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

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

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60 60

CH679 047 A5 CH679 047 A5

Beschreibung description

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. The invention relates to a protective layer for surfaces of metallic textile machine parts, in particular spinning machine parts, which protective layer consists of ceramic particles of at least two different, non-metallic elements embedded in a metallic matrix.

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). When processing yarns into threads, some components, e.g. Rotors or opening rollers of spinning machines, exposed to considerable wear. It is therefore known to provide the surface of such parts with a ceramic hard material coating (see, for example, A. Inzenhofer "The CVD process", part 2, "technology today" 3/1986, p. 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. In practice, the abrasion resistance and mechanical strength of the textile machine parts provided with known coatings have proven to be insufficient. The object of the invention is therefore to provide a protective layer for the highly stressed components of textile machines, which better meets the requirements with regard to abrasion resistance than the known protective layers.

Diese Aufgabe wird mit der Erfindung dadurch gelöst, dass die einen Hartpartikeln aus einer karbidischen und die anderen aus einer oxidischen Phase bestehen. This object is achieved with the invention in that one hard particle consists of a carbide phase and the other consists of an oxidic phase.

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. While the carbidic phase above all ensures high abrasion resistance in a known manner, the oxidic phase primarily improves the sliding properties between the textile yarn and the component. However, it also has high abrasion resistance. By embedding them in the metallic phase, the disadvantages of the low toughness of oxidic hard materials can be largely compensated for. This embedding and the adhesive strength of the protective layer on the component or substrate can be improved if the oxidic particles were generated during the coating process using the HVC (high-speed flame sprite) process.

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). The HVC process is a flame spray process developed in recent years, in which the spray particles reach speeds that are above the speed of sound (Sulzer Technical Review (STR) 4/1988, page 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. Nickel or cobalt-based alloys that contain at least chromium as alloy components have proven themselves as metal matrix for the feed. The carbidic phase preferably consists of tungsten carbides, which advantageously consist of at least 70% tungsten carbide (WC).

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. However, it is also possible in the carbidic phase, which preferably “represents” 50 to 90% by weight of the coating, at least in part of the tungsten carbides by carbides of the metals titanium (Ti), tantalum (Ta), vanadium (Va ) and / or niobium (Nb).

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). The oxidic constituent of the protective layer, which makes up up to 5% by weight, is preferably in the form of chromium oxides, in particular as chromium oxide (Cr2 )3). The proportion of the .oxidic phase can be varied for the HVC process by suitable choice of the gas parameters - in particular the ratio between oxygen and fuel gas in the flame sprite jet. As fuel gases, primarily propane (CàHs), propylene (C3H6) or hydrogen (H2) are used.

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. A protective layer in which the protective layer consists of a cobalt / chromium alloy as a metallic matrix and of tungsten carbide (WC) as a carbide phase and chromium oxide (Cr2Û3) as an oxidic phase has proven particularly useful in experimental studies.

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. One criterion for a high abrasion resistance of the protective layer is its surface roughness; Protective layers of the type mentioned, whose arithmetic mean roughness (Ra) in the sprayed state is between 1.5 and 7 .mu.m and in a scattering range of ± 1 .mu.m have proven to be advantageous for the solution of the problem described at the outset. To a certain extent, the desired mean roughness values can be influenced in a targeted manner by suitable selection of the particle size of the wettable powder.

Als Substrate dienen metallische Werkstoffe auf Eisen-, Aluminium-, Kupfer- oder Titanbasis. Metallic materials based on iron, aluminum, copper or titanium are used as substrates.

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. The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment; in this a so-called opening roller of a spinning machine is to be coated at least on parts of its surface.

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. In order to increase the adhesive strength of the layer on the substrate, which in this case consists of hardened steel, the surface to be coated is first degreased with the help of solvents and then sandblasted with granular material made of aluminum oxide (corundum, Al2O3). The grain size of the AI2O3 is, for example, between 0.12 and 0.25 mm. The substrate is approximately 100 mm from the sandblasting source, which accelerates the grains at a pressure of approximately 3 bar.

Ais Spritzpulver wird im Handel erhältliches plasma-agglomeriertes Pulver oder gebrochenes oder gemahlenes Sinterpulver verwendet, welches in Gew.-% aus Commercially available plasma-agglomerated powder or broken or ground sinter powder, which consists of% by weight, is used as the wettable powder

86% Wolframkarbid (WC) und 86% tungsten carbide (WC) and

14% der Kobaltbasislegierung CoCr 30 besteht. 14% of the CoCr 30 cobalt-based alloy.

Wie bereits erwähnt, richtet sich die Korngrössenverteiiung des Spritzpulvers nach der angestrebten Oberflächenrauhigkeit der mit einer Schuteschicht versehenen Oberfläche im gespritzten Zustand. As already mentioned, the grain size distribution of the wettable powder depends on the desired surface roughness of the surface provided with a protective layer in the sprayed state.

Nachstehend sei der Zusammenhang der Korngrössenverteiiung des Spritzpulvers mit dem arithmeti- The relationship between the particle size distribution of the wettable powder and the arithmetic

2 2nd

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

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sehen Mittenrauhwert Ra der gespritzten Schicht wiedergegeben, wobei für das Aufbringen der Schutzschicht die später beschriebenen Parameter verwendet worden sind. see average roughness Ra of the sprayed layer, the parameters described later being used for the application of the protective layer.

Korngrösse in (im Grain size in (im

Ra-Wert in um Ra value in um

(gemessen Ober eine (measured above one

Länge von 1,5 mm) Length of 1.5 mm)

+ 15-60 + 15-60

5-7 5-7

+ 5-45 + 5-45

3-5 3-5

+ 5-25 + 5-25

2-3 2-3

+ 5-12 + 5-12

1,5-2 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. The layer is applied in a system as shown in the mentioned article from STR 4/88. For a powder of the fraction + 5-25 jim, a fuel gas stream consisting of 60 l / min propane and 500 l / min oxygen is used, to which 20 l / min nitrogen is added as carrier gas.

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. The powder is introduced into the gas jet in an amount of 14 g / min, speeds of 30-60 m / min between the substrate and the powder-contracting gas jet and temperatures of 2900 ° C. being reached. The distance between the spraying system and substrate is about 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. The spraying process, in which the spray gun, controlled by a robot, sweeps the surface to be coated line by line, is maintained until a layer thickness of 20-50 μm is reached.

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. As subsequent analyzes have shown, the layer essentially consists of a metallic matrix of Co.Cr mixed crystals in which about 80% by weight of tungsten carbides and 5% by weight of chromium oxides are embedded; In the case of tungsten carbides, WC has a share of about 72%, while the chromium oxides, which - as can be determined in metallographic tests or by X-ray fine structure analysis based on the distribution of the phases - formed during the coating process, are present as Cr2Ü3 alone.

Die Ra-Werte der Schutzschicht im gespritzen Zustand betragen im vorliegenden Fall 1,5-2,0 um. Die Schichten weisen eine hohe Haftfestigkeit auf. The Ra values of the protective layer in the sprayed state are 1.5-2.0 μm in the present case. The layers have high adhesive strength.

Claims

1. Protective layer for surfaces of metallic textile machine parts, in particular spinning machine parts, which protective layer consists of ceramic particles of at least two different, non-metallic elements embedded in a metallic matrix on a metallic substrate, characterized in that one hard particle consists of a carbide and the other an oxide Phase exist.

2. Protective layer according to claim 1, characterized in that the metal matrix consists of a nickel or cobalt-based alloy containing at least chromium.

3. Protective layer according to claim 1 or 2, characterized in that the carbidic phase consists of tungsten carbides.

4. Protective layer according to claim 3, characterized in that the tungsten carbides consist of at least 70% tungsten carbide WC.

5. Protective layer according to claim 3 or 4, characterized in that tungsten carbides are at least partially replaced by carbides of the metals titanium, tantalum, vanadium and / or niobium.

6. Protective layer according to one of claims 1 to 5, characterized in that the protective layer contains 50 to 90 wt .-% of carbidic phase.

7. Protective layer according to one of claims 1 to 6, characterized in that the oxidic phase consists of chromium oxides.

8. Protective layer according to claim 7, characterized in that the protective layer contains up to 5 wt .-% of chromium oxides.

9. Protective layer according to one of claims 3 to 8, characterized in that the protective layer consists of a cobalt / chromium alloy as a metallic matrix and of tungsten carbide WC as a carbide, and chromium oxide CrgOs as an oxidic phase.

10. Protective layer according to one of claims 1 to 9, characterized in that the arithmetic mean roughness Ra of the protective layer in the sprayed state is between 1.5 and 7 jim and is within a scattering range of ± 1 jim.

3rd