CH679047A5

CH679047A5 -

Info

Publication number: CH679047A5
Application number: CH3704/89A
Authority: CH
Inventors: Gerard Barbezat; Werner Straub
Original assignee: Sulzer Ag
Priority date: 1989-10-11
Filing date: 1989-10-11
Publication date: 1991-12-13
Also published as: JPH03126856A; EP0423063A1

Description

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CH679 047 A5

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Schutzschicht für Oberflächen von metallischen Textilmaschinenteilen, insbesondere Spinnmaschinenteilen, welche Schutzschicht aus in eine metallische Matrix eingebetteten Keramikpartikeln von mindestens zwei verschiedenen, nichtmetallischen Elementen besteht.

Bei der Aufbereitung von Garnen zu Fäden sind einige Bauteile, z.B. Rotoren oder Auflösewalzen von Spinnmaschinen, einem erheblichen Verschleiss ausgesetzt. Es ist daher bekannt, die Oberfläche derartiger Teile mit einer keramischen Hartstoff-Beschichtung zu versehen (siehe z.B. A. Inzenhofer «Das CVD-Verfahren», Teil 2, «technik heute» 3/1986, S. 38/39).

In der Praxis haben sich Abrasionsbeständigkeit und mechanische Belastbarkeit der mit bekannten Beschichtungen versehenen Textilmaschinenteile als ungenügend erwiesen. Aufgabe der Erfindung ist es daher, für die hochbelasteten Bauteile von Textilmaschinen eine Schutzschicht zu schaffen, die den Anforderungen hinsichtlich Abrasionsbeständigkeit besser entspricht als die bekannten Schutzschichten.

Diese Aufgabe wird mit der Erfindung dadurch gelöst, dass die einen Hartpartikeln aus einer karbidischen und die anderen aus einer oxidischen Phase bestehen.

Während die karbidische Phase in bekannter Weise vor allem eine hohe Abrasionsbeständigkeit gewährleistet, verbessert die oxidische Phase in erster Linie die Gleiteigenschaften zwischen dem textilen Garn und dem Bauteil. Sie weist daneben jedoch ebenfalls eine hohe Abrasionsbeständigkeit auf. Durch ihre Einbettung in die metallische Phase können die Nachteile der geringen Zähigkeit von oxidischen Hartstoffen weitgehend kompensiert werden. Diese Einbettung sowie die Haftfestigkeit der Schuteschicht auf dem Bauteil oder Substrat können verbessert werden, wenn die oxidischen Partikeln während des Beschichtungsprozesses nach dem HVC (Hochgeschwindigkeitsflammsprite)-Verfahren erzeugt worden sind.

Das HVC-Verfahren ist ein in den letzten Jahren entwickeltes Flammspritzverfahren, bei dem die Spritzpartikeln Geschwindigkeiten erreichen, die über der Schallgeschwindigkeit liegen (Sulzer Technische Rundschau (STR) 4/1988, Seite 4-10).

Ais Metallmatrix für die Beschickung haben sich Nickel- oder Kobaltbasis-Legierungen bewährt, die als Legierungskomponenten mindestens Chrom enthalten. Die karbidische Phase besteht bevorzugt aus Wolframkarbiden, die vorteilhafterweise zu mindestens 70% aus Wolframkarbid (WC) bestehen.

Es ist jedoch auch möglich, bei der karbidischen Phase, die bevorzugt 50 bis 90 Gew.-% der Be-schichtung ««darstellt», die Wolframkarbide mindestens teilweise durch Karbide der Metalle Titan (Ti), Tantal (Ta), Vanadium (Va) und/oder Niob (Nb) zu ersetzen.

Der oxidische Bestandteil der Schutzschicht, der bis zu 5 Gew.-% ausmacht, liegt bevorzugt in der Form von Chromoxiden, insbesondere als Chromoxid (Cr2Û3), vor. Der Anteil der .oxidischen Phase kann dabei durch geeignete Wahl der Gasparameter - insbesondere des Verhältnisses zwischen Sauerstoff und Brenngas in dem Flammsprite-Strahl - für das HVC-Verfahren variiert werden. Ais Brenngase dienen in erster Linie Propan (CàHs), Propyien (C3H6) oder Wasserstoff (H2).

In experimentellen Untersuchungen hat sich besonders eine Schutzschicht bewährt, in der die Schutzschicht aus einer Kobalt/Chrom-Legierung als metallischer Matrix und aus Wolframkarbid (WC) als karbidischer sowie Chromoxid (Cr2Û3) als oxidischer Phase besteht.

Ein Kriterium für eine hohe Abrasionsbeständigkeit der Schutzschicht bildet ihre Oberflächenrauhigkeit; für die Lösung der eingangs geschilderten Aufgabe haben sich dabei Schutzschichten der genannten Art als günstig erwiesen, deren arithmetischer Mittenrauhwert (Ra) im gespritzten Zustand zwischen 1,5 und 7 um beträgt und in einem Streubereich von ±1 pm liegt. Die gewünschten Mittenrauhwerte können dabei in gewissem Umfang durch geeignete Auswahl der Korngrösse des Spritzpulvers gezielt be-einflusst werden.

Als Substrate dienen metallische Werkstoffe auf Eisen-, Aluminium-, Kupfer- oder Titanbasis.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert; in diesem soll eine sogenannte Auflösewalze einer Spinnmaschine mindestens auf Teilen ihrer Oberfläche beschichtet werden.

Um die Haftfestigkeit der Schicht auf dem Substrat, das in diesem Fall aus gehärtetem Stahl besteht, zu erhöhen, wird die zu beschichtende Oberfläche zunächst mit Hilfe von Lösungsmitteln entfettet und anschliessend mit körnigem Material aus Aluminiumoxid (Korund, AI2O3) sandgestrahlt. Die Korngrösse des AI2O3 liegt beispielsweise zwischen 0,12 und 0,25 mm. Das Substrat hat einen Abstand von etwa 100 mm von der Sandstrahlquelle, die die Körner mit einem Druck von etwa 3 bar beschleunigt.

Ais Spritzpulver wird im Handel erhältliches plasma-agglomeriertes Pulver oder gebrochenes oder gemahlenes Sinterpulver verwendet, welches in Gew.-% aus

86% Wolframkarbid (WC) und

14% der Kobaltbasislegierung CoCr 30 besteht.

Wie bereits erwähnt, richtet sich die Korngrössenverteiiung des Spritzpulvers nach der angestrebten Oberflächenrauhigkeit der mit einer Schuteschicht versehenen Oberfläche im gespritzten Zustand.

Nachstehend sei der Zusammenhang der Korngrössenverteiiung des Spritzpulvers mit dem arithmeti-

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sehen Mittenrauhwert Ra der gespritzten Schicht wiedergegeben, wobei für das Aufbringen der Schutzschicht die später beschriebenen Parameter verwendet worden sind.

Korngrösse in (im

Ra-Wert in um

(gemessen Ober eine

Länge von 1,5 mm)

+ 15-60

5-7

+ 5-45

3-5

+ 5-25

2-3

+ 5-12

1,5-2

Das Aufbringen der Schicht erfolgt in einer Anlage, wie sie in dem erwähnten Artikel aus STR 4/88 gezeigt ist. Für ein Pulver der Fraktion + 5-25 jim wird dabei ein Brenngasstrom aus 60 l/min Propan und 500 l/min Sauerstoff eingesetzt, dem als Trägergas 20 l/min Stickstoff beigemischt ist.

Das Pulver wird in einer Menge von 14 g/min in den Gasstrahl eingebracht, wobei Geschwindigkeiten zwischen Substrat und pulvertragendem Gasstrahl von 30-60 m/min und Temperaturen von 2900°C erreicht werden. Der Abstand zwischen Spritzanlage und Substrat beträgt etwa 250 mm.

Der Spritzvorgang, bei dem die Spritzpistole von einem Roboter gesteuert die zu beschichtende Oberfläche zeilenweise überstreicht, wird aufrechterhalten, bis eine Schichtdicke von 20-50 um erreicht ist.

Wie nachträgliche Analysen gezeigt haben, besteht die Schicht im wesentlichen aus einer metallischen Matrix aus Co.Cr-Mischkristallen, in die etwa 80 Gew.-% Wolframkarbide und 5 Gew.-% Chromoxide eingelagert sind; bei den Wolframkarbiden hat dabei WC einen Anteil von etwa 72%, während die Chromoxide, die sich - wie bei metallographischen Prüfungen oder durch Röntgen-Feinstrukturanalysen aufgrund der Verteilung der Phasen festgestellt werden kann - während des Beschichtungsprozesses gebildet haben, allein als Cr2Ü3 vorliegen.

Die Ra-Werte der Schutzschicht im gespritzen Zustand betragen im vorliegenden Fall 1,5-2,0 um. Die Schichten weisen eine hohe Haftfestigkeit auf.

Claims

Patentansprüche

1. Schutzschicht für Oberflächen von metallischen Textilmaschinenteilen, insbesondere Spinnmaschinenteilen, welche Schutzschicht aus in eine metallische Matrix eingebetteten Keramikpartikeln von mindestens zwei verschiedenen, nichtmetallischen Elementen auf einem metallischen Substrat besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die einen Hartpartikeln aus einer karbidischen und die anderen aus einer oxidischen Phase bestehen.

2. Schutzschicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallmatrix aus einer mindestens Chrom enthaltenden Nickel- oder Kobalt-Basislegierung besteht.

3. Schutzschicht nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die karbidische Phase aus Wolframkarbiden besteht.

4. Schutzschicht nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wolframkarbide zu mindestens 70% aus Wolframkarbid WC bestehen.

5. Schutzschicht nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass Wolframkarbide mindestens teilweise durch Karbide der Metalle Titan, Tantal, Vanadium und/oder Niob ersetzt sind.

6. Schutzschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht 50 bis 90 Gew.-% an karbidischer Phase enthält.

7. Schutzschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die oxidische Phase aus Chromoxiden besteht.

8. Schutzschicht nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht bis zu 5 Gew.-% an Chromoxiden enthält.

9. Schutzschicht nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht aus einer Kobalt/Chrom-Legierung als metallische Matrix und aus Wolframkarbid WC als karbidische, sowie Chromoxid CrgOs als oxidische Phase besteht.

10. Schutzschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der arithmetische Mittenrauhwert Ra der Schutzschicht im gespritzten Zustand zwischen 1,5 und 7 jim beträgt und in einem Streubereich von ± 1 jim liegt.

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