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DE10242261A1 - Piston for an I.C. engine has a coating made from an alloy and applied during compacting of the piston - Google Patents

Piston for an I.C. engine has a coating made from an alloy and applied during compacting of the piston Download PDF

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DE10242261A1
DE10242261A1 DE2002142261 DE10242261A DE10242261A1 DE 10242261 A1 DE10242261 A1 DE 10242261A1 DE 2002142261 DE2002142261 DE 2002142261 DE 10242261 A DE10242261 A DE 10242261A DE 10242261 A1 DE10242261 A1 DE 10242261A1
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DE
Germany
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piston
coating
compacting
alloy
recess
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE2002142261
Other languages
German (de)
Inventor
Jürgen Dr.-Ing. Claus
Heinz Huber
Ulrike Dipl.-Phys. Huber
Dirk Dipl.-Ing. Pistelok
Johannes Vlcek
Heinz Dr.-Ing. Voggenreiter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
DaimlerChrysler AG
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Publication date
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00—Pistons 
    • F02F3/10—Pistons  having surface coverings
    • 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
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    • C23C24/04—Impact or kinetic deposition of particles
    • 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
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    • C23C30/00—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process

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Abstract

Piston (1) has a coating (4) made from an alloy and applied during compacting of the piston. The ductility of the coating is more than the ductility of the piston material. Parts of the piston are also made from the same alloy. An Independent claim is also included for a process for coating a surface of the thermally and/or mechanically loaded regions of an I.C. engine by compacting.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kolben einer Brennkraftmaschine, der im Bereich einer Kolbenmulde beschichtet oder im Bereich der Kolbenmulde durch eine Beschichtung teilweise gebildet ist.The invention relates to a Piston of an internal combustion engine, in the region of a piston recess coated or in the region of the piston recess by a coating partially formed.

Aus der EP 0 240 306 B1 ist ein teilweise verstärkter Kolben bekannt. Hierfür wird eine sogenannte Füllung an einem oder mehreren Abschnitten des Kolbens durch Schweißen aufgebracht, wobei das Füllmaterial Verstärkungsmaterial enthält. Die Werkstoffeigenschaften und Schweißparameter sind dabei so gewählt, dass das Verstärkungsmaterial beim Schweißen nicht aufschmilzt und unverändert im Füllmaterial eingebettet wird. Lediglich das Füllmaterial schmilzt auf und verbindet sich mit dem Kolben.From the EP 0 240 306 B1 a partially reinforced piston is known. For this purpose, a so-called filling is applied to one or more sections of the piston by welding, wherein the filler material contains reinforcing material. The material properties and welding parameters are chosen so that the reinforcing material does not melt during welding and is embedded unchanged in the filler. Only the filler melts and connects to the piston.

Ferner ist es bekannt, Hartstoffschichten gegen Verschleiß durch Reibung und Korrosionsschutzschichten durch Kompaktieren einer pulverförmigen Legierung zu erzeugen.Furthermore, it is known hard material layers against wear through Friction and anticorrosive coatings by compacting a powdered alloy to create.

In der DE 100 41 974 A1 wird ein entsprechendes Verfahren zum Beschichten von Zylinderköpfen, insbesondere Ventilsitzen von Brennkraftmaschinen beschrieben. Hier werden Pulverpartikel zu einer Funktionsschicht oder lokalen Verstärkung auf thermisch und mechanisch belastete Bereiche aufgetragen. Als Pulverpartikel wird eine Mischung aus mindestens drei Pulverkomponenten verwendet. Die erste Pulverkomponente besteht aus einer Basislegierung, die zweite Pulverkomponente weist gute Festschmierstoffeigenschaften auf. Die dritte Pulverkomponente ist durch gute Wärmeleitfähigkeit gekennzeichnet. Die einzelnen Pulverkomponenten werden beim Beschichten nicht miteinander auflegiert. Solche Hartstoff- oder Korrosionsschichten sind zum Schutz von Kolben nicht geeignet.In the DE 100 41 974 A1 a corresponding method for coating cylinder heads, in particular valve seats of internal combustion engines will be described. Here, powder particles are applied to a functional layer or local reinforcement on thermally and mechanically loaded areas. The powder particles used are a mixture of at least three powder components. The first powder component consists of a base alloy, the second powder component has good solid lubricant properties. The third powder component is characterized by good thermal conductivity. The individual powder components are not alloyed together during coating. Such hard or corrosion layers are not suitable for protecting pistons.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kolben einer Brennkraftmaschine derart auszubilden und anzuordnen, dass die Rissbildung in der Kolbenoberfläche verhindert und die Lebensdauer des Kolbens erhöht wird.The invention is based on the object to form and arrange a piston of an internal combustion engine in such a way that prevents the cracking in the piston surface and the life of the Piston increases becomes.

Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass die Beschichtung und/oder die durch die Beschichtung gebildeten Teile des Kolbens aus einer Legierung bestehen, die durch Kompaktieren auf den Kolben aufbringbar ist und die Duktilität der Beschichtung größer als die des Kolbenmaterials ist.The problem is solved according to the invention by that the coating and / or those formed by the coating Parts of the piston consist of an alloy that by compaction on the piston is applied and the ductility of the coating greater than that is the piston material.

Durch das Kompaktieren und die entsprechend kalte Verarbeitung der Partikel wird erreicht, dass die Legierungsbestandteile trotz eventueller geringerer Schmelztemperaturen nicht aufschmelzen und die Beschichtung dadurch keine kristallinen Eigenschaften beim Abkühlen bildet. Somit bleibt die Duktilität der Beschichtung erhalten und es kann der Verbrennungsdruckbelastung und der daraus resultierenden Rissbildung am Kolben ideal entgegen gewirkt werden. Neben der vorteilhaften Duktilität sind erfindungsgemäß auch höhere Druckeigenspannungen in der Beschichtung einstellbar.By compacting and the corresponding Cold processing of the particles is achieved that the alloying constituents do not melt despite possible lower melting temperatures and the coating thereby does not form crystalline properties on cooling. Thus, the ductility remains get the coating and it can the combustion pressure load and the resulting cracking on the piston ideal against be worked. In addition to the advantageous ductility according to the invention are also higher compressive residual stresses adjustable in the coating.

Neben einer reinen Beschichtung des Kolbens wird der Kolben teilweise durch die Beschichtung gebildet. Hierzu wird der Kolbenrohling zum Aufbauen der verschiedenen Abschnitte oder Teile durch die Beschichtung einer Zwischenbearbeitung unterzogen, mit der eine entsprechende Kontur oder Kante am Kolben gebildet wird. Auf diese Kontur oder Kante wird die Beschichtung aufgebracht.In addition to a pure coating of the Piston, the piston is partially formed by the coating. For this purpose, the piston blank for building up the various sections or parts subjected to intermediate processing by the coating, formed with the corresponding contour or edge on the piston becomes. The coating is applied to this contour or edge.

Es ist vorteilhaft, dass die auf den Kolben aufgebrachte Beschichtung eine Stärke zwischen 5 und 100 μm, im Besonderen zwischen 10 und 40 μm aufweist. Eine solche Beschichtung kann aufgrund ihrer geringen Abmessungen direkt ohne Zwischenbearbeitung auf den Kolben aufgetragen werden.It is beneficial that the on the coating applied to the piston has a thickness of between 5 and 100 μm, in particular between 10 and 40 microns. Such a coating may be due to its small size be applied directly to the piston without intermediate processing.

Eine zusätzliche Möglichkeit ist gemäß einer Weiterbildung, dass der durch die Beschichtung gebildete Teilbereich des Kolbens eine Dicke von 0,1 bis 10 mm, im Besonderen zwischen 0,5 und 5 mm aufweist. Beim Aufbau des Kolbens durch die Beschichtung ist die vorstehend erwähnte Zwischenbearbeitung vorteilhaft.An additional possibility is according to a development, that part of the piston formed by the coating has a thickness of 0.1 to 10 mm, in particular between 0.5 and 5 mm. The structure of the piston through the coating is the one above mentioned Intermediate processing advantageous.

Je nach Anwendungsbereich wird der Kolben aber schon im Herstellungsprozess mit der entsprechenden Kontur oder Kante versehen, sodass dann die Zwischenbearbeitung entfällt.Depending on the scope of the Pistons but already in the manufacturing process with the appropriate Contour or edge provided, so that then the intermediate processing eliminated.

Ferner ist es vorteilhaft, dass die Beschichtung aus einer warmfesten Aluminiumlegierung wie beispielsweise AlFeVSi oder A1FeZr gebildet ist. Alternativ dazu besteht die Beschichtung aus einer Übergangsmetall-Legierung auf Fe-, Cu- oder Ni-Basis wie beispielsweise Niresist, 316L oder CuNi3Si. Solche Legierungszusammensetzungen gewährleisten die notwendige Duktilität und ermöglichen das Einbringen von Druckeigenspannungen.Furthermore, it is advantageous that the Coating of a heat-resistant aluminum alloy such as AlFeVSi or A1FeZr is formed. Alternatively, the coating exists from a transition metal alloy Fe, Cu or Ni based such as Niresist, 316L or CuNi3Si. Such alloy compositions ensure the necessary ductility and enable the introduction of residual compressive stresses.

Vorteilhaft ist es hinsichtlich der Duktilität der Beschichtung auch, dass die Kolbenstirnfläche ganz oder zumindest teilweise und die Oberfläche der Kolbenmulde zumindest teilweise beschichtet ist. Diese Bereiche werden nicht durch Reibung beansprucht, sind aber trotzdem durch ein vielseitiges Beanspruchungskollektiv belastet. Dies umfasst eine durch extrem hohe Verbrennungsdrücke hervorgerufene Biegung quer zur Kolbenachse, thermisches Zyklieren und eine durch behinderte thermische Ausdehnung induzierte lokale Plastifizierung. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Kolbens wird die sogenannte thermomechanische Ermüdung durch Rissbildung verhindert.It is advantageous in terms of ductility the coating also that the piston end face completely or at least partially and the surface the piston recess is at least partially coated. These areas are not stressed by friction, but are still through loaded a versatile load collective. this includes a bend caused by extremely high combustion pressures transverse to the piston axis, thermal cycling and one hampered by thermal expansion induced local plasticization. By the inventive training the piston becomes the so-called thermo-mechanical fatigue due to cracking prevented.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist schließlich vorgesehen, dass die Kolbenmulde eine Hinterschneidung aufweist und zumindest der die Hinterschneidung bildende Teil des Kolbens durch die Beschichtung gebildet ist. Kolben mit hinterschnittenen Kolbenmulden sind wesentlich verschleißanfälliger als Kolben ohne eine solche Hinterschneidung. Die erfindungsgemäße Beschichtung ermöglicht das Anformen einer solchen Hinterschneidung und gleichzeitig eine Erhöhung der Lebensdauer des Kolbens.According to a preferred embodiment of the solution according to the invention, it is finally provided that the piston recess has an undercut and at least the part of the piston forming the undercut is formed by the coating. Pistons with undercut piston recesses are much more susceptible to wear than pistons without such an undercut. The coating according to the invention enables the molding of such an undercut and at the same time an increase in the service life of the piston.

Von besonderer Bedeutung für die vorliegende Erfindung ist die Anwendung eines Verfahrens für die Beschichtung von thermisch und mechanisch belasteten Bereichen einer Brennkraftmaschine zum Beschichten einer Oberfläche eines Kolbens. Dieses als kinetisches Kaltgas Kompaktieren bezeichnete Verfahren eignet sich erfindungsgemäß unter Verwendung geeigneter Partikel als Legierung sehr gut für diesen pulvermetallurgischen Prozess zum Aufbau eines Kolbens.Of particular importance for the present Invention is the application of a method for the coating of thermal and mechanically loaded areas of an internal combustion engine for coating a surface a piston. This process, known as kinetic cold gas compacting is suitable according to the invention Use of suitable particles as alloy very good for this powder metallurgical process for building a piston.

Im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es von Vorteil, dass ein Teil des Kolbens durch die kompaktierte Beschichtung gebildet oder aufgebaut wird. Die Beschichtung wird nach der Herstellung des Kolbens oder nach dessen Zwischenbearbeitung schichtweise aufgebracht. Nach dem Aufbringen der Beschichtung wird der Kolben nochmals bearbeitet. Mit einem massiven Schichtaufbau ist das Einbringen von Druckeigenspannungen möglich und das Abplatzen der Beschichtung wird verhindert. Die in die Beschichtung eingebrachten Druckeigenspannungen wirken den thermisch induzierten Zugspannungen entgegen.In connection with the method according to the invention It is advantageous that a part of the piston is compacted by the Coating is formed or built up. The coating will after the production of the piston or after its intermediate processing Applied in layers. After applying the coating is the piston processed again. With a massive layer structure is the introduction of residual compressive stresses possible and the chipping of the Coating is prevented. The introduced into the coating Residual compressive stresses act on the thermally induced tensile stresses opposite.

Hierzu ist es vorteilhaft, dass die Beschichtung durch kinetisches Kaltgas Kompaktieren aufgebracht wird, weil dadurch eine geringe thermische Ausdehnung in der Beschichtung und damit ein lokal herabgesetztes Zugspannungsniveau erzielbar ist.For this it is advantageous that the Coating by kinetic cold gas compacting applied is because because of a low thermal expansion in the coating and thus a locally reduced tension level achievable is.

Dieses Verfahren ist auch insoweit vorteilhaft, als dass durch Einbringen von Druckeigenspannungen eine hohe thermische Beständigkeit der Beschichtung erreicht wird. Diese thermische Beständigkeit erlaubt es, die Oberfläche einer Kolbenmulde und die Kolbenstirnfläche zu beschichten, obwohl diese während des Betriebs der Brennkraftmaschine extremen thermischen Beanspruchungen ausgesetzt sind.This procedure is also true advantageous than that by introducing compressive residual stresses a high thermal resistance the coating is achieved. This thermal resistance it allows the surface a piston bowl and the piston face to coat, although these while the operation of the internal combustion engine extreme thermal stresses are exposed.

Ferner ist es vorteilhaft, dass zum Beschichten eine warmfeste Aluminiumlegierung wie beispielsweise AlFeVSi oder AlFeZr zum Einsatz kommt. Alternativ dazu wird zum Beschichten eine Übergangsmetall-Legierung auf Eisen-, Kupfer- oder Nickel-Basis wie beispielsweise Niresist, 316L oder CuNi3Si eingesetzt.Furthermore, it is advantageous that the Coating a heat-resistant aluminum alloy such as AlFeVSi or AlFeZr is used. Alternatively, the Coating a transition metal alloy based on iron, copper or nickel, such as Niresist, 316L or CuNi3Si used.

Um die notwendige Duktilität der Beschichtung zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, dass die einzelnen Partikel beim Kompaktieren nicht schmelzen und auch nicht miteinander legieren. Grundvoraussetzung dafür ist das Kaltgas Kompaktieren. Um eine Bindung zwischen den Partikeln zu bilden, werden diese für die Beschichtung mit einer Geschwindigkeit zwischen 500 und 2000 m/s, im Besonderen zwischen 800 und 1200 m/s aufgetragen. Bei diesen Geschwindigkeiten plastifizieren beim Auftreffen die Partikel und die Oberfläche des Kolbens. Ausschließlich die eingebrachte Impulsenergie sorgt für die notwendige Verbindung zwischen dem Kolbenmaterial und den Partikeln sowie zwischen den Partikeln selbst.To get the necessary ductility of the coating to ensure, It is advantageous that the individual particles when compacting do not melt and do not alloy with each other. prerequisite for that is compacting the cold gas. To create a bond between the particles These are for the coating at a speed between 500 and 2000 m / s, in particular between 800 and 1200 m / s applied. In these Speeds plasticize the particles on impact and the surface of the piston. Exclusively the introduced pulse energy provides the necessary connection between the piston material and the particles and between the Particles themselves.

Die Geschwindigkeit der Partikel steht in Relation zum Abstand zwischen der Mündung der Spritzvorrichtung und der zu beschichtenden Oberfläche. Der Abstand beträgt in vorteilhafter Weise zwischen 2 und 55 mm, im Besonderen zwischen 25 und 35 mm.The speed of the particles is in relation to the distance between the mouth of the sprayer and the surface to be coated. The distance is advantageously between 2 and 55 mm, in particular between 25 and 35 mm.

Ferner ist es vorteilhaft, dass die auf den Kolben aufgebrachte Beschichtung nach dem Beschichten mechanisch oder spanabhebend bearbeitet wird.Furthermore, it is advantageous that the on the piston applied coating mechanically after coating or machined.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Patentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und in den Figuren dargestellt.Further advantages and details The invention are in the claims and in the description explained and shown in the figures.

Dabei zeigen:Showing:

1 eine Schnittansicht einer Hälfte eines teilweise beschichteten Kolbens während der Beschichtung; 1 a sectional view of a half of a partially coated piston during the coating;

2 eine Schnittansicht einer Hälfte eines teilweise beschichteten Kolbens; 2 a sectional view of a half of a partially coated piston;

3 eine Schnittansicht einer Hälfte eines im Bereich der Kolbenmulde teilweise durch die Beschichtung gebildeten Kolbens; 3 a sectional view of a half of a piston in the region of the piston recess partially formed by the coating;

4 eine Schnittansicht einer Hälfte eines im Bereich der Kolbenmulde und auf der Kolbenstirnfläche teilweise durch die Beschichtung gebildeten Kolbens. 4 a sectional view of a half of a piston in the region of the piston recess and on the piston face partially formed by the coating.

Die in den 1 bis 4 dargestellten Schnittansichten zeigen jeweils eine Hälfte eines oberen Bereiches eines Kolbens 1 einer Brennkraftmaschine. Zur Mitte des Kolbens 1 hin ist die Darstellung durch die Symmetrieachse 1.1 des Kolbens 1 begrenzt. Nach unten hin ist die Darstellung frei geschnitten.The in the 1 to 4 shown sectional views each show a half of an upper portion of a piston 1 an internal combustion engine. To the middle of the piston 1 out is the representation by the axis of symmetry 1.1 of the piston 1 limited. At the bottom, the illustration is cut free.

Der Kolben 1 weist eine Kolbenmulde 7 auf, die sich von der Symmetrieachse 1.1 aus radial nach außen erstreckt. Die Kolbenmulde 7 ist derart gestaltet, dass der Rand der Kolbenmulde 7 eine Hinterschneidung 7.2 bildet. Dabei ist die Kolbenmulde 7 im Bereich der Hinterschneidung 7.2 halbkreisförmig ausgebildet. Zur Symmetrieachse 1.1 hin steigt die Oberfläche 7.1 der Kolbenmulde 7 kegelförmig an.The piston 1 has a piston recess 7 up, extending from the axis of symmetry 1.1 extends radially outward. The piston recess 7 is designed such that the edge of the piston recess 7 an undercut 7.2 forms. Here is the piston recess 7 in the area of the undercut 7.2 semicircular. To the symmetry axis 1.1 the surface rises 7.1 the piston recess 7 cone-shaped.

Der Kolben 1 wird nach außen hin durch die Kolbenfläche 2 begrenzt. Im oberen Teil des dargestellten Kolbens 1 sind in Form von Nuten zwei Kolbenringlager 2.1 vorgesehen.The piston 1 becomes outward through the piston surface 2 limited. In the upper part of the illustrated piston 1 are in the form of grooves two piston ring bearings 2.1 intended.

Gemäß 1 wird die Beschichtung 4 durch eine Spritzvorrichtung 6 aufgebracht. Ein Teil der Spritzvorrichtung 6 ist als Düse ausgebildet, über die das Beschichtungsmaterial 5 der Beschichtung 4 und ein Trägergas austreten. Das Beschichtungsmaterial 5 trifft mit hoher Geschwindigkeit auf und plastifiziert dabei.According to 1 will the coating 4 through a spraying device 6 applied. Part of the sprayer 6 is formed as a nozzle, over which the coating material 5 the coating 4 and exit a carrier gas. The coating material 5 Arrives at high speed and plasticises.

Das Beschichtungsmaterial 5 wird teilweise auf die Oberfläche 7.1 der Kolbenmulde 7 und teilweise auf die Kolbenstirnfläche 3 aufgetragen. Nach dem Auftragen der Beschichtung 4 wird diese nicht mehr bearbeitet.The coating material 5 gets partially to the surface 7.1 the piston recess 7 and partly on the piston end face 3 applied. After applying the coating 4 this will not work more edited.

Gemäß 2 ist vorgesehen, in Bereichen der Kolbenmulde 7 Kolbenmaterial abzutragen um das abgetragene Material durch die Beschichtung 4 zu ersetzen. Nach dem Auftragen der Beschichtung 4 auf die Kolbenfläche 2 und die Oberfläche 7.1 der Kolbenmulde 7 wird die Beschichtung 4 in einem spanenden Formgebungsverfahren bearbeitet.According to 2 is provided in areas of the piston recess 7 Remove the piston material around the removed material through the coating 4 to replace. After applying the coating 4 on the piston surface 2 and the surface 7.1 the piston recess 7 will the coating 4 processed in a cutting forming process.

In den 3 und 4 werden größere Teile des Kolbens 1 durch die Beschichtung 4 gebildet. Hierzu werden die entsprechenden Bereiche entweder nicht hergestellt oder nach der Herstellung des Kolbens wieder abgetragen. Gemäß 3 wird die Hinterschneidung 7.2 des Kolbens 1 durch die Beschichtung 4 ersetzt. Gemäß 4 wird die Hinterschneidung 7.2 und die gesamte Kolbenstirnfläche 3 durch die Beschichtung 4 ersetzt. Hierzu wird die Beschichtung 4 auf die Kolbenstirnfläche 3 und auf die Oberfläche 7.1 der Kolbenmulde 7 aufgespritzt. Nach dem Beschichten wird die Beschichtung 4 in einem spanenden Formgebungsverfahren bearbeitet.In the 3 and 4 become larger parts of the piston 1 through the coating 4 educated. For this purpose, the corresponding areas are either not made or removed again after the production of the piston. According to 3 becomes the undercut 7.2 of the piston 1 through the coating 4 replaced. According to 4 becomes the undercut 7.2 and the entire piston face 3 through the coating 4 replaced. This is the coating 4 on the piston end face 3 and on the surface 7.1 the piston recess 7 sprayed. After coating, the coating becomes 4 processed in a cutting forming process.

11
Kolbenpiston
1.11.1
Symmetrieachseaxis of symmetry
22
Kolbenflächepiston area
2.12.1
KolbenringlagerPiston ring bearing
33
KolbenstirnflächePiston face
44
Beschichtungcoating
55
Beschichtungsmaterialcoating material
66
Spritzvorrichtungsprayer
77
Kolbenmuldepiston bowl
7.17.1
Oberflächesurface
7.27.2
Hinterschneidungundercut

Claims (16)

Kolben (1) einer Brennkraftmaschine mit einem im Bereich einer Kolbenmulde (7) beschichteten oder im Bereich der Kolbenmulde (7) durch eine Beschichtung (4) teilweise gebildeten Kolben (1) dadurch gekennzeichnet , dass die Beschichtung (4) und/oder die durch die Beschichtung (4) gebildeten Teile des Kolbens (1) aus einer Legierung bestehen, die durch Kompaktieren auf den Kolben (1) aufbringbar ist und die Duktilität der Beschichtung (4) größer als die des Kolbenmaterials ist.Piston ( 1 ) an internal combustion engine having a in the region of a piston recess ( 7 ) coated or in the area of the piston recess ( 7 ) by a coating ( 4 ) partially formed piston ( 1 ) characterized in that the coating ( 4 ) and / or through the coating ( 4 ) formed parts of the piston ( 1 ) consist of an alloy which is compacted by compacting it on the piston ( 1 ) and the ductility of the coating ( 4 ) is greater than that of the piston material. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die auf den Kolben (1) aufgebrachte Beschichtung (4) eine Stärke zwischen 5 und 100 μm, im Besonderen zwischen 10 und 40 μm aufweist.Apparatus according to claim 1, characterized in that the on the piston ( 1 ) applied coating ( 4 ) has a thickness between 5 and 100 μm, in particular between 10 and 40 μm. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der durch die Beschichtung gebildete Teilbereich (4) des Kolbens (1) eine Dicke von 0,1 bis 10 mm, im Besonderen zwischen 0,5 und 5 mm aufweist.Device according to claim 1 or 2, characterized in that the subregion formed by the coating ( 4 ) of the piston ( 1 ) has a thickness of 0.1 to 10 mm, in particular between 0.5 and 5 mm. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (4) aus einer warmfesten Aluminiumlegierung wie beispielsweise AlFeVSi oder AlFeZr gebildet ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the coating ( 4 ) is formed of a heat-resistant aluminum alloy such as AlFeVSi or AlFeZr. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (4) aus einer Übergangsmetall-Legierung auf Fe-, Cu- oder Ni-Basis wie beispielsweise Niresist, 316L oder CuNi3Si gebildet ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the coating ( 4 ) is formed of an Fe, Cu or Ni based transition metal alloy such as Niresist, 316L or CuNi3Si. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstirnfläche (3) ganz oder zumindest teilweise und die Oberfläche (7.1) der Kolbenmulde (7) zumindest teilweise beschichtet ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the piston end face ( 3 ) completely or at least partially and the surface ( 7.1 ) of the piston recess ( 7 ) is at least partially coated. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenmulde (7) eine Hinterschneidung (7.2) aufweist und zumindest der die Hinterschneidung (7.2) bildende Teil des Kolbens (1) durch die Beschichtung (4) gebildet ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the piston recess ( 7 ) an undercut ( 7.2 ) and at least the undercut ( 7.2 ) forming part of the piston ( 1 ) through the coating ( 4 ) is formed. Verfahren zum Beschichten einer Oberfläche von thermisch und/oder mechanisch belasteten Bereichen einer Brennkraftmaschine durch Kompaktieren, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Kompaktieren eine Oberfläche eines Kolbens (1) einer Brennkraftmaschine beschichtet wird.Method for coating a surface of thermally and / or mechanically loaded areas of an internal combustion engine by compacting, characterized in that, by compacting, a surface of a piston ( 1 ) of an internal combustion engine is coated. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des Kolbens (1) durch Kompaktieren hergestellt wird.Method according to claim 1, characterized in that a part of the piston ( 1 ) is made by compaction. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (4) durch kinetisches Kaltgas-Kompaktieren erfolgt.Method according to claim 1 or 2, characterized in that the coating ( 4 ) is carried out by kinetic cold gas compacting. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (7.1) einer Kolbenmulde (7) und/oder die Kolbenstirnfläche (3) beschichtet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the surface ( 7.1 ) a piston recess ( 7 ) and / or the piston end face ( 3 ) is coated. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Beschichten eine warmfeste Aluminiumlegierung wie beispielsweise AlFeVSi oder AlFeZr zum Einsatz kommt.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that for coating a heat-resistant aluminum alloy such as AlFeVSi or AlFeZr is used. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Beschichten eine Übergangsmetall-Legierung auf Eisen-, Kupfer- und/oder Nickel-Basis wie beispielsweise Niresist, 316L oder CuNi3Si zum Einsatz kommt.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that for coating a transition metal alloy Iron, copper and / or nickel base such as Niresist, 316L or CuNi3Si is used. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Beschichtung (4) mit einer Geschwindigkeit zwischen 500 und 2000 m/s, im Besonderen zwischen 800 und 1200 m/s aufgetragen wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the material of the coating ( 4 ) at a speed between 500 and 2000 m / s, in particular between 800 and 1200 m / s is applied. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Mündung einer Spritzvorrichtung (6) zum Beschichten in einem Abstand zu der zu beschichtenden Oberfläche zwischen 2 und 55 mm, im Besonderen zwischen 25 und 35 mm positionierbar ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the mouth of a spray device ( 6 ) for coating at a distance to the surface to be coated between 2 and 55 mm, in particular between 25 and 35 mm positionable. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die auf den Kolben (1) aufgebrachte Beschichtung (4) nach dem Beschichten mechanisch oder spanabhebend bearbeitet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that on the piston ( 1 ) applied coating ( 4 ) is processed mechanically or by machining after coating.
DE2002142261 2002-09-12 2002-09-12 Piston for an I.C. engine has a coating made from an alloy and applied during compacting of the piston Withdrawn DE10242261A1 (en)

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