DE2100237A1 - Tungsten alloy and process for its manufacture - Google Patents

Tungsten alloy and process for its manufacture

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DE2100237A1
DE2100237A1 DE19712100237 DE2100237A DE2100237A1 DE 2100237 A1 DE2100237 A1 DE 2100237A1 DE 19712100237 DE19712100237 DE 19712100237 DE 2100237 A DE2100237 A DE 2100237A DE 2100237 A1 DE2100237 A1 DE 2100237A1
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Description

Manchester and Weidmen Roads
Manchester, Missouri / V.St.A,
Manchester and Weidmen Roads
Manchester, Missouri / V.St.A ,

Unser Zeichen: R 761Our reference: R 761

Wolframlegierung und Verfahren zu ihrer HerstellungTungsten alloy and process for its manufacture

Die Erfindung betrifft eine Wolframlegierung, die zur Herstellung von harten Belägen oder Überzügen für die verschiedensten Substratmaterialien einschließlich solcher auf Basis von Eisen und Stahl geeignet iste Die erfindungsgemäße Legierung ist besonders geeignet als Überzug, für Kolbenringe einschließlich der Dicht- und ölabstreifring© für Kolben von Verbrennungsmotoren.The invention relates to a tungsten alloy used for Production of hard coverings or coatings for a wide variety of substrate materials including such based on iron and steel is suitable Alloy is particularly suitable as a coating for piston rings including the sealing and oil control ring © for pistons of internal combustion engines.

Kolbenringe, Dichtringe und ülabatreifringe werden normalerweise mit einem harten Metallüberzug versehen. Ein typisches Beispiel dafür ist ein nach einem Flammspritzverfahren aufgebrachtes hartes Molybdänüberzugsmaterial, dae eich für Kolbenringe in hochverdichteten Verbrennungsmotoren* bei deren Betrieb hohe Temperaturen auftreten, ausgezeichnet eignet» Ein anderer überzug für KolbenringePiston rings, sealing rings and ülabatreifrings are usually provided with a hard metal coating. A typical example of this is a hard molybdenum coating material applied by a flame spraying process, as high temperatures occur during operation of piston rings in highly compressed internal combustion engines *. Another coating for piston rings

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besteht ζ. B, aus einem feuerfesten Metallcarbide wie Wolframcarbid. Bisher nahm man an, daß für den Fall, daß Wolfram den Hauptanteil des Legierungsüberzuges bildet, das Wolfram in Form einer Verbindung, beispielsweise als Wolframcarbid, vorliegen muß. Versuche, einen Kolbenüberzug herzustellen, der Wolfram selbst als getrennte Phase enthält, haben zu keinem Erfolg geführt, da sich das Wolfram als zu weich erwiesen hat und den Kolbenring unter den typischen Betriebsbedingungen nicht in dem gewünschten Maße schützte.exists ζ. B, made of a refractory metal carbide such as Tungsten carbide. It was previously assumed that in the event that tungsten made up the majority of the alloy coating forms, the tungsten in the form of a compound, for example as tungsten carbide, must be present. Try one Producing a piston coating that contains tungsten itself as a separate phase has not led to success, because the tungsten has proven to be too soft and the piston ring not under typical operating conditions protected to the extent desired.

Es wäre daher als wesentlicher technischer Fortschritt anzusehen, wenn es gelänge, eine Legierung anzugeben, die eine wesentliche Menge an Wolfram als getrennte Phase enthält und dennoch ausreichend hart ist, um als Überzug für Kolbenringe in hochverdichteten Verbrennungsmotoren verwendet werden zu können.It would therefore be regarded as a significant technical advance if it were possible to specify an alloy which contains a substantial amount of tungsten as a separate phase yet is sufficiently hard to be used as a coating for piston rings in high-compression internal combustion engines to be able to.

Die vorliegende Erfindung liefert nun eine solche Metalllegierung, die sich zur Herstellung von harten Überzügen eignet und die aus einer Legierungsmatrix besteht, die eine getrennte, interstitiell mit Bor gehärtete Wolframphase enthält. Bei der Legierungsmatrix handelt es sich vorzugsweise um eine Nickel-Chrom- oder Nickel-Aluminium-Matrix. The present invention now provides such a metal alloy, which is suitable for the production of hard coatings and which consists of an alloy matrix which a separate tungsten phase hardened interstitially with boron contains. The alloy matrix is preferably a nickel-chromium or nickel-aluminum matrix.

Die oben angegebene Legierung, die als Überzug für Kolbenringe besonders geeignet ist, wird vorzugsweise nach einem Plasmastrahl-Spritzverfahren hergestellt. Die harte Wolframlegierung der Erfindung wird allgemein hergestellt, indem man in einer oxydierenden Flamme eines Plasmalichtbogenbrenners Wolframcarbid in Wolfram überführt und dann das Wolfram zum Härten der Wolframphase mit Bor kombiniert.The above alloy, which is particularly suitable as a coating for piston rings, is preferably after a Plasma jet spraying process produced. The hard tungsten alloy of the invention is generally made by one converts tungsten carbide into tungsten in an oxidizing flame of a plasma arc torch and then the Tungsten combined with boron to harden the tungsten phase.

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Bei dem üblichen Plasmastrahl-Spritzverfahren verwendet man eine Plasmaflammenspritzpistole, die eine Spritzkammer aufweist, in welche das Plasmagas eingeführt wird. Zur Ionisierung des Gases wird in der Kammer ein elektrischer Lichtbogen erzeugt. An der Kammer ist eine Sprühdüse angebracht, der ein Spritzmetallpulver» vorzugsweise in Form einer Suspension in einem Trägergas,zugeführt wird. Das Metallpulver wird dann geschmolzen und auf ein als Werkstück wirkendes Grundmaterial aufgepreßt, wodurch das Grundmaterial überzogen wird. Der Überzug auf dem Grundmaterial wird dadurch erzeugt, daß man die Spritzpistole gegenüber dem Werkstück oder das Werkstück gegenüber der Spritzpistole oder beide gegeneinander bewegt, um so mehrere dünne Metallschichten nacheinander abzulagern.In the usual plasma jet spraying process, a plasma flame spray gun, which has a spray chamber, is used into which the plasma gas is introduced. To ionize the gas, an electric is used in the chamber Arc generated. A spray nozzle, which is preferably a spray metal powder, is attached to the chamber is supplied in the form of a suspension in a carrier gas. The metal powder is then melted and processed as a Workpiece-acting base material pressed on, whereby the base material is coated. The coating on the base material is generated by having the spray gun opposite the workpiece or the workpiece opposite the Spray gun or both moved against each other in order to deposit several thin metal layers one after the other.

Die Verbesserung des oben beschriebenen Verfahrens, die das Wesen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausmacht, besteht nun darin, daß man ein Pulver aus Wolframcarbid, Bor und mindestens eine:;·! weiteren legierenden Element verwendet. Als Plasmagas wird Wasserstoff in Verbindung mit Stickstoff oder Argon verwendet. Der Wasserstoff wird mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,566 bis 0,850 m (20 bis 30 ft. ) Wasserstoff unter Standardbedingungen pro Stunde zugeführt. Eine andere wichtige Variable, die einreguliert werden muß, ist der Abstand der Sptizpistole von dem Werkstück. Dieser kann von 8,9 bis 16,5 cm (3,5 bis 6,5 inches) variiert werden. Unter diesen Bedingungen wird das Grundmaterial mit einem harten Überzug versehen, der aus der oben beschriebenen Legierung besteht, die eine gehärtete Wolframphase enthält.The improvement of the method described above, which constitutes the essence of the method according to the invention, consists now that you have a powder of tungsten carbide, boron and at least one:; ·! another alloying element is used. Hydrogen in conjunction with nitrogen or argon is used as the plasma gas. The hydrogen is with a flow velocity of 0.566 to 0.850 m (20 to 30 ft.) Hydrogen under standard conditions fed per hour. Another important variable that needs to be adjusted is the spacing of the tip gun of the workpiece. This can be varied from 8.9 to 16.5 cm (3.5 to 6.5 inches). Under these conditions will the base material is provided with a hard coating consisting of the alloy described above, which is a hardened one Contains tungsten phase.

Ziel der Erfindung ist es daher, eine neue Legierung, insbesondere eine eine getrennte harte Wolframphase enthaltende Metallegierung anzugeben, die zur Herstellung eines hartenThe aim of the invention is therefore to provide a new alloy, in particular to specify a metal alloy containing a separate hard tungsten phase which is used to produce a hard

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Überzuges auf der Lauffläche eines Kolbenringes verwendet werden kann, der aus einer nach einem Plasmastrahl-Sprit zverfahr en aufgebrachten feuerfesten Legierung besteht. Dieser harte Überzug wird auf dem Kolbenring in situ aus einem Wolfram enthaltenden Pulver mit Hilfe eines Plasmastrahlspritzverfahrens erzeugt.Coating can be used on the running surface of a piston ring, which consists of a plasma jet fuel zverfahr en applied refractory alloy. This hard coating is in place on the piston ring situ generated from a tungsten-containing powder with the help of a plasma jet spraying process.

Ziel der Erfindung ist es ferner, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Wolframlegierung anzugeben, die als harter Überzug verwendbar ist, wobei man ein Plasmastrahlbeschichtungsverfahren anwendet, in dem bestimmte Variable des Verfahrens in ganz spezieller Weise so eingestellt werden, daß der gewünschte harte Wolframmetallegierungsüberzug erzielt wird.The aim of the invention is also to provide a method for producing such a tungsten alloy, which as hard coat using a plasma jet deposition process in which certain variables of the process can be adjusted in a very special way so that the desired hard tungsten metal alloy coating is achieved.

Weitere Merkmale der Erfindung und erfindungsgemäß erzielte Vorteile gehen aus der folgenden Beschreibung bestimmter bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen hervor. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß diese speziellen Ausführungsformen in vielerlei Hinsicht abgeändert und modifiziert werden können, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Other features of the invention and advantages achieved in accordance with the invention will become apparent from the following description of particular ones preferred embodiments of the invention in conjunction with the accompanying drawings. However, be on it it should be noted that these particular embodiments are altered and modified in many ways can without departing from the scope of the present invention.

In den beiliegenden Zeichnungen bedeutenIn the accompanying drawings mean

Fig. 1 eine Mikrophotographie einer typischen Probe einer erfindungsgemäßen Wolframlegierung;1 is a photomicrograph of a typical sample of a tungsten alloy according to the invention;

die Figuren 2 bis 8 Röntgenfluoreszenzmikrophotographien von verschiedenen, in einer typischen erfindungsgemäßen Legierung enthaltenen Komponenten;Figures 2 through 8 fluorescence x-ray photomicrographs of various components contained in a typical alloy according to the invention;

Fig. 9 einen seitlichen Aufriß, teilweise im Schnitt, einer Kolbenringzylinderanordnung eines Motors, in der der Kolben Ringnuten aufweist, die mit Dichtringen und ölabstreifringenFigure 9 is a side elevation, partly in section, of one Piston ring cylinder arrangement of an engine, in which the piston has ring grooves which are provided with sealing rings and oil control rings

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versehen sind, von denen Jeder eine an dem Zylinder anliegende Lauffläche aufweist, die aus in situ hergestellten, nach einem Plasmastrahlspritzverfahren aufgebrachten erfindungsgemäßen Wolframlegierungen besteht; Fig. 10 stellt einen vergrößerten teilweisen Querschnitt durch den oberen Teil des Dichtringes in dem Kolben der Fig. 9 dar;are provided, each one of which is attached to the cylinder Has adjacent running surface, which is made of in situ, applied by a plasma jet spraying process consists of tungsten alloys according to the invention; Fig. 10 is an enlarged partial cross section through the upper part of the sealing ring in the piston of Fig. 9;

Fig. 11 ist eine ähnliche Ansicht wie Fig. 10, die jedoch den zweiten Dichtring in dem Kolben der Fig. 9 erläutert; Fig..12 ist eine ähnliche Ansicht wie Fig. 10, erläutert m Jedoch den ölabstreifring in der dritten Ringnute des ™Figure 11 is a view similar to Figure 10 but illustrating the second sealing ring in the piston of Figure 9; Fig..12 is a view similar to Fig. 10, m, but illustrating the oil scraper ring in the annular groove of the third ™

Kolbens der Fig. 9»Piston of Fig. 9 »

Fig. 1J ist eine ähnliche Ansicht wie Fig. 10, erläutert Jedoch den ölabstreifring in der vierten Bingnute des Kolbens der Fig. 9; ■· ■ Fig. 1J is a view similar to Fig. 10 but illustrates the oil control ring in the fourth bing groove of the piston of Fig. 9; ■ · ■

Fig. 14 stellt einen schematischenQuerschnitt durch eine Plasmaflammenspritzpistole dar, wie sie typischerweise zum Überziehen eines Grundmaterials nach dem Verfahren der Erfindung verwendet wird; undFigure 14 depicts a schematic cross-section through a plasma flame spray gun such as is typically used used to coat a base material according to the method of the invention; and

Fig. 15 stellt einen weiteren schematischen Querschnitt durch eine Plasmaflammenspritzpistole dar, der ihre Arbeitsweise mehr im einzelnen zeigt.Fig. 15 shows a further schematic cross section by a plasma flame spray gun, which shows its operation in more detail.

Wie bereits oben angegeben, wurde eine neue Wolframmetalllegierung gefunden· Diese Legierung, die als harter Überzug für Kolbenringe besonders geeignet ist, besteht aus einer Iiegierungsmatrix, die eine getrennte, interstitiell mit Bor gehärtete Wolframphase enthält. Diese Legierung ist die erste Legierung, die eine Wolframphase enthält, die eine ausreichende Härte aufweist, so daß daraus ein harter Überzug hergestellt werden kann. Diese Legierung hat beispielsweise eine Vickers-Harte-40 DPN (DPN =» Diamantpenetrationszahl bei einer Belastung von 40 g) von mehr als etwa 2000. Die Härte der Wolframphase liegt im allgemeinen zwischenAs stated above, a new tungsten metal alloy was made found · This alloy, which is particularly suitable as a hard coating for piston rings, consists of a Iiegierungsmatrix, which has a separate, interstitial with Contains boron hardened tungsten phase. This alloy is the first alloy to contain a tungsten phase, the one has sufficient hardness that a hard coating can be made therefrom. This alloy has, for example a Vickers-Harte 40 DPN (DPN = »diamond penetration number at a load of 40 g) of more than about 2000. The hardness of the tungsten phase is generally between

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2500 und 5500, häufiger innerhalb des Bereiches von 2700 bis 3200 Vickers· Die erfindungsgemäßen Legierungen enthalten eine verhältnismäßig große Menge Wolfram als getrennte Phase· Die Menge an Wolfram beträgt im allgemeinen mindestens 35 Volumen-$6 der Legierungsprobe und liegt häufiger innerhalb des Bereiches von etwa 35 bis etwa 60 Volumen-^·2500 and 5500, more often within the 2700 range to 3200 Vickers · The alloys of the present invention contain a relatively large amount of tungsten as separate Phase · The amount of tungsten is generally at least 35 volume- $ 6 of the alloy sample and is more often within the range of about 35 to about 60 volume ^

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der die Wolframphase enthaltenden Matrix um eine Nickel-Chrom-Matrix. Diese enthält in diesem Falle gewöhnlich freies Nickel· Wenn freies Nickel vorhanden ist, so liegt es gewöhnlich in einer Menge von weniger als etwa 6,0 % vor.In a particularly preferred embodiment, the matrix containing the tungsten phase is a nickel-chromium matrix. This usually contains free nickel in this case. If free nickel is present, it is usually present in an amount of less than about 6.0 % .

Die Härte der Nickel-Chrom-Matrixphase beträgt gewöhnlich mindestens 800 Vickers (40 DPN), häufiger 850 bis 1600 Vickers und besonders bevorzugt 900 bis 1200 Vickers· Die freie Nickelphase, die normalerweise als verhältnismäßig weich angesehen wird, hat eine Härte von mindestens 400 Vickers (40 DPN). Die freie Nickelhärte liegt normalerweise innerhalb des Bereiches von etwa 400 bis etwa 900 Vickers. In einem bevorzugten Falle beträgt die freie Nickelhärte 500 Vickers·The hardness of the nickel-chromium matrix phase is usually at least 800 Vickers (40 DPN), more often 850 to 1600 Vickers and more preferably 900 to 1200 Vickers · The free nickel phase, normally considered to be proportionate considered soft has a hardness of at least 400 Vickers (40 DPN). The free nickel hardness is usually within the range of about 400 to about 900 Vickers. In a preferred case, the free nickel hardness is 500 Vickers

Bor ist natürlich ein integraler Bestandteil der erfindungsgemäßen Metallegierungen und es liegt gewöhnlich in einer Menge innerhalb des Bereiches von etwa 1 bis etwa 7, häufiger von 1,5 bis 5 6ew.-%, bezogen auf das Gewicht der Überzugslegierung, vor. Das Bor härtet nicht nur die Wolframphase, sondern auch die freie Nickelphase· Die interstitielle Härtung durch Bor erfolgt durch Aufweitung der Gitterstrukturen von Wolfram und Nickel. Das heißt,das BorBoron is of course an integral part of the invention Metal alloys, and it is usually in an amount within the range of about 1 to about 7, more commonly from 1.5 to 5% by weight, based on the weight of the Coating alloy, before. The boron hardens not only the tungsten phase, but also the free nickel phase · the interstitial one Hardening by boron takes place by expanding the lattice structures of tungsten and nickel. That is, the boron

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ersetzt in dem Gitterparameter Wolfram, wodurch die Wolframphase ausreichend gehärtet wird, so daß sie als harter Überzug verwendbar ist.replaces tungsten in the lattice parameter, thereby hardening the tungsten phase sufficiently that it can be used as hard coating is usable.

Wie weiter unten näher beschrieben wird, wird die erfindungsgemäße Legierung vorzugsweise hergestellt durch Plasmastrahlversprühen einer zumindest Wolframcarbid und Bor sowie mindestens ein weiteres legierendes Element enthaltenden Pulvermischung oder Legierung. Ein typisches Wolframcarbidpulver, das versprüht werden kann, besteht aus den folgenden Komponenten:As will be described in more detail below, the inventive Alloy preferably produced by plasma jet spraying of at least one of tungsten carbide and Boron and at least one further alloying element containing powder mixture or alloy. A typical one Tungsten carbide powder that can be sprayed from the following components:

25 bis 55 Gew.-% Wolframcarbid25 to 55 wt% tungsten carbide

4 bis 8 " Kobalt4 to 8 "cobalt

25 bis 4-5 " Nickel25 to 4-5 "nickel

3 bis 7 M Chrom3 to 7 M chrome

0,5 bis 7 n Aluminium0.5 to 7 n aluminum

1 bis ~7 " Bor Rest im wesentlichen Eisen1 to ~ 7 "boron remainder essentially iron

Eine spezielle Legierung enthält die folgenden Bestandteile:A special alloy contains the following components:

4040 GewWeight IlIl > Wolframcarbid> Tungsten Carbide 66th ItIt Kobaltcobalt 3838 ,8,8th •I• I Nickelnickel 66th IlIl Chromchrome 11 IlIl Borboron 00 ,7, 7 Aluminiumaluminum

Rest Eisen mit kleinen Verunreinigungen an Silizium und Kohlenstoff.The remainder is iron with small impurities of silicon and carbon.

Außer den oben genannten Metallen Wolfram, Nickel, Chrom, Aluminium, Bor, Kobalt und Silizium können die erfindungsgemäßen Legierungen auch eine Reihe weiterer Metalle undIn addition to the above-mentioned metals tungsten, nickel, chromium, aluminum, boron, cobalt and silicon, the inventive Also a number of other metals and alloys

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Metalloide enthalten, beispielsweise Titan, Tantal, Niob, Vanadin, Zirkonium, Hafnium usw.Contain metalloids, for example titanium, tantalum, niobium, vanadium, zirconium, hafnium, etc.

Die oben beschriebenen Legierungen können auch zur Herstellung von Überzügen auf den verschiedensten üblichen Oberflächen, beispielsweise auf Eisen- und Stahllegierungen für beliebige Zwecke verwendet werden, in denen eine gegen Verschleiß und/oder Belastung beständige Oberfläche erforderlich ist. So sind beispielsweise die aus den hier beschriebenen Legierungen hergestellten Überzüge außerordentlich wertvoll als Laufflächen für beispielsweise Drillbohrer, die hohen Belastungen ausgesetzt sind. Die erfindungsgemäßen überzüge können auch zur Herstellung von polierten Stablaufbüchsen, Tauchkolben (Plunger), von gegen mittlere bis hohe Temperaturen beständige Stahlrollenlager, Ofenrollen, Motorventiltrimm, Glasformen, Motorkolbenoberteilen und Temperwalzen oder dergleichen verwendet werden.The alloys described above can also be used to produce coatings on a wide variety of conventional Surfaces, for example on iron and steel alloys, can be used for any purpose in which a surface that is resistant to wear and / or stress is required. For example, they are out The coatings produced with the alloys described here are extremely valuable as running surfaces for, for example Drills that are exposed to high loads. The coatings according to the invention can also be used for production of polished rod liners, plunger pistons (Plunger), from medium to high temperature resistant steel roller bearings, furnace rollers, motor valve trim, Glass molds, engine piston tops, and tempering rolls or the like can be used.

Wie bereits oben angegeben, sind die erfindungsgemäßen Legierungen besonders geeignet zum Überziehen der Laufflächen von Kolbenringen. Die Kolbenringe werden bevorzugt unter Anwendung eines Plasmastrahlspritzverfahrens, wie es nachfolgend beschrieben wird, mit den erfindungsgemäßen Legierungen in situ überzogen.As already indicated above, the Alloys particularly suitable for coating the running surfaces of piston rings. The piston rings are preferred using a plasma jet spray process, such as as described below, coated in situ with the alloys of the invention.

Bei der Verwendung zum Überziehen von Kolbenringen hat der Überzug im allgemeinen eine Dicke innerhalb des Bereiches von etwa 0,051 bis etwa 0,203 mm und in einigen Fällen beträgt die Dicke des Überzuges bis zu 0,305 mm. Ein besonders bevorzugtes Verfahren zum Überziehen der Grundmaterialien besteht in der Anwendung eines Spritzverfahrens, das vorzugsweise mit einer Plasmaflammenspritzpistole, beispielsweise eines solchen Typs durchgeführt wird, bei demWhen used to coat piston rings, the coating generally has a thickness within the range from about 0.051 to about 0.203 mm and in some cases the thickness of the coating is up to 0.305 mm. A special one The preferred method for coating the base materials is the use of a spraying process, which is preferably carried out with a plasma flame spray gun, for example of the type in which

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durch Einschnüren eines elektrischen Lichtbogens in einer Düse mit einem das Plasma bildenden Gas, z. B, Stickstoff oder Argon allein als primärem Gas oder in Mischung mit Wasserstoff als sekundärem Gas,eine Plasmaflamme erzeugt wird. Spritzpistolen, die auf diese Weise eine Plasmaflamme erzeugen, sind beispielsweise in der USA-Patentschrift 2 960 594 beschrieben. Bei diesem Verfahren wird ein Pulver aufgesprüht, das schließlich den Legxerungsüberzug bildet. Der hier verwendete Ausdruck "Pulver" umfaßt im allgemeinen nicht nur ein Pulver in loser Form, sondern auch ein Pulver in einer gebundenen Form. In letzterem Falle muß in der Spritzpistole natürlich eine Flamme mit einer zum Schmelzen des Metalls ausreichend hohen Temperatur verwendet werden* Eine Plasmaflamme ist zu diesem Zwecke außerordentlich gut geeignet.by constricting an electric arc in a nozzle with a gas forming the plasma, e.g. B, Nitrogen or argon alone as the primary gas or mixed with hydrogen as the secondary gas, a plasma flame is produced. Spray guns that generate a plasma flame in this way are for example in the U.S. Patent 2,960,594. In this procedure a powder is sprayed on, which ultimately forms the layer coating. The term used here "Powder" generally includes not only a powder in a loose form but also a powder in a bound form Shape. In the latter case, of course, a flame with one in the spray gun must be sufficient to melt the metal high temperature * A plasma flame is extremely suitable for this purpose.

Das Verfahren zum Überziehen von Gegenständen unter Verwendung eines Plasmastrahlspritzverfahrens besteht im einzelnen darin, daß man ein Plasmagas in die Sprühkammer einer Plasmaflammenspritzpistole einführt. In dieser Kammer wird ein elektrischer Lichtbogen erzeugt, um das Gas zu ionisieren und in eine mit der Kammer in Verbindung stehende Sprühdüse wird ein Spritzmetallpulver eingeführt, das vorzugsweise in einem Trägergas suspendiert ist. Das Metallpulver wird dann geschmolzen und auf ein Grundmaterial aufgebracht, das als Werkstück dient, wodurch dieses Grundmaterial überzogen wird. Der überzug wird im einzelnen dadurch hergestellt, daß man die Spritzpistole gegenüber dem Werkstück und das Werkstück gegenüber der Spritzpistole bewegt, um mehrere dünne Metallschichten darauf niederzuschlagen. The method of coating objects using a plasma jet spraying method is detailed by introducing a plasma gas into the spray chamber of a plasma flame spray gun. In this chamber an electric arc is created to ionize the gas and into one communicating with the chamber A spray metal powder, which is preferably suspended in a carrier gas, is introduced into the spray nozzle. That Metal powder is then melted and applied to a base material that serves as a workpiece, creating that base material is covered. The coating is made in detail by facing the spray gun moved the workpiece and the workpiece opposite the spray gun in order to deposit several thin layers of metal on it.

Es wurde nun gefunden, daß das vorstehend allgemein beßchriebene Verfahren auf eine spezielle Art und Weise durch-It has now been found that the method described generally above is carried out in a special way.

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geführt werden sollte, um durch Verwendung eines Wolframcarbidpulvers oder einer Wolframlegierung als Spritzmetallquelle eine Wolframphase in den Überzug einzulagern.Should be guided to by using a tungsten carbide powder or a tungsten alloy as the spray metal source to incorporate a tungsten phase in the coating.

Die Plasmaflamme muß eine oxydierende. Flamme sein, die sich in einem Abstand von etwa 5»^ cm (2 inches) von der Düse der Spritzpistole befindet und die vorzugsweise durch Ansaugen etwa 80 % Luft enthält. Der hohe Luftgehalt und die hohe Temperatur der Plasmaflamme sind erforderlich, um die Wolframcarbidpartikel zu oxydieren und sie entsprechend der folgenden Gleichung zu Wolfram zu reduzieren:The plasma flame must be oxidizing. Be a flame about 5 »^ cm (2 inches) from the nozzle of the spray gun and preferably containing about 80% air by suction. The high air content and high temperature of the plasma flame are required to oxidize the tungsten carbide particles and reduce them to tungsten according to the following equation:

WC + O2 > CO2 + W + W2CWC + O 2 > CO 2 + W + W 2 C

Das W2C kann in sehr kleinen Mengen vorliegen. Die Partikelgeschwindigkeit bei den angegebenen Gasströmungsgeschwindigkeiten und dem angegebenen Spritzpistolen-Werkstück-Abstand^ist ebenfalls sehr hoch und liegt in der Größenordnung von 122 m (400 ft.) pro Sekunde. Die hohe Geschwindigkeit der geschmolzenen Legierung liefert sehr hohe Abschreckgeschwindigkeiten, wenn die geschmolzene Legierung auf die zu überziehende kühlere Oberfläche auftrifft» Es wurden Abschreckgeschwindigkeiten in der Größenordnung von 0,5 · 10-* 0C (10* 0F) pro Sekunde ermittelt. Durch die hohen Abschreckgeschwindigkeiten (Spritzabkühlung) härtet die normalerweise weichere Nickel-Aluminium- oder Nickel-Chrom-Legierungsmatrix in dem fertigen Oberzug.The W 2 C can be present in very small amounts. The particle velocity at the stated gas flow rates and the stated spray gun-to-workpiece distance ^ is also very high, on the order of 122 m (400 feet) per second. The high speed of the molten alloy provides very high quench rates when the molten alloy strikes the cooler surface to be coated. Quench rates on the order of 0.5 x 10- * 0 C (10 * 0 F) per second have been found. Due to the high quenching speeds (spray cooling), the normally softer nickel-aluminum or nickel-chromium alloy matrix hardens in the finished coating.

Wenn die folgenden Anweisungen nicht wie angegeben befolgt werden, besteht eine größere Wahrscheinlichkeit, daß eine Wolframcarbidphase anstelle einer reinen Wolframmetallphase gebildet wird.If the following instructions are not followed as directed, there is a greater chance that a Tungsten carbide phase instead of a pure tungsten metal phase is formed.

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Die Verbesserung gegenüber einem konventionellen Plasmastrahlsprit zverfahren besteht darin, daß zuerst Wolframcarbid in Form eines Pulvers (Pulver in seiner allgemeinen Definition) und Bor und mindestens ein weiteres legierendes Element, beispielsweise eines oder mehrere der Metalle Kobalt, Nickel, Chrom, Aluminium usw. verwendet werden. Wasserstoff wird als sekundäres Gas in Verbindung mit Stickstoff oder Argon als primärem Gas zur Herstellung eines Plasmagases verwendet. Es ist wesentlich, daß die Wasserstoffgaszufuhr mit einer ziemlich speziellen Geschwindigkeit, nämlich mit einer Fließgeschwindigkeit von 0,566 bis 0,850 m^.(20 bis 30 ft.5), häufiger von 0,651 bis 0,765 m5 (23 bis 2? ft.5) unter Standardbedingungen pro Stunde erfolgt. Es wurde außerdem festgestellt, daß der Abstand der Spritzpistole von dem Werkstück zur Erzielung der gewünschten Wolframphase wesentlich ist. Der Abstand kann insbesondere zwischen etwa 8,9 und etwa 16,5 cm (3»5 bis 6,5 inches) variiert werden. Bei einem durchschnittlichen Versuch beträgt der Abstand der Spritzpistole von dem Werkstück etwa 10,1 cm (4- inches) oder etwa 15,3 cm (6 inches). Unter diesen Bedingungen wird das Grundmaterial mit einem harten Wolframüberzug, insbesondere mit einer interstitiell mit Bor gehärteten Wolframphase, versehen.The improvement over a conventional plasma jet spraying process is that first tungsten carbide in the form of a powder (powder in its general definition) and boron and at least one other alloying element, for example one or more of the metals cobalt, nickel, chromium, aluminum, etc. are used . Hydrogen is used as the secondary gas in conjunction with nitrogen or argon as the primary gas to produce a plasma gas. It is essential that the hydrogen gas supply be at a fairly specific rate, namely at a flow rate of 0.566 to 0.850 m ^. (20 to 30 ft. 5 ), more often from 0.651 to 0.765 m 5 (23 to 2 ft. 5 ) below Standard conditions per hour. It has also been found that the distance of the spray gun from the workpiece is essential to achieve the desired tungsten phase. In particular, the distance can be varied between about 8.9 and about 16.5 cm (3 »5 to 6.5 inches). On an average test, the distance of the spray gun from the workpiece is about 10.1 cm (4 inches) or about 15.3 cm (6 inches). Under these conditions, the base material is provided with a hard tungsten coating, in particular with a tungsten phase hardened interstitially with boron.

Es wurde festgestellt, daß zur Erzielung des besten erwünschten Legierungsüberzuges und insbesondere zur Einlagerung der gewünschten Wolframphase in die Legierung eine Reihe von anderen Verfahrensvariablen wichtig sind. So ist beispielsweise die Geschwindigkeit des vertikalen Durchgangs, welche die Geschwindigkeit des Gases bestimmt, das sich über das Werkstück hinweg bewegt, von Bedeutung. Es ist höchst erwünscht, die Temperatur des Spritzmaterials und diejenige des Substrats aneinander anzupassen und diesIt has been found that in order to achieve the best alloy coating desired and particularly for intercalation A number of other process variables are important to the desired tungsten phase in the alloy. For example, the velocity of the vertical passage, which determines the velocity of the gas, is that moves across the workpiece is important. It is most desirable to be the temperature of the spray material and that of the substrate to match and that

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wird am besten dadurch erzielt, daß man die Spritzpistole gegenüber dem Werkstück in geeigneter Weise bewegt· Diese zur Erzielung bester Ergebnisse erforderliche Geschwindigkeit liegt im allgemeinen bei etwa 71 »1 bis etwa 81,3 cm . (28 bis 32 inches) pro Minute.is best achieved by moving the spray gun in a suitable manner relative to the workpiece The speed required for best results is generally from about 71 »1 to about 81.3 cm. (28 to 32 inches) per minute.

Der Winkel zwischen Spritzpistole und Werkstück ist eine weitere wichtige Verfahrensvariable· Dieser Winkel sollte normalerweise innerhalb des Bereiches von etwa 35 bis etwa 55° liegen, wenn Dichtringe besprüht werden. Im Falle von ölabstreifringen (ölzurückhaltungsringen) beträgt dieser Winkel O0, d. h. der Überzug wird rechtwinklig (direkt) aufgesprüht.The angle between the spray gun and the workpiece is another important process variable. This angle should normally be within the range of about 35 to about 55 degrees when spraying seal rings. In the case of oil control rings (oil retention rings), this angle is O 0 , ie the coating is sprayed on at right angles (directly).

Ändere bevorzugte Hilfsmittel zur Durchführung des Plasmastrahlspritzverfahrens bestehen darin, daß man zur Erzeugung des Lichtbogens einen Gleichstrom mit einer Stromstärke in der Größenordnung von etwa 475 bis etwa 550 Ampere verwendet· Eine typische PulverZuführungsgeschwindigkeit liegt innerhalb des Bereiches von etwa 4,54 bis etwa 5*4-4 kg (10 bis 12 pounds) pro Stunde. Die Strömungsgeschwindigkeit von Stickstoff oder Argon als Primärgas sollte schließlich innerhalb des Bereiches von etwa 2,27 bis etwa 2,69 m (80 bis 95 ft· ) unter Standardbedingungen pro Stunde, häufiger 2,41 bis 2,55 m5 (85 bis 90 ft.5) unter Standardbedingungen pro Stunde betragen. Im allgemeinen wird das Pulver unter Verwendung eines Trägergases, wie z. B. Stickstoff, in die Düse eingeführt. Die Strömungsgeschwindigkeit des Trägergases kann 1,27 bis 1,70 nr (45 bis 60 ft.5) unter Standardbedingungen pro Stunde betragen und sie liegt häufiger bei 1,42 bis 1,56 m5 (50 bis 55 ft.5) unter Standardbedingungen pro Stunde·Another preferred means of performing the plasma spray process is to use a direct current having an amperage on the order of about 475 to about 550 amps to create the arc.A typical powder feed rate is within the range of about 4.54 to about 5 * 4 -4 kg (10 to 12 pounds) per hour. Ultimately, the flow rate of nitrogen or argon as the primary gas should be within the range of about 2.27 to about 2.69 m (80 to 95 ft.) Under standard conditions per hour, more usually 2.41 to 2.55 m 5 (85 to 90 ft. 5 ) per hour under standard conditions. In general, the powder is introduced using a carrier gas such as e.g. B. nitrogen, introduced into the nozzle. The carrier gas flow rate can be 1.27 to 1.70 nr (45 to 60 ft. 5 ) per hour under standard conditions, and more often it is 1.42 to 1.56 m 5 (50 to 55 ft. 5 ) under standard conditions per hour·

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Die Dicke der abgelagerten Schicht kann frei gewählt werden und sie hängt natürlich davon ab, wie oft die Spritzpistole über das zu beschichtende Grundmaterial hinwegstreicht. Bei einem typischen Fall, bei dem ein Kolbenring beschichtet wird, erfolgt dies viermal. Im allgemeinen entsteht bei jeder Besprühung eine Schicht mit einer Dicke von 0,051 mm (0,002 inch).The thickness of the deposited layer can be chosen freely and it depends of course on how often the Spray gun sweeps over the base material to be coated. In a typical case where a Piston ring is coated, this is done four times. In general, one layer is created with each spray 0.051 mm (0.002 inch) thick.

Es sei darauf hingewiesen, daß dann, wenn das Plasmastrahlspritzverfahren außerhalb der oben angegebenen Grenzen variiert wird, in vielen Fällen eine Wolframcarbidlegierung entsteht, die keine freie Wolframphase enthält. Die oben angegebenen Richtlinien müssen streng eingehalten werden, um sicherzustellen, daß die gewünschte, Wolfram selbst als getrennte Phase enthaltende Legierung erhalten wird.It should be noted that when the plasma jet spraying process is varied outside the limits given above, in many cases a tungsten carbide alloy arises that does not contain any free tungsten phase. The above The guidelines given must be strictly followed to ensure that the desired tungsten itself is considered separate phase containing alloy is obtained.

Zur besseren Erläuterung der erfindungsgemäßen Legierungen und ihrer Herstellung werden nachfolgend die Figuren der beiliegenden Zeichnung näher beschrieben.To better explain the alloys according to the invention and their production are described in more detail below the figures of the accompanying drawings.

Die Fig. 1 stellt eine Mikrophotographie dar, welche die verschiedenen Phasen zeigt, die bei Verwendung einer Elektronenmikrosonde unter Verwendung der Proben-Strombilder erhalten werden. Insbesondere ist ein überzug dargestellt, der eine freie Wolframmetallphase 1, eine Nickel-Ghrom-Matrixphase 2, freies Kickelmetall 3 und Aluminiumoxid 4 als Hauptbestandteile enthält. Die Probe wurde hergestellt, indem man einen Kolbenring unter Anwendung des oben beschriebenen Plasmastrahlspritzverfahrens beschichtete, für die elektronenmikroekopieche Untersuchung wurde dann eia Querschnitt durch den überzogenen Kolbenring verwendet. Bi^ tüv die Mikrountersucüung hergestellten Proben waren rauh und wurden deshalb lediglich unter Verwendung eines Bia»eß.fcsehleifmittels oberf läehenpoliert, um di? EinführungFigure 1 is a photomicrograph showing the various phases obtained using an electron microprobe using the sample current images. In particular, a coating is shown which contains a free tungsten metal phase 1, a nickel-chromium matrix phase 2, free kick metal 3 and aluminum oxide 4 as main components. The sample was prepared by coating a piston ring using the plasma jet spray method described above, then a cross section of the coated piston ring was used for electron microscopy. The samples produced by the micro-examination were rough and were therefore only surface-polished using a biosafety agent in order to avoid the risk of damage. introduction

ORIGiMALINePEOTiOORIGiMALINE PEOTiO

i 108-f 30/Ί26 7i 108-f 30 / Ί26 7

' „i :.'V'"I:.' V

von Aluminium oder Chrom in den Oberzug zu vermeiden. Die Vergrößerung bei dieser Untersuchung war 1100-fach.to avoid aluminum or chrome in the upper cable. The magnification in this study was 1100 times.

Es wurde festgestellt, daß die Wolframphase der Fig. 1 praktisch frei von Kohlenstoff war, was durch die Böntgen— fluoreszenz-Mikrophotographie der Kohlenstoffverteilung gezeigt wurde. Obwohl es nicht vollständig bestätigt werden konnte, wird angenommen, daß das Wolframcarbid in dem Spritzpulver während des Verspritzens oxydiert wird unter Bildung einer freien Wolframmetallphase. Das Auftreten von Oxydation wurde durch das Erscheinen von Bezirken von freiem Nickelmetall in Verbindung mit partikelförmigem Aluminiumoxyd weiter gestützt, das durch Oxydation der Nickelaluminidfraktion in dem ursprünglichen Spritzpulver erzeugt wurde. Die Verteilung von Bor, Kohlenstoff und Sauerstoff ausschließlich der Aluminiumoxydphasen war gleichmäßig.It was found that the tungsten phase of FIG was practically free of carbon, as evidenced by the X-ray fluorescence photomicrograph of the carbon distribution was shown. Although it could not be fully confirmed, it is believed that the tungsten carbide in the Spray powder is oxidized during spraying with the formation of a free tungsten metal phase. The appearance Oxidation was caused by the appearance of wards of free nickel metal in contact with particulate Aluminum oxide is further supported by oxidation of the nickel aluminide fraction in the original wettable powder was generated. The distribution of boron, carbon and oxygen was exclusive of the aluminum oxide phases evenly.

Die Anwesenheit von freiem Wolframmetall wurde durch ßöntgenbeugungsuntersuchungen erneut bestätigt, in denen kein Hinweis auf eine WC- oder W^C-Phase in der Struktur gefunden wurde, obwohl geringe Mengen dieser Bestandteile in dem fertigen Überzug nicht als nachteilig angesehen werden müssen.The presence of free tungsten metal was again confirmed by X-ray diffraction studies in which no evidence of a WC or W ^ C phase in the structure was found, although small amounts of these ingredients in the finished coating are not considered to be detrimental Need to become.

Bis Figuren 2 bis 8 stellen fiöntgenfluoreszenzmikrophotographien der charakteristischen Strahlung der verschiedenen Elemente dar» In diesem Falle wurde ein überzogener Kolbenring unter Verwendung eines Plaamastrahlapritzverhergestellt und für die Böntgenbeugungaunter-Up to Figures 2 through 8 represent x-ray fluorescence photomicrographs the characteristic radiation of the various elements. In this case it became an exaggerated one Piston ring manufactured using a plaama jet injection and

wurden Längsschnitte verwendet. Die Figuren 2 ■..j £ : lg·er Höntgenfluoree*eiwdiagram»e für jeweils die : later.' .; I erneutet Chrom» Älekel, Wolfram, Aluminium,longitudinal sections were used. The figures 2 · ..j £: lg · er Höntgenfluoree * eiwdiagram »e for each of the: later. '.; I renewed chrome »Älekel, tungsten, aluminum,

ORiGfNAL INSPECTEDORiGfNAL INSPECTED

Kohlenstoff, Sauerstoff und Bor. Die Vergrößerung war wiederum 1100-fach.Carbon, oxygen and boron. The magnification was again 1,100 times.

Die oben analysierte Kolbenringprobe wurde als Probe A bezeichnet, Es wurden drei andere Versuche durchgeführt, in denen die Kolbenringe unter Verwendung eines Plasmagasspritzverfahrens überzogen wurden, wobei zur Bestätigung der mit der Probe A erhaltenen Ergebnisse die oben angegebenen Parameter genau eingehalten wurden. Diese Proben wurden als Proben B, C und D bezeichnet. In jedem Falle wurde kein Wolframcarbid, weder bei der Hikrosondenuntersuchung noch bei- der Bontgenbeugung, gefunden und in allen Proben wurde freies Nickel und Alumigefunden. The piston ring sample analyzed above was designated Sample A, three other experiments were performed, in which the piston rings are made using a plasma gas injection process were coated, in order to confirm the results obtained with Sample A, the parameters specified above were strictly adhered to. These samples were named Samples B, C, and D. In each case, no tungsten carbide was found, neither in the microscope examination nor in the two Bontgen diffraction and free nickel and aluminum were found in all samples.

Die Proben A bis D wurden zur Bestimmung des Volumenanteils der verschiedenen vorhandenen Phasen auch analysiert. Diese sind in der folgenden Tabelle I angegeben. Wie daraus hervorgeht, bildete die freie Wolframphase einen wesentlichen Teil der !legierung und in den meisten Fällen den größten Anteil der Legierung, bezogen auf das Volumen.Samples A through D were used to determine the volume fraction also analyzed the various phases available. These are given in Table I below. As can be seen from this, The tungsten free phase formed a substantial part of the alloy and in most cases the largest part Proportion of the alloy in relation to the volume.

Tabelle I Volumenanteil der verschiedenen vorhandenen PhasenTable I. Volume fraction of the various phases present

Phase A B C DPhase A B C D

Wolfram 57,0 % 44,0 % 50,0 % 5^,6 % Tungsten 57.0 % 44.0 % 50.0 % 5 ^, 6 %

Hickel, Chrom 39,8 49,7 48,9 4-3,6 (Hi-Gr) (32) (38) (44) (34) CHi) ( 7) (10) ( 5) (10)Hickel, Chromium 39.8 49.7 48.9 4-3.6 (Hi-Gr) (32) (38) (44) (34) CHi) (7) (10) (5) (10)

Aluminiumoxyd 1,6 6,2 ^t1 1 »8Aluminum oxide 1.6 6.2 ^ t 1 1 »8

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Bei den Proben A bis D wurden auch die Mikrohärtedaten ermittelt. Dabei wurde ein Knoop-Indentor mit einer Last von 25 g verwendet und die dabei erhaltenen Eindrücke wurden bei einer 500-fachen Vergrößerung des Durchmessers gemessen. Wie aus den in der folgenden (Tabelle II angegebenen Daten hervorgeht, war die Wolframphase überraschend hart, was die interstitielie Härtung positiv beweist, da es bekannt ist, daß normalerweise eine Wolframphase per se ein vergleichsweise weiches Material ist.Samples A through D also had microhardness data determined. A Knoop indenter with a load of 25 g was used and the impressions obtained were measured at a 500-fold enlargement of the diameter. As from the in the following (The data given in Table II shows the tungsten phase surprisingly hard what the interstitial hardening proves positive, since it is known that normally a tungsten phase per se is a comparatively soft one Material is.

Tabelle IITable II

.: ' Mikrohärtedaten .: ' Micro hardness data

Knoop-Härtezahlen (KHN)Knoop hardness numbers (KHN) Probe Nickel-Basis Wolfram-BasisSample nickel-based tungsten-based

" A 950-1820 2700 - 3900"A 950-1820 2700-3900

B JOO - 1400 2300 - 2500B JOO - 1400 2300 - 2500

C -500 - 1000 1600C -500-1000 1600

D 850 - 950 2600 - 2800D 850 - 950 2600 - 2800

Obwohl es keine direkte Umwandlung von Knoop-Werten in Vickers-Werte oberhalb etwa 1000 gibt, entspricht ein Knoop-Wert von etwa 1800 einem Vickers-Wert von etwa 3000, was zeigt, daß die Wolframphase in jedem oben angegebenen Falle eine Vickers-Härte von mindestens 2500 aufweist.Although there is no direct conversion from Knoop values to Vickers values above about 1000, a corresponds to Knoop value of about 1800 to a Vickers value of about 3000, which shows that the tungsten phase in each of the above Trap has a Vickers hardness of at least 2500.

Die Figuren 9 bis 14 zeigen ein mit der oben beschriebenen harten Wolframmetallegierung überzogenes Grundmaterial. Die Kolben- und Zylinderanordnung 10 der Fig. 9 erläutert insbesondere allgemein einen üblichen 4-Ringnut-Verbrennungsmotorkolben, der in einem Motorzylinder arbeitet. Die Anordnung 10 besteht aus einem Kolben 11 und einem MotorzylinderFigures 9 to 14 show one with the one described above hard tungsten metal alloy coated base material. The piston and cylinder assembly 10 of FIG. 9 is particularly illustrative generally a common 4-ring groove internal combustion engine piston, that works in an engine cylinder. The order 10 consists of a piston 11 and a motor cylinder

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mit einer Bohrung 13» die den Kolben 11 aufnimmt. Der Kolben 11 weist einen Kopf 14 mit einem Ringband 15 mit vier am Umfang angebrachten Ringnuten 16, 17» 18 und 19 auf. Der Oberteil der Ringnute 16 weist darinnen einen aufgespaltenen festen Gußeisendichtungs- oder Feuerkolbenring 20 auf. Die zweite Ringnute 17 weist einen aufgespaltenen festen zweiten Dichtungsring 21 auf, der etwas breiter (weiter) ist als der Ring 20. Die dritte Ringnute 18 trägt eine zweiteilige ölabstreifringanordnung 22. Die vierte oder Bodenringnute 19 trägt eine dreiteilige ölabstreifringanordnung 23.with a bore 13 »which receives the piston 11. Of the Piston 11 has a head 14 with an annular band 15 four ring grooves 16, 17 »18 and 19 attached to the circumference. The upper part of the annular groove 16 has a therein split solid cast iron seal or fire piston ring 20. The second annular groove 17 has a split one fixed second sealing ring 21, which is slightly wider (wider) than the ring 20. The third annular groove 18 carries a two-part oil control ring assembly 22. Die fourth or bottom ring groove 19 carries a three-part oil control ring assembly 23

Wie in der Pig. 10 gezeigt, besitzt der obere Dichtungsoder Feuerring 20 einen Hauptkörper 24, der aus "Gußeisen, vorzugsweise kugeligem Graueisen, besteht mit einem Kohlenstoffgehalt von etwa 3»5 Gew.-%. Der äußere Umfang 25 dieses Ringes ist mit einem durch einen Plasmastrahl aufgebrachten erfindungsgemäßen Legierungsüberzug 26 bedeckt.As in the Pig. 10, the upper seal or fire ring 20 has a main body 24 made of "cast iron, preferably spherical gray iron, has a carbon content of about 3 »5% by weight. The outer circumference 25 of this The ring is covered with an alloy coating 26 according to the invention applied by a plasma jet.

Wie in der Fig. 11 dargestellt, weist der zweite Dichtring 21 einen Hauptkörper 27 auf, der aus dem gleichen Gußeisen wie der Körper 24 des Ringes 20 besteht. Der äußere Umfang 28 des Körpers 27 ist nach oben und nach innen von der unteren Kante des Ringes geneigt und um diesen geneigten Umfang herum ist eine Umfangsnute 29 vorgesehen. Die Nute ist mit der Legierung 26 gefüllt.As shown in Fig. 11, the second sealing ring 21 has a main body 27 made of the same cast iron how the body 24 of the ring 20 is made. The outer periphery 28 of the body 27 is upwardly and inwardly of the The lower edge of the ring is inclined and a circumferential groove 29 is provided around this inclined circumference. The groove is filled with alloy 26.

Wie in der Fig. 12 gezeigt, besteht die ölabstreifringanordnung 22 in der dritten Ringnute 18 aus einem einteiligen flexiblen Ringkanal 30 und einem Blattmetall-Spreizring 31 mit Sehenkeln, die sich in den Kanal erstrecken, zum Spreizen des Ringe« 30. Der Ring $0 und der Spreizring sind in der USA-Fatentachrift 3 281 156 näher beschrieben. Der einteilige Ölabstreifring 30 weist ein Fear axial im Abstand von-As shown in Fig. 12, the oil control ring assembly 22 in the third ring groove 18 consists of a one-piece flexible ring channel 30 and a sheet metal expanding ring 31 with legs extending into the channel for expanding the ring «30. The ring $ 0 and the expansion ring are described in more detail in USA-Fatena 3 281 156. The one-piece oil control ring 30 has a Fear axially at a distance of-

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einander angeordneter, radial vorspringender Bandwülste 32 auf. Der !Anfang dieser Bandwülste 32 ist mit dem Oberzug 26 versehen.arranged, radially projecting band beads 32 on. The beginning of these band beads 32 is with the upper pull 26 Mistake.

In der Fig. 13 weist die ölabstreifringanordnung 23 einen elastischen Abstandspreizring 33 auf, der den aufgespaltenen dünnen Schienenring 34· stützt und spreizt. Die Anordnung 33 ist eine solche vom Typ, wie er in der USA-Patentschrift 563 739 beschrieben ist. Der äußere Umfang der Schienenringe 34- ist mit dem erfindungsgemäßen Oberzug 26 versehen.In FIG. 13, the oil control ring assembly 23 has a elastic spacer expansion ring 33, which supports and spreads the split thin rail ring 34 ·. The arrangement 33 is of the type described in U.S. Patent 563,739. The outer circumference of the rail rings 34- is provided with the upper pull 26 according to the invention.

Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, daß die Laufflächen (Auflageflächen) der Dicht- und ölabstreifringe 20, 21, 22 und 23 mit der erfindungsgemäßen, eine freie Wolframphase enthaltenden Legierung überzogen sind. Diese Laufflächen 26 rollen an der Bohrung 13 dee Motorzylinders 12 ab und liegen abdichtend an, und die Hinge werden in der Bohrung 13 zusammengepreßt, so daß sie sich fest gegen die Bohrungswand spreizen und einen gut * abdichtenden, gleitenden Kontakt damit aufrechterhalten.From the above description it can be seen that the treads (Support surfaces) of the sealing and oil control rings 20, 21, 22 and 23 with the inventive, a free tungsten phase containing alloy are coated. These treads 26 roll off the bore 13 of the engine cylinder 12 and are sealingly, and the hinge are compressed in the bore 13 so that they are firmly against the Spread the wall of the bore and maintain a well * sealing, sliding contact with it.

Wie in der Fig. 14 dargestellt, werden die Oberzüge 26 auf die Hinge, beispielsweise auf die mit Hüten versehenen Binge 21» aufgebracht, indem man mehrere Binge auf einer Achse 35 aufeinanderlegt, wobei die Hinge zusammengepreßt werden, so daß ihre aufgespaltenen Enden nahezu aneinanderstoßen. Die den Stapel von Ringen in ihrer geschlossenen, zusammengepreßten Lage zusammenhaltende Achse kann in einer Drehlade befestigt sein und der Umfang der Hinge kann so bearbeitet sein, daß Nuten 29 gebildet werden. Der äußere Umfang der Ringe 21 auf der Achse wird dann aus einer Plasma-As shown in FIG. 14, the upper parts 26 are on the hinge, for example, applied to the hatched binge 21 »by placing several binge on one Axis 35 placed one on top of the other, the hinge being pressed together so that their split ends almost butt against each other. That the pile of rings in their closed, compressed position cohesive axis can be fixed in a turntable and the circumference of the hinge can so be processed so that grooves 29 are formed. The outer circumference of the rings 21 on the axis is then made of a plasma

-rahlapritzpistole 36 mit dem Oberzug 26 versehen. Die «Spritzpistole 36 besteht aus einem isolierenden Gehäuse 3? aus beispielsweise Nylon, von dem eine hintere Elektrode 38jet spray gun 36 is provided with the upper pull 26. The «spray gun 36 consists of an insulating housing 3? of, for example, nylon, of which a rear electrode 38

ORtGINAL INSPECTEDORtGINAL INSPECTED

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vorsteht, deren Vorsprung durch einen Gewindeknopf 39 eingestellt werden kann. Bie Vorderseite des Gehäuses nimmt eine Vorderelektrode 2K) auf. Bas Gehäuse 37 und die Elektrode 40 sind hohl und mit einem Wassermantel umgeben, so daß dazwischen von einem Einlaß 41 zu einem Auslaß 42 ein Kühlmittel zirkulieren kann. Der Plasmagasstrahl wird durch einen Einlaß 45 in die durch das Gehäuse 37 und die Elektrode 40 gebildete Kammer eingeführt, so daß er um die Elektrode 38 fließt.protrudes, the projection of which can be adjusted by a threaded knob 39. A front electrode 2 K) takes up on the front of the housing. The housing 37 and the electrode 40 are hollow and surrounded by a water jacket so that a coolant can circulate between them from an inlet 41 to an outlet 42. The plasma gas jet is introduced through an inlet 45 into the chamber formed by the housing 37 and the electrode 40 so that it flows around the electrode 38.

Das vordere Ende der Elektrode 40 bildet einen Düsenauslaß 44 für die Plasmaf lamme und die Bestandteile für die Herstellung der Legierung des Überzuges 26 werden durch einen Pulvereinlaß 45 unmittelbar vor dem Auslaß der Düse in die Düse eingeführt.The front end of the electrode 40 forms a nozzle outlet 44 for the plasma flame and the components for the Preparation of the alloy of the coating 26 are carried out through a powder inlet 45 immediately before the outlet of the nozzle inserted into the nozzle.

Ein aus ionisiertem Gas bestehendes Plasma wird erzeugt, indem man das Plasmagas von dem Einlaß 42 durch einen zwischen den Elektroden 38 und 40 erzeugten elektrischen Lichtbogen leitet. Dieses Plasmagas ist nicht—oxydierend und es besteht aus Sticksotff oder Argon in Verbindung mit Wasserstoff. Die aus der Düse 44 austretende Plasmaflamme zieht infolge der Ansaugwirkung das die Legierung bildende Pulver mit sich und bringt das Pulver auf solch hohe Temperaturen, daß daraus eine Legierung entsteht. Das Spritzpulver ist gewöhnlich in einem Trägergas suspendiert· Der Gasstrom trägt die Legierung in den unteren Teil der Nute Jedes Kolbenringes und füllt die Hute aus.A plasma consisting of ionized gas is generated by passing the plasma gas from inlet 42 through a generated between the electrodes 38 and 40 electrical Arc conducts. This plasma gas is non-oxidizing and consists of Sticksotff or argon in conjunction with Hydrogen. The plasma flame emerging from the nozzle 44 As a result of the suction effect pulls the powder forming the alloy with it and brings the powder to such high temperatures, that an alloy is created from it. The wettable powder is usually suspended in a carrier gas. The gas stream carries the alloy into the lower part of the groove of each piston ring and fills the cap.

Das in den Pulvereinlaß 45 der Spritzpistole 36 bevorzugt eingeführte Pulver besteht aus Wolframcarbid, Kobalt, Nickel, Chrom, Bor und Aluminium in den oben angegebenen Mengenverhältnissen. That into the powder inlet 45 of the spray gun 36 is preferred imported powder consists of tungsten carbide, cobalt, nickel, chromium, boron and aluminum in the proportions given above.

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Der bevorzugt abgelagerte Überzug 26 ist eine Wolframlegierung, in der die freie Wolfram-Bor-Phase in einer geschmolzenen und legierten Nickel-Chrom-Matrix gebunden ist. Es kann freies Nickel vorhanden sein und das Bor härtet interstitiell das freie Wolfram« Die Legierung 26, wie sie in der Fig. 15 erläutert ist, wird in situ in der Nute 29 hergestellt und mit dem Grundkörper 27 des Ringes entlang einer verbreiteten Grenzfläche oder einer geschweißten Zone 46 verbunden. Diese Grenzfläche oder Zone 4-6 besteht aus den Materialien der Legierung 26 und dem Material des Ringkörpers 27.The preferred deposited coating 26 is a tungsten alloy in which the tungsten-boron free phase is molten and alloyed nickel-chromium matrix is bound. Free nickel can be present and the boron hardens interstitial the free tungsten «Alloy 26, like them 15 is explained in situ in the groove 29 and along with the base body 27 of the ring a common interface or welded zone 46. This interface or zone 4-6 is made up from the materials of the alloy 26 and the material of the ring body 27.

Während der Aufbringung nach einem Strahlspritzverfahren hält man die Temperatur in der Nute 29 zweckmäßigerweise so, daß ein übermäßiges Schmelzen und Abbrennen des Körpermetalls 27 verhindert wird und auch eine schnelle Abschreckung zum Härten der Nickel-Aluminium-Legierungsmatrix erzielt wird. Zu diesem Zwecke wird die Achse mit den Ringen vorzugsweise durch einen äußeren Inertgasstrom, der auf beide Seiten der Strahlflamme auftrifft, gekühlt. Es ist zweckmäßig, die Temperaturen der Ringe 21 in der Achse bei etwa 2CW-0C (400°F) oder weniger zu halten. Es ist nicht erforderlich, die mit dem Plasmastrahl überzogenenDuring application by a jet spray process, the temperature in the groove 29 is expediently maintained so that excessive melting and burning off of the body metal 27 is prevented and a rapid quenching of the hardening of the nickel-aluminum alloy matrix is also achieved. For this purpose, the axle with the rings is preferably cooled by an external flow of inert gas which impinges on both sides of the jet flame. It is convenient to maintain the on-axis temperatures of the rings 21 at about 2CW- 0 C (400 ° F) or less. It is not necessary to be coated with the plasma jet

A.A.

Ringe einer nachfolgenden Wärmebehandlung zu unterziehen, man muß die Ringe lediglich an der Luft abkühlen lassen.To subject rings to a subsequent heat treatment, one only has to allow the rings to cool in the air.

Das in den Einlaß 4-5 eingeführte Pulver wird vorzugsweise durch Gasansaugung, Vibration, einen mechanischen Antrieb usw. dosiert. Das gesamte Pulver wird vollständig geschmolzen und dringt in den Innenkegel der Plasmastrahlflamme ein.The powder introduced into inlet 4-5 is preferred by gas suction, vibration, a mechanical drive etc. dosed. All of the powder is completely melted and penetrates the inner cone of the plasma jet flame.

Bei der Herstellung der Legierungsüberzüge 26 in einer Nute unter Bildung eines Bandes um den Umfang des Kolbenringes herum verwendet man beispielsweise das Körpermetall des RingesWhen the alloy coatings 26 are made in a groove to form a band around the circumference of the piston ring around, for example, the body metal of the ring is used

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als hervorstehenden Teil entlang der Nute zur Bildung einer sofort schnell einbrechenden Oberfläche für den Ring, wie es in der USA-Patentschrift 3 133 739 beschrieben ist. Der geneigte Umfang des Ringes 21 kann durch Schleifen oder durch Torsionsverdrillung des Ringes bei der Verwendung in der Ringnute erzeugt werden, wie es in der USA-Patentschrift 3 133 739 beschrieben ist.as a protruding part along the groove to form an instantly rapidly collapsing surface for the Ring as described in U.S. Patent 3,133,739. The inclined circumference of the ring 21 can be made by grinding or by torsional twisting of the ring when used in the ring groove, as in the United States patent 3,133,739.

Die Arbeitsweise des Plasmagasstrahlspritzverfahrens wird besser erläutert unter Bezugnahme auf die Fig. 16, die eine Spritzpistole dieses Typs und ihre Betriebsweise zeigt· Darin ist eine Spritzpistole 47 dargestellt, die bei 48 befestigt werden kann. Darin ist auch ein Elektrodenhalter 49 und eine Elektrode 50 dargestellt. Die Spritzpistole wird gekühlt, indem man ein aus einer Kühlmittelquelle 51 stammendes Kühlmittel darinnen zirkuliert. Der Lichtbogen 52 wird durch eine Energiequelle 53 erzeugt. Das Plasmagas, das eine Kombination von Stickstoff oder Argon mit Wasserstoff zur Vermeidung einer übermäßigen Oxydation darstellt, wird bei 54 zugeführt. Das Spritzpulver, das in einem Trägergas suspendiert dargestellt ist, tritt bei der Öffnung 55 ein und wird in den Bereich der Plasmaflamme 56 in der Düse 57 eingeführt. Die Plasmaflamme wird natürlich durch Ionisation und Verbrennung des Plasmagases erzeugt. Ferner ist ein Grundmaterial als Werkstück 58 gezeigt, auf das ein Überzugsmaterial 59 unter Verwendung eines Sprühstromes 60 aufgesprüht wird. Wie bereits oben angegeben, wird die Spritzpistole in einem schrägen Winkel über das Grundmaterial hinweg bewegt, um mehrere Schichten herzustellen, welche den fertigen Gesamtüberzug bilden.The operation of the plasma gas jet process is better explained with reference to Fig. 16, which shows a spray gun of this type and its mode of operation. A spray gun 47 is shown therein, which is attached at 48 can be. An electrode holder 49 and an electrode 50 are also shown therein. The spray gun will cooled by a coming from a coolant source 51 Coolant circulates in it. The arc 52 is generated by an energy source 53. The plasma gas, the one Combination of nitrogen or argon with hydrogen to avoid excessive oxidation is used at 54 supplied. The wettable powder that is in a carrier gas is shown suspended, enters at opening 55 and is in the area of plasma flame 56 in nozzle 57 introduced. The plasma flame is made naturally by ionization and combustion of the plasma gas is generated. Furthermore, a base material is shown as workpiece 58 on which a coating material 59 is sprayed on using a spray stream 60. As stated above, the spray gun is used moved at an oblique angle across the base material to produce multiple layers that form the Form the finished overall coating.

Die folgenden Beispiele sollen bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens der Erfindung zur Herstellung von harten Wolframlegierungsüberzügen, die Wolfram selbst als getrennte The following examples are ramlegierungsüberzügen preferred embodiments of the method of the invention for manufacturing hard Wolf, the tungsten itself as separate

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Legierungsphäse enthalten, erläutern. Die Erfindung ist jedoch keineswegs auf diese bevorzugten Ausführungsformen beschränkt.Include alloy phase, explain. The invention is but in no way limited to these preferred embodiments.

Beispiel 1example 1

Eine Pulvermischung der nachfolgend angegebenen Zusammensetzung wurde unter Zuhilfenahme der weiter oben beschriebenen Plasmastrahlspritzverfahren auf eine Achse mit ölabstreifringen und Dichtringen aufgesprüht:A powder mixture of the composition given below was prepared with the aid of those described above Plasma jet spraying on an axis with oil control rings and sealing rings sprayed on:

4040 ,8,8th Gew.-%Wt% WoIframcarbidWoIfram carbide 66th W .W. Kobaltcobalt 3838 IlIl Nickelnickel 66th ,7, 7 IlIl Chromchrome 11 ηη Borboron 00 ItIt Aluminiumaluminum

Best Eisen mit kleinen Silizium- und Kohlenstoffverunreinigungen Best iron with small silicon and carbon impurities

Die Ringe wurden mit dem harten Wolframüberzug versehen, wobei in dem speziellen Verfahren die folgenden Parameter eingehalten wurden:The rings were provided with the hard tungsten coating, whereby the following parameters were observed in the special procedure:

ÄbstandSpritzpistole-Werkstück 15»24 - 16,5 cmDistance between spray gun and workpiece 15 »24 - 16.5 cm

(6,0-6,5 inches)(6.0-6.5 inches)

Winkel zwischen SpritzpistoleAngle between spray gun

und öiabstreifringen 0 (senkrechtand oil scraper rings 0 (vertical

darauf)thereon)

Winkel zwischen SpritzpistoleAngle between spray gun

und Dichtringen 45and sealing rings 45

Zuführungsgeschwindigkeit des ,Feed speed of,

Primärgases (N0) 2,41 - 2,55 nrPrimary gas (N 0 ) 2.41 - 2.55 no

d (85-90 ft.3) d (85-90 ft. 3)

bei einem Druck von 3,52 kg/cm (50 psi)at a pressure of 3.52 kg / cm (50 psi)

Zuführungsgeschwindigkeit des ,Feed speed of,

Trägergases (N0) 1,42 - 1,56 ψ Carrier gas (N 0 ) 1.42 - 1.56 ψ

d (59-55 ft.5) d (59-55 ft. 5 )

bei einem Druckat a pressure

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3»523 »52

Zuführungsgeschwindigkeit; des Sekundärgases (IL,)Feed rate; of the secondary gas (IL,)

Gleichstrom-Stromstärke Gleichstromspannung Zuführungsgesehwindigkeit desDC current intensity DC voltage Feed rate of the

PulversPowder

vertikale Beschickungsgeschwindigkeit Drehgeschwindigkeit der Achsevertical loading speed Rotation speed of the axis

0,65 - 0,77 (23 - 27. ft, bei einem Druck von 3,52 kg/cm^ (50 psi)0.65-0.77 (23-27ft, at a pressure of 3.52 kg / cm ^ (50 psi)

500 - 525 Ampere 80 - 86 Volt500 - 525 amps 80 - 86 volts

4,76 kg Γ .Λ" " (10,5 pounds) pro Stunde4.76 kg Γ. Λ "" (10.5 pounds) per hour

71,1 - 81,3 cm (28 - 32 inches) pro Minute71.1-81.3 cm (28-32 inches) per minute

60 - 90 UpM60-90 rpm

(Durchmesser(Diameter

10,16 cm (4· inchesX10.16 cm (4 inchesX

Der harte Wolframüberzug wurde dann auf seine Härte hin untersucht und er hatte eine Vickers-Härtezahl, bezogen auf die Wolframphase, von durchschnittlich 2836 und eine entsprechende Knoop-Härte von 1781.The hard tungsten coating was then tested for hardness and had a Vickers hardness number based on that Tungsten phase, averaging 2836 and a corresponding Knoop hardness of 1781.

Dieser spezielle Überzug wurde auch nach den bei der Beschreibung der Figuren 1 bis 8 angegebenen mikrophotographischen Verfahren analysiert. Diese Analyse zeigte, daß die Wolframphase praktisch frei von Kohlenstoff war und in Form einer freien Phase vorlag, die in einer harten Nicke 1-Chrom-Matrix— phase enthalten war. Freies Nickelmetall und Aluminiumoxyd waren die anderen kleineren Bestandteile.This particular coating was also made according to the photomicrographs given in the description of Figures 1-8 Process analyzed. This analysis showed that the tungsten phase was practically free of carbon and was present in the form of a free phase, which was in a hard nickel-chromium matrix - phase was included. Free nickel metal and aluminum oxide were the other smaller components.

Beispiel 2Example 2

Das Pulver des Beispiels 1 wurde erneut nach dem Plasmastrahlsprit ζ verfahren, jedoch mit geringfügig veränderten Verfahrensbedingungen, die nachfolgend angegeben sind, aufgesprüht:The powder of Example 1 was again after the plasma jet spray ζ proceed, but with slightly changed process conditions, which are given below, sprayed on:

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VerfahrensparameterProcess parameters

Abstand Spritzpistole-WerkstückDistance between spray gun and workpiece

Winkel zwischen Spritzpistole und ölabstreifringenAngle between spray gun and oil control rings

Winkel zwischen Spritzpistole und· DichtringenAngle between spray gun and sealing rings

Zuführungsgeschwindigkeit des Primärgases (No)Primary gas feed rate (No)

Zuführungsgeschwindigkeit des Trägergases (N\^) Feed rate of the carrier gas (N \ ^)

Zuführungsgeschwindigkeit des Sekundärgases (H^)Secondary gas feed rate (H ^)

Gleichstrom-Stromstärke Gleichstromspannung Zuführungsgeschwindigkeit des PulversDC current intensity DC voltage Feed rate of the powder

Drehgeschwindigkeit der Achse 9,5 - 10,8 cmAxis rotation speed 9.5 - 10.8 cm

(3 3A - 4 1A inches(3 3A - 4 1A inches

45°45 °

2,44 - a,89 m5 (86 - 88 ft.3) bei einem Druck von 3,52 kg/cnr (50 psi)2.44 - a, 89 m 5 (86 - 88 ft. 3) at a pressure of 3.52 kg / cnr (50 psi)

1,4? - 1,56 m3 (52 - 55 ft.5) bei einem Druck von 3,52 kg/cm2 (50 psi)1.4? - 1.56 m 3 (52 - 55 ft. 5) at a pressure of 3.52 kg / cm 2 (50 psi)

0,65 - 0,77 ψ> (23 - 27 ft.3) bei einem Druck von 3,52 kg/cm^ (50 psi) 0.65-0.77 ψ> (23-27 ft3) at a pressure of 3.52 kg / cm ^ (50 psi)

475 - 500 Ampere 90 Volt475 - 500 amps 90 volts

4,76 kg (10,5 pounds) pro Stunde4.76 kg (10.5 pounds) per hour

90 - 120 UpM (Durchmesser 10,16 cm (4 inches))90-120 rpm (4 inches diameter)

Auch hier hatte der harte Wolframüberzug eine Vickers-Härtezahl von mehr als 2500, bezogen auf die Wolframphase, und die Mikrophotographien zeigten die Anwesenheit einer freien Wolframmetallphase. Zusammen mit freiem Nickelmetall und Aluminiumoxyd als anderen kleinen Komponenten des Legierungsüberzuges war auch eine harte Nickel-Chrom-Matrixphase vorhanden. Here, too, the hard tungsten coating had a Vickers hardness number greater than 2500 based on the tungsten phase and the photomicrographs showed the presence of a free one Tungsten metal phase. A hard nickel-chromium matrix phase was also present along with free nickel metal and aluminum oxide as other small components of the alloy coating.

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Außer Nickel-Chrom und Nickel-Aluminium können auch andere Legierungen als Matrixmaterial verwendet werden, z. B. Nickel-Eisen, Nickel-Kupfer-Molybdän und Mone!-Legierungen.In addition to nickel-chromium and nickel-aluminum, other alloys can also be used as matrix material, e.g. B. Nickel-iron, nickel-copper-molybdenum and Mone! Alloys.

Patentansprüche i Claims i

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Claims (38)

PatentansprücheClaims 1. Metallegierung, dadurch, gekennzeichnet, daß sie eine Legierungsmatrix aufweist, die eine getrennte, interstitiell mit Bor gehärtete Wolframphase enthält.1. Metal alloy , characterized in that it has an alloy matrix which contains a separate tungsten phase hardened interstitially with boron. 2. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wolframphase eine Härte von mehr als etwa 2000 Vickers-40 DPN aufweist.2. Alloy according to claim 1, characterized in that the tungsten phase has a hardness of more than about 2000 Vickers 40 DPN. 3. Legierung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Härte von 2500 bis 3500 Yickers-40 DPN aufweist. 3. Alloy according to claim 2, characterized in that it has a hardness of 2500 to 3500 Yickers-40 DPN. 4. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Volumenanteil der Wolframphase mindestens 35 % beträgt. 4. Alloy according to claim 1, characterized in that the volume fraction of the tungsten phase is at least 35% . 5* Legierung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Volumenanteil 35 l>is 60 % beträgt.5 * Alloy according to claim 4, characterized in that the volume fraction is 35 l> is 60 % . 6. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Matrix um eine Hlckel-Chrom-Matrix handelt. 6. Alloy according to claim 1, characterized in that the matrix is a Hlckel-chromium matrix. 7. Legierung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wolframphase eine Härte von mehr als etwa 2000 Vickers-40 DPN aufweist.7. Alloy according to claim 6, characterized in that the tungsten phase has a hardness of more than about 2000 Vickers 40 DPN. 8. Legierung nach Anspruch 7« dadurch gekennzeichnet, daß die Wolframphase eine Härte von 2500 bis 3500 Vickers-40 DPN aufweist.8. Alloy according to claim 7 «characterized in that the tungsten phase has a hardness of 2500 to 3500 Vickers-40 DPN. 9. Legierung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ^er Volumenanteil der Wolframphase mindestens 35 % beträgt. 9. Alloy according to claim 6, characterized in that ^ he volume fraction of the tungsten phase is at least 35 % . 109830/1257109830/1257 10. Legierung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß der Volumenanteil 35 bis 60 % beträgt.10. Alloy according to claim 9 »characterized in that that the volume fraction is 35 to 60%. 11. !legierung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie auch freies Nickel enthält.11.! Alloy according to claim 6, characterized in that that it also contains free nickel. 12. Legierung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie freies Nickel in einer Menge von weniger als etwa 6 Gew.-% enthält.12. The alloy of claim 11 characterized in that it contains free nickel in an amount less than about Contains 6% by weight. 13. Legierung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Härte der Nickel-Chrom-Matrix mehr als 800 Vickers-40 DPH beträgt.13. Alloy according to claim 6, characterized in that the hardness of the nickel-chromium matrix is more than 800 Vickers-40 DPH is. 14. Legierung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Härte der Hickel-ChroM-4Iatrix 850 bis 1600 Vickers-40 DPH beträgt.14. Alloy according to claim 13, characterized in that the hardness of the Hickel-Chromium-4Iatrix 850 to 1600 Vickers-40 DPH is. 15. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie Bor in einer Menge von etwa 1 bis etwa 7 Gew.-% enthält.15. Alloy according to claim 1, characterized in that that it contains boron in an amount of from about 1 to about 7% by weight. 16. Legierung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie Bor in einer Menge von etwa 1 bis etwa 7 Gew.-% enthält·16. Alloy according to claim 6, characterized in that it contains boron in an amount of about 1 to about 7 wt .-% contains 17. Legierung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie durch Plasmastrahlversprühen einer Pulvermischung hergestellt wird, die aus Wolframcarbid, Nickel, Chrom, Bor und Aluminium besteht.17. Alloy according to claim 6, characterized in that that it is produced by plasma jet spraying of a powder mixture consisting of tungsten carbide, nickel, chromium, Consists of boron and aluminum. 18. Legierung nach Anspruch 17» dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem Kobalt enthält.18. Alloy according to claim 17 »characterized in that that it also contains cobalt. 109830/1257109830/1257 19. Legierung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß sie durch Plasmastrahlverspruhung eines Pulvers hergestellt wird, das die folgende Zusammensetzung aufweist:19. Alloy according to claim 18, characterized in that it is produced by plasma jet spraying of a powder which has the following composition: 25 his 55 Gew.-% Wolframcarbid25 to 55 wt% tungsten carbide 4-4- bisuntil 88th IIII Kobaltcobalt 2525th bisuntil 4545 ηη Nickelnickel 33 bisuntil 77th If ·If Chromchrome 0,50.5 bisuntil 77th ηη Aluminiumaluminum 11 bisuntil 77th UU Borboron
Rest im wesentlichen Eisen.The remainder is essentially iron.
20. Verwendung der Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 19 als hartes Überzugsmaterial, das aus mit Bor interstitiell gehärtetem Wolfram in einer Nickel-Chrom-Legierung smatr ix besteht und das durch schnelles Abschrecken einer Plasmaflamme an einem gekühlten Werkstück gehärtet wurde.20. Use of the alloy according to one of claims 1 to 19 as a hard coating material which is made from interstitial with boron hardened tungsten in a nickel-chromium alloy smatr ix and that by rapid quenching hardened with a plasma flame on a cooled workpiece became. 21. Verwendung der Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 19 zur Herstellung eines harten Überzugsmaterials, das aus mit Bor interstitiell gehärtetem Wolfram in einer Nickel-Aluminium-Legierungsmatrix besteht und durch schnelles Abschrecken einer Plasmaflamme an einem gekühlten Werkstück. gehärtet wurde.21. Use of the alloy according to one of claims 1 up to 19 for the production of a hard coating material, which consists of tungsten interstitially hardened with boron in a nickel-aluminum alloy matrix and by means of fast Quenching a plasma flame on a cooled workpiece. has been hardened. 22. Verwendung der Metallegierung nach Anspruch 1 zum Überziehen der Lauffläche eines Kolbenringes.22. Use of the metal alloy according to claim 1 for coating the running surface of a piston ring. 23. Verwendung nach Anspruch 22, bei der der Legierungsüberzug auf der Lauffläche in situ hergestellt wird»23. Use according to claim 22, in which the alloy coating is produced in situ on the tread » 24« Verwendung nach Anspruch 23, bei der der Legierungsüberzug durch einen Plasmastrahl auf den Kolbenring aufgebracht wird.Use according to claim 23, in which the alloy coating is applied to the piston ring by a plasma jet. 109830/1217109830/1217 25· Verwendung der Legierung nach Anspruch 6 zum Überziehen der Lauffläche eines Kolbenringes.Use of the alloy according to claim 6 for coating the running surface of a piston ring. 26. Verwendung nach Anspruch 25» bei der der Metallüberzug in situ auf der Lauffläche erzeugt wird.26. Use according to claim 25 »in the case of the metal coating is generated in situ on the tread. 27· Verwendung nach Anspruch 26, bei der der Legierungsüberzug mit Hilfe eines Plasmastrahls auf den Kolbenring aufgebracht wird.Use according to Claim 26, in which the alloy coating is applied to the piston ring with the aid of a plasma jet is applied. 28. Verwendung der Legierung nach Anspruch 19 zum Überziehen der Lauffläche eines Kolbenringes in situ mit Hilfe eines Plasmastrahls. .28. Use of the alloy according to claim 19 for coating the running surface of a piston ring in situ with the aid a plasma jet. . 29. 'Verfahren zur Herstellung der Wolframlegierung nach· einem der Ansprüche 1 bis 19» dadurch gekennzeichnet, daß das Wolframcarbid in einer oxydierenden Flamme eines Plasmalichtbogenbrenners in Wolfram überführt und das Wolfram mit Bor kombiniert wird.29. 'Process for the production of the tungsten alloy according to one of claims 1 to 19 »characterized in that the tungsten carbide is converted into tungsten in an oxidizing flame of a plasma arc torch and the tungsten with Boron is combined. 30. Verfahren zum überziehen' von Gegenständen nach dem Plasmastrahlspritzverfahren, bei dem man eine Plasmaflammenspritzpistole verwendet, die eine Verbrennungssprühkammer aufweist, die aus einer entsprechenden Quelle mit Plasmagas versorgt wird, bei dem man in der Kammer einen elektrischen Lichtbogen erzeugt, um das Gas zu ionisieren und zu zünden, bei dem man ein Spritzmetallpulver verwendet und dieses in eine mit der Kammer in Verbindung stehende Spritzdüse einführt, wodurch das Metallpulver geschmolzen und guf einem Grundmaterial, das als Werkstück dient, niedergeschlagen wird, wodurch dieses Grundmaterial mit dem flüssigen Metall überzogen wird, wobei der Überzug hergestellt wird, indem man die Spritzpistole gegenüber dem Werkstück bewegt, so daß mehrere aufeinanderliegende dünne30. Process for covering objects according to the Plasma jet spraying process that uses a plasma flame spray gun that has a combustion spray chamber which is supplied with plasma gas from an appropriate source, in which one is in the chamber An electric arc is generated to ionize and ignite the gas, using a spray metal powder and introduces this into a spray nozzle connected to the chamber, whereby the metal powder melted and guf a base material called the workpiece serves, is deposited, whereby this base material is coated with the liquid metal, the coating is produced by moving the spray gun against the workpiece, so that several superimposed thin 109030/1257109030/1257 Metallschichten abgelagert werden, dadurch gekennzeichnet, daß man als Pulver Wolframcarbid und Bor mit mindestens einem weiteren legierenden Element und als Plasmagas Wasserstoff in Verbindung mit Stickstoff oder Argon verwendet, wobei der Wasserstoff mit einer Geschwindigkeit von 0,566 bis 0,850 v? (20 bis 30 ft.5) unter Standardbedingungen pro Stunde zugeführt und die Spritzpistole von dem Werkstück in einem Abstand von etwa 8,9 bis etwa 16,5 cm (3,5 bis 6,5 inches) gehalten wird, wodurch das Grundmaterial mit einem harten Ober zug versehen wird, der aus einer Legierungsmatrix besteht, die eine getrennte, interstitiell mit Bor gehärtete- Wolframphase enthält.Metal layers are deposited, characterized in that the powder used is tungsten carbide and boron with at least one further alloying element and the plasma gas used is hydrogen in combination with nitrogen or argon, the hydrogen at a rate of 0.566 to 0.850 v? (20 to 30 ft. 5 ) per hour under standard conditions and the spray gun is held from the workpiece about 8.9 to about 16.5 cm (3.5 to 6.5 inches), thereby removing the base material with a hard upper train is provided, which consists of an alloy matrix which contains a separate tungsten phase hardened interstitially with boron. 31. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Spritzpistole über das Werkstück mit einer Geschwindigkeit von 71,1 bis 81,3 cm (28 bis 32 inches) pro Minute vertikal hinwegstreicht.31. The method according to claim 30, characterized in that the spray gun across the workpiece at a rate of 71.1 to 81.3 cm (28 to 32 inches) per minute strokes vertically. 32; Verfahren nach Anspruch 31» dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des Lichtbogens eine Gleichstrom-Stromstärke von 475 bis 550 Ampere verwendet wird.32; Method according to claim 31 »characterized in that that a direct current amperage of 475 to 550 amperes is used to generate the arc. 33. Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Spritzpistole und dem Werkstück ein Winkel von 0 bis 55° eingehalten wird.33. The method according to claim 32, characterized in that an angle between the spray gun and the workpiece from 0 to 55 ° is maintained. 34·. Verfahren nach Anspruch 33» dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver mit einer Geschwindigkeit von 4,5* bis 5,44 kg (10 bis 12 pounds) pro Stunde zugeführt wird.34 ·. Method according to claim 33 »characterized in that that the powder at a speed of 4.5 * to 10 to 12 pounds per hour. 35· Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß das Stickstoff- oder Argongas mit einer Geschwindigkeit von 2,27 bis 2,69 m5 (80 bis 95 ft.5) unter Standardbedingungen pro Stunde zugeführt wird.The method of claim 34, characterized in that the nitrogen or argon gas is supplied at a rate of 2.27 to 2.69 m 5 (80 to 95 ft. 5 ) under standard conditions per hour. 109830/1267109830/1267 36. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß als Grundmaterial ein Kolbenring verwendet wird.36. The method according to claim 30, characterized in that that a piston ring is used as the base material. 37· Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß ein Pulver verwendet wird, das auch Nickel und Chrom enthält, so daß das Grundmaterial mit einem harten Überzug versehen wird, der aus einer Hickel-Chrom-Iiegierungsmatrix besteht, die eine getrennte, interstitiell mit
Bor gehärtete Wolframphase enthält.
37 · The method according to claim 30, characterized in that a powder is used which also contains nickel and chromium, so that the base material is provided with a hard coating which consists of a nickel-chromium alloy matrix which has a separate, interstitial layer
Contains boron hardened tungsten phase.
38. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundmaterial mit dem Pulver gemäß Anspruch 19
überzogen wird·
38. The method according to claim 30, characterized in that the base material with the powder according to claim 19
is covered
59· Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver unter Verwendung eines Trägergases in die Spritzpistole eingeführt wird.59 · The method according to claim 30, characterized in that that the powder is introduced into the spray gun using a carrier gas. 109830/1257109830/1257
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