JPH0416542B2 - - Google Patents
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- JPH0416542B2 JPH0416542B2 JP58217936A JP21793683A JPH0416542B2 JP H0416542 B2 JPH0416542 B2 JP H0416542B2 JP 58217936 A JP58217936 A JP 58217936A JP 21793683 A JP21793683 A JP 21793683A JP H0416542 B2 JPH0416542 B2 JP H0416542B2
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- spray powder
- thermal
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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
- C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
- C23C4/10—Oxides, borides, carbides, nitrides or silicides; Mixtures thereof
- C23C4/11—Oxides
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、特に内燃機関において滑り摩擦及
び／又は高温負荷に曝される例えばピストンリン
グ、ピストンヘツド、ピストンのトツプランドあ
るいは同期リングの摩擦面のようなエンジン部材
の滑り面や摩擦面の上に好ましくはプラズマ溶射
法により、耐摩耗性で且つ脱落し難い被覆層を形
成するための酸化アルミニウム及び二酸化チタン
を含む溶射用粉末に関する。
び／又は高温負荷に曝される例えばピストンリン
グ、ピストンヘツド、ピストンのトツプランドあ
るいは同期リングの摩擦面のようなエンジン部材
の滑り面や摩擦面の上に好ましくはプラズマ溶射
法により、耐摩耗性で且つ脱落し難い被覆層を形
成するための酸化アルミニウム及び二酸化チタン
を含む溶射用粉末に関する。
例えば米国特許第3697091号公報によつて内燃
エンジン用のピストンリングの滑り面を耐摩耗性
の硬質クロム層又はモリブデン層を用いる代りに
好ましくは酸化アルミニウムと二酸化チタン又は
二酸化ジルコニウムとよりなる酸化物セラミツク
材料の層で被覆することが公知である。このよう
な類いの層は高い熱負荷においても良好な耐摩耗
性及び燃焼痕防止の確実性によつて優れている。
しかしながらこれらの層はなお比較的熱シヨツク
に対して敏感であり、それによりこれらの被覆層
は小さな多数の堀り込みを設けて被覆し、或いは
また全面的に溶射被覆された形で存在していても
はげ落ちてそれに伴い相手側滑り部材に強い摩耗
が引き起される場合がある。
エンジン用のピストンリングの滑り面を耐摩耗性
の硬質クロム層又はモリブデン層を用いる代りに
好ましくは酸化アルミニウムと二酸化チタン又は
二酸化ジルコニウムとよりなる酸化物セラミツク
材料の層で被覆することが公知である。このよう
な類いの層は高い熱負荷においても良好な耐摩耗
性及び燃焼痕防止の確実性によつて優れている。
しかしながらこれらの層はなお比較的熱シヨツク
に対して敏感であり、それによりこれらの被覆層
は小さな多数の堀り込みを設けて被覆し、或いは
また全面的に溶射被覆された形で存在していても
はげ落ちてそれに伴い相手側滑り部材に強い摩耗
が引き起される場合がある。
従つてこのような欠点を防ぐためにドイツ特許
第3033332号公報によれば、ピストンリングを被
覆するための酸化アルミニウムと二酸化チタンと
からなるプラズマ溶射用粉末に酸化イツトリウム
を２ないし６重量％の量で添加することが公知で
ある。このようにしてこの種の被覆層の熱シヨツ
ク安定性もそれらの層の耐摩耗性及び高温安定性
を本質的に低下させることなく本質的に改善され
た。しかしながらいずれにしてもこのような手段
によつてはピストンリングの上の酸化アルミニウ
ム／二酸化チタンプラズマ溶射層の種々の欠点、
中でもこのものの熱シヨツク安定性についての欠
点並びにそれに伴つてこのものゝ剥げ落ち安定性
あるいはこのものの相手側滑り部材との馴染みの
悪い性質等についての欠点は未だ完全には除かれ
てはいない。
第3033332号公報によれば、ピストンリングを被
覆するための酸化アルミニウムと二酸化チタンと
からなるプラズマ溶射用粉末に酸化イツトリウム
を２ないし６重量％の量で添加することが公知で
ある。このようにしてこの種の被覆層の熱シヨツ
ク安定性もそれらの層の耐摩耗性及び高温安定性
を本質的に低下させることなく本質的に改善され
た。しかしながらいずれにしてもこのような手段
によつてはピストンリングの上の酸化アルミニウ
ム／二酸化チタンプラズマ溶射層の種々の欠点、
中でもこのものの熱シヨツク安定性についての欠
点並びにそれに伴つてこのものゝ剥げ落ち安定性
あるいはこのものの相手側滑り部材との馴染みの
悪い性質等についての欠点は未だ完全には除かれ
てはいない。
従つて本発明の目的は、酸化アルミニウムと二
酸化チタンとを含む熱溶射被覆層をその耐摩耗
性、燃焼痕防止性、熱衝撃安定性及びそれらと結
び合わせてこのものゝはげ落ち耐久性あるいは相
手滑り部材に対する親和性に関して更に改善する
ことである。このような熱溶射被覆層はできるだ
け簡単且つ安価に作ることができ、そして後加工
できるものでなければならず、且つそれらはピス
トンリングの上に小さな多数の小間に間仕切りを
設けて載せた被覆に適しているばかりでなく同様
な負荷を受ける例えばピストンヘツドあるいはピ
ストンのトツプランドや、更にはまた同期リング
の摩耗面等のような内燃エンジンにおける種々の
エンジン部材の上の被覆層にも適するものでなけ
ればならない。
酸化チタンとを含む熱溶射被覆層をその耐摩耗
性、燃焼痕防止性、熱衝撃安定性及びそれらと結
び合わせてこのものゝはげ落ち耐久性あるいは相
手滑り部材に対する親和性に関して更に改善する
ことである。このような熱溶射被覆層はできるだ
け簡単且つ安価に作ることができ、そして後加工
できるものでなければならず、且つそれらはピス
トンリングの上に小さな多数の小間に間仕切りを
設けて載せた被覆に適しているばかりでなく同様
な負荷を受ける例えばピストンヘツドあるいはピ
ストンのトツプランドや、更にはまた同期リング
の摩耗面等のような内燃エンジンにおける種々の
エンジン部材の上の被覆層にも適するものでなけ
ればならない。
この目的は本発明によれば50ないし90重量％の
酸化アルミニウムと５ないし40重量％の二酸化チ
タンとよりなり、これに合計して５ないし30重量
％の酸化ランタン（La2O3）及び／又は酸化ニオ
ブ（Nb2O5）が、場合により30重量％までの含有
量の炭酸カルシウムと共に加えられているような
溶射用粉末によつて達成される。
酸化アルミニウムと５ないし40重量％の二酸化チ
タンとよりなり、これに合計して５ないし30重量
％の酸化ランタン（La2O3）及び／又は酸化ニオ
ブ（Nb2O5）が、場合により30重量％までの含有
量の炭酸カルシウムと共に加えられているような
溶射用粉末によつて達成される。
すなわち本発明者等は添加剤として酸化ランタ
ンのみを用いた場合にはこのものは炭酸カルシウ
ムの添加を行うことなく単独で使用することもで
きるということを見出している。この酸化ランタ
ンはこの場合に本発明においては是非とも純粋な
酸化ランタンとして存在していなければならない
ことはなく、これは他の稀土類金属の酸化物をも
約30重量％までの量で混合物として含んでいるこ
とができる。しかしながら酸化ニオブを添加材と
して使用する場合にはこのものは好ましくは最高
で30重量％までの炭酸カルシウムを含有している
のがよい。
ンのみを用いた場合にはこのものは炭酸カルシウ
ムの添加を行うことなく単独で使用することもで
きるということを見出している。この酸化ランタ
ンはこの場合に本発明においては是非とも純粋な
酸化ランタンとして存在していなければならない
ことはなく、これは他の稀土類金属の酸化物をも
約30重量％までの量で混合物として含んでいるこ
とができる。しかしながら酸化ニオブを添加材と
して使用する場合にはこのものは好ましくは最高
で30重量％までの炭酸カルシウムを含有している
のがよい。
すなわち本発明に従う典型的な溶射用粉末は下
記： 酸化アルミニウム（Al2O3） 50重量％ 二酸化チタン（TiO2） 30重量％ 並びに下記： 酸化ランタン（La2O3）、又は 16％の酸化ニオブ（Nb2O5）と４％の炭酸カルシ
ウムとの、あるいは合計して16％の酸化ランタン
（La2O3）及び／又は酸化ニオブ（Nb2O5）と４
％の炭酸カルシウムとの混合物 よりなる添加材 20重量％ からなる。
記： 酸化アルミニウム（Al2O3） 50重量％ 二酸化チタン（TiO2） 30重量％ 並びに下記： 酸化ランタン（La2O3）、又は 16％の酸化ニオブ（Nb2O5）と４％の炭酸カルシ
ウムとの、あるいは合計して16％の酸化ランタン
（La2O3）及び／又は酸化ニオブ（Nb2O5）と４
％の炭酸カルシウムとの混合物 よりなる添加材 20重量％ からなる。
好ましくはこの溶射用粉末は個々の成分相互の
混合物の形で用いるのがよい。しかしながら本発
明においてはそれらの各成分のうちの少なくとも
２種以上が結合粉末の形で、または互いにプレス
されたマイクロペレツトの形で存在していること
も可能であり、あるいはそれらの各成分の少なく
とも２種類以上が相互の化合物の形で用いられて
もよい。好ましくはその用いられる各粉末の粒径
は5μｍと106μｍとの間であるのがよい。
混合物の形で用いるのがよい。しかしながら本発
明においてはそれらの各成分のうちの少なくとも
２種以上が結合粉末の形で、または互いにプレス
されたマイクロペレツトの形で存在していること
も可能であり、あるいはそれらの各成分の少なく
とも２種類以上が相互の化合物の形で用いられて
もよい。好ましくはその用いられる各粉末の粒径
は5μｍと106μｍとの間であるのがよい。
溶射被覆層の形成は好ましくは窒素と水素ガ
ス、アルゴンと水素ガス、あるいはまた窒素とア
ルゴンとよりなる一次ガスと二次ガスとを用いる
プラズマ溶射法によつて行うのがよい。この場合
にその溶射被覆層の被覆は好ましくは鋳鉄、鋼鉄
又は更にアルミニウムあるいはアルミニウム合金
よりなるエンジン部材の上に直接に、又は多くの
場合にモリブデン、ニツケルクロム合金、または
ニツケルアルミニウム合金よりなる前以つて被覆
された中間層の使用のもとに行われる。このよう
な溶射被覆層は全面的に溶射被覆するか、又は一
方側に仕切りを付けた多数の掘り込み部の中に充
填物として溶射形成することができる。この溶射
用粉末は好ましくは内燃エンジンのピストンリン
グの被覆のために、あるいはまたピストンヘツド
及び／又はピストンのトツプランドの部分の全面
的又は部分的な被覆のために用いられる。しかし
ながらまたこの溶射用粉末は他の、例えば中でも
同期リング等のエンジン部材の摩擦面に耐摩耗性
被覆層を形成するためにも適している。
ス、アルゴンと水素ガス、あるいはまた窒素とア
ルゴンとよりなる一次ガスと二次ガスとを用いる
プラズマ溶射法によつて行うのがよい。この場合
にその溶射被覆層の被覆は好ましくは鋳鉄、鋼鉄
又は更にアルミニウムあるいはアルミニウム合金
よりなるエンジン部材の上に直接に、又は多くの
場合にモリブデン、ニツケルクロム合金、または
ニツケルアルミニウム合金よりなる前以つて被覆
された中間層の使用のもとに行われる。このよう
な溶射被覆層は全面的に溶射被覆するか、又は一
方側に仕切りを付けた多数の掘り込み部の中に充
填物として溶射形成することができる。この溶射
用粉末は好ましくは内燃エンジンのピストンリン
グの被覆のために、あるいはまたピストンヘツド
及び／又はピストンのトツプランドの部分の全面
的又は部分的な被覆のために用いられる。しかし
ながらまたこの溶射用粉末は他の、例えば中でも
同期リング等のエンジン部材の摩擦面に耐摩耗性
被覆層を形成するためにも適している。
本発明に従う溶射用粉末を用いてプラズマ溶射
により幾つかの試料に種々異つた被覆層を形成さ
せた。耐摩耗性、耐熱性、熱シヨツク安定性及び
剥げ落ち安定性をテストし、そしていずれも優れ
た値が示された。
により幾つかの試料に種々異つた被覆層を形成さ
せた。耐摩耗性、耐熱性、熱シヨツク安定性及び
剥げ落ち安定性をテストし、そしていずれも優れ
た値が示された。
乗用車の高速回転ジーゼルエンジンにおけるエ
ンジンテストのためにそのピストンリングを本発
明に従う種々の粉末組成物で全面溶射被覆の形
で、及び片側又は両側に仕切りを付けた多数の堀
込みを設けた形で中間層を用いあるいはこれを用
いることなく溶射被覆した。極端な負荷をシユミ
レーシヨンして行つたテスト運転の後でそれらの
被覆層は僅かな摩耗しか示さず、また燃焼痕形成
やはげ落ち現象は全く見られなかつた。相手側滑
り部材としてのシリンダ滑動面を検査したとこ
ろ、大きな摩耗傷は全く見られなかつた。本発明
に従い酸化ニオブ、酸化ランタン、および／また
は炭酸カルシウムの添加材を使用することによつ
て酸化アルミニウムと二酸化チタンとからなる公
知の溶射用粉末は、中でもその熱シヨツク安定性
及びそのはげ落ち安定性に関して、これが内燃エ
ンジンの熱負荷を受け且つ摩耗に曝されるエンジ
ン部材に被覆層を形成するのに適するように本質
的に改善される。この場合にその溶射被覆層の本
質的に改善されたはげ落ち安定性は二つの異つた
作用機構によつてもたらされるものゝようであ
る。即ち酸化ランタン及び／又は酸化ニオブを炭
酸カルシウムと共に５ないし10重量％の割合での
み添加した場合には、中でもその溶射被覆層の緊
密な接着性が改善されるということが見出されて
いる。これらの添加材の添加量を更に30重量％の
割合まで増大させた場合にその溶射被覆層は多数
の顕微鏡的な微細な亀裂を示したがこれらが負荷
に際してその被覆層内の種々の内部応力を部分的
又は完全に逓減させ、そのようにしてその溶射被
覆層又は溶射被覆層の一部の剥げ落ちを効果的に
阻止する。
ンジンテストのためにそのピストンリングを本発
明に従う種々の粉末組成物で全面溶射被覆の形
で、及び片側又は両側に仕切りを付けた多数の堀
込みを設けた形で中間層を用いあるいはこれを用
いることなく溶射被覆した。極端な負荷をシユミ
レーシヨンして行つたテスト運転の後でそれらの
被覆層は僅かな摩耗しか示さず、また燃焼痕形成
やはげ落ち現象は全く見られなかつた。相手側滑
り部材としてのシリンダ滑動面を検査したとこ
ろ、大きな摩耗傷は全く見られなかつた。本発明
に従い酸化ニオブ、酸化ランタン、および／また
は炭酸カルシウムの添加材を使用することによつ
て酸化アルミニウムと二酸化チタンとからなる公
知の溶射用粉末は、中でもその熱シヨツク安定性
及びそのはげ落ち安定性に関して、これが内燃エ
ンジンの熱負荷を受け且つ摩耗に曝されるエンジ
ン部材に被覆層を形成するのに適するように本質
的に改善される。この場合にその溶射被覆層の本
質的に改善されたはげ落ち安定性は二つの異つた
作用機構によつてもたらされるものゝようであ
る。即ち酸化ランタン及び／又は酸化ニオブを炭
酸カルシウムと共に５ないし10重量％の割合での
み添加した場合には、中でもその溶射被覆層の緊
密な接着性が改善されるということが見出されて
いる。これらの添加材の添加量を更に30重量％の
割合まで増大させた場合にその溶射被覆層は多数
の顕微鏡的な微細な亀裂を示したがこれらが負荷
に際してその被覆層内の種々の内部応力を部分的
又は完全に逓減させ、そのようにしてその溶射被
覆層又は溶射被覆層の一部の剥げ落ちを効果的に
阻止する。
従つて本発明によつて酸化アルミニウムと二酸
化チタンとをベースとする溶射用粉末が作り出さ
れたが、これを用いた場合に好ましくはプラズマ
溶射法によつて、中でも熱的な負荷を受ける内燃
エンジンにおける種々のエンジン部材の上に耐摩
耗性で燃焼痕を形成せず、且つ同時に耐熱性で熱
衝撃に安定であり、またそれと共に剥げ落ちを生
じない被覆層を形成することができる。この溶射
用粉末は中でも酸化アルミニウムと二酸化チタン
とを用いていることによつて安価であり、そして
それから形成された被覆層はその溶射のあとで比
較的簡単にあと加工することができる。下記の溶
射用粉末を用いた場合にエンジンのテスト運転に
おいて特によい値が得られた。
化チタンとをベースとする溶射用粉末が作り出さ
れたが、これを用いた場合に好ましくはプラズマ
溶射法によつて、中でも熱的な負荷を受ける内燃
エンジンにおける種々のエンジン部材の上に耐摩
耗性で燃焼痕を形成せず、且つ同時に耐熱性で熱
衝撃に安定であり、またそれと共に剥げ落ちを生
じない被覆層を形成することができる。この溶射
用粉末は中でも酸化アルミニウムと二酸化チタン
とを用いていることによつて安価であり、そして
それから形成された被覆層はその溶射のあとで比
較的簡単にあと加工することができる。下記の溶
射用粉末を用いた場合にエンジンのテスト運転に
おいて特によい値が得られた。
溶射用粉末１
酸化アルミニウム（Al2O3） 55重量％
二酸化チタン（TiO2） 35重量％
酸化ニオブ（Nb2O5） ８重量％
炭酸カルシウム（CaCO3） ２重量％
溶射用粉末２
酸化アルミニウム（Al2O3） 50重量％
二酸化チタン（TiO2） 30重量％
酸化ランタン（La2O3） 20重量％
溶射用粉末３
酸化アルミニウム（Al2O3） 50重量％
二酸化チタン（TiO2） 30重量％
酸化ニオブ（Nb2O5） 16重量％
炭酸カルシウム（CaCO3） ４重量％
使用する中間層は好ましくは80重量％のニツケ
ルと20重量％のクロムとのニツケルクロム合金又
は95重量％のニツケルと５重量％のアルミニウム
とのニツケルアルミニウム合金であるのがよい。
ルと20重量％のクロムとのニツケルクロム合金又
は95重量％のニツケルと５重量％のアルミニウム
とのニツケルアルミニウム合金であるのがよい。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 特に内燃機関において滑り摩擦および／また
は高温負荷に曝される、例えばピストンリング、
ピストンヘツド、ピストンのトツプランド或いは
同期リングの摩擦面のような機関部材の滑り面や
摩擦面の上に好ましくはプラズマ溶射法により、
耐摩耗性で且つ脱落し難い被覆層を形成するため
の、酸化アルミニウムおよび二酸化チタンを含む
溶射用粉末において、この粉末が50ないし90重量
％の酸化アルミニウム（Al2O3）および５ないし
40重量％の二酸化チタン（TiO2）よりなり、こ
れに５ないし30重量％の酸化ランタン（La2O3）
および／または酸化ニオブ（Nb2O5）が加えられ
ていることを特徴とする、上記溶射用粉末。 ２ 溶射用粉末が５ないし30重量％の酸化ランタ
ン（La2O3）を添加材として含んでいる、特許請
求の範囲第１項記載の溶射用粉末。 ３ 溶射用粉末が５ないし30重量％の酸化ランタ
ン（La2O3）および／または酸化ニオブ
（Nb2O5）を30重量％までの炭酸カルシウム
（CaCO3）と共に含んでいる、特許請求の範囲第
１項記載の溶射用粉末。 ４ 溶射用粉末が５ないし30重量％の酸化ニオブ
（Nb2O5）を30重量％までの炭酸カルシウム
（CaCO3）と共に含んでいる、特許請求の範囲第
３項記載の溶射用粉末。 ５ 溶射用粉末が50重量％の酸化アルミニウム
（Al2O3）と、30重量％の二酸化チタン（TiO2）
と、16重量％の酸化ニオブ（Nb2O5）と、および
４重量％までの炭酸カルシウム（CaCO3）とか
らなつている、特許請求の範囲第４項記載の溶射
用粉末。 ６ 溶射用粉末が50重量％の酸化アルミニウム
（Al2O3）、30重量％の二酸化チタン（TiO2）、及
び20重量％の酸化ランタン（La2O3）よりなつて
いる、特許請求の範囲第１または第２項記載の溶
射用粉末。 ７ 溶射用粉末が50重量％の酸化アルミニウム
（Al2O3）と、30重量％の二酸化チタン（TiO2）
と、及び酸化ランタン（La2O3）、酸化ニオブ
（Nb2O5）及び炭酸カルシウム（CaCO3）の混合
物20重量％とからなつている、特許請求の範囲第
３項記載の溶射用粉末。 ８ 溶射用粉末が各成分の混合物からなつてい
る、上記特許請求の範囲第１ないし第７項のいず
れか一つに記載された溶射用粉末。 ９ 溶射用粉末が少なくとも２種の互にプレスさ
れた成分よりなるマイクロペレツトを含んでい
る、特許請求の範囲第１ないし第７項のいずれか
一つに記載された溶射用粉末。 １０ 溶射用粉末が各成分の少なくとも２種より
なる結合粉末を含んでいる、特許請求の範囲第１
ないし第７項のいずれか一つに記載された溶射用
粉末。 １１ 溶射用粉末が各酸化物成分の少なくとも２
種の反応性生物を含んでいる、特許請求の範囲第
１ないし第７項のいずれか一つに記載された溶射
用粉末。 １２ 酸化ランタンが他の稀土類元素の酸化物を
含んでいる、特許請求の範囲第１ないし第３項ま
たは第６ないし第１１項のいずれか一つに記載さ
れた溶射用粉末。 １３ 用いた成分の粒径が５ないし106μｍであ
る、特許請求の範囲第１ないし第１２項のいずれ
か一つに記載された溶射用粉末。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE3244073A DE3244073C1 (de) | 1982-11-29 | 1982-11-29 | Spritzpulver mit Aluminiumoxid und Titandioxid fuer die Herstellung verschleissfester und ausbruchsicherer Beschichtungen |
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Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59107080A JPS59107080A (ja) | 1984-06-21 |
| JPH0416542B2 true JPH0416542B2 (ja) | 1992-03-24 |
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