DE2620104B2

DE2620104B2 - Werkstoffpaarung für die Laufschichten der Zylinderwandung und des damit in Eingriff stehenden Kolbenringes von Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2620104B2
Application number: DE2620104A
Authority: DE
Inventors: Kentaro Omiya Saitama Takahashi (Japan)
Original assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Current assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Priority date: 1975-05-13
Filing date: 1976-05-06
Publication date: 1980-10-02
Also published as: JPS5223018B2; DE2620104A1; JPS51132311A; US4079720A

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkstoffpaarung für die Laufschichten der Zylinderwandung und des damit in Eingriff stehenden Kolbenringes von Brennkraftmaschinen, bei der die Laufschicht der Zylinderwandung und die Laufschicht des Kolbenringes durch Überzüge aus Nickel oder einer Nickellegierung mit darin enthaltenem Siliziumcarbid gebildet wird.

Bekanntlich arbeiten Brennkraftmaschinen mit hohen Drehzahlen und unter hoher Belastung. Die hohen Drehzahlen und die hohe Belastung wirken insbesondere auf Kolbenringe und Zylinder. Um dem Zylinder oder Kolbenring eine zur Anpassung an derart extreme Bedingungen erforderliche hohe Abnutzungsbeständigkeit zu vermitteln, ist es bekannt, die Zylinder und Kolbetringe mit Siliziumcarbid enthaltendem Nickel oder Nickellegierung zu beschichten.

Dadurch läßt sich die Lebensdauer der Brennkraftmaschine verlängern. Dies ist darauf zurückzuführen, daß Siliziumcarbid einen hohen Härtegrad aufweist Die in dem Überzug aus Nickel oder Nickellegierung enthaltenen Siliziumcarbid-Teilchen treten, wenn sich der Zylinder oder Kolbenring abnutzt, über die Zylinderwandung bzw. Kolbenringfläche hinaus und bilden relativ zu dem Gegenstück eine harte Gleitfläche aus. Andererseits bilden sich bei der Abnutzung derjenigen Oberflächenteile, die keine Siliziumcarbidteilchen enthalten, Poren, in denen öl zurückbleibt- Hierdurch wird selbst bei schlechten Schmierbedingungen über lange Zeit hinweg ein Festfressen verhindert, sowie eine gute Abnutzungsbeständigkeit gewährleistet

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Werkstoffpaarung der eingangs genannten Art zu schaffen, die sich durch eine hervorragende Abnutzungsbeständigkeit auch bei hoher Belastung auszeichnet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Siliziumcarbid eine Teilchengröße von 04 bis 5 μΐη und in der Laufschicht der Zylinderwandung einen Gehalt von 3 bis 8 Gew.-% und in der Laufschicht des Kolbenringes einen Gehalt von 2 bis 10 Gew.-% des Überzugswerkstoffes aufweist.

Das Wesen der Erfindung besteht nicht in der Wahl der Verwendung einer speziellen Nickellegierung, in der die angegebenen Mengen Siliziumcarbid eingebettet sind. Wie bereits dargelegt, ist es bekannt, Nickel oder Nickellegierungen mit darin enthaltenen Siliciumcarbid als Material für die einer Abnutzung ausgesetzten Oberflächen von Kolbenringen und Zylindern in Brennkraftmaschinen zu verwenden. Typische geeignete Nickellegierungen sind solche, die entweder Phosphor oder Bor enthalten und beispielsweise aus Ni-P oder Ni-B bestehen. Ferner sind auch Verfahren zum Einarbeiten von Siliziumcarbid-Teilchen in Nickel- oder aus einer Nickellegierung bestehende Überzüge bekannt

Die in dem Überzug bzw, der Schicht aus Nickel oder Nickellegierung enthaltenen Siliziumcarbidteilchen sind

ίο hinsichtlich Teilchengröße und Menge begrenzt

Die Teilchengröße des in dem Oberzug oder Schicht aus Nickel oder einer Nickellegierung enthaltenen Siiiziumcarbids ist auf einem Wert im Bereich von 0,5 bis 5 μπι begrenzt Die Schicht bzw. der Überzug erhält eine

is unzureichende Abnutzungsbeständigkeit, wenn die Teilchengröße der Siliziumcarbid-Teilchen unter 0,5 μπι liegt Sofern die Teilchengröße der Siliziumcarbid-Teilchen 5 μπι übersteigt erhält der Überzug bzw. die Schicht eine unzureichende Festigkeit wobei ^'achzeitig die Härte und Bearbeitbarkeit des Zylinders schlechter werden. Die Menge der Siliziumcarbid-Teilchen ist auf einen Wert im Bereich von 3 bis 8 Gew.-% begrenzt Eine geringere Menge Siliziumcarbid reicht nicht aus, um die gewünschte Abnutzungsbeständigkeit zu gewährleisten. Eine größere Siliziumcarbid-Menge führt zu einer zu starken Abnutzung des angepaßten Kolbenringes.

Die Teilchengröße der in dem Kolbenringüberzug aus Nickel oder einer Nickellegierung enthaltenen Siliziumcarbid-Teilchen ist auf einem Wert im Bereich von 0,5 bis 5 μπι begrenzt Der Überzug besitzt eine unzureichende Abnutzungsbeständigkeit wenn die Teilchengröße der Silizium-Teilchen unter 0,5 μπι liegt Wenn dagegen die Teilchengröße der Siliziumcarbid-Teilchen 5 μπι übersteigt besitzt der Kolbenring eine verringerte Festigkeit und Bearbeitbarkeit Die Menge der verwendeten Siliziumcarbid-Teilchen ist auf einen Wert im Bereich von 2 bis 10 Γ ew.-% begrenzt Bei Verwendung einer geringeren Menge stellt sich die gewünschte

Abnutzungsbeständigkeit nicht ein. Bei Verwendung

einer größeren Menge wird die Abnutzung des mit dem

Kolbenring in Eingriff stehenden Zylinders bzw. der Lauffläche der Zylinderwandung verstärkt Die tatsächliche Abnutzungsbeständigkeit von mit-

einander in Eingriff stehenden Zylindern und Kolbenringen, bei denen zumindest die einer Abnutzung ausgesetzten Oberflächen die angegebene Zusammensetzung aufweisen, ergibt sich aus den folgenden Tests:
Ein einem Zylinder aus Gußeisen entsprechender

so Prüfling wurde mit einer 7 Gew.-% Siliziumcarbid-Teilchen einer Teilchengröße von 3 μα- enthaltenden Nickelschicht nach einem üblichen Plattierverfahren plattie-t. Die Härte des Prüflings trug HV 700. Die Teilchen wurden dem Prüfling nach einem bekannten

Verfahren einverleibt.

Der Abnutzungsbeständigkeitstests wurde unter folgenden Bedingungen auf einem Drehabnutzungstestgerät durchgeführt:

Material der sich
drehenden Scheibe:

Gußeisen,
das mit einer
7Gew.-%SiC-Teilchen einer
Teilchengröße von
4 μπι enthaltenden
Nickelschicht plattiert war

Härte:

Schmiermjtteltemperatur:
Schmiermittelnienge:
Schmiermittel

Laufentfernung:

HV 755
80" C
0,6 I/h
50% öl und
50% Petroleum
300 km

Die Testergebnisse zeigen bei dem Prüfling eine Abnutzungsmenge von 0,0073 mg/cm² km. Bei der sich drehenden Scheibe betrug die Abnutzungsmenge 20,0015 mg/cm² km.

Zur Bestätigung der verbesserten Abnutzungsbeständigkeit wurden mit dem Prüfling und einer mit Chrom plattierten Drehscheibe einer Härte HV 700 die Abnutzungsbeständigkeitstests wiederholt Die Testergebnisse der mit Chrom plattierten Scheibe zeigten Abnutzungsmengen beim Prüfling von 0,0088 mg/cm² km. Die Abnutzungsmenge der Drehscheibe betrug 0,0057 mg/cm² km.

Zur Gewährleistung einer noch höheren Abnutzungs-

beständigkeit können neben den Siliziumcarbid-Teilchen in dem Oberzug bzw. der Schicht aus Nickel oder einer Nickellegierung noch ein oder mehrere Metalloxyde, wie AI2O3, Metallcarbide, wie Wolframcarbid, Nitride und ähnliche Substanzen relativ hoher Härte mitverwendet werden.

Wie bereits dargelegt, beruht der erfindungsgemäß erreichbare Erfolg auf der Erkenntnis, daß die Laufschichten der Zylinderwandung und des damit in Eingriff stehenden Kolbenringes von Brennkraftmaschinen ganz spezielle Mengen von ganz spezielle Teilchengröße aufweisenden Siliziumcarbid-Teilchen aufweisen. Versuche haben gezeigt, daß mit der erfindungsgemäßen Werkstoffpaarung hervorragende Abnutzungsbeständigkeitswerte erzielt werden. Die Werkstoffpaarung eignet sich daher ganz besonders für schnell laufende Brennkraftmaschinen, bei denen die Laufschichten der Zylinderwandung und des damit in Eingriff stehenden Kolbenringes sehr hohen Belastungen ausgesetzt sind.

Claims

Patentanspruch:

Werkstoffpaarung für die Laufschichten der Zylinderwandung und des damit in Eingriff stehenden Kolbenringes von Brennkraftmaschinen, bei der die Laufschicht der Zylinderwandung und die Laufschicht des Kolbenringes durch Oberzüge aus Nickel oder einer Nickellegierung mit darin enthaltenem Siliziumcarbid gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Siliziumcarbid eine Teilchengröße von 0,5 bis 5 μηι und in der Laufschicht der Zylinderwandung einen Gehalt von 3 bis 8 Gew-% und in der Laufschicht des Kolbenringes einen Gehalt von 2 bis 10 Gew.-% des Oberzugswerkstoffes aufweist