DE1521468C - Verfahren zur Herstellung von Metallschichten auf mechanisch oder chemisch vorbehandelten Oberflächen eines Kompaktmetalls oder eines Sinterkörpers - Google Patents

Description

Es sind verschiedene Verfahren zum Beschichten von Metallkörpern mit einer Metallschicht bekannt. Zum Beispiel können solche Schichten durch isostatisches Aufpressen und Sintern von Metallpulver hergestellt werden (vgl. USA.-Patentschrift 2 787 140). Für die Herstellung von Mehrschichtenwerkstoffen zwecks Oberflächenschutz gegen Verzunderung, Erosion und Korrosion sind so hergestellte Schichten jedoch häufig noch nicht dicht (kompakt) genug. Andere Schichten haben ebenfalls gewisse Nachteile bzw. Grenzen. Galvanische Schichten sind in ihrer Dicke begrenzt, und_; eine örtliche galvanische Beschichtung erfordert zusätzliche Arbeitsgänge. Flammspritzschichten sind in der Schichtdicke ebenfalls begrenzt. Für das Auftragsschweißen besteht eine Begrenzung der Anwendung bei kompliziert geformten Teilen, z. B. bei der Innenauskleidung einer langen Buchse mit kleinem Durchmesser. Die beiden letzteren Verfahren wurden deshalb schon zum sogenannten Spritzschweißverfahren kombiniert, wobei eine Metallschicht aufgespritzt und anschließend auf dem Untergrund durch Verschweißen niedergeschmolzen wird (vgl. deutsche Auslegeschrift 151 160). Schon beim Spritzen ist bei diesem Verfahren keine genaue Dosierung der Pulvermenge möglich. Außerdem findet beim Aufspritzen durch Wechselwirkung im Flammenbereich eine Oberflächenreaktion auf den Pulverteilchen statt.

Ferner werden beim Niederschmelzen keine oxydfreien Schichten erhalten. Es ist daher beim Aufschmelzen eine Reduktion der beim Aufspritzen oxydierten Pulver erforderlich, die den nachteiligen Oxydgehalt der gespritzten Überzüge reduzieren soll. Ferner kann nur ein Bruchteil des aufgespritzten Pulvers auf der Oberfläche gebunden werden. Es liegt

ίο also ein großer Materialverlust vor, der bei Stirnflächen, Formteilen und dünnen Wellen besonders groß ist.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Metallschichten auf mechanisch oder che-

misch vorbehandelten Oberflächen eines Kompaktmetalls oder eines Sinterkörpers durch isostatisches Aufpressen und Sintern von Metallpulver undbesteht darin, daß eine isostatisch aufgepreßte und gegebenenfalls gesinterte Metallpulverschicht durch örtliehe Wärmezufuhr zonenweise niedergeschmolzen wird.

Bei dem neuen Verfahren zur Herstellung von weitgehend kompakten Metallschichten auf der Oberfläche eines Kompaktmetalls oder eines Sinterkörpers

as wird also auf die mechanisch oder chemisch vorbehandelte Oberfläche eines kompakten oder porenhaltigen Festkörpers ein Metallpulver durch isostatisches Pressen gleichmäßig aufgepreßt. Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn zunächst der Festkörper mit einem Überzug aus einem Metall oder einer Metalllegierung versehen wird. Nachfolgend wird die Metallpulverschicht zu einer porenfreien Schicht aufgeschmolzen. In manchen Fällen erwies es sich als günstig, die Metallpulverschicht vor dem Aufschmelzen durch eine Sinterbehandlung zu verfestigen. Dieser Sinterverfestigung 'der isostatisch aufgepreßten Metallpulverschicht kann unmittelbar eine mechanische Bearbeitung folgen.

Die Oberfläche des Festkörpers wird gewöhnlich mechanisch bearbeitet.

Die zu beschichtende Fläche soll frei von Zunder, Rost und Fett sein. Es sind auch chemische Oberflächenbehandlungen geeignet. Die Haftfestigkeit der Metallpulverschicht wird verbessert, wenn die Oberfläche des Festkörpers anodisch aufgerauht wird. Auf die vorbehandelte.Oberfläche des Kompaktkörpers wird eine Metallpulverschicht isostatisch aufgepreßt und gegebenenfalls nach einer Sinterbehandlung die Schicht aufgeschmolzen.

Nach einer besonderen Ausführungsform des Verfahrens wird auf die behandelte Oberfläche des Kompaktkörpers ein Überzug aufgebracht.

Geeignete Materialien zur Herstellung des Überzuges auf den kompakten oder porenhaltigeh Festkörpern "sind z. B. Kobalt und Nickel oder eine Metallegierung von Nickel, Kobalt oder Chrom. Diese metallische Zwischenschicht kann auf dem Festkörper z. B. stromlos oder galvanisch abgeschieden werden. In manchen Fällen erwies sich das Aufstreichen eines Metallpulvers oder einer Metallpulvermischung in Pastenform als günstig. Durch eine geeignete Beschaffenheit des Überzuges wird eine diffusionshemmende Wirkung erzielt und die Konzentrationsverschiebungen in der Metallpulverschicht und dem Festkörper vermindert. Dadurch können auch unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten der niedergeschmolzenen Metallpulverschicht und des Festkörpers weitgehend überbrückt werden.

Das isostatische Aufpressen des nachfolgend auf die Zwischenschicht aufgebrachten Metallpulvers wird vorzugsweise bei einem Druck von 3 bis 6 Mp/cm² durchgeführt. Geeignete Metallpulver z.B. sind Co, Cr, Fe, Ni, Ti, Si sowie Mischungen und Legierungen der genannten Metalle mit W, Mo, Nb und Ta. Als Einlagerungskomponenten sind Karbide, Oxyde, Boride, Nitride und Suizide geeignet.

Das isostatische Pressen wird gewöhnlich in Druckbehältern mit Flüssigkeitsfüllung vorgenommen.

Nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird beim isostatischen Pressen das Metallpulver in einen Hohlraum zwischen dem Kompaktkörper und einem Kunststoffbehälter trocken oder naß gefüllt und durch mindestens einen Preßstempel über einen elastischen Behälter und eine plastische Masse verdichtet.

Zur Durchführung des isostatischen Aufpressens wird auf die Zeichnung verwiesen. In dieser sind geeignete Preßformen im Querschnitt dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 einen Stab mit kreisförmigem oder polygonem Querschnitt und

F i g. 2 eine Buchse.

In den F i g. 1 und 2 ist die Matrize jeweils mit 1, die zu beschichtende Einlage mit 2, ein elastisch verformbarer Kunststoffbehälter, welcher das isostatische Pressen ermöglicht, mit 3 und das Metallpulver mit 4 bezeichnet. In F i g. 1 ist der ringförmige Oberstempel mit 5 und der Unterstempel mit 6 bezeichnet. In F i g. 2 ist der zylindrische Oberstempel mit 7 und der zylindrische Unterstempel mit 8 bezeichnet.

In den Ausführungsförmen gemäß F i g. 2 ist ein Behälter 3 mit einer plastischen Masse 9 oder einer Flüssigkeit gefüllt. Der Trägerkörper 2 wird durch Ausstoßen aus der Matrize 1 entnommen. In einer Abwandlung der Anordnung nach F i g. 2 kann der Trägerkörper bei ausreichender Wandstärke direkt als Matrize dienen. Die Matrize 1 entfällt dann. Die Abmessungen der Stempel 7 und 8 sind entsprechend dem Innendurchmesser des Trägerkörpers anzupassen.

Das Aufschmelzen der Schicht kann nach dem isostatischen Pressen gegebenenfalls auch nach dem Sintern erfolgen. Die Wärmezufuhr kann durch Autogenfiamme, Lichtbogen- oder Plasmaflamme erfolgen. Besonders vorteilhaft erwies sich die induktive Erwärmung. Es ist wesentlich, daß das Aufschmelzen mit dosierter Wärmezufuhr erfolgt, damit die Legierungsvorgänge zwischen der Metallpulverschicht und dem Sinterkörper und der eventuell vorhandenen Zwischenschicht gesteuert werden können. Es wird zunächst eine vorgegebene Schmelztiefe der Schicht erzeugt. Dann läßt man den Schmelzbereich über die gesamte Oberfläche wandern.

Die beschichteten Festkörper zeichnen sich insbesondere durch hohe Härte, mechanische Widerstandsfähigkeit, Warmfestigkeit und Korrosionsfestigkeit aus. Der Schmelzvorgang kann einfach mechanisiert werden, und es ist eine genaue Dosierung der Menge des niedergeschmolzenen Gutes und damit der Schichtdicke möglich. Nach dem neuen Verfahren können auch Teile beschichtet werden, die nach dem üblichen Auftragsschweißen schwierig zugänglich sind.

Ein besonderer Vorteil des Verfahrens liegt ferner darin, daß Werkstücke nicht nur außen, sondern auch innen beschichtet werden können. So können beispielsweise auf Bolzen und lange Buchsen gleichmäßige kompakte Metallschichten aufgebracht werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung yon Metallschichten auf mechanisch oder chemisch vorbehandelten Oberflächen eines Kompaktmetalls oder eines Sinterkörpers durch isostatisches Aufpressen und Sintern von Metallpulver, dadurchgekennzeichnet, daß eine isostatisch aufgepreßte und gegebenenfalls gesinterte Metallpulverschicht durch örtliche Wärmezufuhr zonenweise niedergeschmolzen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Festkörpers zunächst mit einem Überzug aus einem Metall oder einer Metallegierung versehen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim isostatischen Pressen das Metallpulver in einen Hohlraum zwischen dem Kompaktkörper und einem Kunststoffbehälter trocken oder naß gefüllt wird und durch mindestens einen Preßstempel über einen elastischen Behälter und eine plastische Masse verdichtet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme beim Niederschmelzen durch Autogenflamme, Lichtbogenoder Plasmaflamme zugeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur örtlich begrenzt angewärmt wird und erst nach Erreichen einer bestimmten Schmelztiefe der Schicht der Schmelzbereich über die gesamte Oberfläche geführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zum zonenweisen Niederschmelzen induktiv erwärmt wird.