DE102007012635A1

DE102007012635A1 - Flame spraying material for flame-sprayed high-speed coatings comprises zirconium carbide as hardening material, and binding agent, which has nickel or copper

Info

Publication number: DE102007012635A1
Application number: DE200710012635
Authority: DE
Inventors: Alfred Flamang
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-03-16
Filing date: 2007-03-16
Publication date: 2008-09-18

Abstract

The flame spraying material comprises zirconium carbide as hardening material, and a binding agent. The binding agent is nickel or copper. 20-95 wt.%, preferably 40-85 wt.% of hardening material, and 5-80 wt.%, preferably 15-60 wt.% of binding agent is provided. The flame spraying material is manufactured by sintering the mixture of hardening material and bonding agent. An independent claim is also included for a method for thermal flame spraying, which involves coating of flame spraying material on a surface.

Description

Die Erfindung betrifft einen Flammspritzwerkstoff, insbesondere für flammgespritzte Hochgeschwindigkeitsbeschichtungen.The The invention relates to a flame spraying material, in particular for flame-sprayed High speed coatings.

Flammspritzwerkstoffe sind aus der Praxis grundsätzlich bekannt. Diese Werkstoffe werden unter erhöhter Temperatur auf eine Oberfläche aufgebracht, um deren Eigenschaften zu verändern. Auf diese Weise können die Oberflächeneigenschaften, beispielsweise einer Metalloberfläche, speziellen Anforderungen angepasst werden. Nachteilig an vielen aus der Praxis bekannten Beschichtungen ist, dass sie mehr oder weniger porös und/oder gegenüber mechanischen Belastungen nicht ausreichend widerstandsfähig sind. Besonders durch die Reibung zweier aufeinander gleitender Bauteile kann die aufgebrachte Beschichtung beeinträchtigt bzw. abgetragen werden. Dies führt zu erhöhtem Verschleiß und möglichen, bruch- oder reibungsbedingten Folgeschäden. Außerdem lässt die chemische Beständigkeit der mit bekannten Flammspritzwerkstoffen hergestellten Beschichtungen häufig zu wünschen übrig. Das gilt insbesondere für die Beständigkeit dieser Beschichtungen gegenüber Seewasser.Thermal spray materials are basically from practice known. These materials are applied to a surface at elevated temperature, to change their properties. That way you can the surface properties, for example a metal surface, adapted to special requirements. Disadvantageous to many The practice of known coatings is that they are more or less porous and / or opposite mechanical Loads are not sufficiently resistant. Especially by the Friction of two sliding components, the applied Coating impaired or be removed. this leads to to increased Wear and tear possible, fracture or frictional consequential damage. In addition, the chemical resistance of the Coatings made with known flame spraying materials often to be desired. The especially applies to the durability these coatings opposite Seawater.

Dementsprechend liegt der Erfindung das technische Problem zugrunde, einen Flammspritzwerkstoff anzugeben, mit dem Beschichtungen erzeugt werden können, die sich durch eine optimale Abriebbeständigkeit und zudem auch durch eine hervorragende chemische Beständigkeit, insbesondere gegenüber Seewasser auszeichnen.Accordingly the invention is based on the technical problem of a flame spraying material indicate that can be produced with the coatings, the by an optimal abrasion resistance and also by excellent chemical resistance, especially to seawater distinguished.

Zur Lösung des technischen Problems lehrt die Erfindung einen Flammspritzwerkstoff, insbesondere für flammgespritzte Hochgeschwindigkeitsbeschichtungen, wobei der Flammspritzwerkstoff Zirkoniumkarbid als Hartstoff und zumindest ein Bindemittel enthält. Nach besonders bevorzugter Ausführungsform besteht der Hartstoff ausschließlich aus Zirkoniumkarbid oder im Wesentlichen aus Zirkoniumkarbid, insbesondere bestehen mindestens 90 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 95 Gew.-%, bevorzugt mindestens 97,5 Gew.-% des Hartstoffes aus Zirkoniumkarbid. Eine mit diesem erfindungsgemäßen Flammspritzpulver hergestellte Beschichtung, insbesondere flammgespritzte Hochgeschwindigkeitsbeschichtung ist sowohl mechanisch sehr widerstandsfähig als auch chemisch überraschend beständig, insbesondere gegenüber Seewasser oder Seeatmosphäre.to solution of the technical problem, the invention teaches a flame-spraying material, especially for Flame-sprayed high-speed coatings, wherein the flame spraying material Zirconium carbide as a hard material and at least one binder. To particularly preferred embodiment is the hard material exclusively zirconium carbide or substantially zirconium carbide, in particular consist of at least 90% by weight, preferably at least 95% by weight, preferably at least 97.5 wt .-% of the hard material zirconium carbide. One with this flame spray powder according to the invention produced coating, in particular flame-sprayed high-speed coating is both mechanically very resistant and chemically surprising resistant, especially opposite Seawater or sea atmosphere.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass als Bindemittel zumindest ein Metall aus der Gruppe der Nebengruppenmetalle eingesetzt wird. Bevorzugt enthält der erfindungsgemäße Flammspritzwerkstoff zumindest ein Metall aus der achten Nebengruppe als Bindemittel. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist Nickel als Bindemittel in dem Flammspritzwerkstoff enthalten. Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsvariante besteht das Bindemittel ausschließlich aus Nickel oder im Wesentlichen aus Nickel, insbesondere zu mindestens 95 Gew.-%, bevorzugt zumindest 98 Gew.-% aus Nickel.It is within the scope of the invention that as a binder at least one Metal from the group of subgroup metals is used. The flame spraying material according to the invention preferably contains at least a metal from the eighth subgroup as a binder. In a particularly preferred embodiment Nickel is included as a binder in the flame spraying material. According to one first preferred embodiment If the binder consists exclusively of nickel or substantially of nickel, in particular at least 95 wt .-%, preferably at least 98 wt .-% of nickel.

Nach einer zweiten bevorzugten Ausführungsvariante besteht das Bindemittel aus Nickel und aus zumindest einem weiteren Metall, vorzugsweise aus zumindest einem Metall aus der Gruppe der Nebengruppenmetalle. Vorzugsweise wird Nickel dabei mit zumindest einem Metall aus der ersten Nebengruppe kombiniert. Gemäß einer Ausführungsvariante besteht das Bindemittel ausschließlich oder im Wesentlichen aus Nickel und einem Metall aus der ersten Nebengruppe. Eine ganz bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass in dem Bindemittel Nickel und Kupfer enthalten sind. Vorzugsweise besteht dabei das Bindemittel ausschließlich aus Nickel und Kupfer oder im Wesentlichen aus Nickel und Kupfer, insbesondere bestehen mindestens 90 Gew.-%, bevorzugt mindestens 95 Gew.-% und sehr bevorzugt zumindest 98 Gew.-% des Bindemittels aus einer Mischung von Nickel und Kupfer. Das Bindemittel enthält bevorzugt zumindest 40 Gew.-% Nickel und besonders bevorzugt zumindest 50 Gew.-% Nickel.To a second preferred embodiment If the binder consists of nickel and at least one other Metal, preferably of at least one metal from the group of Subgroup metals. Preferably, nickel is thereby at least a metal from the first subgroup combined. According to one variant the binder consists exclusively or substantially nickel and a metal from the first subgroup. A whole preferred embodiment the invention is characterized in that in the binder Nickel and copper are included. Preferably, this consists of Binder exclusively nickel and copper or essentially nickel and copper, in particular, at least 90 wt .-%, preferably at least 95 wt .-% and very preferably at least 98 wt .-% of the binder from a mixture of nickel and copper. The binder preferably contains at least 40 wt .-% nickel and more preferably at least 50 wt .-% nickel.

Weiterhin liegt es im Rahmen der Erfindung, dass der Hartstoff zu 20 Gew.-% bis 95 Gew.-%, bevorzugt zu 40 Gew.-% bis 85 Gew.-% in dem Flammspritzwerkstoff enthalten ist. Es empfiehlt sich, in dem Flammspritzwerkstoff einen Hartstoffanteil von vorzugsweise 50 Gew.-% bis 85 Gew.-%, sehr bevorzugt 60 Gew.-% bis 85 Gew.-% und besonders bevorzugt 70 Gew.-% bis 80 Gew.-% einzustellen. In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform beträgt der Anteil des Hartstoffes in dem Flammspritzwerkstoff 75 Gew.-% oder ungefähr 75 Gew.-%.Farther it is within the scope of the invention that the hard material to 20 wt .-% to 95 wt .-%, preferably to 40 wt .-% to 85 wt .-% in the flame spray material is included. It is recommended that in the flame spray material Hard material content of preferably 50 wt .-% to 85 wt .-%, very preferably 60 Wt .-% to 85 wt .-% and particularly preferably 70 wt .-% to 80 wt .-% adjust. In a most preferred embodiment is the proportion of hard material in the flame spraying material 75% by weight or about 75% by weight.

Vorzugsweise enthält der Flammspritzwerkstoff das Bindemittel zu 5 Gew.-% bis 80 Gew.-% und bevorzugt zu 15 Gew.-% bis 60 Gew.-%. Es liegt ferner im Rahmen der Erfindung, dass das Bindemittel zu 15 Gew.-% bis 50 Gew.-%, bevorzugt zu 20 Gew.-% bis 40 Gew.-% und sehr bevorzugt zu 20 bis 30 Gew.-% in dem Flammspritzwerkstoff enthalten ist. In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform weist der Flammspritzwerkstoff 25 Gew.-% oder ungefähr 25 Gew.-% des Bindemittels auf. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass der Flammspritzwerkstoff ausschließlich aus dem Hartstoff und dem zumindest einem Bindemittel oder im Wesentlichen aus dem Hartstoff und dem zumindest einem Bindemittel besteht. Vorzugsweise bestehen zumindest 90 Gew.-%, bevorzugt zumindest 96 Gew.-% und besonders bevorzugt zumindest 98,5 Gew.-% des Flammspritzwerkstoffes aus dem Hartstoff und dem zumindest einem Bindemittel.Preferably contains the flame spraying material the binder to 5 wt .-% to 80 wt .-% and preferably from 15% to 60% by weight. It is also in the frame the invention that the binder to 15 wt .-% to 50 wt .-%, preferably from 20% to 40% by weight, and most preferably from 20 to 30% Wt .-% is contained in the flame spray material. In a whole particularly preferred embodiment the flame spray material is 25% by weight or about 25% by weight of the binder. It is within the scope of the invention that the flame spraying material exclusively from the hard material and the at least one binder or substantially consists of the hard material and the at least one binder. Preferably consist of at least 90 wt .-%, preferably at least 96 wt .-% and particularly preferably at least 98.5% by weight of the flame spraying material from the hard material and the at least one binder.

Vorzugsweise wird der Flammspritzwerkstoff durch Sintern der Mischung aus dem Hartstoff und dem Bindemittel hergestellt. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass der Flammspritzwerkstoff durch Agglomerieren und/oder heiße Zerstäubungstrocknung und/oder Sintern einer Mischung des Hartstoffes und des Bindemittels hergestellt wird. In einer alternativen Ausführungsform kann der Flammspritzwerkstoff auch durch Herunterbrechen und/oder Mahlen von grünem Hartmetalls hergestellt werden.Preferably is the flame spray material by sintering the mixture of the Hard material and the binder produced. It is within the scope of the invention that the flame spraying material by agglomeration and / or hot spray drying and / or Sintering a mixture of the hard material and the binder produced becomes. In an alternative embodiment can the flame spray material also by breaking down and / or Grinding green Carbide are produced.

Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum thermischen Flammspritzen, insbesondere zum Hochgeschwindigkeitsflammspritzen, wobei der Flammspritzwerkstoff zur Ausbildung einer Beschichtung auf eine Oberfläche aufgetragen wird, wobei der Flammspritzwerkstoff Zirkoniumkarbid als Hartstoff und zumindest ein Bindemittel enthält. Im Rahmen der Erfindung hat sich als thermisches Flammspritzverfahren besonders das Hochgeschwindigkeitsflammspritzen bewährt. Grundsätzlich liegt es aber auch im Rahmen der Erfindung, dass der Flammspritzwerkstoff durch Pulverflammspritzen oder Plasmaspritzen auf eine Oberfläche aufgebracht werden kann. Beim Hochgeschwindigkeitsflammspritzen, auch HVOF (High Velocity Oxygen-Fuel)-Verfahren genannt, wird zur Erzeugung eines heißen Gasstrahles ein brennbares Medium, vorzugsweise ein Brenngas oder eine Brennflüssigkeit bzw. Flüssigbrennstoff, in einer Sauerstoffumgebung verbrannt. Im Rahmen der Erfindung wird zweckmäßigerweise Kerosin als Brennflüssigkeit eingesetzt. Dieses Verfahren wird auch als Kerosinhochgeschwindigkeitsflammspritzen bezeichnet. Um die Geschwindigkeit des resultierenden Gasstrahles zu erhöhen, erfolgt die Verbrennung des brennbaren Mediums unter Druck. Durch diese Vorgehensweise werden Gasstrahlgeschwindigkeiten von bis zu 2000 m/sec erzielt, so dass im Gasstrahl Überschallknoten sichtbar sind. In den Gasstrahl wird bevorzugt der pulverförmige Flammspritzwerkstoff injiziert und dann auf die Oberfläche aufgetragen.Of Furthermore, the invention relates to a method for thermal flame spraying, in particular for high-speed flame spraying, the flame-spraying material applied to a surface to form a coating is, wherein the flame spray zirconium carbide as hard material and at least one binder. Within the scope of the invention has as a thermal flame spraying especially the high-speed flame spraying proven. Basically but it is also within the scope of the invention that the flame spraying material applied by powder flame spraying or plasma spraying on a surface can be. When high-speed flame spraying, also HVOF (High Velocity Oxygen-Fuel) method called, is a combustible to produce a hot gas jet Medium, preferably a fuel gas or a fuel or Liquid fuel, burned in an oxygen environment. Within the scope of the invention expediently Kerosene as a fuel used. This process is also called high velocity kerosene flame spraying designated. To the speed of the resulting gas jet to increase, the combustion of the combustible medium takes place under pressure. By this approach will allow gas jet speeds of up to 2000 m / sec, so that supersonic nodes are visible in the gas jet. In the gas jet is preferably the powdered flame spray material injected and then applied to the surface.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die Beschichtung mit einer Dicke von 0,1 mm bis 3 mm, vorzugsweise mit einer Dicke von 0,1 bis 2,5 mm aufgetragen. Dabei zeichnet sich die auf die Oberfläche aufgebrachte Schicht dadurch aus, dass sie eine spannungsfreie oder im Wesentlichen spannungsfreie Beschichtung darstellt. Dies meint im Rahmen der Erfindung, dass zwischen der beschichteten Oberfläche und der Beschichtung keine mechanischen Spannungen auftreten.In a preferred embodiment of the method becomes the coating with a thickness of 0.1 mm up to 3 mm, preferably applied with a thickness of 0.1 to 2.5 mm. In this case, the layer applied to the surface is characterized by that they are a tension-free or essentially tension-free Represents coating. This means in the context of the invention that no between the coated surface and the coating mechanical stresses occur.

Darüber hinaus liegt es im Rahmen der Erfindung, dass die Beschichtung mit einer Härte von 1000 Hv bis 2000 Hv (Hv = Vickershärte) aufgetragen wird. Die Härte der auf eine Oberfläche aufgebrachten Beschichtung ist durch das Verhältnis des Hartstoffes zu dem Bindemittel den Anforderungen entsprechend einstellbar. Dadurch kann auch die Abrasionsbeständigkeit den Anforderungen entsprechend eingestellt werden.Furthermore It is within the scope of the invention that the coating with a Hardness of 1000 Hv up to 2000 Hv (Hv = Vickers hardness) is applied. The hardness the on a surface applied coating is due to the ratio of the hard material to the Binder adjustable according to requirements. Thereby can also the abrasion resistance be adjusted according to the requirements.

In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform wird die Beschichtung mit der Maßgabe aufgetragen, dass eine Fluiddichtigkeit der Beschichtung erreicht wird. Die erfindungsgemäße Beschichtung zeichnet sich dabei insbesondere durch eine langfristige Dichtigkeit gegenüber Seewasser, Wasser, Fetten, Ölen und anderen fluiden Medien aus.In a further preferred embodiment the coating is applied with the proviso that a Fluid tightness of the coating is achieved. The coating according to the invention is characterized particular by a long-term impermeability to seawater, Water, fats, oils and other fluid media.

Die Erfindung betrifft auch eine Verwendung einer aus dem erfindungsgemäßen Flammspritzpulver hergestellten Beschichtung als abdichtende Beschichtung auf bewegten, insbesondere drehenden Bauteilen, wobei die abdichtende Beschichtung als harter Gegenlaufpartner, insbesondere eines Radialwellendichtringes wirkt. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass die Beschichtung als dynamische Abdichtung an bewegten, insbesondere drehenden Bauteilen eingesetzt wird. Bei den drehenden Bauteilen handelt es sich insbesondere um Wellen oder Buchsen. Es liegt fernerhin im Rahmen der Erfindung, dass die Beschichtung als Lauffläche einer Kolbenstange verwendet wird, insbesondere einer Kolbenstange, die eine Hubbewegung ausführt.The The invention also relates to a use of a flame spray powder according to the invention produced coating as a sealing coating on moving, in particular rotating components, wherein the sealing coating as a hard mating partner, in particular a radial shaft seal acts. It is within the scope of the invention that the coating as dynamic sealing on moving, in particular rotating components is used. The rotating components are in particular around waves or jacks. It is also within the scope of the invention that the coating as a tread a piston rod is used, in particular a piston rod, which performs a lifting movement.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass mit der erfindungsgemäßen Beschichtung und mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine überraschend abrasionsbeständige Beschichtung von Bauteilen erzielt wird, die zudem äußerst fest und durchgängig dicht ist. Darüber hinaus zeichnet sich die erfindungsgemäße Beschichtung durch eine hohe chemische Beständigkeit, insbesondere gegenüber Seewasser, Seeatmosphäre oder anderen korrosiven/aggressiven Umgebungen aus. Mit dem erfindungsgemäßen Flammspritzwerkstoff beschichtete Abdichtungssysteme, die aus einem Dichtelement und einem harten Gegenlaufpartner bestehen und starken mechanischen Belastungen ausgesetzt sind, werden überraschend effektiv vor Abnutzung und Korrosion geschützt. Dies meint im Rahmen der Erfindung dynamische Abdichtungen von drehenden Wellen, wie zum Beispiel Antriebswellen von Schiffen, Abdichtungen von Großwälzlagern, Radialwellendichtringen, von Kolbenstangen und dergleichen. Durch die an die Anforderungen reproduzierbar anpassbare, hohe Härte der Beschichtung bieten die so behandelten Bauteile einen im Vergleich zu den aus der Praxis bekannten und beschichteten Bauteilen eine überraschend lange Standzeit. Die erfindungsgemäße Beschichtung dichtet nicht nur Wellen, Bauteile und Buchsen gegen Öl, Fette und andere Medien ab, sie verhindert auch das Eintreten von Staub oder Schmutz über die Dichtstelle. Aus diesem Grund stellt die erfindungsgemäße Beschichtung besonders als abdichtende Verschleißschutzbeschichtung auf Propellerwellen eine deutliche Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik dar und verhindert zusätzlich das Eindringen von Seewasser und das Austreten von Schmierstoffen. In einer weiteren Anwendung, als Beschichtung von Wellenlagern in Windenergieanlagen, insbesondere im Offshore-Bereich, ermöglicht die erfindungsgemäße Beschichtung aufgrund ihrer Beständigkeit gegenüber der Seeatmosphäre eine Verlängerung der Standzeiten der Anlagen. Des Weiteren liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass die erfindungsgemäße Beschichtung spannungsfrei bzw. im Wesentlichen spannungsfrei auf die Oberfläche eines Bauteils aufgebracht werden kann. Dadurch, dass keine materialbeanspruchenden Spannungen auftreten, kann ebenfalls die Standzeit des erfindungsgemäß behandelten Bauteils verlängert werden.The invention is based on the finding that with the coating according to the invention and with the method according to the invention a surprisingly abrasion-resistant coating of components is achieved, which is also extremely strong and consistently tight. In addition, the coating of the invention is characterized by a high chemical resistance, in particular to seawater, sea atmosphere or other corrosive / aggressive environments. Sealing systems coated with the flame spraying material according to the invention, which consist of a sealing element and a hard mating partner and are exposed to strong mechanical loads, are surprisingly effectively protected against wear and corrosion. This means in the context of the invention dynamic seals of rotating shafts, such as drive shafts of ships, seals of large rolling bearings, radial shaft seals, piston rods and the like. Due to the high hardness of the coating that can be reproducibly adapted to the requirements, the components treated in this way offer a surprisingly long service life compared to the components known and coated in practice. The coating of the invention not only seals shafts, components and bushes against oil, grease and other media, it also prevents the ingress of dust or dirt over the sealing point. For this reason, the coating according to the invention, in particular as a sealing wear protection coating on propeller shafts, makes a distinct improvement tion against the prior art and also prevents the ingress of seawater and the leakage of lubricants. In a further application, as a coating of shaft bearings in wind turbines, in particular in the offshore area, the coating according to the invention allows an extension of the service life of the plants due to their resistance to the sea atmosphere. Furthermore, the invention is based on the finding that the coating according to the invention can be applied to the surface of a component in a stress-free or substantially stress-free manner. Due to the fact that no material-stressing stresses occur, the service life of the component treated according to the invention can likewise be extended.

Claims

Flame spraying material, in particular for flame-sprayed High speed coatings, the flame spray material Zirconium carbide as a hard material and at least one binder.

Flame spraying material according to claim 1, wherein as a binder Nickel is included.

Flame spraying material according to one of claims 1 or 2, wherein as a binder nickel and copper are included.

Flame spraying material according to one of claims 1 to 3, wherein the hard material to 20 wt .-% to 95 wt .-%, preferably to 40 wt .-% to 85 wt .-% is contained in the flame spray material.

Flame spraying material according to one of claims 1 to 4, wherein the binder to 5 wt .-% to 80 wt .-%, preferably to 15 wt .-% to 60 wt .-% is contained in the flame spray material.

Flame spraying material according to one of claims 1 to 5, wherein the flame spray material by sintering the mixture of the hard material and the binder is made.

Method for thermal flame spraying, in particular for high-speed flame spraying, wherein the flame spraying material to apply a coating to a surface, wherein the flame spraying zirconium carbide as hard material and contains at least one binder.

The method of claim 7, wherein the coating is applied with a thickness of 0.1 mm to 2.5 mm.

Method according to one of claims 7 or 8, wherein the coating with a hardness from 1000 Hv to 2000 Hv.

Method according to one of claims 7 to 9, wherein the coating with the proviso is applied, that reaches a fluid-tightness of the coating becomes.