RU2544332C2 - Поршневое кольцо с покрытием, нанесенным путем термического напыления, и способ его получения - Google Patents
Поршневое кольцо с покрытием, нанесенным путем термического напыления, и способ его получения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2544332C2 RU2544332C2 RU2013106231/02A RU2013106231A RU2544332C2 RU 2544332 C2 RU2544332 C2 RU 2544332C2 RU 2013106231/02 A RU2013106231/02 A RU 2013106231/02A RU 2013106231 A RU2013106231 A RU 2013106231A RU 2544332 C2 RU2544332 C2 RU 2544332C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- powder
- spraying
- piston ring
- proportion
- thermal spraying
- Prior art date
Links
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 238000007751 thermal spraying Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 title description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 28
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 20
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 32
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 14
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 10
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 8
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 7
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 6
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 claims description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 6
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 5
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000010285 flame spraying Methods 0.000 claims description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 4
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- VNNRSPGTAMTISX-UHFFFAOYSA-N chromium nickel Chemical compound [Cr].[Ni] VNNRSPGTAMTISX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims description 3
- UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N tungsten carbide Chemical compound [W+]#[C-] UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 claims description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 claims description 2
- 229910001120 nichrome Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 2
- 238000007750 plasma spraying Methods 0.000 claims description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 5
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 16
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 2
- 229910001208 Crucible steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910018487 Ni—Cr Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000007665 sagging Methods 0.000 description 1
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 1
- 239000002347 wear-protection layer Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
- C23C4/06—Metallic material
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J9/00—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction
- F16J9/26—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction characterised by the use of particular materials
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
- B22F1/10—Metallic powder containing lubricating or binding agents; Metallic powder containing organic material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/115—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces by spraying molten metal, i.e. spray sintering, spray casting
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F5/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
- B22F5/10—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product of articles with cavities or holes, not otherwise provided for in the preceding subgroups
- B22F5/106—Tube or ring forms
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
- C09D1/00—Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, based on inorganic substances
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C30/00—Alloys containing less than 50% by weight of each constituent
- C22C30/02—Alloys containing less than 50% by weight of each constituent containing copper
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C33/00—Making ferrous alloys
- C22C33/02—Making ferrous alloys by powder metallurgy
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C33/00—Making ferrous alloys
- C22C33/02—Making ferrous alloys by powder metallurgy
- C22C33/0257—Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements
- C22C33/0278—Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements with at least one alloying element having a minimum content above 5%
- C22C33/0285—Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements with at least one alloying element having a minimum content above 5% with Cr, Co, or Ni having a minimum content higher than 5%
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
- C22C38/42—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with copper
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
- C23C4/06—Metallic material
- C23C4/067—Metallic material containing free particles of non-metal elements, e.g. carbon, silicon, boron, phosphorus or arsenic
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области металлургии, в частности к поршневому кольцу для двигателя внутреннего сгорания с покрытием, нанесенным термическим напылением порошка. Порошок для термического напыления включает твердые смазочные материалы и имеет следующее содержание элементов, мас.%: 15-30 железа, 15-30 вольфрама, 25-35 хрома, 10-35 никеля, 1-5 молибдена, 0,2-3 алюминия, 3-20 меди, 1-10 углерода, 0,1-2 серы, 0,1-2 кремния. Защитное покрытие, нанесенное термическим напылением на поршневое кольцо, характеризуется достаточной вязкостью разрушения при высоких усталостных характеристиках, повышенной износостойкостью, хорошей стойкостью к нагару и заеданию. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 4 ил., 2 табл.
Description
Настоящее изобретение относится к поршневому кольцу с покрытием, нанесенным путем термического напыления и содержащим, в частности, твердые смазочные материалы, а также к способу его изготовления.
Применение слоев термического напыления в качестве слоев защиты от износа скользящих элементов является обычным в различных областях промышленности. При использовании для двигателей слои термического напыления, помимо прочего, предпочтительно наносят на поршневые кольца в первой и второй канавках. В возрастающих масштабах разработки фокусируются на материалах на основе железа, чтобы удовлетворять требованиям в отношении физических свойств материалов и затрат при эксплуатации двигателей.
Ответные детали для поршневых колец также изготавливают на основе железа. Это повышает риск образования следов нагара вплоть до заедания, поскольку при определенных пограничных условиях (отсутствие смазки и высокие температуры) при взаимодействии металлов одного вида приводит к адгезивному износу.
Соответственно, существует потребность в разработке системы слоев, которая снижает возможную тенденцию к заеданию слоев напыления на основе железа, а также обладает достаточной вязкостью, чтобы избежать усталости материала при постоянно высокой тепловой нагрузке.
Покрытия на основе железа, нанесенные термическим напылением, еще не нашли применения в поршневых кольцах. В области кривошипно-шатунных механизмов до настоящего времени известны только покрытия на основе железа на рабочих поверхностях цилиндров, которые наносятся способом электродугового напыления с использованием проволоки.
Получение износостойких покрытий с помощью процессов термического напыления в принципе является известным способом. В настоящее время используемые для этого порошковые материалы основываются на молибдене, карбиде вольфрама, никеле-хроме и Cr3C2. Однако высокое содержание карбида приводит к снижению усталостной стойкости и к вязкому разрушению. Из-за высокой рыночной стоимости молибдена требуется создать альтернативы в разумные сроки.
Для решения поставленных задач покрытие должно обладать следующими признаками:
1) сходные физические свойства с подлежащей покрытию основой;
2) достаточное сопротивление износу системы «поршневое кольцо с термическим напылением и рабочая поверхность цилиндра на основе железа со смазкой»;
3) достаточная стойкость к нагару и заеданию;
4) достаточная вязкость разрушения и соответственно лучшая усталостная характеристика.
В соответствии с первым аспектом изобретения создан способ изготовления поршневых колец для двигателя внутреннего сгорания, содержащий следующие этапы:
- обеспечение получения основы и
- нанесение покрытия путем термического напыления порошка, включающего твердые смазочные материалы и имеющего следующее содержание элементов:
от 15 до 30 масс.% железа, Fe;
от 15 до 30 масс.% вольфрама, W;
от 25 до 35 масс.% хрома, Cr;
от 10 до 35 масс.% никеля, Mi;
от 1 до 5 масс.% молибдена, Mo;
от 0,2 до 3 масс.% алюминия, Al;
от 3 до 20 масс.% меди, Cu;
от 1 до 10 масс.% углерода, C;
от 0,1 до 2 масс.% серы, S; и
от 0,1 до 2 масс.% кремния, Si.
В отношении физических свойств (теплопроводности, коэффициента теплового расширения) вследствие минимальной доли в 15 масс.% базовой системы, содержащей железо, получают квазиоднородную систему между основой и покрытием. Благодаря этому может лучше отводиться тепловая энергия, выделяемая в процессе смешанного трения, особенно в области верхней или нижней мертвой точек, и может обеспечиваться равномерный процесс тепловой релаксации за счет колебаний температуры в двигателе.
В принципе общая система состоит из следующих элементов: железа (Fe), вольфрама (W в виде WC или WS2), хрома (Cr в виде Cr и Cr3C2), никеля (Ni), молибдена (в виде Мо или MoS2), кремния (Si) и углерода (С, частично связанного с Fe, W и Cr в виде карбида). Использование сплавов на основе Fe в качестве базового материала покрытия поршневых колец совместно с карбидной системой приводит к получению поршневых колец нового типа.
Согласно примеру выполнения порошок содержит долю от 20 до 50 масс.% карбидов в следующей концентрации:
от 10 до 30 масс.% карбида вольфрама, WC; и
от 5 до 20 масс.% Cr3C2.
Согласно примеру выполнения порошок содержит твердые смазочные материалы, которые включают AlCuFe, MoS2, WSa или их смеси. Предпочтительно доля твердых смазочных материалов, составляющая от 5 до 20 масс.%, подразделяется на следующие доли:
от 0 до 20 масс.% AlCuFe;
от 0 до 5 масс.% MoS2 и
от 0 до 5 масс.% WS2.
Сплавы на основе железа без карбидов или с высоким содержанием твердых смазочных материалов не рекомендуются, так как износостойкость будет слишком низкой.
Согласно примеру выполнения твердые смазочные материалы содержат AlCuFe в следующих концентрациях:
от 80 до 95 масс.% Cu;
от 5 до 20 масс.% Al;
от 1 до 5 масс.% Fe и
от 0,1 до 3 масс.% кислорода, O.
Согласно примеру выполнения доля WS2 составляет от 1,5 до 3,5 масс.%, при этом WS2 включен в никелевую матрицу.
Согласно примеру выполнения доля MoS2 составляет от 1 до 2,5 масс.%, при этом MoS2 включен в никелевую матрицу.
Согласно примеру выполнения размеры частиц порошка лежат в области от 1 до 100 мкм.
Согласно примеру выполнения размеры частиц порошка лежат в области от 1 до 150 мкм.
Согласно примеру выполнения карбиды включены в матрицу NiCr и имеют размеры частиц от 0,5 до 5 мм.
Согласно примеру выполнения толщина слоя покрытия лежит в области от 20 до 1000 мкм.
Согласно примеру выполнения способ термического напыления содержит высокоскоростное пламенное напыление или плазменное напыление.
Согласно примеру выполнения твердость покрытия, полученного в соответствии с изобретением, лежит в области от 500 до 1000 HV0.1 мкм (твердость по Виккерсу).
Согласно примеру выполнения вязкость разрушения покрытия, полученного в соответствии с изобретением, лежит в области от 2,5 до 7,5 (МПа·м)1/2.
Согласно примеру выполнения поршневое кольцо является чугунным или стальным поршневым кольцом.
Согласно второму аспекту изобретения разработано поршневое кольцо, изготовленное описанным выше способом.
КРАТКИЙ ПЕРЕЧЕНЬ ЧЕРТЕЖЕЙ
На чертежах:
фиг.1 изображает фото микроструктуры (500:1) слоя термического напыления в первом примере осуществления,
фиг.2 изображает фото микроструктуры (500:1) слоя термического напыления во втором примере осуществления,
фиг.3 изображает фото микроструктуры (500:1) слоя термического напыления в третьем примере осуществления,
фиг.4 изображает фото микроструктуры (500:1) слоя термического напыления в четвертом примере осуществления.
Осуществление изобретения
Проведенные опыты
Порошок наносили термическим напылением посредством высокоскоростного газопламенного напыления и для различных вариантов измеряли химическую композицию (таблица 1), микроструктуру (фиг.1-4), пористость и твердость (таблица 2). Во всех использованных порошках общая доля карбидов составляла примерно 40 масс.%.
В таблице 1 показаны химический состав и доля твердых смазочных материалов систем слоев, использованных в опытах.
| Таблица 1 | ||||||||||||
| Химический состав различных систем слоев | ||||||||||||
| Опыт | Твердый смазочный материал | Доля твердого смазочного материала | Химический состав | |||||||||
| Fe | W | Cr | Ni | Mo | Al | Си | S | С | Si | |||
| № | (масс.%) | (масс.%) | ||||||||||
| 1 | - | - | 24 | 23 | 33 | 12 | 2,6 | - | - | - | 4,9 | 0,5 |
| 2 | AlCuFe | 10 | 22 | 20 | 30 | 11 | 2,3 | 1 | 9 | - | 4,4 | 0,5 |
| 3 | Ni-MoS2 | 10 | 22 | 20 | 30 | 21 | 3,0 | - | - | 0,5 | 3,1 | 0,8 |
| 4 | Ni-WS2 | 10 | 22 | 22 | 30 | 19 | 2,3 | - | - | 0,5 | 4,9 | 0,5 |
| 5 | AlCuFe+NiMoS2 | по 5 каждого | 22 | 20 | 30 | 15 | 2,7 | 0,5 | 4,5 | 0,2 | 4,9 | 0,5 |
В таблице 2 показаны установленные величины пористости и механических характеристик.
| Таблица 2 | ||||||
| Характеристики слоя после высокоскоростного газопламенного напыления | ||||||
| Опыт | Заданная доля карбида | Твердый смазочный материал | Доля твердого смазочного материала | Твердость | Вязкость разрушения | Пористость |
| № | (масс.%) | (масс.%) | HV0.1 | (МПа м)1/2 | % | |
| 1 | 40 | - | 0 | 695 | 2,3 | <1 |
| 2 | 40 | AlCuFe | 10 | 705 | 5,9 | <2 |
| 3 | 40 | Ni-MoS2 | 10 | 725 | 2,6 | <2 |
| 4 | 40 | Ni-WS2 | 10 | 670 | 2,9 | <2 |
| 5 | 40 | AlCuFe+NiMoS2 | По 5 каждого | 643 | 3,5 | <2 |
Фото микроструктуры (фиг.1-4) слоя, созданного при опытах 1-4, показывают равномерно распределенные карбиды, отсутствие нерасплавленных частиц и очень плотный слой с очень низкой пористостью <2%.
На основании таблицы 2 ясно видны следующие обстоятельства:
1. Пористость слоя на основе железа, снабженного твердыми смазочными материалами, изменяется только незначительно.
2. При добавке твердых смазочных материалов твердость также не изменяется значительно.
3. Добавка твердых смазочных материалов улучшает вязкость разрушения, причем добавка 10 масс.% AlCuFe дает наибольшее повышение вязкости разрушения и соответственно лучшую усталостную стойкость.
Повышение концентрации смазочных материалов для WS2 и MoS2 до >5 масс.% для каждого, а также повышение концентрации AlCuFe до >20 масс.% не рекомендуется, так как здесь ожидается снижение износостойкости.
Из результатов опытов ясно видно, что с помощью новой системы слоев был получен новый тип поршневых колец. Эффективность осаждения (величина DE) всех систем слоев по настоящему изобретению составила примерно 50%.
В дополнение к указанным преимуществам поршневого кольца, полученного способом по изобретению, следует заметить, что новый порошок примерно на 30% дешевле порошка на основе Мо, поставляемого в настоящее время.
Claims (15)
1. Порошок для термического напыления, причем порошок, включая долю твердых смазочных материалов от 5 до 20 мас.%, имеет следующее содержание элементов:
от 15 до 30 железа, Fe;
от 15 до 30 вольфрама, W;
от 25 до 35 хрома, Cr;
от 10 до 35 никеля, Ni;
от 1 до 5 молибдена, Mo;
от 0,2 до 3 алюминия, Al;
от 3 до 20 меди, Cu;
от 1 до 10 углерода, C;
от 0,1 до 2 серы, S; и
от 0,1 до 2 кремния, Si.
от 15 до 30 железа, Fe;
от 15 до 30 вольфрама, W;
от 25 до 35 хрома, Cr;
от 10 до 35 никеля, Ni;
от 1 до 5 молибдена, Mo;
от 0,2 до 3 алюминия, Al;
от 3 до 20 меди, Cu;
от 1 до 10 углерода, C;
от 0,1 до 2 серы, S; и
от 0,1 до 2 кремния, Si.
2. Порошок напыления по п.1, отличающийся тем, что порошок содержит долю от 20 до 50 мас.% карбидов в следующей концентрации:
от 10 до 30 мас.% карбида вольфрама, WC; и
от 5 до 20 мас.% Cr3C2.
от 10 до 30 мас.% карбида вольфрама, WC; и
от 5 до 20 мас.% Cr3C2.
3. Порошок напыления по п.1 или 2, отличающийся тем, что порошок содержит твердые смазочные материалы, включающие AlCuFe, MoS2, WS2 или их смеси, причем доля твердых смазочных материалов, составляющая от 5 до 20 мас.%, подразделяется на следующие доли:
от 0 до 20 мас.% AlCuFe;
от 0 до 5 мас.% MoS2 и
от 0 до 5 мас.% WS2.
от 0 до 20 мас.% AlCuFe;
от 0 до 5 мас.% MoS2 и
от 0 до 5 мас.% WS2.
4. Порошок напыления по п.3, отличающийся тем, что твердые смазочные материалы содержат AlCuFe в следующих концентрациях:
от 80 до 95 мас.% Cu;
от 5 до 20 мас.% Al;
от 1 до 5 мас.% Fe и
от 0,1 до 3 мас.% кислорода, O.
от 80 до 95 мас.% Cu;
от 5 до 20 мас.% Al;
от 1 до 5 мас.% Fe и
от 0,1 до 3 мас.% кислорода, O.
5. Порошок напыления по п.3, отличающийся тем, что доля WS2 составляет от 1,5 до 3,5 мас.%, при этом WS2 включен в никелевую матрицу.
6. Порошок напыления по п.3, отличающийся тем, что доля MoS2 составляет от 1 до 2,5 мас.%, при этом MoS2 включен в никелевую матрицу.
7. Порошок напыления по п.1 или 2, отличающийся тем, что размеры частиц порошка лежат в области от 1 до 100 мкм.
8. Порошок напыления по п.4, отличающийся тем, что размеры частиц порошка лежат в области от 1 до 150 мкм.
9. Порошок напыления по п.2, отличающийся тем, что карбиды включены в матрицу NiCr и имеют размеры частиц от 0,5 до 5 мм.
10. Поршневое кольцо, содержащее основу и покрытие, которое нанесено путем термического напыления порошка, причем порошок, включая долю твердых смазочных материалов от 5 до 20 мас.%, имеет следующее содержание элементов:
от 15 до 30 железа, Fe;
от 15 до 30 вольфрама, W;
от 25 до 35 хрома, Cr;
от 10 до 35 никеля, Ni;
от 1 до 5 молибдена, Mo;
от 0,2 до 3 алюминия, Al;
от 3 до 20 меди, Cu;
от 1 до 10 углерода, C;
от 0,1 до 2 серы, S; и
от 0,1 до 2 кремния, Si.
от 15 до 30 железа, Fe;
от 15 до 30 вольфрама, W;
от 25 до 35 хрома, Cr;
от 10 до 35 никеля, Ni;
от 1 до 5 молибдена, Mo;
от 0,2 до 3 алюминия, Al;
от 3 до 20 меди, Cu;
от 1 до 10 углерода, C;
от 0,1 до 2 серы, S; и
от 0,1 до 2 кремния, Si.
11. Поршневое кольцо по п.10, отличающееся тем, что толщина слоя покрытия составляет от 20 до 1000 мкм.
12. Поршневое кольцо по п.10 или 11, отличающееся тем, что покрытие наносят термическим напылением, в частности высокоскоростным пламенным напылением или плазменным напылением.
13. Поршневое кольцо по п.10 или 11, отличающееся тем, что твердость покрытия составляет от 600 до 1000 HV0,1 мкм.
14. Поршневое кольцо по п.10 или 11, отличающееся тем, что вязкость разрушения покрытия составляет от 2,6 до 7,0 (МПа·м)1/2.
15. Поршневое кольцо по п.10 или 11, отличающееся тем, что оно выполнено стальным или чугунным.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102010038289.2 | 2010-07-22 | ||
| DE102010038289A DE102010038289A1 (de) | 2010-07-22 | 2010-07-22 | Kolbenring mit thermischen gespritzter Beschichtung und Herstellungsverfahren davon |
| PCT/EP2011/060243 WO2012010376A1 (de) | 2010-07-22 | 2011-06-20 | Kolbenring mit thermisch gespritzter beschichtung und herstellungsverfahren davon |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2013106231A RU2013106231A (ru) | 2014-08-27 |
| RU2544332C2 true RU2544332C2 (ru) | 2015-03-20 |
Family
ID=44356271
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013106231/02A RU2544332C2 (ru) | 2010-07-22 | 2011-06-20 | Поршневое кольцо с покрытием, нанесенным путем термического напыления, и способ его получения |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9194492B2 (ru) |
| EP (1) | EP2596144B1 (ru) |
| JP (2) | JP2013535574A (ru) |
| KR (1) | KR101737369B1 (ru) |
| CN (1) | CN103025909B (ru) |
| DE (1) | DE102010038289A1 (ru) |
| PT (1) | PT2596144T (ru) |
| RU (1) | RU2544332C2 (ru) |
| WO (1) | WO2012010376A1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2813538C1 (ru) * | 2023-11-21 | 2024-02-13 | Акционерное Общество "Силовые Машины-Зтл, Лмз, Электросила, Энергомашэкспорт" (Ао "Силовые Машины") | Способ нанесения износостойкого покрытия на детали газотурбинной установки |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102012018276A1 (de) | 2012-09-14 | 2014-05-15 | Federal-Mogul Burscheid Gmbh | Verschleißschutzschicht für Kolbenringe |
| DE102014209522A1 (de) | 2014-05-20 | 2015-11-26 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Gleitanordnung und Verfahren zum Herstellen der Gleitanordnung, insbesondere für eine Zylinderlaufbahn |
| CN105296878B (zh) * | 2015-11-17 | 2017-05-10 | 中国兵器科学研究院宁波分院 | 铝基活塞环槽表面合金强化方法 |
| CN107475655A (zh) * | 2016-06-03 | 2017-12-15 | 南京理工大学 | 一种活塞环表面镍铝基自润滑耐磨涂层及制备方法 |
| CN106148839A (zh) * | 2016-07-07 | 2016-11-23 | 无锡戴尔普机电设备有限公司 | 一种新型风量调节阀轴盖材料 |
| DE102017116480A1 (de) * | 2017-07-21 | 2019-01-24 | Federal-Mogul Friedberg Gmbh | Kolbenring mit kugelgestrahlter Einlaufschicht und Verfahren zur Herstellung |
| IT201700086975A1 (it) * | 2017-07-28 | 2019-01-28 | Freni Brembo Spa | Metodo per realizzare un disco freno e disco freno per freni a disco |
| JP7083295B2 (ja) | 2018-08-22 | 2022-06-10 | トヨタ自動車東日本株式会社 | 摺動部材及びその製造方法 |
| KR102305040B1 (ko) * | 2021-06-23 | 2021-09-24 | 주식회사 스카이에스티 | 법랑분말과 Fe계 비정질 합금분말을 포함하는 혼합분말 및 이를 이용한 코팅방법 |
| KR102305041B1 (ko) * | 2021-06-23 | 2021-09-24 | 주식회사 스카이에스티 | 혼합분말을 이용한 백주철금속의 코팅방법 |
| CN113832329A (zh) * | 2021-09-16 | 2021-12-24 | 枣阳市伟立金属制品有限公司 | 一种发动机活塞环热处理工艺 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1609457A3 (ru) * | 1980-01-17 | 1990-11-23 | Кастолин Са (Фирма) | Порошкообразный материал дл напылени износостойких покрытий |
| RU2038406C1 (ru) * | 1993-07-06 | 1995-06-27 | Товарищество с ограниченной ответственностью "Плазма-Техник" | Смесь для нанесения покрытий |
Family Cites Families (25)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3617349A (en) | 1969-10-20 | 1971-11-02 | Ramsey Corp | A method of making antifriction piston rings |
| US3725017A (en) * | 1970-01-07 | 1973-04-03 | Ramsey Corp | Coated nervous substrate |
| DE2522690C3 (de) * | 1975-05-22 | 1982-03-04 | Goetze Ag, 5093 Burscheid | Plasmaauftragsschweißpulver für die Herstellung verschleißfester Schichten |
| DE2841552C2 (de) * | 1978-09-23 | 1982-12-23 | Goetze Ag, 5093 Burscheid | Spritzpulver für die Herstellung verschleißfester Beschichtungen auf den Laufflächen gleitender Reibung ausgesetzter Maschinenteile |
| JPS5720534A (en) * | 1980-07-14 | 1982-02-03 | Toyota Motor Corp | Combination of cylinder bore and piston ring |
| JPS58164785A (ja) * | 1982-03-25 | 1983-09-29 | Showa Denko Kk | 耐摩耗用複合溶射粉末 |
| CH652147A5 (de) * | 1983-02-23 | 1985-10-31 | Castolin Sa | Pulverfoermiger werkstoff zum thermischen spritzen. |
| US4692305A (en) * | 1985-11-05 | 1987-09-08 | Perkin-Elmer Corporation | Corrosion and wear resistant alloy |
| US4822415A (en) * | 1985-11-22 | 1989-04-18 | Perkin-Elmer Corporation | Thermal spray iron alloy powder containing molybdenum, copper and boron |
| JPH04147956A (ja) * | 1990-10-08 | 1992-05-21 | Babcock Hitachi Kk | 摺動部材とその製品およびそれに用いる溶射材料 |
| JP3735125B2 (ja) * | 1993-01-25 | 2006-01-18 | 株式会社リケン | 鋳鋼製ピストンリング材 |
| DE4447514C2 (de) * | 1994-01-14 | 1996-07-25 | Castolin Sa | Verfahren zur Herstellung eines Hilfsmittels zum thermischen Spritzen und seine Verwendung als Pulverfüllung von Fülldraht |
| DE19508947A1 (de) * | 1995-03-13 | 1996-09-19 | Patentstelle Fuer Die Deutsche | Verschleißfeste, anlaßbeständige und warmfeste Legierung |
| US5763106A (en) * | 1996-01-19 | 1998-06-09 | Hino Motors, Ltd. | Composite powder and method for forming a self-lubricating composite coating and self-lubricating components formed thereby |
| JPH11241153A (ja) * | 1998-02-27 | 1999-09-07 | Nippon Piston Ring Co Ltd | 摺動部材のなじみ性溶射被膜層 |
| JP2001234320A (ja) * | 2000-02-17 | 2001-08-31 | Fujimi Inc | 溶射粉末材、およびそれを使用した溶射方法並びに溶射皮膜 |
| DE10046956C2 (de) | 2000-09-21 | 2002-07-25 | Federal Mogul Burscheid Gmbh | Thermisch aufgetragene Beschichtung für Kolbenringe aus mechanisch legierten Pulvern |
| DE10061750B4 (de) * | 2000-12-12 | 2004-10-21 | Federal-Mogul Burscheid Gmbh | Wolframhaltige Verschleißschutzschicht für Kolbenringe |
| US6887530B2 (en) * | 2002-06-07 | 2005-05-03 | Sulzer Metco (Canada) Inc. | Thermal spray compositions for abradable seals |
| US7291384B2 (en) * | 2002-10-15 | 2007-11-06 | Kabushiki Kaisha Riken | Piston ring and thermal spray coating used therein, and method for manufacturing thereof |
| JP4289926B2 (ja) * | 2003-05-26 | 2009-07-01 | 株式会社小松製作所 | 摺動材料、摺動部材および摺動部品並びにそれが適用される装置 |
| JP2006152981A (ja) * | 2004-12-01 | 2006-06-15 | Riken Corp | 溶射ピストンリング及びその製造方法 |
| GB2440737A (en) * | 2006-08-11 | 2008-02-13 | Federal Mogul Sintered Prod | Sintered material comprising iron-based matrix and hard particles |
| WO2008083793A1 (de) * | 2007-01-09 | 2008-07-17 | Federal-Mogul Burscheid Gmbh | Kolbenring mit mehrlagenschichtverband und verfahren zu dessen herstellung |
| DE102009016650B3 (de) * | 2009-04-07 | 2010-07-29 | Federal-Mogul Burscheid Gmbh | Gleitelement mit einstellbaren Eigenschaften |
-
2010
- 2010-07-22 DE DE102010038289A patent/DE102010038289A1/de not_active Withdrawn
-
2011
- 2011-06-20 JP JP2013520031A patent/JP2013535574A/ja active Pending
- 2011-06-20 RU RU2013106231/02A patent/RU2544332C2/ru not_active IP Right Cessation
- 2011-06-20 CN CN201180035653.8A patent/CN103025909B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2011-06-20 US US13/811,582 patent/US9194492B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2011-06-20 EP EP11729088.2A patent/EP2596144B1/de active Active
- 2011-06-20 KR KR1020137004410A patent/KR101737369B1/ko not_active Expired - Fee Related
- 2011-06-20 PT PT117290882T patent/PT2596144T/pt unknown
- 2011-06-20 WO PCT/EP2011/060243 patent/WO2012010376A1/de not_active Ceased
-
2015
- 2015-12-18 JP JP2015247815A patent/JP6140260B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1609457A3 (ru) * | 1980-01-17 | 1990-11-23 | Кастолин Са (Фирма) | Порошкообразный материал дл напылени износостойких покрытий |
| RU2038406C1 (ru) * | 1993-07-06 | 1995-06-27 | Товарищество с ограниченной ответственностью "Плазма-Техник" | Смесь для нанесения покрытий |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2813538C1 (ru) * | 2023-11-21 | 2024-02-13 | Акционерное Общество "Силовые Машины-Зтл, Лмз, Электросила, Энергомашэкспорт" (Ао "Силовые Машины") | Способ нанесения износостойкого покрытия на детали газотурбинной установки |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103025909A (zh) | 2013-04-03 |
| JP6140260B2 (ja) | 2017-05-31 |
| KR101737369B1 (ko) | 2017-05-18 |
| KR20130132401A (ko) | 2013-12-04 |
| JP2016117949A (ja) | 2016-06-30 |
| JP2013535574A (ja) | 2013-09-12 |
| PT2596144T (pt) | 2017-11-29 |
| US20130181409A1 (en) | 2013-07-18 |
| CN103025909B (zh) | 2015-12-09 |
| EP2596144A1 (de) | 2013-05-29 |
| DE102010038289A1 (de) | 2012-01-26 |
| US9194492B2 (en) | 2015-11-24 |
| WO2012010376A1 (de) | 2012-01-26 |
| EP2596144B1 (de) | 2017-09-20 |
| RU2013106231A (ru) | 2014-08-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2544332C2 (ru) | Поршневое кольцо с покрытием, нанесенным путем термического напыления, и способ его получения | |
| RU2601358C2 (ru) | Износостойкий слой для поршневых колец | |
| DK2772562T3 (en) | piston Ring | |
| KR20120014555A (ko) | 조절가능한 특성을 가진 슬라이딩 요소 | |
| KR20120030528A (ko) | 철계 스프레이 물질, 스프레이 물질의 제조 방법, 열적 스프레이 층, 및 분무 방법 | |
| RU2635119C2 (ru) | Износостойкое покрытие для поршневых колец | |
| KR101852960B1 (ko) | 매립된 입자들을 갖는 피스톤 링의 제조 방법 | |
| MXPA06013558A (es) | Polvos y recubrimientos de aleacion resistentes al desgaste. | |
| US20170130307A1 (en) | Alloy composition for thermal spray application | |
| JP4281368B2 (ja) | 耐摩耗溶射皮膜 | |
| JP2003343353A (ja) | 内燃機関のシリンダとピストンリングの組み合わせ | |
| JP5981013B1 (ja) | 内燃機関用ピストンリング | |
| JP4247882B2 (ja) | 耐摩耗溶射皮膜 | |
| KR101922159B1 (ko) | 피스톤 스커트부 코팅재 조성물 및 이를 이용한 피스톤 스커트부의 코팅방법 | |
| JP5826958B1 (ja) | 内燃機関用ピストンリング | |
| CN203363128U (zh) | 一种高速往复运行活塞缸缸体的结构 | |
| KR101663771B1 (ko) | 덕타일 주철 피스톤 링 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190621 |