DE2605935B2

DE2605935B2 - Verbundflammspritzpulver

Info

Publication number: DE2605935B2
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: 1977-05-05
Also published as: FR2301606A1; SE7601809L; AT341852B; AU501418B2; CA1059978A; US3991240A; JPS5511741B2; FR2301606B1; ATA112776A; IT1053826B; DE2605935A1; JPS51112440A; DE2605935C3; GB1478287A; AU1114176A; SE420107B

Description

Die Erfindung betrifft pulverförmige Verbundflammspritzwerkstoffe, 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 flammgespritzten 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.

Versuche, die Kosten dieser Flammspritzwerkstoffe beispielsweise du; 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 bewe genden 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 eutektischen 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 koinmen Molybdän, Chrom, Nickel, Vanadium und Kupfer in Frage.

Unter einem Verbundflammspritzpulver versteh; 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 Verbundflammspritzwerkstoffes 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 od. dgl., jedoch hat der Verbundwerkstoff gemäß der Erfindung vorzugsweise die Form eines plattierten oder umhiMlten 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 Bor 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% Gußeisen, 10 bis 50%, vorzugsweise 15 bis 30%, insbesondere 20% Molybdän, 0,1 bis 3%, vorzugsweise 1% 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 3 μ und 0,25 mm, vorzugsweise zwischen 10 μ und 105 μ haben.

Nach einem besonders bevorzugten Verfahren wird das Verbundilammspritzpulver hergestellt, indem pulverförmiges weißes Gußeisen, das eine Teilchengröße zwischen etwa 88 und 15 μ hat, mit 20% Molybdän und 1% Bor (bezogen auf das Gesamtgewicht von Gußeisen und Molybdän), die beide eine Teilchengröße von 44 μ, vorzugsweise zwischen 0,! und 20 μ haben, umhüllt oder plattiert wird.

Das Gußeisen kann mit den feineren Molybdän- und Borteilchen in beliebiger bekannter oder üblicher Weise umhüllt oder plattiert werden, z. B. durch Mischen des Molybdäns und Bors mit 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, Lacke, 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 erstarrten Films nicht die Verdampfung eines Lösungsmittels erforderlich ist. Das Bindemittel kann somit ein katalysiertes Harz enthalten.

Der Ausdruck »umhüllen« oder »plattieren« wird hier in seinem in der Flammspritztechnik gebräuchlichen Sinn 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 Plasmaflammspritzpistole zu verspritzen.

Die gebildeten Flammspritzschichten sind äußerst hart, und verschleißfest, zeigen ausgezeichnete Abriebfestigkeit 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) schleifen, bestimmt mit einem Standard-Oberflächenprüfgerät mit einer Abschnittlänge von 0,762 mm.

Die Überzüge eignen sich ausgezeichnet ais Lagerund Arbeitsflächen auf Maschinenteilen, z. B. zum Beschichten des Umfanges von Kolbenringen, Zylinderwänden, Koibenmänteln, Trochoiden von Umlaufmotoren, Dichtungen und Endplatten, Kurbelwellen, Wälzlagern, Lagerhülsen, Laufradwellen, Getriebelagern, Flügelrädern von Treibstoffpumpen, Förderschnecken, Draht- oder Seilwinden, Bremstrommeln, Ausrückergabeln, Rakeln, Fadenführern, landwirtschaftlichen Gerä-"<en und Werkzeugen, Motorwellen, Drehbankschienenführungen, Drehbank- und Schleifmaschinenspitzen, Nockennachläufern und -stößein und Zylinderlaufbüchsen.
Wenn die Molybdänkomponente mit dem Gußeisen

ίο 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 μ werden in einem Gefäß bei Raumtemperatur mit 227 g eines üblichen Phenolharzlacks mit einem Festkörpergehalt von 10% 5 Minuten gemischt. Dann werden 454 g Molybdänpulver und 22,7 g Borpulver einer Teilchengröße von jeweils 0,1 bis 20 μ 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 79°C ₆ut getrocknet und zur Entfernung von größeren Agglomeraten durch ein Sieb einer Matchenweite von 88 μ gegeben. Auf diese Weise wird ein Verbundflammspritzpulver erhalten, dessen Teilchen aus einem Gußeisenkern bestehen, der mit feineren Molybdän- und Borteilchen umhüllt ist.

Dieses Flammspritzp'ilver wird dann mit einer Plasmaflammspritzpistole mit Argon als Primärgas unter einem Druck von 7 atü und einer Durchflußmenge von 2,266 NmVStd. und unter Verwendung von 3,5 kg/cm² und einer Durchflußmenge von 0,566 Nm³/ Std. verspritzt. Die Plasmapistole wird bei durchschnittlich 500 A und 65 V unter Verwendung von 0,425 Nm³ Trägergas/StJ. betrieben. Das Pulver wird mit einem Durchsatz von 4,536 Icg/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/cm² 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 0,762 bis 1,27 mm und wird bis zu einer Rauhigkeit von 254/1000 000 bis 508/1 000 000 Tim (arithmetisches Mittel), gemessen mit einem Standard-Oberflächeiiprüfgerät unter Verwendung einer Abschnittlänge von 0,762 mm, geschliffen.

Die endgültige Spritzschicht hat eine Dicke von 51 μ bis 1,02 mm und eine Härte von 50, 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

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Eine Spritzschicht, die mit einem ähnlichen Pulver wie in Beispiel 1, jedoch mit 30% Molybdän und 0,5% Bor hergestellt worden ist, ist der gemäß Beispiel 1 hergestellten Spritzschicht sehr ähnlich, hat jedoch nur 90% 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 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 Rockwelf-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 Weise 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 Spritzschiciit, die eine Rockwell-C-Härte von 40 und 50% der Verschleißfestigkeit der gemäß Beispiel 1 erzeugten Spriizschicht hatte und nur bis zu einer Rauhigkeit von 635 bis 1016/1 000 000 mm (arithmetisches Mittel) geschliffen werden konnte.

Beispiel 3

Ein Flammspritzpulver wurde auf die in Beispiel 1 beschriebene Weise, 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 60% der Verschleißfestigkeit der gemäß Beispiel 1 hergestellten Spritzschicht und ziemlich gute Abriebfestigkeit.

Beispiel 4

Ein Gemisch wird aus 80% pulverförmigem weißem Gußeisen einer Teilchengröße zwischen 44 und 88 μ, 15% kohlenstoffarmer Ferromolybdänlegierung, die 62% Molybdän enthält und eine Teilchengröße von 15 μ und kleiner hat, und 5% Ferroborlegierung, die 18% Bor enthält und eine Teilchengröße von 15 μ und kleiner hat, hergestellt. Eine Aufschlämmung wird aus diesen Bestandteilen in 6% eines Phenolharzlacks, der 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 Ferromolybdänlegierung und Ferroborlegierung unihüllt sind. Das Pulver wird auf die in Beispiel 1 beschriebene Weise flammgespritzt. Hierbei wird eine Spritzschicht gebildet, die eine Dicke von 1,524 mm hat und bis zu einer Rauhigkeit von 203,2 bis 508/1 000 000 mm (arithmetisches Mittel) geschliffen wird. Der endgültige Überzug hat eine Dicke von 1,27 mm, eine Rockwell-C-Härte von 55 und ausgezeichnete Verschleißfestigkeit und Abriebfestigkeit, wobei die Verschleißfestigkeit um 40% höher ist als die für die gemäß Beispiel 1 hergestellte Spritzschicht angegebene Verschleißfestigkeit.

Claims

Patentansprüche:

1. Verbundflammspritzpulver, 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 10 bis 50% Molybdän und 0,1 bis 3% Bor enthält, bezogen auf das Gesamtgewicht von Gußeisen und Molybdän, und die Gußeisenkomponente in einer Menge von wenigstens 50% vorhanden ist

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

3. Verbundflammspritzpulver nach den Anspriichen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gußeisenkern eine Teilchengröße zwischen 15 und 88 μ hat und mit einem Bindemittel, das feine Teilchen der Molybdän- und Borkomponenten enthält, umhüllt ist.

4. Verbundflammspritzpulver nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Teilchen einen Kern aus weißem Gußeisen mit einer Größe zwischen 15 und 88 μ 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 20% und das Bor in einer Menge von 1%, bezogen jeweils auf das Gesamtgewicht von Gußeisen und Molybdän, vorhanden ist.

5. Verbundflammspritzpulver nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es als Molybdänkomponente eine Ferromolybdänlegierung enthält, die 55 bis 75% Molybdän enthält.

6. Verbundflammspritzpulver nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es als Borkomponente eine Ferroborlegierung enthält, die 10 bis 30% Bor enthält.

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