JPS59205466A - 耐摩耗性被覆層 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、特にプラズマジェット方法のようなスクープ
方法によって射出被覆形式または仕切り形式で被覆され
た特にエンジン用ピストンリングの摺動面のような摩耗
を受ける機械部分署しい摩耗負荷にさらされた機械部分
の寿命を向上させろため、この機械部分を、スクープ方
法またはプラズマジェット方法によってコーティングさ
れた、特に金属、サーメット材料および／または純粋な
磁器材料からなる摩耗保護層によって被覆している。そ
の場合、ピストンの摺動面には、特に、スクープ方法に
よってコーティングされたモリブデン層またはプラズマ
ジェット方法によってコーティングされたモリブデン含
有層が有効であることが実証されており、これらの層は
摺動面の全面に射出被覆形式で被覆されるか、又は溝の
中に仕切り形式で被覆されている。

例えば、エン、ジンの故障時の無潤滑運転の場合または
特にターＲ過給機を備えた最近の高速ディーゼルエンジ
ンの場合のようなピストンリングの極端な負荷時には、
過熱の結果としてモリブデン層に亀裂が生じ層剥離およ
び層破壊に導く恐れがある。このため、従来、特にモリ
ブデン合金または他の合金、および低融点合金あるいは
金属間化合物の添加物を含む又は含まない磁器材料が、
ピストンリング被覆用結合金属として使用されている。

しかしながら、このような処置では満足される結果を少
ししか得ることができない。

摩耗を受ける機械部分の摺動面のコーティングは、基質
への良好で温度に安定な固着（接着）および層内部にお
ける良好で温度に安定な結合（凝集）のほかに、摩擦対
象と接触する表面部分においても、とりわけ焼付き痕跡
を生ぜず、耐摩耗性を有することが必要であり、減摩剤
を収容する間隙を備え、無潤滑運転において充分な自己
潤滑性をもち、なじみ運転時において対象面に適合する
だめの自己摩耗が充分であることが必要である。従って
、この被覆層は、高い破壊強度をもち、長期の運転時間
経過後も疲労特性を全く、又は少ししか示さないことが
必要である。同様に、エンジン運転時に、層破壊を能う
応力上昇が生じないように、特に仕切られた射出層の場
合に、基質と層材料との熱膨張係数は互に同じであるこ
とが必容である。しかしながら、従来の開発された合金
層または磁器層は、これらのすべて特性を殆んど具備し
ておらず、例えば硬質合金添加によって層の摩耗強度を
増加させる方法は、他方において基質への被覆層の固着
強度または層自体の強度を減少させる結果となり、従っ
てこの被覆層は破壊および熱衝撃に対する強度がない。

例えば電気硬化クロム鍍金の場合のようなピストンリン
グのコーティング技術においては、硬化クロム層を向上
するための中間層を基質に設けるか、またはリングのな
じみ運転特性を向上するための軟金属層を表面に設ける
のが普通である。この方、去は、屡有効ではあるが、中
間層およびなじみ運転層の被覆は、リングの経費を高く
する付加的な措置を必要とし、個々の層の間の固着性の
不足により、特に極端な負荷時には、場合により損傷が
生じる。

本発明の基本的な目的は、摩耗を受ける機械部分の摺動
面、特にピストンリングの摺動面に、スクープ方法また
は主としてプラズマジェット力法によって被検された場
合によっては極端な負荷にも耐えることが可能な耐摩耗
層を設けることにある。この被覆層製造方法は、可及的
に簡単で経費が低部である必要があり、とりわけ、夫々
の用途に適合する特性を備えた耐摩耗性被覆層をつ（る
ことが専門家に可能でなければならない。

この目的（ｄ、本発明によれば、異なる構造および／ま
たは組成をもつ数層の重ねられた射出層からなる耐摩耗
層によって達成される。特に、その場合、被櫃層は５な
いし１０層の互に重ねられた射出層を包含している。

その場合、耐摩耗性被覆層は、少くとも２種の異なる成
分をもつ射出粉末混合体からつ（もれ、この混合体は互
に量的な組成割合を替えて被覆され、従って、被覆層は
、同質であるが量の異なる組成の数層に車ねられた射出
層からなるようにすることが好ましい。特に射出粉末混
合体に使用される成分は、量割合が２５ないし６５％に
変化するモリブデン粉末、量割合が１０ないし５０に変
化する炭化モリブデン粉末および／または炭化クロム粉
末および量割合が１０ないし３５％に変化する特にニッ
ケル・アルミニウム合金および／またはニッケル・クロ
ム・アルミニウム合金からなる結合金属粉末である。

この射出粉末によってつくられる被覆層は、内部から外
部の方へ次の層からなっている。

１層−２５％Ｍ□　、５０％ＭＯ２Ｃおよび／またはＣ
ｒ３Ｃ２および２５％結合剤 ２層−３５％Ｍｏ　、４０％ＭＯ２Ｃおよび／またはＣ
ｒ３Ｃ２および２５結合剤 ３層−４５％ＭＯ１３０％ＭＯ３Ｃおよび／またばＣｒ
３Ｃ２および２５％結合剤 ４層−５５％Ｍｏ　、　２０％Ｍｏ２Ｃおよび／−また
はＣｒ３Ｃ２および２５％結合剤 ５層−６５％Ｍｏ　、１０％ＭＯ２Ｃおよび／またはＣ
ｒ３Ｃ２および２５％結合剤 その他の特に使用される射出粉末混合体は、計割合が２
０ないし４０％に変化するモリブデン粉末と、量割合が
２５ないし６０％に変化するフェロクロム粉末および／
またはクロム粉末と、量割合が２０ないし３５％に変化
する結合剤とからなっている。この射出粉末によって形
成される被覆層は、内部から外部へ次の層からなってい
る。

１層−２０％Ｍｏ　、６０％フェロクロムおよび／また
はクロム、２０％結合剤、 ２層−３０％ＭＯ１５０％フェロクロムおよび／または
クロム、２０％結合剤 ３層−４０％Ｍ、ｏ　、４０％フェロクロムおよび／ま
たはクロム、２０％結合剤 ４　Ｍ　　５０％Ｍｏ　、３０％フェロクロムおよび／
またはクロム、２０％結合剤 ５層−６０％ＭＯ１１５％フェロクロムおよび／または
クロム、２５％結合剤 その他の特に使用されろ射出粉末混合体は、ｔｔｉ：　
ｉ！；１合が３５ないし６０％に変化する酸化アルミニ
ウム（Ａ１２０３）と、量割合が２０ないし４０％に変
化する酸化チタンおよび／または二酸化チタンと、量割
合が５ないし１５％に変化する２０％の炭酸カルシウム
を含む酸化ランタンおよび／または酸化ニオブと、３０
％まで含有することかできる結合剤とからなっている。

この射出粉末によって形成される被覆層は、内部から外
部へ次の層からなっている。

１１層−５５％Ａｌ２Ｏ３，３５％Ｔ　ｔ　Ｏ２および
Ｌａ２Ｏ３および／またはＮｂ２Ｏ５およびＣａＣＯ３
２層−４０％Ａｌ２Ｏ３，２５％ＴｉＯ２および１０％
Ｌａ２Ｏ３および／またばＮｂ２Ｏ５およびＣａＣＯ３
および２５％結合剤 ３層−５５％Ａｌ２Ｏ３，３５％ＴｌＯ２および１０％
Ｌａ２Ｏ３および／またはＮｂ２Ｏ，およびＣａＣＯ３
４層−４０％Ａｌ２Ｏ３，２５％ＴｉＯ２および１０％
Ｌａ２Ｏ３および／またはＮｂ２Ｏ５およびＣａＣＯ３
２よび２５％結合剤 ５、層−５５％Ａｌ２Ｏ３，３５％ＴｌＯ２および１０
％Ｌａ２Ｏ３および／またはＮｂ２Ｏ５およびＣａＣＯ
３さらに、本発明の概念において、基質に耐摩Ａ・Ｌ層
を級ｉ漠する以前て、特にモリブデン、ニッケル・クロ
ム合金、ニッケル・アルミニウム合金およＯ・／または
ニッケル・クロム・アルミニウム合金からなる固着性を
向上させる層を被覆ず４）ことかできろ。

同様に、射出粉末は、コ・々ルトおよび／またはニッケ
ルの塩基に金槌間化合物を３５９９までの１１１で含有
することができる。さらに、特に二硫化モリブデン、二
硫化タングステン、窒化ホウ素、フッ化カルシウム、ニ
ッケルグラフアイ）・および／またはＰＴＦＥからなる
２５％までのｉｊ！！１体潤削剤を射出粉末に含ませろ
ことができる。

さらに、互に重なり合った射出層の多孔率を異なるよう
にすることかで゛き、しかも多孔率を内部から外部へ段
階的に約２５％まで増加させることが好ましい。

従って、本発明により、物理的特性が、異なン’ｙ　）
ｉｌｌ成の互に車なり合った射出層によって、心安な負
荷特性に最も適合した耐摩耗性被粗層が提供される。量
割合は異なるか、質的に同一な射出材料を特に使用する
場合、個々の射出層相互間に、特別な固着上の問題は生
じない。基質に接する内部の射出層を、基質に対する良
好な固着を保証するような組成に選択することによって
、過熱による極端な負荷においても、全体の被覆層の基
質への固着は最良である。高い割合の耐摩耗性成分の使
用および高い割合の外部射出層の固体潤滑剤および高い
多孔性の使用によって、全体の被覆層は同時に耐摩耗性
で、しかも焼付き痕跡を生じないようになり、良好なな
じみ運転寂よび必要時に対する良好な自己潤滑性が保証
される。

その賜金、耐摩耗性被覆層の製造方法は、比較的簡争で
経済的である。コーチングは、数個、しかしながら特に
たｒ１個のスプレーガンによって行われ、その場合、混
合されて射出される数棟の成分の供給量は、自動的およ
び場合によっては電子的に制御される。また、このコー
チング方法の場合、専門家は、開発試験において、それ
ぞれの用途に最適な射出層の組成が、比較的簡単（（、
しかも迅速に見出せるよう、その下張りに応して個々の
成分の供給量を変更することかできる。

不発明を２つの図によって一層詳細に説明する。

第１図において、参照符号１は、合計６つの重なり合っ
たはｙ同じ厚さをもつ射出層３，４゜５．６，７．８　
　からなる被覆層２を備えたピストンリングである。

第２図にあ・いて、参照符号１１は、重なり合った射出
層３／、　、＋７．　ｓ／、　６１．７／、　Ｂ／から
なる耐摩耗層２′を備えた仕切り室を備えたピストンリ
ングである。

【図面の簡単な説明】

第１図は不発ＩＪＪの一実施例を示す射出被覆形式のピ
ストンリングの断面図、第２固相本発明の別の実施例を
示す仕切り形式に被覆されたピストンリングのｉ功面図
である。 １．１′・ｌ！ストンリング、２．２′・・・被覆層、
゛う、３′、・Ｉ　、　４’、　５　、５’、　６　、
６’、　７　、７’、　８　、８’・・・・・射出層、
９・・・仕切り室。 特許出願人 ゲツツエ　アクチェンゲゼルシャフト 代理人 若　　林　　　　　　忠

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）特にプラズマノエット方法のようなスクープ方法に
   よって射出被覆形式または仕切り形式で′：＄覆された
   特にエンジン用ピストンリングの摺動面のような摩耗を
   受ける機械部分のｌｌ１ｌＩＪ！λ耗性被覆層において
   、被覆層（２）は、異なる＋１４造および／または組成
   をもつ半径方向１てΦ−なり合った数層の射出層（３、
   ４、５、６’。 ７．８）からなることを特徴とする耐摩耗性被覆層。 ２）被覆層（２）は、異なる構造および／または組成を
   もつ半径方向に重なり合った５層ないし１０層の射出層
   （３，４，５，６，７，８）からなることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項１、山１ｇの１．９」摩、）−り
   柱板段層。 、υ　被覆層（２）は、少くとも２つの異なる成分をも
   つ射出粉末混合体からつくられることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項または第２項記載の耐摩耗性被覆層。 ４）被覆層（２）は、同質の組成ではあるが量が異なる
   組成の射出粉末混合体から形成された数層の重なり合っ
   た射出層（３，４，５，６，７゜８）からなることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれか
   に記載の耐摩耗性被覆層。 ５）被覆層（３，４，５，６，７，８）をつくるための
   射出粉末混合体は、２５ないし６５％のモリブデンと、
   １０ないし５０％の炭化モリブテン（Ｍｏ２Ｃ）および
   ／または炭化クロム（Ｃｒ３Ｃ２）と、１０ないし３５
   ％の結合剤とからなることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項ないし第４項のいずれかに記載の耐摩耗性被覆層
   。 ６）被覆層（２）は、 １００％の固着層または結合金属と、 ２５％のＭｏ、５０％のＭｏ　２　Ｃおよび／またはＣ
   ｒ３Ｃ２および２５％の結合金属と、３５％のＭ、、４
   ０％のＭｏ２ｃおよび／またはＣｒ　３　Ｃ２および２
   ５％の結合金属と、４５％のＭ□、３０％のＭｏ　ｚ　
   Ｃおよび／またはＣｒ３Ｃ２および２５％の結合金属と
   、５５％のＭｏ、２０％のＭｏ２Ｃおよび／またはＣｒ
   ３Ｃ２および２５％の結合金属と、６５％のＭＯ１１０
   ％のＭｏ２Ｃおよび／またはＣｒ３Ｃ２および２５％の
   結合金属とから順番に相次いで被覆された射出粉末混合
   体から形成された６層の射出層からなることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項ないし第５項のいずれかに記載
   の耐摩耗性被覆層。 ７）被覆層（２）は、２０ないし４０％のモリブデンと
   、２５ないし６０％のフェロクロムおよび／またはクロ
   ムと、２０ないし３５％の結合金属とからなる射出粉末
   混合体から形成さ′Ａすることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項ないし第４項のいずれかに記載の耐摩耗性被
   覆層。 ８）被段層（２）は、順番に下記の組成、２０％のＩＶ
   Ｔｏ　、　　６０％のフェロクロムおよび／またはクロ
   ムおよび２０％の結合金属と、３０％のＭｏ、５０％の
   フェロクロムおよび／またはクロムおよび２０％の結合
   金属と、４０％のＭｏ　、　４０％のフェロクロムおよ
   び／またはクロムおよび２０％の結合金属と、５０％の
   Ｍｏ　、　　３０％のフェロクロムおよび／またはクロ
   ムおよび２０％の結合金属と、６０％のＭｏ　、　　１
   ５％のフェロクロムおよび／またはクロムおよび２５％
   の結合金属とからなる６層の重なり合った射出層（３，
   ４゜５．６’、７．８）から形成されることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項ないし第７項のいずれかに記載
   の耐摩耗性被覆層。 ９）射出層（３，４，，５，６，７，８）は、３５ない
   し６０％のＡｌ２Ｏ３と、２０ないし４０％のＴ　ＩＯ
   ２および／または二酸化デルコンと、２０％の炭酸カル
   シウムを含む５ないし］５％の酸化ランタンおよび／ま
   たは酸化ニオブと、３０％までの結合金属とからなる射
   出粉末混合体から形成されることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項ないし第４項のいずれかに記載の耐摩耗性
   被覆層。 １０）被段層（２）は、 ５５％ノＡ１２ｏ３．３５％（７’Ｊ）　Ｔ　ｉＯ２お
   よび１０％　（７，Ｉ　Ｌａ２Ｏ３オ、Ｊ：び／または
   Ｎｂ２ｏ５＋ｃａｃｏ３と、４０％のＡｌ２Ｏ３，２５
   ％のＴｉＯ２および１０％のＬａ２Ｏ３および／または
   Ｎｂ２ｏ５５ｃａｃｏ３および２５％の結合金属と、 ５５％のＡ）２０３．３５％ノＴｌＯ２および１０％の
   Ｌａ２Ｏ３および／またはＮｂ２ｏ５５ｃａｃｏ３ト４
   ０％のＡＩ。０３．２５％ノＴ　ＩＯ２および１０％の
   Ｌａ２０３および／またはＮｂ２ｏ５＋ｃａｃｏ３およ
   び２５％の結合金属と、 ５５％ノＡＩ。０３．３５％０）　Ｔ　ＩＯ２およびＩ
   　Ｌ）％ノＬａ２Ｏ３オよび／マタはＮｂ２ｏ５＋ｃａ
   ｃｏ３と（１（よって順番に被覆された射出粉末から組
   合された６層の射出層（：３．４，５，６，７．８）か
   ら／、［ることを特徴とする特許請求の範囲第９項、、
   Ｕ２載の耐摩耗性被覆層。 １１）ｊｌ！なり合った射出層（３，４，，５，６，７
   ，８）を基質の上に被覆する以前に、固着性を向上させ
   る層を被覆することを特徴とする特許請求の範囲第１項
   ないし第１０項のいずれかに記載の耐摩耗性被覆層。 １２）固着性を向上させる層は、モリブデンと、＝　ソ
   ）７　／ｌ／・クロム合金と、ニッケル・アルミニウム
   合金および／またはニッケル・クロム・アルミニウム合
   金とからなることを特徴とする特許請求の範囲第エエ項
   記載の耐摩耗性被覆層。 １３）射出層（３，４，５，６，７，８）は、金属間化
   合物をコ・ぐルトおよび／またはニッケルの塩基に２５
   ％まで含有することを特徴とする特許請求の範囲第１項
   ないし第１２項のいずれかに記載の耐摩耗性被覆層。 １４）射出層（３，４，５，６，７，’８）を形成する
   射出粉末混合体は、２５％までの固体潤こケ剤を含有す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第１３
   項のいずれかに記載の耐摩耗性被覆層。 １５）固体潤滑剤は、二硫化モリブデン、二硫化タング
   ステン、窒化ホウ累、フッ化カルシウム、ニッケルグラ
   ファイトおよび／ｌたはＰＴＦＥ粉末からなることを特
   徴とする特許請求の範囲第１４項記載の耐摩耗性被覆層
   。 １６）重なり合う射出層（３，４，５，６，７，８）は
   異なる多孔性をもち、内部にある層の多孔性が最も小さ
   く、外部の方へ段階的に増加することを特徴とする特許
   請求の範囲第１項ないし第１４項のいずれかに記載の耐
   摩耗性被覆層。 １７）個々の層（３ｙ４．ｓ、６，７．ｓ）は、はぼ同
   じ厚さをもつことを特徴とする特許請求の範囲第１項な
   いし第１６項のいずれかに記載の耐摩耗性被覆層。