NO863883L - Aluminiumbasert artikkel med keramisk beskyttelsesbelegg og fremgangsmaate til fremstilling derav. - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår en aluminiumbasert artikkel forsynt med et varmebarriere-belegg, særlig motordeler så som stempelhode eller sylindertopp, en fremgangsmåte til fremstilling derav, samt anvendelse av slike belegg på aluminiumbaserte overflater for beskyttelse mot virkningen av høye temperaturer, spesielt varmesjokk, og mot korrosjon; og anvendelse av et spesielt bindesjikt.

Det er kjent at metallartikler kan belegges med en varmebarriere som gjør artikkelen mer resistent mot høye temperaturer. Således er det kjent å belegge f.eks. et motorstempel med keramiske materialer. Mer spesielt er det kjent å belegge aluminiumbaserte (silumin-) motorstempler med en varmebarriere i form av et "sandwich"-belegg bestående av vekselvise lag av keramisk materiale, så som ZrC>2 / og cermet-lag i hvilke zirkoniumdioksyd kan inngå. Et kjent belegg av denne art består av et Ni-Al-bindesjikt på substratet, fulgt av et cermet-lag (30% NiAl, 70% keram), et keram-lag, og deretter flere cermet-lag (70% NiAl, 30% keram) alternerende med keram-lag/ idet ytterlaget er keram.

Et slikt "sandwich"-belegg, med ZrO^som keram, er

blitt utprøvet bl.a. av nærværende oppfinner under anvendelse av en for slike belegg vanlig akseptert test. Denne "akselererte" test går i hovedsak ut på at belegget underkastes be-handlingssykluser omfattende oppvarmning og bråkjøling, idet hver syklus består i at belegget i 15 sekunder utsettes for en flamme som har en temperatur på 1100°C, hvoretter belegget kjøles med vann i 15 sekunder, fulgt av tørking med trykkluft.

Det ble funnet at nevnte "sandwich"-belegg ikke til-fresstiller de vanlige fordringer til varmeresistens for be-

legg på aluminiumlegering. Det oppstod sprekker/riss, først i cermet-materialet, og Zr02~topplaget begynte deretter å avskalle.

Såvidt vites har det hittil ikke vært rapportert at

noen har fått keramiske belegg til å "sitte" på aluminium-legeringer, testet på ovennevnte vanlig aksepterte måte.

For jern/stål-substrater er det kjent å bruke et bindesjikt av MCr-AlY, hvor M = Ni, Co, Fe eller NiCo. For Al-baserte substrater er det, som nevnt ovenfor, kjent å bruke et bindesjikt av nikkelaluminid d.v.s. at nikkel er hovedmetallet.

Det ble nå funnet at varmebarriere-belegg innbefattende et ytre topplag av stabilisert eller delvis stabilisert Zr02

med fordel kan avsettes på substrater av aluminium-legering,

så som silumin, ved hjelp av et spesielt bindesjikt av aluminiumlegering. Fortrinnsvis anvendes et cermet-lag mellom bindesjiktet og det ytre ZrO^-topplag.

Oppfinnelsen angår således en aluminiumbasert artikkel med varme- og korrosjonsbeskyttende, varmesjokk-resistent belegg, særlig motordeler så som stempelkrone, sylinderhode eller topplokk,karakterisert vedat den har et belegg bestående av et aluminiumbasert bindesjikt og et ytre topplag av stabilisert eller delvis stabilisert zirkoniumdioksyd, samt eventuelt et cermet-lag, omfattende zirkoniumdioksyd og en aluminiumbasert metallkomponent, mellom bindesjiktet og det ytre zirkoniumdioksyd-topplag. Bindesjiktet har fortrinnsvis en tykkelse i området 0,1 - 0,6 mm, spesielt ca. 0,3 mm. Det ytre topplag av stabilisert eller delvis stabilisert zirkoniumdioksyd har fortrinnsvis en tykkelse i området 0,5 - 2,5 mm, spesielt 1,0 -

1,5 mm.

En foretrukket utførelsesform av artikkelen ifølge oppfinnelsen går ut på at bindesjiktet er påført ved termisk sprøyting av et hurtigstørknet pulver. Pulverets partikkel-størrelser ligger fortrinnsvis i området 5 ym - 60 ym, spesielt 10 - 40 ym.

Ifølge en ytterligere, foretrukket utførelsesform består bindesjiktet hovedsakelig av 60 - 80 vekt% Al og 40 - 20 vekt% Si. Det nevnte pulver har således fortrinnsvis denne sammensetning.

En annen foretrukken utførelsesform går ut på at cermet-laget er et lag bestående hovedsakelig av zirkoniumdioksyd og en aluminiumbasert legering, fortrinnsvis en legering av 60 -

80 vekt% Al og 40 - 20 vekt% Si, og at metallandelen i cermet-laget avtar hovedsakelig jevnt i retning utover mot det ytre zirkoniumdioksyd-topplag, idet zirkoniumdioksydandelen i cermet-laget øker fra 0 innerst til 100% zirkoniumdioksyd ved overgangen til det ytre topplag. Cermet-laget har fortrinnsvis en tykkelse i området 0,2 - 0,6 mm. Ifølge en ytterligere, fortrukket utførelsesform av artikkelen ifølge oppfinnelsen har det ytre topplag av stabilisert eller delvis stabilisert Zr02en porøsitet i området 5 - 15 volum*.

Oppfinnelsen omfatter også en fremgangsmåte til fremstilling av en aluminiumbasert artikkel med varme- og korrosjonsbeskyttende, varmesjokk-resistent belegg, særlig motordeler så som stempelkrone, sylinderhode eller topplokk, og fremgangsmåten erkarakterisert vedat det på den overflate som skal belegges, påføres et Al-basert bindesjikt, fortrinnsvis med en tykkelse i området 0,1 - 0,6 mm, spesielt ca. 0,3 mm, og et ytre topplag av stabilisert eller delvis stabilisert zirkoniumdioksyd, fortrinnsvis med en tykkelse i området 0,5 - 2,5 mm, spesielt 1,0 - 1,5 mm, samt eventuelt et cermet-lag, omfattende zirkoniumdioksyd og en aluminiumbasert metallkomponent, mellom bindesjiktet og det ytre zirkoniumdioksyd-topplag.

En foretrukken utførelsesform av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen går ut på at bindesjiktet påføres ved termisk sprøyting av et hurtigstørknet pulver, fortrinnsvis et pulver med partikkelstørrelser i området 5 um - 60 ym, spesielt.10 -

40 ym.

Ifølge en ytterligere, foretrukket utførelsesform av fremgangsmåten blir det som aluminiumbasert legering for bindesjiktet anvendt en legering som hovedsakelig består av 60 -

80 vekt% Al og 40 - 20 vekt% Si.

En annen foretrukket utførelsesform av fremgangsmåten går ut på at det som cermet-lag påføres et lag bestående hovedsakelig av zirkoniumdioksyd og en aluminiumbasert legering, fortrinnsvis en legering av 60 - 80 vekt% Al og 40 - 20 vekt% Si,

og at cermet-laget påføres med en hovedsakelig jevnt avtagende metallandel, regnet i retning utover mot det ytre zirkoniumdioksyd-topplag, idet zirkoniumdioksyd-andelen i cermet-laget tilsvarendeøkes fra 0 innerst til 100% zirkoniumdioksyd ved overgangen til det ytre topplag. Cermet-laget blir. fortrinns-

vis gitt en tykkelse i området 0,2 - 0,6 mm.

En ytterligere, foretrukket utførelsesform av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen går ut på at cermet-laget på-føres ved termisk sprøyting og at substratet holdes ved en temperatur på ca. 300°C under sprøytingen ved anvendelse av gasskjøling, f.eks. med en blanding av luft og C02, og at substratet fortrinnsvis holdes ved ca. 300°C også under påsprøy-tingen av de første 100 - 200 ym av Zr02~laget, hvoretter resten av Zr02_laget påsprøytes under slik avpasset kjøling, fortrinnsvis med C02-gass, at temperaturen på overflaten av arbeidsstykket gradvis faller til ca. 100°C ved slutten av Zr02~påsprøytingen.

Zirkoniumdioksyd-laget kan påføres ved termisk sprøyting på konvensjonell måte. Mens en overflatetemperatur på ca. 300°C foretrekkes for substratet under påsprøytingen av cermet-laget, er det blitt funnet gunstig for oppfinnelsens formål å kjøle arbeidsstykket (substratet, eksempelvis en stempelkrone) noe sterkere under påsprøytingen av zirkoniumdioksyd-laget, nemlig slik at overflatetemperaturen gradvis faller til ca. 100°C ved slutten av hele sprøyteoperasjonen. Mest foretrukket anvendes imidlertid den modifikasjon av kjølingen som går ut på at overflatetemperaturen på ca. 300°C opprettholdes også under på-sprøytingen av de første 100 - 200 ym, fortrinnsvis ca. 150 ym, av zirkoniumdioksydlaget, hvoretter en sterkere kjøling med gass startes. Reguleringen av kjølingen kan lett oppnås ved hensiktsmessig valg av kjølegass og dennes temperatur.

Uttrykkene 'stabilisert" og "delvis stabilisert", som er kjent for fagfolk på området, refererer seg til at ZrC^-gitteret kan stabiliseres ved hjelp av andre oksyder, særlig ^0^ og MgO. Pulvere av slik stabilisert eller delvis stabilisert

ZrC^er kommersielt tilgjengelige. For oppfinnelsens formål anvendes fortrinnsvis et delvis stabilisert kubisk ZrC^, som inne-holder opptil 20 vekt%<Y>2°3'fortrinnsv;i-s ca • 8 vekt% ^ 2Q3' eller opptil 24 vekt% MgO.

Uttrykket "hurtigstørknet metallpulver" er velkjent blant metallurger. Hurtigstørkning anvendes for å "fryse" en ønsket, ustabil metallstruktur som ikke ville oppnås hvis f .eks. metalldråper kjøles langsomt. Hurtigstørkning er spesielt aktuelt når man vil oppnå en legering med større løselighet for en eller flere legeringskomponenter, eller for å unngå seigring i materialet, d.v.s. oppnå større homogenitet. Fremstillingen av hurtigstørknede metallpulvere er generelt kjent. Slike metallpulvere blir vanligvis fremstilt under anvendelse av en kjøle-hastighet av størrelsesorden 10^ °C/minutt. En kjølehastighet så høy som 10^ °C/minutt er imidlertid ikke alltid nødvendig ved fremstilling av pulvere egnet til bruk i foreliggende oppfinnelse, da en lavere kjølehastighet kan gi en mikrostruktur-homogenitet som er tilstrekkelig for noen anvendelser.

Keramiske belegg på varmebelastede deler i forbrennings-motorer må ha gode termosjokk- og heft-egenskaper, samt gode erosjons- og korrosjonsegenskaper. Det bindesjikt som kommer til anvendelse ifølge oppfinnelsen, er blitt funnet å være av av-gjørende betydning for at et vellykket totalbelegg med lang leve-tid skal kunne oppnås.

Det er funnet at bindesjiktet bør ha en tykkelse i området ca. 0,1 - 0,6 mm, fortrinnsvis ca. 0,3 mm. Er bindesjiktet tynnere enn 0,1 mm blir gjerne dets hovedfunksjon, d.v.s. å binde det underliggende substrat til det overliggende lag, for dårlig, og et tykkere bindesjikt enn 0,6 mm har vist seg å medføre øket risiko for materialsvikt når materialet utsettes for store temperatursvingninger. Under enhver omstendig-het er det unødvendig å gjøre bindesjiktet tykkere enn 0,6 mm, selv om dette ikke er en øvre grense.

Det vil forstås at bindesjiktet ikke har noen skarpt definert minstetykkelse, idet denne avhenger av flere faktorer, bl.a. kornstørrelsene av de pulverpartikler som påføres substratet for å danne god binding til keram, og den kvalitet (varmesjokk-resistens, holdbarhet) som kreves i det enkelte tilfelle. Således kan det i noen tilfeller tolereres at bindesjiktet er punktvis gjennombrutt av f.eks. ZrC^-partikler.

Dette er imidlertid ikke foretrukket. Videre vil det forstås

at bindesjiktet kan gå gradvis over i det keram-holdige lag, faktisk er det nettopp dette som foretrekkes. Det er blitt funnet at en jevn, gradvis overgang fra det metall-baserte bindesjikt til det ytre ZrC^-topplag gir dernest pålitelige belegg, d.v.s. ZrO^-innholdet øker hovedsakelig jevnt fra bindesjiktet og ut til Zr02-topplaget.

Den legering som anvendes for bindesjiktet, er som nevnt basert på aluminium som hovedbestanddel, og fortrinnsvis består legeringen hovedsakelig av 60 - 80 vekt% Al og 40 - 20 vekt% Si. Valget av legeringssammensetning vil imidlertid i noen grad avhenge av substratets kjemiske sammensetning. En op-timalisering i denne henseende kan på betryggende måte bare skje ved grundig testing av det ferdige belegg. Avhengig av de fordringer som stilles i det gitte tilfelle vil andre metaller enn aluminium og silisium kunne tolereres i mindre mengder, f.eks. nikkel og/eller jern i mengder som fortrinnsvis ikke overstiger 5 vekt%, men som kan være betydelig høyere, avhengig av substratets kjemiske sammensetning. Det er imidlertid viktig at bindesjiktet er kompatibelt med substratet. Bindesjiktet bør også være mest mulig korrosjonsresistent i bruksmiljøet.

De ovenfor nevnte foretrukne prosentområder, 60 - 80 % Al og 40 - 20 % Si, gjelder således når forurensninger ikke er til stede, eller ikke tas i betraktning. Foruten jern og/eller andre metalliske komponenter eller forurensninger kan den Al-Si-legering som anvendes for bindesjiktet, inneholde metalloksyder i en mengde opp til 8 vekt%. Med mindre spesielle forholds-regler tas for å unngå oksyd-dannelse, såsom anvendelse av vakuum eller inert gass, vil bindesjiktet vanligvis inneholde noen prosent av metalloksyder som dannes på grunn av høy-temperatur-miljøet under termisk sprøyting av Al-Si-legerings-pulveret.

Anvendelsen av et bindesjikt som beskrevet i det foreliggende er blitt funnet å være nøkkelen til oppnåelse av et varmeresistent, bestandig keramisk belegg på et Al-basert legeringssubstrat. Dette bindesjikt av hurtigstørknet Al-Si-basert legering synes å redusere til et minimum de termisk/- mekaniske påkjenninger og spenninger som forårsakes av store temperatur-fluktuasjoner eller termisk sjokk. Anvendelsen av et slikt bindesjikt utgjør således en vesentlig del av den foreliggende oppfinnelse.

Cermet-laget tjener til å tilveiebringe en gradvis overgang mellom det metalliske bindesjikt og det keramiske zirkoniumdioksyd-topplag, hvorved mekaniske spenninger under sterkt varierende temperaturer (varmesjokk) reduseres. For noen anvendelsesformål vil imidlertid cermet-laget kunne sløyfes, idet totalbeleggets brukskvalitet likevel kan finnes tilfredsstillende. For særlig krevende anvendelser, så som i tilfellet av varmebelastede motordeler, vil det i alminnelighet være nødvendig eller ønskelig å bruke et cermet-lag mellom bindesjiktet og det keramiske topplag. Det vil imidlertid ikke alltid være nødvendig å bruke et cermet-lag av den ovenfor beskrevne foretrukne type, d.v.s. hvor cermet-lagets innhold av keramisk komponent gradvis økes i retning utover mot det ytre zirkoniumdioksyd-topplag. Oppfinnelsen er ikke begrenset til anvendelsen av denne foretrukne utførelsesform av cermet-laget, idet hvilke som helst andre utførelser av cermet-laget, anvendt i forbindelse med det beskrevne bindesjikt, anses å falle innenfor oppfinnelsens ramme. Således kan det for mange anvendelser være tilfredsstillende f.eks. å bruket et cermet-lag i hvilke innholdet av den keramiske komponent øker ujevnt, eventuelt sprangvis eller trinnvis, i retning utover mot zirkoniumdioksyd-topplaget. Det skal imidlertid under-strekes at det beskyttelsesbelegg som kommer til anvendelse ifølge oppfinnelsen, fortrinnsvis innbefatter et cermet-lag mellom bindesjiktet og zirkoniumdioksyd-topplaget.

Det foretrukne cermet-lag påføres hensiktsmessig ved termisk sprøyting, og en foretrukken utførelsesform av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen går ut på at cermet-laget påsprøytes under anvendelse av to pulvermatere, den ene for metallkomponenten og den andre for den keramiske komponent, idet begge pulvertypene føres inn i sprøytepistolens varmesone samtidig. Utstyr som er egnet for pulversprøyting vil bli omtalt nedenfor.

Det substrat (f.eks. et motorstempel) som skal belegges, kan rengjøres på kjent måte, og denne operasjon innbefatter fortrinnsvis sandblåsing med aluminiumoksyd-partikler, dog kan andre partikkelmaterialer anvendes om det ønskes, fortrinnsvis da par-tikler med lignende egenskaper som aluminiumoksydpartikler. En foretrukken utførelsesform av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen går ut på at den substratoverflate som skal belegges, renses ved sandblåsing med grovkornet aluminiumoksyd, fortrinnsvis med korn-størrelser i området 0,5 - 1,7 mm. Det er blitt funnet at det da oppnås en hensiktsmessig grov struktur i substratoverflaten, og det antas at det oppstår spenninger i overflaten som på grunn av høyere energi-nivå i overflaten tjener til å bedre bindesjiktets heftfasthet (muligens oppnås en metallurgisk binding). Den nevnte grove struktur er også fordelaktig ved at den tillater påsprøyting av relativt tykke belegg når dette ønskes.

Påsprøytingen av det endelige zirkoniumdioksyd-topplag er omtalt tidligere. Her skal det derfor bare nevnes at den ønskede porøsitet i det keramiske topplag kan reguleres på konvensjonell måte, f.eks. ved regulering av avstanden mellom sprøyteutstyr og den overflate som skal belegges. Som nevnt ovenfor blir det ifølge oppfinnelsen tilstrebet en porøsitet på 5 - 15 volum%.

Det er blitt funnet at en viss porøsitet i det keramiske topp-

lag er viktig for topplagets seighet.

Det er blitt utført en lang rekke forsøk hvor belegg omfattende bindesjikt, cermet-sjikt og ZrC^-topplag ble på-sprøytet forskjellige varmebelastede motordeler. Det ble anvendt plasma-sprøyte-utstyr fra Eutronic Plasma (fra Castolin + Eutectic, Sveits). Tegningen illustrerer temperaturen på overflaten av arbeidsstykket, i typiske forsøk, etterhvert som beskyttelsesbelegget ble bygget opp. Starten av sprøytingen er ved 0 ym beleggtykkelse på tegningen. Tykkelsen av de tre lag ble variert. Tegningen viser typiske tykkelser.

Substratet ble renset og rugjort ved sandblåsing med aluminiumoksyd ("Metcolite" C), kornstørrelser 0,5 - 1,7 mm.Aluminiumoksyd-sanden ble oppvarmet til 60 - 80°C før bruk, slik at den var.fri for fuktighet.

Bindesjiktet ble påsprøytet uten forvarmning av substratet, ogdettes overflatetemperatur steg til ca. 300°C under sprøytingen. Under påsprøytingen av cermet-laget ble arbeidsstykket kjølt med luft eller en blanding av luft og karbondioksyd og derved holdt på ca. 300°C. Tegningen illustrerer at denne temperatur også ble opprettholdt under påsprøytingen av de første 150 ym av zirkoniumdioksyd-laget, hvoretter kjøling med CC^-gass ble anvendt og regulert slik at arbeidsstykkets overflatetemperatur gradvis falt til 100°C ved sprøytingens slutt.

I regelen ble hele beskyttelsesbelegget påsprøytet praktisk talt uten opphold mellom lagene. Særlig når samme metallkomponent anvendes i cermet-lag som i bindesjikt, lar dette seg lett realisere ved anvendelse av to regulerbare separate pulvermatere for henholdsvis metallkomponent og keram-komponent.

Tabell 1 viser sprøyteparametre som generelt anvendt for bindesjiktet, under anvendelse av ovennevnte Eutronic Plasma-utstyr (Model 85). Disse parametre er egnet for sprøyting av et hurtigstørknet Al-35 Si-pulver (dvs. et pulver i hvilket Si-innholdet er 35 vekt%) på.et substrat av en størrelse tilsvarende størrelsen av en bilmotor-stempelkrone. Hensiktsmessig bør sprøyteparametrene underkastes mindre justeringer når pulvere av forskjellige Si-innhold skal sprøytes. Sprøyteparametrene bør vanligvis også tilpasses størrelsen av det substrat som skal belegges. En fagmann vil være istand til å foreta slike justeringer.

Tabell 2 viser flytegrensen, strekkfastheten og Vickers-hardheten av testeksemplarer laget ved ekstrudering

av godt blandede Al- og Si-pulvere av forskjellige sammen-setninger. Eksemplarene 1-4 ble laget av pulvere med partikkel-størrelser i området 40 - 70 ym og eksemplarene 5-12 ble laget av pulvere med partikkelstørrelser i området 10 - 40 ym. De mekaniske egenskaper av en slik ekstrudert prøve gir en indikasjon på egenskapene av et belegg fremstilt ved termisk sprøyting av det hurtigstørknede Al-Si-pulver fremstilt av det ekstruderte eksemplar. Da de data som erholdtes for eksemplarene 1-11, indikerte at et hurtigstørknet Al-Si-pulver inneholdende litt mindre enn 40 % Si ville kunne gi de beste resultater, ble test 12 utført under anvendelse av en Al-35 Si-legering. Høyre spalte i tabell 2 viser de resultater som erholdtes når det fullstendige, Zr02~avsluttede belegg ble testet under anvendelse av den innledningsvis beskrevne akselererte test omfattende oppvarmning/bråkjøling-sykluser; standard-fordringen ved denne test er 2000 sykluser før svikt.

Som det vil sees av tabell 2, ble varme- og termosjokk-resistens-egenskapene av belegget ifølge oppfinnelsen funnet å tilfredsstille fordringene når Si-innholdet av det anvendte hurtigstørknede Al-Si-pulver var over 20 vekt%. Et Si-innhold på 40 % ansees ikke å være en øvre grense, jfr. test nr. 4. Hurtigstørknede metallpulvere inneholdende mer enn 40 % Si har imidlertid hittil ikke vært tilgjengelige for testing.

Ved oppvarmning/bråkjøling-testen ble bedømmelsen av belegget utført ved mikroskopisk undersøkelse. En grad av avskalling overstigende 5 % av overflatearealet av belegget ble tatt som en grense, dvs.. >5 % betyr svikt.

De substrater som ble belagt var Al-legeringer av den type som vanligvis anvendes for bilmotor-stempler, såsom silumin. Flere belegg er blitt produsert og testet under anvendelse av hvert av de Al-Si-pulvere som er angitt i tabell 2, og resultatene var rimelig godt reproduserbare.

Anvendelse av et topplag av stabilisert eller delvis stabilisert Zr02og påføring av et slikt topplag ved termisk sprøyting er i og for seg velkjent. Det er også kjent at zirkoniumsilikat kan anvendes istedenfor zirkoniumdioksyd, og denne modifikasjon er ment å ligge innenfor den foreliggende oppfinnelsens ramme. Zirkoniumdioksyd er imidlertid bedre enn silikatet for oppfinnelsens formål, hovedsakelig på grunn av den høyere varmeledningsevne hos sistnevnte.

Tabell 3 viser generelt anvendte sprøyteparametre

for ZrC^-topplaget. Det intermediære cermet-lag ble påsprøytet under anvendelse av lignende parametre, idet (noen av) para-metrene gradvis ble endret fra de i tabell 1 til de i tabell 3, se for eksempel henholdsvis 4 bar og 7,4 bar for den sekundære gass.

Lignende tester er blitt utført for å se virkningen av å sløyfe det intermediære cermet-lag, og det viste seg at brukbare belegg kunne produseres, idet de tålte over 2000 sykluser ved oppvarmning/bråkjøling-testen. Sammenlignings- tester viste imidlertid bedre resultater når det foretrukne intermediære cermet-lag ble inkludert i belegget.

Foretrukne utførelsesformer av beskyttelsesbeleggene ifølge oppfinnelsen er også blitt testet i praksis ved at de ble anvendt på motorstempler og sylinderhoder og har vist seg å tåle påkjenningene meget godt. Testingen har innbefattet både små og store artikler (motordeler for skipsdiesel-motorer såvel som bilmotorer, spesielt stempler og sylinderhoder), og resultatene har vært meget tilfredsstillende. Eksempelvis har stempler belagt med de i det foreliggende beskrevne foretrukne beskyttelsesbelegg vært brukt i bilmotorer, og bilene har nå kjørt mer enn 15000 km (for Al-35Si-bindesjiktet) med de nevnte belegg uten at skader er blitt observert på beleggene.

Claims (16)

1. Aluminiumbasert artikkel med varme- og korrosjonsbeskyttende belegg, særlig motordeler så som stempelkrone eller sylinderhode, karakterisert ved at den har et belegg bestående av et aluminiumbasert bindesjikt, fortrinnsvis med en tykkelse i området 0,1 - 0,6 mm, spesielt ca. 0,3 mm, og et ytre topplag av stabilisert eller delvis stabilisert zirkoniumdioksyd, fortrinnsvis med en tykkelse i området 0,5 - 2,5 mm, spesielt 1,0 - 1,5 mm, samt eventuelt et cermet-lag, omfattende zirkoniumdioksyd og en aluminiumbasert metallkomponent, mellom bindesjiktet og det ytre zirkoniumdioksyd-topplag.

2. Artikkel ifølge krav 1, karakterisert ved at bindesjiktet er påført ved termisk sprøyting av et hurtigstørknet pulver, fotrinnsvis med partikkelstørrelser i området 5 ym til 60 ym, spesielt 10 - 40 ym.

3. Artikkel ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at bindesjiktet hovedsakelig består av 60 - 80 vekt% Al og 40 - 20 vekt% Si.

4. Artikkel ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at cermet-laget er et lag bestående hovedsakelig av zirkoniumdioksyd og en aluminiumbasert legering, fortrinnsvis en legering av hovedsakelig 60 - 80 vekt% Al og 40 - 20 vekt% Si, og at metallandelen i cermet-laget avtar hovedsakelig jevnt i retning utover mot det ytre zirkonium-dioksydtopplag, idet zirkoniumdioksydandelen i cermet-laget øker fra 0 innerst til 10 0 % zirkoniumdioksyd ved overgangen til det ytre topplag, hvilket cermet-lag fotrinnsvis har en tykkelse i området 0,2 - 0,6 mm.

5. Artikkel ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at det ytre topplag av stabilisert eller delvis stabilisert ZrO^ har en porøsitet i området 5 - 15 volum%.

6. Fremgangsmåte til fremstilling av en aluminiumbasert artikkel med varme- og korrosjonsbeskyttende belegg, særlig motordeler så som stempelkrone eller sylinderhode, karakterisert ved at det på den overflate som skal belegges, påføres et Al-basert bindesjikt, fortrinnsvis med en tykkelse i området 0,1 - 0,6 mm, spesielt ca. 0,3 mm, og et ytre topplag av stabilisert eller delvis stabilisert zirkoniumdioksyd, fortrinnsvis med en tykkelse i området 0,5 - 2,5 mm, spesielt 1,0 - 1,5 mm, samt eventuelt et cermet-lag, omfattende zirkoniumdioksyd og en aluminiumbasert metallkomponent, mellom binde-sjiket og det ytre zirkoniumdioksyd-topplag.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at bindesjiktet påføres ved termisk sprøyting av et hurtigstørknet pulver, fortrinnsvis et pulver med partik-kelstørrelser i området 5 ym - 60 ym. spesielt 10 - 40 ym.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 6 eller 7, karakterisert ved at det som aluminiumbasert legering for bindesjiktet anvendes en legering som hovedsakelig består av 60 - 80 vekt% Al og 40 - 20 vekt% Si.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 6, 7 eller 8, karakterisert ved at det som cermet-lag påføres et lag bestående hovedsakelig av zirkoniumdioksyd og en aluminiumbasert legering, fortrinnsvis en legering av hovedsakelig 60 - 80 vekt% Al og 40 - 20 vetk% Si, og at cermet-laget påføres med en hovedsakelig jevnt avtagende metallandel, regnet i retning utover mot det ytre zirkoniumdioksyd-topplag, idet zirkoniumdioksyd-andelen i cermet-laget tilsvarende økes fra 0 innerst til 100 % zirkoniumdioksyd ved overgangen til det ytre topplag, hvilket cermet-lag fortrinnsvis gis en tykkelse i området 0,2 - 0,6 mm.

10.F remgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 6-9, karakterisert ved at cermet-laget påføres ved termisk sprøyting og at substratet holdes ved en temperatur på ca. 300°C under sprøytingen ved anvendelse av gasskjøling, f.eks. med en blanding av luft og CO.,, og at substratet fortrinnsvis holdes ved ca. 300°C også under påsprøytingen av de første 100 - 200 ym av Zr02~ laget, hvoretter resten av Zr02~ laget påsprøytes under slik avpasset kjøling, fortrinnsvis med CC^ -gass, at temperaturen på overflaten av arbeidsstykket gradvis faller til ca. 100°C ved slutten av ZrO.,-påsprøytingen.

11. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 6-10, karakterisert ved at den overflate som skal belegges, først renses ved sandblåsing med grovkornet aluminiumoksyd, fortrinnsvis med kornstørrelser i området 0,5 - 1,7 mm.

12. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 6-11, karakterisert ved at cermet-laget påføres ved termisk pulversprøyting under anvendelse av to pulvermatere, den ene for metallkomponenten og den andre for keram-komponenten, idet begge pulvertypene føres inn i sprøytepistolens varme sone samtidig.

13. Anvendelse av et bindesjikt av Al-Si-basert legering på overflaten av et substrat at aluminiumbasert legering som skal gis et varmeresistent beskyttelsesbelegg, idet bindesjiktet påføres som et hurtigstørknet pulver hvis partikler har en "fryst" ustabil mikrostruktur.

14. Anvendelse ifølge krav 13, hvor pulveret påføres substratet ved termisk sprøyting.

15. Anvendelse ifølge krav 13 eller 14, hvor bindesjiktet består av 60 - 80 vekt% Al og 40 - 20 vekt% Si, bortsett fra forurensninger og metalloksyder.

16. Anvendelse ifølge krav 15, hvor bindesjiktet omfatter opp til 8 vekt% av metalloksyder.