JPH01222040A - 耐磨耗性被覆物質 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、主としてモリブデンからなり熱噴射方式で摺
動面に被覆される、特に内燃機関のピストンリングのよ
うな磨耗にさらされた機械部品の摺動面の耐磨耗性被覆
物質に関する。

［従来の技術］ 内燃機関用ピストンリングの摺動面の耐磨耗性被覆物質
は、しばしば熱噴射方式で被覆されたモリブデンからな
っている。モリブデン層は過熱痕跡を生じることがなく
、このように被覆されたピストンリングは、高い温度に
なる内燃機関に好適に使用することができる。モリブデ
ンを吹付ける熱噴射方式としては、溶射方式およびプラ
ズマ噴射方式が使用され、その場合、モリブデンが、可
燃混合気からなる火炎中において、またはプラズマアー
ク中において溶融され、ガス流に混ってピストンリング
に吹付けられる。

溶射方式で被覆されたモリブデン層は、かたさが高いに
もかかわらず、鍍金された硬質クロム層より耐磨耗性が
低く、溶射されたモリブデン層は、同じ寿命にするには
、かなり厚い層で被覆する必要がある。しかしながら、
−層厚いモリブデン層においては内部応力が大きくなり
、厚い層に極めて大きな負荷がかけられた場合、層に亀
裂が生じ易くなり、層が破裂し易くなる。

プラズマ噴射方式で被覆されたモリブデン層は、噴射温
度が著しく高いため、溶射方式で被覆されたモリブデン
層より高い層強度を有するが、プラズマ噴射方式で被覆
されたモリブデン層は比較的柔かく、したがって著しく
早く磨耗する。この欠点を除去するため一層厚い層で被
覆されたモリブデン層は、溶射方式で被覆されたモリブ
デン層と同じ問題を有している。

したがって熱によ′って吹付けられたモリブデン層の負
荷性能を高くするため、例えば西ドイツ特許第２０３２
７２２号によってモリブデンが合金化されるか、または
硬化物質および結合金属とモリブデンとの混合物が使用
された。

米国特許筒４．３３４．９２９号明細書によれば、ピス
トンリング被覆用のプラズマ噴射粉末混合物は、２９な
いし５１％のモリブデンと、硬化物質としての５ないし
２５％の炭化クロムと、結合金属としての３２ないし５
１％の低融点ニッケルクロム合金とからなっている。

西ドイツ特許第３２４７０５４号明細書によれば、ピス
トンリング被覆用のプラズマ噴射粉末混合物は、２０な
いし６０％のモリブデンと、硬化物質としての２５ない
し５０％の炭化モリブデンと、結合金属としての３０％
までの低融点合金とからなっている。

西ドイツ特許第３５１５１０７号明細書によれば、ピス
トンリング被覆用のプラズマ噴射粉末混合物は、１０な
いし４５％のモリブデンと、５ないし２５％の硬化物質
と、４５ないし７０％の低融点合金とからなっている。

モリブデンと硬化物質と結合金属とからなるこの噴射粉
末混合物によって被覆されたピストンリングは、確かに
多くの用途において良好な結果で作動する。しかしなが
ら、その他の特に著しく大きな負荷のかさる用途に対し
ては、確かに専門家は噴射粉末組成を組合わせる場合に
妥協する必要はあるが、完全に満足し得るほどには適し
ていない。

一方において、ピストンリング用の吹付は層のモリブデ
ン含量は、高熱をうけるリングに対しては過熱痕跡をな
くすため可及的に多くする必要がある。しかしながら、
この層は耐磨耗性が低く、耐磨耗性を高くするためには
、その混合物に硬化物質を添加する必要がある。硬化物
質の増加にともなって、モリブデン含量およびリングの
耐過熱痕跡強度が減少し、特に高融点硬化物質粒子とモ
リブデンとの結合性が良くないため、被覆層の強度が低
下する。結合金属としての低融点合金を添加することに
よって、確かに粒子相互間の結合性および層の強度は増
加するが、これと共に層の耐磨耗性および耐過熱痕跡強
度がかなり低下する。

したがって、プラズマ噴射方式で被覆された公知のピス
トンリング被覆層は、提起されたすべての問題に対して
完全には満足されない。

［発明が解決しようとする課題］ したがって、本発明の基本的な目的は、極めて大きな機
械的および熱的の負荷のもとでも、特に過熱痕跡を残す
ことがなく、破裂することがなく、耐磨耗性能を有する
ような、特許請求の範囲第１項の上位概念に記載の耐磨
耗性被覆物質を提供することである。同時に、この層の
製造方法が、従来の被覆方法より簡単で経済的である必
要がある。

［課題を解決するための手段］ この目的は、本発明によれば、４０ないし８０重量％の
モリブデンと、Ｏないし３５重量％の硬化物質と、１０
ないし５０重量％の低融点合金との噴射粉末混合物から
、硬化物質を形成してモリブデンと反応するキャリヤガ
スを使用して、アーク噴射方式で製造される耐磨耗性の
被覆物質によって達成される。噴射粉末混合物がアーク
噴射方式で良好に処理されるようにするため、噴射粉末
混合物は、外層がモリブデンまたは噴射粉末混合物の低
融点合金から形成された金属充填針金と、混合物の残余
成分からなる充填物とからなり、したがって、噴射針金
が溶融する際に、特許請求の範囲第１項の混合組成に相
当する噴射物質組成が生じる。

噴射針金を電弧中において溶融しキャリヤガスによって
基体に吹付けるアーク噴射装置としては、特殊な噴射ノ
ズルの構造によって吹付けのための特に微細な噴射粉末
溶融滴をつくることができるため、西ドイツ特許節３５
３３９６６号明細書から知られている装置が特に使用さ
れる。

本発明によって適用されるアーク噴射方式を使用して、
特許請求の範囲第１項の混合物による種々の噴射粉末組
成によってピストンリングが被覆された。これらのピス
トンリングが試験台の運転で試験され、吹付は層が冶金
学的に検査された。その場合、これらの層は特に５５な
いし８０重量％以上の高いモリブデン含量にも拘らず驚
くほど硬く、試験運転において耐磨耗性が強いことが判
明した。特に窒素、酸素、圧縮空気、および／またはア
セチレン、メタンまたはエタンのような炭素を放出する
気体からなる、アーク噴射時に使用されモリブデンと反
応するキャリヤガスは、モリブデンと共に構造の分解ま
たは化学反応によって、特に硬いモリブデン粒子をつく
ることが明らかであり、被覆層の耐磨耗性が強化された
。

また、この層は、モリブデン含量が多いため、高い熱負
荷が課せられた場合でも過熱痕跡を残すことがなかった
。耐磨耗性能が高いため、炭化クロム、クロム、炭化モ
リブデン、酸化アルミニウムまたは窒化ホウ素のような
特に硬質金属、金属酸化物、金属炭化物、金属カーボニ
トリド、金属窒化物からなる層の中の硬化物質成分を、
層の耐磨耗性能に悪影響を与えずに著しく減少すること
ができる。さらに、ＰＫＷディーゼルエンジンおよびＬ
ＫＷディーゼルエンジンまたは高い熱負荷を有するオッ
トエンジン用の被覆されたピストンリングの場合、硬化
物質の添加が全く不要になるか、または硬化物質の含量
を最大１０重量％以下にすることができることが判明し
た。ピストンリング被覆物質が特に大きな機械的荷重に
さらされる船舶用ディーゼルエンジンおよびプラント用
ディーゼルエンジンの場合、充分な被覆を得るため、硬
化物質の成分を１０重量％ないし最大２５重量％にする
必要がある。

低融点合金として、特に７５ないし８５重量％のニッケ
ルおよび１５ないし２５重量％のクロムを有するニッケ
ルクロム合金、９０ないし９５重量％のニッケルおよび
５ないし１０重量％のアルミニウムを有するニッケルア
ルミニウム合金、ならびに７３ないし７８重量％のニッ
ケル、４ないし６重量％のアルミニウムおよび１７ない
し２２重量％のクロムを有するニッケルクロムアルミニ
ウム合金が使用される。これらの合金を１０ないし５０
重量％の量だけ加えることによって、被覆層の層強度が
増加され、あるいはその破裂強度が改善され、これらの
合金が特に運転の安全性の向上に寄与することは有意義
である。

［発明の効果］ したがって、本発明によって、特に内燃機関のピストン
リングの摺動面に、極めて大きな負荷が課せられた場合
でも、特に充分に耐磨耗性を有し破壊強度を有し過熱痕
跡を残すことのない被覆物質をつくることができる。こ
の被覆されたピストンリングは、永い耐用期間の間、問
題なく安全に使用することができる。

層の形成に使用される本発明によるアーク噴射装置によ
って、層を簡単かつ経済的に形成することができ、層自
体は高価な硬化物質の量が減少されるため、経費が削減
される。耐磨耗性能が向上されたことによって、ピスト
ンリングの充分な寿命を得るのに、場合によっては最低
僅か０．１ｍｍの被覆物質の極めて薄い層厚さでも充分
である。さらに、薄い層は内部応力が小さいため破裂す
ることがなく、使用する材料が少ないため経済的である
。

［実施例］ ピストンリングが、西ドイツ特許第３５３３９６６号明
細書から知られている装置を使用し、下記の噴射粉末組
成によって、キャリヤガスとして圧縮空気を使用してア
ーク噴射方式で被覆され、特に良好な結果を有するリン
グが得られた。

１、モリブデン　７０ないし８０重量％ニッケル、クロ
ム、鉄、ホウ素、ケイ素からなる自己流動性合金　２０
ないし３０重量％硬化物質　Ｏないし１０重量％ この組成で被覆されたリングは、ＰＫＷディーゼルエン
ジンおよびＬＫＷディーゼルエンジンにおける使用に特
に適することが判った。

２、モリブデン　４０ないし６５重量％クロム１５ない
し２５％を有するニッケル合金からなる低融点合金　１
５ないし５重量％炭化クロム（Ｃｒ３Ｃ２）からなる硬
化物質　１０ないし３５重量％ この組成で被覆されたリングは、船舶用ディーゼルエン
ジンおよびプラント用ディーゼルエンジンにおける使用
に特に適することが判った。

３、モリブデン　５５ないし７０重量％クロム１５ない
し２５重量％を有する低融点ニッケル合金　２０ないし
４５重量％ 硬化物質としてのクロム　Ｏないし１０重量％この組成
で被覆されたリングは、オットエンジンにおける使用に
特に適することが判った。

特許出願人　　ゲッツェ　アーゲー

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）特に内燃機関用ピストンリングの摺動面のような摩
   耗を受ける機械要素の摺動面における耐磨耗性被覆物質
   であって、該物質は主としてモリブデンからなり熱噴射
   方式で摺動面に被覆される種類のものにおいて、耐磨耗
   性被覆物質が、４０ないし８０重量％のモリブデンと、
   ０ないし３５重量％の硬化物質と、１０ないし５０重量
   ％の低融点合金との噴射粉末混合物から、硬化物質を形
   成してモリブデンと反応するキャリヤガスを使用して、
   アーク噴射方式で製造されることを特徴とする耐磨耗性
   被覆物質。 ２）被覆物質をつくる噴射材料が、充填された針金の形
   状を有し、その外殻がモリブデンまたは低融点合金から
   なり、その充填物は、アーク内で溶融した場合に特許請
   求の範囲第１項に記載の噴射材料組成になるように、残
   余成分から構成される、請求項１記載の耐磨耗性被覆物
   質。 ３）被覆物質が西ドイツ特許第３５３３９６６号明細書
   に記載のアーク噴射装置によってつくられる、請求項１
   または２記載の耐磨耗性被覆物質。 ４）アーク噴射装置において、キャリヤガスとして、メ
   タン、エタン、アセチレン、窒素および／または酸素を
   使用して、被覆物質がつくられる、請求項１ないし３の
   いずれか１項に記載の耐磨耗性被覆物質。 ５）使用される硬化物質が、硬質金属、硬質金属酸化物
   、硬質金属炭化物および／または硬質窒化物からなる、
   請求項１ないし４のいずれか１項に記載の耐磨耗性被覆
   物質。 ６）低融点合金が、クロム成分、アルミニウム成分、ケ
   イ素成分および／またはホウ素成分を有するニッケル合
   金からなる、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の
   耐磨耗性被覆物質。 ７）被覆物質の層厚さが少なくとも０．１ｍｍである、
   請求項１ないし６のいずれか１項に記載の耐磨耗性被覆
   物質。 ８）ＰＫＷディーゼルエンジンおよびＬＫＷディーゼル
   エンジンに使用するため、ピストンリングの摺動面にお
   ける被覆物質が、７０ないし８０重量％のモリブデンと
   、クロム含量、鉄含量、ホウ素含量、ケイ素含量を有す
   る２０ないし３０重量％のニッケル合金と、０ないし１
   ０重量％の硬化物質とを有する噴射物質組成からつくら
   れる、請求項１ないし７のいずれか１項に記載の耐磨耗
   性被覆物質。 ９）船舶用ディーゼルエンジンおよびプラント用ディー
   ゼルエンジンのピストンリングの摺動面における被覆物
   質が、４０ないし６５重量％のモリブデンと、１０ない
   し５０重量％の低融点ニッケルクロム合金と、１０ない
   し３５重量％の硬化物質とからなる噴射粉末組成からつ
   くられる、請求項１ないし７のいずれか１項に記載の耐
   磨耗性被覆物質。 １０）オットエンジンに使用するため、摺動面における
   被覆物質が、５５ないし７５重量％のモリブデンと、２
   ０ないし４５重量％の低融点ニッケルクロム合金と、０
   ないし１０重量％のクロムとからなる噴射粉末組成から
   つくられる、請求項１ないし７のいずれか１項に記載の
   耐磨耗性被覆物質。