DE1184176B

DE1184176B - Verfahren und Vorrichtung zum UEberziehen eines festen Koerpers mit einem Metall oder einer Metallverbindung

Info

Publication number: DE1184176B
Application number: DEU1705A
Authority: DE
Inventors: Richard Marion Poorman; Herbert Briggs Sargent; Headlee Lamprey
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1952-06-26
Filing date: 1952-06-26
Publication date: 1964-12-23
Also published as: CH349856A; US2714563A; BE546121A; FR1058357A; NL91125C; GB742458A; LU33526A1; BE512449A; CH363540A; LU34279A1; CH329742A; LU31550A1; GB742387A; GB787222A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. KL: C 23 c

Deutsche Kl.·: 48 b -7/00

Nummer: 1 184 176

Aktenzeichen: U1705 VI b/48 b

Anmeldetag: 26. Juni 1952

Auslegetag: 23. Dezember 1964

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überziehen eines festen Körpers mit einem Metall oder einer Metallverbindung, bei dem das Überzugsmaterial in eine Zündkammer eingebracht, in dieser der Einwirkung eines explosionsfähigen Gasgemisches ausgesetzt und durch eine Ausstoßöffnung auf die zu überziehende Oberfläche geschleudert wird.

Es sind Verfahren und Geräte zum Aufspritzen von thermoplastischen Materialien und Metallen auf feste Oberflächen bekannt. Unter thermoplastischen Materialien werden hierbei Isolierstoffe, Harze od. dgl. verstanden. Bei diesen bekannten Verfahren wird das zu spritzende Material durch die bei einer Explosion eines brennbaren Gemisches, z. B. aus Azetylen und Sauerstoff, erzeugte Wärme geschmolzen und unter dem Einfluß des Explosionsdruckes mittels der heißen Verbrennungsgase auf eine Unterlage aufgeschleudert. Hierbei wird das Metall in Drahtform in ein innerhalb der ExplosionsJcammer liegendes, in eine Düse ausmündendes und den Draht völlig umschließendes Führungsorgan geleitet, das die Schmelzwärme auf den Draht überträgt, so daß das Schmelzmetall der Berührung mit der Flamme entzogen ist und unmittelbar durch den an der Düsenöffnung wirkenden Stoßdruck der Explosionsgase fortgeschleudert wird. Die Brennkammer ist ringförmig ausgebildet und verengt sich zur Düse hin birnenförmig. Die Gase werden der Explosionskammer gesteuert über Ventile zugeführt und durch eine Zündeinrichtung oder durch Selbstzündung gezündet.

Man hat die bei Explosionen entstehenden Verbrennungsgase und die ihnen innewohnende kinetische Energie auch schon zu anderen Zwecken ausgenutzt, z. B. zum Zerkleinern fester Stoffe durch Prallwirkung, oder zum Beschleunigen von körnigem Schüttgut, insbesondere Sand- oder Stahlkies in Sandstrahlgebläsen zum Abstrahlen, d. h. zum Aufrauhen oder Kaltverformungshärten einer Metalloberfläche. Bei einer solchen Vorrichtung zum Zerkleinern durch Prallwirkung ist am unteren Ende eines aufrechtstehenden Behälters eine Explosionskammer mit Zuführungsleitungen für die Brenngase und Spülgase und mit Zündeinrichtung angeordnet. Die Explosionsgase treten durch einen Rost in die Prallkammer.

Da bei allen diesen bekannten Anwendungsfällen, insbesondere aber auch beim Herstellen von Überzügen aus metallischen oder nichtmetallischen schmelzbaren Überzügen auf beliebigen Unterlagen die erzeugbare Energie von erheblicher Bedeutung Verfahren und Vorrichtung zum Überziehen
eines festen Körpers mit einem Metall oder
einer Metallverbindung

Anmelder:

Union Carbide Corporation, New York, N. Y.

(V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. F. Wuesthoff, Dipl.-Ing. G. Puls und
Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. E-. Frhr. v. Pechmann,
Patentanwälte, München 9, Schweigerstr. 2

Als Erfinder benannt:

Richard Marion Poorman, Speedway, Ind.;
Herbert Briggs Sargent, Indianapolis, Ind.;
Headlee Lamprey, Lakewood, Ohio (V. St. A.)

ist, hat man bereits versucht, unter Verwendung von Druckluft den Druck und die Form der Austrittsdüse so zu wählen, daß das Werkstoffpulver die Spritzpistole mit einer Geschwindigkeit verläßt, welche die Schallgeschwindigkeit erreicht oder übertrifft. Hierbei wird die Schmelzwärme durch den Aufprallimpuls erzeugt.

Es hat sich nun gezeigt, daß die bekannte Ausnutzung der den beiJBxplosionen entstehenden Verbrennungsgasen innewohnende Energie nicht in allen Anwendungsfällen ausreicht. Um hier Abhilfe zu schaffen und die ausnutzbare Energiemenge bei einem Verfahren der eingangs bezeichneten Art erheblich zu steigern und dennoch diese großen Energiemengen sicher zu beherrschen und zu steuern, sieht die Erfindung eine Weiterbildung des eingangs genannten Verfahrens dadurch vor, daß das Überzugsmaterial den Gasen in Pulverform beigemischt und die gezündete Mischung durch ein, die Ausbildung von Detonationswellen ermöglichendes langgestrecktes Rohr auf die zu überziehende Oberfläche geschleudert wird.

An sich hat man auch bereits detonationsfähige Brenngase oder Reaktionspartner praktisch verwendet. In einem Fall hat man bei einer Granate mit Aufschlagzünder den Aufschlagzünder in einer weit vorspringenden Spitze angeordnet und durch diesen eine Detonation ausgelöst, deren Druckwelle in Verbindung mit stark beschleunigten Metallsplittern die

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eigentliche Geschoßladung noch vor deren Eindringen in den Erdboden zur Zündung bringen sollte. In einem anderen bekannten Fall hat man zur Herstellung von Verbindungen an sich überlappenden Rohrenden ein detonationsfähiges Gemisch in Form einer Schnur außen um die Verbindungsstelle geschlungen und gezündet. Die dabei entstehende Druckwelle erzeugt eine engbegrenzte ringförmige Eindrückung der sich überlappenden Wandteile und damit zwischen diesen eine formschlüssige Verbindung. Die Detonation erfolgt auf der freien Außenfläche des Werkstücks, so daß gegenüber dem Verfahren gemäß der Erfindung natürlich nur ein Bruchteil der frei werdenden Energie nutzbar gemacht werden kann.

Unter dem Begriff »Detonation« wird eine sehr rasch verlaufende Verbrennung verstanden, bei der die Flammenfront mit Geschwindigkeiten fortschreitet, die die Schallgeschwindigkeit in den unverbrannten Gasen übertreffen und die daher als Überschallgeschwindigkeiten bezeichnet werden. Charakteristische, für Normaldruck errechnete Schallgeschwindigkeiten sind 331 m/sec bei 18° C in einer Mischung aus 50% Sauerstoff und 50% Azetylen, 422 m/sec in der gleichen Mischung bei 200° C und 342 m/sec bei 18° C in einer Mischung aus 9,5% Azetylen und 90,5% Luft; in Luft von 18° C beträgt die Schallgeschwindigkeit 342 m/sec. Die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Flamme ist bei einer Detonation bei weitem größer als bei einer Explosion, welche eine Verbrennung darstellt, bei der die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Flamme die Geschwindigkeit des Schalls in den unverbrannten Gasen nicht überschreitet. Nach dem in dem Verlag von McGraw-Hill Bock Co., Inc., New York, 1946, erschienenen Buch von Wilhelm Jost, »Explosion and Combustion Processes in Gases«, S. 160 bis 210, beträgt die Geschwindigkeit der Flammenfront der bisher untersuchten Detonationen 1 bis 4 km/sec und im Vergleich dazu die Geschwindigkeit der Flammenfront einer charakteristischen Explosion beispielsweise 15 m/sec.

Die Flamme einer Detonation pflanzt sich in dem unverbrannten Gas mit Überschallgeschwindigkeit statt mit Unterschallgeschwindigkeit fort und wird eingeleitet und begleitet von einer Stoßfront. Erzeugt man die Detonation in einem langen Rohr, schreitet die Detonationswelle mit konstanter Geschwindigkeit fort (Lewis und von Elbe »Combustion Flames Explosions«, Academic Press Inc., 1951).

Mit dem neuen Verfahren wird es ermöglicht, wesentlich kinetische Energien für die Beschleunigung des Materials zu erzeugen. Wesentlich ist dabei vor allem auch, daß diese Energien mit dem neuen Verfahren sicher beherrscht und gesteuert werden können und keine Gefährdung der Bedienungsperson auftritt. Dabei wird die bei der Detonation frei werdende Energie in optimaler Weise nutzbar gemacht und gegenüber den bekannten Anwendungsfällen von bei Explosionen entstehenden Verbrennungsgasen zum Erzeugen von Überzügen, Zerkleinern von Materialien oder Abstrahlen von Oberflächen eine wesentlich größere Wirkung erzielt, die sich bei aufgebrachten Überzügen durch eine außerordentlich gute Haftung zeigt.

Das neue Verfahren läßt besonders vorteilhaft sich ausführen, wenn man das Material einer Gaskomponente des Gasgemisches vor Eintritt in die Zündkammer beimischt.

Um die Einwirkung der bei der Detonation ent-r stehenden Wärme besser steuern zu können, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die Teilchengröße an die Höhe des Schmelzpunktes des Materials anzupassen und bei Material mit niedrigem Schmelzpunkt eine Teilchengröße bis zu etwa 150 μ bzw. bei hohem Schmelzpunkt eine Teilchengröße bis zu 50 μ zu verwenden.

Zum Ausführen des neuen Verfahrens geht die

ίο Erfindung von einer Vorrichtung aus, die aus einer Zuführeinrichtung für das Überzugsmaterial und einer Zündkammer mit einer Eintrittsöffnung für das explosionsfähige Gasgemisch sowie einer Auslaßöffnung für die gezündete Mischung besteht. Diese Vorrichtung wird erfindungsgemäß in der Weise weitergebildet, daß die Zündkammer in ein Rohr von im wesentlichen gleichförmigen Querschnitt mündet, dessen Länge ein Vielfaches seines lichten Querschnitts beträgt, und daß zum Zuführen des pulverförmigen Überzugsmaterials eine an sich bekannte Dosiervorrichtung vorgesehen ist.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen von Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens näher erläutert.

F i g. 1 ist eine teilweise schematische Ansicht einer Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung;

Fig. 2 ist eine Ansicht einer Abwandlung der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung;

F i g. 3 ist eine ebenfalls teilweise schematische Ansicht einer weiteren Abwandlung der in F i g. 1 gezeigten Vorrichtung;

F i g. 4 ist eine ebenfalls teilweise schematische Ansicht noch einer Abwandlung der Detonationsvorrichtung;

F i g. 5 ist eine 30Of ache Vergrößerung einer Mikrophotographie einer Schicht aus einer Wolframcarbid-Kobalt-Legierung, die nach dem Verfahren der Erfindung auf einem Werkstück aus Stahl erzeugt wurde.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform

wird ein brennbares Gas — z. B. Azetylen — durch ein Rohr 10 und ein oxydierendes Gas — z. B.

Luft — durch ein Rohr 11 in eine Mischkammer 12 eingeführt, in der die beiden Gase ein detonationsfähiges Gemisch bilden, welches durch ein kurzes Verbindungsrohr 13 in eine mit einer Zündkerze 15 versehene Zündkammer 14 einströmt. Der Zündfunken der Zündkerze 15 zündet die Mischung und führt zur Ausbildung einer Detonationswelle, die durch ein Rohr 16 wandert und aus dessen offenem Ende austritt. Der Zündfunke der Zündkerze 15 wird durch eine Zündspule 17, Batterie 18 und einen nockengesteuerten Unterbrecher 19 erzeugt. Die Zündfrequenz wird durch einen Motor 20 mit veränderbarer Drehzahl geregelt, welcher den Nocken des Unterbrechers 19 antreibt.

Ein pulverförmiges Überzugsmaterial wird in das durch Rohr 11 eingeführte, oxydierende Gas eingebracht und von diesem weitergetragen oder gegebenenfalls von dem brennbaren Gas aufgenommen und weitergetragen. Die Pulverteilchen werden durch die Detonationswellen erhitzt und beschleunigt und aus dem offenen Ende des Rohres 16 mit hohen Geschwindigkeiten herausgeschossen.

In der in F i g. 2 gezeigten Ausführungsform wird das Pulver aus einem Behälter 21 mit einer durch ein Ventil 22 kontrollierten Geschwindigkeit in das Ein-

laßrohr 11 für das oxydierende Gas eingeführt. Eine Druckausgleichs-Rohrleitung 23 führt von einer in Strömungsrichtung vor der Eintrittsstelle 24 des Pulvers liegenden Stelle zu dem oberen Teil des Pulverbehälters 21. Um eine vollständige Durchmischung des brennbaren mit dem oxydierenden Gas zu erreichen, wird gemäß F i g. 2 das brennbare Gas durch Rohre 10 und 10 a von zwei gegenüberliegenden Seiten in die Mischkammer 12 eingeführt. Die Bildung von Detonationswellen wird dadurch begünstigt, daß eine kleine Zündkammer 14 a vorgesehen ist, welche sich von einem verhältnismäßig kleinen Durchmesser auf einen im wesentlichen mit dem Durchmesser des Laufes 16 gleichen Durchmesser konisch erweitert.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn unter gewissen Betriebsbedingungen, wie z. B. bei der Verwendung von Sauerstoff und Azetylen, zwischen der Zündkammer und der Gaszuführung ein gasdichter Verschluß vorhanden ist. Auch ist es unter Umständen, z.B. bei der Verwendung sehr feinen Pulvers oder eines Pulvers mit niedrigem Schmelzpunkt vorteilhaft, das Pulver in Strömungsrichtung hinter der Zündkammer einzuführen, so daß es sich in der heißen Verbrennungsprodukte auszuspülen, und bildet zwischen diesen und der nächsten brennbaren Gasmischung eine Schutzzone.
6. Der Nocken 32 läßt zu, daß sich das Stickstoffventil 31 schließt, und der Kreislauf kann sich mit der Wiederöffnung der Ventile 35 und 37 zur Bildung des nächsten brennbaren Gemisches wiederholen.

Für die Wahl der Abmessungen des Rohres 16 ist ein großer Spielraum gegeben, vorausgesetzt, daß dessen Länge zumindest ein Vielfaches seines inneren Durchmessers beträgt. Ist das Rohr zu kurz, so bildet die Gasmischung nach der Zündung keine Detonationswelle aus. Bei einem Rohr von 25 mm innerem Durchmesser wurden Längen von 38 cm bis 3 m erfolgreich angewendet. Etwas kürzere Rohre sind, obwohl bei manchen Gasmischungen brauchbar, bedeutend weniger wirksam. Die besten Ergebnisse mit Rohren von 25 mm innerem Durchmesser sind bei einer Rohrlänge von 1 bis zu 2 m erreicht worden. Bei Verwendung eines Rohres von 13 mm Innendurchmesser hat sich eine Länge von 20 cm bei einigen Gasmischungen als brauchbar, aber eine

Zündkammer nicht absetzt. Diese Besonderheiten 35 Länge von etwa 1 m als allgemein geeigneter ergeben, sind in Fig. 3 angedeutet, welche die Tellerventile Für das Rohr ist gewöhnlich Luftkühlung aus-

25 zeigt, die zur Erzielung der erwünschten öffnungs- und Schließfrequenz in üblicher Weise durch einen Motor 26 und Nocken 27 betätigt werden. Ein T-Stück 28 zwischen der Zündkammer 14 und dem offenen Ende des Rohres 16 ist mit einem Einlaßrohr 30 zur Einführung des Pulvers versehen. Es sind auch Beschichtungen hergestellt worden, bei denen das Pulver zwischen dem offenen Ende des Rohres und dem Werkstück eingebracht wurde.

Die in Fig. 4 gezeigte Detonationsvorrichtung ähnelt der in Fig. 3, doch wird hier inertes Gas, wie Stickstoff, aus einer Leitung 29 durch ein Tellerventil 31 in das Rohr eingeführt, um die Mischreichend. Falls bei einer besonderen Verwendung der Vorrichtung, z.B. wenn nahezu ununterbrochen Sauerstoff-Azetylen-Gemische angewandt werden, eine zu starke Erhitzung des Rohres zu beobachten ist, kann Wasserkühlung angewandt werden. Schlecht gekühlte Ecken und Kanten innerhalb derZünd-und Mischkammern sind natürlich zu vermeiden, um die Ausbildung lokal überhitzter Zonen, welche eine zu frühe Zündung verursachen wurden, zu verhindern. Die in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsformen der Vorrichtung arbeiten ohne Ventile in den Gasleitungen. Bei diesen Ausführungen müssen die oxydierenden und die brennbaren Gase bei nahezu

kammer zu spülen und damit die Ventile zu schützen. 40 gleichem Druck eingeführt werden, um die Gefahr

Das Ventil 31 wird durch einen zweiten Nocken 32 auf der Nockenwelle 33 betätigt, welche so konstruiert und in bezug auf den Nocken 27 angeordnet ist und mit einem den Zündzeitpunkt bestimmenden Nocken 34 in Wechselbeziehung steht, daß sich nachstehende zeitliche Reihenfolge der Funktionen abspielt:

1. Nocken 27 öffnet gleichzeitig die Tellerventile 35 und 37, um brennbares und oxydierendes Gas (mit oder ohne Pulver) in das Rohr einzulassen.

2. Nocken 27 läßt nunmehr das Schließen der Tellerventile 35 und 37 zu.

3. Unmittelbar nach dem Schließen der Ventile 35 und 37 öffnet der Nocken 32 das Tellerventil 31 und läßt das inerte Gas wie Stickstoff in den Lauf ein. Der Stickstoff strömt über die Ventile 35 und 37 hinweg, um etwaige durch Undichtigkeit bedingte Gasausströmungen aus diesen Ventilen zu verdünnen, welche sonst bei der Detonation der Mischung ein Rückschlagen der Flamme bewirken könnten.

4. Unmittelbar nachdem sich das Stickstoffventil 31 öffnet und während es offen steht, schließt der Nocken 34 den Primärstromkreis der Zündspule 17 und zündet dadurch die Zündkerze 15.

5. Nach erfolgter Detonation strömt Stickstoff von dem Ventil 31 durch die Vorrichtung, um die

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60 des Flammenrückschlags zu verringern. Zur größeren Sicherheit kann in das Brennstoffzuführungsrohr eine übliche Rückschlagsperre eingeschaltet werden.

Geeignete gasförmige Brennstoffe umfassen Azetylen, Wasserstoff, Propan, Butan, Pentan und Äthylen, welche mit einem oxydierenden Gas, wie Sauerstoff, Luft oder einer Mischung von beiden, detonationsfähige Gemische bilden. Einige Gase, wie z. B. komprimiertes Azetylen, detonieren sogar ohne ein oxydierendes Agens.

Das Mengenverhältnis von brennbarem zu oxydierendem Gas beeinflußt die Geschwindigkeit der Detonationswelle. Zu reiche oder zu arme Gemische können unter Umständen überhaupt nicht detonieren. In der folgenden Tabelle sind als Anhalt eine Reihe von Geschwindigkeiten für die Flammenfront bzw. die Detonationswelle aufgeführt:

Näherungswert
der Geschwindigkeit der Detonationswelle

	o/oBrennstoff-	Meter
	gehalt	pro Sekunde
Wasserstoff—Luft	29	1940
65 Azetylen—Luft	9	2196
Propan—Sauerstoff	29	2605
Wasserstoff—Sauerstoff ..	67	2821
Azetylen—Sauerstoff	50	2959

Die vorerwähnten Veröffentlichungen von Jost und von Lewis—von Elbe geben die Bereiche für den Prozentgehalt des Brennstoffs zur Bildung detonationsfähiger Gemische von Luft oder Sauerstoff mit acht verschiedenen Brennstoffen an und beschreiben Detonationsgeschwindigkeiten einer Anzahl von Gemischen. Mit Sauerstoff beträgt die untere Grenze des Azetylengehalts 3,5 bis 3,6 % und die obere Grenze 92 bis 93 °/o. Mit Luft beträgt die untere Gegenständen zu erzeugen, so ist eine Detonationsfrequenz von ungefähr 4 Hz sehr zufriedenstellend, obgleich eine Frequenz von 7 bis 8 Hz mit Erfolg angewendet worden ist. Um mit einer ähnlichen Vor-* 5 richtung unter Verwendung eines Luft-Azetylen-Detonationsgemisches Aluminiumpulver aufzuschießen, ist eine Frequenz von 40 Hz sehr zufriedenstellend, obgleich sich auch Frequenzen in der Höhe von etwa 70 Hz mit beachtenswertem Erfolg'

Grenze Azetylengehalts 4,2 % und die obere Grenze io haben verwenden lassen. Bei Frequenzen über 7 bis 50%. 8Hz für das Sauerstoff-Azetylen-Gemisch und von

Die Temperatur in der Detonationswelle ist hoch, 70 Hz für das Luft-Azetylen-Gemisch neigt das Rohr bei einigen Mischungen liegt sie oberhalb 2800° C. zur Überhitzung, und es können Flammenrück-Jedoch geht ein großer Teil der Wärme verloren, schlage und anhaltendes Brennen auftreten. Theoreehe die Gase auf das Werkstück auftreffen, so daß 15 tisch wäre der größten Frequenz nur durch den

Mechanismus der Ventilbetätigung oder durch die Geschwindigkeit eine Grenze gesetzt, mit der das Gas zwischen zwei Detonationen in die Vorrichtung eingeblasen werden könnte. Hohe Strömungsgeschwindigkeiten des Gases können unbequeme oder gefährliche Gasdrücke erforderlich machen, und hohe Detonationsfrequenzen können die Vorrichtung oder einzelne ihrer Teile überhitzen.

In die Vorrichtung eingeführte Feststoffe werden

Sprühstrahl oder Flüssigkeitsnebel kann ebenso an- 25 auf sehr hohe Geschwindigkeiten beschleunigt. Es gewandt werden wie eine innere Wasserkühlung. Bei wird angenommen, daß die Teilchen innerhalb der Kühlung des Werkstücks in der beschriebenen Weise
können Teilchen eines Materials, wie Wolframcarbid,
auf die Oberfläche eines Werkstücks mit einem
wesentlich abweichenden Wärmeausdehnungskoeffi- 3°
zient, wie Stahl, fest aufgebracht werden.

selbst nur eine leichte Erwärmung des Werkstücks eintritt. So kommt bei Anwendung des Verfahrens gemäß Erfindung ein durch Hitze bedingtes Verziehen des Werkstückes nicht vor. Falls eine Erwärmung des Werkstücks auftritt, kann dieser durch zeitweiliges Unterbrechen der Behandlung, Auskühlenlassen des Werkstücks mit oder ohne dagegengerichteten Strahl eines Kühlmittels, z. B. Luft, leicht begegnet werden. Eine äußere Kühlung mit einem

Die Strömungsgeschwindigkeiten der Gase können so eingestellt werden, daß das Gemisch in dem Zeil· raum zwischen den Zündungen das Rohr gerade füllt, und in diesem Falle läuft die Detonationswelle bis zum Ende des Rohres. Bei einer geringeren Strömungsgeschwindigkeit durchläuft die Detonationsfront den Teil der Rohrlänge, welcher detonationsfähiges Gasgemisch enthält, und eine von der Deto-

Vorrichtung durch eins oder mehrere der folgenden Mittel beschleunigt werden:

a) die Stoßfront am Kopf der Detonationswelle,

b) die sich schnell bewegenden Gase hinter dieser Stoßfront und

c) die oben beschriebene Stoßwelle, die in Strömungsrichtung vor dem detonierten Gasgemisch auftritt.

Die Zuflußgeschwindigkeiten der Feststoffe in die Vorrichtung sind nicht von besonderer Bedeutung, außer daß sie einen Einfluß auf die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens haben, d. h. auf die Kosten und auf

nation herrührende Stoßwelle durchläuft den Rest 40 die Geschwindigkeit, mit welcher z.B. eine bestimmte des Weges bis zum Ende des Rohres. Eine größere Schicht aufgebaut wird. 4,5 kg Pulver je Stunde

Strömungsgeschwindigkeit des Gases bewirkt eine Flamme außerhalb des Rohrendes.

Das dargestellte Zündsystem entspricht den übh b hi d

g g j

scheint für Beschichtungen guter Qualität und maximaler Härte am günstigsten zu sein, wenn je Stunde je 5,1 cbm Azetylen, Sauerstoff und Stickstoff (zum F l d bhi d V

liehen, bei Verbrennungsmaschinen angewendeten 45 Fortschaffen des Pulvers und Abschirmung der Ven-

Systemen. Es können jedoch auch andere Zündmittel, wie etwa ein elektrisch geheizter feiner Draht oder eingespritzte heiße Pulverteilchen verwendet werden. Das beschriebene System ist zweckdienlich, preiswert und verläßlich.

Die Frequenz der Detonationen ist ein Faktor für die Erzielung einer guten Funktion des Geräts. Die günstigste Frequenz hängt von der betreffenden Anwendung der Vorrichtung, ihrer Konstruktion und tile) und ein Rohr von 25 mm innerem Durchmesser mit einer Detonationsfrequenz von 4,3 Hz verwendet wird. Niedrige Geschwindigkeiten von etwa V* kg Pulver je Stunde und hohe von etwa 11 kg je Stunde sind erfolgreich bei einem Wolfram-Garbid-Pulver angewendet worden, dessen Teilchengröße kleiner als 44 μ war.

Die Erfindung ist geeignet für die Beschichtung von Oberflächen mit irgendeinem Stoff aus der großen

hl ll Li Mllbid

von den Eigenschaften des detonierenden Gas- 55 Zahl von Metallen, Legierungen, Metallverbindungen, gemisches ab. Eine einzige Detonation reicht aus, Kunststoffen, keramischen und mineralischen Stoffen, wenn ein dünner Niederschlag auf einer kleinen
Fläche verlangt wird, z.B. eineWolframcarbidschicht

von 12,5 μ Dicke auf einer Stahloberfläche von 25 mm Das Grundmaterial kann aus Metall, Glas, Holz, Stoff, Papier, Kunststoff oder anderen Stoffen bestehen. Die zu beschichtende Fläche kann in einer

Durchmesser oder weniger. Um dickere Schichten 60 kleinen Entfernung vor dem off enen Ende des Lauf es,

herzustellen oder um größere Flächen schnell zu beschichten, sind in der Regel mehrere Detonationen pro Sekunde wünschenswert. Will man z. B. bei Benutzung eines Rohres von 25 mm Durchmesser und

z. B. in einer Entfernung von 13 mm bis 25 cm angeordnet werden. So wird z. B. ein Gegenstand, der mit Wolframcarbidteilchen beschichtet werden soll, gewöhnlich in einem Abstand von etwa 7Vs cm von d d G

angenähert V-h m Länge und Verwendung eines 65 der Mündung des Geräts angeordnet. Sauerstoff-Azetylen-Detonationsgemisches Wolfram- Auf glattem Glas sind mit der Vorrichtung nach

Carbid-Kobalt-Legierung in Pulverform aufschießen, um Schichten auf verschiedenen Werkzeugen und der Erfindung gute Überzüge unter Verwendung von Aluminium-, Kupfer-, Messing-, Zinn-, Blei-, Zink-

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und Magnesiumpulvern erzielt worden. Kupfer und Sphäre wie Argon geschützt sind. Die Vorrichtung

Zink sind mit Erfolg auf Aluminium aufgebracht arbeitet gut unter Wasser.

worden; Aluminium und Nickel auf Kohle; Alumi- Ein besonders wichtiges Beispiel der Anwendungs-

nium auf ein Drahtsieb aus rostfreiem Stahl mit etwa möglichkeiten der Erfindung ist ihre Verwendung,:

24 Maschen pro Zentimeter und 0,25 mm Maschen- 5 um harte, haftende Schichten eines verschleißfesten

weite; Aluminium und Zink auf Baumwollstoff; Alu- Materials mit einem hohen Schmelzpunkt, wie die

minium auf Papier, Aluminium, Kupfer, Magnesium, Wolfram-Carbid-Verbindungen, niederzuschlagen.

Nickel und Zinn auf Holz; Aluminium auf Methacry- Eine fein gepulverte, geschmolzene Wolf ramcarbid-

latkunststoffen; Zinn, Aluminium, Molybdän, Kupfer, verbindung von einer Teilchengröße unter 50 μ, im

Wolfram, Wolframcarbidlegierung, rostfreier Auste- io allgemeinen' zwischen 10 und 40 μ, und mit einem

nitstahl, Chrom, Kobalt-Chrom-Wolfram-Legierung, Zusatz'außer dem Wolfram von etwa 9 °/o Kobalt

Nickel-Molybdän-Legierung, Borcarbid und Por- und 4 % Kohlenstoff, wurde mit einer Geschwindig-r

zellanfritte auf Stahl; und Wolframcarbidlegierung keit von ungefähr 4,5 bis 6,75 kg je Stunde in eine

auf Schamotte. Es können mit Hilfe der Detonations- Vorrichtung der in Fig. 4- gezeigten Ausführufigsr·'

vorrichtung auch Mischungen verschiedener Pulver 15 form von etwa 1,50 m Länge und 25 mm innerem

auf ein Werkstück niedergeschlagen werden. Eine Durchmesser eingeführt. Azetylen und;Sauerstoff

Mischung von Eisen-, Chrom- und Nickelpulver wurden in dem Verhältnis von 1 cbm des ersten.zu

kann auf Stahl aufgebracht werden, um ihn gegen 1 bis 2 cbm des zweiten mit einer Durchschnäts-

Verrosten und Abnutzung widerstandsfähig zu geschwindigkeit der Mischung von etwa 10,2 cbm je

machen. Zuweilen ist es vorteilhaft, dem Pulver ein ao Stunde eingeführt. Die durchschnittliche Strömungs·*

nichtmetallisches Flußmittel in Pulverform beizu- geschwindigkeit des ,Stickstoffs betrug' etwa 5,1 cbih

geben, um das Haftvermögen zu verbessern. ' je Sturide. Die Zündfrequenz war ungefähr 4 Hz.

Als geeignete Pulvergröße ist diejenige anzusehen, Eine entweder weichender Msaite'. blanke Eisen- oder welche die Oberflächen der Teilchen genügend weich Stahlfläche : (z. B. Werkzeugstahl), 'die"vorzugsweise werden läßt, urn eine gute Haftung an dem Grund- 95 mit Strahlkies aufgerauht oder: mit einem weichen material zu geben, aber andererseits eine übermäßige Metall·, .-wie Kupfer, NickelidderiKobalt in eine Dicke Verdampfung der Teilchen nicht zuläßt. Im allge- von beispielsweise 6ßbfs:J.2 μ dümi^; beschichtet war, meinen können Stoffe mit niedrigem Schmelzpunkt, wurde etwa 7,5 cm vom offenen Ende der Vorrichwie Zinn, Blei, Zink, Aluminium und Magnesium tung angebracht. Eine dichjte,. liaftende Schicht der eine größere Teilchengröße, ä.~h. bis zu etwa 150 μ, ep Wolframcarbidverbindurig von Va mm Stärke wurde besitzen, und solche mit höherem Schmelzpunkt, wie mit einerrGeschwindigkeit voa etwa:6',50:qcm J^e Mi-Chrom, Wolfram und Wolframcarbid, sind mit bestem «ute: niedergeschlagen. Durch Veränderung .den Be-Erfolg mit kleinerer Teilchengröße als etwa 50 μ zur schichtüngsdäuer können' dünnere Oder.viel dickere Herstellung dichter, gut haftender Überzüge verwen- Schichten aufgebfacht werden.,Jm übrigen:3carin zum det worden. Diese Maßgrenzen siöd aber nicht kritisch 3S Aufrauhen der Siahloberfläche das; exfindungsgemäße entscheidend; so hat sich, z.B. um Aluminium zu Verfahren,jedoch? unter Verwendimg!von Stahlkies, beschichten, ein 12- bis 32^-Kupferpulver mit gutem benutzt werden. ='.: ■.:* J^ ^>r. ~ '· .· ·■''.'.
Erfolg verwenden lassen, und ein grobes Wolfram- ■ Fi g. 5^-zeigt m 3QOfacher:Vergrößerung das'Bild carbid-Kobald-Legierungs-Pulver von 74 μ Teilchen- "einer Schicht WC aus WolframcaTbid^:KobalfeLegiegröße ist mit Erfolg auf einem metallischen Körper 40 rung, die nach dem Verfahren der LBrfindung. auf .einer aufgebracht worden. · " ' Grundfläche^ aus Stahl niedergeschlagen ,wurdec* Das

Mit Aluminiumpulver, das feiner als 44 μ war, Wolframcarbid enthielt 9 % Kobalt. Die Probe wurde

einer Arbeitsfläche in etwa 5 cm Entfernung vom poliert und erhielt darauf eine anodische Ätzung mit

offenen Ende des 25 mm Rohres und wiederholteii* -^r'Chromsäüfe und nachfolgend eine Färbung durch

Detonationen eines Gemisches aus Luft und 10 % 45 Kaliumpermanganat.

Azetylen bei einer Frequenz von ungefähr 30 Perioden Die mit dem Verfahren und der Vorrichtung nach

pro Sekunde, wurde ein Überzug von 0,43 mm Dicke der Erfindung erhaltenen Überzüge der Wolfram-

bei 3¹Iz cm Durchmesser in 1,5 Minuten auf einer carbidmischung, haben feinkörniges, dichtes lamel-

blanken Stahlfläche hergestellt. Dieser Überzug war lares Gefüge, das aus Mischschichten von Wolfram-

im wesentlichen undurchlässig. 50 carbid (WC), komplexen Carbiden von Kobalt und

Kupfer oder andere leicht lötbare Metalle können Wolfram, und kleinen Teilen eines sekundären

auf Stoffe, wie Glas, Porzellan, Holz, Kunststoff oder Wolframcarbids (W₂C) zusammengesetzt ist. Die

Aluminium, welche nicht oder schwer lötbar sind, Teilchen, aus denen die Schicht gebildet ist, sind

aufgespritzt und die so beschichteten Stoffe dann durch die Hitze und den Aufprall infolge der Deto-

leicht zur Herstellung einer Verbindung gelötet 55 nation in dünne, einander überlappende Scheiben

werden. oder Blättchen von vielfach größerem Durchmesser

Stücke von Segeltuch wurden mit Erfolg auf beiden als ihrer Dicke breitgezogen und abgeflacht. Dieses

Seiten mit Aluminium oder Zink beschichtet, indem Gefüge steht im direkten Gegensatz zu gesinterten

die Metallteilchen durch das Rohr nur auf eine Seite Carbiden, die eine feine equiaxiale Struktur aufweisen,

des Stoffes gerichtet wurden. Auch Papierstreifen 60 oder zu Wolframcarbidlegierungsschichten, die mit

wurden mit Aluminium beschichtet, während sie, um einem üblichen Flammenspritzgerät aufgespritzt wor-

Verkohlung zu vermeiden, vor der Mündung langsam den sind, und ein verhältnismäßig großes, poröses,

vorbeibewegt wurden. In beiden Fällen bestand das schlecht gebundenes Gefüge besitzen. Das herkömm-

Detonationsgemisch aus Luft und Azetylen. liehe Flammenspritzverfahren erzeugt einen Überzug

Verfahren und Vorrichtung nach der Erfindung 65 aus Wolframcarbid, der aus im wesentlichen in der

können zur Beschichtung von Gegenständen verwen- Gestalt unveränderten und schwach gebundenen

det werden, die in Wasser oder eine andere Flüssig- Teilchen gebildet wird, während bei Verwendung der

keit eingetaucht oder durch eine besondere Atmo- Vorrichtung nach der Erfindung die Teilchen ab-

geflacht wurden und zwischen den einzelnen Teilchen eine ausgezeichnete Bindung entsteht.

Der Wolframcarbidüberzug hat einen im allgemeinen mit derjenigen des festen, gegossenen Materials gleiche Raumdichte, nämlich 14,5 g je Kubikzentimeter. Die Porosität ist geringer als l°/o. Die Haftung der Schicht an der Grundfläche ist ausgezeichnet, wie die Tatsache zeigt, daß das aufgeschichtete Material bis zur Zwischenfläche und weiter abgeschliffen werden kann, ohne sich an den Kanten abzuschälen. Ist w die Grundfläche ein dünnes Blech, so kann es gebogen werden, ohne daß die Schicht abspringt, obwohl sie wahrscheinlich Risse bekommen wird. Nach der Vickers-Skala beträgt die Härte wenigstens 110° C. Die Schicht hat eine glatte matte Oberfläche, welche durch normale Präzision-, Schleif- und Polierverfahren auf Hochglanz gebracht werden kann.

Die Eigenschaften der Schicht machen sie für Oberflächen von Gegenständen geeignet, wie Kernstangen zum Pressen und Kalibrieren, für Polier- ee räumnadeln, für Toleranzlehren, für Brecherbacken, für Wellenabdichtringe und -scheiben, für elektrische Kontakte, für Bohrspindel, Sägezähne, Messerschneiden, Webfadenführungen, Ventilsitze und -kegel und Lagerflächen. Für einige elektrische Kontakte kann »5 es erwünscht sein, dem Pulver ein Metall hoher Leitfähigkeit, wie Silber, beizugeben.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Überziehen eines festen Körpers mit einem Metall oder einer Metallverbindung, bei dem das Überzugsmaterial in eine Zündkammer eingebracht, in dieser der Einwirkung eines explosionsfähigen Gasgemisches ausgesetzt und durch eine Ausstoßöffnung auf die zu überziehende Oberfläche geschleudert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Überzugsmaterial den Gasen in Pulverform beigemischt und die gezündete Mischung durch ein die Ausbildung von Detonationswellen ermöglichendes, langgestrecktes Rohr auf die zu überziehende Oberfläche geschleudert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Überzugsmaterial einer Gaskomponente vor Eintritt in die Zündkammer beigemischt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Überzugsmaterials mit niedrigem Schmelzpunkt eine Teilchengröße bis zu 150 μ verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Überzugsmaterials mit hohem Schmelzpunkt eine Teilchengröße bis zu 50 μ verwendet wird.

5. Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 4, bestehend aus einer Zuführeinrichtung für das Überzugsmaterial und einer Zündkammer mit einer Eintrittsöffnung für das explosionsfähige Gasgemisch sowie einer Ausstoßöffnung für die gezündete Mischung, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündkammer (14, 14ö) in ein Rohr (16) von im wesentlichen gleichförmigem Querschnitt mündet, dessen Länge ein Vielfaches seines lichten Querschnitts betragt, und daß zum Zuführen des pulverförmigen Überzugsmaterials eine an sich bekannte Dosiereinrichtung vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß für den Einlaß für das Brenngas und den Einlaß für das oxydierende Gas gesonderte Ventile (35, 37) vorgesehen sind und daß die Zuführleitung (30) für das Überzugsmaterial hinter der Zündkammer (14, 14 a) mit dem Rohr (16) verbunden ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiteres Ventil (31) für die Zufuhr eines inerten Spülgases vorgesehen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 813 360;
schweizerische Patentschrift Nr. 226 698.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen