DE10324713A1

DE10324713A1 - 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

Info

Publication number: DE10324713A1
Application number: DE2003124713
Authority: DE
Inventors: Erhard Dipl.-Ing. Scholz; René Dipl.-Ing. Scholz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-05-30
Filing date: 2003-05-30
Publication date: 2004-12-16

Abstract

Spraying material comprises a metallic casing and a powder filling material. Up to 50 wt.%, preferably 5-35 wt.%, silicon compounds or pure silicon are added to the casing material and/or filling material. The filling material is made from silicon carbide, boron carbide, titanium carbide, niobium carbide, vanadium carbide, tungsten molten carbide or chromium carbide having a grain size of 3.5-400 Micro.

Description

Die Erfindung betrifft einen Spritzwerkstoff in Form von Fülldrähten oder Füllbändern zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit von auf Verschleiß und Korrosion beanspruchten Funktionsoberflächen im Leichtbau.The The invention relates to a spray material in the form of cored wire or Filling belts for Increasing the wear resistance from on wear and tear Functional surfaces subject to corrosion in lightweight construction.

Die moderne Leichtbauweise, wie zum Beispiel der Motoren- und Getriebebau im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik, aber auch der Bau von Walzanlagen verlangt nach Leichtmetall-Legierungen, wobei die Gewichtseinsparung im Vordergrund steht. Die zyklische Belastung der Berührungsflächen führt daher zu Verschleißbeanspruchungen, denen Leichtmetall-Legierungen aufgrund ihrer spezifischen Eigenschaften nicht standhalten. Gemeint ist hier die Gefügeart und die fehlende Härte. Im Falle von Walzanlagen kann neben dem Verschleiß auch die korrosive Beanspruchung eine entscheidende Rolle spielen.The modern lightweight construction, such as engine and transmission construction in the field of automotive engineering, but also the construction of rolling mills demands for light metal alloys, whereby the weight saving is in the foreground. The cyclical loading of the contact surfaces therefore results wear and tear, light alloys due to their specific properties do not withstand. What is meant here is the structure and the lack of hardness. in the In the case of rolling mills, in addition to wear, corrosive stress can also occur play a crucial role.

Leichtmetall-Werkstoffe besitzen außerdem eine geringe Beständigkeit gegen Abrasion oder Erosion / Kavitation.Light metal materials also have one low resistance against abrasion or erosion / cavitation.

Eine Möglichkeit des Verschleißschutzes ist das thermische Auftragsschweißen mittels Hartstoffen. Für Leichtmetalle können die in der Schweißtechnik üblicherweise verwendeten Karbide (Wolframschmelzkarbide, Chromkarbide, Niobkarbide oder Vanadiumkarbide) aufgrund ihrer hohen Dichte nicht eingesetzt werden, da diese Karbide stark seigern und sich am Grund der Beschichtung ablagern. Die Beschichtungen werden stark inhomogen und führen außerdem zu einer unerwünschten Gewichtszunahme.A possibility wear protection is thermal build-up welding using hard materials. For light metals can those commonly used in welding technology carbides used (tungsten carbide, chrome carbide, niobium carbide or Vanadium carbides) are not used due to their high density, since these carbides strongly segregate and stick to the bottom of the coating deposit. The coatings become very inhomogeneous and also lead to an unwanted Weight gain.

Spritzwerkstoffe, die aus einer metallischen Komponente und Hartstoffen in Form von Karbiden bestehen, sind als homogene Legierung nicht verfügbar. Sie können aber als Fülldrähte in verschiedenen Ausführungen, wie zum Beispiel formgeschlossen, nahtlos als Rohr sowie auch als Flachfülldraht (Flachfüllband) hergestellt werden. Die Zusammensetzungen der Fülldrähte prägen die Eigenschaften und das Schweißverhalten bzw. das Auftragsverhalten.Spray materials, which consist of a metallic component and hard materials in the form of Carbides are not available as a homogeneous alloy. she can but as cored wires in different designs, such as form-closed, seamless as a tube and also as Flachfülldraht (Flachfüllband) getting produced. The composition of the cored wire characterizes the properties and the welding behavior or the order behavior.

Fülldrähte bzw. Füllbänder bestehen üblicherweise aus einem metallischen Mantel und einem in diesen eingebrachten Füllmaterial in Pulverform. Nachdem das Pulver in den metallischen Mantel, beispielsweise einem Rohr eingerüttelt und somit verdichtet wurde, wird der Mantel durch Ziehen oder Walzen auf einen vorgegebenen Enddurchmesser reduziert.Cored wires or Filling tapes usually exist from a metallic sheath and an inserted in it filling material in powder form. After the powder in the metallic shell, for example shaken a pipe and thus has been compacted, the jacket is pulled or rolled reduced to a given final diameter.

Das Aufbringen der Beschichtung kann bevorzugt mittels eines thermischen Spritzverfahrens, zum Beispiel durch ein autogenes Flammspritzverfahren oder Lichtbogen-Spritzverfahren, erfolgen.The The coating can preferably be applied by means of a thermal Spraying process, for example by an autogenous flame spraying process or arc spraying.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Spritzwerkstoff strukturell dahingehend zu verbessern, daß er über eine höhere Matrixhärte verfügt und durch eingelagerte Hartstoffe bezüglich der Verschleißfestigkeit verbessert wird.task the invention is structurally related to a spray material to improve that he has a higher matrix hardness has and by stored hard materials with regard to wear resistance is improved.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß dem Mantelwerkstoff und / oder dem Füllmaterial bis zu 50 Gewichtsprozent, vorzugsweise 5 bis 35 Gewichtsprozent, Si-Verbindungen oder reines Silizium zugesetzt sind, wobei als Füllmaterial Siliziumkarbid, Borkarbid, Titankarbid, Niobkarbid, Vanadiumkarbid, Wolframschmelzkarbid oder Chromkarbid in einem Kornbereich von 3,5 bis 400 μm einzeln oder als Gemisch Verwendung findet.According to the invention achieved in that the Jacket material and / or the filler material up to 50 percent by weight, preferably 5 to 35 percent by weight, of Si compounds or pure silicon are added, the filling material being silicon carbide, Boron carbide, titanium carbide, niobium carbide, vanadium carbide, tungsten carbide or chrome carbide in a grain size range of 3.5 to 400 μm individually or used as a mixture.

Der Mantelwerkstoff besteht aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung oder einer Magnesium-Aluminium-Legierung.The Jacket material consists of aluminum, an aluminum alloy or a magnesium-aluminum alloy.

Aus korrosions-chemischer Sicht kann dieser Mantelwerkstoff auch aus Kupfer, Chrom-, Chrom-Nickel oder Chrom-Nickel-Molybdän-Stahl bzw. Nickel bestehen. Die Härtesteigerung bzw. die Zugabe von Hartstoffen erfolgt über die Füllung des Mantels. Als Hartstoffe kommen die vorgenannten Karbide in Pulverform in Betracht. Das Füllmaterial kann als Gemenge, Agglomerat oder als Vorlegierung ausgeführt sein. Um eine bessere Fluß- und Benetzungsfähigkeit des Spritzwerkstoffes zu erzielen, wird ein höherer Si-Gehalt (bis 35 Gewichtsprozent) angestrebt, was sowohl über den Mantelwerkstoff als auch über das Füllmaterial (oder auch beides) realisiert werden kann.Out From a corrosion-chemical point of view, this jacket material can also be used Copper, chrome, chrome-nickel or chrome-nickel-molybdenum steel or Nickel exist. The increase in hardness or the addition of hard materials takes place via the filling of the jacket. As hard materials the aforementioned carbides in powder form come into consideration. The filling material can be designed as a batch, agglomerate or as a master alloy. To better flow and wetting ability to achieve the spray material, a higher Si content (up to 35 percent by weight) is sought, what about both the sheath material as well the filling material (or both) can be realized.

Eine Gefahr der Inhomogenität durch Seigerung (Sedimentation) der schweren Karbide – wie vergleichsweise beim Schweißen – besteht infolge der Erstarrungsverhältnisse beim thermischen Spritzen nicht. Die schmelzflüssigen, kleinen Tropfen erzeugen kein Schweißbad, das heißt sie erstarren unmittelbar nach dem Auftreten auf den Grundwerkstoff.A Danger of inhomogeneity by segregation (sedimentation) of the heavy carbides - as by comparison when welding - exists due to the solidification conditions not with thermal spraying. Create the molten, small drops no sweat pool, this means they solidify on the base material immediately after their appearance.

Es ist dabei unerheblich, ob die Füllstoffe als Vorlegierung, Agglomerat oder Gemenge zum Einsatz gelangen. Neben den Füllstoffen in Pulverform können auch ein oder mehrere Drähte aus legierten Werkstoffen in den Mantel eingebracht werden.It it is irrelevant whether the fillers can be used as master alloy, agglomerate or batch. In addition to the fillers in powder form also one or more wires made of alloyed materials.

Als Karbidgröße kommen solche von 3,5 bis 300 μm in Betracht. Hierbei richtet sich der Kornbereich nach den Einsatzbedingungen, das heißt je nach Art der mechanischen Nachbearbeitung (Drehen bzw. Hornen) kann unter Umständen die maximale Korngröße auf etwa 20 oder 30 μm eingeengt werden.Carbide sizes from 3.5 to 300 μm come into consideration. The grain range depends on the operating conditions, i.e. depending on the type of mechanical finishing (Dre hen or horns), the maximum grain size may be reduced to about 20 or 30 μm.

Die Korngrenze des Füllstoffes hingegen ist im Interesse der Verformbarkeit (Ziehen und / oder Walzen) auf maximal 400 μm zu begrenzen.The Grain limit of the filler on the other hand is in the interest of deformability (drawing and / or rolling) to a maximum of 400 μm to limit.

Die analytische Einstellung eines Fülldrahtes erfolgt unter Berücksichtigung von Füllstoff- und Mantelmaterial. Der Füllgrad beträgt im Minimum etwa 10% und je nach Herstellungsmethode bis etwa 50%.The analytical setting of a cored wire is carried out considering of filler and jacket material. The degree of filling is at least about 10% and depending on the manufacturing method up to about 50%.

Der zur Verbesserung der Benetzungsfähigkeit höhere Si-Gehalt ≥ 12,0% kann dem Füllstoff ganz oder teilweise als Ferrosilizium zugeführt werden. Im Falle einer Zugabe von FeSi 65 oder FeSi 75 werden bei einem Füllanteil von 28% (Mantel Al 99,5%) ein bemerkenswert feinkörniges und dichtes Substrat bei vergleichsweise höherer Härte erzielt.The to improve the wetting ability higher Si content ≥ 12.0% can fill the whole or partially supplied as ferrosilicon. In case of a FeSi 65 or FeSi 75 are added for a filling proportion of 28% (coat Al 99.5%) a remarkably fine-grained and dense substrate with comparatively higher hardness achieved.

Anhand eines Ausführungsbeispieles soll die Erfindung näher beschrieben werden.Based of an embodiment the invention is intended to be closer to be discribed.

Der Spritzwerkstoff in Form eines Fülldrahtes zur Erhöhung der Verschleiß und Korrosionsflächen von Walzen in Walzgerüsten besteht zum einen aus einem rohrförmigen Mantel und zum anderen aus einem darin befindlichen Füllmaterial.The Spray material in the form of a cored wire for increase wear and Corrosion areas from Rolling in roll stands consists on the one hand of a tubular jacket and on the other from a filling material inside.

Die Walze besteht aus Gründen des Leichtbaus aus einem Mantel aus einer Aluminiumlegierung. Da dieser Werkstoff verschleiß- und korrosionsanfällig ist, wird die Mantelfläche mit einer thermisch aufgespritzten Schutzschicht versehen.The Roller exists for reasons of lightweight construction from an aluminum alloy jacket. There this material is wear- and susceptible to corrosion is, the outer surface provided with a thermally sprayed protective layer.

Der dazu verwendete Fülldraht weist einen rohrförmigen Mantel auf, der aus einer Aluminiumlegierung mit einem Zusatz von 30 Gewichtsprozent Ferrosilizium mit einem Si-Gehalt von 75 Gewichtsprozent besteht.The cored wire used for this has a tubular Coat made of an aluminum alloy with an addition of 30 percent by weight of ferrosilicon with an Si content of 75 percent by weight consists.

Befüllt wird dieser Mantel mit einem Gemenge von Titankarbid, Vanadiumkarbid, Wolframschmelzkarbid und Chromkarbid, wobei die Karbide in Pulverform mit einer Körnung von 30 μm und in gleichen Teile vorliegen.Is filled this coat with a mixture of titanium carbide, vanadium carbide, Tungsten melting carbide and chrome carbide, the carbides in powder form with a grit of 30 μm and in equal parts.

Nach dem Befüllen und Verdichten des Füllmaterials wird auf den Enddurchmesser gezogen. Mit dem so erhaltenen Fülldraht wird mittels einer Lichtbogen-Spritzpistole die Schutzschicht auf die Manteloberfläche der Walze aufgebracht.To filling and compacting the filler is drawn to the final diameter. With the cored wire thus obtained the protective layer is applied using an electric arc spray gun the jacket surface applied to the roller.

Die durch den Lichtbogen entstehenden kleinen Tropfen erstarren unmittelbar nach dem Auftreffen auf den Grundwerkstoff, wodurch ein Absinken der Hartstoffe sicher vermieden wird.The small drops created by the arc solidify immediately after hitting the base material, causing the Hard materials are safely avoided.

Claims

Spray material in the form of cored wires or filler tapes to increase the wear resistance of functional surfaces subject to wear and corrosion in lightweight construction, consisting of a metallic jacket and a powdered filler therein, characterized in that the jacket material and / or the filler up to 50 percent by weight, preferably 5 to 35 percent by weight, Si compounds or pure silicon are added, the filler material consisting of silicon carbide, boron carbide, titanium carbide, niobium carbide, vanadium carbide, tungsten melting carbide or chromium carbide in a grain size range from 3.5 to 400 μm, individually or as a mixture.

Spray material according to claim 1, characterized in that as Si compound preferably ferrosilicon with a Si content greater than 60% Is used.

Spray material according to claim 1 and 2, characterized in that the Sheath material made of aluminum, an aluminum alloy or one Aluminum-magnesium alloy is made.

Spray material according to claim 1 and 2, characterized in that the Sheath material made of copper, chrome, chrome-nickel or chrome-nickel-molybdenum steel or consists of nickel.

Spray material according to claims 1 to 4, characterized in that that this filling material is designed as a batch, agglomerate or as a pre-melting alloy.

Spray material according to claims 1 to 5, characterized in that that alongside the filling material in Powdered one or more wires made of alloyed materials.

Spray material according to claims 1 to 6, characterized in that that the Spray material in the form of cored wire or Filling bands in the thermal spray process can be applied to the surface to be protected is.