CH664378A5

CH664378A5 - Verfahren zum einschmelzen einer metallischen oberflaechenschicht auf einem werkstueck.

Info

Publication number: CH664378A5
Application number: CH598984A
Authority: CH
Inventors: Walter Neudahm
Original assignee: Castolin Sa
Priority date: 1984-12-18
Filing date: 1984-12-18
Publication date: 1988-02-29
Also published as: CN1005277B; DE3562630D1; CN85108900A; EP0185430B1; EP0185430A1

Description

BESCHREIBUNG Beim Herstellen von metallischen Oberflächenschichten, insbesondere von solchen aus selbstfliessenden Legierungen, auf Werkstücken, wobei diese Schichten durch nachträgliches Einschmelzen mit dem metallischen Grundkörper fest verbunden werden, ist die erzielbare Schichtdicke infolge des Einschmelzvorgangs je nach Form, Grösse und Art des Werkstücks mehr oder weniger stark beschränkt. Insbesondere tritt bei Schichten über 1,5 mm Dicke häufig ein Absinken bzw. Ablaufen der Schicht auf, das vor allem beim Einschmelzen im Ofen zu äusserst störenden Fehlern führt. Bei Teilen mit einer Masse von mehr als 50 kg, bei der das Einbringen der notwendigen Wärmemenge zu längeren Ofenzeiten führt, ist es notwendig, die Schichtdicke auf weniger als 1 mm zu beschränken und mit genauen Ofentemperaturen, beispielsweise + 5 °C, sowie einer kontrollierten Ofenatmosphäre zu arbeiten. Bei Werkstücken mit grossen Unterschieden in der Form kann in manchen Fällen das Einschmelzen nur unter

Vakuum erfolgen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, bei dem ein Absinken bzw. Ablaufen der einzuschmelzenden Schicht auch bei Schichtdicken von mehr als 2 mm verhindert wird, und insbesondere auch ein Einschmelzen im Ofen, unabhängig von der Lage des Werkstücks, möglich wird.

Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass zumindest auf die mit der metallischen Schicht versehenen Teile des Werkstücks eine Stützschicht aus einem oxydkeramischem Werkstoff in einer Dicke von 0,01 bis 5,0 mm durch thermisches Spritzen aufgebracht wird, daraufhin durch Wärmezufuhr das Einschmelzen der metallischen Schicht durchgeführt wird und nach dem Abkühlen des Werkstücks die Stützschicht entfernt wird.

Die Stützschicht weist vorzugsweise eine Dicke zwischen 0,2 und 3,0 mm, insbesondere zwischen 0,2 und 0,8 mm, auf und besteht beispielsweise aus einem oder mehreren der Oxyde ZrÖ2, TÌO2, MgO, CaO, AI2O3, Y2O3, Cn03.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnung und eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Es zeigen

Figur 1 die grundsätzliche Anordnung der Stützschicht auf einem mit einer Oberflächenschicht versehenen Grundkörper zum Einschmelzen im Ofen in senkrechter Stellung und

Figur 2 die Anordnung einer Stützschicht sowie einer zusätzlichen Indikatorschicht auf einem Grundkörper zum Einschmelzen mit einem Autogengasbrenner.

Gemäss Figur 1 wird ein zylindrisches Werkstück 1 mit einer Oberflächenschicht 2 versehen, die beispielsweise aus einer selbstfliessenden Legierung, d.h. aus einer Legierung mit Zusätzen von Bor und/oder Silizium oder Phosphor besteht. Über die in üblicher Weise aufgespritzte Oberfläche wird eine Stützschicht aus Oxydkeramik 3 tiegeiförmig aufgebracht, vorzugsweise ebenfalls durch thermisches Spritzen. Dadurch ist es möglich, das Werkstück im Ofen in senkrechter Stellung anzuordnen und die Temperatur des Ofens über den Schmelzpunkt der selbstfliessenden Legierung steigen zu lassen, wobei ein genaues Einhalten und Kontrollieren der Ofentemperatur nicht mehr notwendig ist. Das Material der oxydkeramischen Schicht wird in Abhängigkeit vom Grundmaterial des Werkstücks und der Zusammensetzung der metallischen Oberflächenschicht vorzugsweise derart gewählt, dass die oxydkeramische Schicht aufgrund ihres Ausdehnungskoeffizienten während des Abkühlvorgangs von selbst abbricht oder leicht zu entfernen ist.

Bei Legierungen mit niedrigen Zusätzen von Bor, Silizium oder Phosphor ist es möglich, durch Verwendung von Schutzgas oder unter Vakuum das Einschmelzen im Ofen durchzuführen, was unter Verwendung der bekannten Methoden ohne Stützschicht nicht möglich war.

Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, in dem ein Grundkörper von stark variierender Form 21 mit einer metallischen Oberflächenschicht 22 versehen ist und über dieser eine oxydkeramische Stützschicht 23 aufgebracht ist. Zusätzlich wird aus dem Material der Schicht 22 eine Indikatorschicht 24 über die oxydkeramische Stützschicht gespritzt, wodurch beim Einschmelzen mit dem Autogenbrenner das Erreichen der Einschmelztemperatur leicht festgestellt werden kann. Die oxydkeramische Schicht soll in diesem Fall eine Schichtdicke von weniger als 0,5 mm aufweisen, um einen zu hohen Wärmestau zu vermeiden.

Ganz allgemein ist die zu wählende Dicke der oxydkeramischen Schicht im wesentlichen abhängig von der Dicke der einzuschmelzenden Oberflächenschicht und von der Form des Werkstücks, auf dem die Oberflächenschicht aufgebracht ist. Je dicker die Oberflächenschicht ist und je grösser ihre Neigung zum Ablaufen aufgrund der Werkstücksform, desto

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dicker ist die Stützschicht zu wählen, wobei diese Dicke in verschiedenen Bereichen des Werkstücks verschieden gross sein kann. Ferner ist die hauptsächlich von der Zusammensetzung und damit von der Einschmelztemperatur der Oberflächenschicht abhängige Zusammensetzung der Stützschicht massgebend für die erforderliche Porosität der Stützschicht.

Im allgemeinen soll die Dichte der Stützschicht etwa 80-95% der theoretischen Dichte, d.h. der Dichte des massiven Materials betragen, was in bekannter Weise z.B. durch Erhöhung der üblichen Spritzdistanz erreicht wird.

Das nachfolge Beispiel veranschaulicht im besonderen die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens.

Beispiel

Auf eine Welle mit einem Durchmesser von 60 mm und einer Länge von 1000 mm wurde eine Schicht aus einer selbstfliessenden Legierung aus NiCrBSi in einer Schichtdicke von 2,5 mm durch Flammspritzen aufgebracht. Daraufhin wurde auf diese Schicht eine keramische Stützschicht bestehend aus

AI2O3 mit 13% TÌO2, bezogen auf das Gesamtgewicht der Mischung von AI2O3 und TÏO2, in einer Schichtdicke von 0,5 mm ebenfalls durch Flammspritzen aufgebracht. Dabei wurde die Spritzdistanz mit 130 bis 150 mm derart gewählt,

5 dass die Dichte der Stützschicht nur etwa 80-95% der theoretischen Dichte, d.h. der Dichte des massiven Materials betrug.

Die so beschichtete Welle wurde anschliessend senkrecht in einen Ofen gebracht, der auf eine Temperatur von mindestens 20 0 C über der Einschmelztemperatur eingestellt war.

10 Die Haltezeit auf dieser Temperatur betrug 10 Minuten.

Nach der Haltezeit wurde die Welle aus dem Ofen genommen und abgekühlt. Die relativ schnelle Abkühlung bewirkte ein Reissen der keramischen Stützschicht und Abfallen derselben.

15 An der fertigen metallischen Oberflächenschicht konnten keine Fehler, wie Tropfenbildung oder Ablaufen durch die erhöhte Temperatur und die relativ lange Haltezeit, festgestellt werden.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

664 378 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Einschmelzen einer metallischen Oberflächenschicht auf einem Werkstück, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest auf die mit der metallischen Schicht versehenen Teile des Werkstücks eine Stützschicht aus einem oxydkeramischen Werkstoff in einer Dicke von 0,01 bis

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der Stützschicht zwischen 0,2 und 3,0 mm liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützschicht aus einem der Oxyde ZrÛ2, TiOi, MgO, CaO, AI2O3, Y2O3, Cn03 oder aus einer Mischung von zwei oder mehreren derselben besteht.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützschicht aus einem Gemisch von ZrÜ2 und 1 bis 40 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht des Gemisches, mindestens eines der Oxyde CaO, MgO oder Y2O3 besteht.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützschicht aus einem Gemisch von ZrOî und 3 bis 50 Gewichtsprozent AI2O3, bezogen auf das Gesamtgewicht des Gemisches, besteht.

5,0 mm durch thermisches Spritzen aufgebracht wird, daraufhin durch Wärmezufuhr das Einschmelzen der metallischen Schicht durchgeführt wird und nach dem Abkühlen des Werkstücks die Stützschicht entfernt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützschicht aus einem Gemisch von AI2O3 und 1 bis 40 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht des Gemisches, mindestens eines der Oxyde TÌO2 oder MgO besteht.

7. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützschicht aus einem Gemisch von AI2O3 und 1 bis 30 Gewichtsprozent ZrÛ2, bezogen auf das Gesamtgewicht des Gemisches, besteht.

8. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützschicht aus einem Gemisch von AI2O3 und 0,5 bis 10 Gewichtsprozent Cn03, bezogen auf das Gesamtgewicht des Gemisches, besteht.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützschicht eine Dicke von maximal 0,5 mm aufweist und vor dem Einschmelzvorgang eine metallische Indikatorschicht von 0,1 bis 1 mm Dicke auf die Stützschicht aufgebracht wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Indikatorschicht 0,2 bis 0,5 mm beträgt.