DE2605935A1

DE2605935A1 - Verbundflammspritzpulver

Info

Publication number: DE2605935A1
Application number: DE19762605935
Authority: DE
Inventors: John H Harrington; Frank N Longo
Original assignee: Metco Inc
Current assignee: Metco Inc
Priority date: 1975-02-18
Filing date: 1976-02-14
Publication date: 1976-08-26
Also published as: FR2301606B1; DE2605935B2; ATA112776A; SE7601809L; FR2301606A1; AT341852B; JPS5511741B2; JPS51112440A; DE2605935C3; AU501418B2; CA1059978A; IT1053826B; SE420107B; US3991240A; GB1478287A; AU1114176A

Description

VON KREISLER SCHÖNWALD MEYER EISHOLD FUES VON KREISLER KELLER SELTING

PATENTANWÄLTE Dr.-Ing. von Kreisler + 1973

Dr.-Ing. K. Schönwald, Köln Dr.-Ing. Th. Meyer, Köln Dr.-Ing. K. W. Eishold, Bad Soden Dr. J. F. Fues, Köln Dipl.-Chem. Alek von Kreisler, Köln Dipl.-Chem. Carola Keller, Köln Dipl.-Ing. G. Selting, Köln

AvK/Ax

5 KÖLN 1 13.2.76

DEICHMANNHAUS AM HAUPTBAHNHOF

Metco, Inc., 11o1 Prospect Avenue, Westbury N.Y./USA

Verbundflaminspritzpulver

Die Erfindung betrifft pulverförmige Verhundflammspritzwerkstoffe, die billiges Gußeisen als größere Komponente enthalten und dennoch beim Flammspritzen einen harten, verschleiß- und abriebfesten Überzug, der sich gut bearbeiten läßt und gute Eigenschaften als Lagerwerkstoff aufweist, zu bilden vermögen.

Auf dem Gebiet des Flammspritzens ist es allgemein bekannt, die verschiedensten Arten von Metallpulvern, Gemischen und Verbundwerkstoffen je nach der Art und den Eigenschaften des herzustellenden fiammgespritzten Überzuges aufzuspritzen. Zur Herstellung von harten, verschleiß- und abriebfesten überzügen, die bis zu guter Oberflächenbeschaffenheit geschliffen und in Maschinen als verschleißfeste Lagerflächen verwendet werden können, war es im allgemeinen notwendig, verhältnismäßig teure Metalle, z.B. Molybdän, selbstgehende oder selbstverschweißende Legierungen auf der Basis von Nickel u.dgl. zu verwenden.

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Telefon: (0221) 23 4541-4 · Telex: 8332307 dopa d · Telegramm: Dompatent Köln

Versuche, die Kosten dieser Flammspritzwerkstoffe beispielsweise durch Mischen des verhältnismäßig teuren Molybdäns mit verhältnismäßig billigem Gußeisen zu senken, hatten keine befriedigenden Ergebnisse, und die durch Aufspritzen dieser Gemische hergestellten Überzüge zeigten nicht alle erwünschten Eigenschaften.

Gegenstand der Erfindung ist ein Flammspritzwerkstoff, der verhältnismäßig billiges Gußeisen als größere Komponente enthält und dennoch beim Flammspritzen einen harten, verschleiß- und abriebfesten Überzug zu bilden vermag, der zu einer glatten Oberfläche geschliffen werden kann und eine ausgezeichnete Lagerfläche für die Verwendung zwischen sich bewegenden Maschinenteilen darstellt.

Gemäß der Erfindung wurde gefunden, daß ein harter, verschleiß- und abriebfester Überzug, der unter Bildung einer glatten, guten Oberfläche geschliffen werden kann und sich ausgezeichnet als Lagerfläche zwischen sich bewegenden Maschinenteilen eignet, unter Verwendung eines Flammspritzwerkstoffs, der billiges Gußeisen als größeren Bestandteil enthält, hergestellt werden kann, wenn der Flammspritzwerkstoff in Form eines Verbundpulvers aus einzelnen Teilchen vorliegt, die außer Gußeisen Molybdän und Bor enthalten.

Der hier gebrauchte Ausdruck "Gußeisen" bezeichnet eine Legierung von Eisen und Kohlenstoff, die gewöhnlich unterschiedliche Mengen von Silicium, Mangan, Phosphor und Schwefel enthält, wobei der Kohlenstoff im Überschuss über die Menge vorliegt, die in Austenit bei der autektischen Temperatur in fester Lösung gehalten werden kann. Legierungsgußeisen verbessert die mechanischen Eigenschaften, z.B. die Korrosions-, Hitze- und Verschleißfestigkeit, und der Zusatz von Legierungselementen hat einen erheblichen Einfluß auf die Graphitisierung. Als weitere gebräuchliche Legierungszusätze in Gußeisen

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kommen Molybdän, Chrom, Nickel, Vanadium und Kupfer in Frage.

Unter einem Verbundflammspritzpulver versteht man in der Flammspritztechnik ein Pulver, dessen einzelne Teilchen mehrere Komponenten enthalten, die einzeln oder getrennt vorliegen, d.h. nicht miteinander legiert sind, jedoch als Struktureinheit, die die Pulverteilchen bildet, miteinander verbunden sind.

Die Teilchen des Verbundflammspritzwerkstoffs gemäß der Erfindung müssen somit das Gußeisen, eine Molybdänkomponente und eine Borkomponente enthalten, die nicht miteinander legiert, jedoch in jedem einzelnen Teilchen strukturell miteinander vereinigt sind.

Die einzelnen Komponenten können in beliebiger bekannter .oder gewünschter Weise zur Bildung der Verbundteilchen kombiniert werden, z.B. in Form von Aggregaten o.dgl., jedoch hat der Verbundwerkstoff gemäß der Erfindung vorzugsweise die Form eines plattierten oder umhüllten (clad) Pulvers, dessen einzelne Teilchen aus einem Gußeisenkern mit einem Überzug bestehen, der die Molybdänkomponente und die Borkomponente enthält, insbesondere die Form von einzelnen kleinen Teilchen der Molybdän- und Borkomponenten, die mit einem Bindemittel an die Oberfläche des Gußeisenkerns gebunden sind.

Die Molybdänkomponente kann aus Molybdän selbst und/oder einer Ferromolybdänlegierung bestehen, die wenigstens 50% Mo, vorzugsweise 55 bis 75% Mo enthält.

Die Borkomponente kann aus Eor selbst und/oder einer Ferroborlegierung bestehen, die, bezogen auf die Legierung, 10 bis 30% Bor, vorzugsweise 18% Bor enthält.

Die Teilchen des Verbundflammspritzpulvers gemäß der Erfindung sollten wenigstens 50 Gew.-% Gußeisen, etwa

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1o bis 5ο Gew.-%, vorzugsweise 15 bis 3o Gew.-%, insbesondere etwa 2o Gew.-% Molybdän, etwa o,1 bis 3 Gew.-%, vorzugsweise 1 Gew.-% Bor, bezogen jeweils auf das Gesamtgewicht von Gußeisen und Molybdän, enthalten.

Die einzelnen Teilchen sollten eine Größe und einen Körnungsaufbau, wie sie in der Flammspritztechnik üblich sind, z.B. eine Größe zwischen etwa 3 u und o,25 mm ( 6o mesh

ihen 1 ο u und 1o5

U.S. Standard), vorzugsweise zwischen 1o u und 1o5 μ (14o mesh U.S. Standard) haben.

Nach einem besonders bevorzugten Verfahren wird das Verbundflammspritzpulver hergestellt, indem pulverförmiges weisses Gußeisen, das eine Teilchengröße zwischen etwa 88 (17o mesh U.S. Standard) und 15 ii hat, mit 2o Gew.-% Molybdän und 1 Gew.-% Bor (bezogen auf das Gesamtgewicht von Gußeisen und Molybdän), die beide eine Teilchengröße von 44 u (325 mesh), vorzugsweise zwischen etwa o,1 und 2o u haben, umhüllt oder plattiert wird.

Das Gußeisen kann mit den feineren Molybdän- und Borteilchen in beliebiger bekannter oder üblicher Weise um- , hüllt oder plattiert werden, z.B. durch Mischen des Molybdäns und Bors in einem Bindemittel, z.B. einem Harzlack ^: oder Lack, Mischen des Gemisches mit dem Gußeisen und Trocknen oder Härten des Bindemittels.

Besonders bevorzugt als Bindemittel werden übliche Phenolharzlacke. Als Beispiele weiterer geeigneter Bindemittel sind übliche Epoxy- oder Alkydharzlacke, Lac ke, die trocknende Öle, z.B. Tungöl und Leinöl, enthalten, Kautschuk- und Latexbinder zu nennen. Das Bindemittel kann ein Harz enthalten, bei dem zur Bildung eines getrockneten oder er- \ starrten Films nicht die Verdampfung eines Lösungsmittels i erforderlich ist. Das Bindemittel kann somit ein katalysiertes Harz enthalten. j

Der Ausdruck "umhüllen" oder "plattieren" ("coating" or "cladding") wird hier in seinem in der Flammspritztechnik gebräuchlichen Sinn 609 3 35/0342

gebraucht. Er setzt keinen gleichmäßigen oder geschlossenen Überzug voraus und gibt lediglich die Form an, in der die feineren Teilchen sozusagen an die Oberfläche des Gußeisens gebunden werden.

Die Pulver werden in üblicher Weise mit einer Pulverflammspritzpistole verspritzt, jedoch ist es auch möglich, das Pulver mit einem Bindemittel, z.B. einem Kunststoff oder Kautschuk, zu einem Draht oder Stab zu vereinigen und diesen mit einer Flammspritzpistole für Spritzdraht zu verspritzen. Vorzugsweise sollte eine Flammspritzanlage verwendet werden, die genügend Hitze zu erzeugen vermag, daß wenigstens die Molybdänkomponente des Verbundwerkstoffs durch Hitze erweicht wird. Es erwies sich als zweckmäßig, den Werkstoff mit einer Plasmaflammspritz-pistole zu verspritzen.

Die gebildeten Flammspritzschichten sind äußerst hart und verschleißfest, zeigen ausgezeichnete Abriebfestigke'it und haben hervorragende Bearbeitbarkeit und Schleifbarkeit. Sie lassen sich nass mit einem Schleifrad, das mit Siliciumcarbid der Korngröße 60 als Schleifmittel versehen ist, zu einer glatten Oberfläche mit einer Rauhigkeit von beispielsweise 127/1 000 000 bis .508/1 000 000 mm (arithmetisches Mittel) ( 5 - 2o micro inches) schleifen, bestimmt mit einem Standard-Oberflächenprüfgerät "Profilometer Modell QC" (Hersteller Micrometrical Manufacturing Co., Ann Arbor, Mich. USA) mit einer Abschnittlänge (cutoff) von o,762 mm (o,o3o").

Die Überzüge eignen sich ausgezeichnet als Lager- und Arbeitsflächen auf Maschinenteilen, z.B. zum Beschichten des Umfanges von Kolbenringen, Zylinderwänden, Kolbenmänteln, Trochoiden von Umlaufmotoren, Dichtungen und Endplatten, Kurbelwellen, Wälzlagern, Lagerhülsen, Laufradwellen, Getriebelagern, Flügelrädern von Treibstoffpumpen, Förderschnecken, Draht- oder Seilwinden, Biremstrorr.meln, Ausrückergabeln, Rakeln, Fadenführern, landwirt-

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schaftlichen Geräten und Werkzeugen, Motorwellen, Drehbankschienenführungen, Drehbank- und Schleifmaschinenspitzen, Nockennachläufern und -stößein und Zylinderlaufbüchsen.

Wenn die Molybdänkomponente mit dem Gußeisen in der Verbundform, vorzugsweise als Umhüllung oder Überzug kombiniert ist, bewirkt sie eine wesentliche Verringerung der Entkohlung während des Spritzens. Das Bor wirkt als interstitieller Härter und als Mittel zur Steigerung der Dichte und Güte des Überzuges. Insgesamt bilden die Komponenten im Zusammenwirken miteinander in der jeweiligen Flammspritzform einen hervorragenden, harten Überzug mit hoher Abrieb- und Verschleißfestigkeit.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele weiter erläutert.

Beispiel 1

1785 g Gußeisenpulver einer Teilchengröße zwischen 15 und 88 li (17o mesh US Standard) werden in einem Gefäß bei Raumtemperatur mit etwa 227 g eines üblichen Phenolharzlacks mit einem Festkörpergehalt von etwa 1o % 5 Minuten gemischt. Dann werden 454 g Molybdänpulver und 22,7 g Borpulver einer Teilchengröße von jeweils o,1 bis 2o u langsam zugesetzt und gut zugemischt. Die nasse Aufschlämmung wird dann unter Rühren erhitzt, bis ein trockenes Gemisch erhalten wird. Das Gemisch wird dann in einem Ofen bei einer Temperatur von etwa 79⁰C gut getrocknet und zur Entfernung von größeren Agglomeraten durch ein Sieb einer Maschenweite von 88 u (17o mesh) gegeben. Auf diese Weise wird-ein Verbundflammspritzpulver erhalten, dessen Teilchen aus einem ' Gußeisenkern bestehen, der mit feineren Molybdän- und Bor-j teilchen umhüllt ist.

Dieses Flammspritzpulver wird dann mit einer Plasmaflamm- , spritzpistole, die unter der Bezeichnung "Typ 3MB" im

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Handel ist (hergestellt von der Anmelderin), unter Verwendung einer GE-Düse und einer Pulverdüse Nr. 2 mit Argon als Primärgas unter einem Druck von 7 atü und einer Durchflussmenge von 2,266 Nm /Std. (8o Standard cubic feet per hour) und unter Verwendung von Wasserstoff als Sekun-

2 därgas unter einem Druck von 3,5 kg/cm und einer Durchflußmenge von o,566 Nm /Std. (2o Standard cubic feet per hour) verspritzt. Die Plasmapistole wird bei durchschnittlich 5oo A und 65 V unter Verwendung von o,425 Nm Trägergas/Std. (15 Standard cubic feet per hour) betrieben. Das Pulver wird mit einem Durchsatz von 4,536 kg/Std. durch die Pistole auf Flußstahl als Werkstück gespritzt, der durch Abstrahlen mit Stahlschrot unter Verwendung von Luft unter einem Druck von 6,3 kg/cm vorbereitet worden war. Zur Abkühlung werden zusätzliche Luftstrahlen auf das Werkstück gerichtet, aber nicht so, daß der Spritzstrahl beeinträchtigt wird.

Die gebildete Spritzschicht hat eine Dicke von o,762 bis 1,27 mm (o,o3 bis o,o5 inches) und wird bis zu einer Rauhigkeit von 254/1 ooo ooo bis 5o8/1 ooo ooo mm (1o bis 2o micro inches) (arithmetisches Mittel), gemessen mit einem Standard-Oberflächenprüfgerät "Profilometer Modell QC" unter Verwendung einer Abschnittlänge von o,762 mm, geschliffen.

Die endgültige Spritzschicht hat eine Dicke von 51 u bis 1,o2 mm (o,oo2 bis o,o4o inches) und eine Härte von etwa 5o, gemessen auf der Rockwell-C-Skala. Sie hat ausgezeichnete Verschleiß- und Abriebfestigkeit. Das Pulver kann zum Beschichten von Kolbenringen oder für andere Zwecke, die oben genannt wurden, verwendet ; werden. '

Beispiel 2 j

Eine Spritz schicht, die mit einem ähnlichen Pulver v/ie ! in Beispiel 1, jedoch mit 3o % Molybdän und o,5 % Bor hergestellt worden ist, ist der gemäss Beispiel 1 herge- i stellten Spritzschicht sehr ähnlich, hat jedoch nur 9o % '

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der Verschleißfestigkeit der gemäß Beispiel 1 hergestellten Spritzschicht.

Eine analoge Spritzschicht, die aus einem nur aus weißem Gußeisen bestehenden Flammspritzpulver gebildet worden ist, hat nur eine Rockwell-Härte von 43 auf der C-Skala und zeigt nur etwa 70% der Verschleißfestigkeit der gemäß Beispiel 1 hergestellten Spritzschicht und schlechte Abriebfestigkeit. :

Eine Spritzschicht, die durch Spritzen eines Gemisches : aus weißem Gußeisen und Molybdän bei einem Molybdängehalt von 30% in gleicher Weise aufgebracht worden ist, zeigt nur eine Rockwell-C-Härte von 40, nur 60% der Verschleißfestigkeit der gemäß Beispiel 1 aufgebrachten Spritzschicht und eine geringere Abriebfestigkeit.

Ein Gemisch von 75% Molybdän und 25% einer selbstgehenden oder selbstverschweißenden Legierung ergab beim Verspritzen in der gleichen V/eise eine Spritzschicht mit einer Rockwell-C-Härte von 44 und einer Verschleißfestigkeit, von 50% der gemäß Beispiel 1 hergestellten Spritzschicht.

Wenn Molybdändraht unter gleichen Bedingungen verspritzt : wurde, entstand eine Spritzschicht, die eine Rockwell-C-Härte von 4Ό und 50% der Verschleißfestigkeit der gemäß Beispiel 1 erzeugten Spritzschicht hatte und nur bis zu einer Rauhigkeit von 635 bis 1016/1000000 mm (25 - 4o micro inches) (arithmetisches Mittel) geschliffen werden konnte.

Beispiel 3

Ein Flammspritzpulver wurde auf die in Beispiel 1 beschriebene V/eise, jedoch ohne Verwendung von Bor hergestellt. Das Pulver wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 verspritzt. Die erzeugte Spritzschicht hatte eine Rockwell-C-Härte von 42, nur etwa 60% der Verschleißfestigkeit der gemäß Beispiel 1 hergestellten

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-9-Spritzschicht und ziemlich gute Abriebfestigkeit.

Beispiel 4

Ein Gemisch wird aus 8o Gew.-% pulverförmigem weißem Gußeisen einer Teilchengröße zwischen etwa 44 und 88 u (325 mesh und 17o mesh), 15 Gew.-% kohlenstoffaromer Ferromolybdanlegierung, die 62 Gew.-% Molybdän enthält und eine Teilchengröße von 15 u und kleiner hat, und 5 Gew.-% Ferroborlegierung, die 18 Gew.-% Bor enthält und eine Teilchengröße von 15 u und kleiner hat, hergestellt. Eine Aufschlämmung wird aus diesen Bestandteilen in 6 Gew.-% eines Phenolharzlacks, der etwa 10% Festkörper enthält, unter gutem Mischen hergestellt. Das Mischen wird fortgesetzt, bis ein trockenes Gemisch erhalten worden ist, das aus dem Gußeisen besteht, dessen Teilchen mit den feineren Teilchen der Ferromolybdanlegierung und Ferroborlegierung umhüllt sind. Das Pulver wird auf die in Beispiel 1 beschriebene Weise flammgespritzt. Hierbei wird eine Spritzschicht gebildet, die eine Dicke von 1,524 mm (0,060 mesh) hat und bis zu einer Rauhigkeit von etwa 2o3,2 bis 5o8/1 ooo ooo mm (8 bis 2o micron inches) (arithmetisches Mittel) geschliffen wird. Der endgültige überzug hat eine '■ Dicke von 1,27 mm (o,o5o inches), eine Rockwell-C-Härte von 55 und ausgezeichnete Verschließfestigkeit und Abriebfestigkeit, wobei die Verschleißfestigkeit um 4o % höher ist als die für die gemäss Beispiel 1 hergestellte Spritzschicht angegebene Verschleißfestigkeit

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Claims

Patentansprüche

1) Flammspritzpulver in Form eines Verbundmaterials, ' dadurch gekennzeichnet, daß seine einzelnen Teilchen als nicht miteinander legierte Komponenten eine Gußeisenkomponente, eine Molybdänkomponente und eine _: Borkomponente enthalten, als Molybdänkomponente Molybdän und/oder eine Ferromolybdänlegierung und als Borkomponente Bor und/oder eine Borlegierung vorhanden ist, das Pulver etwa 10 bis 50 Gew.-% Molybdän und etwa 0,1 bis 3 Gew.-% Bor enthält, bezogen auf das Gesamtgewicht von Gußeisen und Molybdän, und die Gußeisenkomponente in einer Menge von wenigstens 50 Gew.-% vorhanden ist.

2) Flammspritzpulver nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen einen Gußeisenkern und eine Hülle, die die Molybdän- und Borkomponenten enthält , aufweisen.

3) Flammspritzpulver nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gußeisenkern eine Teilchengröße zwischen etwa 15 und 88 u hat und mit einem Bindemittel, das feine Teilchen der Molybdän- und Borkomponenten enthält, umhüllt ist.

4) Flammspritzpulver nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Teilchen einen Kern aus weißem Gußeisen mit einer Größe zwischen 15 und

(17o mesh)

88 u ^aufweisen und mit einem Bindemittel an die Oberfläche des Gußeisenkerns gebundene, 0,1 bis 20 μ große Teilchen der Molybdän- und Borkomponenten enthalten, wobei das Molybdän in einer Menge von etwa 20 Gew.-% und das Bor in einer Menge von etwa 1 Gew.-%, bezogen jeweils auf das Gesamtgewicht von Gußeisen und Molybdän, vorhanden ist.

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5) Flammspritzpulver nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es als Molybdänkomponente eine Ferromolybdänlegierung enthält, die 55 bis 75 Gew.-% Molybdän enthält.

6) Flammspritzpulver nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es als Borkomponente eine Ferroborlegierung enthält, die etwa 10 bis 30 Gew.-% Bor enthält.

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