CH694664A5 - Durch Plasmaspritzen eines Spritzpulvers aufgebrachte eisenhaltige Schicht auf einer Zylinderlauffläche. - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ausgebildete eisenhaltige Schicht und ein im Oberbegriff des Anspruchs 5 definiertes Spritzpulver zur Erzeugung solcher Schichten.
Das thermische Beschichten von Zylinderlaufflächen mittels Plasmaspritzverfahren ist bereits bekannt, z.B. aus der Veröffentlichung EP-B1-0 716 156, "Brennkraftmaschinenblock mit beschichteten Zylinderbüchsen".
Die Zerspanbarkeit solcher Plasmaspritzschichten durch Honen, Läppen, Feinspindeln oder Schleifen war jedoch bis anhin beschränkt, so dass die Bearbeitungskosten relativ hoch lagen, insbesondere was die Bearbeitungszeit und die Lebensdauer der Werkzeuge anbelangt.
Die Zerspanbarkeit solcher Plasmaspritzschichten kann durch Zugabe von Festschmierstoffen deutlich erhöht werden, z.B. durch Zugabe von hexagonalem Bornitrid BN, von MoS 2 oder von WS 2 . Bornitrid und die genannten Sulfide lassen sich jedoch nur schlecht in die Schichten einbringen, weil sie mit dem Sauerstoff der Luft reagieren oder durch die hohe Temperatur des Plasmas zersetzt werden. Sie müssen durch kostspielige Umhüllung geschützt werden.
Weiter ist in der Patentanmeldung EP 99 811 122.3 ein Verfahren zum sog. "Reaktivspritzen" beschrieben, bei welchem durch kontrollierte Sauerstoffzugabe während des Plasmaspritzens in der Plasmaspritzschicht FeO- (Wustite) und Fe 3 O 4 - Kristalle (Magnetite) gebildet werden. Dadurch werden der Reibungskoeffizient und die Zerspanbarkeit verbessert.
Aufgabe der Erfindung ist es, die durch Plasmaspritzen eines Spritzpulvers aufgebrachte eisenhaltige Schicht auf einer Zylinderlauffläche so zu modifizieren, dass die Zerspanbarkeit deutlich verbessert wird, ohne dass die anderen wichtigen Funktionen des Schichtwerkstoffs negativ beeinflusst werden; insbesondere sollen die Verschleissfestigkeit und der niedrige Reibungskoeffizient gegenüber den mit den Zylinderlaufflächen in Berührung kommenden Kolbenringwerkstoffen erhalten bleiben oder sogar verbessert werden.
Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen der Ansprüche 1 und 5 genannten Massnahmen gelöst.
Erfindungsgemäss wird das für das Plasmaspritzen verwendete Spritzpulver mit Elementen angereichert, welche in der Plasmaspritzschicht separate, von der Phase der übrigen Werkstoffe getrennte Phasen bilden.
Bevorzugte Zugabestoffe sind Chrom, Mangan, Schwefel und Kohlenstoff. Geeignet sind z.B. aber auch Bismut, Blei, Tellur und Selen. Die genannten Stoffe können in elementarer Form oder in Form von Verbindungen zugegeben werden.
Die erwähnten Zugabestoffe bilden beim Abkühlen der durch Plasmaspritzen aufgebrachten Schicht die erfindungsgemässen separaten Phasen.
Naturgemäss weisen die erzeugten Spritzschichten dieselbe chemische Zusammensetzung auf wie die eingesetzten Spritzpulver.
Die Spritzpulver weisen zweckmässigerweise eine Teilchengrösse von 5 bis 60 mu m, vorzugsweise eine solche von 10 bis 45 mu m, auf. Beispiel 1
Ein Spritzpulver der folgenden chemischen Zusammensetzung wird gasverdüst und durch Plasmaspritzen auf die Zylinderlauffläche aufgebracht: <tb><TABLE> Columns = 2 <tb><SEP> Fe<SEP> = Differenz auf 100 Gewichtsprozent <tb><SEP> Cr<SEP> = 0,1 bis 18,0 Gewichtsprozent <tb><SEP> Mn<SEP> = 0,1 bis 6,0 Gewichtsprozent <tb><SEP> S<SEP> = 0,01 bis 0,5 Gewichtsprozent <tb><SEP> C<SEP> = 0,1 bis 1,2 Gewichtsprozent. <tb></TABLE>
Vorzugsweise weist das Spritzpulver folgende chemische Zusammensetzung auf: <tb><TABLE> Columns = 2 <tb><SEP> Fe<SEP> = Differenz auf 100 Gewichtsprozent <tb><SEP> Cr<SEP> = 0,1 bis 3,0 Gewichtsprozent <tb><SEP> Mn<SEP> = 0,3 bis 1,5 Gewichtsprozent <tb><SEP> S<SEP> = 0,05 bis 0,3 Gewichtsprozent <tb><SEP> C<SEP> = 0,8 bis 1,2 Gewichtsprozent. <tb></TABLE>
Ein Spritzpulver der folgenden chemischen Zusammensetzung wird gasverdüst und durch Plasmaspritzen auf die Zylinderlauffläche aufgebracht: <tb><TABLE> Columns = 2 <tb><SEP> Fe<SEP> = Differenz auf 100 Gewichtsprozent <tb><SEP> Cr<SEP> = 12,0 bis 15,0 Gewichtsprozent <tb><SEP> Mn<SEP> = 0,3 bis 1,5 Gewichtsprozent <tb><SEP> S<SEP> = 0,05 bis 0,3 Gewichtsprozent <tb><SEP> C<SEP> = 0,35 bis 0,6 Gewichtsprozent. <tb></TABLE>
Die erzeugten Schichten sind korrosionsbeständig gegenüber Schwefel- und Ameisensäure, d.h. Kondensaten die sich in Verbrennungskraftmaschinen bilden können.
Die vorgeschlagenen Schichten sowie die vorgeschlagenen Pulver eignen sich insbesondere zum direkten Aufbringen auf die Zylinderlaufflächen von Motorblöcken von Leichtmetallmotoren wie auch zum Aufbringen auf die Zylinderlaufflächen von in Leichtmetallmotorblöcke einzupressenden oder einzugiessenden Büchsen.
Claims (11)
1. Durch Plasmaspritzen eines Spritzpulvers aufgebrachte eisenhaltige Schicht auf einer Zylinderlauffläche, dadurch gekennzeichnet, dass sie separate Phasen von Bestandteilen aufweist, welche von der Phase der übrigen Werkstoffe getrennt sind.
2. Schicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie folgende chemische Zusammensetzung aufweist:
<tb><TABLE> Columns = 2 <tb><SEP> Fe<SEP> = Differenz auf 100 Gewichtsprozent <tb><SEP> Cr<SEP> = 0,1 bis 18,0 Gewichtsprozent <tb><SEP> Mn<SEP> = 0,1 bis 6,0 Gewichtsprozent <tb><SEP> S<SEP> = 0,01 bis 0,5 Gewichtsprozent <tb><SEP> C<SEP> = 0,1 bis 1,2 Gewichtsprozent. <tb></TABLE>
3. Schicht nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie folgende chemische Zusammensetzung aufweist:
<tb><TABLE> Columns = 3 <tb><SEP> Fe <SEP> = Differenz auf 100 Gewichtsprozent <tb><SEP> Cr <SEP> = 0,1 bis 3,0 Gewichtsprozent <tb><SEP> Mn <SEP> = 0,3 bis 1,5 Gewichtsprozent <tb><SEP> S <SEP> = 0,05 bis 0,3 Gewichtsprozent <tb><SEP> C <SEP> = 0,8 bis 1,2 Gewichtsprozent <tb></TABLE>
4. Schicht nach Anspruch 1, welche korrosionsbeständig gegenüber Schwefel- und Ameisensäure ist, dadurch gekennzeichnet, dass sie folgende chemische Zusammensetzung aufweist:
<tb><TABLE> Columns = 2 <tb><SEP> Fe<SEP> = Differenz auf 100 Gewichtsprozent <tb><SEP> Cr <SEP> = 12,0 bis 15,0 Gewichtsprozent <tb><SEP> Mn <SEP> = 0,3 bis 1,5 Gewichtsprozent <tb><SEP> S<SEP> = 0,05 bis 0,3 Gewichtsprozent <tb><SEP> C<SEP> = 0,35 bis 0,6 Gewichtsprozent <tb></TABLE>
5. Spritzpulver zur Erzeugung einer eisenhaltigen Schicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es alle Bestandteile der zu erzeugenden Schicht enthält.
6. Spritzpulver nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass es folgende chemische Zusammensetzung aufweist:
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7. Spritzpulver nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass es folgende chemische Zusammensetzung aufweist:
<tb><TABLE> Columns = 2 <tb><SEP> Fe<SEP> = Differenz auf 100 Gewichtsprozent <tb><SEP> Cr <SEP> = 0,1 bis 3,0 Gewichtsprozent <tb><SEP> Mn <SEP> = 0,3 bis 1,5 Gewichtsprozent <tb><SEP> S<SEP> = 0,05 bis 0,3 Gewichtsprozent <tb><SEP> C<SEP> = 0,8 bis 1,2 Gewichtsprozent <tb></TABLE>
8. Spritzpulver nach Anspruch 5 zur Erzeugung von Schichten, welche korrosionsbeständig gegenüber Schwefel- und Ameisensäure sind, dadurch gekennzeichnet, dass es folgende chemische Zusammensetzung aufweist:
<tb><TABLE> Columns = 2 <tb><SEP> Fe<SEP> = Differenz auf 100 Gewichtsprozent <tb><SEP> Cr <SEP> = 12,0 bis 15,0 Gewichtsprozent <tb><SEP> Mn <SEP> = 0,3 bis 1,5 Gewichtsprozent <tb><SEP> S<SEP> = 0,05 bis 0,3 Gewichtsprozent <tb><SEP> C<SEP> = 0,35 bis 0,6 Gewichtsprozent <tb></TABLE>
9. Spritzpulver nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Teilchengrösse von 5 bis 60 mu m aufweist.
10. Spritzpulver nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Teilchengrösse von 10 bis 45 mu m aufweist.
11. Spritzpulver nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass es ausserdem einen oder mehrere der folgenden Bestandteile aufweist:
<tb><TABLE> Columns = 2 <tb><SEP> As<SEP> = 0,001 bis 0,1 Gewichtsprozent <tb><SEP> Te <SEP> = 0,001 bis 0,1 Gewichtsprozent <tb><SEP> Se <SEP> = 0,001 bis 0,1 Gewichtsprozent <tb><SEP> Sb<SEP> = 0,001 bis 0,1 Gewichtsprozent <tb><SEP> Bi<SEP> = 0,001 bis 0,1 Gewichtsprozent. <tb></TABLE>
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