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Mehrkomponenten-Metallb eschichtungs
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material in Form eines Stabes Die Erfindung betrifft ein Mehrkomponenten-Metallbeschichtungs
material in Form eines Stabes.
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In dem US-PS Nr. 3 304 604 und 3 523 569 ist eine Methode zur Erzeugung
von karbidhaltigen Stäben beschneben zur Verwendung bei späterer Herstellung von
Hartbeschichtungen auf Metallflächen. Die in diesen US-PS beschriebenen Methoden
ermöglichen die Herstellung von Stäben aus Verbundmaterial, bestehend aus groben
Teilchen aus feuerfesten Karbiden, beispielsweise Teilchen aus Wolfram-Karbid, die
mit Kobalt als Bindemetall zusammengesintert sind. Teile des vorgenannten Karbids
sind allgemein als Abfallstoff verfügbar. Bei der Herstellung von Stäben dieser
Art aus Verbundwerkstoff ist es wichtig, daß die groben Teilchen des Ksrbids gegen
Oxidation geschützt werden. Eine bevorzugte Methode zur Herstellung der Verbundstäbe
mit der gewünschten
Qualität muß daher so beschaffen sein, daß
eine Reihe der genannten groben Teilchen aus feuerfestem Karbid in eine V-förmige
Rinne eingelegt werden. Alsdann wird ein geschmolzenes Bindemittelgefüge mittels
einer Gasflamme geschmolzen, indem die Flamme zuerst in einem schnellen Durchgang
über das Material geführt wird, wobei die groben Teilchen mit einer dünnen Schicht
des genannten, verhältnismäßig niedrigschmelzenden Bindemittelgefüges umgeben werden,
so daß sie gegen Hitze und Oxidation geschützt sind. Nach diesem ersten Durchgang
folgt eine schnelle Folge von Durchgängen mit der Gasflamme, wobei sich dann das
Bindegefüge-Metall aufbaut, bis ein Stab aus Verbundmaterial gebildet ist, in dem
die groben Karbidteilchen im wesentlichen gleichmäßig durch das gesamte Bindemittelgefüge
verteilt sind.
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Dieses Verfahren wird weiter unten bei der Durchführung dieser Erfindung
näher beschrieben.
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Wie in den vorgenannten US-PS beschrieben können die entstehenden
Stäbe aus Verbundmaterial grobe Teilchen in Korngrößen bis ca. 3/8" enthalten, wobei
die Karbidmenge höchstens 10 Gev.-% beträgt, während der Anteil der Karbidteilchen
allgemein ca.
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60 bis 75 Gew.-% beträgt und der Anteil an Bindegefüge-Metall 25 bis
40 Gew.-%.
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Große Anteile von Karbiden werden gewöhnlich dann verwendet, wenn
die Methode zur Behandlung von Metallflächen verwendet wird, bei denen schnitt-
oder abriebfeste Oberflächen für Bergwerkseinrichtungen benötigt werden, beispielsweise
Bohrköpfe, Fischerei-Werkzeuge od.dergl. oder bei Einrichtungen zum Bohren (z.B.
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Ölbohrwerkzeuge), Reiben, Erdbewegung, Brennschuhen, Gehäuse-Werkzeugen,
Baggerzähne und dergl.
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Bei der Hartbeschichtung von Metallflächen unter Verwendung von Stäben
aus Verbundwerkstoffen der oben beschriebenen Art, die beispielsweise große Mengen
von gesinterten Wolfram-Karbid-Teilchen enthalten, kann es der Fall sein, daß die
Auflage zu stark in dem Karbid angereichert wird infolge der Tendenz des geschmolzenen
Metallgefüges, von den Auflageflächen wegzufließen. während die Karbidgefüge-Metallverbindung
aufgebracht wird. Eine solche Anreicherung im Karbid kann zù einer ungenügenden
Verankerung der Teilchen auf der Metallfläche führen. Es wäre daher wünschenswert,
einen Stab aus Verbundmaterial zu verwenden, in dem innerhalb seiner Struktur die
Mittel eingebaut sind, durch die das obengenannte Problem gelöst werden kann. Weiterhin
wäre es wünschenswert, einen verbesserten Mehrkompenenten-
Schweiß-
oder Hartlotstab zu verwenden, in dem der Stab gekennzeichnet ist durch Mittel zur
Anwendung einer kompatiblen Metallgefüge-Zusammensetzung mit t oder ohne Metallkarbid,
um die Anwendung der feuerfesten Karbidgefüge-Metallverbindung zu verbessern.
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Somit ist es Aufgabe der Erfindung, einen neuen, verbesserten Schweiß-
oder Hartlotstab für die Hartbeschichtung von Metallflächen zu schaffen.
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Eine weitere 7,ielsetzung liegt 1 eg darin, ein Mehrkomponenten-Metallbeschichtungsmaterial
in Form eines Stabes zu erstellen, der gekennzeichnet ist durch zwei unterschiedliche
Stabteile, die koaxial mit je einem ihrer Enden stumpf zusammengefügt sind, von
denen einer aus einem Verbundwerkstoff besteht, der grobe Teilchen aus feuerfestem
Karbid enthält, die in einem Bindemittelgefüge verteilt sind, während der andere
dieser Stäbe eine kompatible Bindemittelstruktur darstellt. Der Begriff Kompatible
Bindemittelstruktur" bedeutet einen Werkstoff, der im wesentlichen entweder nur
aus einem kompatiblen Bindemittelgefüge oder aus einem Bindemittelgefüge besteht,
das feuerfeste Karbidteilchen in verhältnismäßig feiner Verteilung enthält.
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Allgemein ausgedrückt, bezieht sich also die Erfindung auf ein Mehrkomponenten-Metallbeschichtungsmaterial
in Form eines Stabes, bestehend aus zwei unterschiedlichen Stabteilen, die koaxial
mit einem Ende stumpf miteinander verbunden sind, von denen einer aus einem Verbundwerkstoff
besteht, der im wesentlichen mindestens 10 Gew.-% grobe Teilchen aus feuerfestem
Karbid enthält, die in einem Bindemittelgefüge verteilt sind, während der andere
dieser Stäbe eine kompatible Bindemittelstruktur darstellt, so daß ein Duplex-Schweiß-
oder Hartlotstab entsteht, der zwei Arbeitsenden hat, wobei das eine Ende das andere
Ende während des Auftrags einer harten und abriebfesten Beschichtung auf eine Metallfläche
ergänzt.
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Es ist wichtig, daß der Stabteil mit einer Metallgefügestruktur verträglich
sein muß mit dem Metallgefüge im Stab mit den groben Karbid-Verbundteilchen. In
einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Gefügemetalle an beiden
Enden des Stabes die gleichen. In einer weiteren Ausführungsform braucht das Ende,
das im wesentlichen das Bindemittelgefüge enthält (d.h. entweder mit oder ohne feine
Verteilung des Karbids) nicht das gleiche zu sein, wie das Gefüge-Metall in dem
groben Karbidgefüge-Ende, sofern es kompatibel mit dem Metallgefüge an dem Ende
des Verbundmaterials iSt,
Wenn zum Beispiel die verhältnismäßig
grobenKarbidteilchen aus Wolfram-Karbid bestehen, das mit einem Bindematerial gesintert
ist, z.B. 5 Gew.-% bis zu 20 Gew.-% Kobalt, kann das Metallgefüge, in dem das gesinterte
Karbid verteilt ist, vorzugsweise Nickeisilber sein. Eine bevorzugte Nickelsilber-Verbindung
enthält etwa 9 bis 11 Gew.-% Nickel (dieser Bereich kann auch zwischen 2 und 20
Gew.-% liegen), 40 bis 52 Gew.-% Kupfer (kann auch im Bereich zwischen 40 und 65
Gew.-% liegen) und der Rest besteht im wesentlichen aus Zink (z.B. zwischen 28 und
58 Gew.-%). Es können bis zu 0,25 % P vorhanden sein.
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Ein Gefügemetail, das mit einem Nickelsilbergefüge kompatibel ist,
enthält ungefähr 15% Cr, ungefähr 4% Si, ungefähr 3,5% B und ungefähr 4% Fe und
der Rest ist im wesentlichen Nickel und der Schmelzpunkt liegt zwischen 1 9000 F
und 1 9500F (1 0380C bis 1 0650c). Dieses kompatible Gefügemetall würde nach Aufbringung
der Wolfram-Karbid-Nickelsilber-Auflage verwendet werden.
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Nachdem diese Hartauf lage auf die Oberfläche aufgebracht wurde, kann
das andere Ende des Schweiß- oderHartlotstabes, der im wesentlichen aus dem oben
genannten, auf Nickelbasis kompatiblen
Metallgefüge besteht, als
Arbeitsende verwendet werden, um die Nickellegierung als darüber liegende Beschichtung
aufzubringen, um so eine oberste Schicht mit einer Härte von ca.
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58 - 60 Rockwell C zu erreichen.
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Allgemein ausgedrückt, kann das Gefügemetall ausgewählt werden aus
der Gruppe bestehend aus Legierungen auf Kupfer-, Nickel- und Kobaltbasis mit einem
verhältnismäßig niedrigem Schmelzpunkt im Bereich zwischen 1 600 0F und 2 1000F
(ca.
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8700C bis 1.15o0c).
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Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der zeichnerischen Darstellung
von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Es zeigen Fig. 1 eine perspektivische Darstellung des verbesserten
Mehrkomponenten-Metallbeschichtungs-Materials; Fig. Querschnitte von Teilen der
Stäbe gemäß Fig. 1 mit und 2 - 5 ohne Flußmittelbeschichtung und Fig. Darstellungen
einer Technik zur Herstellung eines er-6 - 8 findungsgemäßen Stabes aus feuerfestem
Karbidmetall mit Bindemittelgefüge.
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Tn Fig. 1 ist ein Mehrkornponenten-Metallbeschichtungs-Material in
Form eines Stabes 10 dargestellt, bestehend aus zwei unterschiedlicben Stabteilen
11, 12, die koaxial bis 13 durch Hartlöten oder eine andere geeignete Methode stumpf
miteinander verbunden sind, von denen der Stabteil 11 eine Verbindung aus gestinterten
Wolfram-Karbid-Teilchen darstellt, die in einem Bindemittelgefüge verteilt sind,
beispielsweise Nickelsilber, und der Stabteil 12 ist in diesem Fall aus dem gleichen
Nickelsilber-GeFüge zusammengesetzt.
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Die Ansicht entlang der Linie 2-2 des Stabteiles 12 in Fig. 1 ist
somit ein Querschnitt des typischen Aufbaues des Metall-Legierungsgefüges 14. Ein
Schnitt 3-3 durch das Gefüge des Stabteils 11 (Fig. 3) zeigt die Verteilung der
Wolfram-Karbid-Teilchen 15 in dem Metallegierungsgefüge.
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Wie bereits weiter oben ausgeführt, kann der gesamte Stab mit Flußmitteln
beschichtet werden oder unbeschichtet bleiben. Solche Beschichtungen 16 sind auf
beiden Teilen des Mehrkomponenten-Metallbeschichtungsmaterials bzw. des Stabes 10
dargestellt.
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Fig. 6 zeigt ein Winkeleisen, das als Form benutzt wird, in die grobe
Teilchen von feuerfestem Karbid 17 entlang der V-Fuge
verteilt
werden (siehe auch Fig. 6a). Mit einer Flammenpistole 18, die mit einem Pulverbehälter
19 ausgerüstet ist, wird das Bindemittelgefüge mit einer Sauersto£f-Acetylen-Flamme
auf die Karbidteilchen aufgesprüht, so daß das Bindemittelgefüge 20 geschmolzen
wird. Die Flammenpistole wird entlang der Form hin und her bewegt, um das Gefügemetall
in geschmolzenem Zustand zu halten, so daß es die Teilchen 15 umgibt, um einen Geftigemittel-Stab
zu bilden. Nachdem die Karbidteilchen mit geschmolzenem Bindemittelgefüge beschichtet
worden sind, ist das Karbid gegen Oxidation geschützt. Mit den nachfolgenden Flammendurch--gängen
wird die Temperatur der Karbidteilchen bei der niedrigsten Temperatur gehalten,
bei der noch erreicht werden kann, daß das geschmolzene Gefügematerial in die Zwischenräume
zwischen den Teilchen eindringen kann. Damit wird erreicht, daß sich Gefügematerial
langsam auf und um die Teilchen in der Form aufbaut, so daß ein Gefügestab entsteht,
wie er dargestellt ist in Fig. 7, in dem die Karbidteilchen im wesentlichen gleichmässig
über das Gesamtgefüge verteilt sind, so wie es sich in der Schnittdarstellung in
Fig. 8 längs Linie 8-8 in Fig. 7 darstellt.
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In der obigen Erläuterung ist das Winkeleisen 17 als die Form angegeben,
die zur Formung des Gefügestabes verwendet wird.
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Selbstverständlich können auch andere Formen geeigneter Größe und
Ausbildung verwendet werden. Die Formen können aus jeglichem geeigneten Material
sein, das hitzebeständig ist. Geeignete Materialien sind Graphit und Keramik sowie
auch das in Fig. 6, Ca dargestellte Winkeleisen. Das Winkeleisen kann an den Enden
durch geeignetes Material geschlossen werden. Die Form kann weiterhin vor der HersteDhng
des Gefügestabes vorgewärmt werden.
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Feuerfeste Karbide, die verwendet werden können, sind Karbide von
Titan, Zirkonium, vanadium, Chrom, Molybdän, Wolfram, Tantalum und Kolumbium. Diese
feuerfesten Karbide können entweder alleine oder in Verbindung mit den anderen Karbidarten
verwendet werden. Es hat sich gezeigt, daß Wolfram-Karbid besonders geeignet ist
als feuerfestes Karbid. Weiterhin hat sich gezeigt, daß gegossene Wolfram-Karbid
eine höhere Abriebs- und Abnutzungsfestigkeit hat als Stäbe, die aus gesintertem
Karbid geformt werden.
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Gesinterte Wolfram-Karbid-Teilchen können 2,5 bis 30 Gew.-« Bindermetall
enthalten, beispielsweise Kobaltbinder und allgemin zwischen 5 und 20 Gew.- % Bindermetall.
Gesintertes Wblfram-Karbid kann bis zu 30 Gew.-% andere der weiter oben genannten
Karbide enthalten.
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Die Teilchengröße der hier verwendbaren feuerfesten Karbide ist unterschiedlich
je nach der letztlich beabsichtigten Verwendung. Teilchengrößen von ca. 60 mesh
(US-Standard) bis ungefähr 3/8" und winkelig mit Bezug auf ihre Form werden vorzugsweise
für Hochleistungsschnitt- und Bohrwerkzeuge verwendet.
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Karbidteilchen im Bereich von 20 bis 40 mesh (US-Standard) werden
für abrieb- und abnutzungsfeste Verarbeitungsfäl]e verwendet.
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Die prozentualen Verhältniszahlen zwischen feuerfesten KarbidT teilchen
und Gefügematerial richtet sich ebenfalls nach den jeweiligen Anforderungen der
Benutzung. Selbstverständlich ist die Abnutzungsfestigkeit umso höher, je höher
der Anteil der Karbidteilchen ist und umso besser sind auch die Leistungen der Schneidwerkzeuge.
Allgemein wird schon bei einem Prozentsatz von 10 Gew.-% Karbidteilchen eine Verbesserung
erzielt. Die obere Grenze der Gewichtsprozentanteile von Karbidteilchen richtet
sich hautpsächlich nur danach, daß ausreichendes Bindemittelgefüge vorhanden ist,
um die Teilchen fest einzubinden.
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Schon 5 Gew.-% Bindemittelgefüge haben sich für manche Anwendungen
als nützlich erwiesen. Zum Beispiel kann die Zusammensetzung zwischen 50 und 80
Gew.-% Karbidteilchen auf 20 bis 50 Gew.-% Bindemittelgefüge enthalten.
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Ein bevorzugtes Zusammensetzungsverhältnis ist ein Gefüge von 60 bis
75 Gew.-% feuerfeste Karbidteilchen und 25 bis 40 Gew.-% Gefügemetall.
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Geeignete Bindemittelgefüge sind auf diesem Fachgebiet bekannt, und
allgemein haben sich Bindemittelgefüge mit einem vorherrschenden Anteil an Nickel,
Eisen, Kupfer oder Kobalt, gekennzeichnet als Legierungen auf Nickel-, Eisen-, Kobalt-
oder Kupferbasis als besonders vorteilhaft erwiesen.
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Die Zusammensetzungen solcher Legierungen werden ausgewählt mit dem
Ziel, einen Schmelzpunkt zu erreichen, der innerhalb des Bereiches von ca. 1 6000F
bis 2 1000F (ca. 8700C bis 1 1 500 c) liegt. Kupfer-Nickel-Legierungen werden verwendet
für Beschichtungen verschiedener Grundmetalle. Nickel-Silber-Legierungen und andere
Legierungen auf Messing-Basis werden ebenfalls verwendet. Bindemittelgefüge, die
einen verhältniss mäßig hohen Zinkgehalt aufweisen, unterliegen der Dampfbildung
und Verdunstung, wenn sie erwärmt werden und diese Werkstoffe stellen somit eine
Gesundheitsgefährdung dar.
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Ein Bindemittelgeftige, das hauptsächlich ein Metall aus der Eisen-Kobalt-Nickel-Gruppe
enthält, hat sich in vorliegendem Fall als vorteilhaft erwiesen. Ein geeignetes
Beispiel dieser Art von Grundlegierung ist in der Nachfolgenden Tabelle dargestellt.
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Bindemittelgefüge auf Nickel-Basis Bestandteile Gewichtsprozent- Beispiel
bereiche Silizium 1.5 - 5.0 3.0 Boron 1.5 - 5.0 2.0 Chrom O - 20 1.0 Molybdän o-
7 0.2 Nickel (1) (1) 1) im wesentlichen der Rest In der obengenannten Legierung
kann das Nickel auch durch Kobalt oder Eisen ersetzt werden. Weiterhin kann eine
Legierung dieser Art als Bindemittelgefüge aufgebaut sein plus bis 80 Gew.-% Wolfram-Karbidteilchen
in feiner Teilchengröße im Bereich von ca. 60 bis 1 200 micron, um zu einer extrem
hohen Abriebfestigkeit des Gefüges zu führen und somit die größeren
gesinterten
Karbidteilchen im Gefüge zu festigen. Der Begriff Mtallgefüge-Struktur umfaßt die
obengenannte Ausführung der Metallgefüge-Mischungen. Das folgende Bindemittelgefüge
hat sich ebenfalls in den dargestellten Zusammesetzungen als vorteilhaft erwiesen.
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Bindemittelgefüge auf Kobalt-Basis nestandteile Gewichtsprozent- Beispiel
bereich Nickel 1.0 - 5.0 3.0 Chrom 26.10-32.0 28.0 Silizium 0,5 - 3.0 1.0 Boron
1.0 - 3.0 2.0 Kohlenstoff 0.8 - 2.0 1.0 Wolfram 3.5 - 7.5 4.5 Molybdän 0.0 - 0.5
3.5 Kobalt (1) 57.5 1) im wesentlichen der Rest Auch in diesem Fall kann das Nickel
oder das Eisen in der obigen Zusammensetzung durch eine gleiche Menge Kobalt ersetzt
werden. Die Eisenlegierung ist härter und widerstandsfähiger als die anderen Legierungen,
aber sie unterliegt in stärkerem Maße der Korrosion und Oxidation während des Vorganges
des
Aufbringens Ein Bindemittelgefüge auf Kupfer-Basis, das kein
Zink enthält und das bevorzugt verwendet wird, hat sich als vorteilhaft erwiesen,
wenn es Bestandteile in den nachstehend genannten Gewichtsprozenten enthält: Legierung
auf Kupferbasis Bestandteile Allgemeiner Bereich Zwischenbereich Nickel 15.0 - 40.0
20.0 - 25.0 Silizium 1.0 - 5.0 3.0 - 4.0 Boron 0.15 - 2.50 0.25- 0.5 Mangan 0.20
- 2.0 0.5 - 1.0 Kupfer (1) (1) 1) im wesentlichen der Rest Als ein Beispiel für
ein Bindemittelgefüge innerhalb der obigen Bereiche kann erwähnt werden: Bestandteile
Gewichtsprozent Nickel 23.00 Silizium 3.45 Boron 0.47 Mangan 0.75 Kupfer (1) 1)
im vesentlichen der Rest
Wie bereits weiter oben ausgeführt, ist
Nickel-Silber besonders vorteilhaft als Bindemittelgefüge und kann in weiten Bereichen
gewichtsmäßig zusammengesetzt sein aus ca. 2 bis 20 V# Nickel, 28 bis 58% Zink,
0.01 bis 1.0% Solizium, 0.0 bis 1.0 ot Silber und der Rest im wesentlichen Kupfer
(beispieasweise ca. 40 bis 65%).
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Die oben geschilderten Legierungen auf Eisenbasis, Kobaltbasis, Kupfer-
und Nickelbasis sind besonders vorteilhaft, da sie bei verhältnismäßig niedrigen
Temperaturen schmelzen.
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Bei Verwendung dieser niedrig schmelzenden Bindemittelgefüge ist daher
die zum erstmaligen Schmelzen der Legierungen verwendete Wärme gering, und die einzelnen
Teilchen werden keiner extrem hohen Wärme ausgesetzt. Die verwendeten niedrigen
Anfangstemperaturen zusammen mit der Beschichtungs und Schut# wirkung nachfolgender
Durchgänge mit der Flammenpistole sowie die mühelose Wårmeverteilung geben eine
besonders wirksame Methode zur Verhütung von Oxidation, Rißbildung und Auflösung-Darüber
hinaus binden diese Zusammensetzungen die Karbidteilr chen fest in den Grundwerkstoff
ein. Wenn der Gefügestab letztlich:als Auflage zur Verwendung kommt, ergibt sich
eine harte, stoßfeste Oberfläche und die Teilchen werden fest an ihrem Platz verankert.
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Wie weiter oben angegeben, liegt der Vorteil der Verwendung eines
Duplex-Stabes mit zwei Arbeitsenden, eines zur Aufbringung von BindemitteRgeftige
allein und das andere zur Aufbringung von Verbundwerkstoff, darin, daß das eine
Heftige das andere bei der Herstellung der gewünschten endgültigen Beschichtung
ergänzen kann.
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Wenn z B. der Karbidanteil in der ursprunglichen Auflage bei. Verwendung
des Verbundendes des Gefugestabes zu hoch ist, genagt es, den Stab einfach urnzudrehen
und das Metallgefüge zu verwenden als Auflage über der ursprtinglichen Auflage mit
dem überschüssigen Karbidanteil, so daß dessen Anteil weiter verringert wird. Tn
dici sem Fall hat das Metallgefüge-Ende des Stabes allgemein im wesentlichen die
gleiche Zusammensetzung ~wie das Metallgefüge in dem Verbundende des Stabes.
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Falls jedoch ein Bindemittelgefüge an dem Metallgefügeende des Stabes
verwendet werden soll, das unterschiedlich von dem Bindemittelgefüge des Verbundstabes
aber mit diesem kompatibel ist, um die aufgebrachte Hartbeschichtung (die Bindemittelgefügeschicht)
mit einer harten darüberliegenden Metallschicht abzudecken, kann dies dadurch erreicht
werden, daß der Stab einfach umgedreht wird, so daß das Bindemittelgefüge als Schweiß-
oder Hartlotstab verwendet
wird, um die erhärtete Hartschichtauflage
wie weiter oben beschrieben abzudecken.
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In einem anderen Beispiel wird der DtWlex-Stab verwendet für eine
Metallbeschichtung, bei der das Grundmetall leicht verschmutzt ist. In diesem Falle
wird ein mit Flußmittel beschichteter Stab verwendet, wobei zuerst das Bindemittelgefügeende
angewendet wird, um eine saubere Bindemittelgefügebeschichtung auf dem Grundmetall
aufzubringen, und danach wird die harte Oberschicht mit dem Verbundende des Stabes
aufgebracht. Die verwendete Flußmittelbeschichtung kann aus allen verfügbaren Flußmitteln
bestehen, die normalerweise zum Schweißen und/oder Hartlöten verwendet werden. Die
bevorzugten Flußmittel sind die Flußmittel auf Borat-Basis, aus der Gruppe, die
aus den Boraten auf Basis Alkalimetalle, Natrium, Potassium und Lithium sowie auf
den alkalischen Erdmetallen Kalzium, Strontium, Barium und dergl. aufgebaut sind.
Solche Flußmittel sind in den Fachkreisen gut bekannt.
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Eine Veranschaulichung der Erfindung ist in folgenden Beispielen gegeben.
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Beispiel 1: Eine Stabilisiervorrichtung für (Jlbohrlöcher (eine abriebfeste
Hülse), die einen Teil der Bohrgestängerohre in ulbohreinrichtungen bildet, wird
an der Außenfläche dadurch abriebfest gemacht, daß mehrere Beschichtungsstreifen
entlang der Länge der Hülse aufgebracht werden, beispielsweise in Abständen von
1200, so daß drei Beschichtungsstreifen entstehen, die eine hohe Festigkeit gegen
Abrieb und eine hohe Druckfestigkeit aufweisen.
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Die Hülse besteht aus hochfestem niedriglegiertem Stahl (Type 4140).
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Ein Mehrkomponenten-Metallbeschichtungsmaterial der beschriebenen
Art wird verwendet in Form eines Duplex-Stabes, wobei der eine Stabteil aus einem
Verbundmaterial gebildet ist, das ca. 50 Gew.% gesintertem fragmentiertem Wolfram-Karbid
in der Größe von ca.
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-1/8" bis +1/16" enthält, das in einem Nindemittelgefüge aus einer
Legierung auf Nickelbasis verteilt ist, das 0,7 % C, 15 % Cr, 4 % Si, 3,2 % B, 4
% Fe enthält, während dee Rest im wesentlichen aus Nickel besteht.
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Der zweite Stabteil besteht aus dem obengenannten Bindemittelgefüge
(0,7 % C, 15 % Cr, 4 % Si, 3,2 % B, 4 % Fe und der Rest besteht im wesentlichen
aus Nickel). -
Diese beiden Stäbe sind koaxial stumpf mit Hartlötung
miteinander verbunden, und der zweite Stabteil des genannten Bindemittelgefüges
ist mit einem Flußmittel beschichtet.
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Bei der Herstellung der abriebfesten Streifen auf der Stahihülse wird
zuerst das Bindemittelgefügeende des genannten Duplex-Stabes (zweiter Stabteil)
als Vorbenetzungs- und Reinigungslegierung auf den Streifenflächen aufgebracht,
um eine benetzbare kompatible vorbeschichtete Oberfläche herzustellen, auf die dann
das Verbundmaterial in Verbindung mit dem Untergrund aufgebracht werden kann, wobei
das Vorbenetzungs-Bindemittelgefüge bei einer Temperatur von 1 9000F (1 038°C) aufgebracht
wird. Im Anschluß an die -Aufbringung der Metallgefügeschicht wird dann das andere
Ende des Duplex-Stabes, das Bindemittelgefügeende, benutzt, um eine Oberschicht
des Bindemittelgefüges mit den grobkörnigen fragmentierten Wblfram-Karbidteilchen
bei ca. 1 9000F aufzubringen. Hierbei wird eine starke Einbindung in den Untergrund
erzielt, und der gebildete Stabilisator für die Ölbohrung zeichnet sich durch eine
merklich verbesserte Widerstandsfähigkeit gegen Abrieb während der Bohrung aus.
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Das Erstbeschichtungsmetall mit den relativ hohen Gehalten an Boron
und Silizium ergibt eine gute Benetzung und Reinigung der niedriglegierten Stahlgrundfläche
(Type 4140).
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Beispiel 2: Ein Hohlkern-Bohrkopf (Stahltyp 4140) mit gezackter Zahnstruktur
auf des Umfang seiner Stirnfläche wird in ähnlicher Weise mit einer Hartbeschichtung
wie folgt versehen.
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Ein Mehrkomponenten-Metallbeschichtungsmaterial wird verwendet in
Form eines Duplex-Stabes, wobei der eine Stabteil aus einem Verbundmaterial gebildet
ist, das ca. 60 Gew.% gesintertem fragmentiertem Kohlenstoff-Karbid in der Größe
von -3/16" und + 1/8" enthält, das in einem Bindemittelgefüge aus einer Legierung
von 48 % Cu, 10.5 % Ni, 0.1 % Si, 0.05 % P, 0.3 % Ag besteht, während der Rest im
wesentlichen aus Zink besteht.
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Der zweite Stabteil besteht aus dem glichen Metallgefüge, d.h.
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er enthält 48 % Cu, 10.5 % Ni, 0.1 % Si, 0.05 % P, 0.3 % Ag und undder
Rest besteht im wesentlichen aus Zink/dieser Stabteil
ist durch
Hartlötung koaxial stumpf mit dem Stabteil aus Bindemittelgefüge verbunden.
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Zuerst wird zur Beschichtung des gezackten Stirnendes das Metallgefügeende
des Stabes (der zweite Stabteil) auf die freiliegende Fläche der Zähne als Vorbenetzungs-
und Reinigungsschicht aufgebracht, um einen kompatiblen Untergrund zur Aufbringung
des Bindemittelgefügeendes des hartgelöteten Stabes zu ermöglichen, wobei der Bindemittelgefügeteil
des Stabes mit einem Flußmittel beschichtet ist entsprechend den bekannten Flußmitel-Verfahren.
Das Vorbenutzungs- und Reinigungsmittel wird mit einer Temperatur von ca. 1 750
bis 1 8000F (955 bis 9820C) aufgebracht. Nach Aufbringung der Bindemittelgefügeschicht
wird dann das andere Ende des Duplex-Stabes, das Metallgefügeende, angewendet, um
eine Oberschicht aus Bindemittelgefüge aufzubringen, das die grobkörnigen gesinterten
Wolfram-Karbid-Fragmente enthält, wobei die Anwendungstemperatur zwischen 1 7500F
und 1 8000F liegt. Die Karbid-Verbundschicht bindet sich fest in die gezackten Zähne
ein und ergibt eine gute Abriebfestigkeit bei den Bohrarbeiten.
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Beispiel 3: Eine Stahihülse (z.B. niedriglegfrter Stahl 4140) zur
Veruendung als ein Bohrlochöffnungsgerät für die Verwendung auf Ölfeldern wird mit
vier Streifenbeschichtungen versehen, die in Längsrichtung entlang der Außenfläche
der Hülse in radialer Anordnung im Abstand von ca. 900 zueinander angeordnet werden.
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Das Mehrkomponenten-Metallbeschichtungsmaterial besteht aus einem
Duplex-Stab, wobei der erste Stabteil aus einem Bindemittelgefüge besteht, das 65
Gew.-% grobe Fragmente eines gesinterten Wolfram-Karbidmaterials von ca. -3/8 bis
+ 1/4" Korngröße enthält, das wie folgt in dem Bindemittelgefüge verteilt ist: 48
% Cu, 10.5 Ni, 0.1 % Si, 0.05 P, 0.3 % Ag und der Test ist im wesentlichen Zink.
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Der zweite Stabteil besteht aus 60 Gev.-,' feinen Wolfram-Karbidteilchen
(WC/W2C), die durch Hinzufügung von Wolfram zu dem geschmolzenen Eisen hergestellt
werden, das 4.2 % C enthält, so daß das genannte Wc/W2c nach dem Gießen an Ort und
Stelle entsth t. Das gegossene Karbidmaterial wird auf eine Korngröße von 60 bis
1 200 Mikron gemahlen, und das gegossene Karbid wird mit einem kompatiblen Metallgefüge
kombiniert, und zwar in einem Verhältnis, daß 60 Gew.-% des Karbids in dem Metallgefüge
verteilt sind, das 6 % Cr, 2.5 70 B, 0.1 % C, 3 % Si, 3,5 Fe und der Rest im wesentlichen
Nickel enthält.
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Das Karbid im Gefüge hat eine große Korngröße im obengenannten Bereich
von ca. 60 bis 1 200 micron.
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Bei der Herstellung der abriebfesten Streifen auf der Oberfläche des
Bohrlochöffnergerätes (der StahlhAlse) wird der erste Stabteil mit den groben Karbidteilchen,
die in dem Metallgefüge, die in dem Metallgefüge auf Kupfer-Basis verteilt sind,
verwendet, um die Hülsen-Komponente mit vier Steifen
des genannten
Verbundmaterials zu beschichten, die radial im Abstand von 900 um die Außenfläche
der genannten Hülse angeordnet werden. Diese Schicht wird bei einer Temperatur von
ca.
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1 750 bis 1 8000F (955 bis 9820C) aufgebracht.
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Nach Aufbringung der oben beschriebenen Grundschicht wird das andere
Ende des Duplex-Stabes benutzt, um die Legierung auf Nickel-Basis mit dem feinkörnigen
darin verteilten Karbid als dünne Schicht bei einer Temperatur von 1 9500F (1 0660C)
auf die zuerst aufgebrachte Schicht mit den groben Karbidteilchen aufzubringen.
Die dünne Schicht bindet sich fest in die Grundschicht ein und ergibt eine doppelschichtige
Lage mit verbesserter Widerstandfähigkeit gegen Abrieb auf dem genannten Bohrlochöffnungsgerät.
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Obwohl der vorliegende Sachvah-alt im Zusammenhang mit bevorzugten
Verwirklichungen beschrieben worden ist, ist er so zu verstehen, daß Modifizierungen
und Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Sinn und von der Bedeutung abzuweichen,
wie es Fachkundige auf diesem Gebiet ohne weiteres erkennen werden. Solche Modifizierungen
und Veränderungen müssen als innerhalb des Sinngehaltes und Umfanges der Erfindung
und der zugehörigen Ansprüche erachtet werden.