DE2646554C3

DE2646554C3 - Pulver Schweißverfahren zum Beschichten von metallischen Werkstoffen

Info

Publication number: DE2646554C3
Application number: DE2646554A
Authority: DE
Inventors: Erwin 7801 Schallstadt Huehne
Original assignee: Castolin Sa Lausanne (schweiz)
Current assignee: Castolin Sa Lausanne (schweiz)
Priority date: 1976-10-15
Filing date: 1976-10-15
Publication date: 1980-01-10
Also published as: DE2646554A1; DE2646554B2

Description

Dis Erfindung betrifft ein Pulver-Schweißverfahren zum Beschichten von metallischen Werkstoffen, insbesondere von Legierungen auf Eisenbasis, wobei selbstfließende Metallpulverlegierungen mittels eines Fördergases zum Brenn- bzw. Auftragsbereich gefördert werden und das Pulver auf die Auftragsfläche aufgesprüht und ohne Anschmelzung der Auftragsfläche mit dieser verbunden wird.

Ein solches Verfahren zum Beschichten von metallischen Werkstoffen mit Metallpulver ist allgemein bekannt, wobei als Fördergas Sauerstoff, Brenngas oder ein Sauerstoff-Brenngasgemisch benutzt wird. Bei dieser allgemein als Pulverschweißverfahren bezeichneten Methode werden für die Auftragsschweißung die selbstfließenden Metallpulver bei Temperaturen von ca. 11-1200⁰C bei Nichtanschmelzung der metallisch sauber vorbereiteten und zu beschichtenden Unterlage aufgetragen, wobei die Betriebsmittelkomponenten (Pulver, Brenngas und Oxidationsgas) in einer sogenannten Innenmischung gemischt werden und den Bremierkopf aus einer zentralen Bohrung verlassen.

Beim sogenannten Spritzschweißen, bei dem sowohl Innen- als auch Außenmischung, letzere bevorzugt, erfolgen kann, wird zweistufig gearbeitet, wobei nach dem Aufsprühen des selbstfließenden Pulvers die aufgetragene Schicht ohne weitere Pulverzufuhr unter Anschmelzung der Unterlage eingesintert bzw. eingeschmolzen wird.

Schließlich ist noch das sogenannte thermische Flammspritzen bekannt, bei dem mit exotherm reagierenden Pulvern gearbeitet wird, die keiner nachträglichen Einschmelzung bedürfen, da sich die mit den verschiedensten Fördergasen geförderten Pulverpartikel, die nach Innen- und Außenmischung mit den Betriebsgasen zur Flamme gelangen, selbst partiell mit der Unterlage verschweißen.

Angeknüpft wird im vorliegenden Fall an das einleitend genannte Pulver-Schv/eißverfahren, bei dem die Auftragsschichten noch hinsichtlich der Oberflächenglätte und der Härte zu wünschen übrig lassen.
Wenn das ausströmende Brenngas-Sauerstoffgemisch gezündet ist, muß das Pulver zwangsläufig durch das sehr heiße Zentrum der Flamme austreten und wird dabei erhitzt und beschleunigt Die Atmosphäre der Sekundärflamme ist oxidierend, so daß die hocherhitz-

ni ten Pulverpartikel mit Sauerstoff reagieren. Es kommt hierbei zu Abbrand von Legierungskomponenten, wie Bor, Silicium u.a. Die hoch erhitzten, schmelzplastischen Pulverpartikel haften auf der Oberfläche des metallischen Grundwerkstoffes, werden dort anlegiert,

>"■ ohne den Grundwerkstoff selbst anzuschmelzen. Bei diesem sogenannten Pulverschweißprozeß kommt es beim Verarbeiten von beispielsweise hochwSframkarbidhaltigen Pulvern zum Oxidieren der Partikeloberflächen, so daß ein einwandfreies Benetzen bzw. Anlegieren der Matrix an diesen Partikeln und am Grundwerkstoff nur bedingt eintritt Durch Abbrand von Chrom, Nickel, Bor, Silicium und Eisen bzw. Abbrand an Legierungskomponenten an Kobaltbasislegierungen wird selbstverständlich auch die Härte des

ü Binders negativ beeinflußt Bei Anwendung dieser bekannten Pulverschweißtechnologie kommt es außerdem zu relativ großen Pulverspritzverlusten und zu einem ungünstigen Wirkungsgrad.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese

w Nachteile zu beheben, d. h. es soll das eingangs genannte Pulverschweißverfahren dahingehend verbessert werden, daß sich bei geringen Spritzverlusten eine wesentlich glattere Oberfläche mit größerer Härte ergibt.

'j Diese Aufgabe ist mit einem Verfahren der eingangs genannten Art nach der Erfindung dadurch gelöst, daß das Fördergas mit dem Pulver separat in Bezug auf den Brenrigasstrom in den Brenn- bzw. Auftragsbereich der autogenen Brennerflamme eingeführt wird, wobei als Fördergas solches Gas zugeführt wird, das den freien Sauerstoffanteil in der Sekundärflamme mindestens nicht oder nicht wesentlich erhöht. Unter der Maßgabe »mindestens« ist hierbei zu verstehen, daß ggf. auch solche Gase verwendet werden können, die den freien

·»'> Sauerstoffanteil in der Flamme sogar noch reduzieren.

Nach der US-PS 27 94 677 ist es zwar bekannt, als Fördergas für pulverförmige Stoffe komprimierte Luft oder Inertgase, wie Stickstoff und Kohlendioxid zu verwenden. Hierbei handelt es siel; aber um ein

^r'<> Verfahren zum thermischen Spritzen, wobei relativ gro?e Abstände zwischen Auftragsfläche und der Mündung des Spritzbrenners einzuhalten sind und die hocherhitzten Pulverteilchen auf die relativ kalte Werkstücksoberfläche aufgesprüht werden, was zu

'<*· einer Teilchenhaftung führt, die im Gegensatz zum Pulverschweißen weitgehend nur physikalischer Natur ist. Beim Pulverschweißen muß demgegenüber das auf den zu beschichtenden Grundwerkstoff aufgebrachte Pulver gleichzeitig an- und eingeschmolzen werden, um

M) es metallurgisch an den Grundwerkstoff zu binden. Hierzu sind sehr hohe Oberflächentemperaturen des Grundwerkstoffes erforderlich, weshalb dabei mit einem hoch energetischen System Azetylen/Sauerstoff gearbeitet wird, und aus diesem Grund hat man es auch

hi bisher sorgfältig vermieden, mit Trägergasen für die Pulverförderung zu arbeiten, die zu einer Verdünnung der Wärmekonzentration führen könnten.

Im Gegensatz zum bisherigen Pulverschweißverfah-

ren, bei dem nur mit »Innenmischung« gearbeitet wurde, erfolgt also nach der Erfindung die Zusammenführung einerseits des pulverbeladenen Fördergasstromes und andererseits des Brenngasgemisches vor dem Brennkopf in der Flamme mit der weiteren Maßgabe, daß als Fördergas ein den freien Sauerstoffanteil in der Flamme nicht oder nicht wesentlich erhöhendes Gas benutzt wird. Neben reinen Edelgasen, aber auch Stickstoff, hat sich überraschenderweise CO₂ als besonders vorteilhaft erwiesen, ganz abgesehen davon, daß es sich dabei um eine kostengünstige Betriebsmittelkomponente handelt. Vorzugsweise und vorteilhaft wird bei dieser Verfahrensweise das Fördergas mit dem Pulver in an sich bekannter Weise zentral von innen in die autogene Flamme eingefördert. Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielbaren oxidarmen Auftragsschichlen

zeigen eine geradezu verblüffende, nahezu glasartige Oberflächenglätte, wobei, wie Messungen ergeben haben, die Rauhigkeiten nur noch in der Größenordnung von 5 μηη liegen. Die Spritzverluste des Pulvers sind um ca. 30% reduziert und die Härte der erzielbaren Schichten ist etwa um 5—10% erhöht Dieses überraschende Ergebnis wurde bspw. beim automatischen Beschichten von Siebdekanterschnecken aus Werkstoff 4571 erzielt, wobei 5—20 l/min CO₂ beim Auftragen einer Metallpulverlegierung auf Nickelbasis verwendet wurden, die handelsüblich mit Cr, B und Si legiert ist.

Eine besondere Gestaltung des Pulverauftragsgerätes ist dabei nicht erforderlich, d. h. es können handelsübliche Brenner benutzt werden, die einen zentralen Fördergas-Pulverkanal haben.

Claims

Patentansprüche:

1. Pulver-Schweißverfahren zum Beschichten von metallischen Werkstoffen, insbesondere von Legierungen auf Eisenbasis, wobei selbstfließende Metallpulverlegierungen mittels eines Fördergases zum Brenn- bzw. Auftragsbereich gefördert werden und das Pulver auf die Auftragsfläche aufgesprüht wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Fördergas mit dem Pulver separat in Bezug auf den Brenngasstrom in den Brenn- bzw. Auftragsbereich der autogenen Brennerflamme eingeführt wird, wobei als Fördergas solches Gas zugefördert wird, das den freien Sauerstoffanteil in der Sekundärflamme mindestens nicht oder nicht wesentlich erhöht

2. Verfahren nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß das Fördergas mit dem Pulver in an sich bekannter Weise zentral von innen in die autogene Flamme eingefördert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Fördergas CO2 zugeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Fördergas ein Inertgas, wie Argon zugeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Fördergas Stickstoff zugeführt wird.