und auf die zum  Schluss reines Metall aufgestäubt     bezw.    auf  gedampft werden kann. Der Kolbenschaft  wird vorteilhaft mit Kupfer, Nickel, Eisen  oder Chrom durch     Kathodenzerstäubung          bezw.    Aufdampfen überzogen.

   Als gut  wärmereflektierendes Material hat sich auf  dem Kolbenboden durch     Kathodenzerstäu-          bung        bezw.    Aufdampfen aufgebrachtes Sil-         ber    und Nickel sowie Chrom erwiesen, wäh  rend im Kolbeninnern zur Wärmeabstrah  lung vorteilhaft durch     Kathodenzerstäubung          bezw.        Aufdampfung    Kupfer aufgebracht  wird,

   das nach Beendigung der     Aufstäubung          bezw.        Aufdampfung        durch        Einleitung    von  Sauerstoff in die     Kathodenzerstäubungs-          bezw.        Aufdampfungskammer    oxydiert wer  den kann. Will man an der Oberfläche hoch  schmelzende Metalle haben, so ist es für die  Verankerung solcher Schutzschichten beson  ders vorteilhaft, wenn solche Zwischenschich  ten eingeführt werden, die mit dem Kolben  material und dem hochschmelzenden Metall       niedriger    schmelzende Legierungen bilden.

    Je nach der     gewünschten    Beschaffenheit der  Oberfläche richten sich die zu     verwendenden     Metalle und die anzuwendenden Tempera  turen.  



  Mittels des Verfahrens nach der Erfin  dung kann man Leichtmetallkolben beliebi  ger Zusammensetzung und Bauart, aus Alu  minium, Magnesium oder Aluminium-     bezw.          Magnesiumlegierungen,    mit Leichtigkeit me  tallisieren, wie folgende Beispiele zeigen:  Es wurde zum Beispiel ein Leichtmetall  kolben Typ     Nelson-Bohnalite    von 77,5 mm     fö     an seiner Oberfläche durch     Kathodenzerstäu-          bung    mit einer Schicht von Kupfer übet,  zogen, der Leichtmetallkolben     wurde    dabei  auf einer Temperatur von etwa 450-550 C  gehalten.

   Vorzugsweise wird zu Beginn und  am Schluss der     Aufstäubung    der Kolben kurz  zeitig durch     Glimmentladung    auf die Dif  fusionstemperatur gebracht und in der Zwi  schenzeit wird das Metall bei einer etwas  niedrigeren Temperatur auf den heissen Kol  ben aufgestäubt. Die Bestäubung wurde in       H2    als Füllgas bei einem Druck von 8 mm     Hg     durchgeführt. Als     Zerstäubuugsspännung     wurde eine gleichgerichtete Wechselspannung  angelegt, deren Effektivwert 700 Volt bei  einem     Zerstäubungsstrom    von 7     Amp.    be  trug.  



  Ferner wurde ein Leichtmetallkolben  einer     magnesiumhaltigen    Legierung von  77,5 mm     (ö    an seiner Oberfläche durch     Ka-          thodenzerstäubung    mit einer Schicht von Sil-           ber        überzogen,    der Metallkolben wurde dabei  auf einer Temperatur von 450-500  C ge  halten. Vorzugsweise wird zu Beginn und am  Schluss der     Aufstäubung    der Kolben kurz  zeitig auf die     Diffusionstemperatur    gebracht  und in der Zwischenzeit wird das Metall bei  einer etwas niedrigeren Temperatur auf den       heissen    Kolben aufgestäubt.

   Die Bestäubung  wurde in Argon als Füllgas bei einem Druck  von 1 mm     Ilg    durchgeführt. Als     Zerstäu-          bungsspannung    wurde eine gleichgerichtete       Wechselspannung    angelegt, deren     Eeffektiv-          wert    700 Volt bei einem     Zerstäubungsstrom     von 7     Amp.    betrug.

   Die     Aufheizung    des  Leichtmetallkolbens auf die     Legierungs-          bezw.    Diffusionstemperatur geschah in bei  den Fällen     durch    Gasentladung in der     Ka-          thodenzerstäubungskammer.    Die auf diesem  Wege erhaltene     Silberschicht    war in dem  Kolbenmaterial     ausserordentlich    fest ver  ankert.  



  Weiter wurde zum Beispiel ein Leicht  metallkolben Typ     Nelson-Bohnalite    von  77,5     mm        Q)    an     seiner    Oberfläche durch ther  mische     Aufdampfung    im Vakuum mit einer  Schicht von Kupfer überzogen, der Leicht  metallkolben wurde dabei auf einer Tempe  ratur von     etwa    450-550  C gehalten. Vor  zugsweise wurde zu Beginn und am Schluss  der     Aufdampfung    der Kolben kurzzeitig auf  die Diffusionstemperatur gebracht und in der  Zwischenzeit wurde das Metall bei einer  etwas niedrigeren Temperatur auf den heissen  Kolben aufgedampft.

   Die     Aufdampfung     wurde in     H_#    als Füllgas bei einem Druck von  0,3 mm     Hg    durchgeführt.  



  Zuletzt wurde ein Leichtmetallkolben aus  einer     magnesiumhaltigen    Legierung von  77,5 mm<I>0</I> an seiner Oberfläche durch     ther-          a    mische     Aufdampfung    im Vakuum mit einer  Schicht von Silber überzogen, der Metallkol  ben wurde dabei auf einer Temperatur von       450-500     C gehalten. Vorzugsweise wurde  zu Beginn und am Schluss der     Aufdampfung     der Kolben kurzzeitig auf die Diffusionstem  peratur gebracht und in der Zwischenzeit  wurde das Metall bei einer etwas niedrige  ren     Temperatur    auf den heissen Kolben auf-    gedampft.

   Die     Aufdampfung    wurde in Argon  als Füllgas bei einem Druck von 0,01 mm     Hg     durchgeführt. Die     Aufheizung    des Leicht  metallkolbens auf die     Legierungs-        bezw.    Dif  fusionstemperatur geschah in beiden Fällen  durch Gasentladung in der     Aufdampfungs-          kammer.    Als     Heizspannung    wurde eine  gleichgerichtete Wechselspannung angelegt,  deren Effektivwert 700 Volt bei einem     Zer-          stäubungsstrom    von 3     Amp.    betrug.

   Die auf  diesem Wege erhaltene Kupfer-     bezw.    Silber  schicht war in dem Kolbenmaterial ausser  ordentlich fest verankert.  



  Die Erfindung betrifft ferner eine Vor  richtung zur Durchführung des im Patent  anspruch     II    beschriebenen Verfahrens, wel  che gekennzeichnet ist durch eine     Metallisie-          rungskammer    mit einem     metallischen    kühl  baren Unterteil und einem abnehmbaren  metallischen kühlbaren Oberteil, sowie durch  in dieser Kammer aufgebrachte Mittel zur  Überführung des auf den Kolben aufzutra  genden     Metalles    in einen     hochdispersen    Zu  stand. Die die Kathode bildende Wandung  kann aus dem auf den Leichtmetallkolben auf  zustäubenden Metall bestehen oder mit dem  selben belegt sein.

   Die     Metallisierungskam-          mer    besitzt zweckmässig eine durch die  metallische Kammerwandung isoliert und ab  geschirmt eingeführte Anode. Die     Metallisie-          rungskammer    kann ferner eine metallische  kühlbare isolierte und     abgeschirmte    Durch  führung vorzugsweise im Unterteil der     Ka-          thodenzerstäubungskammer    besitzen, auf der  der zu metallisierende Leichtmetallkolben  unter     Zwischenschaltung    eines leitenden oder  isolierenden Tragtellers gelagert ist.  



  Die Vorrichtung zur Durchführung des  beschriebenen Verfahrens kann auch eine       Vakuumverdampfungskammer    aufweisen mit  einem metallischen, kühlbaren Unterteil und  einem abnehmbaren, metallischen, kühlbaren  Oberteil, dessen Wandung eine metallische,  kühlbare, isolierte und abgeschirmte Strom  durchführung trägt, an der der zu metallisie  rende Kolben mittels einer den elektrischen  Strom leitenden Tragvorrichtung angeordnet  ist und durch einen das aufzudampfende Me-      fall enthaltenden elektrisch heizbaren Tiegel  unterhalb des Kolbens sowie durch     eine     Gleichstrom- oder     Wechselstromspannungs-          quelle,    die mit dem einen, vorzugsweise nega  tiven, Pol über die Stromdurchführung mit  dem Kolben und mit dem andern,

   vorzugs  weise positiven, Pol mit der Abschirmung  oder der     Kammerwandung    in     Verbindung    ge  bracht werden kann.  



  Die beiliegende Zeichnung veranschau  licht in     Fig.    1 ein Ausführungsbeispiel eines  mit     Metallschutzschicht    versehenen Kolbens  und in den     Fig.    2 und 3 je ein Ausführungs  beispiel der zur Durchführung des Verfah  rens dienenden Vorrichtung.  



  In     Fig.    1     bezeichnet    1 den Kolben, dessen  Bodenteil 2 mit einer Metallschicht 3, zum  Beispiel Kupfer oder     Silber,    überzogen ist,  die unter Bildung einer Legierungsschicht 4  aus dem Grundmaterial des Kolbens und dem  aufgebrachten Metall in dem Grundmaterial  fest verankert ist. In ähnlicher Weise kann  auch die übrige Kolbenwandung, je nach Be  darf, metallisiert sein.  



  Die aufgebrachte     Metallschutzschicht    3  wurde über die Gasphase (also in     hochdisper-          sem    Zustand) des niederzuschlagenden     Me-          talles    im Vakuum aufgebracht. Es kann hier  bei von der festen oder flüssigen Phase des  aufzubringenden     Metalles    ausgegangen wer  den. So kann zum Beispiel das Material in  einem Tiegel so hoch erhitzt werden, dass es  aus demselben verdampft und sich auf -dem  entsprechend angeordneten Kolben konden  siert. Hierzu werden zweckmässig Füllgas  drucke von 3 bis     10-6    mm in der     Verdamp-          fungsapparatur    eingestellt.  



  Bei der     Anwendung    von elektrischer     Zer-          stäubung    werden Füllgasdrucke von zum  Beispiel 3 mm bis 10-3 mm eingestellt. Hier  bei kann das zu zerstäubende Material in  flüssigem oder festem Zustande vorliegen.

    Der Kolben kann sowohl bei Anwendung der       thermischen    Verdampfung als auch bei der       Kathodenzerstäubung        während    oder nach der       Metallisierung,    vorzugsweise     in    der     Ver-          dampfungs-    oder     Zerstäubungskammer    selbst,  auf die Temperatur gebracht werden, bei der    sich das     aufzubringende    Material mit dem  Grundmaterial durch Legierungsbildung ver  bindet.

   Diese Temperatur wird so lange ein  gehalten, bis die gewünschte     Eindringtiefe     des aufgebrachten Materials in das Grund  material erreicht ist.     Danach    wird die Tem  peratur langsam herabgesetzt, um das reine  Metall auf der Oberfläche als Schutzschicht  zu erhalten. Je nach den gestellten Anforde  rungen kann es auch genügen, nur eine     Dif-          fusions-    oder Legierungszone zu erzeugen  (Grenzfall, mit praktisch verschwindender       Schutzschichtdicke).    Die jeweils gewünschte  Ausbildung der Schicht erhält man durch  Regelung der Temperatur des zu überziehen  den Kolbens.  



  Die     Fig.    2 zeigt einen Schnitt durch eine  Vorrichtung zum     thermischen    Aufdampfen  von Metall auf Leichtmetallkolben im Va  kuum.  



  Die gezeichnete     Vorrichtung    besitzt ein       evakuierbares    Gefäss 5,     -welches    mit     einem     Deckel 6 unter     Zwischenschaltung    einer mit  tels des im Deckel angebrachten Luftkanals  6a kühlbaren Dichtung 7 vakuumdicht mit  tels der     Exzenterverschlüsse    8 verschliessbar  ist. An den Stutzen 9 schliesst sich eine nicht  dargestellte Vakuumpumpe an und durch den  Stutzen 10 kann im Bedarfsfall ein vorzugs  weise reduzierendes Füllgas, wie Wasser  stoff, in geringen Mengen     eingeleitet    wer  den.

   Durch die Vakuumpumpe kann in dem  Gefäss 5 jeder beliebige Unterdruck, zum  Beispiel unter 50 mm     Hg    bis zu dem höch  sten erreichbaren Vakuum eingestellt werden.  



  Das zu verdampfende Gut, zum Beispiel  ein Metall oder eine Legierung, befindet sich  in dem     Verdampfungstiegel    11, der mit einem  von dem zu verdampfenden Metall nicht an  greifbaren Futter oder     Einsatz    12 versehen  ist. Die Heizung des Tiegels bis zur Ver  dampfung des     Metalles    geschieht zum Bei  spiel durch eine hohle, kühlbare     Hochfre-          quenzspule    13, deren beide Enden mittels der  beiden Stromdurchführungen 14 und 15  durch den Deckel 6 in das Vakuumgefäss iso  liert,

   vakuumdicht und gegen die     Glimment-          ladung    abgeschirmt eingeführt     sind.    Jede      Stromdurchführung ist durch die in     geringem     Abstand von der Stromzuführung angeord  neten metallischen Hüllen 16 und 17 abge  schirmt und durch eine Schutzkappe 18 abge  deckt. 19 und 20 sind zwei Isolierkörper,  zwischen denen sich ein Dichtungskörper 21  befindet. Der     Schraubring    22 dient dabei  Zum Anpressen des Ganzen.

   In dem Tiegel  12 verdampft die Schmelze 23 und der  Dampf     schlägt    sich auf dem Metallkolben 24  nieder, der an einem hohl und kühlbar aus  gebildeten     Stromdurchführungskörper    25 an  geordnet ist, und zwar kann durch die Lei  tung 26 ein Kühlmittel wie Wasser zuge  führt und durch den Stutzen 27 abgeleitet  werden. Die Teile 28 und 29 stellen zwei  metallische Abschirmungen dar, die in einem  so     geringen    Abstand von der Stromdurchfüh  rung und voneinander angeordnet sind, dass  keine     Glimmentladung    in diesen engen Ring  spalten möglich ist. Es sei hierzu auf das  Schweiz. Patent Nr. 227449 verwiesen, das  eine eingehende Erläuterung dieser Art der       Abschirmung    gibt.

   Die Teile 30 und 31 stel  len zwei Isolier-     und    Dichtungsringe dar,  während der Teil 32 ein     Anpressring    ist.  Durch die Kühlvorrichtung 33 im Vakuum  gefäss wird die     Stromdurchführung    gekühlt,  und zwar kann das Kühlmittel durch Stut  zen 34 zugeführt und durch den Stutzen 35  abgeleitet werden. Das eine Ende der Se  kundärspule 41 des     Wechselstromtransforma-          tors    42 kann über den Schalter 43 mit der  Stromdurchführung 25 und das andere Ende  der Sekundärspule über den regelbaren Wi  derstand 44 und den Schalter 45 mit der Ab  schirmhülle 28     verbunden    werden.  



  Der negative Pol einer Gleichstromquelle  36 steht über     einen    Schalter 37 mit der       Stromdurchführung    25 in Verbindung, wäh  rend der positive Pol der     Gleichspannungs-          quelle    über einen regelbaren Widerstand 38       entweder    über Schalter 39 mit der Abschir  mung 28 in Verbindung gebracht werden  kann, oder über Schalter 40 mit der Wan  dung der Vakuumkammer 5. Die Anwen  dung dieser elektrischen Anlage geht aus der  Schweiz. Patentschrift Nr. 207351 hervor.    Der Teil 46 stellt einen     Abschirmring    dar,  der nach Bedarf verwendet werden kann,  wenn die Seitenwand des Kolbens nicht  metallisiert werden soll.

   Der Teil 47     ist    ein       Thermoelement    mit den Enden 48 und 19.  Der Teil 50 stellt die aufgedampfte Metall  schicht dar und der Teil 51 die Tragvorrich  tung für den Kolben.  



       Fig.    3 stellt einen Schnitt durch eine     Ka-          thodenzerstäubungs-Metallisierkammer    für  Leichtmetallkolben dar, bei der die Wan  dung der Kammer als Kathode den zu metal  lisierenden Metallkolben allseitig umgibt.    52 ist die abnehmbare metallische     Zer-          stäubungsgefässhaube,    welche mit dem me  tallischen Boden 53, unter Zwischenschaltung  einer aus zwei Gummiringen bestehenden  Dichtung 54, vakuumdicht verbunden ist.

    Die ganze Innenfläche 55 der     Kathodenzer-          stäubungskammer,    also sowohl der Bolzen 53  als auch die Haube 52, kann aus dem ge  wünschten     aufzustäubenden    Metall bestehen  oder damit belegt sein. Als solche Metalle  kommen vor allem zur Anwendung Chrom,       Molybdän,    Wolfram, Eisen, Kobalt, Nickel,  Kupfer, Silber, Platin, Palladium,     Rhodium,     Cadmium, Zink,     Vanadium,        Tantal,        Zirkon,     Aluminium, Magnesium oder     dergl.    einzeln  oder in beliebiger Kombination.

   Die nicht  dargestellte Vakuumpumpe ist an den     StC#-          zen    56 angeschlossen, während der Stutzen  57 zum Zuführen eines neutralen oder re  duzierenden Gases, wie Stickstoff, Wasser  stoff, Edelgase, wie Argon oder     dergl.,    dient.  In die Gasableitung 56 und die Gaszulei  tung 57 sind die Siebe 56a     bezw.    57a einge  baut, welche dank ihrer Maschenweite von  weniger als 1 mm verhindern, dass die Glimm  entladung in die Gaszuleitung     bezw.    Ablei  tung     hineinschlägt.    Die Haube 52 ist mit  einem Kühlmantel 58 umgeben, dem das       Kühlmittel,    zum Beispiel Wasser, Öl oder  auch Luft, durch den Stutzen 59 zugeführt  werden kann.

   Durch den Stutzen 60 wird das  Kühlmittel abgeleitet. Der Boden 53 kann  durch die abnehmbare Stromleitung 61 mit  der Haube 52 in leitende Verbindung ge-      bracht werden. Die negative     Spannung    wird  durch das Stromkabel 62 zugeführt, welches  am Boden befestigt ist.  



  Der zu metallisierende Kolben 64 mit der  Metallschicht 63 ruht auf einem isolierenden  oder     leitenden    Teller 65, der von der kühl  baren Durchführung 66, unter Zwischen  schaltung eines Körpers 67 aus Metall oder  Isoliermaterial getragen     ist.    Der die Anode  darstellende Teil 68 ist isoliert und vom Bo  den 53 und der Durchführung 66 durch je  einen engen Ringspalt getrennt, wodurch die  Isolation vor der schädlichen     Einwirkung    der  Glimmentladung abgeschirmt ist. Durch das  Kabel 69 ist die Anode 68 mit dem positiven  Pol einer     Gleichspannungsquelle    verbunden.  Die Teile 70, 71, 72 sind Ringe aus     Isolier-          und    Dichtungsmaterial.

   Der Ring 72 wird  durch der Übersichtlichkeit halber nicht dar  gestellte Schrauben an den Boden     angepresst.     Zwischen der Anode 68 und der als Kathode  geschalteten Wandung des     Zerstäubungs-          gefässes        bildet    sich bei einem Druck zwischen  40 und 0,001, vorzugsweise etwa 5 bis  0,1 mm     Hg,    die zur     Zerstäubung    des     Metalles     und zum Aufheizen des Kolbens auf die ge  wünschte     Legierungs-    oder Diffusionstempe  ratur erforderliche     Glimmentladung    aus.

   Die       Kathodenzerstäubungskammer    ist ferner mit  einem abgeschirmten eingesetzten Schauglas  74 versehen. Der Teil 75 stellt einen Ring  zum Abdecken des Spaltes     zwischen    der  Haube und dem Boden dar. Der Stutzen 76  dient zum Zuführen des Kühlmittels für die  Durchführung 66 und der Stutzen 77 zum  Ableiten des Kühlmittels. Der Boden ist mit  Kühlkanälen 73 versehen. Der Teil 78 stellt  ein     Thermoelement    zur Messung der Tempe  ratur des Kolbens während der Bestäubung  dar.  



  Die     Zerstäubung    ist auch bei gekühlter  Kathode möglich. Dabei ist die gesamte  Innenfläche mit dem Glimmlicht bedeckt. Es  sei hierzu auf die     schweiz.    Patentschrift  Nr. 204862     verwiesen,    die diese     allseitige    Ka  thode eingehend erläutert. Das abgestäubte  Metall schlägt sich vornehmlich auf den Kol-         ben    nieder, da er zentral im Innern des als  Kathode wirkenden Gefässes angeordnet ist.



  Light metal pistons provided with a protective metal layer for internal combustion engines, as well as a method and device for the production of protective layers on light metal pistons. To increase the life of the Kol ben or to increase the power in the engine, attempts have already been made to provide light metal pistons, ie pistons made of aluminum or magnesium, or of alloys of these metals, with protective metal layers. The application of the protective metals was attempted using a metal spray gun and by galvanic means.

   The metal coatings obtained in this way are not able to cope with the high demands placed on the pistons during operation, as they have little adhesive strength and are easily detached from the base material during operation, which causes considerable malfunctions can if the flaked parts get between the sliding surfaces.

   For example, it is not at all possible to apply protective layers by electroplating to pistons that predominantly contain magnesium. The layers applied by means of a spray gun show even lower adhesive strength than galvanically applied layers. The invention avoids these disadvantages.



  The subject of the invention is a light metal piston, which is characterized in that it is at least partially coated with a protective metal layer, the base of which is alloyed to the base material of the piston by diffusion and is thereby firmly connected to it. The metal protective layer can advantageously have a thickness of 0.001 to a few millimeters.

    The metal layer is preferably applied by cathode sputtering at 3 to 0.01 mm Hg filling gas pressure. The protective metal layer can also be applied in a vacuum by thermal evaporation or at 3 to 10-6 mm filling gas pressure. The metal protective layer can consist of different metals depending on the requirements.

   For example, it is useful to apply a protective layer made of silver or copper to the piston crown for better heat dissipation and reflection, whereas layers are applied to the piston skirt to improve the running properties, which show or wear little wear during operation even produce a lubricating effect. The applied metal layers are expediently fine crystalline, expediently have a thickness of 0.005 to 0.05 mm to one or more millimeters and are far superior to the previously known protective layers in terms of adhesive strength and meet the thermal and mechanical stresses in operation .



  The invention further relates to a process for the production of light metal pistons ben, for example those made of aluminum, magnesium or aluminum BEZW. Magnesium alloys, for internal combustion engines, which is characterized by the fact that the protective metal is applied under reduced pressure and in a highly dispersed state, for example by means of cathode sputtering or thermal evaporation in the case of negative pressure. in a vacuum,

   is applied to the Leichtmetallkol ben. Several metal layers can also be used one after the other by cathode sputtering. Vapor deposition can be applied. The metallization of light metal pistons by cathode sputtering BEZW. Vapor deposition is advantageously carried out in a neutral or reducing atmosphere at pressures below 50 mm Hg, preferably between 5 and 10-6 mm Hg.

   For alloying the metal, protective layer on the base metal by cathode sputtering or Vapor deposition is expediently the light metal flask before, during or after the cathodic metallization or. Evaporation, preferably in the cathode sputtering or. Evaporation chamber itself,

   on the alloy or Diffusion temperature heated. The heating of the light metal piston is advantageous bezw by a glow discharge during or after cathode sputtering. Made by vapor deposition. An AC and DC circuit can be provided for this purpose. The temperature of the piston can be adjusted by changing the discharge power or changing the filling gas pressure. The Kol ben can be exposed to the glow discharge as a cathode, neutral or as an anode.

    With cathode sputtering, only a fraction of the electrical energy supplied is used to sputter the cathode. Most of it is converted into heat at the cathode and in the gas space. The amount sputtered increases with the supplied discharge power, but at the same time the heating of the cathode increases. It is therefore advantageous to cool the cathode in order to be able to apply the highest possible sputtering performance. The energy released in the gas space is used to heat the piston. In order to achieve even heating of the bulb, the cathode expediently surrounds the bulb on all sides.

    The cathode thus advantageously represents the atomization chamber or parts thereof and is provided with a cooling jacket through which water flows. The power on the discharge path is limited by the temperature to be given to the piston. It has now been shown in the experiment that the temperature of the piston can also be regulated by changing the pressure, namely the temperature is lowered by increasing the filling gas pressure and vice versa.

   By choosing the right pressure, an optimum of atomization performance can be applied to the discharge path and the atomization time can be reduced to a minimum.

   A favorable embodiment thus results in a sputtering system in which the cathode represents the vessel wall, which supplies the object with power from the discharge evenly from all sides for the purpose of uniform heating and dusts it off evenly. By means of the method according to the invention, any metals or alloys can be applied to the piston by cathode sputtering or thermal vapor deposition in a vacuum, whereby parts that are not to be metallized can be covered by a protective layer or a protective body.

   The atomization by cathode respectively. Vapor deposition on the metal piston made of aluminum, magnesium or aluminum or respectively. Metal layer applied to magnesium alloys advantageously consists of metals from the chromium group, such as chromium, molybdenum, tungsten, the iron group, such as iron, cobalt, nickel, the Kup fergruppe, such as copper, silver, or a platinum metal such as platinum, palladium, rhodium , or metals such as tin, lead, aluminum, cadmium, zinc, or rare earth metals,

      such as vanadium, tantalum, zirconium, individually or in any combination. For example, if you only want to metallize the bottom of the metal piston, you cover the side wall of the piston with a protective sleeve or you can use an appropriately shaped atomizing electrode. The bezw by sputtering. Layers applied by vapor deposition proved to be extremely strong in the alloyed state, so that a piston coated in this way not only has a higher one.

   Has wear rate, but is also protected against attack by acidic condensates from the combustion chamber. Depending on the level of the melting point of the metal that you want to apply, it is advantageous to incorporate intermediate layers of other metals so that alloys of three- or multi-substance systems form, which can be alloyed more easily than pure metal and on which at the end of pure metal dusted or. can be vaped on. The piston skirt is advantageously BEZW with copper, nickel, iron or chromium by cathode sputtering. Coated with vapor deposition.

   A good heat-reflecting material has been found on the piston crown by cathode sputtering respectively. Evaporated silver and nickel as well as chromium have been proven, while the inside of the flask is advantageous for heat radiation by cathode sputtering and / or. Vapor deposition copper is applied,

   that after completion of the dusting or. Evaporation by introducing oxygen into the cathode sputtering and / or. The vapor deposition chamber is oxidized. If you want to have high-melting metals on the surface, it is particularly advantageous for anchoring such protective layers if such intermediate layers are introduced, which form lower-melting alloys with the piston material and the high-melting metal.

    The metals to be used and the temperatures to be used depend on the desired texture of the surface.



  By means of the method according to the inven tion, light metal pistons can be made of any composition and type, made of aluminum, magnesium or aluminum, respectively. Magnesium alloys, metalize with ease, as the following examples show: For example, a light metal piston type Nelson-Bohnalite of 77.5 mm for its surface was drawn through cathode sputtering with a layer of copper, the light metal piston was thereby opened at a temperature of about 450-550 ° C.

   Preferably, at the beginning and at the end of the sputtering, the piston is briefly brought to the diffusion temperature by glow discharge and in the interim, the metal is dusted onto the hot piston at a slightly lower temperature. The dusting was carried out in H2 as a filling gas at a pressure of 8 mm Hg. A rectified AC voltage was applied as the atomizing voltage, the effective value of which was 700 volts at an atomizing current of 7 amps.



  In addition, a light metal piston made of a magnesium-containing alloy of 77.5 mm (ö was coated on its surface with a layer of silver by cathode sputtering, the metal piston was kept at a temperature of 450-500 ° C. At the beginning and At the end of the sputtering, the piston is briefly brought to the diffusion temperature and in the meantime the metal is sprayed onto the hot piston at a slightly lower temperature.

   The dusting was carried out in argon as filling gas at a pressure of 1 mm Ilg. A rectified alternating voltage was applied as the atomizing voltage, the effective value of which was 700 volts at an atomizing current of 7 amps.

   The heating of the light metal piston on the alloy or Diffusion temperature occurred in the cases through gas discharge in the cathode atomization chamber. The silver layer obtained in this way was extremely firmly anchored in the piston material.



  Next, for example, a light metal flask type Nelson-Bohnalite of 77.5 mm Q) was coated on its surface with a layer of copper by thermal vapor deposition in a vacuum, the light metal flask was kept at a temperature of about 450-550 ° C . Preferably, at the beginning and at the end of the vapor deposition, the flask was briefly brought to the diffusion temperature and in the meantime the metal was vaporized onto the hot flask at a slightly lower temperature.

   The vapor deposition was carried out in H_ # as filling gas at a pressure of 0.3 mm Hg.



  Finally, a light metal piston made of a magnesium-containing alloy of 77.5 mm <I> 0 </I> was coated on its surface by thermal vapor deposition in a vacuum with a layer of silver, the metal piston was heated to a temperature of 450- Held at 500 C. Preferably, at the beginning and at the end of the vapor deposition, the flask was briefly brought to the diffusion temperature and in the meantime the metal was vaporized onto the hot flask at a somewhat lower temperature.

   The vapor deposition was carried out in argon as the filling gas at a pressure of 0.01 mm Hg. The heating of the light metal piston on the alloy respectively. In both cases, the diffusion temperature occurred through gas discharge in the vapor deposition chamber. A rectified alternating voltage was applied as the heating voltage, the effective value of which was 700 volts with an atomizing current of 3 amps.

   The copper or copper obtained in this way. The silver layer was firmly anchored in the piston material.



  The invention also relates to a device for carrying out the method described in claim II, which is characterized by a metallization chamber with a metallic coolable lower part and a removable metallic coolable upper part, as well as means applied in this chamber for transferring the the piston to be applied low metal in a highly dispersed state. The wall forming the cathode can consist of the metal to be dusted onto the light metal piston or be coated with the same.

   The metallization chamber expediently has an anode which is insulated by the metallic chamber wall and introduced in a shielded manner. The metallization chamber can furthermore have a metallic, coolable, insulated and shielded passage, preferably in the lower part of the cathode atomization chamber, on which the light metal piston to be metallized is mounted with a conductive or insulating support plate interposed.



  The device for carrying out the described method can also have a vacuum evaporation chamber with a metallic, coolable lower part and a removable, metallic, coolable upper part, the wall of which carries a metallic, coolable, insulated and shielded current feedthrough, on which the piston to be metallized by means of a the electrical current-conducting carrying device is arranged and by an electrically heatable crucible containing the metal to be evaporated underneath the piston and by a direct current or alternating current voltage source connected to the one, preferably negative, pole via the current feedthrough with the piston and with the other,

   preferably positive pole with the shield or the chamber wall in connection ge can be brought.



  The accompanying drawing illustrates in Fig. 1 an embodiment of a piston provided with a metal protective layer and in Figs. 2 and 3 each an embodiment example of the device used to carry out the procedural rens.



  In Fig. 1, 1 designates the piston, the bottom part 2 of which is coated with a metal layer 3, for example copper or silver, which is firmly anchored in the base material to form an alloy layer 4 from the base material of the piston and the applied metal. In a similar way, the rest of the piston wall can, depending on requirements, be metallized.



  The applied metal protective layer 3 was applied in a vacuum via the gas phase (that is, in the highly dispersed state) of the metal to be deposited. It can be assumed here in the solid or liquid phase of the metal to be applied who the. For example, the material in a crucible can be heated to such an extent that it evaporates from the same and condenses on the appropriately arranged flask. For this purpose, filling gas pressures of 3 to 10-6 mm are expediently set in the evaporation apparatus.



  When using electrical atomization, filling gas pressures of, for example, 3 mm to 10-3 mm are set. Here at the material to be atomized can be in a liquid or solid state.

    The piston can be brought to the temperature at which the material to be applied binds to the base material through alloy formation, both when using thermal evaporation and cathode sputtering during or after metallization, preferably in the evaporation or atomization chamber itself .

   This temperature is maintained until the desired penetration depth of the applied material into the base material is reached. The temperature is then slowly reduced in order to preserve the pure metal on the surface as a protective layer. Depending on the requirements, it may also be sufficient to create only one diffusion or alloy zone (borderline case, with practically vanishing protective layer thickness). The desired formation of the layer is obtained by regulating the temperature of the piston to be coated.



  Fig. 2 shows a section through a device for thermal vapor deposition of metal on light metal pistons in vacuum.



  The device shown has an evacuable vessel 5, which is vacuum-tight with a lid 6 with the interposition of a seal 7 which can be cooled by means of the air duct 6a mounted in the lid and which can be closed in a vacuum-tight manner by means of the eccentric closures 8. A vacuum pump, not shown, is connected to the nozzle 9 and, if necessary, a preferably reducing filler gas, such as hydrogen, can be introduced in small quantities through the nozzle 10.

   The vacuum pump can be used to set any negative pressure in the vessel 5, for example below 50 mm Hg up to the highest achievable vacuum.



  The material to be evaporated, for example a metal or an alloy, is located in the evaporation crucible 11, which is provided with a lining or insert 12 that cannot be grasped by the metal to be evaporated. The crucible is heated until the metal is evaporated, for example, by a hollow, coolable high-frequency coil 13, the two ends of which are insulated by means of the two current feed-throughs 14 and 15 through the cover 6 into the vacuum vessel,

   are introduced in a vacuum-tight manner and shielded against the glow discharge. Each power feedthrough is shielded by the angeord Neten metallic shells 16 and 17 at a small distance from the power supply and is covered by a protective cap 18 abge. 19 and 20 are two insulating bodies between which a sealing body 21 is located. The screw ring 22 is used to press the whole thing.

   In the crucible 12, the melt 23 evaporates and the steam is deposited on the metal piston 24, which is arranged on a hollow and coolable current feedthrough body 25 formed, namely a coolant such as water can be supplied through the Lei device 26 and through the Nozzle 27 are derived. The parts 28 and 29 represent two metallic shields which are arranged at such a small distance from the power feedthrough and from each other that no glow discharge is possible in this narrow ring. Let us refer to Switzerland. See U.S. Patent No. 227449 for a detailed discussion of this type of shielding.

   The parts 30 and 31 stel len represent two insulating and sealing rings, while the part 32 is a compression ring. The current feedthrough is cooled by the cooling device 33 in the vacuum vessel, namely the coolant can be supplied through Stut zen 34 and discharged through the nozzle 35. One end of the secondary coil 41 of the alternating current transformer 42 can be connected to the power feedthrough 25 via the switch 43 and the other end of the secondary coil via the adjustable resistor 44 and the switch 45 to the shielding cover 28.



  The negative pole of a direct current source 36 is connected to the current feedthrough 25 via a switch 37, while the positive pole of the direct voltage source can be connected to the shielding 28 via a controllable resistor 38 either via switch 39 or via switches 40 with the wall of vacuum chamber 5. This electrical system is used in Switzerland. U.S. Patent No. 207351. The part 46 represents a shield ring which can be used as required if the side wall of the piston is not to be metallized.

   The part 47 is a thermocouple with the ends 48 and 19. The part 50 represents the vapor-deposited metal layer and the part 51 the Tragvorrich device for the piston.



       3 shows a section through a cathode sputtering metallization chamber for light metal pistons, in which the wall of the chamber as a cathode surrounds the metal piston to be metallized on all sides. 52 is the removable metallic atomization vessel cover, which is connected in a vacuum-tight manner to the metallic base 53 with the interposition of a seal 54 consisting of two rubber rings.

    The entire inner surface 55 of the sputtering chamber, that is, both the bolt 53 and the hood 52, can consist of the desired metal to be sputtered or be covered with it. Such metals are mainly chromium, molybdenum, tungsten, iron, cobalt, nickel, copper, silver, platinum, palladium, rhodium, cadmium, zinc, vanadium, tantalum, zirconium, aluminum, magnesium or the like. Individually or in any desired form Combination.

   The vacuum pump, not shown, is connected to the StC # - zen 56, while the nozzle 57 is used to supply a neutral or reducing gas such as nitrogen, hydrogen, noble gases such as argon or the like. In the gas discharge line 56 and the gas supply line 57, the sieves 56a respectively. 57a built in, which thanks to their mesh size of less than 1 mm prevent the glow discharge in the gas supply or. Derivation hits it. The hood 52 is surrounded by a cooling jacket 58, to which the coolant, for example water, oil or air, can be fed through the nozzle 59.

   The coolant is discharged through the nozzle 60. The base 53 can be brought into conductive connection with the hood 52 through the removable power line 61. The negative voltage is supplied through the power cord 62 which is attached to the floor.



  The piston 64 to be metallized with the metal layer 63 rests on an insulating or conductive plate 65, which is supported by the cool ble passage 66, with the interposition of a body 67 made of metal or insulating material. The part 68 representing the anode is isolated and separated from the floor 53 and the implementation 66 by a narrow annular gap, whereby the insulation is shielded from the harmful effects of the glow discharge. The cable 69 connects the anode 68 to the positive pole of a DC voltage source. The parts 70, 71, 72 are rings made of insulating and sealing material.

   For the sake of clarity, the ring 72 is pressed against the floor by screws that are not provided. Between the anode 68 and the wall of the atomization vessel connected as a cathode, at a pressure of between 40 and 0.001, preferably about 5 to 0.1 mm Hg, which is necessary for atomizing the metal and heating the piston to the desired alloy or diffusion temperature required glow discharge.

   The sputtering chamber is also provided with a shielded sight glass 74 inserted. The part 75 represents a ring for covering the gap between the hood and the floor. The connection piece 76 serves to supply the coolant for the passage 66 and the connection piece 77 is used to discharge the coolant. The floor is provided with cooling channels 73. The part 78 represents a thermocouple for measuring the temperature of the bulb during pollination.



  Sputtering is also possible when the cathode is cooled. The entire inner surface is covered with the glow light. Let us refer to Switzerland. Patent No. 204862 referenced, which explains this all-round Ka method in detail. The sputtered metal is mainly deposited on the piston, since it is arranged centrally in the interior of the vessel acting as a cathode.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH 1: Leichtmetallkolben für Verbrennungs- kraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, dass er mindestens teilweise mit einer Metall schutzschicht überzogen ist, deren Basis an das Grundmaterial des Kolbens durch Diffu sion anlegiert und dadurch mit ihm fest ver bunden ist. UNTERANSPRüCHE 1. Leichtmetallkolben nach Patentan spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschutzschicht feinkristallin ist und eine Minimalstärke von 0,001 Millimeter auf weist. 2. PATENT CLAIM 1: Light metal piston for internal combustion engines, characterized in that it is at least partially covered with a protective metal layer, the base of which is alloyed to the base material of the piston by diffusion and is thus firmly connected to it. SUBClaims 1. Light metal piston according to patent claim 1, characterized in that the metal protective layer is finely crystalline and has a minimum thickness of 0.001 millimeters. 2. Leichtmetallkolben nach Patentan spruch I und Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die Metallschutzschicht durch Kathodenzerstäubung aufgebracht ist. 3. Leichtmetallkolben nach Patentan spruch I und Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die Metallschutzschicht durch thermische Verdampfung des Metalles im Vakuum aufgebracht ist. 4. Leichtmetallkolben nach Patentan spruch I und Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die aufgebrachte Metall schicht 6/,.00o bis 6/,.0o mm stark ist. 5. Light metal piston according to claim I and dependent claim 1, characterized in that the metal protective layer is applied by cathode sputtering. 3. Light metal piston according to claim I and dependent claim 1, characterized in that the metal protective layer is applied by thermal evaporation of the metal in a vacuum. 4. Light metal piston according to claim I and dependent claim 1, characterized in that the applied metal layer is 6 /,. 00o to 6 /,. 0o mm thick. 5. Leichtmetallkolben nach Patentan spruch I und Unteranspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, dass die aufgebrachte Metall schicht mindestens ein Metall der Chrom- Kruppe enthält. 6. Leichtmetallkolben nach Patentan spruch I und Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die aufgebrachte Metall schicht mindestens ein Metall der Eisen- , Kruppe enthält. 7. Leichtmetallkolben nach Patentan spruch I und Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die aufgebrachte Metall schicht mindestens ein Platinmetall ent- f hält. Light metal piston according to claim I and dependent claim 1, characterized in that the applied metal layer contains at least one metal from the chrome croup. 6. Light metal piston according to claim I and dependent claim 1, characterized in that the applied metal layer contains at least one metal of iron, croup. 7. Light metal piston according to claim I and dependent claim 1, characterized in that the applied metal layer contains at least one platinum metal. B. Leichtmetallkolben nach Patentan spruch I und Unteranspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, dass die aufgebrachte Metall schicht Kupfer enthält. 9. Leichtmetallkolben nach Patentan spruch I und Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die aufgebrachte Metall schicht Silber enthält. 10. Leichtmetallkolben nach Patentan spruch I und Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die aufgebrachte Metall schicht Cadmium enthält. 11. Leichtmetallkolben nach Patentan spruch I und Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die aufgebrachte Metall schicht Zink enthält.. 12. Leichtmetallkolben nach Patentan spruch I und Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die aufgebrachte Metall schicht Zinn enthält. 13. B. light metal piston according to claim I and dependent claim 1, characterized in that the applied metal layer contains copper. 9. Light metal piston according to claim I and dependent claim 1, characterized in that the applied metal layer contains silver. 10. Light metal piston according to claim I and dependent claim 1, characterized in that the applied metal layer contains cadmium. 11. Light metal piston according to claim I and dependent claim 1, characterized in that the applied metal layer contains zinc .. 12. Light metal piston according to claim I and dependent claim 1, characterized in that the applied metal layer contains tin. 13th Leichtmetallkolben nach Patentan spruch I und Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die aufgebrachte Metall schicht Blei enthält. 14. Leichtmetallkolben nach Patentan spruch I und Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die aufgebrachte Metall schicht Aluminium enthält. 15. Leichtmetallkolben nach Patentan spruch I und Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die aufgebrachte Metall schicht mindestens ein seltenes Erdmetall enthält. PATENTANSPRUCH II: Verfahren zur Herstellung von Leicht metallkolben nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass das Schutzmetall unter vermindertem Druck und in hochdis- persem Zustand auf den Kolben aufgebracht wird. Light metal piston according to claim I and dependent claim 1, characterized in that the applied metal layer contains lead. 14. Light metal piston according to claim I and dependent claim 1, characterized in that the applied metal layer contains aluminum. 15. Light metal piston according to claim I and dependent claim 1, characterized in that the applied metal layer contains at least one rare earth metal. PATENT CLAIM II: A method for producing light metal pistons according to patent claim I, characterized in that the protective metal is applied to the piston under reduced pressure and in a highly dispersed state. UNTERANSPRüCHE 16. Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufbrin gung der Metallschutzschicht im Vakuum er folgt. 17. Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufbrin gung der Metallschicht durch Kathodenzer- stäubung bei 3 bis 0,01 mm Hg Füllgasdruck erfolgt. 18. SUBClaims 16. The method according to claim II, characterized in that the application of the protective metal layer in a vacuum is carried out. 17. The method according to claim II, characterized in that the application of the metal layer takes place by cathode sputtering at 3 to 0.01 mm Hg filling gas pressure. 18th Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufbrin gung der Metallsehutzschicht durch thermi sche Verdampfung bei 3 bis 10-6 mm Hg Füllgasdruck erfolgt. 19. Verfahren nach Patentanspruch 1I und Unteranspruch 18, dadurch gekennzeich net, dass eine derartige Heizleistung angelegt wird, dass der Kolben während der Aufbrin gung gleichmässig auf eine Temperatur von mindestens 200 C gebracht wird. 20. Method according to claim II, characterized in that the protective metal layer is applied by thermal evaporation at 3 to 10-6 mm Hg filling gas pressure. 19. The method according to claim 1I and dependent claim 18, characterized in that such a heating power is applied that the piston is brought evenly to a temperature of at least 200 C during the application. 20th Verfahren nach Patentanspruch II und Unteranspruch 17, dadurch gekennzeich net, dass eine derartige Zerstäubungsleistung angelegt und Ausbildung und Anwendung der Kathode so gewählt wird, dass der Kol ben während der Aufstäubung gleichmässig auf eine Temperatur von mindestens 200 C gebracht wird. 21. Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Metall schichten nacheinander aufgebracht werden. 22. A method according to claim II and dependent claim 17, characterized in that such a sputtering power is applied and the design and application of the cathode is selected so that the piston is brought to a temperature of at least 200 C evenly during sputtering. 21. The method according to claim II, characterized in that several metal layers are applied one after the other. 22nd Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die 11letallisie- rung des Kolbens in einer neutralen Atmo sphäre bei Drucken unterhalb 50 mm Hg vor genommen wird. 23. Verfahren nach Patentanspruch 1I und Unteranspruch 22, dadurch gekennzeich net, dass die Metallisierung des Kolbens bei Drucken zwischen 5 und 0,01 mm Hg vorge nommen wird. 24. Method according to patent claim II, characterized in that the plunger is metallicized in a neutral atmosphere at pressures below 50 mm Hg. 23. The method according to claim 1I and dependent claim 22, characterized in that the metallization of the piston is made at pressures between 5 and 0.01 mm Hg. 24. Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallisie- rung des Kolbens in einer reduzierenden Atmosphäre bei Drucken unterhalb 50 mm Hg vorgenommen wird. 25. Verfahren nach Patentanspruch. II und Unteranspruch 24, dadurch gekennzeich net, dass die Metallisierung des Kolbens bei Drucken zwischen 5 und 0,01 mm Hg vorge nommen wird. 26. Method according to claim II, characterized in that the plunger is metallized in a reducing atmosphere at pressures below 50 mm Hg. 25. Method according to claim. II and dependent claim 24, characterized in that the plunger is metallized at pressures between 5 and 0.01 mm Hg. 26th Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgebrachte Metallschicht zum Festhaften an dem Kol ben gebracht wird dadurch, dass der Kolben auf eine Temperatur erwärmt wird, bei wel- eher die aufgebrachte Metallschicht durch Diffusion an ihn aaslegiert. 27. Verfahren nach Patentanspruch II und Unteranspruch 26, dadurch gekennzeich net, dass die Erwärmung in der Metallisie- rungskammer selbst stattfindet. 28. Method according to patent claim II, characterized in that the applied metal layer is made to adhere firmly to the piston by heating the piston to a temperature at which the applied metal layer alloys onto it by diffusion. 27. The method according to claim II and dependent claim 26, characterized in that the heating takes place in the metallization chamber itself. 28. Verfahren nach Patentanspruch II und Unteranspruch 26, dadurch gekennzeich net, dass die Erwärmung während der Metal- lisierung erfolgt. 29. Verfahren nach Patentanspruch II und Unteranspruch 26, dadurch gekennzeich net, dass die Erwärmnung nach der Metalli- sierung erfolgt. 30. Verfahren nach Patentanspruch II und Unteranspruch 26, dadurch gekennzeich net, dass das Erhitzen des Metallkolbens durch eine Glimmentladung vorgenommen wird. 31. Method according to claim II and dependent claim 26, characterized in that the heating takes place during the metallization. 29. The method according to claim II and dependent claim 26, characterized in that the heating takes place after the metallization. 30. The method according to claim II and dependent claim 26, characterized in that the heating of the metal piston is carried out by a glow discharge. 31. Verfahren nach Patentanspruch II und den Unteransprüchen 26 und 30, da durch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Kolbens durch Veränderung der Ent ladungsleistung eingestellt wird. 32. Verfahren nach Patentanspruch II und den Unteransprüchen 26 und 30, bei welchem die Aufbringung der Metallschicht unter Füllgasdruck erfolgt, dadurch gekenn zeichnet, dass die Temperatur des Kolbens durch Veränderung des Füllgasdruckes ein gestellt wird. Method according to claim II and the dependent claims 26 and 30, characterized in that the temperature of the piston is set by changing the discharge power. 32. The method according to claim II and the dependent claims 26 and 30, in which the application of the metal layer takes place under filling gas pressure, characterized in that the temperature of the piston is set by changing the filling gas pressure. PATENTANSPRUCH III: Vorrichtung zur Durchführung des Ver fahrens nach Patentanspruch II, gekenn zeichnet durch eine Metallisierungskammer mit einem metallischen kühlbaren Unterteil und einem abnehmbaren, metallischen, kühl baren Oberteil, sowie durch in dieser Kam mer angebrachte Mittel zur Überführung des auf den Kolben aufzutragenden Metalles in einen hochdispersen Zustand. UNTERANSPRüCHE 33. PATENT CLAIM III: Device for carrying out the process according to claim II, marked is characterized by a metallization chamber with a metallic coolable lower part and a removable, metallic, cool ble upper part, as well as by means in this chamber for transferring the metal to be applied to the piston in a highly dispersed state. SUBCLAIMS 33. Vorrichtung nach Patentanspruch III, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallisie- rungskammer als Kathodenzerstäubungskam- mer ausgebildet ist, deren metallische, die Kathode bildende Wandung das auf den Kolben aufzustäubende Metall enthält. 34. Vorrichtung nach Patentanspruch III und Unteranspruch 33., dadurch gekennzeich net, dass die innere Wandung der Zerstäu- bungskammer aus dem auf den Kolben auf zustäubenden Metall besteht. 35. Device according to patent claim III, characterized in that the metallization chamber is designed as a cathode sputtering chamber, the metallic wall of which, forming the cathode, contains the metal to be sputtered onto the piston. 34. Device according to claim III and dependent claim 33, characterized in that the inner wall of the atomization chamber consists of the metal to be atomized onto the piston. 35. Vorrichtung nach Patentanspruch III und Unteranspruch 33, dadurch gekennzeich net, dass die innere Wandung der Zerstäu- bungskammer mit dem auf den Kolben auf zustäubenden Metall belegt ist. 36. Vorrichtung nach Patentanspruch III und Unteranspruch 33, gekennzeichnet durch eine durch die metallische Kammerwandung isoliert und abgeschirmt eingeführte Anode. 37. Device according to claim III and dependent claim 33, characterized in that the inner wall of the atomization chamber is covered with the metal to be atomized onto the piston. 36. Device according to patent claim III and dependent claim 33, characterized by an anode introduced insulated and shielded by the metallic chamber wall. 37. Vorrichtung nach Patentanspruch III und den Unteransprüchen 33 und 36, ge kennzeichnet durch eine metallische, kühl bare, isolierte und abgeschirmte Durchfüh rung, auf der der zu metallisierende Kolben unter Zwischenschaltung eines Tragtellers gelagert ist. 38. Vorrichtung nach Patentanspruch III und den Unteransprüchen 33, 36 und 37, da durch gekennzeichnet, dass die Durchführung im untern Teil der Zerstäubungskammer an geordnet ist. 39. Vorrichtung nach Patentanspruch III und den Unteransprüchen 33, 36 und 37, da durch gekennzeichnet, dass der Tragteller lei tend ist. 40. Device according to claim III and the dependent claims 33 and 36, characterized ge by a metallic, cool bare, insulated and shielded implementation on which the piston to be metallized is mounted with the interposition of a support plate. 38. Device according to claim III and the dependent claims 33, 36 and 37, characterized in that the implementation is arranged in the lower part of the atomization chamber. 39. Device according to claim III and the dependent claims 33, 36 and 37, characterized in that the carrier plate is lei tend. 40. Vorrichtung nach Patentanspruch IH und den Unteransprüchen 33, 36 und 37, da durch gekennzeichnet, dass der Tragteller iso lierend ist. . 41. Vorrichtung nach Patentanspruch III, gekennzeichnet durch eine Vakuumverdamp- fungskammer mit einem metallischen, kühl baren Unterteil und einem abnehmbaren metallischen, kühlbaren Oberteil, dessen Wan dung eine metallische, kühlbare, isolierte und abgeschirmte Stromdurchführung trägt, an der der zu metallisierende Kolben mittels einer den elektrischen Strom leitenden Trag vorrichtung angeordnet ist, und durch einen das aufzudampfende Metall enthaltenden elektrisch heizbaren Tiegel unterhalb des Kolbens sowie durch eine Spannungsquelle, Device according to patent claim IH and the dependent claims 33, 36 and 37, characterized in that the carrier plate is insulating. . 41. The device according to claim III, characterized by a vacuum evaporation chamber with a metallic, cool ble lower part and a removable metallic, coolable upper part, the wall of which carries a metallic, coolable, insulated and shielded current feedthrough, to which the piston to be metallized by means of a the electrical current-conducting support device is arranged, and by an electrically heatable crucible containing the metal to be evaporated below the piston and by a voltage source, die mit dem einen Pol über die Stromdurch führung mit dem Kolben und mit dem andern Pol mit einem leitenden Teil der Vor richtung in Verbindung gebracht werden kann. 42. Vorrichtung nach Patentanspruch III und Unteranspruch 41, dadurch gekennzeich net, dass der negative Pol der Spannungs quelle mit dem Kolben verbunden ist. 43. Vorrichtung nach Patentanspruch III und den Unteransprüchen 41 und 4\?, da- durch gehennzeiehnet. dar der positive Pol der Spannungsquelle mit der Abschirmung verbunden ist. 44. which can be brought into connection with the one pole via the current leadthrough with the piston and with the other pole with a conductive part of the device. 42. Device according to claim III and dependent claim 41, characterized in that the negative pole of the voltage source is connected to the piston. 43. Device according to patent claim III and the subclaims 41 and 4 \ ?, thereby going through. because the positive pole of the voltage source is connected to the shield. 44. Vorrichtung nach Patentanspruch HI und den Unteransprüchen 41 und 42, dadurch gekennzeichnet, dass der positive Pol der Spannungsquelle mit der Kammerwandung verbunden ist. Device according to patent claim HI and the dependent claims 41 and 42, characterized in that the positive pole of the voltage source is connected to the chamber wall.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0084385A1 (en) * 1982-01-20 1983-07-27 KOLBENSCHMIDT Aktiengesellschaft Light-metal piston
EP0172002A3 (en) * 1984-08-13 1986-12-30 Ae Plc The treatment of pistons

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