DE2634005A1

DE2634005A1 - Mehrkomponenten-metallbeschichtungsmaterial in form eines stabes

Info

Publication number: DE2634005A1
Application number: DE19762634005
Authority: DE
Inventors: Joseph F Quaas
Original assignee: Eutectic Corp
Current assignee: Eutectic Corp
Priority date: 1976-07-29
Filing date: 1976-07-29
Publication date: 1978-02-02
Also published as: DE2634005C2

Description

Mehrkomponenten-Metallb eschichtungs
material in Form eines Stabes Die Erfindung betrifft ein Mehrkomponenten-Metallbeschichtungs material in Form eines Stabes.
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.
Dieses Verfahren wird weiter unten bei der Durchführung dieser Erfindung näher beschrieben.
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.
60 bis 75 Gew.-% beträgt und der Anteil an Bindegefüge-Metall 25 bis 40 Gew.-%.
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.
Ölbohrwerkzeuge), Reiben, Erdbewegung, Brennschuhen, Gehäuse-Werkzeugen, Baggerzähne und dergl.
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.
Somit ist es Aufgabe der Erfindung, einen neuen, verbesserten Schweiß- oder Hartlotstab für die Hartbeschichtung von Metallflächen zu schaffen.
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.
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.
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.
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.
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.
58 - 60 Rockwell C zu erreichen.
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.
8700C bis 1.15o0c).
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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.
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.
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.
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.
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.
In der obigen Erläuterung ist das Winkeleisen 17 als die Form angegeben, die zur Formung des Gefügestabes verwendet wird.
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.
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.
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.
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.
Karbidteilchen im Bereich von 20 bis 40 mesh (US-Standard) werden für abrieb- und abnutzungsfeste Verarbeitungsfäl]e verwendet.
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.
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.
Ein bevorzugtes Zusammensetzungsverhältnis ist ein Gefüge von 60 bis 75 Gew.-% feuerfeste Karbidteilchen und 25 bis 40 Gew.-% Gefügemetall.
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.
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.
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.
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.
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%).
Die oben geschilderten Legierungen auf Eisenbasis, Kobaltbasis, Kupfer- und Nickelbasis sind besonders vorteilhaft, da sie bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen schmelzen.
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.
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.
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.
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.
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.
Eine Veranschaulichung der Erfindung ist in folgenden Beispielen gegeben.
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.
Die Hülse besteht aus hochfestem niedriglegiertem Stahl (Type 4140).
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.
-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.
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.
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.
Das Erstbeschichtungsmetall mit den relativ hohen Gehalten an Boron und Silizium ergibt eine gute Benetzung und Reinigung der niedriglegierten Stahlgrundfläche (Type 4140).
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.
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.
Der zweite Stabteil besteht aus dem glichen Metallgefüge, d.h.
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.
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.
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.
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.
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.
Das Karbid im Gefüge hat eine große Korngröße im obengenannten Bereich von ca. 60 bis 1 200 micron.
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.
1 750 bis 1 8000F (955 bis 9820C) aufgebracht.
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.
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.

Claims

Patentansprüche: 1. Mehrkomponenten-Metallbeschichtungsmaterial in Form eines ½.

Stabes, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h zwei unterschiedliche Stabteile (11,12), die koaxial mit je einem Ende stumpf miteinander zu einem Stab (10) verbunden sind, von dem ein Ende aus einem Verbundwerkstoff besteht, der im wesentlichen mindestens 10 Gew.-% grobe Teilchen aus feuerfestem Karbid enthält, und zwar in der Korngröße von ca. 60 mesh bis 3/8", die im wesentlichen gleichmäßig in atem unfiAgemetall verteilt sind, während das andere Ende des Stabes (#0) eine kompatible Bindemittelstruktur darstellt, die mit der Gefügemetallstruktur kompatibel ist, und zwar so, daß ein Schweiß- oder Hartlot-Stab entsteht, der zwei Arbeitsenden hat, wobei das eine Ende das andere Ende während des Auftrags einer harten und abriebfesten Beschichtung auf eine Metallfläche ergänzt.
2. Material nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß das Metallgefüge in dem Bindemittelgefügeende des Stabes (io) und in dem Metallgefügeende des Stabes einen Schmelzpunkt hat, der zwischen 1 6000F und 2 100 F (8700C bis 1 1500C) liegt.
3. Material nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß das Metallgefüge ausgewählt ist aus der Gruppe von Legierungen auf der Grundlage von Eisen, Kobalt, Nickel und Kupfer.
4. Material nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Stabteil, der die genannte kompatible Metallgefügestruktur enthält, sich von dem Metallgefüge in dem Bindemittelgefügeende des Stabes unterteilt.
5. Material nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß das grobe, feuerfeste Karbid in dem Bindemittelgefügeende eine Korngröße von ca. 60 mesh bis 3/8" aufweist.
6. Material nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die genannte kompatible Metallgefügestruktur fein verteilte feuerfeste Karbidteilchen enthält, die eine Korngröße von ca. 60 bis 1 200 micron aufweisen.
7. Material nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß das Metallgefüge in den beiden Stabteilen aus Nickel-Silber besteht.
8. Material nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß das Nickel-Silber-Legierungsgefüge ca. 2,0 % bis 20,0 % Ni, 28,0 % bis 58,0 % Zn und als Rest im wesentlichen Kupfer enthält.
9. Mehrkompönenten-Metallbeschichtungsmaterial in Form eines Stabes, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h zwei unterschiedliche Stabteile (11,12), die koaxial mit je einem Ende stumpf miteinander zu einem Stab (10) verbunden sind, von dem ein Ende aus einem Verbundwerkstoff besteht, der im wesentlichen mindestens 10 Gew.-V# grobe Teilchen aus feuerfestem Karbid enthält, und zwar in der Korngröße von ca.

60 mesh bis 3/8",die im wesentlichen gleichmäßig in einem Gefügemetall verteilt sind, während das andere Ende des Stabes (10) eine kompatible Bindemittelstruktur darstellt, ausgewählt aus der Gruppe der Legierungen auf Eisen-, Nickel-, Kobalt- und Kupferbasis mit Schmelzpunkten im Bereich von 1 6000F bis 2 1000F (8700C bis 1 1500C), und zwar derart, daß ein Schweiß- oder Hartlot-Stab entsteht, der zwei Arbeitsenden hat, wobei das eine Ende das andere Ende während des Auftrags einer harten und abriebfesten Beschichtung auf eine Metallfläche ergänzt.
10. Material nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Stabteil, der die genannte kompatible Metallgefügestruktur enthält, sich vom Metallgefüge in dem Bindemittelgefügeende des Stabes unterscheidet.
11. Material nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die genannte kompatible Metallgefügestruktur fein verteilte feuerfeste Karbidteilchen enthält, die eine Korngröße von ca. 60 bis 1 200 micron aufweisen.
12. Material nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß das Metallgefüqe auf Nickel-Basis ca. 1,5 bis 5 % Si, ca. 1,5 bis 5 % B, bis zu 20 % Cr, bis zu 7 % Mo und den Rest im wesentlichen Nickel enthält.
13. Material nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß das Metallgefüge auf Kobalt-Basis ca. 1 bis 5 Ni, ca. 26 bis 32 Cr, ca. 0,5 bis 3 % Si, ca. 1 bis 3 % B, ca. 3.5 bis 7.5 % W, ca. 0.5 % Mo und den Rest im wesentlichen Kobalt enthält.
14. Material nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß das Metallgefüge auf Kupfer-Basis ca. 15 bis 40 % Ni, ca. 1 bis 5 % Si, ca. 0.15 bis 2.5 %B, 0.2 bis 2 % Mn und den Rest im wesentlichen Kupfer enthält.
15. Material nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß das Metallgefüge auf Kupfer-Basis eine Nickel-Silber-Legierung ist, die ca. 2.0 bis 20.0% Ni, 28.0 bis 58.0 % Zn und den Rest im wesentlichen Kupfer enthält.