Spritzpulver für die Herstellung verschleissfester Beschichtungen

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Spritzpulver für die Herstellung von verschleißfesten Beschichtungen auf den Laufund Reibungsflächen gleitender Reibung ausgesetzter Maschinenteile, wie insbesondere von Kolbenringen in schnellaufenden Dieselmotoren, den Reibflächen von Synchronringen, oder den Feuerstegen von Kolbenböden der Kolben in Verbrennungskraftmaschinen durch vorzugsweise ein Plasmaspritzverfahren.

[0002] Zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit werden in der Praxis die Laufflächen gleitender Reibung ausgesetzter Maschinenteile vor allem mit galvanischen Hartchromschichten oder mit thermisch aufgespritzen Schutzüberzügen aus vorzugsweise Metallen oder Metallegieruagen versehen. Zur Beschichtung vor allem der Laufflächen von Kolbenringen für Verbrennungskraftmaschinen hat sich als Spritzwerkstoff vor allem Molybdän hevorragend bewährt. Das Molybdän wird dabei entweder ganzflächig aufgetragen und man spricht von überzügen in überspritzter Form, oder es werden Nuten und Ausnehmungen in die Laufflächen eingearbeitet, die dann mit dem Spritzwerkstoff ausgefüllt werden, und man spricht dann von Beschichtungen in einoder beidseitig gekammerter Form.

[0003] Molybdänspritzsehichten besitzen vor allem eine hervorragende Brandspurfestigkeit, während ihre Versehleißfestigkeit der von galvanischen Hartchromschichten unterlegen ist. Zusätzlich sind Molybdänspritzschichten relativ spröde, so daß vor allem bei extremen Belastungen die Gefahr von Schichtausbrüchen sowohl bei gekammerten als auch bei überspritzten Ringen besteht.

[0004] Deshalb hat man vor allem zur Verbesserung der Verschleißfestigkeit derartiger Schichten versucht, dem Molybdän andere Elemente zuzulegieren oder zuzumischen und man hat zusätzlich Hartstoffe den Spritzpulvern hinzugefügt. So bestehen beispielsweise die Spritzpulver der DE-AS 2 433 814 aus Molybdän mit 0,5 bis 45 Z Eisen, Kobalt, Nickel, Titan, Vanadium, Chrom, Aluminium, Wolfram, Tantal, Rhenium und/oder Zirkonium sowie 0,8 bis 10 % Silizium und nach der DE-OS 2 841 552 sind dem Molybdän 3 bis 40 X Aluminiumlegierung zugemischt. Beide Spritzpulver können zusätzlich gegebenenfalls Hartstoffe auf der Basis von Karbiden, Nitriden, Oxiden und/oder intermetallischen Verbindungen enthalten. Diese Maßnahmen erbrachten vor allem eine Verbesserung der Verschleißfestigkeit der Spritzschichten, mit Verbesserung der Verschleißfestigkeit büßten derartige Schichten einen Teil ihrer Brandspurfestigkeit ein oder die Schichten wurden spröder, so daß es bei extremen Belastungen sogar vermehrt zu Schichtausbrüchen kam.

[0005] Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Spritzpulverzusammensetzungen zu finden, aus denen sich durch thermische Spritzverfahren verschleißfeste Beschichtungen auf insbesondere den Laufflächen von reibender Beanspruchung ausgesetzten Maschinenteilen in Uberspritzter und in ein- oder beidseitig.gekammerter Form herstellen lassen, die zugleich eine verringerte Sprödigkeit und damit eine verbesserte Ausbruchsicherheit aufweisen, ohne daß die Brandspursicherheit wesentlich herabgesetzt ist. Die Spritzpulver sollen sich insbesondere zur Beschichtung von Kolbenringen in schnellaufenden Dieselmotoren eignen.

[0006] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Spritzpulver gelöst, welches aus einer Mischung von 20 bis 60 Gewichtsteilen Molybdän, 20 bis 50 Gewichtsteilen eines Molybdänkarbides und gegebenenfalls bis zu 30 Gewichtsteilen einer niedrig schmelzenden Legierung vorzugsweise auf der Basis einer Chromlegierung, einer Chromnickellegierung und/oder einer Aluminiumlegierung besteht.

[0007] Das bevorzugt verwendete Molybdänkarbid ist ein Karbid der Zusammensetzung MoC₂ und die bevorzugt eingesetzten niedrig schmelzenden Legierungen sind Nickelchromlegierungen mit 75 - 85 X Nickel und 15 - 25 % Chrom oder Aluminiumlegierungen mit 10 - 20 % Silizium und 80 - 90 X Aluminium.

[0008] Das Spritzpulver kann in der Form von Mischungen der zwei beziehungsweise drei Komponenten verwendet werden, bevorzugt werden aber Mikropellets oder Verbundpulver aus zwei oder auch gegebenenfalls allen Komponenten eingesetzt, und die Pulver werden bevorzugt durch ein Plasmaspritzverfahren aufgetragen.

[0009] Bei mit den erfindungsgemäßen Spritzpulvern beschichteten Ringen in sowohl überspritzter als auch in ein- oder beidseitig gekammerter Form wurde in Motortestläufen gefunden, daß bei einem Molybdängehalt im Pulver von weniger als 20 Gewichtsprozent der Verschleiß an der Lauffläche des Gegenpartners der Zylinderlaufbüchse zu groß wird, bei Gehalten von mehr als 60 Gewichtsprozent ist dagegen die Verschleißfestigkeit der Spritzschicht nicht ausreichend. Umgekehrt ist entsprechend bei einem Molybdänkarbidanteil von unter 25 Gewichtsprozent die Eigenverschleißfestigkeit der Schichten zu gering, während größere Holybdänkarbidanteile von über 50 Gewichtsprozent den Verschleiß der Reibpartner unzulässig heraufsetzt.

[0010] Überraschenderweise wurde aber auch gefunden, daß Schichten aus Molybdän mit Holybdänkarbid innerhalb der angegebenen Mengenverhältnisse keinerlei Einfluß auf die Brandspurfestigkeit der Schichten besitzen. Die Schichten aus Molybdän mit Molybdänkarbid waren ähnlich brandspursicher wie reine Molybdänschichten.

[0011] Die Zugabe der niedrigschmelzenden Legierungen auf der Basis von Chromlegierungen, Chromnickellegierungen und/oder Aluminiumlegierungen erhöhen die Zähigkeit der Schichten, so daß die so hergestellten Kolbenringe höhere Schichtausbruchssicherheit aufweisen. So konnten in Versuchen die Laufflächen von Kolbenringen mit derartigen Pulverbeschichtungen in überspritzter Form mit nahezu scharfen Kanten, d.h. deren Kanten nicht wie bisher üblich abgewinkelt waren, sondern deren Kanten fast rechtwinklig zur Lauffläche verliefen, hergestellt werden. Derartige Ringe zeigten in den Motortestläufen im allgemeinen keinerlei Schichtbeschädigungen im Kantenbereich.

[0012] Wenn auch die erfindungsgemäßen Spritzpulver bevorzugt zur Beschichtung von Kolbenringen eingesetzt werden sollen, so können sie jedoch auch im Sinne der Erfindung für ähnliche Anwendungsfälle eingesetzt werden. Gefunden wurde, daß das Pulver sich auch zur Beschichtung von Feuerstegen und Kolbenböden der Kolben in Verbrennungskraftmaschinen eignet und ebenso wurden die Reibflächen von Synchronringen mit den erfindungsgemäßen Pulveren beschichtet.

[0013] Die folgenden Spritzpulverzusammensetzungen erwiesen sich zur Herstellung von Beschichtungen in Plasmaspritzverfahren als besonders vorteilhaft:

Spritzpulver 1

[0014] 

45 Gewichtsprozent Molybdän

45 Gewichtsprozent Holybdänkarbid

10 Gewichtsprozent Aluminiumlegierung mit

12 Gewichtsprozent Silizium

Spritzpulver 2

[0015] 

40 Gewichtsprozent Molybdän

40 Gewichtsprozent Molybdänkarbid

20 Gewichtsprozent Nickelchromlegierung mit

20 Gewichtsprozent Chrom und

80 Gewichtsprozent Nickel

Spritzpulver 3

[0016] 

50 Gewichtsprozent Molybdän

25 Gewichtsprozent Molybdänkarbid

25 Gewichtsprozent einer Chromlegierung

Ansprüche

1. Spritzpulver für die Herstellung verschleißfester Beschichtungen auf den Laufund Reibungsflächen gleitender Reibung ausgesetzter Maschinenteile, wie insbesondere den Laufflächen von Kolbenringen in schnellaufenden Dieselmotoren, den Reibungsflächen von Synchronringen oder den Feuerstegbereichen und den Kolbenböden von Kolben in Verbrennungskraftmaschinen durch bevorzugt ein Plasmaspritzverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß das Spritzpulver aus 20 bis 60 Gewichtsprozent Molybdän 25 bis 50 Gewichtsprozent Molybdänkarbid und bis zu 30 Gewichtsprozent einer niedrigschmelzenden Legierung besteht.

2. Spritzpulver nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das verwendete Holybdänkarbid ein Karbid der Zusammensetzung MoC₂ ist.

3. Spritzpulver nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendete niedrig schmelzende Legierung eine Nickelehromlegierung mit 75 - 85 Gewichtsprozent Nickel und 15 bis 25 Gewichtsprozent Chrom ist.

4. Spritzpulver nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendete niedrig schmelzende Legierung eine Aluminiumlegierung ist, die aus 10 - 20 Gewichtsprozent Silizium und dem Rest Aluminium besteht.

5. Spritzpulver nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Spritzpulver ein Gemisch aus den Komponenten ist.

6. Spritzpulver nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Spritzpulver Hikropellets, Legierungen und/oder Verbundpulver aus mindestens zwei der Komponenten enthält.