Was ist Nikasil™?

Nikasil™ ist ein eingetragenes Warenzeichen beim Deutschen Patent- und Markenamt. Der Markenname wurde dort eingetragen am 28.04.1967 durch die Mahle GmbH aus Stuttgart.1Deutsches Patent- und Markenamt. Quelle: https://register.dpma.de/DPMAregister/marke/register/832506/DE» (Abgerufen am 08.12.2014) Nicasil (mit „c“ in der Mitte) ist die allgemeine Kurzbezeichnung für die Legierung Nickel-Silizium-Karbid.

Logo der Firma Mahle auf einem Gebäude

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Nicasil Beschichtung

Nickel-Silizium-Karbid wird als Verbundbeschichtung in einem elektrochemischen Verfahren auf die Lauffläche eines Zylinders aufgebracht, wobei eine spezielle Nickellegierung das Trägermaterial bildet, in welches die Silizumkarbidteile eingebettet sind. Eine sehr große Erfahrung ist notwendig, die richtige Materialauswahl und Auftragsstärken zu wählen, um eine nachhaltige, hoch verschleißfeste Zylinderlaufbahn mit definierter Oberflächenrauhigkeit mittels Diamant-Kreuzschliff zu erhalten.

Nikasil

Die Silicium Karbid Kristalle werden auf der Aluminiumfläche eingebettet in einer Nickellegierung glavanisch aufgetragen.

Nicasil Schichtdicke

Die Schichtdicke des Nicasil bei einem einbaufertigen Zylinder beträgt zwischen 30 μ bis 50 μ. Das sind umgerechnet 0,03 mm bis 0,05 mm. In einer anderen Publikation ist von 40 μ bis 60 μ die Rede. Das sind umgerechnet 0,04 mm bis 0,06 mm.2 Youtube Video (10:36) von Moto Geek: Nicasil Zylinder honen» Um sich das besser vorstellen zu können: Aluminiumfolie hat eine ähnliche Dicke.3Aluminiumfolie, auch Alufolie oder Silberpapier, ist die Bezeichnung für zwischen 0,004 und 0,02 mm (4 bis 20 µm) dünne Folie, die durch Walzen des Ausgangsmaterials Aluminium hergestellt wird. Quelle: Wikipedia – https://de.wikipedia.org/wiki/Alufolie» (Abgerufen am 04. Dez. 2014) Bei einem Versuch zum elektrochemischen Auftragen von Nicasil auf einen Aluminiumzylinder, welcher 5 Stunden dauerte, wurde bei der Beschichtung eine Dicke von 90 μ gemessen. Es ist bei diesem Wert zu beachten, dass die Nicasil Beschichtung noch nicht geschliffen wurde.4Breaking Bad for real? DIY „NIKASIL“ Part 4. Quelle: https://www.youtube.com/watch?v=eKBh1NqHfhI» (abgerufen am 31.05.2019


Kurzfilm zum Thema Nikasil. Erklärungen zur Beschichtung und Funktion (Quelle: Motoerevo) [2]

Nikasil, Kreuzschliff, Polini 210

Auf diesem Foto erkennt man sehr gut den Kreuzschliff auf der Nikasilbeschichtung in einem Polini 210 Aluminiumzylinder. (Foto: Wespenblech Archiv)

Vor- und Nachteile von Nicasil gegenüber anderen Werkstoffen

Die Nickel-Silizium-Karbid-Beschichtung gilt derzeit als beste Lösung, um Aluminiumzylinder, wie den Malossi 210 Sport› oder den Polini 210 Alu› mit einer verschleißfesten Lauffläche auszustatten. Immer mehr Motorenhersteller entscheiden sich aus gutem Grund für Nickel-Silizium-Karbid und nicht für Guss- oder Stahllaufbuchsen.

Härtegrad von Nicasil im Vergleich zu anderen Werkstoffen

Bei einem Versuch wurde mit einem Härtegrad Teststab auf die Lauffläche eines Aluminium Zylinders mit Nicasil Beschichtung im Bereich der Hubfläche gekratzt. Es wurden Härtegrad Teststäbe mit den Härtegraden HRC 40 bis HRC 55 getestet. Erst beim Teststab HRC 55 wurden kleinste kaum erkennbare Kratzer in der Nicasil Schicht entdeckt. Bei einer Versuchsbeschichtung mit Nickel Bornitrid entstanden bereits mit dem HRC 40 Teststab deutliche tiefe Kratzer in der Beschichtung. 5Die Ursachen für den niedrigen Härtegrad der getesteten Nickel Bornitrid Beschichtung ist noch unklar. Wir vom Wespenblech Archiv gehen davon aus, dass anstelle von bikubischem Bonitrid hexagonales Bornitrid verwendet wurde. Das haben wir auch den Prüfern mitgeteilt. (Stand Juni 2019). Graugusszylinder zeigen bereits mit HRC 40 Teststäben deutliche Kratzspuren auf. Leider standen nur Teststäbchen bis HRC 40 zur Verfügung. Es ist zu vermuten, dass bei einem Graugusszylinder im Bereich von 25 bis 30 HRC Teststäbchen keine Kratzer mehr entstehen würden.

Nickel-Silizium-Karbid – Vorteile gegenüber Grauguss:

  • Geringeres Gewicht in einem Aluminium Zylinder
  • geringere Reibung
  • bessere Wärmeleitfährigkeit in einem Aluminium Zylinder
  • hohe Verschleißfestigkeit
  • weniger Laufspiel zwischen Kolben und Zylinder.
  • Gleichmäßige Wärmeausdehnung zwischen Zylinder und Kolben. -> Bessere Temperaturverteilung.
  • Sehr hohe Laufleistungen über 160.000 km.

Nachteile

  • wird von schwefelhaltigen Verbrennungsprodukten angegriffen.
  • Schlechte Notlaufeigenschaften auf Grund des fehlenden Graphits
  • Neubeschichtung ist sehr teuer.
  • Schmutz, welcher bei Wartung & Reperatur in den Zylinder fällt, kann die Beschichtung beschädigen im Motortrieb.
  • Schlechte Luftfilter ohne Partikelfilter können die Laufleistung ebenfalls erheblich reduzieren.

Nicasil Zylinder nachschleifen

Malossi 210, Nikasil, Auslass, Laufbahn

Einblick in die Zylinderlaufbahn eines Malossi 210 alt aus einem 20 PS 200 ccm Largeframe Motor. Zu erkennen ist der Auslass und ein Teil der Überströme. Die Beschichtung der Zylinderlaufbahn besteht aus Nikasil. Der Kreuzschliff ist noch zu erkennen, jedoch haben sich durch die Kolbenbewegung leichte Laufspuren und Mikroriefen gebildet. Dieser Zylinder hat eine Laufleistung von ca. 20.000 km und kann problemlos weiter gefahren werden. (Foto: Wespenblech Archiv)

Die Nikasilbeschichtung auf der Laufbahn eines Aluminiumzylinders verträgt hohe Laufleistungen von ∼ 40.000 km +. Das haben die Erfahrungen von Mitgliedern im Wespenblech Archiv ergeben. Nikasilbeschichter werben für ihre Zylinder mit über 160.000 km Laufleistung. Das Nikasil bleibt jedoch nicht verschleißfrei. Im Laufe der Zeit bilden sich Laufspuren. Diese treten verstärkt auf im Bereich von Ringoberkante und Ringunterkante im Zylinder. Spätestens jedoch, wenn kaum noch der Kreuzschliff zu erkennen ist, sollte der Zylinderlaufbahn durch Honen ein frischer Kreuzschliff eingeschliffen werden. Oder aber der Zylinder muss neu beschichtet werden.

Kurzfilm zum Thema Nikasil Zylinder honen (Quelle: Moto Geek)[3]

Nicasil Neubeschichtung

Die Neubeschichtung eines Aluminiumzylinders ist ein sehr komplexer und aufwendiger Prozess. Zunächst muss der Aluminium-Zylinder gereinigt werden und dann wird die alte Nicasil-Beschichtung entfernt. Nun wird der Zylinder für das elektrochemische Verfahren vorbereitet. Der Zylinder wird, bis auf die Laufbahn, mit einer Art Gummi lackiert, damit das Nicasil im elektrochemischen Bad nur auf der Laufbahn aufgetragen wird.

Elektrochemisches Bad

Beim Beschichten selbst wird die Laufbahn des Zylinders zunächst in verschiedenen Bädern gereinigt. Anschließend kommt dieser in ein elektrochemisches Bad und wird dort bei einer bestimmten Amper-Zahl für mehrere Stunden sich selbst überlassen. Die in dem Elektrobad enthaltenen Stoffe zur Beschichtung werden nun im elektrochemischen Prozess auf die Laufbahn aufgetragen.

Nicasil Zylinder honen

Nach der Neubeschichtung wird die noch rohe neue Beschichtung in verschiedenen Honvorgängen auf das gewünschte Maß gebracht. Der Kreuzschliff in der Beschichtung ist äußerst wichtig, da hierdurch die Reibung zwischen Kolben und Zylinderwandung, durch das Erzeugen kleiner Öltaschen, deutlich reduziert wird. 

Einzelnachweise

  1. ↑ Youtube Video von Motoerevo: NIKASIL Beschichtung Erklärung und Funktion / Vespa & Simson / motoerevo»
  2. ↑ Youtube Video von Moto Geek: Nikasil Zylinder honen»

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