DE4427795C2 - Verbundstoff auf Metallbasis - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Verbundstoff auf Metallbasis gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Aus der DE 26 44 272 C2 ist ein gattungsgemäßer Verbundwerkstoff auf Metallbasis bekannt. Dieser Verbundwerkstoff kann eine Aluminiummatrix mit darin eingebettetem Fasermaterial aufweisen, wobei als Fasermaterial Glas und/oder Kohlenstoff und/oder keramisches Material in Frage kommt. Dabei kann Kohlenstoff in Form von Kohlenstoff-Fasern mit einem Nickelüberzug verwendet werden.

Als herkömmliche Ingenieurstechnik, betreffend Verbund­ stoffe auf Metallbasis, ist ein Verbundstoff auf Metallbasis bekannt, der wie in der Geprüften Japanischen Patentver­ öffentlichung (KOKOKU) 5-24, 212 offenbart, durch Bildung eines Verbundstoffs aus einer Metallmatrix auf Aluminiumbasis mit Kohlefasern hergestellt wird, die mit einem SiO-Gas behandelt werden. In dem Verbundstoff auf Metallbasis werden, wie in der Veröffentlichung dargestellt, die Kohlefasern mit einem SiO-Gas behandelt, um auf ihrer Oberfläche SiO₂ zu bilden. Dementsprechend wird geschmolzenes Aluminium an der Umsetzung mit den Kohlefasern und an der Bildung von Al₄C₃ gehindert. So kann ein Verbundstoff auf Metallbasis von großer Festigkeit hergestellt werden. Die Veröffentlichung sagt jedoch überhaupt nichts über die Gleiteigenschaften des Verbundstoffs auf Metallbasis aus.

Wenn ein Verbundstoff auf Metallbasis durch Mischen von Keramikteilchen, diskontinuierlichen Fasern oder ähnlichem hergestellt wird und wenn er für Gleitteile eingesetzt wird, so greift er ihre Paßteile stark an und es erfolgt dadurch in zunehmendem Maß ein Verschleiß.

Angesichts der vorstehend beschriebenen Umstände ist es Aufgabe der Erfindung, einen Verbundstoff auf Metallbasis mit guter Abriebbeständigkeit zu schaffen, mit dem der Verschleiß seiner Paßteile verringerbar ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Der erfindungsgemäße Verbundstoff auf Metallbasis umfaßt eine Metallmatrix, die als einen Hauptbestandteil Aluminium, in die Metallmatrix versenkte Aluminiumoxidfasern, darin ver­ senkte Mullitteilchen und darin versenkte feste Gleitmittel­ teilchen umfaßt.

Die Metallmatrix, die den vorliegenden Verbundstoff auf Metallbasis aufbaut, kann entweder Aluminium oder eine Alu­ miniumlegierung sein. Für die Aluminiumlegierung wird die Verwendung einer Al-Si-Legierung mit hohem Siliciumgehalt bevorzugt, die in bezug auf die Gleiteigenschaften, wie der Abriebbeständigkeit und ähnlichem einzigartig ist.

In der Metallmatrix sind die diskontinuierlichen Alu­ miniumoxidfasern, die Mullitteilchen und die festen Gleit­ mittelteilchen versenkt. Die diskontinuierlichen Aluminium­ oxidfasern können entweder Aluminiumoxidwhisker oder poly­ kristalline Aluminiumoxidfasern sein. Es ist bevorzugt, daß die diskontinuierlichen Aluminiumoxidfasern eine Länge von 20 bis 450 Mikrometern (eine Durchschnittslänge von 80 Mikro­ metern), einen Durchmesser von 1 bis 12 Mikrometern (einen Durchschnittsdurchmesser von 3 Mikrometern) aufweisen.

Was die Mullitteilchen angeht, so wird für die Mullit­ teilchen ein Teilchendurchmesser von 10 bis 150 Mikrometern (ein mittlerer Teilchendurchmesser von 30 Mikrometer) bevor­ zugt.

Was die festen Gleitteilchen angeht, so ist es möglich entweder Graphitteilchen mit einer auf ihrer Oberfläche gebil­ deten Nickelschicht bzw. Nickelüberzug zu verwenden, oder Bornitrid-Cermet-Teilchen (nachstehend wird darauf einfach als "BN-Cermet-Teilchen" Bezug genommen).

Die Graphitteilchen weisen bevorzugt einen Teilchendurch­ messer von 30 bis 100 Mikrometern auf (einen mittleren Teil­ chendurchmesser von 50 Mikrometern), und ihr Nickelüberzug weist bevorzugt eine Dicke von 10 bis 20 Mikrometern (eine Durchschnittsdicke von 15 Mikrometern) auf.

Die BN-Cermet-Teilchen bestehen aus Bornitrid, das eine Kristallstruktur des hexagonalen Systems aufweist, und sie weisen bevorzugt einen Teilchendurchmesser von 30 bis 100 Mikrometern auf (einen mittleren Teilchendurchmesser von 50 Mikrometern).

Ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Verbundstoffs auf Metallbasis umfaßt die Schritte der Formung einer Mischung, die die diskontinuierlichen Aluminiumoxidfa­ sern, Mullitteilchen und festen Gleitmittelteilchen ein­ schließt, zu einer vorgegebenen Gestalt, um so eine geformte Mischung zu bilden, das Erhitzen der geformten Mischung auf eine vorgegebene Temperatur und das Einbringen der erhitzten, geformten Mischung in den Hohlraum einer zuvor erhitzten Gießform, das Einbringen eines geschmolzenen Metalls, das Alu­ minium als einen Hauptbestandteil einschließt, in den Hohl­ raum, das Ausfüllen von Zwischenräumen in der geformten Mischung und die Verfestigung des geschmolzenen Metalls, wo­ durch ein Verbundstoff auf Metallbasis hergestellt wird.

Der Schritt der Formung einer Mischung, die diskonti­ nuierliche Aluminiumoxidfasern, Mullitteilchen und feste Gleitmittelteilchen einschließt, zu einer vorgegebenen Ge­ stalt, um so eine geformte Mischung herzustellen, kann bevor­ zugt durch die nachstehende Serie an Schritten erreicht werden:

• (a) Mischen von Wasser mit den diskontinuierlichen Aluminium­ oxidfasern, den Mullitteilchen, den festen Gleitmittelteilchen und einem anorganischen Bindemittel (falls notwendig),
• (b) weiteres Mischen der Mischung mittels Rührens,
• (c) Formung der Mischung durch Absaugen und Entwässerung, und (d) eine weitere Entwässerung der Mischung durch Brennen.

Was die Gießform anbelangt, so ist es bevorzugt, eine Form zu verwenden, die für Aluminiumguß verwendbar ist. Insbesondere wird es ferner bevorzugt, eine Form für das Druckgießen zu verwenden. Das Vorerhitzten der geformten Mischung wird durchgeführt, um eine Abkühlung und Verfestigung des geschmolzenen Aluminiums zu verhindern. Mit dieser An­ ordnung wird das geschmolzene Aluminium in einem flüssigen Zustand gehalten, bis es vollständig in die Zwischenräume der geformten Mischung eindringt und die geformte Mischung voll­ ständig bedeckt. Das Vorerhitzen der Gießform wird auch deshalb durchgeführt, um ein rasches Abkühlen des geschmol­ zenen Aluminiums zu verhindern.

Zudem ist es bevorzugt, das geschmolzene Aluminium unter Druck zuzugeben. Mit dieser Anordnung kann das geschmolzene Aluminium ferner sicher in die Zwischenräume der geformten Mischung eindringen. Konsequenterweise kann das geschmolzene Aluminium, nachdem es vollständig in die Zwischenräume der geformten Mischung eingedrungen ist, verfestigen. So kann das Verfahren den Verbundstoff auf Metallbasis herstellen.

Zu dem Verbundstoff auf Metallbasis werden spezielle feste Gleitmittelteilchen hinzugefügt, zum Beispiel zu einem Verbundstoff auf Metallbasis, umfassend die Metallmatrix, die als einen Hauptbestandteil Aluminium einschließt, die dis­ kontinuierlichen Aluminiumoxidfasern und die Mullitteilchen. Mit dieser Anordnung wird der Verbundstoff auf Metallbasis hinsichtlich der Abriebbeständigkeit verbessert, und gleich­ zeitig kann er einen Reibungskoeffizienten zeigen, dessen Zunahme oder Fluktuation verhindert wird. Insbesondere wenn mit Nickel überzogene Graphitteilchen zu dem Verbundstoff auf Metallbasis als feste Gleitmittelteilchen gegeben werden, zeigt der resultierende Verbundstoff auf Metallbasis einen Reibungskoeffizienten, dessen Wahrscheinlichkeit zu fluk­ tuieren weniger groß, und dessen Wert selbst klein ist. Ferner, wenn zu dem Verbundstoff auf Metallbasis BN-Cermet- Teilchen als feste Gleitmittelteilchen hinzugegeben werden, zeigt der resultierende Verbundstoff auf Metallbasis einen Reibungskoeffizienten, der dem von Gußeisen entspricht.

Als Ergebnis ist eine Haftung des Verbundstoff auf Metallbasis an seine Paßteile, verglichen mit herkömmlichen Verbundstoffen auf Metallbasis, die eine Metallmatrix um­ fassen, die als einen Hauptbestandteil Aluminium einschließt, deutlich weniger wahrscheinlich und er weist eine einzigartige Abriebbeständigkeit auf. Somit ist der Verbundstoff auf Metallbasis ein optimales Material, zum Beispiel für die Herstellung von Zylindern, Kolben oder ähnlichem für Ver­ brennungsmotoren.

Insbesondere, wenn die festen Gleitmittelteilchen Graphitteilchen mit auf ihren Oberflächen gebildeten Nickel­ überzügen sind, verhindert das Vorhandensein der Nickel­ überzüge eine Oxidation der Graphitteilchen und ihr Verschwinden während des Vorerhitzens der geformten Mischung. Dementsprechend können die Graphitteilchen sicher mit der vor­ gegebenen Menge eingemischt werden.

Wie soweit beschrieben wurde, ist es durch die erfin­ dungsgemäße Zugabe der speziellen festen Gleitmittelteilchen zu dem Verbundstoff auf Metallbasis möglich, den Verschleiß der Paßteile des Verbundstoffs auf Metallbasis zu verringern und die Wahrscheinlichkeit einer Fluktuation des Reibungs­ koeffizienten der Erfindung zu verringern. Als Ergebnis ist es möglich, den Verbundstoff auf Metallbasis als Material zur Herstellung der auf Aluminium beruhendenden Verbrennungs­ motoren zu verwenden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen durch Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen weiter erklärt.

Fig. 1 ist eine schematische Schnittansicht eines Ver­ bundstoffs auf Metallbasis einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 ist eine schematische Schnittansicht zur Dar­ stellung einer Gießapparatur, die zur Herstellung des Ver­ bundstoffs auf Metallbasis der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verwendet wurde;

Fig. 3 ist ein schematisches Diagramm zur Darstellung einer sich senkrecht hin- und herbewegenden Maschine zur Prü­ fung des Verschleißes während des Gleitens, die zur Beur­ teilung des Verbundstoffs auf Metallbasis der bevorzugten Aus­ führungsform verwendet wurde;

Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht zur Darstellung einer Probe, die auf der sich senkrecht hin- und herbewegenden Maschine zur Prüfung des Verschleißes während des Gleitens einer Prüfung unterzogen wurde.

Herstellung der Verbundstoffe auf Metallbasis

In den nachstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungs­ formen wurden die nachstehenden Additive verwendet: diskon­ tinuierliche Delta-Phasen-Aluminiumoxidfasern mit einer Durch­ schnittslänge von 80 Mikrometern und einem Durchschnitts­ durchmesser von 3 Mikrometern, Mullitteilchen mit einem Teil­ chendurchmesser von 10 bis 150 Mikrometern (einem mittleren Teilchendurchmesser von 30 Mikrometern), Graphitteilchen mit einem Teilchendurchmesser von 10 bis 60 Mikrometern und mit einem auf ihrer Oberfläche gebildeten Nickelüberzug mit einer Durchschnittsdicke von ungefähr 15 Mikrometern, BN-Cermet- Teilchen mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 30 Mikrometern. Was die auf Aluminium beruhende Metallmatrix anbelangt, so wurde eine Aluminiumlegierung mit der Zusammen­ setzung ADC12 nach JIS (Japanischer Industriestandard) ver­ wendet.

Eine geformte Mischung für den Verbundstoff Nr. 1 auf Me­ tallbasis wurde auf die nachstehende Weise hergestellt. Das heißt, es wurden 7 Volumenteile der diskontinuierlichen Alu­ miniumoxidfasern, 10 Volumenteile der Mullitteilchen und 5 Volumenteilchen nickelplattierte Graphitteilchen, als die Gleitmittelteilchen, im wesentlichen gleichförmig mit Wasser gemischt. Dann wurde die Mischung durch Absaugen und Ent­ wässern unter Herstellung der geformten Mischung geformt.

Eine geformte Mischung für den Verbundstoff Nr. 2 auf Metallbasis wurde auf die nachstehende Weise hergestellt. Das heißt, es wurden 7 Volumenteile der diskontinuierlichen Alu­ miniumoxidfasern, 10 Volumenteile der Mullitteilchen und 5 Volumenteilchen der BN-Cermet-Teilchen, als die Gleitmittel­ teilchen, im wesentlichen gleichförmig mit Wasser gemischt.

Dann wurde die Mischung durch Absaugen und Entwässern unter Herstellung der geformten Mischung geformt.

Eine geformte Mischung für den Verbundstoff Nr. 3 auf Metallbasis wurde als Vergleichsbeispiel hergestellt, und es umfaßte 7 Volumenteile der diskontinuierlichen Aluminiumoxid­ fasern und 10 Volumenteile der Mullitteilchen. Das Mischen der Additive und das Formen der geformten Mischung wurde auf die gleiche Weise wie bei den vorstehend beschriebenen geformten Mischungen ausgeführt.

Diese drei geformten Mischungen wurden unter Luft auf 700°C vorerhitzt und jeweils, wie in Fig. 2 erläutert, in eine zylindrisch geformte untere Form 21 eingebracht. Die untere Form 21 bildete eine aus Stahl hergestellte Hochdruck- Gießform, und wurde vorher auf 200°C erhitzt. Dann wurde das vorstehend erwähnte, geschmolzene, auf 750°C erhitzte Alu­ minium 17 in die untere Form 21 eingebracht. Danach wurde eine kolbenförmige obere Form 22 mittels hydraulischen Drucks herabgelassen. Die obere Form 21 bildete die gleiche, aus Stahl hergestellte Hochdruck-Gießform. So wurde das zugegebene geschmolzene Aluminium 17 unter einen Druck von ungefähr 49 033,25 kPa (500 kgf/cm²) gesetzt, wodurch das geschmolzene Aluminium 17 in die Zwischenräume der geformten Mischung 16 eindrang. Während der Druckzustand aufrechterhalten wurde, wurde die untere Form 21 mit Luft gekühlt, wodurch sich das geschmolzene Aluminium 17 verfestigte. Schließlich wurde die obere Form 22 nach oben bewegt, um den resultierenden Ver­ bundstoff auf Metallbasis zu entnehmen. So wurden drei Ver­ bundstoffe Nr. 1, Nr. 2 und Nr. 3 hergestellt.

Verbundstoff Nr. 1 auf Metallbasis enthielt die diskon­ tinuierlichen Aluminiumoxidfasern in einer Menge von 7 Volumen-%, die Mullitteilchen in einer Menge von 10 Volumen-%, die nickelplattierten Graphitteilchen in einer Menge von 5 Volumen-% und als Rest Aluminiumlegierung. Fig. 1 zeigt schematisch eine Rohstruktur des Verbundstoffs Nr. 1 auf Metallbasis. In Fig. 1 wird der Verbundstoff Nr. 1 auf Me­ tallbasis als 10 bezeichnet, die Aluminiumlegierung, die die Matrix bildet, wird als 11 bezeichnet, die diskontinuierlichen Aluminiumoxidfasern werden als 12 bezeichnet, die Mullit­ teilchen werden als 13 bezeichnet, die Graphitteilchen werden als 14 bezeichnet und der Nickel-Plattierüberzug wird als 15 bezeichnet.

Verbundstoff Nr. 2 auf Metallbasis enthielt die diskonti­ nuierlichen Aluminiumoxidfasern in einer Menge von 7 Volumen-%, die Mullitteilchen in einer Menge von 10 Volumen-%, die BN- Cermet-Teilchen in einer Menge von 5 Volumen-% und als Rest Aluminiumlegierung.

Verbundstoff Nr. 3 auf Metallbasis enthielt die diskonti­ nuierlichen Aluminiumoxidfasern in einer Menge von 7 Volumen­ %, die Mullitteilchen in einer Menge von 10 Volumen-%, und als Rest Aluminiumlegierung.

Prüfung der Gleiteigenschaften der resultierenden Verbund­ stoffe auf Metallbasis

Einem traditionellen Verfahren entsprechend wurden die üblichen Verbundstoffe auf Metallbasis bisher mit einer LFW- Verschleißprüfmaschine auf ihre Gleiteigenschaften untersucht. Die LWF-Verschleißprüfmaschine erzeugte jedoch Gleiterschei­ nungen, die sich von denen der wirklichen Motoren unter­ scheiden. Deshalb ist es schwierig, die Gleiteigenschaften, die sich bei den Verbundstoffen auf Metallbasis in der LWF- Verschleißprüfmaschine zeigen, als diejenigen anzusehen, die sich bei wirklichen Motoren zeigen. Dementsprechend ent­ wickelten die Erfinder eine sich senkrecht hin- und her­ bewegenden Maschine zur Prüfung des Verschleißes während des Gleitens, von der angenommen werden darf, daß sie annähernd die gleichen Gleitbedingungen erzeugt wie in wirklichen Motoren, und sie untersuchten die Verbundstoffe auf Metall­ basis Nr. 1, Nr. 2 und Nr. 3 auf der sich senkrecht hin- und herbewegenden Maschine zur Prüfung des Verschleißes während des Gleitens in Hinblick auf ihre Gleiteigenschaften, d. h. die Abriebbeständigkeit, den Reibungskoeffizienten und ihre Eignung, ein Haften zu vermeiden. Zudem wurde die scheinbare Härte in Hv der Verbundstoffe auf Metallbasis Nr. 1, Nr. 2 und Nr. 3 gemessen.

Fig. 3 zeigt schematisch einen Hauptbereich der sich senkrecht hin- und herbewegenden Maschine zur Prüfung des Verschleißes während des Gleitens. Diese sich senkrecht hin- und herbewegende Maschine zur Prüfung des Verschleißes während des Gleitens 50 verwendet eine wie in Fig. 4 gezeigte Probe 51 und simuliert die Oberfläche der Innenwand eines Motorzylinders. Wie in der perspektivischen Ansicht schema­ tisch gezeigt, wies die Probe eine Höhe von 61 mm, eine Breite von 30 mm und eine Dicke von 5 mm auf, und sie besaß eine ge­ krümmte Oberfläche mit einem Krümmungsradius R42 in Richtung der Breite. Die Probe 51 wurde so geformt, daß sie einen Teil einer Innenumfangsfläche simulierte, die aus einem Motoren­ zylinder mit einem Radius von 42 mm ausgeschnitten worden war.

Die sich senkrecht hin- und herbewegende Maschine zur Prüfung des Verschleißes während des Gleitens 50 wurde auf die nachstehende Weise gestaltet: Sie konnte die Probe 51 auf einem Prüfstand 52 halten, der sich parallel in der senk­ rechten Richtung bewegen konnte, sie konnte mittels der Kraftmesser 53 bzw. 54 Druckkräfte ermitteln, die auf den Prüfstand 52 in der oberen Richtung und in der unteren Richtung einwirkten, und sie konnte die Probe 51 mittels einer Heizeinrichtung 55, die auf der Rückseite der Probe 55 angeordnet war, auf eine vorgegebene Temperatur aufheizen.

Was die Paßteile in der Gleit-Verschleiß-Prüfung angeht, so wurde ein Kolbenring 56 für einen gewöhnlichen Kolben, so wie er war, verwendet. Genauer gesagt war der Kolbenring 56 aus Stahl hergestellt (z. B. SWOSC nach JIS) und auf seiner Oberfläche hartverchromt.

Während der Gleit-Verschleiß-Prüfung war der Kolbenring 56 an einer Halterung 57 befestigt. Die Halterung 57 wurde einer Druckkraft von 19,62 N (2 kgf) unterzogen, um den Kol­ benring 56 senkrecht in Kontakt mit der gekrümmten Oberfläche der Probe 51 zu bringen. Dann ließ man die Halterung 57 senkrecht über einen Hub von 40 mm an der Probe 51 entlanggleiten und sie wurde für eine Zeitdauer von 70 Minuten pro Minute 200mal hin- und herbewegt, um die Gleit- Verschleiß-Prüfung durchzuführen. So wurden die Probe 51 und der Kolbenring 56 so gestaltet, daß sie in einem Verhältnis zueinander stehen, das die Gleitung zwischen einem Zylinder und einem Kolbenring in einem Motor simuliert. Zusätzlich wurde die Temperatur der Probe 51 auf 100°C eingestellt und der Gleitvorgang erfolgte ohne Schmierung.

Die getesteten Eigenschaften waren der Verschleiß der Probe 51 und des Kolbenrings 56 und der Reibungskoeffizient zwischen ihnen. Der Verschleiß wurde in bezug auf die Dicke der Abnutzung gemessen. Der Reibungskoeffizient wurde aus den Spannungen abgeleitet, die auf die beiden Kraftmesser ein­ wirkten. Die Ergebnisse der Messungen sind in der nach­ stehenden Tabelle 1 dargestellt. Da die Gleit-Verschleiß- Prüfung in einer Art Hin- und Hergleiten durchgeführt wurde, veränderte sich der Reibungskoeffizient. Das heißt bei jeder Hin- und Herbewegung zeigte der Reibungskoeffizient den Minimal- und den Maximalwert. Daher sind der Minimalwert und der Maximalwert in Tabelle 1 als Reibungskoeffizient aufge­ führt. Zudem sind in der horizontalen Spalte von Tabelle 1, die mit "Verschleiß, Probe (mg/mm²)" überschrieben ist, die Werte gemeint, die durch die nachfolgende, in Klammern stehende Anmerkung bezeichnet werden: (Verschleiß/spezifischer Verschleiß). Der spezifische Verschleiß meint hierbei einen Wert, den Verschleiß geteilt durch das spezifische Gewicht (d. h. Verschleiß/spezifischen Verschleiß).

Tabelle 1

Folgendes ergibt sich aus Tabelle 1. Der Verbundstoff Nr. 1 auf Metallbasis wies eine Härte von 155 Hv auf und zeigte einen realativ großen Verschleiß in der Größenordnung von 36,2/12,61 mg/mm². Seine Paßteile zeigten jedoch mit 0,1 mg/mm einen geringen Verschleiß. Insbesondere zeigte er einen be­ merkenswert niedrigen Reibungskoeffizienten von 0,00-0,10. Außerdem zeigte er keine große Veränderung des Reibungs­ koeffizienten während der Gleit-Verschleiß-Prüfung.

Verbundstoff Nr. 2 auf Metallbasis wies eine Härte von 142 Hv auf und zeigte einen äußerst geringen Verschleiß in der Größenordnung von 11,1/3,80 mg/mm². Andererseits zeigten seine Paßteile mit 0,0 mg/mm einen bemerkenswert niedrigen Ver­ schleiß. Ferner zeigte er einen gewöhnlichen Reibungskoeffi­ zienten von 0,15-0,25. Ferner zeigte er keine große Veränderung des Reibungskoeffizienten während der Gleit- Verschleiß-Prüfung.

Verbundstoff Nr. 3 auf Metallbasis wurde als Vergleichs­ beispiel geprüft. Er wies eine Härte von 145 Hv auf und zeigte eine relativ geringen Verschleiß in der Größenordnung von 14,7/5,25 mg/mm². Andererseits zeigten seine Paßteile mit 0,1 mg/mm² einen geringen Verschleiß. Ferner zeigte er einen gewöhnlichen Reibungskoeffizienten von 0,12-0,25. Ferner zeigte er keine große Veränderung des Reibungskoeffizienten während der Gleit-Verschleiß-Prüfung.

Es sei darauf hingewiesen, daß der Verbundstoff Nr. 1 auf Metallbasis einen äußerst niedrigen Reibungskoeffizienten zeigte. Es wird vermutet, daß diese vorteilhafte Eigenschaft aus dem Verhalten der in den Verbundstoff auf Metallbasis eingemischten nickelplattierten Graphitteilchen resultiert. Nickel und Aluminium weisen zueinander eine hohe Affinität auf. Dementsprechend werden intermetallische Ni-Al-Verbin­ dungen zwischen dem Nickelüberzug der Graphitteilchen und dem geschmolzenen Aluminium gebildet. Die intermetallischen Ni-Al- Verbindungen zeigen solch eine hohe Festigkeit, daß vermutet wird, daß sie zur Verbesserung der Festigkeit des Verbund­ stoffs Nr. 1 auf Metallbasis beitragen. Deshalb zeigte der Verbundstoff Nr. 1 auf Metallbasis den bemerkenswert geringen Reibungskoeffizienten. Erfolgt eine Konzentration auf diese vorteilhafte Eigenschaft, so darf angenommen werden, daß der Verbundstoff Nr. 1 auf Metallbasis ein geeignetes Material zur Herstellung von Verbrennungsmotoren mit hoher Leistung ist, die unter relativ milden Gleitbedingungen betrieben werden.

Der Verbundstoff Nr. 2 auf Metallbasis sollte besonders wegen seines geringen Eigenverschleißes und dem geringen Verschleiß seiner Paßteile erwähnt werden. Es wird vermutet, daß das Verhalten der als feste Gleitmittelteilchen verwendeten BN-Cermet-Teilchen zu diesen vorteilhaften Eigen­ schaften beiträgt. Das heißt, da das BN-Cermet eine Kristallstruktur des hexagonalen Systems aufweist, eine stabile Phase des Bornitridsystems bei niedrigen Drücken, zeigt es eine günstige Eignung als festes Gleitmittel und ist chemisch sehr stabil. Angesichts des äußerst kleinen Eigen­ verschleißes und des Verschleißes der Paßteile wird der Verbundstoff Nr. 2 auf Metallbasis als optimales Material zur Herstellung von Verbrennungsmotoren angesehen, die eine hohe Haltbarkeit erfordern.

Claims (3)

1. Verbundstoff auf Metallbasis mit einer Metallmatrix, die Aluminium als einen Hauptbestandteil einschließt, gekennzeichnet durch in der Metallmatrix versenkte

• - diskontinuierliche Aluminiumoxidfasern in einer Menge von 5 bis 10 Volumen-%,
• - Mullitteilchen in einer Menge von 5 bis 15 Volumen-%, und
• - feste Gleitmittelteilchen in einer Menge von 1 bis 8 Volumen-%.

2. Verbundstoff nach Anspruch 1, wobei die festen Gleitmittelteilchen Graphitteilchen mit einem auf ihrer Oberfläche gebildeten Nickelüberzug sind.

3. Verbundstoff nach Anspruch 1, wobei die festen Gleitmittelteilchen Bornitrid-Cermet-Teilchen sind.