DE2603640C3 - Multi-layer body stressed by friction and process for its production - Google Patents

Multi-layer body stressed by friction and process for its production

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DE2603640C3 DE19762603640 DE2603640A DE2603640C3 DE 2603640 C3 DE2603640 C3 DE 2603640C3 DE 19762603640 DE19762603640 DE 19762603640 DE 2603640 A DE2603640 A DE 2603640A DE 2603640 C3 DE2603640 C3 DE 2603640C3
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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 Chromkarbid mit einem Bindemittel in Form einer Nickel-Chrom-Legierung, sind bekannt (US-PS 3150 938).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 Metallkarbid, insbesondere Chromkarbid, abgesättigt ist Das Titanmischkarbid ist in eine Bindemetall-Nickellegierung eingelagert, die u. a. einen Chromanteil 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 replaced by another metal carbide, in particular chromium carbide, is saturated The mixed titanium carbide is embedded in a binder metal-nickel alloy which, among other things, a Contains chromium

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, 24,9 bis 45 Gew.-% Cr4C 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 , 24.9 to 45% by weight Cr 4 C and 10 to 12% by weight binder 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

Kernreaktoren enthalten Baugruppen mit gegeneinander bewegten metallischen Oberflächen. Infolge der zwischen den metallischen Oberflächen vorhandenen Reibung können die Kräfte, die erforderlich sind, um die Bewegung einzuleiten und aufrechtzuerhalten, recht groß sein. In Kernreaktoren, bei denen flüssiges Natrium als Arbeits-Wärmeübergangsmedium 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 Oxidfilme, die normalerweise auf praktisch allen Metallen vorhanden sind, durch Auflösen oder Reduktion abgetragen. Diese in den meisten anderen Umgebungen vorliegenden Filme 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 keine 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 that move against one another. As a result of the friction between the metal surfaces, the forces that are required to initiate and maintain the movement can be quite large. In nuclear reactors in which liquid sodium is provided as the 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 films, found 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 form 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

so eine Relativbewegung zwischen derartigen Oberflächen in einer solchen Umgebung erforderlich ist.such relative movement between such surfaces is required 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 alsSome ceramic materials could be suitable for this purpose, as they prevent self-welding. Most ceramic materials, however, have poor thermal shock resistance, especially 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

b5 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 mechanischeb5 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

Festigkeit des Oberzuges ist, so daß der Oberzug reißt und absplittert Die geringe Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität von keramischen Werkstoffen behindern ihr Vermögen, thermische Beanspruchungen und damit während Temperaturänderungen erzeugte örtliche Beanspruchungen rasch zu verteilen. Angesichts dieser Faktoren konnten keramische Überzüge nicht erfolgreich auf Bauteilen vorgesehen werden, die sich in flüssigem Natrium befinden. Wegen ihrer schlechten Kerbschlagzähigkeit werden keramische Werkstoffe und insbesondere keramische Oberzüge auch leicht mechanisch beschädigt, so daß der Überzug reißt und abblättert und damit seine Schutzfunktion verliertThe strength of the upper cable is such that the upper cable tears and chipped off The low thermal conductivity and heat capacity of ceramic materials hinder their capacity, thermal stresses and thus local generated during temperature changes To distribute stresses quickly. In view of these factors, ceramic coatings could not be successfully provided on components that are in liquid sodium. Because of their bad Ceramic materials and, in particular, ceramic coatings are also easily notch impact strength 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 31 50 938) 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 Haus 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 im Plasmaschweiß- und Sprengplattierverfahren auf rostfreien Stahl aufge-Known, predominantly from a ceramic component as well as from a metallic component (Binder) existing cermet coatings (US-PS 31 50 938) have shown promise for the Solving friction and wear problems in a sodium environment. The volume fraction of the metallic Component can be adjusted accordingly to improve the properties of the cermets. Cermets inherently have better thermal shock resistance than ceramic materials Das Presence of the metallic phase also significantly improves the impact strength while the wear resistance of the ceramic material is largely retained. Table 1 shows the friction and Wear properties of plasma welding and explosive cladding processes on stainless steel

Tabelle 1Table 1

brachten Cermetüberzügen aus 85 VoL-% Cr3C2 und 15 VoL-% Nickel-Chromlegierung mit denjenigen von unbeschichtetem, in Selbstkontaktverschleiß stehendem rostfreiem Stahl verglichen. Der Stahl besteht dabei jeweils aus etwa 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.
In der Tabelle 1 sind drei Reibungskoeffizientenbrought cermet coatings of 85% by volume Cr 3 C 2 and 15% by volume nickel-chromium alloy compared with those of uncoated, self-contacting stainless steel. The steel consists of about 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 of silicon, 0, 08% by weight carbon, remainder iron.
In Table 1 are three coefficients of friction

ίο angegeben. Der statische oder Haftreibungskoeffizient ist der Reibungskoeffizient, der im Augenblick einer 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 Strahlensnhäden erleidet; die Reibungs- und Verschleißeigenschaften sind jedoch sehr günstig, was nahelegt, daß dieser Überzug in einem Natriumsystem noch immer in Bereichen brauchbar sein kann, wo die Temperaturänderungen und die Bestrahlungseffekte vernachlässigbar klein oder überhaupt nicht vorhanden sind.ίο stated. The static or static friction coefficient is the coefficient of friction that is observed at the moment of an imminent movement The dynamic or sliding coefficient of friction is the coefficient of friction that can be observed after the movement has started The tear-away coefficient of friction is defined in essentially the same way as the coefficient of static friction, with the 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 from 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 the effects of radiation are negligibly small or absent.

Unbeschichteter rostfreier StahlUncoated stainless steel

Durch Sprengplattieren mit Cr3C2 plus Nickel-Chromlegierung beschichteter rostfreier StahlStainless steel clad by explosion plating with Cr 3 C 2 plus nickel-chromium alloy

Durch Plasmaschweißen mit Cr3C2 plus Nickel-Chromlegierung beschichteter rostfreier StahlStainless steel coated by plasma welding with Cr 3 C 2 plus nickel-chromium alloy

Korrosionsgeschwindigkeit,
μΓπ/aCorrosion rate,
μΓπ / a

Haftreibungskoeffizient
Gleitreibungskoeffizient
Abreißreibungskoeffizient
VerschleißgeschwindigkeitCoefficient of static friction
Coefficient of sliding friction
Friction coefficient
Wear rate

Anzahl der Wärmespiele
bis zum AusfallNumber of heat cycles
until failure

Bestrahlungseffekte —
Gesamtfluß bis zum AusfallIrradiation Effects -
Total flow until failure

0,80.8

>1> 1

hochhigh

nicht anwendbarnot applicable

0,390.39

0,360.36

0,640.64

vernachlässigbarnegligible

>60> 60

>3xlO22 Neutronen/cm2 > 3xlO 22 neutrons / cm 2

3,83.8

0,390.39

0,360.36

0,640.64

vernachlässigbarnegligible

1 χ 1022 Neutronen/cm2 1 χ 10 22 neutrons / cm 2

Die Reibungs-, Verschleiß- und Korrosionswerte gemäß Tabelle 1 für rostfreien Stahl beschichtet mit Cr3C2 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 benötigt.The friction, wear and corrosion values given in Table 1 for stainless steel coated with Cr 3 C2 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 natriiim- 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 creating a layered body suitable for use in a reducing or oxygen-free environment, in particular for use in sodium or helium-cooled nuclear reactors, which prevents self-welding of the surfaces of adjacent components even better than the known two-layer body with cermet coating and at the same time has favorable wear and thermal shock properties .

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 380 μπι, undb) the cermet layer has a thickness of 25 to 380 μm, and

c) eine auf der Cermetschicht aufgebrachte Schicht aus reinem Chromkarbid mit einer Dicke von 12 bis 130 μπι.c) a layer of pure chromium carbide applied to the cermet layer with a thickness of 12 to 130 μm.

An Stelle von gesonderten Cermet- und Chromkarbidschichten kann gemäß einer abgewandelten Ausfühnngsform 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 chromium carbide layers, according to a modified embodiment the invention a coating of chromium carbide and a nickel-chromium, cobalt-chromium, iron-chromium or superalloy, in which the proportion of nickel-chromium, cobalt-chromium, iron

Chrom- oder Superlegierung von der Substratoberflä- :he ausgehend nach außen bis auf Null abnimmt, so daß auch in diesem Fall die Außenfläche des Überzugs aus reinem Chromkarbid bestehtChromium or superalloy from the substrate surface: he decreases outwards to zero, so that also in this case the outer surface of the coating consists of pure chromium carbide

Im einen wie im anderen Falle führt die Kombination der Cermetschicht mit einer Auflage aus reinem Chromkarbid zu einem Mehrschichtenkörper, dessen Oberfläche einer Diffusionsbindung widersteht und niedrige Reibungskoeffizienten hat Die Überzugsschichten sind 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 Überzugsschichten erhalten.In one case as in the other, the combination of the cermet layer with a layer of pure Chromium carbide to form a multi-layer 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 obtain excellent thermal shock resistance and mechanical strength of the coating layers.

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 Erfindung 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.-% Cr3C2 und 10 bis 30 Gew.-% einer Nickel-Chrom-Legierung und dieIn 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

Tabelle 2Table 2

Chromkarbidschicht aus reinem Cr3C2. Dabei wird der Chromgehalt der Cermetschicht entsprechend den mechanischen Anforderungen eingestelltChromium carbide layer made of pure Cr 3 C 2 . The chromium content of the cermet layer is adjusted according to the mechanical requirements

Es ist bekannt daß Cr3C2 beim Aufbringen im Plasmaschweiß- oder Sprengplattierverfahren als Gemisch der Karbidphasen kristallisiert Beim typischen Einsatz in natriumgekühlten Reaktoren erfolgt jedoch die Umwandlung in den thermodynamisch stabilen Zustand sehr langsam und über eine ausgedehnteIt is known that Cr 3 C 2 crystallizes as a mixture of the carbide phases when applied in the plasma welding or explosive plating process

Zeitspanne; der Überzug wird dabei nicht zerstörtPeriod 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.-°/o Molybdän, 1 Gew.-% Silicium, 0,08 Gew.-% Kohlenstoff, Rest Eisen eathält, einer Cermetschicht aus Cr3C2 und 11 Gew.-% einer Legierung aus 60% Nickel und 20% Chrom und einer Chromkarbidschicht aus reinem Cr3C2, wobei die Cermetschicht eine Dicke von 76 μηι bis 102 μπι und die Chromkarbidschicht eine Dicke von 12 μπι bis 38 μπι hat Mit einem solchen Mehrschichtenkörper, bei dem die Cermetschicht und die Chromkarbidschicht im Sprengplattierverfahren (mit 20% Kaltverformung) aufgebracht waren, wurden Versuche in flüssigem Natrium bei erhöhter Temperatur durchgeführt, um die Reibungs- und Verschleißeigenschaften zu bestimmen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 2 zusammengestelltA multilayer 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, has proven to be particularly expedient Molybdenum, 1% by weight silicon, 0.08% by weight carbon, the remainder iron, a cermet layer of Cr 3 C 2 and 11% by weight of an alloy of 60% nickel and 20% chromium and a chromium carbide layer made of pure Cr 3 C 2 , the cermet layer having a thickness of 76 μm to 102 μm and the chromium carbide layer having a thickness of 12 μm to 38 μm With such a multilayer body in which the cermet layer and the chromium carbide layer were applied in the explosive plating process (with 20% cold deformation) , tests were carried out in liquid sodium at elevated temperature to determine the friction and wear properties. The results are shown in Table 2

Unbeschichteter
rostfreier StahlUncoated
stainless steel

Durch Sprengplattieren
mit Cr3C2 plus
Nickel-Chromlegierung
beschichteter rostfreier
StahlBy explosive cladding
with Cr 3 C 2 plus
Nickel-chromium alloy
coated stainless
stole

Durch Sprengplattieren
mit Cr3C2/Cr3C2 plus
Nickel-Chromlegierung
beschichteter rostfreier
StahlBy explosive cladding
with Cr 3 C 2 / Cr 3 C 2 plus
Nickel-chromium alloy
coated stainless
stole

Korrosionsgeschwindigkeit 5 3,8Corrosion rate 5 3.8

Haftreibungskoeffizient > 1Static friction coefficient> 1

Gleitreibungskoeffizient 0,8Coefficient of sliding friction 0.8

Abreißreibungskoeffizient > 1Friction coefficient> 1

Verschleißgeschwindigkeit hochWear speed high

Anzahl der Wärmespiele bis
zum AusfallNumber of heat cycles up to
to failure

BestrahlungseffekteRadiation effects

<3,8<3.8

0,390.39 0,40.4 0,360.36 0,150.15 0,640.64 0,40.4 vernachlässigbarnegligible vernachlässigbarnegligible >60> 60 >60> 60 >3x 10« Neu> 3x 10 «New nicht verfügbarnot available tronen/cm2 trons / cm 2

Das überlegene Betriebsverhalten des Dreischichtenkörpers gegenüber den Zweischichtenkörpern mit Cermetüberzügen gemäß Tabelle 1 ist klar zu erkennen. Es ist anzunehmen, daß die höheren Reibungskoeffizienten der Cermete auf den Metall-Metali-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 Reibungs- b0 koeffizienten 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. t,5The superior operating behavior of the three-layer body compared to the two-layer body with cermet coatings according to Table 1 can be clearly seen. It is believed that the higher coefficients of friction of the cermets are due to the metal-to-metal contact of the binder phase, although this constitutes only a small percentage of the exposed surface area. Since there is no metallic phase on the surface of the three-layer body explained here, there is no metal-to-metal contact; low b0 coefficients of friction are achieved. As a result of the gradation of the properties from the metallic substrate to the cermet and then to the pure carbide, the thermal shock resistance and the mechanical notched impact strength are surprisingly high. t, 5

Ein zusätzlicher Vorteil der Überzüge der vorstehend erläuterten Art ist in dem Sicherheitsfaktor zu erblicken, der sich aus dei.i Vorhandensein einer Unterschicht mit guten, wenn nicht überragenden Verschleiß- und Reibungseigenschaften ergibt Wenn daher durch eine fehlerhafte Handhabung während der Montage die keramische Außenschicht mechanisch beschädigt wird, verhindert die Cermet-Unterlage ein vollständiges Fressen oder eine übermäßige Reibkraft.An added benefit of the coatings of the above explained type can be seen in the safety factor, which results from the presence of a lower layer with good, if not outstanding, wear and friction properties. If, therefore, a incorrect handling during assembly the ceramic outer layer is mechanically damaged, the cermet pad prevents complete seizure or excessive frictional force.

Entsprechend einer abgewandelten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung 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 95 Gew.-% Cr23C6 und 5 bis 30 Gew.-% einer Nickel-Chrom-Legierung und die Chromkarbidschicht aus reinem Cr3C2. Es wurde gefunden, daß Cr23C6, 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 consists 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, The cermet layer of 70 to 95% by weight of Cr 23 C 6 and 5 to 30% by weight of a nickel-chromium alloy and the chromium carbide layer contain 1% by weight silicon, 0.08% by weight carbon, the remainder iron made of pure Cr 3 C 2 . It has been found that Cr 23 C 6 , the softest of the chromium carbides, when mixed with a nickel-chromium binder and applied by plasma welding or explosive cladding, 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-Legierung auch eine Kobalt-Chrom-, Eisen-Chrom- oder Superlegierung vorgesehen sein.Coating compositions are thermodynamically stable over long periods of time, which is in consideration the intended long service life of nuclear reactor components is of crucial importance. In the Cermet layer can be used instead of a nickel-chromium alloy a cobalt-chromium, iron-chromium or superalloy can also be provided.

Es ist ferner möglich, auf einer Cermetschicht aus Cr3C2 und einer Nickel-Chrom-Legierung eine Auflage von Cr7C3 oder Cr23Ce oder aus einem Gemisch aus CnC2, Cr?C3 und Cr23Ce aufzubringen. Auch ein Mehrschichtenkörper mit einer Cermetschicht aus Cr^Ce und einer Nickel-Chrom-Legierung und einer Auflage aus C^C2 oder Gemischen von CnC2, Cr?C3 und Cr23Ce kann mit Vorteil vorgesehen werden.It is also possible to apply a layer of Cr7C3 or Cr 23 Ce or a mixture of CnC 2 , Cr? C3 and Cr 23 Ce to a cermet layer made of Cr 3 C 2 and a nickel-chromium alloy. A multi-layer body with a cermet layer made of Cr ^ Ce and a nickel-chromium alloy and a layer of C ^ C 2 or mixtures of CnC 2 , Cr? C3 and Cr 23 Ce can advantageously be provided.

Der Merhschichtenkörper kann auch mehrere übereinanderliegende Cermetschichten und Chromkarbidschichten aufweisen.The multi-layer body can also have several superimposed Have cermet layers and chromium carbide layers.

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 Gew.-% Chrom, 3,1 Gew.-% Molybdän, 5,0 Gew.-% Niob, 18,5 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 from US Pat obtained above composition. It is understood, however, that components from other Metal alloys can be protected just as well. For example, the nickel-chromium binders are suitable or a binder in the form of a nickel-based superalloy of 18.6% by weight of chromium, 3.1% by weight Molybdenum, 5.0% by weight niobium, 18.5% by weight iron, 0.9% by weight titanium, 0.4% by weight aluminum, 0.04% by weight Carbon, 0.20 wt% manganese, 0.30 wt% silicon, the balance nickel good for substrates from the called 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.

Claims (6)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Auf Reibung beanspruchter Mehrschichtenkörper, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:1. Multi-layer body stressed by friction, characterized by the combination following features: a) ein an sich bekannter Zweischichtenkörper, bestehend aus einem Substrat aus einer Nickeloder Eisenbasislegierung und einer Cermetschicht aus Chromkarbid mit einer Nickel-Chrom-, Kobalt-Chrom-, Eisen-Chrom- oder Superlegierung,a) a two-layer body known per se, 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 380 μπι undb) the cermet layer has a thickness of 25 to 380 and μπι c) eine auf der Cermetschicht aufgebrachte Schicht aus reinem Chromkarbid mit einer Dicke von 12 bis 130 μπι.c) a layer of pure chromium carbide applied to the cermet layer with a Thickness from 12 to 130 μm. 2. Mehrschichtenkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus einem rostfreien Stahl, der 16 bis 18 Gew.-% Chrom, 10 bis 14 Gew.-°/o Nickel, 2 Gew.-°/o Mangan, 2 bis 3 Gew.-% Molybdän, 1 Gew.-% Silicium, 0,08 Gew.-% Kohlenstoff, Rest Eisen enthält, die Cermetschicht aus 70 bis 90 Gew.-% Cr3C2 und 10 bis 30 Gew.-% einer Nickel-Chrom-Legierung und die Chromkarbidschicht aus reinem Cr3C2 besteht.2. Multi-layer body according to claim 1, characterized in that the substrate made of a stainless steel, the 16 to 18 wt .-% chromium, 10 to 14 wt .-% nickel, 2 wt .-% manganese, 2 to Contains 3% by weight molybdenum, 1% by weight silicon, 0.08% by weight carbon, the remainder iron, the cermet layer consists 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 layer consists of pure Cr 3 C 2 . 3. Mehrschichtenkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Cermetschicht aus 70 bis 95 Gew.-% Cr23C6 und 5 bis 30 Gew.-% einer Nickel-Chrom-Legierung besteht3. Multi-layer body according to claim 2, characterized in that the cermet layer consists of 70 to 95% by weight of Cr 23 C 6 and 5 to 30% by weight of a nickel-chromium alloy 4. Mehrschichtenkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Cermetschicht aus Cr3C2 und 11 Gew.-% einer Legierung aus 80% Nickel und 20% Chrom besteht und eine Dicke von 76 μιτι bis 102 μπι hat, und daß die Chromkarbidschicht eine Dicke von 12 μΐη bis 38 μπι hat4. Multi-layer body according to claim 2, characterized in that the cermet layer consists of Cr 3 C 2 and 11 wt .-% of an alloy of 80% nickel and 20% chromium and has a thickness of 76 μιτι to 102 μπι, and that the chromium carbide layer has a thickness of 12 μm to 38 μm 5. Mehrschichtenkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle von gesonderten Cermet- und Chromkarbidschichten ein Überzug aus Chromkarbid und einer Nickel-Chrom-, Kobalt-Chrom-, Eisen-Chrom- oder Superlegierung vorgesehen ist, bei dem der Anteil der Nickel-Chrom-, Kobalt-Chrom-, Eisen-Chromoder Superlegierung von der Substratoberfläche ausgehend nach außen bis auf Null abnimmt.5. Multi-layer body according to one of claims 1 to 4, characterized in that in place of separate cermet and chromium carbide layers, a coating of chromium carbide and one Nickel-chromium, cobalt-chromium, iron-chromium or superalloy is provided in which the proportion the nickel-chromium, cobalt-chromium, iron-chromium or superalloy from the substrate surface starting outwards decreases to zero. 6. Verfahren zur Herstellung des Mehrschichtenkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Cermet- und Chromkarbidschicht durch Auftragung von Pulver durch Plasmaschweißen oder durch Sprengplattieren aufgebracht werden.6. A method for producing the multilayer body according to any one of claims 1 to 5, characterized characterized in that the cermet and chromium carbide layers by application of powder by plasma welding or by explosive plating.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS5964796A (en) * 1982-09-30 1984-04-12 Kawasaki Steel Corp Conductor roll for electroplating line
JPS59107058A (en) * 1982-12-09 1984-06-21 Kubota Ltd Heat-resistant ceramic material
JPS60200948A (en) * 1984-03-23 1985-10-11 Sumitomo Metal Ind Ltd Composite material for supporting member of heating furnace

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT202366B (en) * 1953-02-11 1959-03-10 Firth Sterling Inc Sintered carbide hard metal
GB886560A (en) * 1958-05-28 1962-01-10 Union Carbide Corp Improvements in and relating to coating alloys and the coating of materials

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