DE2731380A1

DE2731380A1 - Metallhaltiges flammspritzmaterial

Info

Publication number: DE2731380A1
Application number: DE19772731380
Authority: DE
Inventors: Mahesh S Patel
Original assignee: Eutectic Corp
Current assignee: Eutectic Corp
Priority date: 1976-07-19
Filing date: 1977-07-12
Publication date: 1978-01-26
Also published as: FR2359214B3; ATA501777A; US4039318A; BE854290A; CH621823A5; BR7703920A; JPS5311838A; US4118527A; AT357839B; GB1559942A; FR2359214A1; CA1076394A

Description

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Eutectic Corporation 7. Juli 1977

4θ - 40 172 nd Street 12 948 Wo/Pi.

Flushing, New York 11358

Metallhaltiges Flammspritzmaterial

Die Erfindung betrifft ein metallhaltiges Flammspritzmaterial, bestehend aus einer Mehrkomponentenmischung.

Es ist bekannt, metallische Unterlagen mit Flammspritzmaterial zu beschichten, das die Eigenschaft hat, diese Unterlagen, wie eisenmetallhaltige Unterlage, einschließlich Stahl und dergleichen, zu schützen und dadurch verbesserte Eigenschaften hinsichtlich beispielsweise Korrosionswiderstand und/oder Oxidationsfestigkeit und/oder Verschleißfestigkeit und dergleichen zu erzielen. Das aufzutragende Metall kann in Form eines Drahtes oder in Form von Pulver vorliegen, wobei jedoch der Pulverauftrag eine bevorzugte Arbeitsweise darstellt.

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ORIGINAL INSPECTED

Um eine Metallunterlage mit einem anhaftenden Überzug zu erhalten, ist es gängige Praxis, die Unterlage vor der Beschichtung zunächst zu reinigen, mit Stahlschrot abzustrahlen oder die Oberfläche abzudrehen, sofern sie zylindrisch ist.

Nach der US-PS 3 322 515 ist ein Verfahren zur Beschichtung einer metallischen Unterlage bekannt, wobei man zunächst die Unterlage reinigt und durch Flammspritzen eines Flammspritzpulvers eine Bindeschicht aufbringt, welches Pulver,elementares Nickel und Aluminium in Kombination zur Bildung einer Zusammensetzung enthält. Dieses Pulver ergibt eine Basisschicht, durch die aufgetragene Deckschichten aus anderen Metallen und Legierungen beträchtlicher Dicke festhaftend auf der Unterlage gebunden werden. Auf diese Weise lassen sich ziemlich dicke Auftrags schichten herstellen.

In der genannten US-PS ist auch angegeben, daß keramische Niederschläge hergestellt werden können, indem man eine Mischung eines keramischen Stoffes mit dem Ni-Al-Mischpulver herstellt, mit einem Anteil von beispielsweise 60 Gew.Ji des keramischen Stoffes. Derartige keramische Stoffe sind beispielsweise Al₂, 0, und Carbide und Silicide des Chroms, Molybdäns, Wolframs und dergleichen·

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Bekanntlich reagieren erhitzte Aluminiumpulver leicht mit Luft und setzen eine hohe Wärmemenge frei. Es ist anzunehmen, daß diese Tatsache zu einem gro8en Teil für die Erzielung einer haftfähigen Bindung bei der Verwendung von Ni-Al-Pulver verantwortlich ist. Die Stärke der Bindebeschichtung liegt im allgemeinen in der Größenordnung von etwa 0,09 bis 0,24 mm, weil dickere Beschichtungen keine befriedigenden Eigenschaften zeigen.

Beispielsweise hat sich eine Ni-Al-Bindeschichtperse nicht als geeignet für die Endbeschichtung erwiesen, da sie nur schwer bearbeitbar ist. DarUberhinaus können dicke Beschichtungen von guter Qualität nicht erzielt werden, da mit zunehmender Stärke die Schicht immer pulvriger, d.h., zerreibbarer wird. Ein solcher Auftrag ist für die Erzielung einer glatten, bspw. durch Schleifen oder Überdrehen zu erhaltenden Oberfläche wenig geeignet, und so hat sich dieses Verfahren als nicht brauchbar für eine einstufige Beschichtungstechnik erwiesen.

Bezüglich einer solchen einstufigen Beschichtungstechnik ist nach der US-PS 3 841 901 vorgeschlagen worden, metallisches Molybdän der Ni-Al-Pulverzusammensetzung zuzugeben oder einem vergleichbaren System (z.B. Cu-Al, Fe-Al oder sogar einem Ni-Cu-Al-System), wobei die Menge

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an Aluminium zwischen etwa 2 bis 18 Gew.tf und Molybdän zwischen etwa 0,5 bis 16 Gew.# liegt. Durch den Zusatz von Molybdän soll die Erzielung einer Nickelaluminium-Molybdän-Beschichtung in einem Gang mit einer Dicke von bstw. 0,7 bis 1,225 mm möglich sein, die sich fUr die Herstellung einer bearbeiteten Oberfläche von guter Qualität eignet.

Bei der Verwendung von Molybdän besteht ein Nachteil jedoch darin, daß während des Flammspritzens das Molybdän Rauch erzeugt, vor allem bei hohen Anteilen in deren Zusammensetzung.

Es ist deshalb eine einstufige Beschichtungetechnik anzustreben, mit der man eine haftfähige Auftragsschicht von bemerkenswerter Dicke erhalten kann, die sich zu einer Oberfläche guter Qualität bearbeiten läßt und die sehr widerstandsfähig gegen Verschleiß, Korrosion und Oxidation ist. "Bearbeiten" der Fläche soll hierbei im weitesten Sinne zu verstehen sein, bspw. als Schleifen, Drehen, Fräsen oder dergleichen.

Es ist sonach Gegenstand der Erfindung, ein Verfahren für die Herstellung einer Bindebeschichtung auf einer Metallunterlage zu schaffen, die sich bearbeiten läßt

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ORIGINAL IMSPEGTED

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und Oberfläche von guter Qualität ergibt.

Ein anderer Gegenstand ist die Schaffung eines metallhaltigen Flammspritzmaterials aus einer Mehrkomponentenmischung, deren Teilchen miteinander in dichtem Kontakt stehen und wobei die einzelnen Bestandteile sich zusammensetzen aus Aluminium, einem Metallsilicid und einem Rest im wesentlichen aus Metall, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus Metallen auf Eisen - und auf Kupferbasis·

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung besteht in der Schaffung eines Flammspritzpulvers, mit dem man eine Bindeschicht von merklicher Dicke auf Metallunterlagen erzielen kann, z.B. auf Eisenmetallunterlagen und zwar in einem Auftragsgang, wobei sich diese Schicht auf eine hohe Beschaffenheitsqualität bearbeiten lassen soll.

Zur Erläuterung der Erfindung sind dargestellt in Fig. 1 schematisch ein Verschleißprüfer und Fig. 2 im Schnitt ein geeignetes Gerät zum Auftragen des erfindungsgemäßen Flammspritzmaterials.

Eine AusfUhrungsform eines metallhaltigen Flammspritzmaterials besteht aus einer Vielzahl physikalisch miteinander verbundenen und in engem Kontakt stehenden

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Partikelchen, wobei die Komponenten gewichtemäflig aus etwa 3 bis 5% Al, etwa 2 bis 15# eines hitzebeständigen Metallsilicides und der Rest im wesentlichen aus einen Material besteht, ausgewählt aus der Gruppe auf Eisenbasis (z.B. Nickel-, Kobalt- und Eisenbasismetallen und auf Kupferbasismetallen). Unter "Nickelbasis", »Kobaltbasis", "Eisenbasis" und "Kupferbasis" ist zu verstehen, daß sie auch Legierungen einschließen (d.h. mindestens 40 Gew.96 des Metalles),wie auch Nickel, Kobalt, Eisen und Kupfer ansich.

Das hitzebeständige Metallsllicid wird nicht zur Herstellung eines keramischen Produktes, wie in der US-PS 3 322 515 verwendet, sondern im Gegensatz dazu zur Bildung einer Metallbeschichtung mit verbesserter Bearbeitbarkeit und verbesserter Bindefestigkeit.

Das metallhaltige Flammspritzmaterial kann die Form eines ummantelnden Drahtes haben, z.B. alum 1 η 1 mnummantelt mit Nickel, wobei die Nickeloberfläche mit einem Harz überzogen ist, das feine Partikelchen des hitzebeständigen Metallsilicides in feiner Verteilung einschließt und zwar in einer Menge, die innerhalb des Zusammensetzungsbereiches liegt (z.B. Polyäthylen) mit in Pulverform darin dispergiert en Zusätzen, wobei sich der Grundstoff beim Flamm-

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sprühen bei Verwendlang einer herkömmlichen Drahtverarbeitungsflammspritzplstole zersetzt. Eine andere Art von Metallspritzdraht kann eine Nickelhülle aufweisen, die aluminium- und hitzebeständiges Metallsilicidpulver enthält, wobei dann die Enden geschlossen sind, und die Haut in den gewünschten Drahtdurchmesser nach ansich allgemein bekannten Arbeitsmethoden einbezogen ist, z.B. mittels Rollen, Walzen, Ziehen oder dergleichen.

Vorzugsweise wird das metallische Flammspritzmaterial jedoch in Form eines Pulvers verwendet, wobei praktisch jedes Teilchen ein Agglomerat von körperlich dicht beieinanderliegenden, sich berührenden Einzelpartikelchen bildet. Solche Agglomerate kann mäm unter Verwendung eines flüchtigen Bindemittels herstellen, z.B. einem zersetzbaren organischen Bindemittel, wie Phenol- oder ähnlichen Harzen. Derartige Harze bringen die Partikelchen zu einem festen Aneinanderheften.

Daher besteht eine bevorzugte Ausführungeform des metallischen Flammspritzpulvers aus einer Mischung in Form von freiflieBenden Agglomeraten, die eine durchschnittliche Zusammensetzung von gewichtsmäBig etwa 3 bis 15Ji rein verteiltem Aluminium, etwa 2 bis 15# rein verteiltem und hitzebeständigem Metallsilicid und einen Rest im wesentlichen auf Nickel-, Kobalt-, Eisen- und Kupferbasis-

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metallen haben. Nach dem Schichtauftrag des Materials auf einem metallischen Träger, z.B. aus Eisenmetall, ist dieses durch verbesserte Bearbeitbarkeit, verbesserte Bindekraft und höhere Verschleißfestigkeit gekennzeichnet, was nachstehend erläutert wird.

Vorzugsweise wählt man die hitzebeständigen Metallsilicide aus einer Gruppe aus, die bestehen aus Disiliciden von Titan, Zirkon, Hafnium, Vanadium, Niob, Tantal, Chrom, Molybdän und Wolfram.

Bei Herstellung der pulverförmigen Agglomerate soll vorzugsweise die durchschnittliche Teilchengröße von Aluminiumpulver und hitzebeständigem Metallsilicid nicht etwa die Hälfte und bevorzugt nicht etwa 1/4 der durchschnittlichen Teilchengröße des Metallpulvers Übersteigen,das ausgewählt ist aus der Gruppe Nickelbasis-Kobaltbasis-Eisenbasis- und Kupferbasismetall, die im folgenden als Kernmetalle bezeichnet werden. Wie bereite erwähnt, bestehen diese Kernmetalle aus Nickel, Kobalt, Eisen und Kupfer ansich, wie auch als Nickelbasis, Kobaltbasis, Eisenbasis und Kupferbasis-Legierungen· Die Agglomerate sind im allgemeinen als aluminium- und hitzebeständiges Metallsilicid festhaftend an das Kernmetall gebunden.

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Die bevorzugten Kernlegierungen können aus Legierungen mit selbstfließenden Legierungsstoffen bestehen, wie z.B. Silizium und/oder Bor. Die selbstfließenden Zusätze können in den Kernmetallen in einer Menge zwischen etwa 0,5 bis 6 Gew.Jf Silizium und/oder etwa 0,5 bis 5 Gew.Jf Bor liegen. Beispiele von solchen selbstfließenden Legierungen werden nachstehend angegeben.

Vorzugsweise bewegt sich der Aluminiumgehalt des Spritzmaterials bei etwa 3 bis 10 Gew. Ji und der des hitzebeständigen Metallsilicide· bei etwa 2 bis 10 Gew.* und der Rest im wesentlichen als Kernmetall·

Die durchschnittliche Korngröße des Aluminium- und Silicid-Pulvers ist vorzugsweise kleiner als etwa etwa 30 Mikron. Die durchschnittliche Partikelgröße des Aluminiumpulvers bewegt sich im wesentlichen bei etwa 0,1 bis 15» z.B. etwa 2 bis 10 Mikron und des Silicidpulvers bei etwa 0,1 bis 25» z.B. 0,1 bis 10 Mikron.

Das Kernmetallpulver kann eine durchschnittliche Korngröße unter 140 Maschen (US-Standard), bspw. bei mindestens etwa 80Ji von etwa -20 bis +325 Maschen haben und nach der Bildung als ein Agglomerat mit den anderen Zusätzen im Durchschnitt eine Agglomeratkorngröße bei

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vorzugsweise etwa -100 Maschen bis +325 Haschen aufweisen und noch bevorzugter, bei etwa -140 Naschen bis +325 Maschen.

Die Pulver können mittels verschiedener Arten bekannter Metallspritzbrenner gespritzt werden, bei denen das Pulver in den Trenngasstrom injiziert, vom Brenner ausgestoßen und auf die Metallunterlage aufgebracht wird.

Ein bevorzugter Brenner ist ein Brenner nach der US-PS 3 620 454, bei dem das freifließende Pulver von außerhalb in die Flamme gebracht wird, wie in Fig. 2 gezeigt.

Versuche haben gezeigt, daß der Zusatz von Siliciden zum Nickel-Aluminiumsystem und anderen gleichartigen Systemen die Erzielung von überzügen mit guter Integrität in einem einstufigen Aufbringverfahren des überzugsmaterials durch Flammspritzen ermöglicht, überzüge mit Stärken in einem Bereich bis zu 6,13 mm, bspw. etwa 0,25 bis 3,1 mm lassen sich ohne weiteres erzielen. Es ist anzunehmen, daß die Silicide nicht nur die Festigkeit des Überzuges verbessern sondern auch zu einer verbesserten Oxidationsbeständigkeit, verbesserten Bindung und auch verbesserten Bearbeitbarkeit des Überzuges beitragen.

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Zur Herstellung der Agglomerate werden Kernmetallpulver» Aluminiumpulver und Pulver von hitzebeständigem Metallsllicid In den gehörigen Mengen mit einem Harzbindemittel, z.B. Methylmethakrylat gelöst in Methylathylketon, vermischt. Die Menge an verwendetem Harz entspricht auf Trockenbasis in Bezug auf die Gesamtmenge an Kernmetall etwa mindestens 2 bis 3 Gew. Ji nach Verdampfen des Lösungsmittels. Allgemein gesprochen kann sich die Menge an Harz, bezogen auf Trockenbasis, bei etwa 1 bis 5Ji des Gesamtgewichtes der agglomerierten Zusätze bewegen.

Beispiele von Harzen, welche verwendet werden können, sind die Acrylate, z.B. Methylmethacrylat, Polyvinylchlorid, Polyurethan, Polyvinylalkohol, Isobutylmethan und dergleichen. Die Harze werden als Lösung verwendet, d.h., gelöst in einem verträglichen, fluchtigen, organischen Lösungsmittel, wie Alkohol, Methylathylketon, Xylol und dergleichen. Die Lösung wird In vorbestimmten Mengen mit denpulverförmigen Bestandteilen gemischt und das Lösungsmittel verdampft, um gebundene Agglomerate zu hinterlassen, die man glaciert, indem man sie durch ein Sieb von 100 Maschen und vorzugsweise durch ein Sieb mit 140 Maschen gibt.

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Wenn man auch verschiedenartige Flammspritzbrenner zur Herstellung des Überzuges auf einer metallischen Unterlage verwenden kann, so stellt doch der Brenner nach Fig. 2 eine bevorzugte Art dar. Ein solcher Flammspritzbrenner 25 ist für eine Zuspeisung mit freifließendem Pulver direkt in die Flamme bestimmt, die vor der Düse brennt, oder die Pulverzufuhr kann auch automatisch durch Injektion mittels eines Trägergases unter Druck erfolgen.(z.B. wie Argon, z.B. aus einer Pulverzufuhreinheit)

Der Brenner hat ein Gehäuse in Form eines Fünfeckes, von dem ein Schenkel als Handgriff 27» ein anderer Schenkel 28 als Basisteil, ein weiterer als Zufuhrteil 29 und ein weiterer als Oberteil des Brenners ausgebildet ist. Das Gehäuse 26 weist daran angekuppelt eine Pulverzufuhreinrichtung 31 auf und eine Gaszuführung 32, an der eine Düse 33 sitzt.

Das Oberteil 30 ist mit einem Anschluß 34 zur Aufnahme eines Behälters 35 (abgebrochen dargestellt) zur Aufnahme des Legierungepulvers versehen und ferner ist eine Dosiereinrichtung für eine geregelte Pulverzufuhr vorgesehen, die aus einem, in einem Schlitz 37 verschieblichen Schieber 36 besteht, der im Oberteil 30 unterhalb des Anschlusses 34 sitzt. Der Schieber 36 ist mit einem aus dem Gehäuse

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herausragenden Stellknopf 38 versehen, mit dem er in verschiedene Stellungen in Bezug auf das Zufuhrteil 29 gebracht werden kann.

Die Agglomerate fließen durch Schwerkraft unbehindert durch runde öffnungen mit einem Durchmesser von ca. 1,8 bis 3 mm für verschiedene Pulver, wobei das Zufließen praktisch konstant gehalten wird über einen Maschengrößenbereich von -100 bis +325 Haschen.

Zur Erzielung der gewünschten Zuflußmenge wird der Schieber 36 genau mit der Pulverzuflußöffnung 39 in Deckung gebracht, um variabel die Zuflußmenge an Pulver aus dem Vorratsbehälter 35» durch die Zuflußöffnung 39, durch die Leitung 40 und die eingestellte Leitung 41 einzustellen. Die Leitung 41 weist ein Gehäuse 42 auf, mit einem darin gehaltenen Pulverzuführungsrohr 43 und hat in diesem Rohr dicht eingesetzt einen Zylinder 44, der im Rohr gleitend und ausschiebbar eingebaut ist und direkt in Verbindung steht mit der Pulverleitung 40, um direkt durch Schwerkraftpulver zum PulverzufUhrungsrohr 43 zu leiten, das dann durch das Mündungsende 45 austritt. Sin Teil der äußeren Oberfläche des PulverzufUhrungsrohres 43 ist mit Kerben 46 versehen, denen eine Verrastungseinriohtung 47 zugeordnet ist, die es ermöglicht, das

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Zuführungsrohr 43 so einzustellen, daß das Auelaßende 45 auf korrekte Distanz zur Flammspitze der Düse 33 eingestellt werden kann. Die Verrastungseinrichtung 47 besteht aus einem Stift 48, der normalerweise gegen eine der Kerben 46 mittels einer Feder 49 gedruckt wird. Der Stift 48 wird durch einen Knopf 50 betätigt. Die Gaszufuhrungseinrichtung 32 ist in einem verschieblichen Teil 31 gelagert, der selbsteinrastbar längs einer Führung 32 an der Unterseite des Gehäuses 26 eingestellt werden kann, wofür ein Stift 31a vorgesehen ist. Das Rohr 33 der Gaszuführungseinrichtung ist fest am verschieblichen Teil 31 gehalten und kann ein vorgefertigter Bauteil sein. Das eine Ende des Rohres hat einen Anschluß 34 zur Verbindung an einer Sauerstoff- und Acetylenflasche.

Das Pulver fließt durch die Röhre 43 nach unten und tritt in die Flamme ein, die vor der Düse 43 brennt. Das Pulver wird auf einen Netallträger, z.B. eine Stahlwelle, in etwa 14 bis 20 cm Entfernung aufgespritzt.

Nach einer bevorzugten AusfUhrungsform werden 6% Aluminium, k% Cnromdieilicid und 90Ji Nickel unter Verwendung eines Phenolharzes (z.B. Phenolformaldehyd) in einem Lösungsmittel (Äthylalkohol) als Bindemittel agglomeriert, um nach dem Trocknen bei 177°C noch eine Restmenge von unge-

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fähr 3 Gew.Ji dieses Agglomerate an Harz zu enthalten. Die durchschnittliche Teilchengröße des Nickelpulvers lag bei etwa 60 Mikron, die des Aluminiumpulvers bei etwa 5 Mikron und die des Disillcldes ebenfalls bei etwa 5 Mikron. Das Pulver wurde abgesiebt, um eine durchschnittliche Korngröße von Im wesentlichen etwa -140 bis + Maschen zu erhalten.

Das Pulver wurde auf eine glatte, runde 1020 Stahlwelle gespritzt,unter Verwendung eines durch Schwerkraftförderung gespeisten Brenners gemäß Fig. 2. Eine sehr helle Flamme wurde eingestellt und die erzeugte Beschichtung ohne Schwierigkeit auf der Welle gebunden, um in einem einstufigen Beschichtungsvorgang eine Beschichtungedicke von etwa 1,96 bis 2,4 mm zu erzielen. Die Stahlwelle wurde dann trocken bearbeitet unter Verwendung eines Karbidschneidwerkzeuges bei Drehung der Welle mit 710 m/min, (etwa 33,5 m/min. Schnittgeschwindigkeit). Die Beschichtung zeigte eine ausgezeichnete Bearbeitbarkeit, die Oberflächenmessung zeigte etwa 25 Mikrozoll RMS (quadratischer Mittelwert bzw. Effektivwert). Die Bindekraft der Beschichtung auf der glatten Stahloberfläche betrug etwa 265 bis 288 kg/cm . Eine Pulverzusammensetzung aus 6% Aluminium, k% Titandisilicid und 90Ji Nickel ergab ebenfalls eine Beschichtung von guter Qualität, die bearbeit-

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-te-.

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bar war und eine Bindekraft In Bezug auf die Stahloberfläche von etwa 295 bis 310 kg/cm² zeigte.

Zur Erläuterung von weiteren Ausfuhrungsmöglichkeiten wird folgendes Beispiel gegeben:

Versuche wurden durchgeführt unter Verwendung verschiedener hitzebeständiger Silicide als Zusätze zu Nickel und Aluminium, wobei jede agglomerierte Zusammensetzung in der oben beschriebenen Weise hergestellt wurde. Etwa 4 Gew. Ji an hitzebeständigem Netallsilicid wurden gemischt mit 6% Aluminium, 90# Nickel unter Verwendung eines verflüchtigbaren Harzbindemittels des Phenolformaldehyds· Das Nickelpulver hatte eine durchschnittliche Teilchengröße von etwa 60 Mikron, das Aluminiumpulver ungefähr 5 Mikron und das Dieilicid ebenfalls ungefähr 5 Mikron. Die hergestellten Pulver wurden durch Flammspritzen auf 1020 Stahl aufgespritzt und die Bindekraft der Beschichtung und die Bearbeitbarkeitswerte ermittelt. Der Bearbeitbarkeitswert wurde durch Abdrehen der auf eine Stahlwelle aufgespritzten Beschichtung mittels eines Karbidschneidwerkzeuges bestimmt und die Oberflächenglätte in Mikrozoll gemessen. Die folgenden Ergebnisse wurden erzielt mittels Verwendung einer "S*· Legierung als Bezugswert.

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Nr. Zusammensetzung Bindekraft Bearbeitbar-

ka/cm keitr.'vert

S 7% Cr-15%-bal.Ni Alloy* 50*

1 6% Al-9o% Ni-4% MOSi₂ 244,2 5o

2 6% Al-9o% Ni-4% CrSi₃ 263,3 65

3 6% Al-9o% Ni-4% WSi₂ 273,7 ^

4 6% Al-9o% Ni-4% TiSi₂ 3o3,3 25

5 6% Al-9o% Ni-4% ZrSi₂ 213,4 3o

6 6% Al-9o% Ni-4% NbSi₂ 175 2'3

7 6% Al-9o% Ni-4% TaSi₂ 181,6 2^

8 6% Al-9o% Ni-4% VSi₂ 193,7 2 5 A 6% Al-94% Ni 179,7 2o »Diese Beschichtung ist eine solche aus einer Inkonelltyplegierung. Eine Bindeschicht <ius tlickel-Aluminium (95%
Nickel, 5% Aluminium) wird zunächst aufgespritzt und dann eine aufgespritzte Beschichtung der Legierung. Diese Legierung wird verwendet als Bezugswert für einen Standardbearbeitbarkeitsmaßstab, indem man die anderen BeSchichtungen damit vergleicht und wobei der Legierungswert 5o ist.

Die Bindekraft wird bestimmt durch Verwendung mehrerer
Sätze zweier zylindrischer Körper mit 24,5 mm Durchmesser und 24,5 mm Länge. Eine Endfläche jedes Körpers wird glattgeschliffen und eine Fläche mit der vorerwähnten Bindebe-

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schichtung durch Flammspritzen zu einer Dicke von ungefähr 0,245 mm beschichtet. Eine hochfeste Deckschicht wird auf die Beschichtung aufgebracht, wobei diese hochfeste Beschichtung eine Legierung des Inconel-Typs darstellt, wie sie als Legierung Nr. "S" in der Tabelle ausgewiesen ist und die eine Bindekraft von über 756 kg/cm aufweist, d.h., viel höher als die Bindeschicht, die geprüft wird. Die Dicke der hochfesten Überschichtung ist ungefähr 0,367 mm und nach ihrer Aufbringung wird sie abgeschliffen auf 0,245 mm. Eine Lage von Epoxyharz ist auf diese überzugsechicht aufgetragen, wobei die Epoxylage eine Bindekraft von über 756 kg/cm hat.

Der andere Körper des Satzes ist in gleicher Weise beschliffen und darauf eine Lage von hochfestem Epoxyharz aufgebracht. Die zwei Körper des Satzes, der eine mit der Netallbeschichtung und der Epoxylage wird mit dem anderen so zusammengespannt, dass die Epoxyflachen der Körper zusammenkommen. Die zusammengespannten Körper werden über eine Stunde in einem Ofen auf 150°C erhitzt, wobei die Epoxyflächen fest aneinander haften und eine feste Verbindung eingehen.

Die verbundenen Körper werden dann unter Verwendung von Ankerbolzen auseinandergezogen, die koaxial an den ent-

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VA-

gegengesetzten Enden der miteinander verbundenen Körper angebracht sind und zwar unter Verwendung einer Zugprüfmaschine zur Anzeige der Reißkraft. Die Bindekraft wird dann bestimmt durch Teilung der Bruchbelastung durch die Kreisfläche der Probekörper.

Wie man aus der Tabelle ersieht, zeigten die Systeme Nr. bis 8 im allgemeinen gute Bindefestigkeiten im Verhältnis zu dem Nickelaluminiumsystem A. Die Disilicide von Chrom, Wolfram und Titan ergaben übereinstimmend hohe Bindefestigkeiten. Wenn auch einige der Bindefestigkeiten dicht bei der des Nickel-Aluminiumsystems lagen, so war die Uberzugsqualität besser. Die Versuche Nr. 1 bis 6 wurden zweifach ausgeführt, während nur ein Versuchsmuster benutzt wurde für die Versuche Nr. 7 und 8. Der Versuch A beruht auf einem Durchschnittswert von zwei Versuchen. Die Qualität der Bearbeitbarkeit wird bestimmt durch Vergleichen des Aussehens der Oberfläche mit dem Standard-"S"-Muster, das einen Bezugswert von 50 hat und wobei die Bearbeitung trocken mit einem Karbidschneidwerkzeug ausgeführt wurde.

Wie man sieht, hat der Versuch ^NA^N (Niokelaluminiumsystem) einen Wert von 20, verglichen mit 30 für Standard "S".

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Die anderen (Versuche Nr. 1 bis β) zeigen einen Wert von 25 bis hoch zu 65, was eine bemerkenswerte Verbesserung gegenüber dem Nickelaluminiumsystem (A) darstellt. Das vorliegende System mit CrSi₂, MoSi₂ und WSi₂ ergab jeweils übereinstimmend hohe Bearbeitbarkeitawerte von bis 65 relativ zu Standard "S".

Verschleißprüfung:

Ein Verschleißversuch wurde mit dem System Nickel-Alumlnium-Chromdisilicid ausgeführt und verglichen mit den Verschleißeigenschaften des Nickelaluminiumsystems. Die benutzte Verschleißprüfvorrichtung ist schematisch in Fig. dargestellt und besteht aus einem Hebel 14 mit zwei im rechten Winkel zueinander stehenden Armen, von denen der eine Arm 14 A eine Probe trägt, die sich gegen eine rotierende Sehelbe 12 anlegt. Der Hebel ist drehbar in einem Gelenk 15 gelagert.

Das freie Ende des Hebels 14 trägt ein Gewicht 16, das 39,2 cm vom Gelenk 15 entfernt angeordnet ist und das damit die Probe 13 g«gen den Umfang 12A der Scheibe 12 drückt.

Ein Trichter 10 enthält harte Partikelchen 17 aus bepw. SiO₂, SiC oder dergleichen, die durch eine Auslauföffnung

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10a nach unten auf eine schräggestellte Schurre 11 und von da zwischen Probe 13 und Umfang 12A der Scheibe 12 gelangen. Nach Passage des Verschleißbereiches zwischen Probe 13 und Umfang 12A der Scheibe 12 fallen die Partikel nach unten heraus. Folgende Versuchsbedingungen wurden eingehalten:

Verwendetes Schleifmittel: - 20 +40 Naschen/

Sand

Prüfungsdauer: 15 Minuten SandzufluBmenge: ca. 0,5 kg/min. Arbeitsweise: der Schleifsand wird der Probe

durch die Reibscheibe zugeführt. Die Probe wird gegen den Sand auf der Reibscheibe gepreßt mit einer konstanten Belastung von ca. 5,45 kg.

Folgende Ergebnisse wurden erzielt:

94XN1-6* Al 94* Nl-6* A1-4X CrSi ₂

Versuch Versuch Versuch Versuch 1 2 1 2

Gewichtsverlust

in g 1.22 1.62 0.58 0.59

Verschleißfaktor 7.3 5.5 15.30 15.00

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Der Verschleißfaktor wird ermittelt als der reziproke Wert des Volumenverlustes der Beschichtung während des Versuches, der Gewichtsverlust in g ist dabei umgerechnet in cm .

Wie man feststellen kann, ist der Verschleißfaktor der erfindungsgemäßen Beschichtung um das 2 - 3-fache besser als der des tfberzugssystemes aus Sk% Nickel und 6% Aluminium. Mit anderen Worten, Je höher der Verschleißfaktor ist, umso größer ist der Verschleißwiderstand der untersuchten Beschichtung.

Eine mikroskopische Prüfung der Schicht zeigt eine ausgezeichnete Bindung. Was die Beschichtung auf Nickelbasis betrifft, so wurde eine feste Eisen-Nickellösung auf der Grenzfläche festgestellt. Damit ist ersichtlich, daß die Anwesenheit von Chromsilicid die aufgebrachte Beschichtung bemerkenswert stärkt. Eine Knoop-Mikrohärtebetrachtung der Phasen in der Beschichtung bei Verwendung einer 50 g-Belastung zeigte, daß die Nickelmatrix eine Härte von 206 hat, wobei ein Durchschnittswert von 10 Ablesungen verwendet wurde (KHN₅₀). Das Chromsilicid in der Beschichtung ergab einen KHNcQ-Ablesungswert von 850 (Durchschnitt von 10 Ablesungen). Die durchschnittliche Probehärte der aufgespritzten Beschichtung unter Verwendung

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eines Standardrockwell-B-Härteprüfers betrug etwa Rb 65 bis 70.

Wie oben gesagt, ist die Erfindung auch anwendbar auf Legierungen auf Nickelbasis, Nickelkobaltbasis, Eisenbasis und Kupferbasis, wie auch auf Nickel, Kobalt, Eisen und Kupfer ansich.

Die bevorzugten Legierungen sind solche, die selbstfließend sind und einen Schmelzpunkt etwa zwischen 870 bis 1288⁰C haben, wozu aber noch zu bemerken ist, daß die Legierungen nicht unbedingt selbstfließend sein müssen. Selbstfließende Legierungen umfassen solche, die mindestens ein Metall, ausgewählt aus der Gruppe enthalten, die aus etwa 0,5 bis 6% Silizium und 0,5 bis 5% Bor enthalten. Beispiele solcher Legierungen sind folgende:

Bestandteil Bereich in Gew.X Beispiel

Silizium	1.5 - 5.	0	3.0
Bor	1.5 - 5.	0	2.0
Chrom	0-20		1.0
Molybdän	0-7		0.2
Nickel	(D *		(D

(1) im wesentlichen als Rest

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2 /

Die obige Legierung kann bezüglich ihres Nickelanteiles durch Kobalt oder Eisen ersetzt werden. Legierungen dieser Art können auch in Form einer Matrix bestehen, die hitzebeständige Karbidteilchen (z.B. Wolframkarbid) in feiner Teilchengröße enthält, um dadurch eine weitere Verbesserung der Verschleißfestigkeit zu erzielen. Die folgende Matrixlegierung kann verwendet werden:

KOBALT-BASIS MATRIX-LEGIERUNG

Bestandteil	Bereich	(1)	in Gew.*	Beispiel
Nickel	1. - -	5.0	3.0
Chrom	20.0	32.0	28.0
Silizium	0.5 -	3.0	1.0
Bor	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	3.0
Kobalt		57.5

(1) im wesentlichen als Rest

Es können ferner wiederum Nickel oder Eisen in der obengenannten Zusammensetzung für eine gleiche Menge an Kobalt eintreten.

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Eine besonders bevorzugte Matrixlegierung auf Kupferbasis, die als sehr brauchbar befunden wurde, hat die folgende Zusammensetzung in Gew.#:

KUPFERBASISLEGIERUNG Bestf^w<1tell breiter Bereich engerer Bereich

Nickel 15.0 - 40.0 20 Silizium 1.0 - 5.0 3.0 Bor 0.15 - 2.50 0.25 -

Mangan 0.20 - 2.00 0.5 -

Kupfer (1) (1)

(1) im wesentlichen als Rest

Als Beispiel einer Matrixlegierung innerhalb des obigen Bereiches sei genannt:

Bestandteile Gew.*

Nickel 23.00

Silizium 3.45

Bor 0.47

Mangan 0.75

Kupfer (1)

(1) Im wesentlichen als Rest 70988W08 0 7

2 V .·

Jv"

Die vorgenannten Legierungen werden vorzugsweise als feinverstäubte Pulver verwendet. Eine besondere Nickelbasislegierung ist eine solche aus ungefähr 3% Silizium, 2% Bor, 1% Chrom, 0,296 Molybdän und als Rest im wesentlichen Nickel.

Das obige Legierungspulver (etwa 90 Gew.%) von etwa 60 bis 70 Mikron durchschnittlicher Korngröße wird agglomeriert mit Phenolharz (Phenolformaldehyd) als Bindemittel mit k% TiSi₂ und 6% Al mit einer durchschnittlichen Korngröße von etwa 4 bis 6 Mikron zur Herstellung eines Flammspritzpulvers nach Abb. 7 einer durchschnittlichen Korngröße von ungefähr - 140 bis zu +325 Maschen. Dieses Pulver ergibt nach dem Flammspritzen unter Verwendung eines Brenners gemäß Fig. 2 mit Freiflußzufuhr eine stark anhaftende Beschichtung an einer Vielzahl von metallischen Trägern, so z.B. eisenhaltigen Unterlagen wie Stahl, Gußeisen und dergleichen.

Vie oben bemerkt, können durch Aufspritzen erzeugte Beschichtungen von merklicher Dicke hergestellt werden, z.B. Beschichtungsstärken bis zu etwa 6,125 mm, z.B. 0,25 bis 3,06 mm. Die Tatsache, daß Disilicide für die Herstellung der Beschichtung verwendet werden können,

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soll nicht bedeuten, daß nur Disilicide vorhanden sein müssen. Beispielsweise hat sich ergeben, daß das Aufsprühen von Pulvern, die TiSIp enthalten, zu einer Beschichtung mit TiSi, Titandrisilicid usw. in dieser Form führt. In gleicher Weise hat sich ergeben, daß ein Pulver mit Chromdisilicid zu einer Beschichtung führt, die Chromsllicid enthält. Allgemein wird die endgültige Beschichtung weniger als 15 Gew. 96 des hitzebeständigen Metallsilicides (z.B. Silicide von Titan, Zirkon, Hafnium, Vanadium, Niob, Tantal, Chrom, Molybdän und Wolfram) und im wesentlichen weniger als etwa 10 Gew. Jf enthalten.

Wenngleich die aufgespritzte, beschriebene Metallbeschichtung besondere Anwendbarkeit gezeigt hat für Träger aus Eisenmetallen, so ist die aufgespritzte Metallbeschichtung ebenso verträglich mit Metallträgern wie Nickel, Kobalt, Legierungen auf Aluminiumbasis, für Kupferunterlagen und andere ebenfalls verwendbare Träger.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE:

\k Metallhaltiges Flammspritζmaterial , bestehend aus einer Mehrkomponentenmischung, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrkomponentenmischung zur Verbesserung der Bearbeitbarkeit, Bindefestigkeit und Verschleißfestigkeit der daraus auf einer metallischen Fläche gebildeten Beschichtung gebildet ist aus einem physikalischen Gemisch von etwa 3-15 Gew.% Aluminium, etwa 2-15 Gew.# feuerfestem Metallsilizid und der Rest im wesentlichen ein ausgewähltes Metall aus einer Gruppe ist, die besteht aus Metallen auf Basis Nickel, Kobalt, Eisen und Kupfer.
2. Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallsilizid ein Disilizid von Titan, Zirkon, Hafnium, Vanadium, Niob, Tantal, Chrom, Molybdän und Wolfram ist.
3. Material nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil an Aluminium zwischen 3 bis lo% und der an Disilizid zwischen 2 bis lo% beträgt.
4· Material nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß das Metall Disilizid, Chrom-oder Titansilizid und der Rest im wesentlichen ein Metall auf Nickelbasis ist.
5· Flammspritzmaterial , bestehend aus einer physikalischen

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Mischung in Form agglomerierter Komponenten, dadurch gekennzeichnet , daß die Teile der Komponenten des Agglomeratgemisches aus durchschnittlich etva 3 bis 15 Gew.% feinverteiltem Aluminium, etwa 2 bis 15 Gew.% Metallsilizid und der Rest im wesentlichen aus einem Metall auf Nickel-, Kobalt-, Eisen- oder Kupferbasis gebildet ist.
6.Flammspritzpulver, bestehend aus einer physikalischen Mischung in Form agglomerierter Komponenten, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrkomponentenmischung aus einem physikalischen Gemisch mit Anteilen in der Gewichtsgrößenordnung von etwa 3 bis 15% Aluminium, etwa 2 bis 15% feuerfestem Metallsilizid, ausgewählt aus einer Gruppe von Disiliziden des Tj^Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo und W gebildet ist und der Rest im wesentlichen aus einem Kernmetallpulver, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus Nickel-, Eisen- und Kupfer-Basismetallen.
7.Pulver nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die durchschnittliche Teilchengröße der Partikel des Aluminiums und des Metallsilizides die Hälfte, vorzugsweise ein Viertel die der durchschnittlichen Kernmetallpartikel nicht übersteigt.
8.Pulver nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Agglomerate aus etwa 3 bis Io Gew.%

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Aluminium, etwa 2 bis Io Gew.% Disilizid und der Rest im wesentlichen aus Kernmetall gebildet sind.
9. Pulver nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die durchschnittliche Teilchengröße der Agglomerate in der Größenordnung bei etwa -loo und +325 Maschen liegt und daß mindestens etwa 8o% des Kernmetalls bei -2oo und +3oo Maschen und die Teilchengrößen des feinverteilten Aluminiums und der Disilizide unter etwa 3o Mikron liegen.
Io.Flammspritzpulver nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß das Kernmetall eine selbstfließende Legierung ist, die mindestens ein Metall aus der Gruppe enthält, die aus o,5 bis 6% Silizium und o,5 bis 5% Bor besteht.
11.Flaramspritzpulver nach Anspruch Io, dadurch gekennzeichnet , daß das Kernmetall ein Metall auf Nickelbasis ist.
12.Pulver nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß das Metallsilizid ein Brom- oder Titandisilizid ist.

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13. Flammspritzpulver , bestehend aus Hischungskomponenten in Form von Aggbmeraten, dadurch gekennzeichnet, daß die Agglomerate durchschnittlich aus etwa 3 bis 15Gew.% feinverteiltem Aluminium, etwa 2 bis 15 Gew% feinverteiltem, hitzebeständigem Metallsilizid und einem Rest gebildet sind, welcher Rest im wesentlichen ein Nickelbasismetall als Kernmetall ist.
14. Pulver nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß die durchschnittliche Teilchengröße des Aluminiums und des feuerfesten Metallsilizides nicht über die Hälfte, vorzugsweise nicht über ein Viertel der Teilchengröße des Nickelbasiskernmetalls hinausgeht.
15. Pulver nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß das Pulvergemisch aus Agglomeraten mit etwa 3 bis Io Gew.% Aluminium, etwa 2 bis Io Gew.% hitzebeständigem Metallsilizid und einem Rest gebildet ist, der im wesentlichen aus einem Nickelbasiskernmetall besteht.
16. Pulver nach Anspruch 15,dadurch gekennzeich net, daß die Agglomerate eine durchschnittliche Teilchengröße in der Größenordnung von etwa -loo bis +325 Maschen haben, wobei mindestens 8o% des Kernmetalls bei etwa -2oo bis +325 Maschen liegt und daß die durchschnittliche Teilchengröße des Aluminiums und des Disilizides kleiner als 3o Mikron ist.

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17· Pulver nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet , daß das Kernmetall eine selbstfließende Nickelbasislegierung mit mindestens einem Metall der Gruppe aus o,5% bis 6t Silizium und o,5 bis 5% Bor ist und das hitzebeständige Metalldisilizid Chrom- oder Titiindisilizid ist.
18. Verfahren zur Herstellung einer Bindebeschichtung auf einem metallischen Träger, gekennze ichnet durch das Aufspritzen eines metallhaltigen Flammspritzmateriales aus einer physikalischen Mischung von etwa 3 bis 15 Gew.% Aluminium, etwa 2 bis 15 Gew.% hitzebeständigem Metalldisilizid und einem Rest im wesentlichen aus einem Metall der Gruppe Nickel-, Kobalt-, Eisen- und Kuperbasismetall bis zur Bildung einer auf dem Träger gebundenen Beschichtung, die durch verbesserte Bearbeitbarkeit , bessere Bindekraft und bessere Verschleißfestigkeit ausgezeichnet ist.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennze i c h η et , daß als hitzebeständiges Metallsilizid ein Metallsilizid aus der Gruppe von Disiliziden des Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo und W verwendet wird.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet , daß das Aluminium in der Größenordnung

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von 3 bis lo% und das Disilizid in der Größenordnung von 2 bis lo% verwendet wird.
21. Verfahren nach Anspruch 2o, dadurch gekennzeichnet, daß als feuerfestes Metall Silizid , ein tsrom-oder Ti tan ?,i lizid und als Rest ein Nickelbasismetall verwendet wird.
22.Verfahren zur Herstellung einer haftenden Bindeschicht auf einer Metallunterlage, gekenn zeichnet durch Flaimnspritzauftrag eines Pulvers in Form von Agglomeraten, besehend aus einer physikalischen Mischung von miteinander kombinierten Komponenten, auf die Metallunterlage, wobei die Agglomerate Anteile von etwa 3 bis 15% Aluminium , etwa 2 bis 15% feuerfestes Metallsilizid und einen Rest haben, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Nickel-, Kobalt-, Eisen- und Kupferbasis und durch Fortsetzung des Auftrages bis zur Bildung der anhaftenden Bindeochicht mit verbesserter Bearbeitbarkeit, Bindefestigkeit und Verschleißfestigkeit.
23.Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichn et, daß das feuerfeste Metall-Silizid aus einer Gruppe ausgewählt ist, die besteht aus Disiliziden des Ti, Zr, Hf, V, Mb, Ta, Cr, Mo und W und daß das Restmetallkernpulver aus einer Gruppe auf Nickel-, Kobalt- Eisen- und Kupferbasis ausgewählt ist.

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24· Verfahren nach Anspruch 23» dadurch gekennzeichnet , daß Agglomerate mit einer durchschnittlichen Teilchengröße verwendet werden, die in der Größenordnung von etwa -loo bis +325 liegen, wobei mindestens So% des Kernmetalls bei -3oo bis +325 Maschen liegen und das Aluminium und Disilizidpulver im Durchschnitt kleiner als 3o Mikron ist.
25. Verfahren nach Anspruch 23,dadurch gekennzeich net, daß als Kernmetall eine selbstfließende Legierung verwendet wird, die mindestens ein Metall, ausgewählt aus einer Gruppe enthält, die aus o,5 bis 6% Silizium und o,5 bis 5% Bor besteht.
26. Verfahren nach Anspruch 25,dadurch geken η zeich net, daß als Kernmetall ein Nic-kel-Basis-Metall verwendet wird.
27. Verfahren nach Anspruch 26,dadurch gekennzeichnet , daß als feuerfestes Metallsilizid ein Chrom- oder Titansilizid verwendet wird.
28. Beschichteter, metallischer Träger mit ,Plammspritzbeschichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung ausgewählt ist aus der Gruppe Nickel-, Kobalt-, Eisen- und Kupferbasismetallen mit darin dispergiert einem hitzebeständigen Metallsilizid mit weniger als 15 Gew.%

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wobei die Dicke der Beschichtung bis zu etwa 6,125 mm beträgt.
29.Träger nach Anspruch 28,dadurch geke η η -zeichnet , daß die Beschichtung aus einem Nickelbasismetall und einem hitzebeständigen Metallsilizid aus Suiziden des Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, No und W gebildet ist.
3o.Träger nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet , daß das hitzebeständige Metallsilizid ein Chrom- oder Titansilizid ist.
31.Träger nach Anspruch 3o, dadurch gekennzeichnet , daß das enthaltene Silizid weniger als lo% beträgt.

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