DE102013112079A1 - Material composition for the thermal coating of surfaces and associated method - Google Patents
Material composition for the thermal coating of surfaces and associated method Download PDFInfo
- Publication number
- DE102013112079A1 DE102013112079A1 DE201310112079 DE102013112079A DE102013112079A1 DE 102013112079 A1 DE102013112079 A1 DE 102013112079A1 DE 201310112079 DE201310112079 DE 201310112079 DE 102013112079 A DE102013112079 A DE 102013112079A DE 102013112079 A1 DE102013112079 A1 DE 102013112079A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- component
- matrix
- material composition
- hard
- matrix component
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
- C23C4/06—Metallic material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/02—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape
- B23K35/0255—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape for use in welding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/02—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape
- B23K35/0255—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape for use in welding
- B23K35/0261—Rods, electrodes, wires
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/02—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape
- B23K35/0255—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape for use in welding
- B23K35/0261—Rods, electrodes, wires
- B23K35/0266—Rods, electrodes, wires flux-cored
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
- B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
- B23K35/30—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
- B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
- B23K35/30—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
- B23K35/302—Cu as the principal constituent
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
- B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
- B23K35/30—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
- B23K35/3053—Fe as the principal constituent
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
- B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
- B23K35/30—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
- B23K35/3053—Fe as the principal constituent
- B23K35/3066—Fe as the principal constituent with Ni as next major constituent
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
- B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
- B23K35/32—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at more than 1550 degrees C
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
- B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
- B23K35/32—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at more than 1550 degrees C
- B23K35/327—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at more than 1550 degrees C comprising refractory compounds, e.g. carbides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
- B23K35/36—Selection of non-metallic compositions, e.g. coatings, fluxes; Selection of soldering or welding materials, conjoint with selection of non-metallic compositions, both selections being of interest
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
- B23K35/36—Selection of non-metallic compositions, e.g. coatings, fluxes; Selection of soldering or welding materials, conjoint with selection of non-metallic compositions, both selections being of interest
- B23K35/3601—Selection of non-metallic compositions, e.g. coatings, fluxes; Selection of soldering or welding materials, conjoint with selection of non-metallic compositions, both selections being of interest with inorganic compounds as principal constituents
- B23K35/3602—Carbonates, basic oxides or hydroxides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
- B23K35/36—Selection of non-metallic compositions, e.g. coatings, fluxes; Selection of soldering or welding materials, conjoint with selection of non-metallic compositions, both selections being of interest
- B23K35/3601—Selection of non-metallic compositions, e.g. coatings, fluxes; Selection of soldering or welding materials, conjoint with selection of non-metallic compositions, both selections being of interest with inorganic compounds as principal constituents
- B23K35/3603—Halide salts
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
- B23K35/36—Selection of non-metallic compositions, e.g. coatings, fluxes; Selection of soldering or welding materials, conjoint with selection of non-metallic compositions, both selections being of interest
- B23K35/3601—Selection of non-metallic compositions, e.g. coatings, fluxes; Selection of soldering or welding materials, conjoint with selection of non-metallic compositions, both selections being of interest with inorganic compounds as principal constituents
- B23K35/3603—Halide salts
- B23K35/3605—Fluorides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
- B23K35/36—Selection of non-metallic compositions, e.g. coatings, fluxes; Selection of soldering or welding materials, conjoint with selection of non-metallic compositions, both selections being of interest
- B23K35/368—Selection of non-metallic compositions of core materials either alone or conjoint with selection of soldering or welding materials
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
Abstract
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Werkstoffzusammensetzung zum thermischen Beschichten von Oberflächen an Bauteilen im Zuge der Realisierung von Verschleiß- und/oder Korrosionsschutzschichten. Die Werkstoffzusammensetzung besteht im Wesentlichen aus einer Matrixkomponente und einer Hartstoffkomponente, wobei die Matrixkomponente eine Matrix für die hierin eingeschlossene Hartphase definiert. Erfindungsgemäß greift die Matrixkomponente auf Kupfer als Basismaterial zurück.The present invention is a material composition for the thermal coating of surfaces of components in the course of the realization of wear and / or corrosion protection layers. The material composition consists essentially of a matrix component and a hard material component, the matrix component defining a matrix for the hard phase included therein. According to the invention, the matrix component is based on copper as the base material.
Description
Die Erfindung betrifft eine Werkstoffzusammensetzung zum thermischen Beschichten von Oberflächen an Bauteilen im Zuge der Realisierung von Verschleiß- und/oder Korrosionsschutzschichten, bestehend im Wesentlichen aus einer Matrixkomponente und einer Hartstoffkomponente, wobei die Matrixkomponente auf der betreffenden Oberfläche eine Matrix für die hierin eingeschlossene Hartphase definiert. – D. h., die Matrixkomponente und die Hartstoffkomponente definieren zusammen genommen – bis auf etwaige Verunreinigungen – abschließend die Werkstoffzusammensetzung.The invention relates to a material composition for the thermal coating of surfaces on components in the course of the realization of wear and / or corrosion protection layers, consisting essentially of a matrix component and a hard material component, wherein the matrix component defines on the relevant surface a matrix for the hard phase enclosed therein. - D. h., The matrix component and the hard material component taken together - except for any impurities - finally the material composition.
Im Rahmen der Erfindung geht es um eine Werkstoffzusammensetzung, die in prinzipiell jeglicher Form auf die zu beschichtende Oberfläche an Bauteilen aufgebracht werden kann. Bei den Bauteilen handelt es sich typischerweise um metallische Bauteile. Die Werkstoffzusammensetzung kann einen Fülldraht oder ein Füllband als Bestandteil beinhalten, wie dies unter anderem in der gattungsbildenden
Sämtliche beschriebenen Vorgehensweisen zum thermischen Beschichten von Oberflächen an insbesondere metallischen Bauteilen werden eingesetzt und realisiert, um eine erhöhte mechanische Festigkeit zur Verbesserung der Oberflächeneigenschaften des Bauteils zur Verfügung zu stellen. Dazu wird die Werkstoffzusammensetzung genutzt, um mit ihrer Hilfe auf der zu schützenden Oberfläche des Bauteiles eine entsprechende Verschleiß- und/oder Korrosionsschutzschicht definieren zu können.All of the procedures described for the thermal coating of surfaces on, in particular, metallic components are used and implemented in order to provide increased mechanical strength for improving the surface properties of the component. For this purpose, the material composition is used to be able to define a corresponding wear and / or corrosion protection layer with their help on the surface to be protected of the component.
Den beiden Komponenten kommt dabei eine unterschiedliche Funktion zu. Die Matrixkomponente bildet auf der zu beschichtenden Oberfläche eine Schicht bzw. Matrix, in welche die Hartstoffkomponente als Hartphase eingeschlossen wird. Bei der Hartstoffkomponente handelt es sich typischerweise um Körner mit besonderer Härte, beispielsweise solche aus Wolframschmelzkarbid. Diese Hartstoffkörner sorgen überwiegend für die gewünschte Festigkeit und folglich Panzerung der Oberfläche.The two components have a different function. The matrix component forms on the surface to be coated a layer or matrix into which the hard material component is enclosed as hard phase. The hard material component is typically grains of particular hardness, for example those of tungsten-melting carbide. These hard grains mainly provide the desired strength and thus armor of the surface.
Im Stand der Technik nach der
Zwar hat man im weiteren Stand der Technik nach der
Im Rahmen der
Der Stand der Technik kann nicht in allen Aspekten zufriedenstellen. Insbesondere besteht die bereits aufgezeigte Gefahr, dass die in die Matrix eingelagerten bzw. von der Matrix eingeschlossenen Hartstoffpartikel beim thermischen Beschichten an ihrer Oberfläche – zumindest geringfügig – angeschmolzen werden. Dadurch sinkt ihre Härte in diesem Bereich und besteht besonders bei einer schlagenden Beaufschlagung der entsprechend ausgerüsteten Oberfläche die Gefahr, dass die fraglichen Hartstoffpartikel entweder alleine oder zusammen mit der sie normalerweise haltenden Matrix von der Oberfläche abplatzen und die eigentlich zu schützende Oberfläche freiliegt. Solche schlagenden Beanspruchungen beobachtet man beispielsweise dann, wenn ein Bohrkopf zur Öl- und Gasexploration schlagartig auf einen Felsbrocken trifft. Ähnliche Belastungen stellen sich auch bei beispielsweise Schaufelradbaggern zur Braunkohlegewinnung ein, wenn in der eigentlich abzutragenden Erde Felsen oder Felsformationen getroffen werden. Hier will die Erfindung insgesamt Abhilfe schaffen.The prior art may not be satisfactory in all aspects. In particular, there is the already indicated danger that the hard material particles embedded in the matrix or enclosed by the matrix are melted on their surface during the thermal coating, at least slightly. As a result, their hardness drops in this area and there is a risk, especially when a striking action is taken on the appropriately equipped surface, that the hard particles in question, either alone or together with the matrix that normally holds them, flake off the surface and actually protect them Surface is exposed. Such striking stresses are observed, for example, when a drill head for oil and gas exploration abruptly hits a boulder. Similar burdens also arise, for example, bucket wheel excavators for lignite mining, when rocks or rock formations are hit in the earth actually to be removed. Here, the invention aims to provide a total remedy.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine derartige Werkstoffzusammensetzung so weiter zu entwickeln, dass die Verschleiß- und/oder Korrosionsschutzschicht dauerhaft an der Oberfläche des zu panzernden Bauteils haften bleibt und insbesondere schlagende Beanspruchungen beherrscht werden.The invention is based on the technical problem of further developing such a material composition so that the wear and / or corrosion protection layer permanently adheres to the surface of the component to be coated and, in particular, controlling stresses are controlled.
Zur Lösung dieser technischen Problemstellung ist eine gattungsgemäße Werkstoffzusammensetzung im Rahmen der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die Matrixkomponente Kupfer als Basismaterial aufweist.To solve this technical problem, a generic material composition in the context of the invention is characterized in that the matrix component comprises copper as the base material.
Im Rahmen der Erfindung kommt also eine spezielle Matrixkomponente zur Realisierung der die Hartstoffkörner aufnehmenden Matrix zum Einsatz, nämlich eine solche, die Kupfer als Basismaterial einsetzt. Das heißt, von den Werkstoffen zur Realisierung der Matrixkomponente und folglich der Matrix stellt Kupfer gewichtsmäßig, bezogen auf die Matrixkomponente, den Hauptbestandteil dar.In the context of the invention, therefore, a special matrix component is used for realizing the matrix receiving the hard material grains, namely one which uses copper as the base material. That is, of the materials for realizing the matrix component, and hence the matrix, copper is by weight, based on the matrix component, the major constituent.
In diesem Zusammenhang weist die Matrixkomponente vorteilhaft Kupfer als Hauptbestandteil mit mehr als 30 Gew.-% und insbesondere mehr als 50 Gew.-% auf, jeweils bezogen auf das Gewicht der Matrixkomponente. Als Folge hiervon verfügt das an der Oberfläche mit der erfindungsgemäßen Werkstoffzusammensetzung ausgerüstete Bauteil über eine Matrix aus einem Kupferbasismaterial. Eine derartige Matrix aus dem Kupferbasismaterial bzw. unter Rückgriff auf eine Matrixkomponente mit Kupfer als Hauptbestandteil zeichnet sich grundsätzlich durch eine geringere (Vickers)-Härte im Vergleich zu einer Nickelmatrix aus, wie sie beispielsweise im Stand der Technik nach der
Tatsächlich ist die Härte der erfindungsgemäßen Matrixkomponente mit Kupfer als Basismaterial im Bereich von ca. 100 HV angesiedelt, jedenfalls regelmäßig unter 500 HV und liegt insbesondere bei weniger als 300 HV, wohingegen für Nickel basierte Matrizen Vickershärten von typischerweise mehr als 500 HV und sogar bis 600 HV und mehr beobachtet werden (vgl.
Jedenfalls ist die erfindungsgemäß realisierte Matrix unter Rückgriff auf die spezielle Matrixkomponente mit Kupfer als Basismaterial deutlich "weicher" als beispielsweise eine im Stand der Technik eingesetzte Matrix auf Nickelchrombasis ausgebildet, wobei an dieser Stelle in etwa eine Halbierung der Vickershärte beobachtet wird. Gleichwohl ist die mit Hilfe der erfindungsgemäßen Werkstoffzusammensetzung definierte Verschleiß- und/oder Korrosionsschutzschicht insgesamt mit vergleichbaren Härtegraden wie beim Stand der Technik ausgerüstet. Das lässt sich im Kern darauf zurückführen, dass die in die Matrix eingebettete Hartphase bzw. die von der Matrix gehaltenen Hartstoffpartikel typischerweise eine Vickershärte von mehr als 2000 HV aufweisen. Da der Verschleißschutz praktisch ausschließlich von diesen Partikeln zur Verfügung gestellt wird, werden im Vergleich zum Stand der Technik mindestens vergleichbare Standzeiten und Lebensdauern der realisierten Schutzschicht beobachtet.In any case, the matrix realized according to the invention, taking recourse to the special matrix component with copper as the base material, is markedly "softer" than, for example, a nickel-chromium-based matrix used in the prior art, whereby a halving of the Vickers hardness is observed at this point. Nevertheless, the wear and / or corrosion protection layer defined with the aid of the material composition according to the invention as a whole is equipped with comparable degrees of hardness as in the prior art. This can essentially be attributed to the fact that the hard phase embedded in the matrix or the hard material particles held by the matrix typically have a Vickers hardness of more than 2000 HV. Since the wear protection is made available almost exclusively by these particles, at least comparable service lives and lifetimes of the realized protective layer are observed in comparison with the prior art.
Tatsächlich ist die mit Hilfe der erfindungsgemäßen Werkstoffzusammensetzung realisierte Verschleiß- und/oder Korrosionsschutzschicht sogar noch mit dem besonderen Vorteil ausgerüstet, dass eine schlagende Beaufschlagung der Oberfläche nicht oder nicht notwendigerweise zum Abplatzen der Verschleiß und/oder Korrosionsschutzschicht führt. Das lässt sich im Kern auf zwei für die Erfindung wesentliche Phänomene zurückführen.In fact, the wear and / or corrosion protection layer realized with the aid of the material composition according to the invention is even equipped with the particular advantage that a striking application of the surface does not or does not necessarily lead to the spalling of the wear and / or corrosion protection layer. This can essentially be attributed to two phenomena that are essential to the invention.
Zunächst einmal liegt der Schmelzpunkt der erfindungsgemäßen Matrixkomponente mit Kupfer als Basismaterial typischerweise unterhalb von 1200 °C, ist meistens sogar unterhalb von 1100 °C angesiedelt. Dies gilt erst recht, wenn die Matrixkomponente neben Kupfer als Hauptbestandteil andere Bestandteile wie beispielsweise Aluminium oder Silizium als Zusatzbestandteile aufweist. Selbst wenn Nickel oder Magnesium als Zusatzbestandteile zum Einsatz kommen, werden Schmelzpunkte der Matrixkomponente in diesem Bereich beobachtet.First of all, the melting point of the matrix component according to the invention with copper as the base material is typically below 1200 ° C., in most cases even below 1100 ° C. This applies a fortiori when the matrix component has, in addition to copper as its main constituent, other constituents such as, for example, aluminum or silicon as additional constituents. Even if nickel or magnesium are used as additional constituents, melting points of the matrix component are observed in this range.
Demgegenüber erfordern Matrixkomponenten mit überwiegend Nickel respektive solche auf Nickelchrombasis Temperaturen beim thermischen Beschichten, die 1500 °C und mehr überschreiten, damit die Matrixkomponente schmilzt und die Oberfläche des zu beschichtenden Bauteils bedecken kann. Solche Temperaturen bei nickelbasierten Matrizen kommen in den Bereich der Schmelzpunkte der eingesetzten Hartstoffe, die im Regelfall bei mehr als 2000 °C angesiedelt sind, beispielsweise für Wolframschmelzkarbid bei ca. 2500 °C liegen. Das führt im Stand der Technik dazu, dass die in die Matrix eingelagerten Hartstoffpartikel zumindest an ihrer Oberfläche (geringfügig) schmelzen bzw. anschmelzen können, so dass ihre Haftung bzw. ihr Halt in der nickelchrombasierten Matrix geschwächt ist. Eine solche Schwächung macht sich insbesondere bei einer schlagenden Beanspruchung der solchermaßen realisierten Verschleiß- und/oder Korrosionsschutzschicht bemerkbar.In contrast, predominantly nickel-based or nickel-chromium-based matrix components require thermal coating temperatures that exceed 1500 ° C. and more to allow the matrix component to melt and cover the surface of the component to be coated. Such temperatures in the case of nickel-based matrices come within the range of the melting points of the hard materials used, which as a rule are more than 2000.degree. C., for example for tungsten carbide at about 2500.degree. This leads in the prior art to the fact that the hard particles embedded in the matrix can (slightly) melt or melt at least on their surface, so that their adhesion or their hold in the nickel-chromium-based matrix is weakened. Such a weakening is noticeable in particular in the case of a striking stress of the thus realized wear and / or corrosion protection layer.
Demgegenüber ist im Rahmen der Erfindung aufgrund des großen Abstandes der Schmelzpunkte von einerseits der Matrixkomponente und andererseits der Hartstoffkomponente von im Regelfall wenigstens 800 °C und meistens sogar von mehr als 1000 °C damit zu rechnen, dass die in die realisierte Matrix eingelagerten Hartstoffpartikel nicht, auch nicht oberflächlich angeschmolzen werden, ihre Härte beibehalten und insbesondere fest in der Matrix verankert sind. In Verbindung mit der weiteren Tatsache, dass im Rahmen der Erfindung die Matrix auf Basis der Matrixkomponente mit Kupfer als Basismaterial insgesamt weicher als eine solche auf Basis von beispielsweise Nickel ausgelegt ist, lassen sich Schläge oder allgemein schlagende Beanspruchungen besonders gut beherrschen. Denn die einwandfreie Verankerung der Hartstoffpartikel in der kupferbasierten Matrix einerseits und die gesteigerte Elastizität der kupferbasierten Matrix andererseits führen erfindungsgemäß dazu, dass insbesondere schlagende Beanspruchungen der Oberfläche gleichsam abgefedert werden und nicht dazu führen, dass die Verschleißschutzschicht abplatzt. Als Folge hiervon sind besonders hohe Standzeiten der solchermaßen realisierten Verschleiß- und/oder Korrosionsschutzschicht zu beobachten. In contrast, in the context of the invention due to the large distance of the melting points of one part of the matrix component and on the other hand, the hard material component of usually at least 800 ° C and usually even more than 1000 ° C to be expected that the stored in the realized matrix hard particles, also not superficially melted, maintain their hardness and in particular are firmly anchored in the matrix. In connection with the further fact that, in the context of the invention, the matrix based on the matrix component with copper as the base material is altogether softer than that based on, for example, nickel, it is possible to control blows or generally impacting stresses particularly well. For the proper anchoring of the hard material particles in the copper-based matrix on the one hand and the increased elasticity of the copper-based matrix on the other hand according to the invention to the fact that in particular beating stresses on the surface as it were cushioned and do not cause the wear protection layer flakes off. As a consequence of this, particularly long service lives of the thus realized wear and / or corrosion protection layer can be observed.
Im Regelfall liegen die Matrixkomponente und die Hartstoffkomponente im gewichtsmäßigen Verhältnis 70 zu 30 bis 30 zu 70, bezogen auf die gesamte Werkstoffzusammensetzung, vor. Das heißt, die Matrixkomponente kann bis zu 70 Gew.-% der gesamten Werkstoffzusammensetzung ausmachen. In diesem Fall wird für die Hartstoffkomponente ein Anteil von 30 Gew.-% an der gesamten Werkstoffzusammensetzung beobachtet. Grundsätzlich kann das Verhältnis aber auch umgekehrt vorliegen. In diesem Fall beträgt der gewichtsmäßige Anteil der Matrixkomponente an der gesamten Werkstoffzusammensetzung 30 Gew.-%, wohingegen die Hartstoffkomponente einen gewichtsmäßigen Anteil von 70 Gew.-% einnimmt. Zwischen diesen beiden Wertepaaren sind jegliche denkbare Mischungszusammensetzungen im Rahmen der Erfindung umfasst.As a rule, the matrix component and the hard material component are present in a weight ratio of 70 to 30 to 30 to 70, based on the total material composition. That is, the matrix component can account for up to 70% by weight of the total material composition. In this case, a proportion of 30 wt .-% of the total material composition is observed for the hard material component. In principle, however, the ratio can also be reversed. In this case, the proportion by weight of the matrix component of the total material composition is 30 wt .-%, whereas the hard material component occupies a weight fraction of 70 wt .-%. Between these two pairs of values, any conceivable mixture compositions are included within the scope of the invention.
Wie bereits einleitend erläutert, weist die Matrixkomponente neben Kupfer als Hauptbestandteil auch Aluminium, Nickel, Mangan, Molybdän, Silizium, Chrom usw. als Zusatzbestandteile auf. Dabei ist in jedem Fall gewährleistet, dass Kupfer nach wie vor den Hauptbestandteil der Matrixkomponente darstellt, also den gewichtsmäßigen Bestandteil der Matrixkomponente, welcher am größten ist.As already explained in the introduction, the matrix component in addition to copper as a main component and aluminum, nickel, manganese, molybdenum, silicon, chromium, etc. as additional components. In any case, it is ensured that copper is still the main constituent of the matrix component, ie the weight-average constituent of the matrix component which is the largest.
Die Matrixkomponente und die Hartstoffkomponente können in Granulat- oder Pulverform vorliegen. Dabei haben sich Korngrößen von im Regelfall weniger als 100 µm jeweils als günstig erwiesen. Dadurch lässt sich die erfindungsgemäße Werkstoffzusammensetzung beispielsweise durch thermisches Spritzen bzw. Plasmaspritzen auf die entsprechend auszurüstende Oberfläche aufbringen.The matrix component and the hard material component may be in granular or powder form. In this case, grain sizes of less than 100 microns have generally proven to be favorable. As a result, the material composition according to the invention can be applied, for example by thermal spraying or plasma spraying, to the surface to be suitably equipped.
Alternativ oder zusätzlich kann die Matrixkomponente aber auch größtenteils in Drahtform mit oder ohne Füllung realisiert werden. Im erstgenannten Fall greift die Erfindung beispielsweise auf einen Fülldraht zurück, der aus größtenteils Kupfer besteht. Der fragliche Fülldraht verfügt in diesem Fall über eine Füllung aus überwiegend der Hartstoffkomponente. Beispielsweise kann der Fülldraht, bezogen auf die Werkstoffzusammensetzung, einen Bestandteil von 60 Gew.-% darstellen, wobei die Füllung 40 Gew.-% der gesamten Werkstoffzusammensetzung einnimmt. Die 40 Gew.-prozentige Füllung mag sich ihrerseits aus 80 Gew.-% der Hartstoffpartikel und beispielsweise 20 Gew.-% Aluminiumpulver zusammensetzen, bezogen auf die Füllung.Alternatively or additionally, however, the matrix component can also be largely realized in wire form with or without filling. In the former case, the invention uses, for example, a cored wire which consists mainly of copper. The filler wire in question in this case has a filling of predominantly the hard material component. For example, the filler wire, based on the material composition, a component of 60 wt .-%, wherein the filling occupies 40 wt .-% of the total material composition. The 40% by weight filling in turn may be composed of 80% by weight of the hard material particles and, for example, 20% by weight of aluminum powder, based on the filling.
Als Folge hiervon beobachtet man im Beispielfall einen Anteil von in etwa 60 Gew.-% Kupfer, ca. 30 Gew.-% Hartstoffkomponente bzw. Hartstoff (0,4·80 Gew.-%) und ca. 10 Gew.-% Aluminium (0,4·20 Gew.-%), welches der Matrixkomponente bzw. den 60 Gew.-% Kupfer, insgesamt jeweils bezogen auf die Werkstoffzusammensetzung, zugeschlagen werden muss. Das heißt, in diesem Fall setzt sich die erfindungsgemäße Werkstoffzusammensetzung aus 70 Gew.-% der Matrixkomponente (60 Gew.-% Fülldraht aus Kupfer und ca. 10 Gew.-% Aluminiumpulver als Bestandteil der Füllung) und 30 Gew.-% der Hartstoffkomponente zusammen.As a consequence thereof, in the example case, a proportion of about 60% by weight of copper, about 30% by weight of hard material component or hard material (0.4 × 80% by weight) and about 10% by weight of aluminum is observed (0.4 × 20% by weight), which must be added to the matrix component or the 60% by weight of copper, in each case based on the material composition. That is, in this case, the material composition according to the invention consists of 70 wt .-% of the matrix component (60 wt .-% filler wire of copper and about 10 wt .-% aluminum powder as part of the filling) and 30 wt .-% of the hard material component together.
Alternativ oder zusätzlich ist es aber auch möglich und liegt im Rahmen der Erfindung, dass die Matrixkomponente in Drahtform zur Verfügung gestellt wird und die Hartstoffkomponente beispielsweise als Granulat bei einem entsprechenden Schweißverfahren, beispielsweise einem Lichtbogenschweißverfahren zugeführt wird. Auch Mischformen sind denkbar.Alternatively or additionally, however, it is also possible and within the scope of the invention that the matrix component is provided in wire form and the hard material component is supplied, for example, as granules in a corresponding welding process, for example an arc welding process. Mixed forms are also conceivable.
Bei der Hartstoffkomponente handelt es sich vorteilhaft um Wolframschmelzkarbid, Bornitrid oder einen ähnlichen nichtmetallischen Hartstoff, der typischerweise eine Vickershärte von mehr als 2000 HV aufweist. Demgegenüber ist die Vickershärte der Matrix – wie bereits erläutert – regelmäßig im Bereich von 100 HV und allgemein unterhalb von 500 HV angesiedelt. Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zum thermischen Beschichten von Oberflächen, wie es im Anspruch 10 näher erläutert wird.The hard material component is advantageously tungsten carbide, boron nitride or a similar non-metallic hard material, which typically has a Vickers hardness of more than 2000 HV. In contrast, the Vickers hardness of the matrix is - as already explained - regularly in the range of 100 HV and generally below 500 HV located. The invention also provides a process for the thermal coating of surfaces, as explained in more detail in claim 10.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Werkstoffzusammensetzung zum thermischen Beschichten von Oberflächen wird nachfolgend anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur in der
Man erkennt in den Figuren zunächst einmal einen Kupferwickel
Die beiden Längsränder
Zum Abschluss passiert der wannenartig geformte Kupferstreifen
Bezogen auf die erfindungsgemäße Werkstoffzusammensetzung weist die solchermaßen realisierte Matrixkomponente zunächst einmal 60 Gew.-% Kupfer in Gestalt des geformten Kupferbandes
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 10259141 A1 [0002, 0005, 0012] DE 10259141 A1 [0002, 0005, 0012]
- DE 102007019150 A1 [0006] DE 102007019150 A1 [0006]
- DE 10163976 A1 [0007] DE 10163976 A1 [0007]
- DE 10301135 B4 [0013] DE 10301135 B4 [0013]
Claims (10)
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE201310112079 DE102013112079A1 (en) | 2013-11-04 | 2013-11-04 | Material composition for the thermal coating of surfaces and associated method |
EP14786514.1A EP3066226A1 (en) | 2013-11-04 | 2014-10-21 | Material composition for the thermal coating of surfaces, and corresponding method |
PCT/EP2014/072512 WO2015062912A1 (en) | 2013-11-04 | 2014-10-21 | Material composition for the thermal coating of surfaces, and corresponding method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE201310112079 DE102013112079A1 (en) | 2013-11-04 | 2013-11-04 | Material composition for the thermal coating of surfaces and associated method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102013112079A1 true DE102013112079A1 (en) | 2015-05-07 |
Family
ID=51752134
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE201310112079 Withdrawn DE102013112079A1 (en) | 2013-11-04 | 2013-11-04 | Material composition for the thermal coating of surfaces and associated method |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP3066226A1 (en) |
DE (1) | DE102013112079A1 (en) |
WO (1) | WO2015062912A1 (en) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2002198A (en) * | 1931-11-19 | 1935-05-21 | Haynes Stellite Co | Surface hardening metal articles |
DE10163976A1 (en) | 2001-12-22 | 2003-07-31 | Federal Mogul Friedberg Gmbh | Production of a wear resistant surface coating used for the running surfaces of machine parts, especially piston rings of combustion engines comprises using an arc spraying process |
DE10259141A1 (en) | 2002-12-18 | 2004-07-08 | Corodur Verschleiss-Schutz Gmbh | Material system for thermally coating metallic components subjected to wear and/or corrosion comprises a metallic sleeve made from nickel or nickel alloy and a filler made from vanadium carbides |
DE10301135B4 (en) | 2003-01-14 | 2006-08-31 | AHC-Oberflächentechnik GmbH & Co. OHG | Object with a wear protection layer |
US20080098926A1 (en) * | 2003-06-06 | 2008-05-01 | Michael Seitz | Composite wires for coating substrates and methods of use |
DE102007019150A1 (en) | 2007-04-20 | 2008-10-30 | Durum Verschleißschutz GmbH | Material and method for coating a surface |
US20130092453A1 (en) * | 2011-10-14 | 2013-04-18 | Charles Daniel Johnson | Use of tungsten carbide tube rod to hard-face pdc matrix |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3999036A (en) * | 1975-03-07 | 1976-12-21 | Viktor Alexeevich Muratov | Powder-cored strip electrode for surfacing with abrasion-resistant composite alloys |
DE10324713A1 (en) * | 2003-05-30 | 2004-12-16 | Erhard Dipl.-Ing. Scholz | Spraying material for increasing the wear resistance of functional surfaces in engine and transmission construction in vehicles comprises a metallic casing and a powder filling material to which silicon or silicon compounds are added |
CN101811233B (en) * | 2009-08-31 | 2012-10-24 | 朱明生 | Tungsten carbide welding rod and welding wire |
-
2013
- 2013-11-04 DE DE201310112079 patent/DE102013112079A1/en not_active Withdrawn
-
2014
- 2014-10-21 EP EP14786514.1A patent/EP3066226A1/en not_active Withdrawn
- 2014-10-21 WO PCT/EP2014/072512 patent/WO2015062912A1/en active Application Filing
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2002198A (en) * | 1931-11-19 | 1935-05-21 | Haynes Stellite Co | Surface hardening metal articles |
DE10163976A1 (en) | 2001-12-22 | 2003-07-31 | Federal Mogul Friedberg Gmbh | Production of a wear resistant surface coating used for the running surfaces of machine parts, especially piston rings of combustion engines comprises using an arc spraying process |
DE10259141A1 (en) | 2002-12-18 | 2004-07-08 | Corodur Verschleiss-Schutz Gmbh | Material system for thermally coating metallic components subjected to wear and/or corrosion comprises a metallic sleeve made from nickel or nickel alloy and a filler made from vanadium carbides |
DE10301135B4 (en) | 2003-01-14 | 2006-08-31 | AHC-Oberflächentechnik GmbH & Co. OHG | Object with a wear protection layer |
US20080098926A1 (en) * | 2003-06-06 | 2008-05-01 | Michael Seitz | Composite wires for coating substrates and methods of use |
DE102007019150A1 (en) | 2007-04-20 | 2008-10-30 | Durum Verschleißschutz GmbH | Material and method for coating a surface |
US20130092453A1 (en) * | 2011-10-14 | 2013-04-18 | Charles Daniel Johnson | Use of tungsten carbide tube rod to hard-face pdc matrix |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2015062912A1 (en) | 2015-05-07 |
EP3066226A1 (en) | 2016-09-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE3881006T2 (en) | INSERT BODY FOR STONE DRILLS. | |
DE602005004301T2 (en) | Material for parts or coatings which are subject to wear or friction, methods of making the same and use of the material in a torque reduction device for drill string components | |
DE102009008105B4 (en) | Brake disc for a vehicle | |
DE69327291T2 (en) | Cutting element for rotary drilling milling cutters | |
DE112011102562T5 (en) | Metal matrix pick | |
DE202015102837U1 (en) | Elevator brake and / or safety gear with welded brake pad | |
EP2142334B1 (en) | Material and method for coating a surface | |
WO2019096539A1 (en) | Cutting tool | |
EP0123961A2 (en) | Abrasion-resistant composite article and process for its manufacture | |
DE102007057906B4 (en) | coating arrangement | |
DE2423963A1 (en) | EARTH WORKING TOOL | |
DE2918248B2 (en) | Valve seat insert | |
DE102010022594A1 (en) | Wheelset for a rail-bound vehicle with rockfall protection and method for its production | |
DE3329009C2 (en) | Soil cultivation tool | |
EP0972606B1 (en) | Powder material for wear resistant coatings and process of applying same | |
DE102011081443A1 (en) | Drill bit, in particular reinforced concrete bit | |
DE4134210A1 (en) | TANK PANEL | |
AT11730U1 (en) | METHOD FOR PRODUCING A CUTTING EDGE AND CUTTING EDGE PRODUCED ACCORDING TO THIS METHOD | |
DE102013112079A1 (en) | Material composition for the thermal coating of surfaces and associated method | |
DE3515382A1 (en) | Drilling and excavating tools with embedded hard-material grains | |
DE3643774C1 (en) | Armouring component giving protection against radiation | |
DE3808417A1 (en) | Armour plate | |
DE102005039036C5 (en) | Roller bits, in particular for tunnel boring machines | |
DE19627039A1 (en) | Sieve plate | |
DE2630932A1 (en) | WEAR-RESISTANT COMPOSITE MATERIAL |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |