DE1089614B - Method and device for flame spraying - Google Patents
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Description
DEUTSCHESGERMAN
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Aufbringen von verbesserten Oberflächenüberzügen auf Gegenstände aller Art mittels einer Fiammspritzpistole, die besonders vorteilhaft zum Aufbringen von Oberflächenüberzügen aus Materialien mit hohem Schmelzpunkt geeignet ist.The present invention relates to the application of improved surface coatings Objects of all kinds by means of a flame spray gun, which is particularly advantageous for applying Surface coatings made of materials with a high melting point is suitable.
Es ist bekannt, einen Gegenstand mit einem Schutzüberzug zu versehen, indem der Gegenstand mit einem geschmolzenen und zerstäubten Material besprüht wird, das an einer vorgereinigten Oberfläche des Gegenstandes anhaftet. Das Überzugsmaterial, gewöhnlich in Form einer Stange, wurde in die Flamme eines Gasbrenners eingeführt, um es zu schmelzen, und hierauf wurde das geschmolzene. Material gegen die zu überziehende Oberflache mit Hilfe eines Luftstromes oder eines Stromes von inertem Gas geblasen. Bei Verwendung von Metallen mit niedrigem Schmelzpunkt erzielte man Erfolge, jedoch genügen diese Überzüge für viele Anwendungen nicht, da sie oft porös und häufig ungleichmäßig verteilt sind. Vielfach fehlen ihnen die sehr erwünschten Eigenschaften eines guten Schutzüberzuges, wie Harte, sowie ein guter Abnutzungswiderstand und Korrosionsbeständigkeit. It is known to provide an object with a protective coating by the object with a molten and atomized material is sprayed onto a pre-cleaned surface attached to the object. The coating material, usually in the form of a rod, was inserted into the The flame of a gas burner was introduced to melt it, and the melted one was then melted. material against the surface to be coated with the aid of a stream of air or a stream of inert Blown gas. However, some success has been achieved using metals with a low melting point These coatings are not sufficient for many applications because they are often porous and often distributed unevenly are. In many cases they lack the very desirable properties of a good protective coating, such as hardness, as well as good wear resistance and corrosion resistance.
Die vorliegende Erfindung hat den Zweck, die verschiedenen obenerwähnten Nachteile der bekannten Spritzverfahren zu beseitigen.The present invention aims to meet the various to eliminate the above-mentioned disadvantages of the known spraying process.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Flammspritzverfahren sowie auf eine Flammspritzpistole mit einem an den inneren Verbrennungsraum angeschlossenen Entladungskanal, wobei ein Gemisch, bestehend aus einem Brenngas, einem Oxydationsmittel und einem festen Überzugsmaterial und gegebenenfalls einem Trägergas, mit Hilfe einer Injektordüse in den Verbrennungsraum bzw. Entladungskanal gelangt.The invention relates to a flame spraying process as well as a flame spray gun with one connected to the internal combustion chamber Discharge channel, wherein a mixture consisting of a fuel gas, an oxidizing agent and a solid coating material and optionally a carrier gas, with the help of an injector nozzle into the combustion chamber or discharge channel arrives.
Die neue Flammspritzpistole ist dadurch gekennzeichnet, daß die Injektordüse mit einem aus im wesentlichen gleichmäßiger Bohrung bestehenden. Entladungskanal verbunden und die Bohrung der Injektordüse koaxial nach rückwärts erweitert ist und sich hinter den seitlich angeordneten Einlaßkanal für das Brenngas erstreckt.The new flame spray gun is characterized in that the injector nozzle with one of essentially even bore existing. Discharge channel connected and the bore of the injector nozzle is expanded coaxially backwards and behind the laterally arranged inlet channel for the Fuel gas extends.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Darstellungen von Ausführungsbeispielen. Es zeigtFurther features of the invention emerge from the representations of exemplary embodiments. It shows
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform der Flammspritzpistole,1 shows a longitudinal section through a preferred embodiment of the flame spray gun,
Fig. 2 einen Teilschnitt durch eine Abwandlungsform der in Fig. 1 gezeigten Pistole. FIG. 2 shows a partial section through a modified form of the pistol shown in FIG. 1.
Die in Fig. 1 veranschaulichte Flammspritzpistole 10 ist mit einem Brenner 11 versehen, mit einem erweiterten
Abschnitt 12, der in einen vom Einlaß bis zum Auslaß unverengten Kanal übergeht. Das in den
Kanal eingeführte brennbare Gemisch wird darin ent-Verfahren und Vorrichtung
zum FlammspritzenThe flame spray gun 10 illustrated in FIG. 1 is provided with a burner 11, with an enlarged section 12 which merges into a channel that is not narrowed from the inlet to the outlet. The combustible mixture introduced into the sewer is then ent-method and device
for flame spraying
Anmelder:Applicant:
Union Carbide Corporation,
Ne^ York, N. Y. (V. St. A.)Union Carbide Corporation,
Ne ^ York, NY (V. St. A.)
Vertreter: Dipl.-Ing. H. Görtz, Patentanwalt,
Frankfurt/M., Schneckenhofstr. 27Representative: Dipl.-Ing. H. Görtz, patent attorney,
Frankfurt / M., Schneckenhofstr. 27
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 2. Mai 1955Claimed priority:
V. St. v. America May 2, 1955
George Harvey Smith, Kenmore, N. Y.,George Harvey Smith, Kenmore, N.Y.,
Richard Corey Eschenbach, Lafayette,Richard Corey Eschenbach, Lafayette,
und John Franklin Pelton, Indianapolis, Ind.and John Franklin Pelton, Indianapolis, Ind.
(V. St. A.),
sind als Erfinder genannt worden(V. St. A.),
have been named as inventors
zündet, durchgeleitet und dann am anderen Ende als ein Strom heißer Verbrennungsgase ausgelassen, wobei ein Flammenstrahl erzeugt wird, der einen hohen Wärmeübertragungsgrad, eine hohe Geschwindigkeit und Druckkraft besitzt.ignites, passed through and then discharged at the other end as a stream of hot combustion gases, whereby a flame jet is generated which has a high degree of heat transfer, a high speed and has compressive force.
Um zufriedenstellende Ergebnisse zu erzielen, ist es wesentlich, daß zum Herstellen eines Oberflächenüberzuges auf einem Gegenstand unter Verwendung einer Flammspritzpistole gemäß der vorliegenden Erfindung Bedingungen aufrechterhalten werden, wonach ein Wert K in der Größenordnung zwischen 75 und 750 gehalten wird, wobei der Wert K folgendermaßen bestimmt wird:In order to achieve satisfactory results, it is essential that, in order to produce a surface coating on an object using a flame spray gun according to the present invention, conditions are maintained whereby a value K is maintained on the order of between 75 and 750, the value K being determined as follows will:
A0P0WA 0 P 0 W
Hierbei bedeutet A1 die Querschnittsfläche des Gas-Pulver-Gemisches in cm2 beim Eintritt in den Entladungskanal, A0 die Querschnittsfläche des Gas-Pulver-Gemisches in cm2 beim Austritt aus dem Entladungskanal, P1 den absoluten Druck in kg/cm2 des Gäs-Pulver-Gemisches beim Eintritt in den Ent-Here, A 1 means the cross-sectional area of the gas-powder mixture in cm 2 when entering the discharge channel, A 0 the cross-sectional area of the gas-powder mixture in cm 2 when exiting the discharge channel, P 1 the absolute pressure in kg / cm 2 of the gas-powder mixture when entering the
009 608/198009 608/198
ladungskanal, P0 den absoluten Druck in kg/cm2 des Gas-Pulver-Gemisches beim Austritt aus dem Entladungskanal und W das Gewicht des zugeführten brennbaren Gasgemisches in kg/sec.charge channel, P 0 is the absolute pressure in kg / cm 2 of the gas-powder mixture when it exits the discharge channel and W is the weight of the combustible gas mixture supplied in kg / sec.
Im einzelnen weist die Pistole 10 einen Brenner 11 mit einem hohlen zylindrischen Abschnitt 12 auf, der an einem Ende in Richtung auf eine mit ihm aus einem Stück bestehendes, verlängertes zentral gebohrtes Rohr 13 verjüngt ist, während er an seinem anderen Ende zur Aufnahme eines Brennstoffinjektors 14 offen ist, der an einen zentralen axial mit der Achse dem Rohr 13 ausgerichteten Durchlaßkanal 15 besitzt. Ein mit Gewinde versehener Mittelteil des Injektors steht mit einem Gewindeteil 16 des Teiles 12 im Eingriff, während der Injektor 14 im Brenner mit Hilfe einer Gegenmutter 17 in vorbestimmter axialer Lage gehalten wird.In detail, the pistol 10 has a torch 11 with a hollow cylindrical portion 12, the at one end in the direction of an elongated central drilled hole made in one piece with it Tube 13 is tapered, while it is open at its other end for receiving a fuel injector 14 which has a central passage 15 aligned axially with the axis of the pipe 13. A threaded central portion of the injector engages a threaded portion 16 of portion 12, while the injector 14 is held in the burner in a predetermined axial position by means of a lock nut 17 will.
Der Injektor 14 ist bei 18 abgestuft, um einen Mischer 19 von verringertem Durchmesser zu schaffen, der radial einwärts zum Teil 12 angeordnet liegt und in einem Auslaß 20 endet, der in den durch die Bohrung des Rohres 13 gebildeten Verbrennungskanals 21 führt. Der Mischer 19 ist räumlich ein wenig von der Endwand des Teiles 12 weg angeordnet, um einen ringförmigen Durchlaßkanal für den Gasstrom von dem ringförmigen Raum oder Kammer 22 rund um den Mischer 19 in das Rohr 13 vorzusehen. Eine Brennstoffzufuhrleitung 24 ist mit dem Durchlaßkanal 15 über eine seitliche Öffnung 23 verbunden, während eine Sauerstoff zuführleitung 25 mit der Kammer 22 über eine seitliche Öffnung 26 in Verbindung steht. Um einen Rückschlag der Flamme, die anfangs außerhalb des Kanals entzündet wird, in den Kanal 21 vorzubeugen, sollte der Mindestdurchmesser des Auslasses 30 im wesentlichen nicht kleiner als 0,5 mm sein.The injector 14 is stepped at 18 to provide a mixer 19 of reduced diameter, which is disposed radially inwardly of part 12 and terminates in an outlet 20 which extends into the through the bore of the pipe 13 formed combustion channel 21 leads. The mixer 19 is spatially a little different End wall of part 12 disposed away to an annular passage for the gas flow from the annular space or chamber 22 around the mixer 19 in the pipe 13. One Fuel supply line 24 is connected to the passage 15 via a lateral opening 23, while an oxygen supply line 25 communicates with the chamber 22 via a lateral opening 26. To prevent the flame, which is initially ignited outside the duct, from flashing back into duct 21, the minimum diameter of the outlet 30 should be substantially no less than 0.5 mm.
Das Überzugsmaterial kann in den Brenner in feinzerkleinerter Form im Brennstoff, im Sauerstoff oder im Verbrennungsgemisch eingeführt werden. Bei der in Fig. 1 veranschaulichten Ausführungsform wird das feinzerkleinerte Material von einem Trägergas, z. B. Wasserstoff, in einen Nippel 27 eingeführt, der mit Gewinden in den Kopf einer zentral offenen Steckhülse 28 verschraubt ist, welche das rückwertige Ende des Durchlaßkanals 15 abschließt. Das rückwertige vorstehende Ende des Nippels kann an die Nachschubquelle des Überzugsmaterials angeschlossen werden. In sein vorderes Ende ist ein nach vorwärts sich erstreckender hohler Schaft 29 eingepaßt, der in den Durchlaßkanal 15 zumindestens jenseits der seitlichen Brennstoffzufuhröffnung 23 hineinragt und Trägergas sowie das mitgenommene Überzugsmaterial zum Mischer 19 liefert.The coating material can be in the burner in finely divided form in the fuel, in the oxygen or be introduced in the combustion mixture. In the embodiment illustrated in FIG. 1 the finely ground material from a carrier gas, e.g. B. hydrogen, introduced into a nipple 27, the is screwed with threads in the head of a centrally open receptacle 28, which is the rear end of the passage channel 15 closes. The rear protruding end of the nipple can be connected to the supply source of the coating material. In its front end is one extending forward hollow shaft 29 fitted into the passage 15 at least beyond the lateral Fuel supply opening 23 protrudes and carrier gas and the coating material carried along to the Mixer 19 supplies.
Brennstoff und Sauerstoff werden dem Kanal unter Druck, vorzugsweise zumindest mit 1 kg/cm2 Überdruck zugeführt. Sobald der die Teilchen tragende Brennstoff in den Verbrennungskanal 21 eintritt, vermischt er sich innig mit dem Sauerstoff im rückwärtigen Teil des Kanals 21, um einen Strom eines brennbaren Gemisches zu bilden, der bald nach der Vermischung zu brennen anfängt und große Mengen von Verbrennungsgasen erzeugt, die unter hoher Geschwindigkeit durch den nicht verjüngten engen Raum des Kanals nach vorwärts strömen und dann aus dem Auslaß 30 an der Mündung des Rohres 13 als ein Flammenstrahl herauskommen. Die von den Verbrennungsgasen mitgenommenen Überzugsteilchen werden dann aus der Pistole in einem geradeaus gerichteten Flammenstrahl, der einen hohen Hitzeübertragungsgrad, eine hohe Geschwindigkeit und eine weitgehende Druckkraft besitzt, ausgestoßen. Zur Verhinderung einer übermäßigen Erhitzung des Rohres 13 während des Betriebes ist eine Hülse 31 rund um das Rohr radial nach auswärts angeordnet, um einen Kühlmantel 32 zu bilden, durch welchen Kühlwasser über den Einlaß 33 und den Auslaß 34 umlaufen kann.Fuel and oxygen are fed to the channel under pressure, preferably at least 1 kg / cm 2 overpressure. As soon as the fuel carrying the particles enters the combustion duct 21, it mixes intimately with the oxygen in the rear of the duct 21 to form a stream of combustible mixture which, soon after mixing, begins to burn and generate large amounts of combustion gases, which flow forward at high speed through the non-tapered narrow space of the channel and then come out of the outlet 30 at the mouth of the tube 13 as a jet of flame. The coating particles carried along by the combustion gases are then ejected from the pistol in a straight-ahead jet of flame which has a high degree of heat transfer, a high speed and an extensive compressive force. To prevent excessive heating of the tube 13 during operation, a sleeve 31 is disposed around the tube radially outwardly to form a cooling jacket 32 through which cooling water can circulate via inlet 33 and outlet 34.
Das Überzugsmaterial kann auch direkt in die Verbrennungszone in Pulverform oder in Form einer Stange eingeführt werden. Letzteres ist in Fig. 2 veranschaulicht, wo eine Stange 40 aus einem festen Überzugsmaterial durch eine Öffnung 41 am rückwärtigen Ende des Injektors 14 eingeführt wird, sich in Längsrichtung durch diesen hindurch erstreckt und aus dem Mischer 19 genügend weit nach vorn in den rückwärtigen Teil des Kanals 21 so hineinragt, daß ihre Vorderspitze in der Verbrennungszone liegt. Die Stange wird durch geeignete Antriebsmittel zwangläufig bewegt, z. B. durch rotierende Reibungswalzen 42., welche die Stange 40 erfassen. Ein Ring 43 dientThe coating material can also be fed directly into the combustion zone in powder form or in the form of a Rod are introduced. The latter is illustrated in Fig. 2, where a rod 40 consists of a solid Coating material is introduced through an opening 41 at the rear end of the injector 14, into Extends longitudinally through this and from the mixer 19 far enough forward into the rear part of the channel 21 protrudes so that its front tip lies in the combustion zone. the Rod is inevitably moved by suitable drive means, e.g. B. by rotating friction rollers 42. which grasp the rod 40. A ring 43 is used
ao zur Abdichtung der öffnung 41.ao for sealing the opening 41.
Es ist ersichtlich, daß eine Spritzpistole mit einem derartigen Innenbrenner den Vorteil hat, daß der Weg der Teilchen während des Durchströmens durch den Verbrennungsraum nicht behindert wird und folglich die Teilchen keinen Hindernissen begegnen, die eine Verstopfung verursachen könnten.It can be seen that a spray gun with such an internal burner has the advantage that the way the particles are not hindered while flowing through the combustion chamber and consequently the particles do not encounter any obstacles that could cause clogging.
Die erforderliche Gaszusammensetzung, die hohe Pulvergeschwindigkeit und die hohe Pulvertemperatur können bei den beschriebenen Spritzpistolen durch richtige Steuerung der Betriebsbedingungen und durch richtige Proportionierung bestimmter Teile der Pistole erzielt werden.The required gas composition, the high powder velocity and the high powder temperature can with the described spray guns by correct control of the operating conditions and by Proportioning of certain parts of the pistol can be achieved.
Es gibt mehrere Faktoren, welche die Pulvertemperatur steuern. Zu den wichtigsten gehören die Beschaffenheit der Reaktionsteilnehmer, das Brennstoff-Sauerstoff-Verhältnis, die Aufenthaltsdauer des Überzugspulvers in den Verbrennungsgasen, die Brennerkühlverluste, der Abstand des Brenners zum Werkstück und die Pulvergeschwindigkeit. Brennstoffe mit hohen Flammentemperaturen, wieAzetylen, sind geeignet und, wo es zulässig ist, sollten nur Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnisse, welche maximale Flammentemperaturen erzeugen, verwendet werden. Solche Verhältnisse können aber bei vielen Überzugsmaterialien, aus den im folgenden dargelegten Gründen, nicht angewandt werden, sie sind jedoch zum Überziehen mit keramischen Materialien geeignet.There are several factors that control powder temperature. The most important are the properties the reactant, the fuel-oxygen ratio, the residence time of the coating powder in the combustion gases, the torch cooling losses, the distance between the torch and the workpiece and the powder speed. Fuels with high flame temperatures, such as acetylene, are suitable and where permissible, only use oxygen-fuel ratios that reflect maximum flame temperatures can be used. Such ratios can, however, with many coating materials, from the in the following reasons, are not used, but they are for coating with ceramic Materials suitable.
Die thermische Energie des Überzugspulvers ist sowohl von der Pulvergeschwindigkeit als auch von der Flammentemperatur abhängig, da die kinetische Energie der Teilchen nach dem Auftreffen auf dem Werkstück in Wärmeenergie umgewandelt wird. Dies geht aus der folgenden Tabelle hervor, die den Temperaturanstieg nach dem Aufprall zeigt, wobei die Berechnungen auf der Annahme vollständig unelastischer Zusammenstöße beruhen.The thermal energy of the coating powder is dependent on both powder speed and depends on the flame temperature, since the kinetic energy of the particles after hitting the Workpiece is converted into thermal energy. This can be seen from the table below, which shows the temperature rise shows after impact, the calculations being based on the assumption completely inelastic Collisions are based.
Temperaturanstieg nach dem AufprallTemperature rise after impact
TemperaturanstiegReceived theoretical
Temperature rise
304,8 m/sec
442,0 m/sec
609,6 m/sec
914,4 m/sec213.4 m / sec
304.8 m / sec
442.0 m / sec
609.6 m / sec
914.4 m / sec
160° C
360° C -
693° C
1582° C71 ° C
160 ° C
360 ° C -
693 ° C
1582 ° C
Die Mindesttemperatur, bei welcher das Pulver genug plastisch wird, um einen guten Überzug zuThe minimum temperature at which the powder becomes plastic enough to be a good coating
bilden, wird allerdings vom verwendeten Material abhängig sein. Auf jeden Fall jedoch bedeutet Mindesttemperatur die niedrigstzulässige Überzugstemperatur des Teilchens zur Zeit des Aufpralls. Die Aufpralltemperatur ist die Summe der Temperaturäquivalente der durch die Flamme erteilten Wärmeenergie und der beim Aufprall frei werdenden kinetischen Energie des Pulvers. Auf diese Weise kann auch ein sonst zufriedenstellender Brennstoff, der aber eine zu niedrige Flammentemperatur für Verfahren mit niedrigen Geschwindigkeiten aufweist, jetzt nach dem vorliegenden Verfahren erfolgreich wegen der zusätzlichen Hitzeenergie, welche dem Überzugsmaterial beim Aufprall mit den hohen Geschwindigkeiten gemäß der vorliegenden Erfindung zugefügt wird, verwendet werden.will, however, depend on the material used. In any case, however, means Minimum temperature the lowest allowable coating temperature of the particle at the time of impact. the Impact temperature is the sum of the temperature equivalents the heat energy given off by the flame and the kinetic energy released on impact Energy of the powder. In this way, an otherwise satisfactory fuel can also be used has too low a flame temperature for low speed processes, now after the present process is successful because of the additional heat energy that is transferred to the coating material upon impact at the high velocities according to the present invention can be used.
Bei vielen Überzugsmaterialien, besonders bei Metallen, metallischen Legierungen und Verbindungen, ist es wichtig, die Zusammensetzung der Verbrennungsgase unter nicht oxydierenden und nicht entkohlenden Bedingungen zu halten, um einen Überzug von gewünschter Qualität zu erhalten. Die Art des Brennstoffes und das Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnis beeinflussen das Oxydationspotential der Atmosphäre, das wiederum die Zusammensetzung des Überzuges beeinflußt. Zum Beispiel beträgt der Kohlenstoffgehalt bestimmter Wolframkarbidpulver 4,5 bis 5,0 Gewichtsprozent. Bei einem Sauerstoff-Azetylen-Volumenverhältnis von 1,0 wurde durch Verbrennungsanalyse gefunden, daß der Kohlenstoffgehalt im Überzug ungefähr 3,0% beträgt. Bei einem Verhältnis von 1,4 betrug der Kohlenstoffgehalt 2,0%, und bei einem Verhältnis von 2,0 war er 1,3%. Die Überzugsqualität änderte sich mit dem Kohlenstoffgehalt des Überzugs, was durch Schwankungen in der Härte, der Brüchigkeit und dem Oberflächenaussehen nachweisbar war. Das effektive Oxydationspotential verschiedener Kombinationen von Brennstoff und Sauerstoff, in diesem Fall durch die Kohlenstoffentziehung gemessen, steht in enger Beziehung zu der Menge der Oxydationsmittel in den heißen Verbrennungsgasen. Als solche Oxydationsmittel, z. B. Kohlendioxyd und Wasser, können im Zusammenhang mit diesem Verfahren Stoffe definiert werden, die bei den Betriebstemperaturen Oxydationseigen- 4-5 schäften aufweisen. Es wurde gefunden, daß, wenn ein Wolframkarbidüberzug aufgetragen wird, das Brennstoff-Sauerstoff-Verhältnis z. B. so sein sollte, daß weniger als 67 Volumprozent Oxydationsmittel in der ausgeführten Reaktion gefunden werden, d. h., das Verhältnis des Volumens der Oxydationsmittel zum Gesamtvolumen der Reaktionsprodukte muß kleiner als 67% sein. Es ist besonders wichtig, das Oxydationspotential der Atmosphäre bei Verwendung von Überzugsmaterialien, die bei hohen Temperaturen leicht oxydierbar sind, zu beschränken, wie bei Pulvern aus Metallen, Metallkarbiden, -boriden, -nitriden und -siliziden. Es' ist verständlich, daß die Regelung der Zusammensetzung der Flamme zur Erzielung ordentlicher Überzugsqualitäten wichtig ist.With many coating materials, especially with metals, metallic alloys and compounds, it is important to consider the composition of the combustion gases among non-oxidizing and not To maintain decarburizing conditions in order to obtain a coating of the desired quality. The kind of the fuel and the oxygen-fuel ratio influence the oxidation potential of the atmosphere, which in turn affects the composition of the coating. For example, that is Carbon content of certain tungsten carbide powders 4.5 to 5.0 percent by weight. At an oxygen to acetylene volume ratio of 1.0, the carbon content in the coating was found to be approximately 3.0% by combustion analysis. At a When the ratio was 1.4, the carbon content was 2.0%, and when the ratio was 2.0, it was 1.3%. the Coating quality changed with the carbon content of the coating, which was due to fluctuations in the Hardness, brittleness and surface appearance was detectable. The effective oxidation potential various combinations of fuel and oxygen, in this case by carbon removal measured, is closely related to the amount of oxidizing agents in the hot combustion gases. As such oxidizing agents, e.g. B. carbon dioxide and water, can be related With this method, substances are defined that are oxidative at the operating temperatures 4-5 have shafts. It has been found that when a tungsten carbide coating is applied, the Fuel-oxygen ratio z. B. should be such that less than 67 volume percent oxidant found in the reaction being carried out, d. i.e., the ratio of the volume of the oxidizing agents to the total volume of the reaction products must be less than 67%. It is especially important that Oxidation potential of the atmosphere when using coating materials that are exposed to high temperatures are easily oxidized, as with powders made of metals, metal carbides, metal borides, metal nitrides and silicides. It is understandable that the scheme the composition of the flame is important to achieve proper coating quality.
Verschiedene Brennstoffe können verwendet werden. Es wurde gefunden, daß Azetylen speziell zum Flammspritzen geeignet ist, da es besonders hohe Flammentemperaturen bei vorteilhaften Brennstoff-Sauerstoff-Verhältnissen aufweist. Jedoch sind andere Brennstoffe, welche die Temperatur und Zusammensetzungserfordernisse ebenfalls erfüllen, auch geeignet.. Zum Beispiel sind Wasserstoff, Methan und Äthylen beim Flammspritzverfahren gemäß dieser Erfindung erfolgreich verwendet worden.Different fuels can be used. It has been found that acetylene is specific to Flame spraying is suitable because there are particularly high flame temperatures with advantageous fuel-oxygen ratios having. However, other fuels are temperature and compositional requirements also meet, also suitable .. For example, hydrogen, methane and ethylene are has been used successfully in the flame spraying process of this invention.
Die Pulvergeschwindigkeit bei einer Spritzpistole der beschriebenen Art ist ungefähr der Gasgeschwindigkeit proportional. Da der Zufuhrdruck der wichtigste Faktor für die Gasgeschwindigkeit ist, wird der Druck bei der Auswahl eines Brennstoffes ausschlaggebend sein. Je höher der Zufuhrdruck ist, der bei einem speziellen Brennstoff angewandt werden kann, desto höher ist die erreichbare Pulvergeschwindigkeit. Höhere Pulvergeschwindigkeiten erhöhen auch die Wärmeenergie des Pulvers. Dies ergibt sich aus dem erhöhten Temperaturanstieg bei Freiwerden der kinetischen Energie beim Auftreffen des Pulvers auf die Werkstückoberfläche. So können auch Brennstoffe mit niedrigeren Flammentemperaturen doch noch verwendbar sein, falls sie höhere Zufuhrdrücke und höhere Pulvergeschwindigkeiten zulassen.The powder velocity in a spray gun of the type described is approximately the gas velocity proportional. Since the supply pressure is the most important factor in gas velocity, the Pressure can be crucial when choosing a fuel. The higher the supply pressure, the at A specific fuel can be used, the higher the achievable powder speed. Higher powder speeds also increase the thermal energy of the powder. This follows from the increased temperature rise when the kinetic energy is released when the powder hits the Workpiece surface. This means that fuels with lower flame temperatures can still be used if they allow higher feed pressures and higher powder speeds.
Die Härte und Porosität des Überzuges hängen zu einem beträchtlichen Ausmaß von der Pulvergeschwindigkeit ab. Dies wird in der folgenden Tabelle gezeigt, welche sich beim Spritzen einer Wolframkarbid-Kobalt-Legierung mit einer Pistole nach Fig. 1 ergab:The hardness and porosity of the coating depend to a considerable extent on the speed of the powder away. This is shown in the table below, which occurs when spraying a tungsten carbide-cobalt alloy with a pistol according to Fig. 1 resulted in:
Teildiengesdrwindigkeit Partial service speed
122 bis 183 m/sec
183bis244m/sec
396 bis 457 m/sec122 to 183 m / sec
183 to 244 m / sec
396 to 457 m / sec
Härte des ÜberzugsHardness of the coating
Knoop
PyramidenzahlKnoop
Pyramid number
800 bis 1000
1000 bis 1200
1100 bis 1600800 to 1000
1000 to 1200
1100 to 1600
Porositätporosity
bis zu 10%up to 10%
annähernd 5%approximately 5%
weniger als 2 %less than 2%
Die Vorteile einer hohen Pulvergeschwindigkeit und einer hohen Temperatur werden dann besonders deutlich, wenn ein nichtporöser, gut bindender Überzug erwünscht ist. Diese Vorzüge sind nicht auf irgendein besonderes Überzugsmaterial beschränkt; wenngleich die Erfindung sich speziell für das Überziehen mit Materialien mit einem hohen Schmelzpunkt eignet,. ist sie ebenso für das Überziehen von Oberflächen mit irgendeinem aus dem breiten Bereich von Metallen, Legierungen, metallischen Verbindungen, Kunststoffen, keramischen Stoffen und Mineralien verwendbar. Die Grundflächen, die auf irgendeine Weise vorgereinigt werden können, dürfen ebenfalls aus Materialien verschiedenster Art bestehen. Die folgende Tabelle zeigt mehrere erläuternde Beispiele von Stoffen, die mit Hilfe dieses Verfahrens überzogen worden sind. Die Überzüge wurden durch Verwendung von 16,9 m3 Sauerstoff und Azetylen pro Stunde in einem Brenner nach Fig. 1 hergestellt. Das Sauerstoff-Azetylen-Verhältnis betrug 1,0 bis 1,6. 'Im Falle von Kupferpulver wurden nur 8,4 m3 Sauerstoff und Azetylen pro Stunde verwandt. Die Überzugsproben wurden auf einem flachen Werkstück erzeugt.The advantages of a high powder velocity and a high temperature are particularly evident when a non-porous, well-binding coating is desired. These benefits are not limited to any particular coating material; although the invention is particularly suitable for coating with materials having a high melting point. it is also useful for coating surfaces with any of the wide range of metals, alloys, metallic compounds, plastics, ceramics, and minerals. The surfaces, which can be pre-cleaned in any way, can also consist of a wide variety of materials. The following table shows several illustrative examples of fabrics that have been coated using this process. The coatings were made by using 16.9 m 3 of oxygen and acetylene per hour in a burner according to FIG. The oxygen-acetylene ratio was 1.0 to 1.6. In the case of copper powder, only 8.4 m 3 of oxygen and acetylene were used per hour. The coating samples were produced on a flat workpiece.
Ein Beispiel für die Bedeutung der Erfindung ist die Möglichkeit, einen im wesentlichen nicht porösen Überzug aus abnutzungsbeständigem hartem Material mit einem hohen Schmelzpunkt, wie Wolframkarbidlegierungen aufzutragen. Bei Anwendung einer Spritzpistole gemäß Fig. 1 wurde eine Wolfram-Kohlenstoff-Kobalt-Legierung mit ungefähr 4% Kohlenstoff und 9 % Kobalt in der Form eines feinverteilten Pulvers, das durch eine Maschenweite von 0,043 mm dringt, in einem Trägergas aus Wasserstoff von 1,7 m3/h in den Brenner der Pistole mit einer Geschwindigkeit von 6,8 kg/h zugeführt. Azetylen und Sauerstoff mit einem Druck von 2,46 kg/cm2 wurden dem Brenner in einem Verhältnis.von 1,4 m3 Sauerstoff zu 1 m3 Azetylen mit einer gemeinsamen Geschwindigkeit von 16,9 m3/h zugeführt. Das Werkstück, ein zylindrisches Stahlstück im Durchmesser von 1,27 cm und von 3,81 cm Länge,An example of the importance of the invention is the ability to apply a substantially non-porous coating of wear-resistant hard material having a high melting point, such as tungsten carbide alloys. When using a spray gun according to FIG. 1, a tungsten-carbon-cobalt alloy with approximately 4% carbon and 9% cobalt was in the form of a finely divided powder which penetrates through a mesh size of 0.043 mm, in a hydrogen carrier gas of 1, 7 m 3 / h is fed into the torch of the gun at a speed of 6.8 kg / h. Acetylene and oxygen at a pressure of 2.46 kg / cm 2 were fed to the burner in a ratio of 1.4 m 3 of oxygen to 1 m 3 of acetylene at a combined rate of 16.9 m 3 / h. The workpiece, a cylindrical piece of steel 1.27 cm in diameter and 3.81 cm in length,
*) Die Einstufung der Haftfähigkeit wurde wie folgt durchgeführt: *) The classification of the adhesion was carried out as follows:
Annehmbar:Acceptable:
Die Untersuchung der quergeschnittenen Proben ergab einen Einriß an manchen Punkten zwischen dem Überzug und dem Grundmetall.Examination of the cross-sectioned samples revealed a tear at some points between the coating and the base metal.
Gut:Good:
Schwarze Einschlüsse wurden beobachtet an der Trenrifläche zwischen Grundmetall und Überzug der quergeschnittenen Proben, obwohl die Haftung sonst dicht zu sein schien.Black inclusions were observed on the interface between the base metal and the coating cross-sectioned samples, although the adhesion otherwise appeared to be tight.
Ausgezeichnet:Excellent:
Die Bindung des Überzugs mit dem Grundmetall gut, mit sehr wenigen oder keinen Einschlüssen an der Trennfläche.The bond of the coating to the base metal is good, with very little or no inclusions on the Parting surface.
bewegt werden. Außerdem kann beim Überziehen bestimmter Werkstücke, z. B. bei Kaliberdornen, das Werkstück gehalten und in einer Drehbank gedreht werden, während die Pistole entlang der Lange des Werkstückes bewegt wird. Auf diese Weise kann eine gleichmäßige Schicht auf dem Kaliberdorn aufgetragen werden.be moved. In addition, when coating certain workpieces, such. B. with caliber mandrels, the Workpiece to be held and rotated in a lathe while the gun is along the length of the Workpiece is moved. In this way, an even layer can be applied to the caliber mandrel will.
Claims (5)
Deutsche Patentschrift Nr. 808 794;
französische Patentschrift Nr. 903 239.Considered publications:
German Patent No. 808 794;
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