DE2550907C3

DE2550907C3 - Metallgespritzte Bodenbewehrung eines Aluminium-Tauchkolbens für Verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE2550907C3
Application number: DE19752550907
Authority: DE
Inventors: Dr.rer.nat. Albrecht 7060 Schorndorf Ostermann
Original assignee: Mahle GmbH
Current assignee: Mahle GmbH
Priority date: 1975-11-13
Filing date: 1975-11-13
Publication date: 1981-08-13
Also published as: DE2550907A1; DE2550907B2

Description

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Metallgespritzte Bodenbewehrung eines Aluminium-Tauchkolbens für Verbrennungsmotoren bestehend aus

20-30 Gew.-o/o Al
5 Gew.-% Si

0,8 Gew-% Mn
Rest Fe.

2. Bodenbewehrung nach Anspruch 1 mit 30 Gew.-% Aluminium.

Die Erfindung betrifft eine metallgespritzte Bodenbewehrung eines Aluminium-Tauchkolbens für Verbrennungsmotoren.

Derartige Boden-Spritzschichten sind an sich bekannt, z. B. aus DD 33 401. Nach den dortigen Angaben sollen sie die Standzeit des Kolbens verlängern helfen und bei Kolben aus Aluminiumlegierungen insbesondere aus Reinaluminium sein. Von ihren Eigenschaften her sollen sie dabei im einzelnen dem Korrosionsangriff und der thermischen und dynamischen Belastung widerstehen und die Oberfläche des Kolbengrundwerkstoffes vor der Belastung durch ausgeprägte aus dem Motorbrennraum kommende Wärmeschwingungen schützen. Darüber hinaus ist es auch aus »Jahrbuch Oberflächentechnik« Band 30, Seiten 250 bis 257, insbesondere Seite 253 ganz allgemein bekannt, Schutzschichten aufzuspritzen.

Aus FR-PS 13 27 095 ist eine aufgespritzte Keramikschicht bekannt. Mit einer solchen Keramikschicht wird dabei im Grunde das gleiche Ziel verfolgt wie nach der Erfindung. In der Praxis hat eine Keramikschicht jedoch den Nachteil, daß ihr Halt an dem Kolbengrundmaterial, das aus Aluminium bzw. einer Aluminium-Legierung besteht, schlecht ist. Dies gilt insbesondere in bezug auf die Temperatur-Wechselbeanspruchung, der die Haftung zwischen Schicht und Grundmaterial wegen der erheblich unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten meist nicht sicher standhält. Durch ihren gegenüber Aluminium wesentlich niedrigeren Ausdehnungskoeffizienten platzen derartige Keramikschichten daher sehr leicht von dem Aluminium-Grundmaterial ab. Nachdem in »Schweißen und Schneiden« 24, (1972), Heft 4, Seiten 118 bis 122, insbesondere Seile 118, linke Spalte, die Vorteile von Spritzschichten ausführlich beschrieben sind und dabei auch die gute wärmedämmende Eigenschaft sowie die gute Haftfestigkeit bekannt sind, lag es nahe, auch die aus der GB-PS 3 45 693 als wärmedämmend bekannte Fe/Al-Legierung als Bodenbewehrung auf Aluminiumkolben aufzuspritzen. Eine solche Bodenbewehrung wäre zwar wärmedämmend und würde auch besser als eine Keramikschicht haften, andererseits wäre sie jedoch noch nicht geeignet, die strengen Anforderungen, die an die Bewehrungsschicht eines Kolbenbodens gestellt werden, in der Praxis befriedigend zu erfüllen.

Es soll die Aufgabe gelöst werden, eine Zusammensetzung einer Bodenbewehrung anzugeben, die gegenüber dem Brennraum gut wärmeisolierend wirkt und sich mit dem Grundmaterial möglichst haftfest verbindet

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Verwendung einer ganz speziell zusammengesetzten Pseudolegierung wie sie in Anspruch 1 angegeben ist. Bei einer solchen Zusammensetzung haben sich Aluminium-Anteile im Bereich von 30 Gew.-% als besonders günstig erwiesen.

Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt

Ein Kolben 1 aus der Aluminium-Legierung mit 11,5 bis 13,5% Si, 0,8 bis 1,5% Cu, 0,8 bis 1,5% Ni, 0,8 is 1,3% Mg, <0,7 Fe, <0,2Mn, <0,2 Ti und Rest Al besitzt einen mit der erfindungsgemäßen Metallspritzschicht 2 versehenen Boden sowie Feuersteg bis hinein in die oberste Ringnut. Die Schicht wird im Lichtbogen-Verfahren aufgetragen, wobei das Ausgangsmaterial in Form zweier Drahtstränge vorliegt. Die Bestandteile Al und Si einerseits und Fe und Mn andererseits sind jeweils in einem Draht zusammengefaßt Zur Herstellung einer Spritzschicht der Zusammensetzung 30% Al. 5% Si, 0,8% Mn und Rest Fe bestehen die beiden Drähte aus den beiden Legierungen mit im wesentlichen 12% Si und Rest Al einerseits sowie 1,7% Mn und Rest Fe andererseits. Die Drahtdurchmesser betragen dabei für den Al/Si-Draht 2,5 mm und für den Fe/Mn-Draht 1,6 mm. Vor dem Auftragen der Spritzschicht wird das Kolbengrundmaterial aufgerauht, wozu z. B. ein Raugewinde aufgebracht werden kann. Hierauf kann die Spritzschicht dann grundsätzlich direkt aufgebracht werden. Teilweise erweist es sich jedoch als vorteilhaft, eine Zwischenschicht z. B. aus Nickelaluminid, Molybdän oder einer Aluminium-Magnesium-Bronze vor dem Spritzen auf das Grundmaterial aufzubringen. Ferner wird das Grundmaterial vor dem Spritzen auf etwa 200° C erwärmt.

Die in der oben angegebenen Weise aufgebrachte Spritzschioht weist einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von etwa α=16·10~⁶ (1/grd) und einen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten von etwa λ = 0,03 (cal/cm.s.grd) auf. Bei einem Kolben von 90 mm Durchmesser betrug die Schichtdicke mindestens 2 mm und zwar sowohl auf dem Boden als auch auf dem Feuersteg. Die Verschleißfestigkeit der Schicht ist

so wesentlich besser als diejenige des Aluminium-Grundwerkstoffes. Die Druckfestigkeit beträgt bei Raumtemperatur etwa OdB = 54 kp/mm². Die Härte bei Raumtemperatur beträgt HVi = 170 kp/mm². Nach einer Temperaturbeanspruchung bei 300°C und über 200 h weist die Schicht eine Resthärte, die wiederum bei Raumtemperatur gemessen wird, von 190 kp/mm² auf. Der Wert für die Dichte der Schicht liegt bei ρ = 4,7 g/cm³. Im Hinblick auf die Bearbeitbarkeit des Bodens erweist sich die Schicht als besonders günstig, denn sie kann insbesondere mit normalen Schneidwerkzeugen wie z. B. HSS-Drehmeißeln oder Hartmetallen bearbeitet werden.