DE69010122T2

DE69010122T2 - Abtragbares Material für eine Turbomaschine.

Info

Publication number: DE69010122T2
Application number: DE69010122T
Authority: DE
Inventors: Noritaka Miyamoto; Takashi Tomoda
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1989-09-08
Filing date: 1990-09-07
Publication date: 1994-11-17
Anticipated expiration: 2010-09-08
Also published as: EP0416954A1; EP0416954B1; DE69010122D1; US5185217A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine kraftschlüssige Verschiebungseinrichtung, wie einen Abgasturbolader, eine Gasturbine und ähnliches, die ein bewegbares Element und ein stationäres Element aufweist, welche für eine relative Verschiebung bei einer hohen Temperatur benachbart zueinander angeordnet sind. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine kraftschlüssige Verschiebungseinrichtung, die während ihrem Betrieb einen Zwischenraum zwischen dem bewegbaren Element und dem stationären Element im wesentlichen Null (0) machen kann.
Eine bekannte, kraftschlüssige Verschiebungseinrichtung wird im folgenden in bezug auf einen Autoabgasturbolader gemäß der Darstellung in der Figur 24 beschrieben. Dieser Abgasturbolader hat einen Turborotor 100 und ein Gebläserad 200 als ein bewegbares Element sowie ein Turbogehäuse 101 und ein Kompressorgehäuse 201 als ein stationäres Element. Bei dem Betrieb des Abgasturboladers dreht sich der Turborotor 100 durch die Energie eines Abgases einer Maschine (nicht gezeigt), wodurch sich ein Schaft 300 dreht, dessen Drehung wiederum das Gebläserad 200 dreht. Dadurch wird Luft in die Maschine geblasen. Auf diese Weise sind der Turborotor 100 und das Turbogehäuse 101 sowie das Gebläserad 200 und das Kompressorgehäuse 201 jeweils benachbart zueinander angeordnet und werden bei einer hohen Temperatur während des Betriebes des Abgasturboladers relativ zueinander verschoben.
Es ist bekannt, daß die Effizienz eines Abgasturboladers durch einen Zwischenraum C100 zwischen dem Turborotor 100 und dem Turbogehäuse 101 sowie durch einen Zwischenraum C200 zwischen dem Gebläserad 200 und dem Kompressorgehäuse 201, wobei die Zwischenräume so klein wie möglich sind, verbessert werden kann. Wenn die Zwischenräume C100 und C200 reduziert werden, tritt jedoch die Möglichkeit der Beschädigung des Turborotors 100 und des Gebläserades 200 auf, da während der Herstellung des Schaftes 300 eine Exzentrizität auftritt, die zu einem Kontakt oder einer Kollision des Turborotors 100 mit dem Turbogehäuse 101 bzw. zu einem Kontakt oder einer Kollision des Gebläserades 200 mit dem Kompressorgehäuse 201 führt.
Somit ist es bei bekannten Abgasturboladern notwendig, den Zwischenraum C100 zwischen dem Turborotor 100 und dem Turbogehäuse 101 auf etwa 0,6 bis 0,8 mm festzusetzen und den Zwischenraum C200 zwischen dem Gebläserad 200 und dem Kompressor 201 auf etwa 0,3 bis 0,5 mm festzulegen. Der bekannte Abgasturbolader hat somit eine nicht ausreichende Effizienz. Somit ist es wünschenswert, eine Technologie zu entwickeln, welche die Effizienz der bekannten, kraftschlüssigen Verschiebungseinrichtung verbessert und zwar durch eine Gestaltung des Zwischenraumes zwischen dem bewegbaren Teil und dem stationären Teil so klein wie möglich, so daß die Gefahr einer Beschädigung des bewegbaren Elementes vermieden werden kann. Bei einer bereits offenbarten Technologie wird durch eine Flammenspritzbeschichtung eine Überzugsschicht, die aus einer Mischung eines weichen Metalles und eines Harzes oder Graphit zusammengesetzt ist, auf dem vompressorgehäuse 201 gebildet. Bei der bekannten Technologie wird die gebildete Überzugsschicht durch den Kontakt des Gebläserades 200 mit dem Kompressorgehäuse 201, der sich aus der Exzentrizität und so weiter des Schaftes 300 ergibt, in einfacher Weise abgearbeitet. Damit ist es möglich, den Zwischenraum C200 zwischen dem Gebläuserad 200 und dem Kompressorgehäuse 201 im wesentlichen Null (0) zu machen. Hier wird das Gebläserad 200 durch den Betrieb nicht beschädigt. Diese Technologien, die in der nicht geprüften, japanischen Patentanmeldung (KOKAI) Nr. 18085/1974 und in dem US-Patent Nr. 4 405 284 offenbart sind, gehören zu der Technologiekategorie, welche die maschinelle Bearbeitung der Überzugsschicht benutzt, um den Zwischenraum zwischen dem bewegbaren Element und dem stationären Element im wesentlichen Null (0) zu machen. Diese Veröffentlichungen offenbaren Technologien mit einer Ni-Graphitbeschichtung und einer NiCrFeAl-BN Beschichtung.
Das US-Patent Nr. 4 269 903 offenbart ferner eine Erfindung mit einer keramischen Abdichtung. Diese Veröffentlichung offenbart eine Technologie für die Beschichtung einer porösen, stabilisierten Zirkoniumoxidschicht, die eine Porosität von 20-33 % aufweist. Diese Technologie ist im Grunde mit der oben erwähnten Technologie identisch. Gemäß dieser Technologie ist es somit auch möglich, den Zwischenraum zwischen dem bewegbaren Element und dem stationären Element durch die maschinelle Bearbeitung der porösen, stabilisierten Zirkoniumoxid-Schicht im wesentlichen Null (0) zu machen.
Selbst wenn die relative Verschiebungseinrichtung durch die oben erwähnten Technologien hergestellt wird, entstehen die folgenden Probleme bei den hergestellten Verschiebungseinrichtungen.
Die in dem US-Patent Nr. 4 269 903 offenbarte Technologie verwendet Zirkoniumoxid, das gegenüber einem thermischen Schock resistent ist, als Überzugsschicht für eine Anwendung mit einer hohen Temperatur. Das Zirkoniumoxid wird porös gemacht, um die maschinelle Bearbeitung der Überzugsschicht zu sichern.
Da die eine Porosität von 20-33 % aufweisende Überzugsschicht durch eine Flammspritzbeschichtung ausgebildet wird und da das Zirkoniumoxid mit einer hohen Härte von Hv 1000 oder mehr darin enthalten ist, wird das bewegbare Element, das heißt ein mit der Überzugsschicht zusammentreffendes Element, wahrscheinlich von der Überzugsschicht abgetragen werden. Wenn ferner eine Überzugsschicht mit einer Porosität von 33 % oder mehr, z.B. eine Überzugsschicht mit einer Porosität von 40 %, gebildet wird, um die maschinelle Bearbeitung zu verbessern, wird die thermische Schockresistenz der Überzugsschicht beschädigt und die Überzugsschicht kann sich ablösen oder abfallen.
Da ferner die Überzugsschicht gemäß den Technologien, die in der nicht geprüften, japanischen Patentanmeldung (KOKAI) Nr. 18085/1974 und in dem US-Patent Nr. 4 405 284 offenbart sind, metallisch ist, ist es unmöglich, bestimmte Anwendungsbedingungen sicherzustellen, z.B. die Anwendungsbedingung für eine Flugzeugmaschine oder eine Gasturbinenmaschine, d.h. eine Temperatur von etwa 1.00000 im Maximum über einen langen Zeitraum. Die Überzugsschicht wird dann ggf. oxidiert und korrodiert und muß somit entsprechend repariert werden.
Zusätzlich zu den oben erwähnten Technologien offenbart die geprüfte, japanische Patentanmeldung (KOKOKU) Nr. 690/1975 eine Erfindung bezüglich einer Gasturbinenmaschine. Diese Veröffentlichung offenbart keine Technologie unter Verwendung der maschinellen Bearbeitung der Überzugsschicht, sondern offenbart eine Technologie für die Vermeidung der Beschädigung eines Turbinenblattes, wobei ein Turbinengehäuse gegossen und gesintert wird mit einem weichen keramischen Material, das weicher ist als das Material zur Bildung des Turbinenblattes. Da jedoch die Kraft der Bindung der keramischen Materialien schwach ist, weist die so hergestellte Gasturbinenmaschine einen Mangel an Haltbarkeit auf.
Die nicht geprüfte, japanische Patentanmeldung Nr. 168926/1987 offenbart eine Technologie für die Optimierung des Zwischenraumes zwischen dem Turborotor 100 und dem Turbogehäuse 101 oder für den Zwischenraum zwischen dem Gebläserad 200 und dem Kompressorgehäuse 201, wobei die innere Fläche des Turbogehäuses 101 des Kompressorgehäuses 201 mit einem zusammengesetzten Material beschichtet ist. Diese Publikation offenbart jedoch nicht die Qualität des Überzugsschichtmaterials.
Die US-A-3 084 064 offenbart ein abreibbares Überschichtungsmaterial aus Aluminium-Bornitrid oder aus Nickel-Chrom- Bornitrid, das durch eine Flammenspritzbeschichtung aufgetragen wird.
Die EP-A-0 166 097 offenbart ein Flammenspritzmaterial, das aus einem Ceroxid bestehen kann.
Die US-A-3 879 831 offenbart ein abreibbares Überzugsmaterial, das Ceroxid enthält.
Die Erfindung wurde angesichts der Probleme der oben erwähnten Technologien entwickelt. Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung, eine kraftschlüssige Verschiebungseinrichtung bereitzustellen, die eine Überzugsschicht für eine günstige, maschinelle Bearbeitung auch bei hohen Temperaturen aufweist.
Die Erfindung stellt eine relativ verschiebbare Einrichtung gemäß Anspruch 1 bereit.
Eine kraftschlüssige Verschiebungseinrichtung gemäß der Erfindung kann ein Abgasturbolader oder eine Gasturbine für ein Automobil oder ein Flugzeug sein. Die kraftschlüssige Verschiebungseinrichtung weist ein bewegbares Element und ein stationäres Element auf, die benachbart zueinander angeordnet sind und die sich bei einer hohen Temperatur relativ zueinander verschieben. Wenn beispielsweise ein Abgasturbolader die kraftschlüssige Verschiebungseinrichtung darstellt, entsprechen das Gebläserad und der Turborotor dem bewegbaren Element, während das Kompressorgehäuse und das Turbogehäuse dem stationären Element entsprechen. Wenn eine Gasturbine die kraftschlüssige Verschiebungseinrichtung darstellt, entspricht das Turbinenblatt dem bewegbaren Element, und das Turbinengehäuse entspricht dem stationären Element. Die relative Verschiebung zwischen dem bewegbaren Element und dem stationären Element kann entweder eine Drehverschiebung oder eine lineare Verschiebung sein.
Das stationäre Element hat eine Überzugsschicht, die benachbart zu dem bewegbaren Element angeordnet ist. Die Überzugsschicht ist aus einem abreibbaren Material gebildet, das Bornitrid des hexagonalen Systems und Ceroxid aufweist. Die Schicht wird durch Flammenspritzbeschichtung gebildet. Das abreibbare Material kann Bornitrid des hexagonalen Systems von 5-45 Volumenprozent und Ceroxid von 10 Volumenprozent oder mehr enthalten.
Bezüglich des Bornitrids sei angemerkt, daß dieses dem hexagonalen System und nicht dem kubischen System angehört, um die Vorteile der Erfindung zu erreichen. Dies ist darauf begründet, daß das kubische System des Bornitrids hart und das hexagonale System des Bornitrids weich ist. Es ist bevorzugt, ein abreibbares Material zu verwenden, das Bornitrid des hexagonalen Systems (im folgenden einfach als "BN" bezeichnet) von 5-45 Volumenprozent aufweist, um die Vorteile der Erfindung zu erzielen. Wenn das BN in einer Menge von weniger als 5 Volumenprozent enthalten ist, wird die maschinelle Bearbeitbarkeit der Überzugsschicht nicht ausreichend verbessert. Wenn das BN mit mehr als 45 Volumenprozent vorliegt, ist die Maschinenbearbeitbarkeit der Überzugsschicht sehr gut verbessert, jedoch ist die thermische Schockresistenz zerstört, so daß die Überzugsschicht wahrscheinlich abgeht oder abfällt. Bezüglich der durchschnittlichen Größe des BN ist bevorzugt, daß es in einem Bereich von 5-50 um gemäß der Praktikabilität vorliegt.
Bezüglich des Oxids kann das folgende keramische Pulver verwendet werden: Zirkoniumoxid (ZrO&sub2;)-Pulver, Yttriumoxid (Y&sub2;O&sub3;)-Pulver, Aluminiumoxidd (Al&sub2;O&sub3;)-Pulver und ähnliches. Gemäß der Praktikabilität beträgt die durchschnittliche Partikelgröße des Oxids bevorzugterweise 10-100 um.
Wie oben erwähnt, kann das abreibbare Material wenigstens Ceroxid von 10 Volumenprozent aufweisen. Wenn die Menge des Ceroxids weniger als 10 Volumenprozent beträgt, ist die maschinelle Bearbeitbarkeit der Überzugsschicht in nicht ausreichender Weise verbessert. Je mehr Ceroxid vorliegt, um so stärker wird die maschinelle Bearbeitbarkeit verbessert. Der Grund, warum das Ceroxid für das abreibbare Material zur Einstellung des Zwischenraumes in der kraftschlüssigen Verschiebungseinrichtung sehr gut geeignet ist, wird im folgenden beschrieben werden. Tabelle 1 zeigt mehrere Hauptoxide, ihre Mohssche Härteskala sowie die thermischen Expansionskoeziffizienten. Aus der Tabelle 1 ist zu erkennen, dar Cerocid weicher als die meisten anderen Oxide ist und daß es einen thermischen Expansionskoeffizienten hat, der im wesentlichen dem eines Metalles entspricht.
Die zweite Eigenschaft ist für ein Komponententeil günstig das bei einer hohen Temperatur von 800-100ºC verwendet werden. Unter den Hauptoxiden haben jedoch Calciumoxid (CaO), Bariumoxid (BaO) und Strontiumoxid (SrO) günstige Mohssche Härteskalen. Diese Oxide sind jedoch als abreibbares Material nicht geeignet, da sie mit dem Feuchtigkeitsgehalt in der Atmosphäre reagieren und Hydroxide erzeugen. Angesichts der Praktikabilität liegt die durchschnittliche Partikelgröße des Ceroxids bevorzugterweise in einem Bereich von 10- 100 um. Tabelle 1 Oxide Mohssche Skala Thermischer Expansionskoeffizient (x 10&supmin;&sup6;, ºC&supmin;¹) Raumtemperatur bis 800ºC
Die folgenden Pulver können zusammen mit dem Ceroxid und dem BN-Pulver in dem abreibbaren Material enthalten sein: Oxidpulver, wie Aluminiumoxid (Al&sub2;O&sub3;)-Pulver, Zirkoniumoxid (ZrO&sub2;)-Pulver und Yttriumoxid (Y&sub2;O&sub3;)-Pulver, Graphitpulver, Glimmerpulver und ähnliches. Das BN-Pulver, das Graphitpulver und das Glimmerpulver können als Hilfspulver fungieren, um die maschinelle Bearbeitbarkeit der Überzugsschicht zu verbessern. Durch Aufnahme des BN-Pulvers in die Überzugsschicht wird durch die laminierte Struktur des BN die maschinelle Bearbeitbarkeit weiter verbessert. Die durchschnittliche Partikelgröße des Oxidpulvers liegt vorzugsweise in einem Bereich von 10-100 um. Die durchschnittliche Partikelgröße des BN-Pulvers, des Graphitpulvers, des Glimmerpulvers und ähnliches liegt angesichts der Praktikabilität in einem Bereich von 5-50 um.
Für die Flammenspritzbeschichtung können die Plasmastrahl- Flammenspritzbeschichtung, die Gasflammenspritzbeschichtung und ähnliches verwendet werden.
Die Überzugsschicht hat die erzeugte Oberfläche. Die erzeugte Oberfläche wird bearbeitet und gebildet durch das bewegbare Element während dem Betrieb der kraftschlüssigen Verschiebungseinrichtung.
Eine kraftschlüssige Verschiebungseinrichtung nach der Erfindung weist ein stationäres Element auf, das eine Überzugsschicht hat, die benachbart zu einem bewegbaren Elementangeordnet ist. Die Überzugsschicht enthält das BN und das Ceroxid. Die Überzugsschicht hat eine Struktur, die sich aus der Eigenschaft des BN ergibt und die schematisch in der Figur 17 dargestellt ist. Bei der Struktur der Überzugsschicht liegen die BN-Partikel 52 an den Grenzen der Oxidpartikel 51 in einer laminierten Struktur vor. Die Poren 53 sind auch an den Grenzen der Oxidpartikel 51 und den BN-Partikeln 52 angeordnet. In der Figur 17 ist das stationäre Element mit 61 bezeichnet.
Gemäß der schematischen Darstellung in der Figur 18 berücksichtigen die Erfinder der Erfindung, daß es vier Mechanismen gibt, mit denen die Überzugsschicht mit der oben erwähnten Struktur durch das bewegbare Element 62 bearbeitet werden kann, das bezüglich dem stationären Element 61 relativ verschiebbar ist.
(a) Abgescherte Bruchstellen der Oxidpartikel 51 (bezeichnet bei "a-1").
(b) Herausfallen der Oxidpartikel 51, die an den Grenzen der Poren 53 angeordnet sind (bezeichnet bei "a-2").
(c) Herausfallen der Oxidpartikel 52, die an den Grenzen der BN-Partikel 52 angeordnet sind (bezeichnet bei "a- 3").
(d) Abgescherte Bruchstellen der BN-Partikel 52 (bezeichnet bei "a-4").
Gemäß der schematischen Darstellung von Figur 19 haben die Erfinder der Erfindung andererseits bemerkt, daß es zwei Mechanismen gibt, mit denen bekannte Überzugsschichten durch das bewegbare Element 62 bearbeitet werden. Die bekannte Überzugsschicht weist nur das Oxid auf und hat eine Struktur gemäß der schematischen Darstellung in der Figur 19.
(a) Abgescherte Bruchstellen der Oxidpartikel 51 (bezeichnet bei "b-1").
(b) Herausfallen der Oxidpartikel 51, die an den Grenzen der Poren 53 angeordnet sind (bezeichnet bei "b-2").
Da die Oxidpartikel 51 extrem hart sind, beispielsweise hat das Zirkoniumoxid eine Härte von Hv 1000 oder mehr, wird unter den oben erwähnten Mechanismen angenommen, daß eine große Kraft erforderlich ist, um die abgescherten Bruchstellen der Oxidpartikel 52 ("a-1" und "b-1") zu bewirken.
Da die BN-Partikel 52 weich sind, sie haben eine Härte von etwa Hv 3, und da sie somit weicher als die Oxidpartikel 51 sind, wird andererseits angenommen, daß eine kleine Kraft erforderlich ist, um die abgescherten Bruchstellen der BN- Partikel 52 ("a-4") zu bewirken.
Da die Oxidpartikel 51 durch eine kleine Kraft gebunden sind, die von den BN-Partikeln 52 ausgeübt wird, welche eine kleine Benetzbarkeit aufweisen, wird zusätzlich angenommen, daß eine kleine Kraft erforderlich ist, um das Herausfallen der Oxidpartikel 51 ("a-3") zu bewirken, welche an den Grenzen der BN-Pulverpartikel 52 angeordnet sind.
Da die Poren 53 an den Grenzen der Oxidpartikel 51 angeordnet sind und da die Oxidpartikel 51 mit einer schwachen Adhäsionskraft gebunden sind, wird angenommen, daß eine mittlere Kraft erforderlich ist, um das Herausfallen der Oxidpartikel 51 ("a-2" und "b-2") zu bewirken, welche an den Grenzen der Poren 53 angeordnet sind.
Somit ist gemäß einer kraftschlüssigen Verschiebungseinrichtung nach der Erfindung keine große Kraft erforderlich, um die Überzugsschicht zu bearbeiten und es ist somit möglich, die Bearbeitung durch kleine oder mittlere Kräfte durchzuführen.
Ferner hat die Überzugsschicht, die Ceroxid sowie BN-Pulver als ein Hilfspulver zur Verbesserung der maschinellen Bearbeitbarkeit aufweist, eine Struktur gemäß der schematischen Darstellung in Figur 17. Bei der Struktur der Überzugsschicht sind die Hilfspulverpartikel 52 an den Grenzen der Oxidpartikel 51 vorhanden, d.h., die Ceroxid-Partikel in einer laminierten Struktur, und die Poren 53 sind auch an den Grenzen der Oxidpartikel 51 und den Hilfspulver-Partikeln 52 vorhanden.
Die Erfinder der Erfindung glauben, daß die oben erwähnten vier Mechanismen auch bei der Bearbeitung der Überzugsschicht, die solch eine Struktur aufweist, anwendbar sind. Da die Poren 53 an den Grenzen der Oxidpartikel 51 vorliegen und da die Oxidpartikel 51 durch eine schwache Adhäsionskraft gebunden sind, wird nämlich geglaubt, daß eine mittlere Kraft erforderlich ist, um ein Herausfallen der Oxidpartikel 51 ("a-2") zu bewirken, die an den Grenzen der Poren 53 angeordnet sind. Da die Oxidpartikel 51 durch eine kleine Kraft gebunden sind, die von den Hilfspulver-Partikeln 52 ausgeübt wird, welche eine geringe Benetzbarkeit aufweisen, wird auch angenommen, daß eine kleine Kraft erforderlich ist, um das Herausfallen der Oxidpartikel 51 ("a- 3") zu vollenden, welche an den Grenzen der Hilfspulver-Partikel 52 angeordnet sind.
Die maschinelle Bearbeitbarkeit der Überzugsschicht wird somit am meisten von den Kräften gesteuert, die für die Bewirkung der abgescherten Bruchstellen der Oxidpartikel 51 ("a-1") und der abgescherten Bruchstellen der Hilfspulver-Partikel 52 ("a-4") erforderlich sind. Falls die anderen Bedingungen identisch sind, wird die Überzugsschicht in einfacher Weise maschinenbearbeitbar, wenn die Kräfte klein sind, welche für das Entstehen der abgescherten Bruchstellen ("a- 1" und "a-4") erforderlich sind. Die Kraft, die für die Bewirkung der abgescherten Bruchstellen der Oxidpartikel 51 erforderlich ist, steht im Verhältnis zu der Härte der Oxidpartikel 51. Da die weichen Ceroxid-Partikel als Oxidpartikel 51 in der Überzugsschicht enthalten sind, wird somit angenommen, daß eine kleine Kraft nur erforderlich ist, um die Überzugsschicht zu bearbeiten.
Bei der kraftschlüssigen Verschiebungseinrichtung nach der Erfindung ist somit die Überzugsschicht in einfacher Weise bearbeitbar, wodurch die erzeugte Schicht erzeugt wird, wobei keine Beschädigung des bewegbaren Elementes auftritt. Da der Zwischenraum zwischen dem bewegbaren Element und dem stationären Element durch die erzeugte Oberfläche im wesentlichen Null (0) gemacht wird, wird eine Gasleckage und ähnliches verhindert, und die Effizienz der Einrichtung wird verbessert.
Ferner ist bei der Einrichtung nach der Erfindung die Porosität der Überzugsschicht nicht erhöht. Die Überzugsschicht ist aus keinem metallischen, abreibbaren Material gebildet. Die Überzugsschicht tritt somit nicht heraus, sie fällt nicht heraus oder sie korrodiert nicht bei einer hohen Temperatur in einer Einrichtung nach der Erfindung.
Eine Einrichtung nach der Erfindung weist ein bewegbares Element auf, das weniger wahrscheinlich beschädigt wird, sowie ein stationäres Element, welches die Überzugsschicht aufweist, die weniger wahrscheinlich heraustritt, herausfällt oder korridiert und zwar selbst dann, wenn eine hohe Temperatur über einen langen Zeitraum anliegt. Der Zwischenraum zwischen dem bewegbaren Element und dem stationären Element kann im wesentlichen Null (O) gemacht werden. Die Einrichtung hat somit eine exzellente Effizienz und eine lange Lebensdauer.
Die Erfindung wird im folgenden weiter erläutert werden, wobei ihre zugehörigen Vorteile weiter erläutert werden. Die folgende, detaillierte Beschreibung wird unter Bezug auf die zugehörigen Figuren durchgenommen werden.
Figur 1 ist eine teilweise Querschnittsansicht eines Abgasturboladers einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung.
Figur 2 ist ein vergrößerter Schnitt des Abgasturboladers.
Figur 3 ist ein anderer vergrößerter Schnitt durch den Abgasturbolader.
Figur 4 ist ein weiterer vergrößerter Schnitt durch den Abgasturbolader.
Figur 5 ist eine perspektivische Darstellung, die anzeigt, wie ein Maschinenbearbeitungstest auf einem Prüfstück durchgeführt wird, das eine Überzugsschicht nach der Erfindung aufweist.
Figur 6 ist ein Diagramm, welches die Beziehungen zwischen den Abriebmengen und den bearbeiteten Tiefen der vierten und der fünften Überzugsschicht sowie die Vergleichsbeispiele 15 bis 20 illustriert.
Figur 7 ist ein Säulendiagramm, das die Härte der vierten und der fünften Überzugsschicht sowie die Vergleichsbeispiele 15 bis 20 illustriert.
Figur 8 ist eine Mikrofotografie einer partikulären Struktur eines Prüfstückes mit einer Überzugsschicht, die gemäß dem Vergleichsbeispiel 15 gebildet wurde.
Figur 9 ist eine Mikrofotografie mit einer partikulären Struktur eines Prüfstückes mit einer Überzugsschicht, die gemäß dem Vergleichsbeispiel 17 gebildet wurde.
Figur 10 ist eine Mikrofotografie einer partikulären Struktur eines Prüfstückes mit einer Überzugsschicht, die gemäß der vierten Überzugsschicht gebildet wurde.
Figur 11 ist eine Mikrofotografie einer partikulären Struktur eines Prüfstückes mit einer Überzugsschicht, die gemäß dem Vergleichsbeispiel 20 gebildet wurde.
Figur 12 ist ein Diagramm, welches die Beziehungen zwischen den bearbeiteten Tiefen, den Abriebmengen und den Zusatzmengen des BN der vierten und der fünften Überzugsschicht illustriert.
Figur 13 ist ein Säulendiagramm, welches die thermische Schockresistenz oder die ausgehaltenen thermischen Kreisläufe der vierten und der fünften Überzugsschicht illustriert.
Figur 14 ist ein Diagramm, welches die Beziehungen zwischen den bearbeiteten Tiefen, den Abriebmengen und den Porositäten der vierten und der fünften Überzugsschicht sowie eines weiteren Vergleichsbeispiels illustriert.
Figur 15 ist ein Diagramm, welches die Beziehungen zwischen der Zahl der ausgehaltenen, thermischen Kreisläufe und den Porositäten illustriert, die von der vierten und der fünften Überzugsschicht sowie einem weiteren Vergleichsbeispiel exprimiert wurden.
Figur 16 ist ein Liniendiagramm, welches die Beziehungen zwischen den Gewichtsveränderungen und den Testzeiten für die vierte und die fünfte Überzugsschicht sowie für ein weiteres Vergleichsbeispiel illustriert.
Figur 17 ist ein schematischer Schnitt für die Darstellung, wie eine Überzugsschicht nach der Erfindung arbeitet.
Figur 18 ist ein weiterer Schnitt für die Darstellung, wie die Überzugsschicht arbeitet.
Figur 19 ist ein schematischer Schnitt für die Darstellung, wie eine bekannte Überzugsschicht arbeitet.
Figur 20 ist ein Streudiagramm, welches die Beziehungen zwischen den Abriebmengen und den bearbeiteten Tiefen einer neunten, zehnten und elften, zwölften und drei dreizehnten Überzugsschicht sowie der Vergleichsbeispiele 23-30 illustriert.
Figur 21 ist ein Säulendiagramm zur Darstellung der Härte der neunten bis dreizehnten Überzugsschicht sowie der Vergleichsbeispiele 23 bis 30.
Figur 22 ist ein Streudiagramm, welches die Beziehungen zwischen den bearbeiteten Tiefen, den Abriebmengen und den Zusatzmengen an Ceroxid der dreizehnten Überzugsschicht illustriert.
Figur 23 ist ein Säulendiagramm, welches die thermische Schockresistenz oder die Zahl der ausgehaltenen thermischen Kreisläufe der zwölften und der dreizehnten Überzugsschicht sowie der Vergleichsbeispiele 24 und 27 illustriert.
Figur 24 ist ein Schnitt durch einen bekannten Abgasturbolader.
Nach der allgemeinen Beschreibung der Erfindung wird diese unter Bezug auf bestimmte, spezifisch bevorzugte Ausführungsformen weiter erläutert, die hier für die Zwecke der Illustration aufgezeigt werden und die, soweit dies nicht in anderer Weise angegeben wird, nicht beschränkend sind. Die bevorzugten Ausführungsformen betreffen einen Abgasturbolader. Diese Ausführungsformen werden im folgenden zusammen mit weiteren Überzugsschichten erläutert werden, die nicht der Erfindung entsprechen. Ferner sind Vergleichsbeispiele, die zum Vergleich hergestellt wurden, angegeben.

Erste Überzugsschicht

Aus dem Teilschnitt eines Abgasturboladers gemäß Figur 1 wird deutlich, daß dieser Abgasturbolader im wesentlichen identisch mit dem oben erwähnten, bekannten Abgasturbolader (siehe Figur 24) ist. Der Abgasturbolader hat ein Turbogehäuse 81 mit einem inneren Durchmesser von 55 mm und einen Turborotor 82, der mit einem Schaft 80 verbunden ist. Das Turbogehäuse 81 hat eine Überzugsschicht 85 an einer Position "P", welche benachbart zu dem Turborotor 82 angeordnet ist.
Ein Verfahren zur Herstellung des Abgasturboladers wird im folgenden beschrieben werden.
(a) Bei dem Abgasturbolader gemäß Figur 2 liegt ein Zwischenraum CO von etwa 0,8 mm zwischen dem Turbogehäuse 81 und dem Turborotor 82 vor der Bildung der Überzugsschicht 85 vor.
(b) Eine Granaliengebläse-Behandlung wurde an dem Abschnitt "P" des Turbogehäuses 81 benachbart zu dem Turborotor 82 mit einem calcinierten Aluminiumoxid-Pulver durchgeführt, das eine durchschnittliche Partikelgröße von 1.200 bis 1.400 um aufwies.
(c) Eine Legierungsschicht 84 wurde als eine Substratschicht auf dem granalierten Abschnitt "P" mit einer Dicke von t1, z.B. 0,08 bis 0,1 mm, durch eine Plasmastrahl-Flammenspritzbeschichtung mit einer NiCrAl (94(80 Ni-20 Cr)-6A1) Legierung gebildet. Diese Legierungsschicht 84 hatte die Funktion der Verbesserung der Adhäsion.
(d) Ein ZrO&sub2; x 8 Y&sub2;O&sub3; Pulver ("K90", hergestellt von Showa Denko Co., Ltd.) mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 10 bis 74 um sowie ein BN Pulver des hexagonalen Systems ("UHP-EX", hergestellt von Showa Denko Co., Ltd.) mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 35 bis 45 um wurden hergestellt. Dann wurden 60 Volumenprozent des ZrO&sub2; x 8 Y&sub2;O&sub3; Pulvers und 40 Volumenprozent des BN Pulvers miteinander verbunden, um ein abreibbares Material herzustellen.
(e) Das abreibbare Material wurde auf dem Abschnitt "P" beschichtet, der zuvor mit der Legierungsschicht 84 beschichtet worden ist. Die Beschichtung wurde durch die Plasmastrahl-Flammenspritzbeschichtung in einer Dicke von t2, z.B. etwa 1 mm, hergestellt. So wurde die Überzugsschicht 85 gebildet.
(f) Nach Bildung der Überzugsschicht 85 wurde diese Schicht 85 durch eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine bearbeitet, so daß ein Zwischenraum Cl von 0,05 mm zwischen dem Turbogehäuse und dem Turborotor 82 entstand.
Auf diese Weise wurde der Abgasturbolader mit der ersten Überzugsschicht hergestellt.

Zweite Überzugsschicht

Der Abgasturbolader mit einer zweiten Überzugsschicht war identisch mit dem der ersten Überzugsschicht, wobei jedoch ein abreibbares Material verwendet wurde, das 85 Volumenprozent eines Aluminiumoxid (Al&sub2;O&sub3;) Pulvers und 35 Volumenprozent eines BB Pulvers verwendet wurde. Das Aluminiumoxid- Pulver ("101B", hergestellt von Metco Co., Ltd.) hatte eine durchschnittliche Partikelgröße von 35 bis 74 um. Das BN Pulver war identisch mit dem der ersten Überzugsschicht.

Dritte Überzugsschicht

Der Abgasturbolader mit einer dritten Überzugsschicht war identisch mit dem der ersten Überzugsschicht, wobei jedoch ein abreibbares Material verwendet wurde, das 60 Volumenprozent eines Aluminiumoxid (Al&sub2;O&sub3;) Pulvers und 40 Volumenprozent eines BN-Pulvers aufwies. Das Aluminiumoxid-Pulver war identisch mit dem in der zweiten Überzugsschicht. Das BN- Pulver war identisch mit dem in der ersten Überzugsschicht.

Vergleichsbeispiel 11

Der Abgasturbolader des Vergleichsbeispiels 11 war im wesentlichen identisch mit dem mit der ersten Überzugsschicht, wobei jedoch die Legierungsschicht 84 und die Überzugsschicht 85 nicht an dem Abschnitt "P" des Turbogehäuses 81 gebildet wurden.

Vergleichsbeispiel 12

Der Abgasturboladers des Vergleichsbeispieles 12 war identisch mit dem mit der ersten Überzugsschicht, wobei jedoch ein abreibbares Material verwendet wurde, das ein ZrO&sub2; x 20 Y&sub2;O&sub3; Pulver aufwies. Das ZrO&sub2; x 20 Y&sub2;O&sub3; Pulver wurde von Showa Denko Co., Ltd., hergestellt und hatte eine durchschnittliche Partikelgröße von 10 bis 44 um. Die Überzugsschicht hat eine Porosität von 28 %.

Vergleichsbeispiel 13

Der Abgasturbolader des Vergleichsbeispieles 13 war identisch mit dem mit der ersten Überzugsschicht, wobei jedoch ein abreibbares Material verwendet wurde, das 75 Gew.% Nickel (Ni) Pulver und 25 Gew.% Graphitpulver aufwies. Das Nickelpulver hatte eine durchschnittliche Partikelgröße von 10-74 um und das Graphitpulver hatte eine durchschnittliche Partikelgröße von 10-30 um und wurde von Perkin Elmer Co., Ltd., hergestellt.

Vergleichsbeispiel 14

Der Abgasturbolader des Vergleichsbeispieles 14 war identisch mit dem mit der ersten Überzugsschicht, wobei jedoch ein abreibbares Material verwendet wurde, das 94,5 Gew.% eines NiCrFeAl Legierungspulvers und 5,5 Gew.% eines BN-Pulvers aufwies. Die NiCrFeAl-Legierung hatte die folgende Zusammensetzung: 14 % Cr, 8 % Fe, 3,5 % Al, 5,5 % Bn und der Rest war Ni. Die durchschnittliche Partikelgröße war 45-120 um. Das BN-Pulver war identisch mit dem in der ersten Überzugsschicht.

Produktprüfung

Bei den Abgasturboladern mit der ersten und der zweiten Überzugsschicht wurde die Überzugsschicht 85 des Turbogehäuses 81 in einfacher Weise von dem Turborotor 82 bearbeitet und sogar dann, wenn der Schaft 80 eine Exzentrizität aufwies und der Turborotor 82 in Kontakt mit dem Turbogehäuse 81 während dem Betrieb gebracht wurde oder mit diesem kollidierte. Eine erzeugte Oberfläche 851 wurde dadurch auf der Überzugsschicht 85 gemäß Figur 4 gebildet. Eine Beschädigung des Turborotors 82 konnte somit vermieden werden.
Die Abgasturbolader mit der ersten und der zweiten Überzugsschicht sowie das Vergleichsbeispiel 11 wurden einem Produktleistungstest unterworfen, um eine Gesamteffizienz (%) unter der Bedingung einer Rotorgeschwindigkeit von 100.000 rpm zu bestimmen. Die Ergebnisse des Produktleistungstestes sind in der Tabelle 2 gezeigt. Tabelle 2 Abgasturbolader Gesamteffizienz (%) Verbesserung gegenüber Vergleichsbeispiel 11 Überzugsschicht Vergleichsbeisp. angehoben um 5 %
Gemäß Tabelle 2 war die Gesamteffizienz der Abgasturbolader mit der ersten und der zweiten Überzugsschicht um 5 bzw. 6 % bezüglich dem Vergleichsbeispiel 11 verbessert. Es wird angenommen, daß die Verbesserung auf der Tatsache beruht, daß die erzeugte Oberfläche 851 den Zwischenraum zwischen dem Turbogehäuse 81 und dem Turborotor 82 gemäß der Figur 4 im wesentlichen Null (0) gemacht hat und daß demgemäß eine Gasleckage bis zu einem minimalen Ausmaß verhindert werden konnte.
Die Abgasturbolader mit der ersten und der dritten Überzugsschicht sowie die Vergleichsbeispiele 12, 13 und 14 wurden einem Haltbarkeitstest unterworfen, der einen Geräuschtest während eines 300 stündigen Betriebes, einen Prüftest der Überzugsschicht nach dem Betrieb und einen Prüftest des Turborotors nach dem Betrieb beinhaltete. Ferner wurde nach dem Betrieb die Gewichtsreduktionen (in Gramm) des Turborotors 82 gemessen. Die Ergebnisse dieser Tests sind in der Tabelle 3 gezeigt. Gemäß den Ergebnissen dieser Tests wurden die Abgasturbolader in einer "Gesamtauswertung"-Säule der Tabelle 3 entweder mit einer "Gut"-Markierung, die einen sehr guten Abgasturbolader kennzeichnet, oder mit einer "Schlecht"-Markierung, die einen schlechteren Abgasturbolader kennzeichnet, eingestuft. Tabelle 3 Abgas-Turbolader Geräusch während dem Betrieb Zustand der Überzugsschicht nach Betrieb Zustand des Turboladers nach Betrieb Gesamtauswertung Deformation Gewichtsreduktion Überzugsschicht Vergl. schlect Vergl. keins laut gering kein Problem teilweises Abgehen Abgehen durch Korrosion Korrosion und viele Schäden keine stark Gramm gut schlecht
Gemäß Tabelle 3 zeigten die Abgasturbolader mit der ersten und der zweiten Überzugsschicht keinen Fehlbetrieb. Die Abgasturbolader der Vergleichsbeispiele 12, 13 und 14 erzeugten dagegen eine Vibration, wenn die Turborotoren 82 in Kontakt mit den Turbogehäusen 81 während dem Betrieb gebracht wurden, da die Überzugsschichten eine schlechte Bearbeitbarkeit aufwiesen. Bezüglich des Zustandes der Überzugsschicht nach dem Betrieb waren die Überzugsschichten der Abgasturbolader der Vergleichsbeispiele 12 und 13 nicht bearbeitet. Sie gingen ab, wenn die Turborotoren 82 in Kontakt mit den Turbogehäusen 81 während des Betriebes gerieten. Die Abgasturbolader der Vergleichsbeispiele 13 und 14 zeigten nach dem Betrieb korrodierte Überzugsschichten. Nach dem Betrieb hatten die Abgasturbolader der Vergleichsbeispiele 12, 13 und 14 ferner deformierte Turborotoren, die zudem aufgrund der Reibung Gewichtsreduktionen aufwiesen.
Es ist somit deutlich, daß die Abgasturbolader mit der ersten, zweiten und dritten Überzugsschicht Überzugsschichten 85 mit einer günstigen maschinellen Bearbeitbarkeit aufwiesen. Die Turborotoren 82 konnten vor einer Beschädigung bewahrt werden. Die Effizienz der Abgasturbolader konnte verbessert werden.

Vierte und fünfte Überzugsschicht

(1) Prüfung auf maschinelle Bearbeitbarkeit.

Abreibbare Materialien wurden hergestellt, deren Zusammensetzungen in der Tabelle 4 gezeigt sind. Dann wurden Teststücke der vierten und der fünften Überzugsschicht sowie die Vergleichsbeispiele 15 bis 20 mit den abreibbaren Materialien hergestellt und einem Test zum Vergleich ihrer Bearbeitbarkeit unterworfen. Tabelle 4 Teststück Abreibbare Materialzusammensetzung Überzugsschicht Vergl. Bsp. Graphit Glimmer
Die Teststücke wurden in der folgenden Weise hergestellt: Zunächst wurde eine NiCrAl Legierung als Substratschicht in einer Dicke von 0,1 mm auf einer flachen Platte (30 mm x 30 mm x 5 mm) aus S45 (Kohlenstoff stahl wie JIS) durch Plasmastrahl-Flammspritzbeschichtung aufgebracht. Dann wurde auf der Substratschicht ein abreibbares Material in einer Dicke von 1 mm durch die Plasmastrahl-Flammenspritzbeschichtung aufgebracht. Das ZrO&sub2; x 8Y&sub2;O&sub3; Pulver, das Al&sub2;O&sub3; Pulver, das BN Pulver und das Graphitpulver waren mit denen identisch, die in den oben erwähnten ersten und zweiten Überzugsschichten und in dem Vergleichsbeispiel 13 verwendet wurden. Das Glimmerpulver hatte einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 35 bis 45 um und wurde von Showa Denko Co., Ltd. hergestellt. Alle Additive außer ZrO&sub2; und Al&sub2;O&sub3; hatten eine laminierte Struktur. Sie hatten selbst die Eigenschaft eines einfachen Zerfalls. Die Additive wurden zugesetzt, um die Bearbeitbarkeit der Überzugsschichten günstig zu gestalten.
Die vierte und die fünfte Überzugsschicht sowie die Vergleichsbeispiele 15 bis 20 wurden einem Bearbeitbarkeitstest unterworfen, um die maschinelle Bearbeitbarkeit der Überzugsschichten zu prüfen. Der Bearbeitbarkeitstest wurde gemäß Figur 5 durchgeführt. Ein Ring 90 (Durchmesser 10 mm) aus Inconel (Handelsname), d.h. ein identisches Material wie für die Herstellung des Turborotors 82, drehte auf den Teststücken unter den folgenden Bedingungen in die Richtung des Pfeiles nach Figur 5:
Last "W": eine Oberflächenlast von 150 gf/mm²
Geschwindigkeit: 1.000 rpm
Testzeit: 1 Minute
Eine ringförmige Rille wurde durch den Ring 90 in der Überzugsschicht des Teststückes hergestellt. Die Tiefe wurde gemessen und als bearbeitete Tiefe (in mm) genommen. Ferner wurde die Abriebmenge des Ringes in mg gemessen. Die Ergebnisse dieses Bearbeitbarkeitstests sind in der Figur 6 dargestellt.
Aus der Figur 6 wird deutlich, daß die Überzugsschichten, die das BN-Pulver aufweisen und die auf den Teststücken der vierten und der fünften Überzugsschicht gebildet waren, in einfacher Weise bearbeitet werden konnten. Sie sind somit favorisiert. Die auf den Teststücken der Vergleichsbeispiele 15 bis 20 gebildeten Überzugsschichten, nämlich die Überzugsschichten mit dem Graphit und dem Glimmer sowie die Überzugsschichten, die nur aus den Oxiden hergestellt wurden, zeigten andererseits eine bearbeitete Tiefe von im wesentlichen Null (0) und deutliche Abriebmengen des Ringes. Sie sind demgemäß nicht favorisiert.
Die Figur 7 zeigt die Ergebnisse einer Härtebestimmung bezüglich der Härten der Überzugsschichten, die auf den Teststücken mit der vierten und der fünften Überzugsschicht und mit den Vergleichsbeispielen 15 bis 20 gebildet wurden. Die Härtebestimmung wurde durchgeführt, um die Vickers Härte unter einer Last von 5 kgf. zu erzielen. Es ist deutlich, daß die Überzugsschichten der vierten und der fünften Überzugsschicht extrem geringe Vickers Härten im Vergleich mit denen der Überzugsschichten der Vergleichsbeispiele 15 bis 20 aufweisen.
Eine Mikrofotografie (x 400) der Überzugsschicht, die auf dem Teststück gemäß dem Vergleichsbeispiel 15 gebildet wurde, ist in der Figur 8 gezeigt. Die Mikrofotografie stammte von einem Rasterelektronenmikroskop (im folgenden als "SEM" bezeichnet). In ähnlicher Weise wurden Mikrofotografien (x 400, durch SEM) der Überzugsschichten, die auf den Teststücken gemäß dem Vergleichsbeispiel 17, der vierten Überzugsschicht und dem Vergleichsbeispiel 20 genommen und sind in den Figuren 9, 10 und 11 dargestellt. Es ist verständlich, daß die Überzugsschichten, die auf den Teststücken gemäß der vierten und der fünften Überzugsschicht gebildet wurden, Strukturen aufweisen, in denen BN vorhanden ist, so daß geringe Härten und günstige Bearbeitungen möglich sind. Die Überzugsschichten mit BN sind in einfacher Weise bearbeitbar. Es wird angenommen, daß dies auf der Tatsache beruht, daß BN eine geringe Benetzbarkeit mit den umliegenden Oxiden hat, da es selbst kein Oxid ist, und daß die Kraft zur Bindung der Partikel gering ist, da BN so weich ist, daß es eine Mohssche Härteskala von 1 bis 2 hat. Es ist andererseits aus der Figur 9 erkennbar, daß im wesentlichen kein Graphit in der Überzugsschicht vorhanden war, die auf dem Teststück gemäß dem Vergleichsbeispiel 17 gebildet wurde. Dies beruht darauf, daß Graphit während der Plasmastrahl-Flammbeschichtung ausgebrannt wurde. Für die Überzugsschichten, die auf den Teststücken gemäß den Vergleichsbeispielen 19 und 20 gebildet wurden, ist aus der Figur 11 erkennbar, daß diese Überzugsschichten fest gebildet wurden. Es wird angenommen, daß dies auf der Tatsache beruht, daß hier Glimmer mit guter Benetzbarkeit vorliegt, da Glimmer hauptsächlich aus SiO&sub2; undd Al&sub2;O&sub3; zusammengesetzt ist, wobei diese Oxide dem Aluminiumoxid ähnlich sind, das mit diesen in dem Glimmer in dem abreibbaren Material verbunden ist. Ferner ist Glimmer selbst härter als BN. Somit scheint es, daß die Überzugsschicht mit Glimmer, die auf dem Teststück gemäß dem Vergleichsbeispiel 19 oder 20 gebildet wurde, härter ist als die der Teststücke der anderen Vergleichsbeispiele. Diese Schicht hatte eine schlechte Bearbeitbarkeit.

(2) Auswertung einer optimalen Zusatzmenge von BN

Eine optimale Zusatzmenge für BN wurde hinsichtlich der Bearbeitbarkeit und der thermischen Schockresistenz ausgewertet.

(2)-(a) Bearbeitungstest für die Auswertung der Zusatzmenge an BN mit Einfluß auf die Bearbeitbarkeit

Die Überzugsschichten der vierten und der fünften Überzugsschichten wurden auf den Teststücken in der gleichen Weise wie oben erwähnt hergestellt, wobei jedoch die Zusatzmengen von ZrO&sub2; x 8Y&sub2;O&sub3; und Al&sub2;O&sub3; in einem Bereich von 50 bis 90 Volumenprozent variiert wurden. Die Zusatzmenge von BN wurde in einem Bereich von 10 bis 50 Volumenprozent variiert. Die so hergestellten Teststücke wurden einem Bearbeitungstest gemäß der Beschreibung in dem Abschnitt (1) unterworfen. Die bearbeiteten Tiefen (mm) und die Abriebmengen des Ringes (mg) wurden in ähnlicher Weise gemessen. Die Ergebnisse dieser Prüfung sind in der Figur 12 dargestellt.
Das folgende ist aus der Figur 12 zu erkennen:
Gemäß der Überzugsschicht mit ZrO&sub2; x 8Y&sub2;O&sub3; und der Überzugsschicht mit Al&sub2;O&sub3; führt eine Steigerung des Zusatzes an BN zu einer besseren Bearbeitbarkeit. Demgemäß ist bevorzugt, mehr BN unter Berücksichtigung der Bearbeitbarkeit hinzuzufügen.

(2)-(b) Thermischer Schocktest für die Auswertung der Zusatzmenge an BN mit Einfluß auf die thermische Schockresistenz

Die thermische Schockresistenz der Überzugsschicht mit BN wurde durch einen thermischen Schocktest, d.h. einen thermischen Zyklustest, ausgewertet. Zunächst wurden die Überzugsschichten der vierten und der fünften Überzugsschicht auf den Teststücken in der gleichen Weise, wie oben erwähnt, gebildet. Die Zusatzmengen für ZrO&sub2; x 8Y&sub2;O&sub3; und für Al&sub2;O&sub3; variierten jedoch in einem Bereich von 50 bis 100 Volumenprozent. Die Zusatzmenge von BN variierte in einem Bereich von 0 bis 50 Volumenprozent. Die so hergestellten Teststücke wurden einem thermischen Zyklustest unterworfen. Ein Zyklus dieses Tests bestand aus einem ersten Schritt der Erhitzung der Teststücke mit einem Sauerstoff-Acetylenbrenner auf etwa 1.000ºC für 32 Sekunden sowie in einem zweiten Schritt der Abschreckung der Teststücke durch deren Eintauchen in Wasser. Dieser Zyklus wurde so oft wiederholt, bis ein Teil oder die gesamte Überzugsschicht abfiel. Die thermische Schockresistenz der Teststücke wurde als Zahl der wiederholten Zyklen bis zu einem Abfallen bestimmt. Die Überprüfung wurde nach jeweils 50 Zyklen vorgenommen. Die Zyklen wurden bis zu einem Maximum von 2.000 wiederholt. Die Ergebnisse dieser Prüfung sind in der Figur 13 dargestellt.
Aus der Figur 13 ist zu erkennen, daß die thermische Schockresistenz ab einer Menge an BN von 5 Volumenprozent beginnt sich zu verbessern, wobei die maximale Verbesserung bei einem BN-Zusatz von 25 % auftritt und wobei ab einer BN-Zugabe von 45 Volumenprozent die Schockresistenz abnimmt. Ferner fielen die Überzugsschichten bei weniger als 200 Zyklen ab, wenn die Menge der BN-Zugabe 50 Volumenprozent betrug.
Gemäß den Ergebnissen des Bearbeitungstests in dem Abschnitt (2)-(a) und des thermischen Schocktests in dem Abschnitt (2)-(b) gemäß den Figuren 12 und 13 ist zu verifizieren, daß eine effektive Überzugsschicht bezüglich der Bearbeitbarkeit und bezüglich der thermischen Schockresistenz gebildet werden kann, wenn die Menge des BN-Zusatzes in einen Bereich von 5-45 Volumenprozent fällt. Es wird ferner angenommen, daß ZrO&sub2; x 8Y&sub2;O&sub3; ein bevorzugteres Oxid als Al&sub2;O&sub3; ist.

Zusätzliche Auswertung Nr. 1

Die Überzugsschichten mit BN, die gemäß der vierten und der fünften Überzugsschicht hergestellt wurden, wurden mit der porösen Überzugsschicht verglichen, die gemäß dem US-Patent Nr. 4 269 903 hergestellt wurde. Dabei wurde die Bearbeitbarkeit und die thermische Schockresistenz verglichen.
Die vierte und die fünfte Überzugsschicht wurden auf Teststücken in der gleichen Weise, wie oben erwähnt, gebildet. Die Zusatzmengen an ZrO&sub2; x 8Y&sub2;O&sub3; und Al&sub2;O&sub3; variierte jedoch in einem Bereich von 50 bis 90 Volumenprozent. Die Zusatzmenge an BN variierte in einem Bereich von 10 bis 50 Volumenprozent. Ferner wurde eine Überzugsschicht auf den Teststücken gemäß dem US-Patent Nr. 4 269 903 gebildet. Diese Überzugsschicht wies poröses ZrO&sub2; x 20Y&sub2;O&sub3; auf und hatte eine Porosität von 20 bis 33 %. Die so hergestellten Teststücke wurden dem in dem Abschnitt (1) beschriebenen Bearbeitungstest unterworfen. Die bearbeiteten Tiefen (mm) und die Abriebmengen des Ringes (mg) wurden in ähnlicher Weise gemessen. Die Ergebnisse dieser Prüfung sind in der Figur 14 dargestellt. In der Figur 14 sind die bearbeiteten Tiefen und die Abriebmengen des Ringes gegen die Porosität der Überzugsschichten der Teststücke in Prozent aufgetragen.
Aus der Figur 14 ist zu erkennen, daß die Überzugsschichten, die gemäß der vierten und der fünften Überzugsschicht hergestellt wurden, bessere Bearbeitbarkeiten aufwiesen als die Überzugsschichten, die gemäß dem US-Patent Nr. 4 269 903 hergestellt wurden und die Identische Porositäten aufwiesen. Es wird angenommen, daß dies auf der Tatsache beruht, daß die BN Partikel mit der Weichheit und der Anordnung in der laminierten Struktur an den Grenzen der Oxide, wie Zirkoniumoxid und ähnliches, vorlagen.
Die Teststücke wurden ferner dem thermischen Schocktest unterworfen, der in dem Abschnitt (2)-(b) beschrieben wurde. Die thermischen Schockresistenzen wurden in ähnlicher Weise ausgewertet. Die Ergebnisse dieser Prüfung sind in der Figur 15 dargestellt.
Aus der Figur 15 ist zu erkennen, daß die Überzugsschichten mit BN bessere thermische Schockresistenzen exprimieren als die Überzugsschichten, die kein BN aufweisen, wobei in beiden Fällen ein Porositätsbereich von 20 bis 33 % vorlag. Die an BN freien Überzugsschichten zeigten in einem Porositätsbereich über 40 % eine zunehmend bessere Bearbeitbarkeit gemäß der Figur 14. Die thermische Schockresistenz wurde jedoch so deutlich zerstört, daß die an BN freien Überzugsschichten kaum für eine praktische Anwendung in Betracht zu ziehen sind. Demgemäß sind die Überzugsschichten mit BN den bekannten, porösen Überzugsschichten bezüglich der Bearbeitbarkeit und bezüglich der thermischen Schockresistenz überlegen.

Zusätzliche Auswertung Nr. 2

Die Überzugsschichten mit BN, die gemäß der vierten und der fünften Überzugsschicht hergestellt wurden, wurden mit der metallischen Überzugsschicht verglichen, die hauptsächlich aus Nickel besteht und die in der nicht geprüften, japanischen Patentanmeldung Nr. 18085/1974 sowie in dem US-Patent Nr. 4 405 284 offenbart ist. Es wurden die Korrosionsresistenzen geprüft.
Die Überzugsschichten der vierten und der fünften Überzugsschicht wurden auf den Teststücken in der gleichen Weise, wie oben beschrieben, gebildet. Die Zusatzmengen an ZrO&sub2; x 8Y&sub2;O&sub3; und von Al&sub2;O&sub3; wurden jedoch auf 75 Volumenprozent festgesetzt. Die Zusatzmenge an BN betrug 25 Volumenprozent. Ferner wurde eine Überzugsschicht mit Nickel und Graphit auf den Teststücken ausgebildet. Ferner wurde eine Überzugsschicht mit NiCrFeAl-Legierung und mit BN auf den Teststücken ausgebildet. Die Nickel und Graphit aufweisende Überzugsschicht wurde aus dem abreibbaren Material gemäß dem Vergleichsbeispiel 13 gebildet. Die eine NiCrFeAl-Legierung und BN aufweisende Überzugsschicht wurde mit dem abreibbaren Material gemäß dem Vergleichsbeispiel 14 gebildet.
Die so hergestellten Teststücke wurden einem Korrosionsresistenztest unterworfen. Der Korrosionsresistenztest wurde in der folgenden Weise durchgeführt: Zunächst wurden die Teststücke in einen Ofen gegeben, dessen Temperatur 1.000ºC betrug. Danach wurden die Teststücke von Zeit zu Zeit gewogen, um ihre Gewichtsvariationen in mg zu überprüfen und um so das Maß der Oxidation zu bestimmen. Die Ergebnisse dieser Prüfung sind in der Figur 16 dargestellt.
Aus der Figur 16 ist zu erkennen, daß die Teststücke mit den Überzugsschichten, welche die Oxide und das BN aufwiesen, selbst bei einer hohen Temperatur von 1.000ºC keine Gewichtsveränderung aufwiesen. Es trat kein Fehler aufgrund der Oxidation und ähnlichem auf. Die Teststücke mit den bekannten Überzugsschichten auf Nickelbasis veränderten ihre Gewichte mit der Zeit, da sich eine Oxidation entwickelte. Demgemäß waren die Überzugsschichten mit BN sehr viel besser als die bekannten Überzugsschichten auf Nickelbasis bezüglich der Korrosionsresistenz.

Sechste Überzugsschicht

Ein Abgasturbolader mit einer sechsten Überzugsschicht wurde in der gleichen Weise wie der Abgasturbolader mit der ersten Überzugsschicht hergestellt, wobei aber Ceroxid (CeO&sub2;) Pulver verwendet wurde, um ein abreibbares Material in dem Schritt (d) des Verfahrens für die Herstellung des Abgasturboladers herzustellen. Das Ceroxid-Pulver hatte eine durchschnittliche Partikelgröße von 10-74 um und wurde von Showa Denko Co., Ltd., hergestellt. Der Abgasturbolader mit der sechsten Überzugsschicht wurde so mit einer Überzugsschicht 85 mit einer Porosität von 23 % hergestellt.

Siebte Überzugsschicht

Der Abgasturbolader mit einer siebten Überzugsschicht war identisch mit dem mit der ersten Überzugsschicht, wobei jedoch ein abreibbares Material verwendet wurde, das 75 Volumenprozent Ceroxid-Pulver und 25 Volumenprozent CrO&sub2; x 20Y&sub2;O&sub3; Pulver aufwies. Das ZrO&sub2; x 20Y&sub2;O&sub3; Pulver (hergestellt von Showa Denko Co., Ltd.) hatte eine durchschnittliche Partikelgröße von 10-44 um. Das Ceroxid-Pulver war identisch mit dem in der sechsten Überzugsschicht. Der so hergestellte Abgasturbolader mit der siebten Überzugsschicht hatte eine Überzugsschicht 85 mit einer Porosität von 21 %.

Achte Überzugsschicht

Der Turbolader mit einer achten Überzugsschicht war identisch mit dem mit der ersten Überzugsschicht, wobei jedoch ein abreibbares Material verwendet wurde, das 30 Volumenprozent Ceroxid-Pulver und 70 Volumenprozent ZrO&sub2; x 20Y&sub2;O&sub3; Pulver aufwies. Das ZrO&sub2; x 20Y&sub2;O&sub3; Pulver war identisch mit dem in der siebten Überzugsschicht. Das Ceroxid entsprach dem in der sechsten Überzugsschicht. Der Abgasturbolader mit der achten Überzugsschicht wurde so hergestellt und hatte eine Überzugsschicht 85 mit einer Porosität von 19 %.

Vergleichsbeispiel 21

Der Turbolader des Vergleichsbeispieles 21 war identisch mit dem mit der ersten Überzugsschicht, wobei jedoch ein abreibbares Material verwendet wurde, das 100 Volumenprozent ZrO&sub2; x 20Y&sub2;O&sub3; Pulver aufwies. Das ZrO&sub2; x 20Y&sub2;O&sub3; Pulver war identisch mit dem in der siebten Überzugsschicht. Der so hergestellte Abgasturbolader des Vergleichsbeispieles 21 hatte eine Überzugsschicht mit einer Porosität von 30 %.

Vergleichsbeispiel 22

Der Turbolader des Vergleichsbeispieles 22 war identisch mit dem mit der ersten Überzugsschicht, wobei jedoch ein abreibbares Material verwendet wurde, das 100 Volumenprozent Al&sub2;O&sub3; Pulver aufwies. Das Al&sub2;O&sub3; Pulver wurde von Metco Co., Ltd., hergestellt und hatte eine durchschnittliche Partikelgröße von 35-74 um. Der so hergestellte Abgasturbolader des Vergleichsbeispieles 22 hatte eine Überzugsschicht mit einer Porosität von 28 %.

Produktauswertung

Die Turbolader mit der sechsten, siebten und achten Überzugsschicht sowie die Vergleichsbeispiele 21 und 22 wurden dem oben erwähnten 300-stündigen Haltbarkeitstest unterworfen, um einen aktuellen Betrieb zu simulieren für die Auswertung des Geräusches während des 300-stündigen Betriebes, des Zustandes der Überzugsschicht nach dem Betrieb sowie des Zustandes des Turborotors nach dem Betrieb. Die Gewichtsreduktionen (in g) des Turborotors 82 wurden auch nach dem Betrieb gemessen. Die Ergebnisse dieser Prüfungen sind in der Tabelle 5 gezeigt. Gemäß den Ergebnissen dieses Tests wurden die Turbolader in einer "Gesamtauswertung"-Säule nach Tabelle 5 entweder als "gut", was einen sehr guten Abgasturbolader kennzeichnet, oder als "schlecht", eingestuft, was einen schlechteren Abgasturbolader identifiziert. Tabelle 5 Abgas-Turbolader Geräusch während dem Betrieb Zustand der Überzugsschicht nach Betrieb Zustand des Turboladers nach Betrieb Gesamtauswertung Deformation Gewichtsreduktion Überzugsschicht Vergl. keins gering laut maximal kein Problem teilweises Abgehen der bearbeiten Fläche Abfallen des Überzuges keine stark stark Brüche in den Blättern Gramm gut schlecht
Gemäß Tabelle 5 zeigten die Abgasturbolader mit der sechsten und der siebten Überzugsschicht keinen fehlerhaften Betrieb, wie eine Vibration, ein Ab- oder Herunterfallen der Überzugsschicht 85, eines beschädigten Turborotors 82, da die Überzugsschicht 85 des Turbogehäuses 81 von dem Turborotor 82 in einfacher Weise bearbeitet wurde. Die damit erzeugte Oberfläche 851 wurde gemäß der Darstellung in Figur 4 auf der Überzugsschicht 85 selbst dann erzeugt, wenn der Turborotor 82 in Kontakt mit dem Turbogehäuse 81 während des Betriebes geriet oder mit ihm kollidierte. Der Turbolader mit der achten Überzugsschicht zeigte außer der Erzeugung eines leichten Zitterns keine weiteren Probleme.
Die Abgasturbolader der Vergleichsbeispiele 21 und 22 erzeugten ein lautes Vibrieren, wenn die Turborotoren 82 in Kontakt mit den Turbogehäusen 81 bei dem Betrieb gerieten, da die Überzugsschichten eine schlechtere Bearbeitbarkeit aufwiesen. Bezüglich des Zustandes der Überzugsschicht nach dem Betrieb war die Überzugsschicht des Abgasturboladers des Vergleichsbeispieles 21 nicht bearbeitet, sondern fiel ab, wenn der Turborotor 82 in Kontakt mit dem Turbogehäuse 81 bei dem Betrieb geriet. Ferner hatte der Abgasturbolader des Vergleichsbeispiels 21 deformierte Blätter des Turborotors 82 und zeigte eine Gewichtsreduktion nach dem Betrieb aufgrund der Reibung. Der Abgasturbolader des Vergleichsbeispiels 22 verlor 1/3 der Überzugsschicht, da die thermische Schockresistenz bei 950ºC schlecht war, d.h. bei der maximalen Temperatur, die den Turboladern angelegt wurde. Bei dem Abgasturbolader des Vergleichsbeispieles 22 waren ferner die Blätter des Turborotors 82 deformiert und gebrochen. Die deformierten und gebrochenen Blätter sind wahrscheinlich das Ergebnis der schlechten Bearbeitbarkeit der Überzugsschicht und der Kollisionen der Fragmente der abgegangenen Überzugsschicht. Der Abgasturbolader des Vergleichsbeispieles 22 zeigte demgemäß die stärkste Gewichtsreduktion und zwar eine Abriebmenge von 12 g.
Die Abgasturbolader mit der sechsten und der siebten Überzugsschicht wurden einem Produktleistungstest unterworfen, um die Gesamteffizienz (Prozent) unter der Bedingung der Rotorgeschwindigkeit von 100.000 rpm zu bestimmen. Die Abgasturbolader mit der sechsten und der siebten Überzugsschicht hatten eine Gesamteffizienz, die um 5,3 und 5,1 % bezüglich des Abgasturboladers verbessert war, der keine Überzugsschicht aufwies und der eine Gesamteffizienz von 51 % hatte. Es wird angenommen, daß die erzeugte Oberfläche 851 den Zwischenraum zwischen dem Turbogehäuse 81 und dem Turborotor 82 im wesentlichen Null (0) gemacht hat, wie dies in der Figur 4 dargestellt ist. Die Gasleckage konnte bis auf ein minimales Niveau unterdrückt werden, so daß die Verbesserung möglich wurde. Somit wurden bei den Abgasturboladern mit der sechsten, siebten und achten Überzugsschicht, welche die Überzugsschicht 85 mit dem Ceroxid aufwiesen, die Turborotoren 82 vor einer Beschädigung geschützt. Damit wurde die Effizienz der Abgasturbolader verbessert.

Neunte bis dreizehnte Überzugsschicht

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezug auf die Ergebnisse der oben erwähnten Tests für die Auswertung der Teststücke beschrieben, weiche Überzugsschichten aufwiesen, die gemäß einer neunten bis dreizehnten Überzugsschicht hergestellt wurden.

(1) Bearbeitungstest

Die abreibbaren Materialien wurden hergestellt, wobei deren Zusammensetzungen in der Tabelle 6 gezeigt sind. Dann wurden die Überzugsschichten aus den abreibbaren Materialien der neunten bis dreizehnten Überzugsschicht sowie die Vergleichsbeispiele 23 bis 30 in der gleichen Weise hergestellt, wie dies in dem Abschnitt (1) der vierten und der fünften Überzugsschicht beschrieben worden ist. Hier hatte das BN Pulver ("UHP-EX", hergestellt von Showa Denko Co., Ltd.) eine durchschnittliche Partikelgröße von 35-45 um. Das CeO&sub2; Pulver, das Al&sub2;O&sub3; Pulver und das ZrO&sub2; x 20Y&sub2;O&sub3; Pulver waren identisch mit den Pulvern, die bei der sechsten und siebten Überzugsschicht oder bei den Vergleichsbeispielen 21 und 22 verwendet wurden. Tabelle 6 Teststück Abreibbare Materialzusammensetzung Überzugsschicht Vergl. Bsp. Vergl. Bsp. Porosität
Die so hergestellten Teststücke wurden einem Bearbeitungstest unterworfen, um ihre Bearbeitbarkeit zu vergleichen, wie dies in dem Abschnitt (1) der vierten und der fünften Überzugsschicht beschrieben worden ist. Die Ergebnisse des Bearbeitungstests sind in der Figur 20 dargestellt.
Aus der Figur 20 ist zu erkennen, daß die Überzugsschichten mit Ceroxid, die gemäß der neunten bis dreizehnten Überzugsschicht hergestellt worden waren, in einfacher Weise bearbeitet werden können. Dies wird insbesondere deutlich, wenn die Eigenschaften der Überzugsschichten gemäß der neunten bis dreizehnten Überzugsschicht mit den Eigenschaften der Überzugsschicht verglichen werden, die ZrO&sub2; x 20Y&sub2;O&sub3; mit einer großen Porosität aufwies und die gemäß dem Vergleichsbeispiel 24 gebildet wurde, sowie im Vergleich zu der Überzugsschicht, die gemäß dem Vergleichsbeispiel 27 gebildet wurde, die in einem bekannten Flugzeug verwendet worden ist.
Wenn die Überzugsschichten der Vergleichsbeispiele 23 und 24 mit den Überzugsschichten der Vergleichsbeispiele 25 und 26 verglichen werden, wird deutlich, daß die Bearbeitbarkeit der Überzugsschichten auf ZrO&sub2; x 20Y&sub2;O&sub3;-Basis durch den Zusatz von BN verbessert sind. Da jedoch diese Überzugsschichten ziemlich starke Angriff stendenzen oder ziemlich starke Abriebmengen des Ringes aufweisen, sind sie für ein abreibbares Material für die Einstellung des Zwischenraumes bei einer kraftschlüssigen Verschiebungseinrichtung nicht geeignet. Es wurde ferner herausgefunden, daß die Überzugsschichten auf CeO&sub2;-Basis gemäß der neunten bis dreizehnten Überzugsschicht schwache Angriffstendenzen und ausgezeichnete Bearbeitbarkeiten selbst dann aufweisen, wenn das Hilfspulver, wie BN und ähnliches, nicht hinzugefügt wurde.

(2) Bestimmung der Vickers Härte

Die abreibbaren Materialien gemäß Tabelle 6 wurden auf den Teststücken durch die Plasmastrahl-Flammenspritzbechichtung in der gleichen Weise aufgetragen, wie dies in dem Abschnitt (1) der vierten und der fünften Überzugsschicht beschrieben worden ist. Dann wurden die Vickers Härten der Überzugsschichten gemessen. Figur 21 zeigt die Ergebnisse dieser Bestimmung.
Aus der Figur 21 ist zu anzunehmen, daß die Überzugsschichten der neunten bis dreizehnten Überzugsschicht sehr viel weicher und sehr viel besser bearbeitbar sind als die Überzugsschichten der Vergleichsbeispiele 23 bis 30. Wenn ferner die Härte der Überzugsschicht der neunten Überzugsschicht mit den Härten der Überzugsschichten der zehnten und elften Überzugsschichten verglichen werden, die gemäß der Erfindung hergestellt wurden, ist zu erkennen, daß die maschinelle Bearbeitbarkeit durch den Zusatz von BN weiter verbessert wird.

(3) Auswertung einer optimalen Zusatzmenge an Ceroxid

Da die durch Flammenspritzbeschichtung gebildete Überzugsschicht mit Ceroxid eine sehr gute maschinelle Bearbeitbarkeit aufwies, wurde die optimale Zusatzmenge an Ceroxid bezüglich der Bearbeitbarkeit und der thermischen Schockresistenz bestimmt.

(3)-(a) Bearbeitungstest für die Auswertung der Zusatzmenge an Ceroxid mit Einfluß auf die Bearbeitbarkeit

Die Überzugsschichten der dreizehnten Überzugsschicht wurden auf Teststücken in der gleichen Weise hergestellt, wie dies oben beschrieben worden ist. Die Zusatzmengen des Ceroxides und des ZrO&sub2; x 20Y&sub2;O&sub3; wurden jedoch in einem Bereich von 0- 100 Volumenprozent variiert. Das ZrO&sub2; x 20Y&sub2;O&sub3; und das Ceroxid waren identisch mit den oben erwähnten. Die so hergestellten Teststücke wurden einem Bearbeitungstest unterworfen, der in dem Abschnitt (1) der vierten und der fünften Überzugsschicht beschrieben worden ist. Die bearbeiteten Tiefen (mm) und die Abriebmengen des Ringes (mg) wurden in ähnlicher Weise bestimmt. Die Ergebnisse dieser Prüfung sind in der Figur 22 dargestellt.
Aus der Figur 22 ist zu erkennen, daß die maschinelle Bearbeitbarkeit der Überzugsschicht zunimmt, wenn die Menge des Ceroxides in dem abreibbaren Material zunimmt. Wenn Ceroxid in einer Menge von 10 Volumenprozent zugefügt wurde, wurde die Bearbeitbarkeit, d.h. die bearbeitete Tiefe der Überzugsschicht, im wesentlichen genauso wenig zerstört wie die Überzugsschicht des Vergleichsbeispieles 24 (siehe Figur 20). Die Überzugsschicht des Vergleichsbeispieles 24 wurde gemäß dem US-Patent Nr. 4 269 903 hergestellt. Wenn Ceroxid in einer Menge von weniger als 10 Volumenprozent vorlag, nahm die Bearbeitbarkeit der Überzugsschicht sehr stark ab. Somit ist es notwendig, Ceroxid in einer Menge von 10 Volumenprozent oder mehr zu verwenden, um eine Überzugsschicht mit einer guten Bearbeitbarkeit zu erzielen.

(3)-(b) Thermischer Schocktest für die Auswertung der Zusatzmenge an Ceroxid mit Einfluß auf die thermische Schockresistenz

Die thermische Schockresistenz der Überzugsschicht mit Ceroxid wurde mit dem thermischen Schocktest durchgeführt, der in dem Abschnitt (2)-(b) der vierten und der fünften Überzugsschicht beschrieben worden ist. Zunächst wurden die Überzugsschichten der zwölften und der dreizehnten Überzugsschicht auf Teststücken in der gleichen Weise, wie oben beschrieben, hergestellt. Bei den Überzugsschichten der dreizehnten Überzugsschicht wurde jedoch ZrO&sub2; x 8Y&sub2;O&sub3; anstelle von ZrO&sub2; x 20Y&sub2;O&sub3; verwendet. Die Zusatzmenge an Ceroxid bezüglich des ZrO&sub2; x 8Y&sub2;O&sub3; oder des Al&sub2;O&sub3; wurde in einem Bereich von 0-100 Volumenprozent variiert. Ferner wurden Vergleichsteststücke hergestellt, auf denen die abreibbaren Materialien der Vergleichsbeispiele 24 und 27 durch die Plasmastrahl-Flammenspritzbeschichtung aufgebracht worden sind. Auch bei diesem Test wurde die Legierung, welche die NiCrAl Legierung aufweist, durch die Plasmastrahl-Flammenspritzbeschichtung in einer Dicke von 1 mm vor der Flammenbeschichtung des abreibbaren Materiales aufgetragen. Hier hatte das ZrO&sub2; x 8Y&sub2;O&sub3; Pulver ("K90", hergestellt von Showa Denko Co., Ltd.) eine durchschnittliche Partikelgröße von 10-74 um. Das Al&sub2;O&sub3; und das Ceroxid war identisch mit den oben erwähnten Substanzen. Die so hergestellten Teststücke wurden einem thermischen Zyklustest unterworfen. Die Ergebnisse dieser Tests sind in der Figur 23 dargestellt.
Aus der Figur 23 ist zu erkennen, daß die thermischen Schockresistenzen der Überzugsschichten im wesentlichen denen der Vergleichsbeispiele 24 und 27 entsprechen. Wenn jedoch das Ceroxid in einer Menge von 10 Volumenprozent oder mehr vorliegt, werden die thermischen Schockresistenzen der Überzugsschichten verbessert, so daß sie äquivalent zu oder besser sind als die der Überzugsschichten der Vergleichsbeispiele 24 und 27. Zusätzlich wurde gefunden, daß ZrO&sub2; x 8Y&sub2;O&sub3; dem Al&sub2;O&sub3; als Oxid, das in die Überzugsschicht bezüglich der thermischen Schockresistenz einzufügen ist, überlegen ist.
Gemäß den Ergebnissen des Bearbeitungstests in dem Abschnitt (3)-(a) und des thermischen Schocktests in dem Abschnitt (3)-(b) gemäß der Darstellung in den Figuren 22 und 23 ist zu schlußfolgern, daß eine effektive Überzugsschicht bezüglich der Bearbeitbarkeit und der thermischen Schockresistenz gebildet werden kann, wenn die Menge des Ceroxides in einen Bereich von 10 Volumenprozent oder mehr fällt. Somit kann unter Berücksichtigung der Ergebnisse der Tests, die in den Abschnitten (1), (2) und (3) beschrieben worden sind, gesagt werden, daß das abreibbare Material mit einem Ceroxidgehalt von 10 Volumenprozent oder mehr ein optimales Flammenspritzbeschichtungsmaterial ist, um den Zwischenraum in einer kraftschlüssigen Verschiebungseinrichtung einzustellen.
Nach der vollständigen Beschreibung der Erfindung wird es nun für Fachleute erkennbar sein, daß viele Veränderungen und Modifikationen durchgeführt werden können, ohne daß der Umfang der Erfindung gemäß den beiliegenden Ansprüchen verlassen wird.

Claims

1. Kraftschlüssige Verschiebungseinrichtung mit einem bewegbaren Element und

einem stationären Element,

wobei das bewegbare Element und das stationäre Element benachbart zueinander angeordnet sind und sich bei einer hohen Temperatur relativ zueinander verschieben und wobei

das stationäre Element eine Überzugsschicht aufweist, die benachbart zu dem bewegbaren Element angeordnet ist, die durch Flammspritzbeschichtung gebildet ist, die Bornitrid des hexagonalen Systems und Ceroxid aufweist und deren Oberfläche durch maschinelle Bearbeitung mit dem bewegbaren Element gebildet wird.

2. Kraftschlüssige Verschiebungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Überzugsschicht 5-45 Volumenprozent Bornitrid und 10 Volumenprozent oder mehr Ceroxid aufweist.

3. Kraftschlüssige Verschiebungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Bornitrid eine durchschnittliche Partikelgröße von 5-50 um hat.

4. Kraftschlüssige Verschiebungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Ceroxid eine durchschnittliche Partikelgröße von 10-100 um hat.

5. Kraftschlüssige Verschiebungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Überzugsschicht ferner wenigstens ein Oxid aufweist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die Zirkoniumoxid, Yttriumoxid und Aluminiumoxid enthält.

6. Kraftschlüssige Verschiebungseinrichtung nach Anspruch 5, wobei das Oxid eine durchschnittliche Partikelgröße von 10-100 um hat.