DE2603640B2 - Multi-layer body stressed by friction and process for its production - Google Patents
Multi-layer body stressed by friction and process for its productionInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen auf Reibung beanspruchten Mehrschichtenkörper und ein Verfahren zu dessen Herstellung.The invention relates to a multi-layer body subject to friction and a method for the same Manufacturing.
Auf Reibung beanspruchte Zweischichtenkörper, bestehend aus einem metallischen Substrat und einer Cermetschicht aus Chrotnkarbid mit einem Bindemittel in Form einer Nickel-Chrom-Legierung, sind bekannt (US-PS 31 50938).Two-layer body subjected to friction, consisting of a metallic substrate and a Cermet layers made of chromium carbide with a binder in the form of a nickel-chromium alloy are known (U.S. Patent 3,150,938).
Daneben ist es bekannt (DE-AS 19 38 074), flüssigem Natrium ausgesetzte Teile aus einer härtbaren Karbid-Hartmetall-Legierung herzustellen, die zu 5 bis 70%, vorzugsweise 15 bis 30%, aus einem Titankarbid-Mischkarbid besteht bei dem das Titankarbid weitgehend durch ein anderes MetaUkarbid, insbesondere ChromkarbicL abgesagt ist. Das TitwwniscWcarbjcJ ist in eine BindemetaU-NiekeHegierung eingelagert, die u, a, einen Chrom&nteil enthältIt is also known (DE-AS 19 38 074) that parts exposed to liquid sodium are made from a hardenable carbide-hard metal alloy produce the 5 to 70%, preferably 15 to 30%, from a titanium carbide mixed carbide in which the titanium carbide is largely made up of another meta-u-carbide, in particular chromium carbide is canceled. The TitwwniscWcarbjcJ is in a BindemetaU-NiekeHegierung stored, which u, a, a Chromium part contains
Ferner ist ein Hartmetall aus gesintertem Karbid mit einem Ausdehnungskoeffizienten, der im wesentlichen gleich demjenigen von Stahl ist, bekannt (AT-PS 2 02 366), das aus 41,5 bis 63 Gew,-% Cr3C2,24£ bis 45 Gew.-% Cr«C und 10 bis 12 Gew,-% Bindemetall aus Nickel oder Kobalt besteht, wobei insgesamt 83 bis 90 Gew.-% Karbide vorhanden sind und das Verhältnis von Cr3C2 zu Cr4 C zwischen 1:1 und 7:3 liegtFurthermore, a hard metal made of sintered carbide with a coefficient of expansion which is essentially the same as that of steel is known (AT-PS 2 02 366), which consists of 41.5 to 63% by weight Cr 3 C 2 , 24 to 45 % By weight Cr «C and 10 to 12% by weight binding metal consists of nickel or cobalt, with a total of 83 to 90% by weight carbides being present and the ratio of Cr 3 C 2 to Cr 4 C between 1: 1 and 7: 3 lies
Kernreaktoren enthalten Baugruppen mit gegeneinander bewegten metallischen Oberflächen· Infolge der
zwischen den metallischen Oberflächen vorhandenen Reibungkönnen die Kräfte, die erforderlich sind, um die
Bewegung einzuleiten und aufrechtzuerhalten, recht groß sein. In Kernreaktoren, bei denen flüssiges
Natrium, als Arbeits-Wänneübergangsmed}t*ai vorgesehen
ist machen sich hohe Reibungskräfte auf Grund des Vorhandenseins dieses aggressiven, bei hohen Temperaturen
stark korrodierenden Mediums besonders störend bemerkbar.
Von metallischen Oberflächen, die in Natrium bei erhöhter Temperatur eintauchen, werden Oxidfiline, die
normalerweise auf praktisch allen Metallen vorhanden sind, durch Auflösen oder Reduktion abgetragen. Diese
in den meisten anderen Umgebungen vorliegenden Füme vermindern die Reibung und verhindern eine
Diffusionsbindung, indem sie die elementar metallischen Oberflächen voneinander getrennt halten. Es ist
bekannt daß keramische Werkstoffe wie Oxidfilme geringe Selbstkontakt-Reibungskoeffizienten haben
und wegen der in hohem Grade gerichteten Ionenbindung keramischer Werkstoffe außer bei extrem hohen
Temperaturen und/oder Drücken kerne Diffusionsbindung eingehen. Auch bei Filmen aus Hydraten von
Oxiden oder absorbierten Gasmolekülen ist die vorherrschend polare Bindung in hohem Maße gerichtet
und widerstandsfähig gegenüber einer Diffusionsbindung. Nuclear reactors contain assemblies with metallic surfaces moving against one another. As a result of the friction between the metallic surfaces, the forces that are required to initiate and maintain the movement can be quite large. In nuclear reactors in which liquid sodium is intended as a working heat transfer medium, high frictional forces are particularly noticeable due to the presence of this aggressive medium, which is highly corrosive at high temperatures.
From metallic surfaces that are immersed in sodium at elevated temperatures, oxide films, which are normally present on practically all metals, are removed by dissolution or reduction. These coils, present in most other environments, reduce friction and prevent diffusion bonding by keeping the elementary metallic surfaces separate from one another. It is known that ceramic materials such as oxide films have low self-contact coefficients of friction and, because of the highly directional ionic bonding of ceramic materials, do not enter into diffusion bonding except at extremely high temperatures and / or pressures. Even with films made from hydrates of oxides or absorbed gas molecules, the predominantly polar bond is highly directional and resistant to diffusion bonding.
Bei den praktisch atomar reinen Metalloberflächen in Natrium kommt es jedoch an jeder Berührungsstelle rasch zu einer Diffusionsbindung oder einem Selbstverschweißen, weil eine metallische Bindung nicht in hohem Maße gerichtet ist und weil die Diffusionsbindung über die perfekt reinen Grenzflächen hinweg unbehindert erfolgen kann. Daraus folgt daß jeder Metall-Metall-Kontakt verhindert werden muß, fallsWith the practically atomically pure metal surfaces in sodium, however, it occurs at every point of contact rapidly to a diffusion bond or a self-amalgamation because a metallic bond is not in is directed to a high degree and because the diffusion bond across the perfectly clean interfaces can take place unhindered. It follows that any metal-to-metal contact must be prevented if
so eine Relativbewegung zwischen derartigen Oberflächen in einer solchen Umgebung erforderlich istsuch relative movement is required between such surfaces in such an environment
Einige keramische Werkstoffe könnten sich für diesen Zweck anbieten, da sie ein Selbstverschweißen verhindern. Die meisten keramischen Werkstoffe haben jedoch eine geringe Wärmeschockfestigkeit insbesondere wenn sie in Form eines Oberzugs auf ein Metall aufgebracht werden. Die Wärmeschockfestigkeit eines Mehrschichtenkörpers (Überzug plus Substrat) hängt von den jeweiligen und den relativen Wärmeausdehnungskoeffizienten der einzelnen Komponenten sowie von den Wärmekapazitäten, der Wärmeleitfähigkeit und den mechanischen Eigenschaften der Komponenten ab. Die Wärmeausdehungskoeffizienten von keramischen Werkstoffen sind wesentlich kleiner als diejenigen von Metallen. Daher kann beim Erhitzen von metallischen Bauteilen, die mit einem keramischen Werkstoff beschichtet sind, leicht eine Beanspruchung erreicht werden, die größer als die mechanischeSome ceramic materials could be suitable for this purpose, as they prevent self-welding. Most of the ceramic materials, however, have poor thermal shock resistance in particular when they are applied to a metal in the form of a top coat. The thermal shock resistance of a Multi-layer body (coating plus substrate) depends on the respective and the relative coefficients of thermal expansion of the individual components as well as of the thermal capacities, the thermal conductivity and the mechanical properties of the components. The coefficient of thermal expansion of ceramic Materials are much smaller than those of metals. Therefore, when heating metallic components that are coated with a ceramic material are easily exposed to stress can be achieved that are larger than the mechanical
2a 032a 03
Festigkeit des Überzuges, ist, so daß <ier überzug reißt und absplittert Die geringe Wärmeleitfähigkeit HBd WftrmekapaTMt von keramischen Werkstoffen behindern ihr Vermögen, thermische Beanspruchungen und damit während Temperaturanderungen erzeugte örtliche Beanspruchungen rasch zu verteilen, Angesichts dieser Faktoren konnten keramische Überzüge nicht erfolgreich auf Bauteilen vorgesehen werden, die sich in flössigem Natrium befinden. Wegen ihrer schiechten Kerbschlagzähigkeit werden keramische Werkstoffe und insbesondere keramische Überzüge auch leicht mechanisch beschädigt, so daß der Überzug reißt und abblättert und damit seine Schutzfunktion verliertThe strength of the coating is such that the coating tears and chipped The low thermal conductivity HBd Impair the heat capacity of ceramic materials their capacity, thermal loads and so that local stresses generated during temperature changes can be quickly distributed, given ceramic coatings could not do this can be successfully provided on components that are in liquid sodium. Because of their shootings Notched impact strength, ceramic materials and especially ceramic coatings are also easy mechanically damaged, so that the coating tears and flakes off and thus loses its protective function
Bekannte, überwiegend aus einer keramischen Komponente sowie aus .einer metallischen Komponente (Bindemittel) bestehende Cermetüberzüge (US-PS 3150 938) erwiesen sich als vielversprechend für die Lösung von Reibungs- und Verschleißproblemen in Natriumumgebung. Der Volumenanteil der metallischen Komponente kann entsprechend eingestellt werden, um die Eigenschaften der Cermete zu verbessern. Cermete haben von Hafss aus eine gegenüber keramischen Werkstoffen verbesserte Wärmeschockfestigkeit Das Vorhandensein der metallischen Phase verbessert auch erheblich die Kerbschlagzähigkeit während die Verschleißfestigkeit des keramischen Werkstoffs weitgehend erhalten bleibt In der Tabelle 1 sind die Reibungsund Verschleißeigenschaften von ψα Plasmaschweiß- und Sprengplattierverfahren auf rostfreien Stahl aufge-Known cermet coatings (US Pat. No. 3,150,938) consisting predominantly of a ceramic component and a metallic component (binding agent) have proven to be very promising for solving friction and wear problems in a sodium environment. The volume fraction of the metallic component can be adjusted accordingly in order to improve the properties of the cermets. Cermets have from Hafss from an opposing ceramic materials improved heat shock resistance The presence of the metallic phase also significantly improves the impact strength while the wear resistance of the ceramic material largely preserved remains In Table 1, the friction and are wear properties of ψα plasma welding and Sprengplattierverfahren on stainless steel listed
1010
1515th
2020th
25 brachten Cermetfibersügen aus 85 νΦ% Cr3C* und 15 Vo>% Niekel-Chjomlegierung mit denjenigen von unbeschichtetem, in Selbstkontaktversphleiß stehendem rostfreiem Stahl verglichen. Der Stahl besteht dabei jeweils aus etwa IS bis 18 Gew.-W Chrom, IQ bis 14 Gew,-% Nickel, 2 Gew,-% Mangan, 2 bis 3 GeW,-% Molybdän, J Gew.-W Silicium, 0,08 Gew,-% Kohlenstoff, Rest Eisen,25 brought cermet fiber seals made of 85 νΦ% Cr 3 C * and 15 Vo>% Niekel Chjom alloy compared with those of uncoated, self-contacting stainless steel. The steel consists in each case of about IS to 18 parts by weight W chromium, IQ to 14 wt, -% of nickel, 2 wt, -% of manganese, 2 to 3 Ge W, -% molybdenum, J-W parts by weight of silicon, 0 , 08% by weight carbon, remainder iron,
In der Tabelle 1 sind drei Reibungskoeffizienten angegeben. Der statische oder Haftreibungskoeffjzjent ist der Reibungskoeffizient, der hu Augenblick tuner unmittelbar bevorstehenden Bewegung zu beobachten ist Der dynamische oder Gleitreibungskoeffizient ist der Reibungskoeffizient, der nach Beginn der Bewegung zu beobachten ist Der Abreißreibungskoeffizient ist im Wesentlichen in der gleichen Weise wie der Haftreibungskoeffizient definiert, mit der Ausnahme, daß er für gewöhnlich zeitabhängig ist Die Tabelle 1 läßt erkennen, daß der im Plasmaschweißverfahren aufgebrachte Überzug aus Cr3C2 und einer Nickel-Chromlegierung nicht die gleiche Wärmeschockfestigkeit hat und Strahlenschäden erleidet; die Reibungs- und Verschleißeigenschaften sind jedoch sehr günstig, was nahelegt daß dieser Oberzug in einem Natriumsystem noch immer in Bereichen brauchbar sein kann, wo die Temperaturänderungen und die Bestrahlungseffekte vernachlässigbar klein oder überhaupt nicht vorhanden sind.Table 1 shows three coefficients of friction. The static or static coefficient of friction is the coefficient of friction that can be observed at the moment when the movement is imminent.The dynamic or sliding coefficient of friction is the coefficient of friction that can be observed after the start of the movement Exception that it is usually time-dependent. Table 1 shows that the coating of Cr 3 C 2 and a nickel-chromium alloy applied in the plasma welding process does not have the same thermal shock resistance and suffers radiation damage; however, the friction and wear properties are very favorable, suggesting that this coating may still be useful in a sodium system in areas where the temperature changes and radiation effects are negligibly small or non-existent.
rostfreier StahlUncoated
stainless steel
mit &3C2 plus
Nickel-Chromlegierung
beschichteter rostfreier
StahlBy explosive cladding
with & 3C2 plus
Nickel-chromium alloy
coated stainless
stole
mit Cr3C2 plus
Nickel-Chromlegicrung
beschichteter rostfreier
StahlBy plasma welding
with Cr 3 C 2 plus
Nickel-chromium alloy
coated stainless
stole
μπι/aCorrosion rate,
μπι / a
bis zum AusfallNumber of heat cycles
until failure
tronen/cm2 > 3 χ ΙΟ22 New
trons / cm 2
Gesamtfluß bis zum AusfallIrradiation Effects -
Total flow until failure
Die Reibungs-, Verschleiß- und Korrosionswerte gemäß Tabelle 1 für rostfreien Stahl beschichtet mit Cr3Cj plus Nickel-Chromlegierung sind für die meisten gegenwärtigen Reaktorausbildungen recht brauchbar. Für neue, weiterentwickelte Reaktoren sind jedoch verbesserte Überzüge erforderlich. Insbesondere werden Überzüge mit niedrigeren Reibungskoeffizienten benötigtThe friction, wear and corrosion values given in Table 1 for stainless steel coated with Cr 3 Cj plus nickel-chromium alloy are quite useful for most current reactor designs. However, improved coatings are required for new, more advanced reactors. In particular, there is a need for coatings with lower coefficients of friction
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen zum Einsatz in einer reduzierenden oder sauerstofffreien Umgebung, insbesondere zur Verwendung bei natrium- oder heliumgekühlten Kernreaktoren, geeigneten Merschichtenkörper zu schaffen, der ein Selbstverschweißen der Oberflächen von aneinander anliegenden Bauteilen noch besser als die bekannten Zweischichtenkörper mit Cermetüberzug verhindert und gleichzeitig günstige Verschleiß- und Wärmeschockeigenschaften hat.The invention is based on the object of using one in a reducing or oxygen-free Environment, particularly for use in sodium or helium cooled nuclear reactors To create a multi-layer body that is self-amalgamating the surfaces of components resting against one another even better than the known two-layer body with cermet coating prevents and at the same time favorable wear and thermal shock properties Has.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Kombination folgender Merkmale gelöst:According to the invention, this object is achieved by the combination of the following features:
a) ein an sich bekannter Zweischichtenkörper, bestehend aus einem Substrat aus einer Nickel- oder Eisenbasislegierung und einer Cermetschicht aus Chromkarbid mit einer Nickel-Chrom-, Kobalt-Chrom, Eisen-Chrom- oder Superlegierung,a) a known two-layer body, consisting of a substrate made of a nickel or Iron-based alloy and a cermet layer made of chromium carbide with a nickel-chromium, cobalt-chromium, Iron-chromium or superalloy,
b) die Cermetschicht hat eine Dicke von 25 bis 380μπι,ϋηαb) the cermet layer has a thickness of 25 to 380μπι, ϋηα
c) eine auf der Cermetschicht aufgebrachte Schicht aus reinem Chromkarbid mit einer Dicke von 12 bis 130 um.c) a layer of pure chromium carbide applied to the cermet layer with a thickness of 12 to 130 um.
An Stelle von gesonderten Cermet- und Chromkarbidschichten kann gemäß einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung ein Überzug aus Chromkarbid und einer Nickel'Chrom-, Kobalt'Chrom-, Eisen-Chrom- oder Superlegierung vorgesehen sein, bei dem der Anteil der Nickel-Chrom-, Kobalt-Chrom-, Eisen-Instead of separate cermet and chrome carbide layers According to a modified embodiment of the invention, a coating made of chromium carbide can be used and a nickel'chrome, cobalt'chrome, iron-chromium or superalloy, in which the proportion of nickel-chromium, cobalt-chromium, iron
Chrom" oder Superlegjerung γρη der SwbstrfttQberflä·. che ausgehend nach außen bis auf NhU abnimmt, sp daß auch in diesem Fall die Außenfläche des Überzugs mis refnem Chromkarbid besteht,Chrome "or super alloy γρη the SwbstrfttQberflä ·. che starting outwards to NhU decreases, sp that also in this case the outer surface of the coating is mis consists of non-chromium carbide,
Im einen wie im anderen Falle föhn die Kombination der Cermetschicht mit einer Auflage aus reinem Cbromkarbid zu einem Mehrschichtenkörper, dessen Oberfläche einer Diffusionsbindung widersteht und niedrige Reibungskoeffizienten hat, Die Überzugsschichten aind in Natrium praktisch unlöslich und bilden mit Natrium keine anderen Verbindungen. Sie leiden nicht durch chemische Umsetzung mit dem metallischen Substrat Der Mehrschichtenkörper hat ausgezeichnete Reibungs- und Verschleißeigenschaften. Es werden auch eine hervorragende Wärmeschockfestigkeit und mechanische Festigkeit der Überzugsschichteh erhalten.In one case, as in the other, the combination of the cermet layer with a layer of pure Chromium carbide to form a multilayer body, the surface of which resists a diffusion bond and has a low coefficient of friction, the coating layers are practically insoluble in sodium and form no other compounds with sodium. They do not suffer from chemical reaction with the metallic Substrate The multilayer body has excellent friction and wear properties. There will be too excellent thermal shock resistance and mechanical strength of the coating layer can be obtained.
Der Mehrschichtenkörper läßt sich vorzugsweise dadurch herstellen, daß die Cermet- und Chromkarbidschicht durch Auftragung von Pulver durch Plasmaschweißen oder durch Sprengplattieren aufgebracht werden. _The multilayer body can preferably be produced in that the cermet and chromium carbide layer applied by the application of powder by plasma welding or by explosion cladding will. _
In weiterer Ausgestaltung der trfindung besteht das Substrat aus einem rostfreien Stahl, der 16 bis 18 Gew.-% Chrom, 10 bis 14 Gew.-% Nickel, 2 Gew.-% Mangan, 2 bis 3 Gew.-% Molybdän, 1 Gew.-% Silicium, 0,08 Gew.-% Kohlenstoff, Rest Eisen enthält, die Cermetschicht aus 70 bis 90 Gew.-°/o Cr3C2 und 10 bis 30 Gew.-% einer Nickel-Chrom-Legierung und die Chromkarbidschteht aus reinem CrA, Dabei wird der Chromgehalt der CermetsQhicht entsprechend den mechrmisqhen Anforderungen eingestellt,In a further embodiment of the invention, the substrate consists of a stainless steel containing 16 to 18% by weight of chromium, 10 to 14% by weight of nickel, 2% by weight of manganese, 2 to 3% by weight of molybdenum, 1% by weight % Silicon, 0.08% by weight carbon, the remainder containing iron, the cermet layer of 70 to 90 % by weight Cr 3 C 2 and 10 to 30% by weight of a nickel-chromium alloy and the Chromium carbide consists of pure CrA, the chromium content of the cermet layer is adjusted according to the mechanical requirements,
Es ist bekannt, daß Cf3C2 beim Aufbringen im Plasmaschwelßr oder Sprengplattierverfahren als Gemisch der Karbidphasen kristallisiert. Beim typischen Einsatz in natriumgeköhlten Reaktoren erfolgt jedoch die Umwandlung in den thermodynamisch stabilen Zustand sehr langsam und Ober eine ausgedehnte Zeitspanne; der Überzug wird dabei nicht zerstörtIt is known that Cf 3 C 2 crystallizes as a mixture of the carbide phases when applied in the plasma welding or explosive plating process. When typically used in sodium-cooled reactors, however, the conversion to the thermodynamically stable state takes place very slowly and over an extended period of time; the coating is not destroyed
Als besonders zweckmäßig erwies sich ein Mehrschichtenkörper mit einem Substrat aus einem rostfreien Stahl, der 16 bis 18 Gew.-% Chrom, 10 bis 14 Gew-% Nickel, 2 Gew.-% Mangan, 2 bis 3 Gew--% Molybdän, 1 Gew.-% Silicium, 0,08 Gew,-% Kohlenstoff, Rest Eisen enthält einer Cermetschicht aus Cr3C2 und 11 Gew.-% einer Legierung aus 60% Nickel und 20% Chrom und einer Chromkarbidschicht aus rdnem Cr3C2, wobei die Cermetschicht eine Dicke von 76 um bis 102 μπι und die Chromkarbidschicht eine Dicke von 12 um bis 38 μια hat Mit einem solchen Mehrsprjchtenkörper, bei dem die Cermetschicht und die Chfonikarbidsehicht im Sprengplattierverfahren (mit 20% Kaltverformung) aufgebracht waren, wurden Versuche in flüssigem Natrium bei erhöhter Temperatur durchgeführt, um die Re'-bungs- und Verschleißeigenschaften zu bestimmen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 2 zusammengestelltA multi-layer body with a substrate made of a stainless steel, which contains 16 to 18% by weight of chromium, 10 to 14% by weight of nickel, 2% by weight of manganese, 2 to 3% by weight of molybdenum, 1 % By weight silicon, 0.08% by weight carbon, the remainder iron contains a cermet layer made of Cr 3 C 2 and 11% by weight of an alloy made of 60% nickel and 20% chromium and a chromium carbide layer made of thin Cr 3 C 2 wherein the cermet layer to μπι a thickness of 76 to 102, and the chromium carbide layer has μια a thickness of 12 microns to 38 with such Mehrsprjchtenkörper, wherein the cermet layer and the Chfonikarbidsehicht in Sprengplattierverfahren (with 20% cold deformation) were applied, experiments were performed in liquid sodium carried out at elevated temperature in order to determine the friction and wear properties. The results are shown in Table 2
rostfreier StahlUncoated
stainless steel
mit Cr3C2 plus
Nickel-Chromlegierung
beschichteter rostfreier
StahlBy explosive cladding
with Cr 3 C 2 plus
Nickel-chromium alloy
coated stainless
stole
mit Cr3C2ZCr3C2 plus
Nickel-Chromlegierung
beschichteter rostfreier
StahlBy explosive cladding
with Cr 3 C 2 ZCr 3 C 2 plus
Nickel-chromium alloy
coated stainless
stole
I Korrosionsgeschwindigkeit
|f μΐτι/ai
I rate of corrosion
| f μΐτι / a
1 Verschleißgeschwindigkeitü
1 rate of wear
1 zum Ausfall1 number of heat cycles up to
1 to failure
tronen/cm2 > 3x 10 «New
trons / cm 2
1I radiation effects
1
Das überlegene Betriebsverhalten des Dreischichtenkörpers gegenüber den Zweischichtenkörpern mit Cermetüberzügen gemäß Tabelle 1 ist klar zu erkennen. Es is? anzunehmen, daß die höheren Reibungskoeffizienten der Cermete auf den Metall-Metall-Kontakt der Bindemittelphase zurückzuführen sind, obwohl diese nur einen kleinen Prozentsatz des freiliegenden Oberflächenbereichs ausmacht Da an der Oberfläche des vorliegend erläuterten Dreischichtenkörpers keine metallische Phase vorliegt, kommt es zu keinen Metall-Metall-Kontakt; es werden niedrige Reibungskoeffizienten erzielt Infolge der Abstufung der Eigenschaften vom metallischen Substrat zum Cermet und dann zum reinen Karbid sind die Wärmeschockfestigkeit und die mechanische Kerbschlagzähigkeit überraschend hoch.The superior performance of the three-layer body compared to the two-layer body with Cermet coatings according to Table 1 can be clearly seen. It is? assume that the higher coefficient of friction of the cermets are due to the metal-to-metal contact of the binder phase, although this Da at the surface is only a small percentage of the exposed surface area If there is no metallic phase in the three-layer body explained here, there is none Metal-to-metal contact; low coefficients of friction are achieved as a result of the gradation of the Properties from metallic substrate to cermet and then to pure carbide are thermal shock resistance and the notched mechanical impact strength is surprisingly high.
Ein zusätzlicher Vorteil der Überzüge der vorstehend erläuterten Art ist in dem Sicherheitsfaktor zu erblicken, der sich aus dem Vorhandensein einer Unterschicht mitAn additional advantage of the coatings of the type explained above can be seen in the safety factor, which results from the presence of an underlayer with
guten, wenn nicht überragenden Verschleiß- und Reibungseigenschaften ergibt Wenn daher durch eine fehlerhafte Handhabung während der Montage die keramische Außenschicht mechanisch beschädig; wird, verhindert die Cermet-Unterlage ein vollständiges Pressen oder eine übermäßige Reibkraftgood, if not outstanding, wear and friction properties. If, therefore, a incorrect handling during assembly mechanically damages the ceramic outer layer; will, the cermet pad prevents full compression or excessive frictional force
Entsprechend einer abgewandelten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bestellt das Substrat aus einem rostfreien Stahl, der 16 bis 18 Gew.-% Chrom, 10 bis 14 Gew.-% Nickel, 2 Gew.-% Mangan, 2 bis 3 Gew.-% MoJvbdän, 1 Gew.-% Silicium, 0,08 Gew.-% Kohlenstoff, Rest Eisen enthält die Cermetschicht aus 70 bis 95 Gew.-% Cr23Q und 5 bis 30 Gew.-% einer Nickel-Chrom-Legierung und die Chrcmkarbidschicht aus reinem Cr3C2. Es wurde gefunden, daß Cr23C*, das weichste der Chromkarbide, nach Mischen mit einem Nickel-Chrom-Bindemittel und Auftragen im Plasmaschweiß- oder Sprengplattierverfahren einen Überzug von extrem langer Lebensdauer ergibt. DerartigeAccording to a modified preferred embodiment of the invention, the substrate is made of a stainless steel which contains 16 to 18% by weight of chromium, 10 to 14% by weight of nickel, 2% by weight of manganese, 2 to 3% by weight of MoJvbdän, The cermet layer consists of 70 to 95% by weight of Cr 23 Q and 5 to 30% by weight of a nickel-chromium alloy and the chromium carbide layer contains 1% by weight silicon, 0.08% by weight carbon, the remainder iron pure Cr 3 C 2 . It has been found that Cr 23 C *, the softest of the chromium carbides, when mixed with a nickel-chromium binder and applied in a plasma welding or explosive plating process, produces a coating with an extremely long service life. Such
Überzugszusammensetzungen sind über lange Zeiträume hinweg thermodynamisch stabil, was in Anbetracht der vorgesehenen langen Einsatzdauer von Kernreaktorbauteilen von entscheidender Bedeutung ist In der Cermetschicht kann anstelle einer Nickel-Chrom-Legie- ; rung auch eine Kobalt-Chrom-, Eisen-Chrom- oder Supertegjerung vorgesehen sein.Coating compositions are thermodynamically stable over long periods of time, which is of decisive importance in view of the intended long service life of nuclear reactor components. In the cermet layer, instead of a nickel-chromium alloy ; A cobalt-chromium, iron-chromium or supertegmentation can also be provided.
Es ist ferner möglich, auf einer Cermetschicht aus Cr3C2 und einer Nickel-Chrom-Legierung eine Auflage von CtyCj oder CraCe oder aus einem Gemisch aus ι ο CrjC^, Cr?C3 und Cr^jQ aufzubringen. Auch ein Mehrschichtenkörper mil einer Cermetschicht aus Cr23Ce und einer Nicke'-Chrom-Legierung und einer Auflage aus CrjC2 oder Gemischen von CnCj, Cr;C) und Cr23Ce kann mit Vorteil vorgesehen werden. ι -,It is also possible to apply a layer of CtyCj or CraCe or a mixture of ι o CrjC ^, Cr? C3 and Cr ^ jQ on a cermet layer made of Cr 3 C 2 and a nickel-chromium alloy. A multilayer body with a cermet layer made of Cr 23 Ce and a Nicke'-chromium alloy and a coating made of CrjC 2 or mixtures of CnCj, Cr; C) and Cr 23 Ce can advantageously be provided. ι -,
Der Merhschichtenkörper kann auch mehrere iibereinanderliegende Cermetschichten und Chromkarbidschichten aufweisen.The multilayer body can also have several superimposed cermet layers and chromium carbide layers exhibit.
Die obigen Daten wurden sämtlich unter Verwendung von Substraten aus rostfreiem Stahl der vorstehend genannten Zusammensetzung erhalten. Es versteht sich jedoch, daß Bauteile aus anderen Metallegierungen ebenso gut geschützt werden können. Beispielsweise eignen sich das Nickel-Chrom-Bindemittel oder ein Bindemittel in Form einer Nickelbasis-Superlegierung aus 18,6 GeW1-1Vb Chrom, 3,1 Gew.-% Molybdän, 5,0 Gew.-% Niob, 184 Gew.-% Eisen, 0,9 Gew.-% Titan, 0,4 Gew.-% Aluminium, 0,04 Gew.-% Kohlenstoff, 0,20 Gew.-% Mangan, 0,30 Gew.-% Silicium, Rest Nickel gut für Substrate aus der genannten Nickelbasis-Superlegierung.The above data were all obtained using stainless steel substrates of the above composition. It is understood, however, that components made from other metal alloys can be protected just as well. For example, the nickel-chromium binder or a binder in the form of a nickel-based superalloy made from 18.6 GeW 1 - 1 Vb chromium, 3.1% by weight molybdenum, 5.0% by weight niobium, 184% by weight are suitable. -% iron, 0.9% by weight titanium, 0.4% by weight aluminum, 0.04% by weight carbon, 0.20% by weight manganese, 0.30% by weight silicon, remainder Nickel good for substrates made from the aforementioned nickel-based superalloy.
Während vorstehend der Einsatz in natriumgekühlten Reaktoren erläutert wurde, versteht es sich, daß die beschriebenen Mehrschichtenkörper auch bei anderen Anwendungen von besonderem Nutzen sein können. Dazu gehören unter anderem heliumgekühlte Reaktoren, wo ähnliche Metall-Metall-Reibungs- und Verschleißprobleme auftreten.While the use in sodium-cooled reactors has been explained above, it is understood that the described multilayer body can also be of particular use in other applications. These include helium-cooled reactors, where similar metal-to-metal friction and wear problems occur appear.
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