AT402942B

AT402942B - Verfahren und werkstoff zum herstellen einer metallhaltigen und thermisch gespritzten schicht

Info

Publication number: AT402942B
Application number: AT0151894A
Authority: AT
Original assignee: Castolin Sa
Priority date: 1993-08-26
Filing date: 1994-08-02
Publication date: 1997-09-25
Also published as: ATA151894A; SE510690C2; SE9402810D0; DE4328732C1; SE9402810L

Description

AT 402 942 B

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer metallhaltigen und thermisch gespritzten Schicht bestehend aus einem Material auf Eisen-, Kobalt- oder Nickelbasis mit Anteilen von Aluminium und/oder Titan und/oder Chrom.

Zudem erfaßt die Erfindung einen für ein solches Verfahren geeigneten Werkstoff.

Beschichtungen in Abscheidezyklonen, die bei höheren Temperaturen arbeiten, sind seit langer Zeit bekannt. Im allgemeinen handelt es sich dabei um Beschichtung durch Ausmauerungen oder aus keramischen oder oxidischen Massen mit einem Binder etwa auf Silikatbasis. Solche Beschichtungen haben jedoch bei den hohen Gasgeschwindigkeiten der stark mit Partikel belasteten Heißgase nur eine geringe Standzeit bzw. Lebensdauer, was zur Abschaltung der Anlagen und damit zu hohen Unterhaltskosten führt.

Um höhere Standzeiten zu erreichen, wurden in den letzten Jahren vorgeformte Silizimcarbidformteile aufgebracht, wobei allerdings mit der Zeit ein Auswaschen der Bindefugen erfolgte, das zum Loslösen der Formteile und damit zur Zerstörung der aufgebrachten Beschichtung führte; die Fugen haben eine geringere Verschleißfestigkeit als ihre Umgebung.

Die US-A-47 25 512 beschreibt den Einsatz metallhaltiger Schichten mit i.w. amorpher Oberfläche; auch diese Schichten führten nur zu bedingt brauchbaren Resultaten, da die Lebensdauer bzw. die Standzeit einer so ausgekleideten Zyklonanlage zu gering bleibt und hohe Betriebskosten verursacht.

Der gattungsbildenden DE 38 21 896 C2 ist ein Verfahren zum Herstellen von Schutzschichten an Rohren für Vorwärmer und Ekonomiser in Großfeuerungsanlagen zu entnehmen, die in einem Temperaturbereich unter 400* C eingesetzt sind. Hier werden pulverförmige Werkstoffe auf der Basis von Ni-, Fe-und/oder Co-Legierung auf dem Weg des thermischen Spritzens aufgetragen, welche die Elemente Cr und/oder Mo im Bereich von 0 % bis 35 % Cr oder 0 % bis 25 % Mo enthalten sowie einen Anteil von AI und/oder Ti im Bereich von 0 % bis 15 %. Es wird beispielsweise Werkstoff auf Ni-Basis angeboten mit Cr 5 % bis 15 %, C S 0,3 %, Mo 2,0 % bis 10 %, AI 5 % bis 15 %, Si 0,1 % bis 1,5 %, Fe 5 % bis 15 %, Rest Ni.

Vor allem bei Großfeuerungsanlagen für die Stromversorgung oder für die Fernheizung sind die Kostenprobleme von großer Bedeutung.

In Kenntnis dieses Standes der Technik hat sich der Erfinder das Ziel gesetzt, eine verbesserte Beschichtung für Zyklone od. dgl. Einrichtungen zu schaffen, die bei unterschiedlichen Bauarten eingesetzt werden kann.

Zur Lösung der vom Erfinder gesehenen Aufgabe führt die Lehre der unabhängigen Patentansprüche; die Unteransprüche geben besonders günstige Fortentwicklungen an.

Erfindungsgemäß wird auf die Innenfläche eines Zyklons zur Entstaubung von Heißgasen eine hochwarmfeste metallkeramische Schicht mit einem Fülldraht, bestehend aus einer metallischen Matrix auf Eisen-, Kobalt- oder Nickelbasis mit zumindest einem der Zusätze Aluminium, Titan, Chrom, Bor und/oder Silizium, sowie aus Metalloxiden als keramisches Material in einer Menge von 5 bis 60 Gew.-% bezogen auf den Gesamtspritzwerkstoff, aufgespritzt. Die metallkeramische Schicht wird entweder mit einem pulverförmigen Spritzwerkstoff aufgespritzt oder aber mit einem drahtförmigen Spritzwerkstoff.

Bei dem Spritzwerkstoff für das erfindungsgemäße Verfahren handelt es sich um ein Werkstoffgemisch aus einem metallischen und einem keramischen Anteil, also um Cermets (Römpps Chemie Lexikon, Bd. I, S. 635).

Im erstgenannten Falle des pulverförmigen Spritzwerkstoffes liegen die Größenordnungen der Legierungszusätze für die metallische Matrix -- bezogen auf den Gesamtspritzwerkstoff -- bei bis zu 12 Gew.-% an Aluminium bzw. Titan, bis zu 35 Gew.-% Chrom, bis zu 6 Gew.-% Bor bzw. Silizium.

Wird mit einem drahtförmigen Spritzwerkstoff gearbeitet, ist ein Anteil des Eisenlegierungspulvers --oder aber des Nickellegierungspulvers -- in der Füllung mit einem Chromgehalt bis 50 Gew.-% --vorzugsweise 5 bis 30 Gew.-% -- und einem Aluminiumgehalt bis 12 Gew.-%, vorzugsweeise 2 bis 8 Gew.-% (Rest übliche Begleitelemente wie Mangan oder Kohlenstoff), vorzusehen.

Eine andere Ausführungsform des Verfahrens ist gekennzeichnet durch einen Anteil des Kobaltlegierungspulvers in der Füllung mit einem Chromgehalt bis 40 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 35 Gew.-%, einem Wolframgehalt bis zu 12 Gew.-%, vorzugsweise 2 bis 6 Gew.-%, einem Aluminiumgehalt unter 12 Gew.-%, vorzugsweise unter 5 Gew.-% und mit einem Restgehalt an üblichen Begleitelementen, beispielsweise Eisen, Nickel, Mangan.

Zur Verbesserung der Korngrößenverhältnisse vor allem beim Arbeiten mit Fülldraht soll der Matrix mit ihrem/ihren Zusatz/Zusätzen Molybdän in einem Anteil von 1 bis 10 Gew.-% zugegeben werden, bevorzugt unter 8 Gew.-%, insbesondere unter 5 Gew.-%.

Als günstig hat es sich erwiesen, den zugemischten oder agglomerierten pulverförmigen Metalloxidanteil zwischen 5 bis 60 Gew.-% vorzugsweise 10 bis 50 Gew.-% oder bzw. 20 bis 40 Gew.-%, zu wählen. Dabei soll die Kornverteilung für das Metallpulver zwischen 5 und 150 um, vorzugsweise 22 bis 125 um, 2

Claims

AT 402 942 B und das Metalloxidpulver zwischen 5 und 90 um, vorzugsweise 5 bis 45 um bzw. 5 bis 22 um, liegen. Im Rahmen der Erfindung liegt es, den Beschichtungsvorgang im Abscheidezyklon in Form des Flammspritzens, des Lichtbogen-Drahtspritzens oder mit Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen oder Plasmaspritzen durchzuführen. Die Korngröße des für die Füllung verwendeten Metallpulvers soll unter 200 um , vorzugsweise unter 150um, liegen, die Korngröße des für die Füllung verwendeten Metalloxides unter 150 um, vorzugsweise unter 75 bzw. unter 45um. Bevorzugt wird ein Metalloxidanteil der Füllung im Bereich zwischen 3 und 30 Vol.-%, vorzugsweise 10 und 25 Vol.-%. Für den in den Patentansprüchen 26 bis 30 angegebenen sowie den vor diesen stehenden Verfahrensansprüchen entnehmbare Werkstoff wird gesondert Schutz begehrt, vor allem für einen Werkstoff zum Herstellen einer metallhaltigen und thermisch gespritzten Schicht auf Eisen-, Kobalt- oder Nickelbasis mit Anteilen von Aluminium und/oder Titan und/oder Chrom, insbesondere zum Herstellen einer hochwarmfesten Schicht in Zyklonen zur Entstaubung von Heißgasen, bei dem der Fülldraht aus einer metallischen Matrix auf Eisen-, Kobalt- oder Nickelbasis mit zumindest einem der Zusätze Aluminium, Titan, Chrom, Bor und/oder Silizium, sowie aus Metalloxiden als keramisches Material in einem Anteil von 5 bis 60 Gew.-% bezogen auf den Gesamtspritzwerkstoff, besteht. Zudem kann ein Legierungszusatz für die metallische Matrix von, bezogen auf den Gesamtspritzwerkstoff, bis zu 12 Gew. % Aluminium, bis zu 12 Gew.-% Titan, bis zu 35 Gew.-% Chrom, bis zu 6 Gew.-% Bor und/oder bis zu 6 Gew.-% Silizium, vorhanden sein oder ein Anteil des Eisenlegierungspulvers oder Nickellegierungspulvers in der Füllung mit einem Chromgehalt bis 50 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 30 Gew.-%, einem Aluminiumgehalt bis 12 Gew.-%, vorzugsweise 2 bis 8 Gew.-%, und mit einem Restgehalt an üblichen Begleitelementen, beispielsweise Mangan oder Kohlenstoff. Eine andere Ausgestaltung des Werkstoffes enthält einen Anteil des Kobaltlegierungspulvers in der Füllung mit einem Chromgehalt bis 40 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 35 Gew.-%, einem Wolframgehalt bis 12 Gew.-%, vorzugsweise 2 bis 6 Gew.-%, einem Aluminiumgehalt unter 12 Gew.-%, vorzugsweise unter 5 Gew.-%, und mit einem Restgehalt an üblichen Begleitelementen, beispielsweise Eisen, Nickel, Mangan. Beim Werkstoff mit einem Zusatz aus Molybdän kann der Matrix das Molybdän in einer Menge unter 8 Gew.-% bzw. 5 Gew.-%, zugegeben sein. Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung sind den nachfolgenden Ausführungsbeispielen zu entnehmen. Beispiel I: ln einem Abscheidezyklon von einer Wirbelbettgroßfeuerungsanlage für die Fernheizung sollte eine bei 900 * C beständige Beschichtung mit einer guten Verschleißbeständigkeit aufgebracht werden. Als drahtförmiger Spritzwerkstoff wurde ein Fülldraht aus einer Eisen-Chromlegierung mit Zusätzen von Molybdän und Aluminium, sowie einem Anteil von 30 Vol.-% Aluminiumoxid der Füllung, ausgewählt. Dieser drahtförmige Spritzwerkstoff wurde mit einer Lichtbogen-Drahtspritzpistole auf die Oberfläche des durch Strahlen vorbereiteten Grundwerkstoffes des Abscheidezyklons 1,5 mm dick aufgespritzt. Die so hergestellte Beschichtung zeigte die dreifache Standzeit gegenüber der bekannten Innenbeschichtung. Beispiel II In einem Abscheidezyklon einer druckgesteuerten Wirbelbettverbrennungsanlage sollte eine hochtemperaturverschleißfeste Beschichtung aufgebracht werden. Die Temperatur der Heißgase lag bei 850 *C. Als pulverförmiger Spritzwerkstoff wurde ein Gemisch bestehend aus einer Nickel-Chrom-Legierung mit einem Zusatz von 8 Gew.-% Molybdän und ein Anteil von 50 Gew.-% Zirkonoxid verwendet. Zum Aufspritzen dieses Werkstoffes auf die durch Strahlen vorbereitete Innenflächen wurde eine Flammspritzpistole mit einem Pulverdurchsatz von 6 kg/h verwendet. Die so hergestellte Beschichtung zeigte eine wesentlich höhere Standzeit als die vorher verwendete Ausmauerung. Patentansprüche 1. Verfahren zum Herstellen einer metallhaltigen und thermisch gespritzten Schicht, bestehend aus einem Material auf Eisen-, Kobalt- oder Nickelbasis mit Anteilen von Aluminium und/oder Titan und/oder Chrom, 3 AT 402 942 B dadurch gekennzeichnet, daß auf die Innenfläche eines Zyklons zur Entstaubung von Heißgasen eine hochwarmfeste metallkeramische Schicht mit einem Fülldraht, bestehend aus einer metallischen Matrix auf Eisen-, Kobalt- oder Nickelbasis mit zumindest einem der Zusätze Aluminium, Titan, Chrom, Bor- und/oder Silizium, sowie aus Metalloxiden als keramisches Material in einer Menge von 5 bis 60 Gew.-% bezogen auf den Gesamtspritzwerkstoff, aufgespritzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fülldraht auf Eisen-, Kobalt- oder Nickeibasis mit einem Zusatz von Metalloxiden in einer Menge von 2,5 bis 70 Vol.-%, bezogen auf die Gesamtfüllung verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fülldraht auf Eisen-, Kobaltoder Nickelbasis mit einem Zusatz von Metalloxiden in einer Menge von 2,5 bis 60 Vol.-%, vorzugsweise 2,5 bis 40 Vol.-%, bezogen auf die Gesamtfüllung, verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Legierungszusatz für die metallische Matrix von, bezogen auf den Gesamtspritzwerkstoff, bis zu 12 Gew.-% Aluminium, bis zu 12 Gew.-% Titan, bis zu 35 Gew.-% Chrom, bis zu 6 Gew.-% Bor und/oder bis zu 6 Gew.-% Silizium.
5. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Anteil des Eisenlegierungspulvers oder Nickellegierungspulvers in der Füllung mit einem Chromgehalt bis 50 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 30 Gew.-%, einem Aluminiumgehalt bis 12 Gew.-% vorzugsweise 2 bis 8 Gew.-%, und einem Restgehalt an üblichen Begleitelementen, beispielsweise Mangan oder Kohlenstoff.
6. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Anteil des Kobaltlegierungspulvers in der Füllung mit einem Chromgehalt bis 40 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 35 Gew.-%, einem Wolframgehalt bis zu 12 Gew-%, vorzugsweise 2 bis 6 Gew.-%, einem Aluminiumgehalt unter 12 Gew.-%, Vorzugsweise unter 5 Gew.-%, und mit einem Restgehalt an üblichen Begleitelementen, beispielsweise Eisen, Nickel, Mangan.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem Molybdän zugegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Matrix und dem/den Zusatz/Zusätzen Molybdän unter 8 Gew.-%, vorzugsweise unter 5 Gew.-%, zugegeben wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als pulverförmiger metallischer Füllstoff eine Kobalt-Chrom-Basislegierung mit Wolfram und/oder Kohlenstoff als Zusatz eingesetzt wird.
9. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4 oder 7, 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zugemischte oder agglomerierte pulverförmige Metalloxidanteil zwischen 5 bis 60 Gew.-% vorzugsweise 10 bis 50 Gew.-% oder bzw. 20 bis 40 Gew.-%, gewählt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kornverteilung für das Metallpulver zwischen 5 und 150 um, vorzugsweise 22 bis 125 um, und das Metalloxidpulver zwischen 5 und 90 um, vorzugsweise 5 bis 45 um bzw. 5 bis 22 um, gewählt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansrüche 1 bis 4 oder 7, 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschichtungsvorgang im Abscheidezyklon in Form des Flammspritzens oder Lichtbogen-Drahtspritzens durchgeführt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder 7, 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschichtungsvorgang im Abscheidezyklon mit Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen oder Plasmaspritzen durchgeführt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngröße des für die Füllung verwendeten Metallpulvers unter 200 um, vorzugsweise unter 150 um, gewählt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngröße des für die Füllung verwendeten Metalloxides unter 150 um, vorzugsweise und 75 um bzw. unter 45 4 AT 402 942 B um, gewählt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß als Füllung für den Fülldraht ein Metallpulver auf Eisen-Chrom-Basis mit Metalloxidanteil gewählt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Füllung für den Fülldraht ein Metallpulver auf Nickel-Chrom-Basis mit Metalloxidanteil gewählt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Füllung des Fülldrahtes ein Metallpulver auf Kobalt-Chrom-Basis mit Metalloxidanteil gewählt wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Metalloxidanteil der Füllung im Bereich zwischen 3 und 30 Vol.-%, vorzugsweise 10 und 25 Vol.-%, liegt.
19. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß ein niedrig oder hoch legiertes Eisenband zum Herstellen des Fülldrahtes eingesetzt wird, bei dem die zu legierenden Elemente in der Hauptsache Chrom und/oder Molybdän sind und der Kohlenstoff bei kleiner als 0,3 liegt.
20. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Band aus Nickel oder einer Nickellegierung zum Herstellen des Fülldrahtes eingesetzt wird, bei dem die Zusätze in der Hauptsache Chrom und/oder Molybdän sind.
21. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Band aus Kobalt oder einer Kobaltlegierung zum Herstellen des Fülldrahtes eingesetzt wird, bei dem die Zusätze in der Hauptsache Chrom und/oder Molybdän sind.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Metalloxidanteil in der Füllung aus Aluminiumoxid mit Zusätzen von Zirkon-, Titan-, Magnesium-, Chrom-, - Kalzium-und/oder Yttriumoxid besteht.
23. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Metalloxidanteil in der Füllung aus Zirkonoxid mit Zusätzen von Yttrium, Aluminium-, Titan-, Chrom-, Magnesium- und/oder Kalziumoxid besteht.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet daß die Füllung aus einem Metallegierungspulver, einem metallischen Hartstoff, Karbid, Borid, Nirtid, Silicid und einem Metalloxid besteht.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß als metallischer Hartstoff ein Chromkarbid mit einem Anteil bis 15 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 10 Gew.-%, beigegeben wird.
26. Werkstoff zum Herstellen einer metallhaltigen und thermisch gespritzten Schicht auf Eisen-, Kobaltoder Nickelbasis mit Anteilen von Aluminium und/oder Titan und/oder Chrom, insbesondere zum Herstellen einer hochwarmfesten Schicht in Zyklonen zur Entstaubung von Heißgasen, nach einem der Ansprüche 1 bis 25, gekennzeichnet durch einen Fülldraht bestehend aus einer metallischen Matrix auf Eisen-, Kobalt- oder Nickelbasis mit zumindest einem der Zusätze Aluminium, Titan, Chrom, Bor und/oder Silizium, sowie aus Metalloxiden als keramisches Material in einem Anteil von 5 bis 60 Gew.-% bezogen auf den Gesamtspritzwerkstoff.
27. Werkstoff nach Anspruch 26, gekennzeichnet durch einen Legierungszusatz für die metallische Matrix von, bezogen auf den Gesamtspritzwerkstoff, bis zu 12 Gew.-% Aluminium, bis zu 12 Gew.-% Titan, bis zu 35 Gew.-% Chrom, bis zu 6 Gew.-% Bor und/oder bis zu 6 Gew.-% Silizium.
28. Werkstoff nach Anspruch 26, gekennzeichnet durch einen Anteil des Eisenlegierungspulvers oder Nickellegierungspulvers in der Füllung mit einem Chromgehalt bis 50 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 30 Gew.-%, einem Aluminiumgehalt bis 12 Gew.-%, vorzugsweise 2 bis 8 Gew.-%, und mit einem Restgehalt an üblichen Begleitelementen, beispielsweise Mangan oder Kohlenstoff. 5 AT 402 942 B
29. Werkstoff nach Anspruch 26. gekennzeichnet durch einen Anteil des Kobaltlegierungspulvers in der Füllung mit einem Chromgehalt bis 40 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 35 Gew.-%, einem Wolframgehalt bis 12 Gew.-%, vorzugsweise 2 bis 6 Gew.-%, einem Aluminiumgehalt unter 12 Gew.-%, vorzugsweise unter 5 Gew.-%, und mit einem Restgehalt an üblichen Begleitelementen, beispielsweise Eisen, Nickel, Mangan.
30. Werkstoff mit einem Zusatz aus Molybdän nach einem der Ansprüche 26 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Matrix das Molybdän in einer Menge unter 8 Gew.-% bzw. 5 Gew.-%, zugegeben ist. 6