DE102009061274B3 - Process for coating a substrate, in which a wire-shaped spray material is melted in an arc and deposited as a layer on the substrate, as well as a wire-shaped spray material for arc wire spraying and a wire arc sprayed layer - Google Patents

Process for coating a substrate, in which a wire-shaped spray material is melted in an arc and deposited as a layer on the substrate, as well as a wire-shaped spray material for arc wire spraying and a wire arc sprayed layer Download PDF

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Dr.-Ing. Erdmann Christian Martin
Dr.-Ing. Izquierdo Patrick
Dr.-Ing. Rückert Franz
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Abstract

Verfahren zum Beschichten eines Substrats (1), bei dem ein drahtförmiger Spritzwerkstoff (4) in einem Lichtbogen (5) aufgeschmolzen und als Schicht (2) auf dem Substrat (1) abgeschieden wird, derart dass in der Schicht (2) nach dem Abscheiden beim Erstarren Martensit, Bainit und Perlit gebildet werden, wobei ein Spritzwerkstoff verwendet wird, der im Wesentliche Eisen umfasst, wobei der Spritzwerkstoff (4) zumindest mit Kohlenstoff als Mikrolegierung derart gebildet ist, dass beim Erstarren des Spritzwerkstoffs Martensit, Bainit und Perlit entstehen, wobei in der Mikrolegierung Festschmierstoffanteile oder Legierungsbestandteile zur Bildung von Festschmierstoffanteilen vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass dass in dem verwendeten Spritzwerkstoff folgende Legierungsbestandteile enthalten sind: – Kohlenstoff: 0,1 Gew.-% bis 0,28 Gew.-%, – Mangan: 1,4 Gew.-% bis 2,1 Gew.-%, – Silizium: 0,05 Gew.-% bis 0,3 Gew.-%., – Kupfer: 0,05 Gew.-% bis 0,25 Gew.-% jeweils bezogen auf ein Gesamtgewicht.Method for coating a substrate (1), in which a wire-shaped spray material (4) is melted in an arc (5) and deposited as a layer (2) on the substrate (1), so that in the layer (2) after deposition martensite, bainite and perlite are formed during solidification, a spray material being used which essentially comprises iron, the spray material (4) being formed at least with carbon as a micro-alloy in such a way that martensite, bainite and pearlite are formed when the spray material solidifies, with Solid lubricant components or alloy components for the formation of solid lubricant components are provided in the micro-alloy, characterized in that the following alloy components are contained in the spray material used: - carbon: 0.1% by weight to 0.28% by weight, - manganese: 1 , 4% by weight to 2.1% by weight, - silicon: 0.05% by weight to 0.3% by weight., - copper: 0.05% by weight to 0.25% by weight .-% each based on a total tweight.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten eines Substrats, bei dem ein drahtförmiger Spritzwerkstoff in einem Lichtbogen aufgeschmolzen und als Schicht auf dem Substrat abgeschieden wird sowie einen drahtförmigen Spritzwerkstoff zum Lichtbogendrahtspritzen und eine lichtbogendrahtgespritze Schicht.The invention relates to a method for coating a substrate, in which a wire-shaped spray material is melted in an arc and deposited as a layer on the substrate and a wire-shaped spray material for arc wire spraying and a Lichtbogendrahtgespritze layer.

Bei der Herstellung von Verbrennungsmotoren wird aus Gründen der Energieeffizienz und der Emissionsreduzierung eine möglichst geringe Reibung und eine hohe Abrieb- und Verschleißfestigkeit angestrebt. Hierzu werden Motorbauteile, wie zum Beispiel Zylinderbohrungen bzw. deren Wandungen mit einer Laufflächenschicht versehen oder es werden Laufbuchsen in die Zylinderbohrungen eingesetzt, welche mit einer Laufflächenschicht versehen werden. Das Aufbringen solcher Laufflächenschichten erfolgt zumeist mittels thermischen Spritzens, beispielsweise Lichtbogendrahtspritzen. Beim Lichtbogendrahtspritzen wird zwischen zwei drahtförmigen Spritzwerkstoffen ein Lichtbogen durch Anlegen einer Spannung erzeugt. Dabei schmelzen die Drahtspitzen ab und werden beispielsweise mittels eines Zerstäubergases auf die zu beschichtende Oberfläche, beispielsweise die Zylinderwand befördert, wo sie sich anlagern.For reasons of energy efficiency and emission reduction, the lowest possible friction and high abrasion and wear resistance are aimed at in the production of internal combustion engines. For this purpose, engine components, such as cylinder bores or their walls are provided with a tread layer or it liners are inserted into the cylinder bores, which are provided with a tread layer. The application of such tread layers mostly takes place by means of thermal spraying, for example electric arc wire spraying. In arc wire spraying, an electric arc is generated by applying a voltage between two wire-shaped spray materials. In this case, the wire tips melt and are conveyed, for example, by means of a nebulizer gas to the surface to be coated, for example, the cylinder wall, where they accumulate.

Aus der DE 103 08 563 B3 ist eine Zylinderlaufbuchse für Verbrennungskraftmaschinen bekannt, umfassend einen Grundkörper mit einer Verschleißschutzbeschichtung auf der Lauffläche, auf Basis einer harten Eisenlegierung mit Kohlenstoff und Sauerstoff, wobei die Verschleißschutzschicht martensitische Phasen aufweist und Oxide bildet und die Verschleißschutzschicht im Lichtbogen-Drahtspritzverfahren auftragbar ist und die Legierung der Beschichtung einen Kohlenstoffgehalt von 0,05 bis 3 Gew.-% aufweist.From the DE 103 08 563 B3 a cylinder liner for internal combustion engines is known, comprising a base body with a wear protection coating on the tread, based on a hard iron alloy with carbon and oxygen, wherein the wear protection layer has martensitic phases and oxides and the wear protection layer in the arc-wire spraying process is applicable and the alloy of the coating has a carbon content of 0.05 to 3 wt .-%.

Aus der DE 20 2008 009 961 U1 ist ein drahtförmiger Spritzwerkstoff, insbesondere zum Lichtbogendrahtspritzen, umfassend im Wesentlichen Eisen, bekannt, der sich dadurch auszeichnet, dass der Spritzwerkstoff zumindest mit Kohlenstoff als Mikrolegierung derart gebildet ist, dass beim Erstarren des Spritzwerkstoffs Bainit und Martensit entstehen. Im Spritzwerkstoff sind u. a. 0,23 Gew.-% bis 0,4 Gew.-% Kohlenstoff, 1,4 Gew.-% bis 1,9 Gew.-% Mangan sowie 0,7 Gew.-% bis 0,98 Gew.-% Silizium enthalten.From the DE 20 2008 009 961 U1 is a wire-shaped spray material, in particular for arc wire spraying, comprising substantially iron, known, which is characterized in that the spray material is formed at least with carbon as a micro-alloy such that bainite and martensite arise during the solidification of the spray material. In the spray material, inter alia, 0.23 wt .-% to 0.4 wt .-% carbon, 1.4 wt .-% to 1.9 wt .-% manganese and 0.7 wt .-% to 0.98 wt .-% silicon included.

Aus der DE 20 2008 009 962 U1 ist ein drahtförmiger Spritzwerkstoff, insbesondere zum Lichtbogendrahtspritzen, umfassend im Wesentlichen Eisen, bekannt, der sich dadurch auszeichnet, dass der Spritzwerkstoff zumindest mit Kohlenstoff als Mikrolegierung derart gebildet ist, dass beim Erstarren des Spritzwerkstoffs Bainit und Martensit entstehen. Im Spritzwerkstoff sind u. a. 0,8 Gew.-% bis 1,0 Gew.-% Kohlenstoff, 0,25 Gew.-% bis 0,45 Gew.-% Mangan sowie 0,25 Gew.-% bis 0,3 Gew.-% Silizium enthalten.From the DE 20 2008 009 962 U1 is a wire-shaped spray material, in particular for arc wire spraying, comprising substantially iron, known, which is characterized in that the spray material is formed at least with carbon as a micro-alloy such that bainite and martensite arise during the solidification of the spray material. In the spray material are, inter alia, 0.8 wt .-% to 1.0 wt .-% carbon, 0.25 wt .-% to 0.45 wt .-% manganese and 0.25 wt .-% to 0.3 wt .-% silicon included.

Aus der DE 20 2008 009 963 U1 ist ein drahtförmiger Spritzwerkstoff, insbesondere zum Lichtbogendrahtspritzen, umfassend im Wesentlichen Eisen, bekannt, der sich dadurch auszeichnet, dass der Spritzwerkstoff zumindest mit Kohlenstoff als Mikrolegierung derart gebildet ist, dass beim Erstarren des Spritzwerkstoffs Bainit und Martensit entstehen. Im Spritzwerkstoff sind u. a. 0,45 Gew.-% bis 0,55 Gew.-% Kohlenstoff, 1,4 Gew.-% bis 1,6 Gew.-% Mangan sowie 0,4 Gew.-% bis 0,65 Gew.-% Silizium enthalten.From the DE 20 2008 009 963 U1 is a wire-shaped spray material, in particular for arc wire spraying, comprising substantially iron, known, which is characterized in that the spray material is formed at least with carbon as a micro-alloy such that bainite and martensite arise during the solidification of the spray material. In the spray material are, inter alia, 0.45 wt .-% to 0.55 wt .-% carbon, 1.4 wt .-% to 1.6 wt .-% manganese and 0.4 wt .-% to 0.65 wt .-% silicon included.

Aus der DE 20 2008 009 964 U1 ist ein drahtförmiger Spritzwerkstoff, insbesondere zum Lichtbogendrahtspritzen, umfassend im Wesentlichen Eisen, bekannt, der sich dadurch auszeichnet, dass der Spritzwerkstoff zumindest mit Kohlenstoff als Mikrolegierung derart gebildet ist, dass beim Erstarren des Spritzwerkstoffs Martensit, Bainit sowie geringere Anteil feinstreifigen Perlits entstehen, wobei in der Mikrolegierung Festschmierstoffanteile oder Legierungsbestandteile zur Bildung von Festschmierstoffanteilen vorgesehen sind. Im Spritzwerkstoff sind u. a. 0,55 Gew.-% bis 0,65 Gew.-% Kohlenstoff, 0,7 Gew.-% bis 1,1 Gew.-% Mangan sowie 0,1 Gew.-% bis 0,4 Gew.-% Silizium enthalten.From the DE 20 2008 009 964 U1 is a wire-shaped spray material, in particular for arc wire spraying, comprising essentially iron, which is characterized in that the spray material is formed at least with carbon as a micro-alloy such that arise during solidification of the spray martensite, bainite and lower proportion of finely stripped perlite, wherein the microalloy solid lubricant constituents or alloy constituents are provided for the formation of solid lubricant constituents. In the spray material include 0.55 wt .-% to 0.65 wt .-% carbon, 0.7 wt .-% to 1.1 wt .-% manganese and 0.1 wt .-% to 0.4 wt .-% silicon included.

Aus der DE 20 2008 009 966 U1 ist ein drahtförmiger Spritzwerkstoff, insbesondere zum Lichtbogendrahtspritzen, umfassend im Wesentlichen Eisen, bekannt, der sich dadurch auszeichnet, dass der Spritzwerkstoff zumindest mit Kohlenstoff als Mikrolegierung derart gebildet ist, dass beim Erstarren des Spritzwerkstoffs Bainit und Martensit entstehen. Im Spritzwerkstoff sind u. a. 0,35 Gew.-% bis 0,55 Gew.-% Kohlenstoff, 0,7 Gew.-% bis 0,9 Gew.-% Mangan sowie 0,15 Gew.-% bis 0,25 Gew.-% Silizium enthalten.From the DE 20 2008 009 966 U1 is a wire-shaped spray material, in particular for arc wire spraying, comprising substantially iron, known, which is characterized in that the spray material is formed at least with carbon as a micro-alloy such that bainite and martensite arise during the solidification of the spray material. In the spray material are, inter alia, 0.35 wt .-% to 0.55 wt .-% carbon, 0.7 wt .-% to 0.9 wt .-% manganese and 0.15 wt .-% to 0.25 wt .-% silicon included.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Lichtbogendrahtspritzen sowie einen kostengünstigen verbesserten drahtförmigen Spritzwerkstoff, insbesondere zum Lichtbogendrahtspritzen anzugeben. Bei der Festlegung des drahtförmigen Spritzwerkstoffs werden neben den Schichteigenschaften auch das Spritzverhalten des drahtförmigen Spritzwerkstoffs und die Bearbeitbarkeit der Spritzschicht gezielt beeinflusst.It is an object of the invention to provide an improved method for arc wire spraying and a cost-effective improved wire-shaped spray material, in particular for the arc wire spraying. In determining the wire-shaped spray material, the spray properties of the wire-shaped spray material and the machinability of the spray layer are selectively influenced in addition to the layer properties.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine dichte, tribologisch verbesserte Spritzschicht darzustellen, welche sich insbesondere durch Lichtbogendrahtspritzen auf einem Substrat auftragen und sich gut bearbeiten lässt. It is a further object of the invention to present a dense, tribologically improved sprayed layer, which can be applied to a substrate in particular by arc wire spraying and can be processed well.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Lichtbogendrahtspritzen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einen drahtförmigen Spritzwerkstoff mit den Merkmalen des Anspruchs 3 und eine lichtbogendrahtgespritze Schicht mit den Merkmalen des Anspruchs 6.The object is achieved by a method for arc wire spraying with the features of claim 1 and a wire-like spray material with the features of claim 3 and a Lichtbogendrahtspritzitze layer with the features of claim 6.

Eine Beschichtung aus einem solchen drahtförmigen Spritzwerkstoff weist vergleichbare Eigenschaften auf wie eine Beschichtung aus einem Spritzwerkstoff gemäß der DE 20 2008 009 964 U1 , aber der geringere Kohlenstoffanteil sowie der erhöhte Mangananteil beeinflussen das Spritzverhalten des Spritzwerkstoffes positiv. Gleichermaßen wirkt sich der gegenüber der DE 20 2008 009 961 U1 verringerte Siliziumgehalt aus. Der Kupferanteil verbessert den Korrosionsschutz der gespritzten Schicht.A coating of such a wire-shaped spray material has comparable properties as a coating of a spray material according to the DE 20 2008 009 964 U1 but the lower carbon content and the increased manganese content have a positive influence on the spray behavior of the spray material. Likewise, the opposite affects DE 20 2008 009 961 U1 decreased silicon content. The copper content improves the corrosion protection of the sprayed layer.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous developments are the subject of the dependent claims.

Ein erfindungsgemäßer drahtförmiger Spritzwerkstoff, insbesondere zum Lichtbogendrahtspritzen, umfasst im Wesentlichen Eisen. Der Spritzwerkstoff ist zumindest mit Kohlenstoff als Mikrolegierung derart gebildet, dass bereits beim Erstarren des Spritzwerkstoffs zumindest Perlit, Bainit und geringere Anteile Martensit entstehen, wobei zusätzlich Mikrolegierungselemente zur Bildung verschleißfester Phasen sowie zur Verbesserung der tribologischen Eigenschaften vorgesehen sind. Mikrolegierungen sind solche Legierungen, die überwiegend aus einem Bestandteil gebildet sind, dem im Verhältnis zu einer Gesamtmasse nur geringe Mengen weiterer Bestandteile zugegeben sind. Feinstreifiger Perlit, bestehend aus hartem Fe3C sowie Ferrit, ist eine tribologisch positiv wirksame Phase. Bainit ist eine Umwandlungsphase mittlerer Härte und Verschleißfestigkeit. Martensit ist ein hartes, verschleißfestes Gefüge. Die Bildung von Martensit kann durch die Art der Abkühlung des Spritzwerkstoffs und durch die Wahl der Legierungsbestandteile der Mikrolegierung gezielt beeinflusst werden. Eine bei einer Anlagerung einer mittels Lichtbogendrahtspritzen unter Nutzung des erfindungsgemäßen Spritzwerkstoffs erzeugte Schicht auf einem Substrat, beispielsweise einer Zylinderlauffläche, umfasst Bainit, verschleißfeste Inseln aus Martensit sowie feinstreifigen Perlit.An inventive wire-shaped spray material, in particular for arc wire spraying, essentially comprises iron. The sprayed material is formed at least with carbon as a micro-alloy such that at least pearlite, bainite and lower levels of martensite are formed upon solidification of the spray material, micro-alloying elements being additionally provided for forming wear-resistant phases and for improving the tribological properties. Microalloys are those alloys which are predominantly formed from a constituent to which only minor amounts of further constituents are added relative to a total mass. Fine-grained pearlite, consisting of hard Fe 3 C and ferrite, is a tribologically positive effective phase. Bainite is a conversion phase of medium hardness and wear resistance. Martensite is a hard, wear-resistant structure. The formation of martensite can be selectively influenced by the type of cooling of the spray material and by the choice of alloying components of the microalloy. A layer on a substrate, for example a cylinder surface, produced by means of an arc wire spraying using the spray material according to the invention comprises bainite, wear-resistant islands of martensite and finely striated pearlite.

Tribologisch wirksame Phasen dienen zur Verbesserung des Laufverhaltens in kritischen Systemzuständen, so dass z. B. beim Abreißen von Schmierfilmen übermäßiger Verschleiß der Reibpartner oder deren Beschädigung durch adhäsive Reaktionen vermieden werden. Diese Zustände treten insbesondere in Mischreibungsbereichen auf z. B. OT- und UT-Bereiche bei der Tribosystemen Zylinderlaufflächen/Kolbenringe.Tribologically active phases serve to improve the running behavior in critical system states, so that z. B. when tearing off lubricating films excessive wear of the friction partners or their damage can be avoided by adhesive reactions. These states occur in particular in mixed friction areas on z. B. OT and UT areas in the tribosystem cylinder surfaces / piston rings.

Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert.In the following an embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to a drawing.

Dabei zeigt:Showing:

1 ein Substrat mit einer durch Lichtbogendrahtspritzen abgeschiedenen Schicht. 1 a substrate having a sheet deposited by arc wire spraying.

In 1 ist ein Substrat 1 mit einer durch Lichtbogendrahtspritzen (LDS) abgeschiedenen Schicht 2 gezeigt. Beim Lichtbogendrahtspritzen werden einem Beschichtungskopf 3 zwei drahtförmige Spritzwerkstoffe 4 zugeführt. Zwischen den drahtförmigen Spritzwerkstoffen 4 wird ein Lichtbogen 5 gezündet. Dabei schmilzt der drahtförmige Spritzwerkstoff 4 und wird mittels eines Trägergases gezielt auf das zu beschichtende Substrat 1 aufgebracht, wo er abkühlt, erstarrt und die Schicht 2 bildet.In 1 is a substrate 1 with a layer deposited by wire arc spraying (LDS) 2 shown. In arc wire spraying, a coating head 3 two wire-shaped spray materials 4 fed. Between the wire-shaped spray materials 4 becomes an arc 5 ignited. This melts the wire-shaped spray material 4 and is targeted by means of a carrier gas to the substrate to be coated 1 Applied where it cools, it solidifies and the layer 2 forms.

Der drahtförmige Spritzwerkstoff 4 umfasst im Wesentlichen Eisen. Der Spritzwerkstoff ist zumindest mit Kohlenstoff als Mikrolegierung derart gebildet, dass bereits beim Erstarren des Spritzwerkstoffs überwiegend Perlit und Bainit entstehen.The wire-shaped spray material 4 essentially comprises iron. The spray material is formed at least with carbon as a micro-alloy such that predominantly perlite and bainite are formed upon solidification of the spray material.

Weiter sind in der Mikrolegierung Legierungsbestandteile zur Bildung von verschleißfesten Phasen (Martensit) und zur Reibwertreduzierung vorgesehen.Furthermore, alloy constituents are provided in the microalloy for the formation of wear-resistant phases (martensite) and for reducing the coefficient of friction.

Folgende Legierungsbestandteile sind vorgesehen: – Kohlenstoff 0,1 Gew.-% bis 0,28 Gew.-% + – Silizium 0,05 Gew.-% bis 0,3 Gew.-% + – Mangan 1,4 Gew.-% bis 2,1 Gew.-% + – Stickstoff 120 ppm. bis 170 ppm. + – Kupfer 0,05 Gew.-% bis 0,25 Gew.-% + – Titan maximal 0,001 Gew.-% + – Phosphor maximal 0,02 Gew.-% + – Schwefel maximal 0,02 Gew.-% + – Vanadin maximal 0,001 Gew.-% – – Aluminium maximal 0,02 Gew.-% – – Bor maximal 0,0004 Gew.-% – The following alloy components are provided: Carbon from 0.1% to 0.28% by weight + Silicon from 0.05% to 0.3% by weight + Manganese 1.4% by weight to 2.1% by weight + - Nitrogen 120 ppm. up to 170 ppm. + Copper from 0.05% to 0.25% by weight + Titanium maximum 0.001% by weight + - Phosphorus not more than 0.02% by weight + Sulfur maximum 0.02% by weight + - Vanadium not more than 0,001% by weight - - Aluminum maximum 0.02 wt .-% - Boron maximum 0.0004% by weight -

Die Mengenangaben sind in Gewichtsprozent jeweils bezogen auf ein Gesamtgewicht, falls keine anderen Angaben gemacht sind.The quantities are in percent by weight in each case based on a total weight, unless otherwise specified.

Bevorzugt wird für den drahtförmigen Spritzwerkstoff 4 eine Mikrolegierung mit folgenden Bestandteilen verwendet:

  • – Kohlenstoff 0,23 Gew.-%
  • – Silizium 0,29 Gew.-%
  • – Mangan 1,8 Gew.-%
  • – Kupfer 0,2 Gew.-%
  • – Stickstoff 150 ppm.
It is preferred for the wire-shaped spray material 4 used a microalloy with the following constituents:
  • Carbon 0.23% by weight
  • Silicon 0.29 wt.%
  • Manganese 1.8% by weight
  • Copper 0.2% by weight
  • - Nitrogen 150 ppm.

Der Hauptbestandteil der Mikrolegierung ist Eisen.The main component of the microalloy is iron.

Das Lichtbogendrahtspritzen mit einem aus dieser Mikrolegierung gebildeten drahtförmigen Spritzwerkstoff 4 führt zu einer besonders homogenen Schicht 2 mit geringer Porosität und geringer Rauhigkeit.The arc wire spraying with a wire-shaped spray material formed from this microalloy 4 leads to a particularly homogeneous layer 2 with low porosity and low roughness.

Der gegenüber der DE 20 2008 00 9964 U1 geringere Kohlenstoffgehalt, der erhöhte Mangangehalt und der Siliziumgehalt der Mikrolegierung bewirken ein verbessertes Spritzverhalten, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass beim Lichtbogendrahtspritzen regelmäßige, kleine viskose Tröpfchen entstehen. Aufgrund ihrer Viskosität zerfallen diese im Flug und beim Aufprallen nur geringfügig zu feineren Partikeln und neigen dadurch geringer zur Oxidation. Eine geringere Oberflächenoxidation begünstigt die Haftung der Partikel auf dem Substrat (Schichthaftung) und die Haftung der Partikel aneinander (Schichtkohäsion).The opposite to the DE 20 2008 00 9964 U1 lower carbon content, the increased manganese content and the silicon content of the microalloy result in an improved spray behavior, which is characterized by the fact that the arc wire spraying produces regular, small, viscous droplets. Due to their viscosity, they decay only slightly in flight and on impact to finer particles and thus tend less to oxidation. A lower surface oxidation promotes the adhesion of the particles to the substrate (layer adhesion) and the adhesion of the particles to one another (layer cohesion).

Der erhöhte Mangangehalt führt darüber hinaus zu einer überwiegend perlitisch/bainitischen Gefügeausbildung bei der Erstarrung der Spritzschicht 2.In addition, the increased manganese content leads to a predominantly pearlitic / bainitic microstructure during the solidification of the sprayed layer 2 ,

Die Zugabe von Kupfer verbessert den Korrosionsschutz der Schicht 2.The addition of copper improves the corrosion protection of the layer 2 ,

Beim Erstarren der Schicht 2 entsteht feinstreifiger Perlit und Bainit. Bainit ist ein zähes Zwischenstufengefüge kohlenstoffhaltiger Stähle. Perlit ist ein Mischgefüge aus weichen ferritischen und harten karbidischen Phasen. Die Schicht 2 weist eine weiche, duktile Matrix aus Perlit und Bainit mit harten, verschleißfesten Inseln aus Martensit auf.When the layer solidifies 2 produces fine-grained pearlite and bainite. Bainite is a tough intermediate structure of carbonaceous steels. Perlite is a mixed structure of soft ferritic and hard carbide phases. The layer 2 has a soft, ductile matrix of pearlite and bainite with hard, wear-resistant martensite islands.

Der Stickstoffzusatz fördert die Bildung von verschleißfesten Nitriden beim Erstarren der Schicht 2. Die Nitride sind verschleissfest und auch tribologisch wirksam hinsichtlich einer Reibwertreduzierung.The addition of nitrogen promotes the formation of wear-resistant nitrides upon solidification of the layer 2 , The nitrides are wear-resistant and tribologically effective in terms of friction coefficient reduction.

Der drahtförmige Spritzwerkstoff 4 wird vorzugsweise warmgewalzt und/oder warmgezogen und danach langsam und gesteuert in einem Ofen abgekühlt und/oder weichgeglüht, um ein duktiles Gefüge zu erhalten, damit der drahtförmige Spritzwerkstoff 4 biegsam bleibt.The wire-shaped spray material 4 is preferably hot rolled and / or hot drawn and then slowly and controlled cooled in an oven and / or annealed to obtain a ductile structure, so that the wire-shaped spray material 4 remains flexible.

Die Legierungsbestandteile des Drahtes sind so bemessen, dass der Abbrand von bestimmten Elementen, z. B. Kohlenstoff berücksichtigt ist. Die Legierungszusammensetzung der Schicht 2 ist entsprechend dem Abbrand verändert. Die Drahtzusammensetzung ist auf die Zieleigenschaften der gespritzten Schicht abgestimmt Vorzugsweise wird eine Oberfläche des drahtförmigen Spritzwerkstoffs 4 verkupfert, um Korrosion des Spritzdrahtes zu vermeiden.The alloy components of the wire are sized so that the burning of certain elements, eg. B. carbon is taken into account. The alloy composition of the layer 2 is changed according to the burnup. The wire composition is tuned to the target properties of the sprayed layer. Preferably, a surface of the wire-shaped spray material becomes 4 coppered to prevent corrosion of the spray wire.

Der Draht ist niedriglegiert, wobei die Wahl speziell auf kostengünstige Legierungselemente ausgerichtet ist.The wire is low alloy, with the choice being geared specifically to low cost alloying elements.

Die sich ergebende Spritzschicht zeigt gute Bearbeitbarkeit und hervorragende tribologische Eigenschaften sowie einen sehr guten Verschleißwiderstand.The resulting sprayed coating shows good workability and excellent tribological properties as well as very good wear resistance.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Substratsubstratum
22
Schichtlayer
33
Beschichtungskopfcoating head
44
drahtförmiger Spritzwerkstoffwire-shaped spray material
55
LichtbogenElectric arc

Claims (8)

Verfahren zum Beschichten eines Substrats (1), bei dem ein drahtförmiger Spritzwerkstoff (4) in einem Lichtbogen (5) aufgeschmolzen und als Schicht (2) auf dem Substrat (1) abgeschieden wird, derart dass in der Schicht (2) nach dem Abscheiden beim Erstarren Martensit, Bainit und Perlit gebildet werden, wobei ein Spritzwerkstoff verwendet wird, der im Wesentliche Eisen umfasst, wobei der Spritzwerkstoff (4) zumindest mit Kohlenstoff als Mikrolegierung derart gebildet ist, dass beim Erstarren des Spritzwerkstoffs Martensit, Bainit und Perlit entstehen, wobei in der Mikrolegierung Festschmierstoffanteile oder Legierungsbestandteile zur Bildung von Festschmierstoffanteilen vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass dass in dem verwendeten Spritzwerkstoff folgende Legierungsbestandteile enthalten sind: – Kohlenstoff: 0,1 Gew.-% bis 0,28 Gew.-%, – Mangan: 1,4 Gew.-% bis 2,1 Gew.-%, – Silizium: 0,05 Gew.-% bis 0,3 Gew.-%., – Kupfer: 0,05 Gew.-% bis 0,25 Gew.-% jeweils bezogen auf ein Gesamtgewicht.Process for coating a substrate ( 1 ), in which a wire-shaped spray material ( 4 ) in an arc ( 5 ) melted and as a layer ( 2 ) on the substrate ( 1 ) is deposited so that in the layer ( 2 ) after precipitation on solidification, martensite, bainite and perlite are formed using a spray material comprising essentially iron, the spray material ( 4 ) is formed at least with carbon as a microalloy such that martensite, bainite and perlite are formed upon solidification of the spray material, wherein in the microalloy solid lubricant constituents or alloy constituents are provided for the formation of solid lubricant constituents, characterized in that the following alloying constituents are contained in the spraying material used: - Carbon: 0.1 wt .-% to 0.28 wt .-%, - Manganese: 1.4 wt .-% to 2.1 wt .-%, - Silicon: 0.05 wt .-% to 0 , 3 wt .-%., - Copper: 0.05 wt .-% to 0.25 wt .-%, each based on a total weight. Verfahren zum Beschichten eines Substrats (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem verwendeten Spritzwerkstoff zusätzlich folgende Legierungsbestandteile enthalten sind: – Titan: 0,0001 Gew.-% bis 0,001 Gew.-% und/oder – Phosphor: 0,001 Gew.-% bis 0,02 Gew.-% und/oder – Schwefel: 0,001 Gew.-% bis 0,02 Gew.-% und/oder – Vanadin: 0,0001 Gew.-% bis 0,001 Gew.-% und/oder – Aluminium: 0,001 Gew.-% bis 0,02 Gew.-% und/oder – Bor: 0,0001 Gew.-% bis 0,0004 Gew.-% und/oder – Stickstoff: 100 bis 200 ppm, vorzugsweise von 120 bis 170 ppm jeweils bezogen auf ein GesamtgewichtProcess for coating a substrate ( 1 ) according to claim 1, characterized in that in the spray material used in addition the following alloying constituents are included: - titanium: 0.0001 wt .-% to 0.001 wt .-% and / or - phosphorus: 0.001 wt .-% to 0.02 Wt .-% and / or - sulfur: 0.001 wt .-% to 0.02 wt .-% and / or - vanadium: 0.0001 wt .-% to 0.001 wt .-% and / or - aluminum: 0.001 wt from 0.000 to 0.02 wt% and / or boron: from 0.0001 wt% to 0.0004 wt% and / or nitrogen: 100 to 200 ppm, preferably from 120 to 170 ppm each based on a total weight Drahtförmiger Spritzwerkstoff (4) zum Lichtbogendrahtspritzen, umfassend im Wesentlichen Eisen, wobei der Spritzwerkstoff (4) zumindest mit Kohlenstoff als Mikrolegierung derart gebildet ist, dass beim Erstarren des Spritzwerkstoffs Martensit, Bainit und Perlit entstehen, wobei in der Mikrolegierung Festschmierstoffanteile oder Legierungsbestandteile zur Bildung von Festschmierstoffanteilen vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Legierungsbestandteile enthalten sind: – Kohlenstoff: 0,1 Gew.-% bis 0,28 Gew.-%, – Mangan: 1,4 Gew.-% bis 2,1 Gew.-%, – Silizium: 0,05 Gew.-% bis 0,3 Gew.-%., – Kupfer: 0,05 Gew.-% bis 0,25 Gew.-% jeweils bezogen auf ein Gesamtgewicht.Wire-shaped spray material ( 4 ) for arc wire spraying, comprising essentially iron, wherein the spray material ( 4 ) is formed at least with carbon as a microalloy such that martensite, bainite and perlite are formed upon solidification of the spray material, wherein in the microalloy solid lubricant constituents or alloy constituents are provided for the formation of solid lubricant constituents, characterized in that the following alloying constituents are present: carbon: 0, 1% by weight to 0.28% by weight, manganese: 1.4% by weight to 2.1% by weight, silicon: 0.05% by weight to 0.3% by weight %., - Copper: 0.05 wt .-% to 0.25 wt .-% in each case based on a total weight. Drahtförmiger Spritzwerkstoff (4) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche folgende Legierungsbestandteile enthalten sind: – Titan: 0,0001 Gew.-% bis 0,001 Gew.-% und/oder – Phosphor: 0,001 Gew.-% bis 0,02 Gew.-% und/oder – Schwefel: 0,001 Gew.-% bis 0,02 Gew.-% und/oder – Vanadin: 0,0001 Gew.-% bis 0,001 Gew.-% und/oder – Alminium: 0,001 Gew.-% bis 0,02 Gew.-% und/oder – Bor: 0,0001 Gew.-% bis 0,0004 Gew.-% und/oder – Stickstoff: 100 bis 200 ppm, vorzugsweise von 120 bis 170 ppm jeweils bezogen auf ein Gesamtgewicht.Wire-shaped spray material ( 4 ) according to claim 3, characterized additional additional alloying constituents are contained: titanium: 0.0001% by weight to 0.001% by weight and / or phosphorus: 0.001% by weight to 0.02% by weight and / or sulfur: 0.001% by weight -% to 0.02 wt .-% and / or - vanadium: 0.0001 wt .-% to 0.001 wt .-% and / or - Alminium: 0.001 wt .-% to 0.02 wt .-% and / or - Boron: 0.0001 wt .-% to 0.0004 wt .-% and / or - nitrogen: 100 to 200 ppm, preferably from 120 to 170 ppm, each based on a total weight. Drahtförmiger Spritzwerkstoff (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verkupferung einer Oberfläche des Spritzwerkstoffs (4) vorgesehen ist.Wire-shaped spray material ( 4 ) according to one of the preceding claims 3 or 4, characterized in that a copper plating of a surface of the spray material ( 4 ) is provided. Lichtbogendrahtgespritzte Schicht (2) auf Eisenbasis, welche ein perlitisches, bainitisches, martensitisches Gefüge aufweist, gekennzeichnet durch ihre Herstellung mittels eines Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 und/oder durch ihre Herstellung mit einem Spritzdraht (4) nach Anspruch 3 bis 5.Arc Wire Splashed Layer ( 2 ) based on iron, which has a pearlitic, bainitic, martensitic structure, characterized by its production by means of a process according to claim 1 or 2 and / or by its production with a spray wire ( 4 ) according to claim 3 to 5. Lichtbogendrahtgespritzte Schicht (2) auf Eisenbasis nach Anspruch 6, gekennzeichnet dadurch, dass ihre Legierungszusammensetzung gegenüber jener des Spritzdrahtes (4) entsprechend dem Abbrand verändert ist.Arc Wire Splashed Layer ( 2 ) based on iron according to claim 6, characterized in that its alloy composition compared to that of the spray wire ( 4 ) is changed according to the burnup. Lichtbogendrahtgespritzte Schicht (2) auf Eisenbasis nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet dadurch, dass in ihr auch fein verteilte Nitride vorliegenArc Wire Splashed Layer ( 2 ) based on iron according to claim 6 or 7, characterized in that there are also finely divided nitrides in it
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