DE2732566C3

DE2732566C3 - Aus Kupfer oder Kupferlegierung hergestellte, auf der Oberfläche beschichtete Hochofen-Blasform und Verfahren zur Beschichtung ihrer Oberfläche

Info

Publication number: DE2732566C3
Application number: DE2732566A
Authority: DE
Inventors: Yutaka Koga Ohmae
Original assignee: Nihon Karoraizu Kogyo Kk Osaka Jp
Current assignee: Nihon Karoraizu Kogyo Kk Osaka Jp
Priority date: 1977-02-22
Filing date: 1977-07-19
Publication date: 1981-03-19
Also published as: DE2732566A1; JPS53103905A; JPS565284B2; US4139673A; DE2732566B2; FR2381105A1; FR2381105B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochofen-Blasform aus Kupfer oder einer Kupferlegierung als Grundmetall mit einem Überzug aus Al₂O₃, ZrO₂ oder anderen Metalloxidpulvern mit hohem Schmelzpunkt, wobei am Übergang zwischen Grundmetall und Überzug eine Diffusions-Penetrationsschicht aus Aluminium-Eisen vorhanden ist Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Oberziehen einer Hochofen-Blasform aus Kupfer oder einer Kupferlegierung.

Der Oberzug der erfindungsgemäßen Hochofen-Blasform bewirkt daß die Blasform eine ausreichende Wärmebeständigkeit und Abriebsbeständigkeit gegenüber Angriffen, die durch das Verspritzen von geschmolzenem Metall und Schlacke erzeugt werden, besitzt Das erfindungsgemäße Verfahren ist lei.Jit und

ίο auf wirtschaftliche Weise durchzuführen.

In der JP-OS 1 05 739/1974 (Patentanmeldung SN 17 649/1973) der gleichen Anmelderin wird ein wärmebeständiger, aus Kupfer oder Kupferlegierung hergestellter Artikel beschrieben, der eine spezifische Oberflächenschicht besitzt wodurch er eine wesentlich verbesserte Oxydationsbeständigkeit bei hoher Temperatur, Korrosionsbeständigkeit Abriebsbeständigkeit und thermische Schockbeständigkeit besitzt In der genannten Literaturstelle wird weiterhin ein Verfahren zum Oberflächenbeschichten dieses Gegenstands beschriebea

In dieser JP-OS enthält die spezifische, auf die Oberfläche aufgetragene Schicht Metalloxidpulver von hochschmelzenden Verbindungen, wie AI₂O₃, ZrO₂, TiO₂, Cr₂O₃ usw, und eine geschmolzene Al-Schicht die von dem Oxidpulver zusammengehalten ist oder die das Oxidpulver absorbien. Das Grundmetall, das direkt unter der aufgetragenen Schicht vorhanden ist bildet eine Diffusions-Penetrationsschicht aus Al-Fe. Durch die oben beschriebene Schicht werden die Wärme-, Abriebs- und andere Beständigkeitseigenschaften der Kupfer- oder Kupferlegierungsprodukte, die als Elemente, wie als Walzen, Düsen usw, in Hochöfen, Konverteröfen u. ä. verwendet werden sollen, verbes seit

Die in der JP-OS I 05 739/1974 veröffentlichten Vorrichtungen und Verfahren sind jedoch nicht in jeder Hinsicht zufriedenstellend. Im folgenden werden die Nachteile näher erläutert.

Die Wärmebeständigkeit und die Abriebsbeständigkeit der bekannten Blasformen, die nach dem oben beschriebenen Beschichtungsverfahren überzogen wurden, sind nicht ausreichend. Zur Verbesserung dieser Eigenschaften kann man die Konzentration an Alumini um, einem Bestandteil der aufgetragenen Schicht, erhöhen. Eine zu nohe Konzentration (z. B. 40%) an Aluminium in der aufgetragenen Schicht verursacht jedoch ein Verdünnen und eine Rißbildung in der Oberfläche der Diffusions-Penetrations-Schicht, und

V) dadurch wird es unmöglich, eine Konzentrationserhöhung durchzuführen. Zur Verhinderung eines solchen Verdünnens und einer Rißbildung gibt es keine Alternative, als den Al-Gehalt bis zu höchstens 28% zu erhöhen. In einem solchen Fall wird jedoch nicht die

« Härte erhalten, die für die Oberfläche einer Blasform erforderlich ist. Hierin liegt eine Sackgasse, in die man bei der Erhöhung der Konzentration an Al bei der aufgetragenen Schicht immer kommt.

Wird andererseits Al-Pulver allein verwendet, wie in

der oben erwähnten Literaturstelle, so gibt es für die Diffusions= Penetration von AUPulver zwei Verfahren. Bei dem einen Verfahren wird das AI-Pulver selbst auf der Oberfläche des Grundmetalls geschmolzen und verbindet sich durch Kontaktdiffusion mit der ge-

f>5 schmolzenen Oberfläche. Bei dem anderen Verfahren wird Al verdampft und durch gasförmige Diffusion in das Grundmetall bzw. auf das Grundmetall aufgebracht. Obgleich das letztere Verfahren an sich besser ist als das

erstere, hinsichtlich der Diffusionswirkung, zeigt das letztere tatsächlich geringere Wirkung, da die Diffusion bei den Reaktionsbedingungen des letzteren Verfahrens schlechter ist als bei dem ersteren. Es ist daher nicht möglich, wenn man nur Al-Pulver verwendet, eine ausreichende Behandlung zu erreichen, die auf einem Diffusions-Penetrations-Mechanismus beruht Verlängert man die Behandlungszeit, um bessere Ergebnisse zu erzielen, so tritt andererseits der Nachteil auf, daß der Behandlungszyklus verlängert wird. Selbst wenn die Menge an diffundiertem Al verbessert werden könnte, wenn 7. B. die Menge an Al auf 30 Gew.-% erhöht werden könnte, tritt die unerwünschte Wirkung der Verdünnung oder eines VerStreckens auf und auf der Oberfläche des Grundmetalls werden ebenfalls Risse gebildet Gemäß der zuvor beschriebenen Literaturstelle ist es somit nicht möglich, die Zusammensetzung des Beschichtungsmaterials oder die Behandlungsbedingungen so zu wählen, daß die Wärmebeständigkeit und Abriebsbeständigkeit der Oberfläche der Blasform zufriedenstellend sind.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgebe zugrunde, eine Hochofen-Blasform zur Verfügung zu stellen, die eine bessere Wärmebeständigkeit und Abriebsbeständigkeit als die bekannten Blasformen i^r> besitzt Erfindungsgemäß soll weiterhin ein Verfahren zum Oberziehen einer Hochofen-Blasform zur Verfügung gestellt werden, das auf einfache Weise durchgeführt werden kann und gemäß dem eine Blasform mit überlegener Wärmebeständigkeit und Abriebsbeständigkeit erhalten wird.

Gegenstand der Erfindung ist somit eine Hochofen-Blasform aus Kupfer oder einer Kupferlegierung als Grundmetall mit einem Oberzug aus AI₂O* ZrOj oder anderen Metalloxidpulvern mit hohem Schmelzpunkt. r> wobei am Obergang zwischen Grundmetall und Oberzug eine Diffusions-Penetrationsschicht aus Al-Fe vorhanden ist, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Oberzug aus einer Mischsinterschicht besteht, die außer den hochschmelzenden Metalloxidpulvern zusätzlich ein Fe-AI-Legierungspulver und eine Cu—Fe—Al- Legierungsschicht umfaßt

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Überziehen einer Hochofen-Blasform aus Kupfer oder einer Kupferlegierung durch Einbetten der Blasform in 4 j einem Beschichtungsmetall aus bochschmelzenden Metalloxidpulvern und metallischem Al-Pulver und Erhitzen der so eingebetteten Blasform, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Beschichtungsmaterial hergestellt wird durch Vermischen von 25 bis 35 in Gewichtsteilen eines oder mehrerer Metalloxidpulver mit hohem Schmelzpunkt ausgewählt unter AbO₅. ZrO₂, TiOj, Cr₂O₃, SiO₂. ThO₂. MgO. 2 bis 5 Gewichtsteilen metallischem Al-Pulver, 60 bis 72 Gewichtsteilen Fe- Al-Legierungspulver und 03 bis 03 >ϊ Gewichtsteilen Ammoniumhalogenid, und die Blasform auf eine Temperatur von 700 bis 950⁰C mehrere Stunden in neutraler Atmosphäre e.hitzt wird. Weitere Ausgestaltungen der Hochofen-Blasform ergeben sich aus den Unteransprüchen. wi

Erfindungsgemäß wird eine AI-DiffusionS'Penetrations-Schicht geschaffen, die die oben beschriebene Verdünnung bzw. Grenzschmierung und Rißbildung nicht zeigt. Erfindungsgemäß wird Al-Pulver in einer geringeren Menge verwendet und eine pulverförmige hi Fe-Al-Legierung wird zur Kompensation der verminderten Al-Pulvermenge verwendet. Gleichzeitig wird ebenfalls ein Ammoniurtihalogenid, wie NH4CI, als Katalysator mitverwe.idet Dieser Katalysator kann aktives Al und aktives Fe aus dem Legierungspulver heraus dissoziieren, so daß diese für die Diffusion zur Verfügung stehen, wobei gleichzeitig Fe durch die Al-Diffusions-Penetrationsschicht diffundiert, wobei eine wirksame Legierungsschicht aus drei Bestandteilen, nämlich aus Cu, Al, Fe, in der aufgetragenen Schicht gebildet wird. Die Härte der Oberfläche der erfindungsgemäßen Blasform beträgt das 1,6- bis 1,8fache, verglichen mit der Härte von Oberflächen von Blasformen, die nach dem bekannten Verfahren hergestellt wurden.

Erfindungsgemäß enthält oder besteht die aufgetragene Schicht aus einer gesinterten Schicht aus den entsprechenden Arten der Metalloxide und Al—Fe-Legierung und eine Cu-Fe- AI-Legierungsschicht, die in den Öffnungen zwischen den Teilchen des Pulvers getragen wird bzw. sich in den Öffnungen befindet oder von den Metalloxidpulverteilchen weiter absorbiert und umhüllt wird; und weiterhin umfaßt sie eine Diffusions-Penetrations-Schicht aus Al und Fe i^.ier der aufgetragenen Schicht, nämlich eine Cu-Al—Fe-Legierung. Es findet somit eine neue Kontaktdiffusion von Al-Fe durch das Fe-AI-Legierungspulver in der aufgetragenen bzw. beschichteten Schicht statt Durch die Gasdiffi^ion von Al—Gas und Fe-Gas, die aus dem Fe-Al-Legierungspulver gebildet bzw. durch Dissoziation gebildet werden, wird der Diffusionsmechanismus des bekannten Verfahrens geändert bzw. erweitert, und überraschenderweise wird eine Oberflächenschicht mit hoher Härte, wie oben erwähnt, erzeugt die gleichzeitig eine hohe Temperaturbeständigkeit aufweist.

Wenn es erforderlich ist, zusammen mit den oben aufgeführten Eigenschaften eine höhere Lochfraßbeständigkeit zu erhalten, so ist es möglich, eine verbesserte Lochfraßbeständigkeit zu erhalten, indem man die aufgetragene Schicht mit einer wärmebeständigen Keramikschicht, die aus A1JO3 und SiO₂ besteht, bedeckt.

Bei dem oben beschriebenen, bekannten Verfahren wird das Überzugsmaterial einer Vorbehandlung unterworfen, indem man es in neutraler Atmosphäre während mehrerer Stunden erhitzt Anschließend wird das Grundmetall in dem Überzugsmaterial eingebettet. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren >st eine solche Vorbehandlung des Beschichtungsmaterials nicht nötig, und man kann gleichzeitig das Beschichtungsmaterial und das Grundmetall in der Wärme behandeln.

Anhand der Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert; es zeigt

F i g. 1 eine schematische Querschnittsansicht eines Hochofens einschließlich der erfindungsgemäßen Blasform;

^ i g 2 eine^ vergrößerte Querschnittsansicht der erfindungsgemäßen Blasform:

F i g. 3 eine mikroskopische Darstellung djs Materials, das zur Herstellung der erfindungsgemäßen Blasform verwendet wird; und

Fig.4 eine g.aDhische Darstellung, in der der Härtepunkttest (Beispiel 1) im Zusammenhang mit einer Diffusions*Penetrations=5chicht und dem Grundmetall der F i g. 3 erläutert wird.

Die erfindungsgemäße Blasform, deren mikroskopischer Querschnitt in F i g. 3 dargestellt ist, enthält einen Überzug 1 und ein Grundmetall 2 aus Kupfer oder Kupferlegierung. Der Überzug 1 enthält eine Mischsinterschicht 12 aus AI2O3, ZrO₂ und einem anderen Metalloxidpulver 10 mit höchstem Schmelzpunkt

(einem dystektischen Schmelzpunkt)und Fe-Al-Legierungspulver 11 und eine Cu—Fe—Al-Legierungsschicht 13, die entweder in der gesinterten Schicht 12 vorhanden ist bzw. davon getragen wird oder die von dem Metalloxidpulver 10 in der gesinterten Schicht 12 > umhüllt oder absorbiert wird. Das Grundmetall 2 liegt direkt unter der Schicht 12 und besitzt eine Oberfläche, die aus einer Diffusions-Penetrationsschicht 20 aus Al und Fe gebildet ist, und besitzt eine Cu- oder Cu-Legierungs-Unterschicht, die direkt unter der Diffusions-Penetrationsschicht 20 gebildet ist. Die in der Zeichnung dargestellte Blasform ist eine Blasform A, die in der Nähe des Grundteils des Hochofens B, der in F i g. 1 dargestellt ist, angeordnet ist. Sie ist insbesondere ein Beispiel einer normalen Form, durch die der Wind ι > hindurchgeht, und ist aus Kupfer oder einer Kupferlegierung hergestellt. Sie besitzt in ihrem Inneren einen Mantel Au der so angepaßt ist, daß Wasser durch ihn zirkuliert werden kann. Der Grundanteil Si, der direkt unter der Form A angebracht ist, enthält eine rviuide für jn geschmolzenes Eisen und wird durch konstantes Verspritzen sowohl von dem geschmolzenen Eisen (nicht dargestellt), das darin gesammelt wird, als auch von Schlacke (nicht dargestellt), die auf der Oberfläche des geschmolzenen Eisens schwimmt, angegriffen. j >

Eine Blasform muß somit eine Wärmebeständigkeit bis zu einer Temperatur von mehr als 1600°C besitzen und darf keine Lochrisse, bedingt durch das Verspritzen von geschmolzenem Eisen und der Schlacke, bilden. Die erfindungsgemäße Blasform besitzt eine solche Wärme- jo beständigkeit und bildet überraschenderweise keine Lochrisse.

Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Überziehen einer Hochofen-Blasform aus Kupfer oder einer Kupferlegierung näher erläutert. r>

Das Beschichtungsverfahren zur Erzeugung der Blasform der oben beschriebenen Struktur ist dadurch gekennzeichnet, daß eine aus Kupfer oder Kupferlegierung hergestellte Blasform in dem Beschichtungsmaterial eingebettet wird, das aus 25 bis 35 Gew.-Teilen eines oder mehrerer Metalloxide mit höchstem Schmelzpunkt (dystektischem Punkt), wie AI₂O₃, ZrO₂, TiO₂, Cr₂O₃, .SiO-i. ThO->. MgO usw.: 2 bis 5 Gew.-Teilen metallischem Al-Pulver; 60 bis 72 Gew.-Teilen Fe-Al-Legierungspulver und 03 bis 04 Gew.-Teilen Ammoniumhalogenid 4-> besteht, wobei das Beschichtungsmaterial, das die eingebettete Düse enthält, bei einer Temperatur von 700 bis 950° C in neutraler Atmosphäre während mehrerer Stunden erhitzt wird. Dabei sintert das Beschichtungsmaterial auf die Oberfläche der Form, >o beschichtet die Form mit dem Material und die Al- und Fe-Bestandteile in έζτ beschichteten Schicht diffundieren und penetrieren von der Oberfläche in das Innere der Blasform.

Das Beschichtungsmaterial besteht aus einem Gemisch aus 25 bis 35 Gew.-Teilen Metalloxiden mit höchstem Schmelzpunkt mit einer Größe von 0,149 bis 0,062 mm (100 bis 250 mesh); 2 bis 5 Gew.-Teilen metallischem Al-Pulver mit einer Größe von 0,177 bis 0,149 mm (80—100 mesh); 60 bis 72 Gew.-Teilen bO Fe-AI-Legierungspulver mit einer Größe von 0,177 bis 0,148 mm (80—100 mesh); und 03 bis 0,5 Gew.-Teilen Ammoniumhalogenid (typischerweise NH«CI). Eine aus Kupfer oder Kupferlegierung hergestellte Form, die behandelt werden soll wird in das Beschichtungsmaterial eingebettet und bei neutraler Atmosphäre, wie z. B. Argongas, bei einer Temperatur im Bereich von 700 bis 950° C mehrere Stunden erhitzt so daß eine Oberflächenbehandlung erfolgt und die in F i g. 3 dargestellte Struktur erzeugt wird. Bei der oben beschriebenen Behandlung wird eine Fe-Al-Legierung in einem Verhältnis von 50 bis 30 Gew.-% Fe : 50 bis 70 Gew.-% Al verwendet Wenn das Beschichtungsmaterial weniger als 50 Gew.-% Al enthält, nimmt der Eisengehalt des Materials bei der wiederholten Verwendung der Form zu, und wenn das Beschichtungsmaterial mehr als 70 Gew.-% Al enthält und wenn das Fe-Al-Pulver auf die Oberfläche des Grundmetalls gesintert wird, besteht die Gefahr einer »Verdünnung« bzw. »Gleitschmierung« auf dem Oberflächenteil, auf den das Fe-Al-Pulver gesintert wurde. Bevorzugt enthält das Beschichtungsmaterial etwa 52 Gew.-% Al und etwa 48 Gew.-% Fe. Die Gründe, weshalb man 2 bis 5 Gew.-Teile Al-Pulver und 60 bis 72 Gew.-Teile Fe-Al-Pulver verwendet, werden im folgenden erläutert. Der Hauptgrund für die Verwendung des Al-Pulvers ist der, daß, da Al-Pulver schneller als Fe-Al-Pulver verdampft oder sich auf

L\i behandelnden material bei dem Behandlungsverfahren abscheidet, die Menge an Al, die aus dem Fe-Al-Legierungspulver abgeschieden wird, nicht für die beabsichtigte Behandlung ausreicht, und daß es daher erforderlich ist. Al auf das zu behandelnde Material zu geben, so daß ein möglicher Mangel bei der Behandlung von Al ausgeglichen wird.

Wenn das Al-Pulver unter dem angegebenen Bereich und das Fe-Al-Pulver über dem angegebenen Bereich liegen, wfe i das Verdampfen und die Abscheidung von Al aus dem Al-Pulver in dem Beschichtungsmaterial bei der ersten Behandlungsstufe gering sein, so daß andere Quellen für die Abscheidung ton Al aus dem Fe-Al-Pulver vorhanden sein Müssen. Wenn die Abscheidung von Al aus dem Fe-Al-Pulver bewirkt wird, scheidet sich gleichzeitig Fe aus dem Fe-Al-Pulver ab, und sowohl Al als auch Fe diffundieren und penetrieren durch das zu behandelnde Material, so daß eine AI-Legierungsschicht mit ausreichender Konzentration nicht erzeugt werden kann.

Wenn im Gegensatz dazu das Al-Pulver unter dem angegebenen Bereich liegt und das Fe-AI-Pulver unter dem angegebenen Bereich liegt, wird die Konzentration an Al stärker vermindert als oben.

Selbst wenn das Fe-Al-Pulver unter der unteren Grenze liegt und wenn das Al-Pulver die obere Grenze überschreitet verbleibt eine Menge an Al-Pulver unverändert die größer ist als die Menge an AI-Pulver, das bei der Diffusion-Penetration verwendet wurde, in der aufgetragenen Schicht. Dadurch werden Risse in dem gebildeten Film erzeugt und wenn andererseits das Fe-Al-Pulver die obere Grenze überschreitet tritt eine Verdünnung auf. Im Hinblick auf die oben beschrieb ;τιε Tatsache gibt der Bereich von 2 bis 5 Teilen AI-Pulver einen Bereich an, innerhalb dessen die physikalische oder chemische Reaktion mit dem Al-Pulver vollständig beendet ist bevor Al und Fe aus dem Fe-Al-Pulver sich auf dem zu behandelnden Material abscheiden und schmelzen oder während die Umsetzung wirksam abläuft Ein Reaktionsmechanismus, gemäß dem die Wärmebehandlung unter Verwendung der oben beschriebenen Beschichtungsmaterialien abläuft ist wie folgt:

(a) Metallisches Al-Pulver

Das Pulver beginnt bei seinem Schmelzpunkt von 660⁰C zu schmelzen und kommt in Kontakt mit der Oberfläche des Grundmetaiis und haftet als Schmelze an dieser Oberfläche und dringt in das Grundmetall

unterhalb des Pulvers ein. Ein Teil des Al-Pulvers wird beim Schmelzen des Al-Pulvers verdampft und eine Gasdiffusion des Al-Gases findet statt. Obgleich der Kontakt dieses Al-Pulvers und die Diffusion-Penetration des Gases eine aktivere Wirkung zeigen als die Diffusion mit dem folgenden Fc-Al-Legicrungspulver. wird die Menge an Al-Pulver, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird, eine geringere Menge sein als b'_y dem in der japanischen Patentanmeldung I 05 739/1974 beschriebenen Verfahren, und weiterhin wird ein Verdünnen und eine Rißbildung auf der Oberfläche der Diffusions-PenetratiorisscVcht überraschenderweise vermieden.

(b) Fe- Al-I.egierungspulvei und Ammoniumhalopcnid

Wird NH₄CI als Ammoniiimhalogenid verwendet, dissoziiert NH4CI zuerst thermisch bei einer Temperatur von etwa 400"C und bildet gemäß der folgenden Gleichung Ammcniak und Salzsäure:

NH,Cl *=--* Ni

IK

Die IK I rentiert mil dem Ie Al-I'iilver wie lolul:

IeCl- ■' II·

Ie Al r 2ΙΚΊ (II)

'.MCI.· + H;

Di?sc FeCI₂- bzw. AlCI₂-Gase diffundieren und penelrieren in das Grundmetall als Gas. Diese Gasdiffusion verläuft jedoch langsamer als die Kontakt-Diffusion-Penetration des Feststoffs. Andererseits reagiert ein Teil des gemäß Gleichung (II) gebildeten FeCl₂ und AICI₂ unter Bildung von HCI entsprechend der folgenden Gleichung

IcCI. + Il >Fc + 2HCI !

(III)

AICN + H

Al + 2 IICI

uicsu dmivcii metalic I C UHU ni /.ci^cn cmc awn M^-

Diffusion-Penetration in das Grundmetall. und die Erzeugung dieser aktiven Metalle Fe und Al trägt somit zur Erhöhung der Konzentration an Al und Fe in der Diffusions-Penetrationsschicht wirksam bei und verstärkt die Behandlung und die Gasdiffusion von Al-Pulver. Ein Teil des Fe-Al-Pulvers sintert ebenfalls und haftet an der Oberfläche des Grundmetalls, da geschmolzenes Al aus dem Al-Pulver erzeugt wird, und somit kann eine Diffusion-Penetration durch Kontakt stattfinden. Die oben beschriebenen verschiedenen Arten der Diffusion-Penetration aufgrund des Vorhandenseins von Fe-Al-Pulver sind langsamer als die Diffusion-Penetration von Al-Pulver. Bei der ersteren wird jedoch die Erhöhung an Al- und Fe-Konzentration in der Diffusions-Penetrationsschicht Stufe um Stufe zusammen mi. dem Fortschreiten der Behandlung des Grundmetalls erreicht, und es findet überraschenderweise keine Verdünnung und Rißbildung auf der Oberfläche der Diffusions-Penetrationsschicht statt während die Behandlung fortschreitet. Das Verhalten des AI-Pulvers und des Fe-Al-Pulvers in dem 3eschichtungsmaterial ist so. daß das Cu in dem Grundmetall zu der Oberflächenseite wandert entsprechend der Diffusion-Penetration von Al und Fe und eine Cu- Fe- Al-Legierungsschicht zwischen dem geschmolzenen Al und dem festen Fe-Al-Legierutigspulver bildet. Diese Legierungsschicht wird entweder zwischen den Teilchen des Metalloxidpulvers und den Teilchen des Fe-Al-Legierungspulvers getragen bzw. gebildet oder sie wird von dem Mctalloxidpulvcr absorbiert und davon umhüllt.

(c) Metalloxidpulver

Dieses Pulver besitzt einen hohen Schmelzpunkt, und es schmilzt daher in dem Behandlungszyklus nicht, sondern sintert und haftet an der Oberfläche des Grundmelalls. Das Pulver geht keine chemische Reaktion ein. sondern wirkt als einfaches, hitzebeständiges Aggregat. Teilchen des Pulvers werden miteinander durch geschmolzenes Al verbunden. Die Dicke der beschichteten Schicht beträgt mindestens 100 μ und bevorzugt mehr als 500 bis 800 μ und die Dicke der Diffusions-Penetrationsschicht liegt über 1000 u und bevorzugt über 1500 μ. Die Legierung in der aufgetragenen Schicht besitzt die folgende Zusammensetzung: Cu, Fe und Al, wobei die Metalle in abnehmender Menge vorhanden sind, und die Zusammensetzung der Diffusions-Penetrationsschicht ist: Cu, Al und Fe, wobei die Metalle in abnehmender Menge vorhanden sind.

Die Zusammensetzung und der Aufbau der erfindungsgemäß behandelten Schicht bzw. der erfindungsgemäß hergestellten Schicht wurde oben erläutert, und die mikroskopische Strukturansicht ist in F i g. 3 dargestellt.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.

Beispiel 1 (A) Herstellung des Beschichtungsmaterials

Metallisches Al-Pulver.0,25 mm

(60 mesh) 2 Teile

Fe- Al-Pulver, ca. 0.55 mm

(30 mesh) 72 Teile

AI₂Oj-Pulver 25.5 Teile

NH₄Cl 0.5 Teile

(B) Beschichtungsverfahren

Ein Cu-Legierungsteststück wird in dem Beschichiungsmaterialgemäß(A)eingebettet und 10 häuf 850⁰C erhitzt. Aus dem Beschichtungsmaterial erhält man eine beschichtete. 450 μ dicke Schicht und 800 μ dicke Diffusions-Penetrationsschicht.

Beispiel 2 (A) Herstellung des Beschichtungsmaterials

Metallisches Al-Pulver, 0.25 mm	3 Teile
(60 mesh)
Fe- AI-Pulver, feiner als ca. 0.55 mm	70 Teile
(30 mesh)	263 Teile
ZrO₂-Pulver	03 Teile
NH4CI

(B) Beschichtungsverfahren

Ein Cu-Legierungsteststück wird in dem Beschich-

t, -, tungsmaterial gemäß (A) eingebettet und 12 h auf 880° C erhitzt. Aus dem Beschichtungsmaterial erhält man eine beschichtete, 600 μ dicke Schicht und eine 1600 u dicke Diffusions-Penetrationsschicht.

Beispiel 3
(A) Herstellung des Beschichtungsmaterials

Metallisches Al-Pulver,

0,25 bis 0,177 mm (60 bis 80 mesh) 2 Teile

Fe- Al-Pulver, feiner als ca. 0,29 cm

(50 mesh) 60 Teile

AI₂O₃ 37,5 Teile

NH₄CI 0,5 Teile

(B) Beschichtungsverfahren

Ein Cu-Legierungsteststück wird in d_a: Beschichtungsmateriai gemäß (A) eingebettet und 12 h bei 880⁰C erhitzt. Man erhält ein beschichtetes Material mit einer beschichteten, 450 μ dicken Schicht und einer Diffusions-Penetrationsschicht mit einer Dicke von 1450 μ.

Beispiel 4	5 Teile

(A) Herstellung des Beschichtungsmaterials	68 Teile
Metallisches Al-Pulver,	26,5 Teile
•,25 bis 0,177 mm (60 bis 80 mesh)	0,5 Teile
Fe-AI-Pulver, feiner als 0,29 mm
(50 mesh)
AI₂O₃
NH₄CI

(B) Beschichtungsverfahren

Ein Cu-Legierungsteststück wird in das Beschichtungsmateriai gemäß (A) eingebettet und 12 h bei 880° C erhitzt. Man erhält ein beschichtetes Material mit einer beschichteten, 700 μ dicken Schicht und einer Diffusions-Penetrationsschicht mit einer Dicke von 1800 μ.

Beispiel 5
(A) Herstellung des Beschichtungsmaterials

Metallisches Al-Pulver,

0,25 bis 0,177 mm (60 bis 80 mesh) 2 Teile

Fe-Al-Pulver, feiner als 0,29 mm

(50 mesh) 72 Teile

SiO₂ 25,5 Teile

NH₄CI 0.5 Teile

(B) Beschichtungsverfahren

Ein Cu-Legierungsteststück wird in das Beschichtungsmaterial gemäß (A) eingebettet und 12 h bei 880°C erhitzt. Man erhält ein beschichtetes Material mit einer beschichteten, 600 μ dicken Schicht und einer 1600 μ dicken Diffusions-Penetrationsschicht.

Bei den Versuchen wurde gefunden, daß, wenn die Temperaturbedingungen bei der Behandlung gleich sind, ein Beschichtungsmateriai, das eine große Menge an Fe--Al-Pulver enthält, eine dickere, beschichtete Schicht ergibt

Versuchsergebnisse

Die Härtewerte wurden an irgendeiner beliebigen Stelle mit einem Vickers Härtetester (Anfangsbelastung F= 100 g) bei dem Beschichtungsmateriai von Beispiel 1 gemessen. Die Ergebnisse sind in F i g. 4 dargestellt.

Aus Fig.4 ist erkennbar, daß eine Cu-Fe-Al-Legierungsschichi 13 nahe an der Oberfläche der beschichteten Schicht 1. nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt, eine hohe Härte von 488MHv zfeigt. Diese Härte ist um das 8fache so hoch wie die des Grundmetalls und ist um das 1,6- bis l,8fache so hoch wie die Oberflächenhärte von Versuchsstücken (280 bis 300MHv), die nach dem Verfahren der japanischen Patentanmeldung 1 05 739/1974 hergestellt wurden. Die Oberflächenhärte in der Diffusions-Penetrationsschicht 20 beträgt etwa 300MHv im oberen Teil und etwa 200MHv im unteren Teil. Beide Härtewerte sind überraschenderweise sehr hoch. Obgleich der Teil des Oxidpulvers 10 in der aufgetragenen Schicht 1 eine niedrigere Härte besitzt als die Legierungsschicht 13, besitzt er eine Härte, die gleich ist wie die Härte des unteren Teils der Diffusions-Penetrationsschicht 20.

Die Beständigkeit der Oberfläche der erfindungsgs?- mäßen Blasform gegenüber hohen Temperaturen. Abrieb und Angriff durch geschmolzenes Metall und Schlacke ist überraschenderweise sehr hoch, so daß die erfindungsgemäßen Blasformen überall dort verwendet werden können, wo die normalen Blasformen eingesetzt werden. Wird die erfindungsgemäß hergestellte Blasform bei sehr harten Reaktionsbedingungen verwendet, wo ein starkes Verspritzen von Schlacke und Lochfraß durch Schlacke an der Blasform auftritt, so kann eine weitere Verstärkung der Blasformoberfläche erhalten werden, indem man die erfindungsgemäß beschichtete Schicht mit einer wärmebeständigen, aufgetragenen Keramikschicht beschichtet, die im wesentlichen AI₂O₃ und SiO₂ enthält, wodurch die Lochfraßbeständigkeit der Blasform wesentlich verbessert wird. AI₂O₃ und SiO₂ werden in einem Verhältnis von 10 bis 65 Gew.-% AI₂O₃:90 bis 35 Gew.-% SiO₂, bevorzugt 60 bis 40 Gew.-% Al₂O₃:40 bis 60 Gew.-% SiO₂, vermischt. Entsprechend dem Beschichtungsverfahren wird ein anorganisches Bindemittel, wie z. B. Kaliumsilikat oder Natriumsilikat, zu dem obigen gemischten Pulver aus AI₂O₃ und SiO₂ gegeben. Man erhält eine Paste. Die Paste wird dann auf die Blasformoberfläche in einer Dicke von 150 bis 500 μ durch Bürsten oJer Sprühen

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aufgetragenen Schicht unter 150 μ liegt, wird die Wirksamkeit der Beschichtung vermindert, und umgekehrt wird, wenn die Dicke über 500 μ liegt, ein so dicker Überzug gebildet, daß die Gefahr besteht, daß die beschichtete Keramikschicht abgeht.

Die erfindungsgemäße Blasform, die eine aufgetragene Schicht mit sehr hoher Härte über einem Kupferoder einem Kupferlegierungs-Grundmetall für die Blasform enthält, besitzt überraschend gute Eigenschaften. Sie zeigt insbesondere eine verbesserte Abriebsund Korrosionsbeständigkeit bei hohen Temperaturen und erhöhte Beständigkeit gegenüber dem Verspritzen von geschmolzenem Metall und Schlacke. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Beschichten einer Blasform besitzt den großen Vorteil, daß es einstufig durchgeführt werden kann. Bei dem bekannten Verfahren sind zwei Stufen erforderlich. Die Erfindung ist somit für die Oberflächenbehandlung von Blasformen für Hochöfen geeignet

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hochofen-Blasform aus Kupfer oder einer Kupferlegierung als Grundoietall mit einem Oberzug aus Al₂O₃, ZrO₂ oder anderen Metalloxidpulvern mit hohem Schmelzpunkt, wobei am Obergang zwischen Grundmetall und Oberzug eine Diffusions-Penetrationsschicht aus Al-Fe vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daßderOberzug (1) aus einer Mischsinterschicht (12) besteht, die außer den hochschmelzenden Metalloxidpulvern (10) zusätzlich ein Fe-Al-Legierungspulver (11) und eine Cu—Fe—Al-Legierungsschicht (13) umfaßt.

2. Blasform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Oberzug (1) mindestens 500 bis 700 μΐη dick ist

3. Blasform nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusions-Penetrationsschicht (20) Picker als 1000 um, bevorzugt dicker als 1500 μΐη ist

4. Blasform nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil der Blasform, der einer thermischen Beschädigung durch Roheisen und Schlacke ausgesetzt ist, zusätzlich mit einer wärmebeständigen Keramikschicht überzogen ist die Al₂O₃ und SiO₂ enthält

5. Blasform nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß die wärmebeständige Keramikschicht 40 bis 60 Gew.-% Al₂O₃ und 60 bis 40 Gew.-% SiO₂ enthält

6. Verfahren zum Überziehen einer Hochofen-Blasform aus Kupfer ;der el .er Kupferlegierung durch Einbetten der BIa-form in einem Beschichtungsmaterial aus hochschmelze; ien Metalloxidpulvern und metallischem Al-Pulver und Erhitzen der so eingebetteten Blasform, dadurch gekennzeichnet, daß das Bescfiichtungsmaterial hergestellt wird durch Vermischen von 25 bis 35 Gewichtsteilen eines oder mehrerer Metalloxidpulver mit hohem Schmelzpunkt ausgewählt unter AI₂O₃, ZrO₂, TiO₂, Cr₂O₃, SiO₂, ThO₂, MgO, 2 bis 5 Gewichtsteilen metallischem Al-Pulver, 60 bis 72 Gewichtsteilen Fe-AI-Legierungspulver und 03 bis 0,5 Gewichtsteilen Ammoniumhalogenid, und die Blasform auf eine Temperatur von 700 bis 950⁰C mehrere Stunden in neutraler Atmosphäre erhitzt wird.

7. Verfahren zum Überziehen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Metalloxidpulver mit hohem Schmelzpunkt eine Teilchengröße entsprechend einem Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0.149 bis 0.062 mm besitzt das metallische Al-Pulver eine Teilchengröße entsprechend einem Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,177 bis 0,149 mm besitzt und das Fe-Al-Legierungspulver eine Teilchengröße entsprechend einem Sieb mit einer lichten Maschenweite von 037 bis 0,149 mm besitzt.