DE2432061A1

DE2432061A1 - Flammspritzwerkstoffe

Info

Publication number: DE2432061A1
Application number: DE19742432061
Authority: DE
Inventors: Ferdinand J Dittrich; George J Durmann; Jun Herbert S Ingham
Original assignee: Metco Inc
Current assignee: Metco Inc
Priority date: 1973-07-06
Filing date: 1974-07-04
Publication date: 1975-01-23
Also published as: FR2236015B1; JPS5021942A; CA1036841A; GB1460086A; DE2432061C2; FR2236015A1; IT1013258B; JPS5536066B2

Description

Köln, den 3.JuIi 1974 AvK/Ax

METCO Inc., 1101 Prospect Avenue, Westbury, New York 11590 (U.S.A.). Flammspritzwerkstoffe

Die Erfindung betrifft mit Aluminium umhüllte Flammspritzwerkstoffe auf Basis von Nickel, Kobalt und Bor, die sich durch ausgezeichnete Verwachsung und Verschweißung und sehr gute Bearbeitbarkeit der beschichteten Oberflächen auszeichnen.

Es ist üblich, Metalloberflächen mit anderen Metallen , die andere hervorragende mechanische Eigenschaften aufweisen, zu überziehen, um die besten Eigenschaften der beiden "Metalle zu erzielen. Als Beispiel sind Zylinder in Motorblöcken aus Aluminium zu nennen, die mit Eisenblechen ausgekleidet sind, um die Vorteile des niedrigen Gewichts von Aluminium und der Verschleißeigenschaften von Eisen zu erzielen. Eine Verbesserung dieser Methode ist der Auftrag der Verschleißschicht auf die aufnehmende Oberfläche durch Flammspritzen. Um einwandfreies Verschweißen zwischen Werkstück und Spritzmetall zu gewährleisten, war es üblich, die V/erkstückoberfläche durch mechanisches Aufrauhen vorzubereiten. Eine weitere Verbesserung dieser Methode beschreiben die USA-Patentschriften 2 588 421 und 2 588 422. Hier wird Molybdän zuerst durch Flammspritzen auf das Werkstück aufgebracht, ohne daß eine besondere Vorbereitung des V/erkstücks erforderlich ist. Anschließend kann eine

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harte Verschleißschicht beispielsweise aus kohlenstoffreichem Stahl aufgespritzt werden. Das Laminat wird fest und einwandfrei zusammengehalten. ".

Die USA-Patentschrift 2 875 O4j5 beschreibt Spritzschweißen ' legierung, auch als selbstgehende (self-fluxing) Legierungen bekannt, die Nickelbasen enthalten und verspritzt werden können und aufgrund eines Gehalts an Bor und/oder Silicium als Flußmittel für die Legierung und für die ' während des anschließenden Verschweißens einer aufgespritzten Schicht zu legierende Oberfläche des Werkstücks wirksam sind. Andere Metallkomponenten, z.B. Chrom, Eisen, Kohlenstoff, Kupfer und Molybdän, können ebenfalls vorhanden sein. In der USA-Patentschrift 2 936 229 wird festgestellt, daß solche selbstgehenden Legierungen außerdem etwa 0,2 bis 5# Aluminium enthalten können, und daß das Nickel ganz oder teilweise durch Kobalt ersetzt v/erden kann. Durch diese Modifikationen wird die Bildung kleiner Poren in der Spritzschicht weitgehend ausgeschaltet. Auch andere Elemente können in geringen Mengen vorhanden sein.

Für gewisse Zwecke war es erwünscht, daß die flammgespritz-.te Oberfläche eine intermetallische Verbindung bildet. In der USA-Patentschrift 3 305 326 wird ein Pulvergemisch aus einem Pulver, wie es in den USA-Patentschriften .; 2 875 043 und 2 936 229 beschrieben wird, mit umhüllten Pulverteilchen beschrieben, die aus einem Metallkern und einer Metallhülle, die bei den Flammspritztemperaturen damit reaktionsfähig ist, wobei eine intermetallische Verbindung gebildet wird, bestehen. Das umhüllte Pulvermaterial macht das Gemisch selbstverschweißend, d.h. beim Verspritzen bildet sich automatisch eine aufgeschweißte und verschmolzene Schicht ohne einen gesonderten Arbeitsgang zum Aufschmelzen und Verschmelzen. \

Die USA-Patentschrift 3 322 5I5 beschreibt modifizierte ; Flammspritz-Verbundwerkstoffe, deren Bestandbeile <

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exotherm so miteinander in Wechselwirkung treten, daß sie diese intermetallische Verbindung bilden, die auf das Werkstück aufgetragen wird. Die durch die exotherme Reaktion erzeugte Hitze trägt zum Versehweißen und Verwachsen bei. / Der Verbundwerkstoff kann aus getrennten Strängen oder Adern der beiden Komponenten, beispielsweise aus einem Nickelstrang und einem Aluminiumstrang bestehen, wobei die Stränge gleichzeitig einer Flammspritzpistole zugeführt werden. Bei einer bevorzugten Arbeitsweise kann eine der Komponenten auf die andere geschichtet werden, wobei ; beispielsweise ein Draht mit einem Nickelkern und einer AluminiumhUlle gebildet wird. j

Diese Verbundwerkstoffe bewähren sich im allgemeinen gut, Jedoch haben sie gewisse starke Begrenzungen und Nachteile. Beispielsweise haftet das selbstverschweißende und -verschmelzende Gemisch der USA-Patentschrift 3 305 326 nicht sehr gut an der Werkstückoberfläche und erfordert entweder eine besondere Vorbehandlung des Werkstücks beispielsweise durch Aufrauhen durch Sandstrahlen oder durch Aufbringen einer Unterschicht aus einem verankernden Werkstoff, z.B. Molybdän oder einem der vorstehend be-"schriebenen exotherm reagierenden Verbundwerkstoffe.

Die Spritzschiehten haben zwar für die meisten Zwecke ausreichende Haftfestigkeit, setzten jedoch der Bearbeitung, der die Spritzschichten unterworfen werden konnten, Grenzen.

Die Erfindung stellt sich demgemäß die Aufgabe, Flanmspritzwerkstoffe verfügbar zu machen, die selbstversehweis- -send und selbst verwachs end sind- und Spritzsehiehten erge·=- '··■ ben, die sich leicht, bearbeiten lassen, ohne sieh vom Werkstück zu lösen. Die Erfindung umfasst ferner die j Herstellung von ausgezeichneten Lagerflächen, die durch ι Flammspritzen aufgebracht werden.

Die Aufgaben, die die Erfindung sich stellt, werden durch / Diese Materialien stellen eine Verbesserung gegenüber Molybdän dar, um andere Flammspritzmaterialien auf das Werkstück zu verschweissen.

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einen Flammspritzwerkstoff in Form eines Verbundwerkstoffs gelöst, der 1) als erste Komponente eine Legierung, die, bezogen auf ihr Gewicht, wenigstens etwa 4O^ Nickel und/

etwa 1-6 Gew.-% Bor und oder Kobalt und/2) als zweite Komponente Aluminiumpulver enthält, wobei die erste Komponente in einer Menge von etwa 66 bis 99 Gew.-.^ des Verbundwerkstoffs enthält. Die erhaltenen Spritzschichten zeichnen sich durch ausgezeichnete Haftfestigkeit und Verschweißung und hervorragende Lager- und Verschleißflächen aus. Sie lassen sich leicht, im allgemeinen durch Schleifen, bearbeiten.

Die erste Komponente, die vorzugsweise etwa 66 bis 99;1>, insbesondere etwa 85 bis 95% des Gesamtgewichts der ersten und der zweiten Komponente ausmacht, kann aus beliebigen spritzschweißbaren selbstgehenden (seIf-fluxing) Legierungswerkstoffen bestehen, die in den vorstehend genannten USA-Patentschriften 2 875 04} und 2 9^6 229 beschrieben werden. Die erste Komponente kann somit, bezogen auf ihr Gewicht, außerdem etwa 1 bis 6% Silicium, vorzugsweise etwa 4 bis 5^ Silicium, bis etwa 20$ Chrom, gegebenenfalls bis etwa 8%, im allgemeinen wenigstens etwa J>% und vorzugsweise etwa 5 bis 6% Kupfer und, falls vorhanden, bis etwa 10%, im allgemeinen wenigstens etwa J5$ und vorzugsweise etwa 4,5 bis 5*5$ Molybdän sowie Aluminium zweckmäßig in einer Menge von etwa 0,2 bis 5%j vorzugsweise bis etwa 2^. Geringe Mengen Eisen und Kohlenstoff können ebenfalls vorhanden sein. Während Nickel und/oder Kobalt, wie vorste- . hend erwähnt, in einer Menge von wenigstens etwa K0% der ersten.Komponente vorhanden sein sollte, sollte es vorteilhaft wenigstens· etwa 60%' ausmachen.' ' " -■■■■·■■ -■-··- ·■- -·

Wie bereits erwähnt, besteht die zweite Komponente aus Aluminium und wird vorzugsweise als feines Pulver verwendet, das in einem Bindemittel auf Teilchen der ersten Komponente aufgebracht ist. _:

Das Aluminium wird in möglichst feinteiliger Form, z.B. 409884/1U9

mit einer Teilchengröße bis 44 u, verwendet und mit einem Bindemittel oder Lack gemischt, so daß in Wirklichkeit ein Anstrichmittel gebildet wird, in dem die Aluminiumteilchen dem Pigment entsprechen. Das Anstrichmittel-wird dann zum Umhüllen der Kernteilchen verwendet und dem Erhärten oder Trocknen überlassen.

Beliebige bekannte oder übliche Bindemittel können verwendet werden, um eine Umhüllung zu bilden oder die Teilchen miteinander oder an einer Werkstückoberfläche abzubinden. Als Bindemittel dient vorzugsweise ein Lack, der ein Harz als Lackfestkörper enthält und ein Harz enthalten kann, das zur Bildung eines getrockneten oder gehärteten Films nicht vom Abdampfen oder Verdunsten eines Lösungsmittels abhängt. Der Lack kann beispielsweise ein katalysiertes Harz als Lackfestkörper enthalten. Als Bindemittel eignen sich beispielsweise die üblichen phenolischen Epoxy- oder Alkydharze, Lacke, die trocknende öle, z.B. Tungöl und Leinöl, enthalten, Kautschuk- und Latexbinder.

Das Umhüllen der ersten Komponente, die aus dem nickelreichen Nickel-Kobalt-Kern besteht, mit dem das Aluminium enthaltenden "Anstrichmittel" kann in beliebiger bekannter oder gewünschter Weise erfolgen. Es ist lediglich notwendig, die beiden Materialien zu mischen und das Bindemittel erhärten oder trocknen zu lassen, wobei ein ziemlich freifiießendes Pulver erhalten wird, das aus dem mit Aluminium umhüllten Nickel-Kobalt-Kern besteht.

Die Pulver werden in üblicher Weise unter Verwendung einer ■Pulyerflammspritzpistole verspritzt, -jedoch ist es-.auch- . möglich, sie unter Verwendung eines Kunststoffs oder ähnlichen Bindemittels, z.B. mit Polyäthylen, das sich in der Heizzone der Pistole zersetzt, in die Form eines Drahts oder Stabes zu bringen. Wenn sie zu Drähten geformt werden, können diese übliche Größen und Genauigkeitstoleranzen

für Flammspritzdrähte haben und beispielsweise in der

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Größe zwischen 6,55 mm und 0,95 mm variieren.

Das Metallspritzen kann in jeder Hinsicht in üblicher Weise vorgenommen werden, wie es bisher für selbstverschweißende und -verwachsende Flammspritzwerkstoffe, insbesondere für Nickel-Aluminium-Verbundspritzwerkstoffe üblich war. Aufgrund der Eigenschaften der Selbstverschweißung und SelbstVerwachsung ist eine besondere Oberflächenvorbereitung außer sorgfältiger Reinigung nicht erforderlich, jedoch kann, falls gewünscht, die Werkstückoberfläche in üblicher Weise vorbereitet werden. Das Pulver gemäß der Erfindung kann durch Flammspritzen als Verankeiungsschicht für anschließend aufgebrachte Flammspritzwerkstoffe aufgebracht v/erden. Die Verbundwerkstoffe können ferner in Verbindung mit anderen üblicherweise verwendeten Plammspritzwerkstoffen oder zusätzlich dazu verspritzt werden.

Es wird angenommen, daß Nickel und/oder Kobalt und Aluminium während des Spritzens unter Bildung einer intermetallischen Verbindung aus Nickel und/oder Kobaltaluminid exotherm reagieren. Komplexe Aluir.inide und Legierungen •mit gegebenenfalls vorhandenen anderen Metallen können gebildet werden.

Der hier gebrauchte Ausdruck "Verbundflammspritzwerkstoff" bezeichnet eine strukturell integrale Einheit und umfaßt keine bloßen Gemische der Bestandteile, die physikalisch ohne Zerstörung der Struktur getrennt werden können. So bedeutet der Ausdruck "Verbundwerkstoff" im Falle eines Pulvers nicht ein einfaches Gemisch einzelner Körner der- ^; getrennten Komponenten, sondern er setzt voraus, daß. jedes einzelne Korn die getrennten Komponenten enthält, die unter Bildung von intermetallischen Verbindungen exotherm reagieren. Im Falle eines Drahts müssen die einzelnen Komponenten in einen einzigen Draht eingearbeitet sein. In den Verbundwerkstoffen müssen die Komponenten ι

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in inniger Berührung miteinander vorliegen,

Bei Pulvern kann jedes Korn aus einem Aggregat bestehen, das die Komponenten enthält, die unter Bildung der intermetallischen Verbindung exotherm reagieren, jedoch liegen die Einzelkörner des Pulvers vorzugsweise in Form eines umhüllten Verbundwerkstoffs/vor, der aus einem Kern aus einer der Komponenten und wenigstens ; einer umhüllenden Schicht aus den anderen Komponenten besteht. Der Verbundwerkstoff kann auch aus getrennten konzentrischen umhüllenden Schichten von wenigstens zwei der Komponenten und einem Kern aus dem dritten oder sogar einem vierten Werkstoff bestehen.

Im Falle von Drähten können die Verbundwerkstoffe als Draht, der eine äußere Hülle aus einem Werkstoff und einem Kern aus den anderen Werkstoffen oder abwechselnde umhüllende Schichten aus. zwei der Komponenten und einen Kern aus dem dritten oder einem vierten Werkstoff aufweist, als Draht, der durch Verdrallen oder Walzen von -'getrennten Einzeldrähten der Komponenten gebildet . " ■

worden ist, als Draht, der aus einer aus der einen ·! Komponente gebildeten Hülle und einem die anderen Komponenten in Pulverform oder verdichteter Form enthaltenden Kern besteht, als Draht, der aus einer aus einer Komponente gebildeten Hülle und einem ein verdichtetes Pulvergemisch der gleichen Komponente und anderer ; Komponente enthaltenden Kern'besteht, "als Draht j "der·' ■ ./· aus einer Kunststoffhülle und einem ein verdichtetes Pulvergemisch der Komponenten enthaltenden Kern besteht, usw. vorliegen.

Damit die Drähte sich einwandfrei verspritzen lassen, dürfen sie beim Erhitzen keinen Krater an der Spitze bilden. Vorzugsweise sollten sie ein zugespitztes oder

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leicht konisches Ehde haben, wenn sie geschmolzen und verspritzt werden. Wenn somit die Drähte eine äußere Hülle aus einer Komponente und einen inneren Kern aus einer anderen Komponente aufweisen, darf der innere Kern keinen niedrigeren Schmelzpunkt als die äußere Hülle haben, da andernfalls der innere Kern zuerst schmilzt und Kraterbildung an der Spitze verursacht. Wenn beispielsweise der Draht aus einem Kern mit äußerer Hülle besteht, muß die Hülle aus Aluminium bestehen, da der Draht andernfalls während des Spritzvorganges zuerst ausschmilzt und die Kraterbildung verursacht, die kein einwandfreies Verspritzen gestattet. Ein Draht, der solche Schmelzpunktcharakteristiken hat, daß die Spitze ohne diese Kraterbildung abschmelzen kann, wird hier als "kraterfreier Draht" bezeichnet.

Die Komponenten können in den stochiometrischen Mengenanteilen vorliegen, die für die Bildung der intermetallischen Verbindung erforderlich sind, Jedoch ist es auch möglich, daß die eine oder andere Komponente im Überschuß vorliegt, vorausgesetzt, daß die relativen Mengen genügen, um die für die Bildung der intermetallischen Verbindungen, erforderlichen Wärmemengen zu,

erzeugen.

Die erfindungsgemäßen Spritzpulver, deren Teilchen aus Kern und Hülle bestehen, können in beliebiger bekannter oder gewünschter Weise hergestellt werden. Hierzu gehören bekannte chemische Plattierverfahren, bei denen der Werkstoff der Hülle auf einen Kern aus einen anderen Werkstoff - aufgebracht wird, oder bei"'denen mehrere Schichten, aus verschiedenen Werkstoffen auf dem Werkstoff des Kerns aufgebaut werden, oder bei denen verschiedene Werkstoffe gleichzeitig als Einzelschicht auf den Kernwerkstoff aufgebracht werden.

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Bei einem möglichen Verfahren zur Herstellung der aus umhüllten Kernen bestehenden Pulver wird ein Metall aus einer Lösung durch Reduktion auf einen Kern aufgebracht. Beispielsweise kann der Auftrag durch eine durch Zusatz von Anthrachinon katalysierte Reduktion von ammoniaka-Iisehen Lösungen von Nickel und/oder Kupfer und Ammoniumsulfat mit Wasserstoff auf den pulverförmigen Kernwerkstoff erfolgen. Es ist ferner möglich, die Hülle nach, anderen Verfahren zu bilden, z.B. durch Aufdampfen, durch thermische Zersetzung von Metallcarbonylen, durch Reduktion von Metallhalogeniddämpfen mit Wasserstoff, durch thermische Abscheidung von Halogeniden, Hydriden, Carbonylen, Organometallen oder anderen flüchtigen Verbindungen oder durch Verdrängungsgasplattierung.

Bei einem bevorzugten und stark vereinfachten Verfahren zur Bildung der aus umhüllten Teilchen bestehenden Pulver gemäß der Erfindung werden die beiden Komponenten als Überzug in Form eines Anstrichmittels auf die dritte Komponente aufgebracht. Beispielsweise können zwei der Komponenten, die die Hülle bilden sollen, in feinteiliger Form in einem Bindemittel oder Lack unter Bildung eines Anstrichmittels, in dem diese Komponente dem Pigment entspricht, dispergiert werden. Das Anstrichmittel wird dann zum Beschichten der aus der dritten Komponente bestehenden Kernteilchen verwendet, worauf man das Bindemittel oder den Lack härten oder trocknen läßt. Als 'Bindemittel wird vorzugsweise ein Harz verwendet, das nicht von dem Abdampfen oder Verdunsten -.eines Lösungsmittels." abhängt, um-einen getrockneten :. ■ oder gehärteten Film zu bilden, der sich in der Hitze des Spritzprozesses zersetzt. Als Bindemittel eignen sich beispielsweise Phenolharzlacke oder beliebige andere bekannte oder übliche Lacke, die vorzugsweise ein Harz als Lackfestkörper enthalten. Die Komponenten, die zu Beginn mit dem Bindemittel oder Lack gemischt werden,

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sollten vorzugsweise möglichst feinteilig sein und oeispielsweise eine Größe unter 44- u haben. Die den Kern bildende andere Komponente sollte ungefähr die gleiche Teilchengröße oder nur eine etwas geringere Teilchengröße haben, die schließlich für das -Spritzpulver gewünscht wird. Die Umhüllung der Kernkomponente mit dem "Anstrichmittel" kann nach beliebigen bekannten oder gewünschten Verfahren erfolgen. Es ist lediglich notwendig, die beiden Materialien zu mischen und das Bindemittel trocknen oder erhärten zu lassen, wobei ein ziemlich frei-fließendes oder rieselfähiges Pulver erhalten wird, das aus der Kernkomponente besteht, die mit der im Bindemittel abgebundenen anderen Komponente umhüllt ist.

Die Aggregate können nach beliebigen anderen bekannten Verfahren, z.B. durch Verdichten oder Brikettieren der verschiedenen Komponenten zu den einzelnen Körnern oder zu größeren Aggregaten und anschließendes Zerkleinern dieser Aggregate zu den Körnern hergestellt werden.

Die Drähte können nach bekannten üblichen Verfahren zur Herstellung von Drähten mit verschiedenen Komponenten beispielsweise durch Aufschrumpfen einer Hülle aus einem Kern, durch Formen des Kerns mit Pulver, Verdrallen der Einzeldrähte und anschließendes Walzen, Ziehen, Strecken o.dgl. hergestellt werden.

Bei einem der bekannten Herstellungsverfahren wird eine der Komponenten zu einem. Rohr oder einer .Hülle geformt, ..die. mit einem Pulver der anderen Komponente oder einem Pulver, das aus einem Gemisch der beiden Komponenten besteht oder zusätzliche Komponenten enthält, gefüllt wird. Die Rohrenden werden dann verschlossen, worauf der Draht durch Strecken, Walzen oder Ziehen auf den gewünschten Durchmesser verjüngt wird. Vorzugsweise wird das Pulver oder Pulvergemisch zuerst zu zylindrischen Briketts gepreßt,

bevor es in die Hülle oder den Kern gebracht wird. Das

Verschließen der Bohrenden nach dem Füllen mit dem Pulver, oder Pulvergemisch kann beispielsweise durch Einsetzen eines Stopfens beispielsweise aus dem Metall, aus dem die Hülle besteht, durch Schweißen, Verdrehen oder Anwürgen erfolgen.

Die Pulver gemäß der Erfindung sollten die allgemeine Gesamtform und -größe üblicher Flammspritzpulver haben. Ihre Größe sollte beispielsweise zwischen 3 u. 25o u vorzugsweise 1o und 1o5 u liegen. Besonders bevorzugt wird eine möglichst gleichmäßige Korngröße des Pulvers, wobei die Einzelkörner um nicht mehr als 250 u, vorzugsweise um nicht mehr als 75 W variieren.

In Abhängigkeit von dem jeweiligen Flammspritzverfahren und dem gewünschten Zweck können die Mehrkomponentenpulver allein oder in Kombination mit anderen verschiedenen Mehrkomponentenpulvern oder in Kombination mit anderen üblichen Flammspritzpulvern oder Pulverkomponenten verspritzt werden.

••Die Pulver werden vorzugsweise als solche mit einer

Pulverflammspritzpistole verspritzt, jedoch ist es auch möglich, das Pulver in Form eines Drahts oder Stabes unter Verwendung eines Kunststoffs-oder ähnlichen Bindemittels, das sich in der Heizzone der Spritzpistole zersetzt, abzubinden. In' gewissen Fällen können die· ''" ' Pulver auch in Form eines Stabes oder Drahtes gepreßt

,.und/oder= zusammengesintert .werden.. Die Drähte müssen die üblichen Größen und, Genauigkeitstoleranzen für Flammspritzdrähte haben und können beispielsweise in der Größe zwischen 6,35 mm und 0 95 nun variieren und haben vorzugsweise die folgenden Größen: 4,76 mm + 12,7 M bis 63,5/U> 3,2 mm + 12,7 M bis 63,5 u, 3,18 mm + 12,7/1 bis 63,5 η und 1,79 mm + 2,5 n./Sie müssen eine glatte, saubere Oberfläche haben, die frei von Narben, Fehlern oder Defekten 7 (1/4" und 2o gauge, vorzugsweise _3/,₁₆„ "₊ qooS" bis -.0025% 1/8" + .005" bis -.ΟΟ25", 11 gauge + .oo5" bis -.oo25", und 15 gauge + .00I") _4O988W1U9

ist. Die Drähte werden in üblicher Weise unter Verwendung üblicher Drahtflamrrspritzpistolen verspritzt.

Bei der Vereinigung in der exothermen Reaktion mater Bildung der intermetallischen Verbindung erzeugen die Komponenten Wärme in situ im eigentlichen Werkstoff, der wenigstens einen Teil der Spritzschicht bilden soll. Dies ist zu unterscheiden von Flammspritzverfahren und -werkstoffen, bei denen die Hitze beispielsweise durch eine Oxydationsreaktion erzeugt wird, in die ein fremdes und nicht-metallisches Element eingeführt wird, und in der unerwünschte Komponenten gebildet werden können. Die bei der Bildung der intermetallischen Verbindung in situ erzeugte Wärme trägt nicht nur stark zum thermischen Wirkungsgrad des Prozesses bei, sondern bringt auch neue Ergebnisse hervor, wobei in vielen Fällen eine dichtere, fester haftende Spritzschicht gebildet wird, die die Eigenschaften eines wenigstens teilweise geschweißten Überzuges hat. In vielen Fällen' hat die Spritzschicht selbstverschweißende oder -verwachsende Eigenschaften, so daß eine spezielle Vorbereitung der Oberfläche außer guter Reinigung nicht erforderlich ist. In jeder anderen •Hinsicht erfolgt das Spritzen in üblicher bekannter Weise unter Verwendung üblicher Flammspritzgeräte. Gegebenenfalls kann die übliche Vorbereitung der Oberfläche des Werkstücks vorgenommen werden. Die Verbundspritzwerkstoffe gemäß der Erfindung können in Verbindung mit anderen üblicherweise verwendeten Flammspritzwerkstoffen oder zusätzlich zu diesen oder in Kombination oder in Verbindung mit den anderen verspritzt werden.

Die Verwendung der Nickel- und/oder Kobalt-Aluminium-Werkstoffe führt zu einer allgemeinen Verbesserung der Haftfestigkeit und Verbindung des insgesamt aufgespritzten Werkstoffs und damit auch der anderen Komponente oder Komponenten am Werkstück, so daß das Gemisch in gewissen Fällen selbstverschweißend und -aufschmelzend wird. Die

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Verbindung der Teilchen untereinander wird verbessert, und die Spritzschicht wird dichter, so daß ihre Porosität verringert werden kann. Im allgemeinen genügen bereits etwa 5 Gew.-% der Verbundwerkstoffe gemäß der Erfindung, um die Fähigkeit anderer Flammspritzwerkstoffe, z.B. üblicher Flammspritzmetalle, -legierungen oder Keramikstoffe, sich untereinander und mit der Werkstückoberfläche zu verbinden, wesentlich zu verbessern und ihre Porosität zu verringern. Die Menge ist natürlich nach oben nicht begrenzt, da der Verbundwerkstoff als solcher verspritzt werden kann.

Ein besonders gut geeignetes Gemisch enthält den neuen Verbundwerkstoff und einen anderen Verbundspritzwerkstoff in einer Menge von etwa 20%, vorzugsweise etwa 5 bis 15# des Gewichts des Gemisches. Der andere Verbundwerkstoff kann einfach aluminium-plattiertes Nickel sein, jedoch wird vorzugsweise mit Aluminium und Molybdän plattiertes Nickel verwendet, das ausführlicher in der

deutschen Patentschrift (Patentanmeldung

vom gleichen Tage entsprechend der USA-Patentanmeldung 577 151) der Anmelderin verwendet. Bezogen auf das Gewicht von Nickel, Aluminium und Molybdän ist bei diesem anderen Verbundwerkstoff das Nickel in einer Menge von etwa 66 bis 97,5$>, das Aluminium in einer Menge von etwa 2 bis l8/£ und das Molybdän in einer Menge von etwa 0,5 bis 16$ vorhanden. Vorzugsweise beträgt der Anteil des Nickels etwa 72 bis 89#, der Anteil des Aluminiums etwa 5 bis 15# und der Anteil des Molybdäns etwa 6 bis 12^. Dieser andere Verbundwerkstoff, der vorzugsweise aus einem Kern mit Hülle besteht, wird im allgemeinen in der gleichen Weise hergestellt, wie vorstehend für den Verbundwerkstoff gemäß der Erfindung beschrieben· Diese Gemische ergeben Spritzschichten, die bei der Bearbeitung nicht reißen, auch wenn sie extrem dick sind und beispielsweise eine Dicke von mehr als etwa 1,27 mm und sogar mehr als etwa 2,54 mm haben.

- ik -

Zu den Werkstoffen, mit denen die neuen Verbundwerkstoffe vor dem Flammspritzen gemischt werden können, gehören ■ Carbide, wie in der USA-Patentschrift 3 305 326 beschrieben. Wenn ein feuerfestes Carbid, z.B. Wolframcarbid, Titancarbid, Zirkoniumcarbid, Tantalcarbid, Niobcarbid, Hafnium c ar bid, Chromcarbid ο.dgl., zugemischt wird, v/erden äußerst hochwertige Spritzschichten erhalten die in verschiedener Hinsicht üblichen Carbidüberzügen überlegen sind.

Die bei dieser Ausführungsform verwendeten Carbide sollten eine Teilchengröße zwischen etwa 8 und 105 Ά> vorzugsweise zwischen etwa 15 und 53 u haben, wobei die Menge der Carbide zwischen etwa 5 und 95$* vorzugsweise zwischen 25 und 85%} insbesondere zwischen 4-5 und 55 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtpulvergemisch, liegt.

Wenn das feuerfeste Carbidpulver in einer Form verwendet wird, bei der das feuerfeste Carbid in einer Matrix eingebettet ist, z.B. in einer Kobalt- oder Nickelmatrix, die 5 bis 20 Gew.-^ Kobalt oder Nickel enthält, werden ungewöhnlich harte und verschleißfeste Spritzschichten gebildet, bei denen nicht die einzelnen Carbidteilchen in einer verschweißten Matrix eingebettet sind, sondern die statt dessen Legierungsphasen enthalten, die tatsächlich eine wesentlich höhere Mikrohärte haben, als sie gewöhnlich mit einem verschweißten Carbid erzielt wird.

Wenn das erfindungsgemäße Pulver, das dieses in der' Matrix abgebundene feuerfeste Carbid enthält, nach dem Plasmaspritzverfahreh verspritzt wird,- ist es se'lbstver-' -" schweißend oder -verwachsend, so daß die übliche Vorbereitung der Werkstückoberfläche für das Flammspritzen, z.B. tiefes Aufrauhen der Oberfläche, nicht erforderlich ist.

Die in der vorstehend beschriebenen Weise gebildeten. Carbidüberzüge sind äußerst hart und verschleißfest und

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eignen sich als Lagerflächen, Schleifflächen und für beliebige andere Zwecke, bei denen eine Arbeitsfläche einen äußerst verschleißfesten Überzug benötigt.

Das feuerfeste Carbid braucht nicht in einer Matrix abgebunden zu sein sondern sollte ein rednes kristallines Carbid sein, das außerdem die vorstehend genannte Teilchengröße haben und in den oben genannten Mengen verwendet werden sollte. Die gemäß der Erfindung gebildeten, das kristalline Carbid enthaltenden Spritzschichten haben dank der Carbidteilchen, die* in der verschweißten Spritzschicht dispergiert und fest abgebunden sind, eine extrem hohe Verschleißfestigkeit. Die Spritzschichten können für die gleiche Art von Anwendungen, wie sie vorstehend im Zusammenhang mit den Spritzschichten genannt wurden, die mit dem in der Matrix abgebundenen Carbid gebildet werden, verwendet werden.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele weiter erläutert. In diesen Beispielen verstehen sich alle Teile als Gewichtsteile, falls nicht anders angegeben.

Beispiel 1

Feines Aluminiumpulver (bis 44 n.) wurde mit einem üblichen Phenolharzlack mit etwa 1Oi^ Festkörpergehalt in einer solchen Menge gemischt, daß ein Gemisch, das die Konsistenz eines schweren Sirups hatte und etwa 60 Gew.-% Metallteilchen enthielt, erhalten wurde. 100 g des Gemisches von Lack und Pulver wurden dann zu etwa 900 g eines.selbstgehenden (self-fluxing) Legierungspulvers aus 44 Ms 74 w großen Teilen der Zusammensetzung ·'" " " ^ Kohlenstoff, 2,5$ Silicium, 2,5% Bor, 2,5% Eisen,· Chrom, Rest Nickel, gegeben. Die beiden Bestandteile wurden gut gemischt. Das Mischen wurde fortgesetzt, bis der Lack trocken war und ein ziemlich freifließendes Pulver zurückblieb, dessen Kernteilchen sämtlich mit einem trockenen Film, der die Aluminiumteilchen enthielt,

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/Es wurde dann gesiebt und von Hand gemahlen, um ein Pulver mit einer Teilchengrösse bis 149 uzu bilden.

umhüllt waren. Das Pulver wurde dann auf etwa 121 C erhitzt, um vollständiges Trocknen zu gewährleisten.7Es wurde dann auf eine Flußstahlplatte flammgespritzt, die vorher durch Blankschleifen gereinigt worden war. Das Metallspritzen wurde unter verschiedenen Bedingungen unter Verwendung von drei verschiedenen Flammspritzpistolen (hergestellt von der Anmelderin), die in Tabelle I genannt sind, durchgeführt. Die Arbeitsbedingungen und die Ergebnisse sind in Tabelle II zusammen mit den Bedingungen und Ergebnissen für einen der besten bisher

schleifbaren
verfügbaren/Spritzwerkstoffe genannt, der jedoch nicht selbstverschweißend und selbstverwachsend ist. Die neuen Spritzschichten sind hart, sehleifbar und haltbar. _;

Tabelle I

Flammspritzbedingungen für selbstverschweißende und selbstverwachsende schleifbare Spritzschichten

Spritzpistole METCO "5P" Thermospray (I)

Düse P7G .Dosierventil = 12

Spritzstöße(clicks) 8 Og-Durchfluß 708 1

Acetylendurchfluß . .. : - 1135 1 ... ... .

Träger = CU

Vibrator . . . Spritzabstand 24,5 cm

Süritzpistole
METGO "N"
Thermos pray(1)

. .

2
0,91 atü

Acetylendruck
1,05 atü . .

°2
Vibrator

17,8 'cm· -^:: ' ^:-

IiETCO "3KB" Plasmaspritzpistole (2)

Gas: N₂H₃

Druck (kg/cm²) '3,52/3,52

Durchfluß = 100/10 Strom 500 A

Spannung 73 V

Spritzmenge 4,082 kg/h. 2,72 kg/Std.

Abscheidungswirkungsgrad #

Rockwell-Härte 37

Rc 34

1) in USA-Pat. 2 961 335 beschrieben,

2) in USA-Pat. 3 145 287 beschrieben.

Träger - 37 Düse G

Auslaßöffnung 2' (Port)

"S"-Rad 20

Spritzmenge 4,54 kg/Std.

Spritzabstand 15,24 cm

Rockwell-Härte 47 bis 49

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Tabelle

II

Eigenschafben von selbstverschweißenden schleifbaren Sprltzschiohten

Spritzverfahren

Einstellung der Spritzmenge

Gasrnengen

Spritz- Haftfestigkeit Härte abstand kg/cm² Rockw. cm hoch nie- Durch-

drig sehn.
(3) (4)

Oberflächenbeschaffen heit u"AM m. SiC-Sand 60 (5)

CO
CO
OO

Pistole 5P ^: ■'■
Spritzwerkstoff A

Pistole 5-P, selbst
verschweißender
schleifbarer Werkstoff B (2)

Pistole N,
Werkstoff A

(D

Pistole N, selbstverschw. schleifbarer Werkst.B (2)

dto.

Plasmapistole 3MB
Werkstoff A (1)'

16-18 Spritzstöße (clicks)

8 Spritzstöße 3,63-4,08 kg/h

4,08 kg/Std, 4,08 kg/Std,

4,08 kg/Std, 4,08 kg/Stdi

ttqtt

28 UpM

2,4 atü Op/ 15-20 2,4 atü Acet.

1,8 atü O₂/ 25,4 2,8 atü Acetylen

396

370

It ο It

PlasmapistoIe 3MB "S' selbstverschweißender- 20 UpM schleifbarer
Werkstoff B (2)

0,9 atU O₂/ 1,05 atü Acet,

0,9 atü O₂/ 1,05 atü Acetylen

dto.

Düse G

Mündung Nr.1 7 atü N₀/ 1,05 atü H₂

Düse G

Mündung Nr.2 7 atü N₂/ 1,05 atü H₂

13-18
18

23
28
10-13

201 160 190

23 25

37

23

34

213 17^5 187,4 31 194,4 173 180

33

40-70

10-15 9-13

25-40 13-20

8-12

15,2 491 427 464 47-49 18-22

(1) Werkstoff A ist ein Gemisch von 15# aluminium-plattjertem Nickel, ¹J% Vorlegierung von 8o Ni 20 Cr und 78# selbstverschweißender Legierung (2,5 Si, 10,0 Cr 2,5 B - 2,5 Fe, 0,15 C, Rest Ni).

(2) Der Werkstoff B besteht aus 9o£ mit 8# Aluminium umhUllter selbstgehender (self-fluxing) Legierung (2,5 Si, 10,0 Cr, 2,5 B, 2,5 Pe, 0,15 C, Rest Ni) und 10% Ni, das mit 9 Al und 8 Mo plattiert ist.

(5) Seite 3 von METCO Research Lab Report Nr. 106 "Bewertungsmethoden und-Apparaturen für Flammspritzsehichten"

(²O Seite 5 von METCO Research Lab Report Nr. 106

"Bewertungsmethoden und -Apparaturen für Flammspritzschichten" .

(5) AM = arithmetisches Mittel, gemessen mit dem Profilmesser Modell 21, Typ V, Motorspur mit einer Abtastgeschwindigkeit von 7,62 mm/Sek.

Beispiel 2

_90^ des in Beispiel 1 genannten Verbundwerkstoffs aus aluminium-plattierter selbstverschweißender Legierung wurden mit 10^ Verbundpulver, dessen Teilchen aus einem Nickelkern und einer Aluminium-Molybdän-Hülle bestanden (Beispiel 1 der deutschen Patentschrift (Patentanmeldung vom gleichen Tage entsprechend der USA-Patentanmeldung 577 151) der Anmelderin ) gemischt. Das Gemisch wurde auf die in Beispiel 1 beschriebene Weise verspritzt. Hierbei wurde eine harte'schleifbare Spritzschicht gebildet, die selbst bei extremer Dicke beim Bearbeiten nicht riß. Die Spritzschicht hatte eine Haftfestigkeit von 370 kg/cm² (Tabelle II).

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Beispiel 3

Wenn 50$ des Gemisches aus 9O^ Verbundwerkstoff aus mit Aluminium plattierter selbstverschweißender Legierung und 10% Verbundwerkstoff aus Aluminium-Molybdän-Nickel-Pulver mit 50# hochschmelzendem Molybdänpulver gemischt wurden und das Gemisch auf die in Beispiel 1 beschriebene Weise aufgespritzt wurde, bildete sich eine harte, schleifbare, verschleißfeste Spritzschicht. (Siehe USA-Patent schrift 3 3I3 633, Beispiel 5, 50;t Molybdän) Die Spritzschicht hatte eine, Rockwell-Härte Rc von 35-40 und eine Haftfestigkeit von 353,4 kg/cm .

Beispiel 4

Wenn 50# des Gemisches von 90% Verbundwerkstoff von mit Aluminium plattierter selbstverschweißender Legierung und 10$ Verbundwerkstoff aus Aluminium-Molybdän-Nickel-Pulver mit 50^ eines feuerfesten Wolframcarbiapulvers (siehe USA-Patentschrift 3 305 326, Beispiel 3: kristallines Carbid) gemischt werden und das Gemisch aufgespritzt wird, entsteht eine harte schleifbare Spritzschicht die eine Rockwell-Härte von Rc 53-55 und eine Haftfestigkeit von 453 kg/cm² hat.

Beispiel 5

Bei einer Wiederholung des in Beispiel 4 beschriebenen Versuchs unter Verwendung von 50$ des in Beispiel 1 beschriebenen pulverförmigen Verbundspritzwerkstoffs (ohne Zusatz des Aluminium-Molybdän-Nickel-Pulvers) werden ähnliche Ergebnisse erhalten.

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Claims

Patentansprüche

M.'Flammspritzwerkstoff in Form eines Verbundmaterials, das a) eine Legierung, die zu wenigstens etwa 40 % ihres. Gewichts aus wenigstens einem der Metalle Nickel und Kobalt und zu etwa 1 bis 6 Gew.· % aus Bor besteht, als erste Komponente und b) Aluminiumpulver als zweite Komponente enthält, wobei die erste Komponente in einer Menge von etwa 66 bis 99 % des Gesamtgewichts der ersten und zweiten Komponenten vorhanden ist.

2. Flammspritzwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Komponente etwa 85 bis 95 % des Gesamtgewichts der ersten und zweiten Komponente ausmacht, wobei die erste Komponente wenigstens etwa 60 Gew.-% Nickel und Kobalt enthält.

3. Flammspritzwerkstoff nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Komponente außerdem

bis etwa 6 % Silicium, bis etwa 20 % Chrom,

■ *'- bir etwa &% Kupfer, ■-·■■·" ··----■>·■ - ■·-···· ■

bis etwa 10 % Molybdän und bis etwa 5 % Aluminium enthält. ■

■ 4.- Flammspritzwerkstoff-nach Anspruch T bis- 3* dadurch ·

gekennzeichnet, daß die zweite Komponente mit einem .. . .Bindemittel .festhaftend auf die .den.Kern .bildende ..... "erst'e Komponente aufgebracht' ist;*· * ""'"" "*" '·* ·■····. ·---·

5. Flammspritzwerkstoff nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß er als Bindemittel einen Lack enthält.

6. Flammspritzwerkstoff nach Anspruch 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Verbundwerkstoff pulverförmig

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OA QOQCI

ist und die erste Komponente etwa 85 bis 95 % des ! Gesamtgewichts der ersten und zweiten Komponente aus- ^: macht und die erste Komponente wenigstens etwa 60 Gew.- : % Nickel und Kobalt enthält. ι

7. Flammspritzwerkstpff nach Anspruch 1 bis 6 in Form j

eines Gemisches mit bis zu etwa 20 Gew.-% eines zweiten * Verbundwerkstoffs, der Nickel und wenigstens eines der Metalle Aluminium und Molybdän enthält, wobei das J Nickel etwa 66 bis 97»5 % des Gewichts des zweiten ι

Verbundwerkstoffs ausmacht. j

8. Flammspritzwerkstoff nach Anspruch 1 bis 3 in Form {

eines Pulvergemisches, dadurch gekennzeichnet, daß im | Verbundwerkstoff die als Kern dienende erste Komponente mit der mit einem Lack aufgebrachten zweiten Komponente umhüllt ist und das Gemisch etwa 5 his 15 % eines j zweiten -Verbundwerkstoffs enthält, der etv/a 2 bis
18 Gew.-% Aluminium, etwa 0,5 bis 16 Gew.-% Molybdän
und etwa 66 bis 97,5 Gew.-% Nickel enthält, wobei das j Nickel als Pulver vorhanden ist, dessen Teilchen mit
•'"•dein" Aluminium und Molybdän^:mit-Hilfe eines Lackes · ^;

umhüllt sind.

9. Flammspritzwerkstoff nach Anspruch 1 bis 6 in Form
eines Gemisches mit bis zu ungefähr der gleichen Ge-

.-....,. .wicht smenge eines Ret.al.lcarbids oder. Molybdän. . ... .... ι

10. Pulvergemisch nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, ; .?· ···. ijaß- eis- zusätzlich mit' bis zu ungefähr der gleichen·-.C.· .'-X/'·.

Gewichtsmenge eines Metallcarbids. oder Molybdän i

gemischt ist. "

403&fr4Π Τ49