DE2815876A1

DE2815876A1 - Verfahren zur herstellung zusammengesetzter pulverteilchen

Info

Publication number: DE2815876A1
Application number: DE19782815876
Authority: DE
Inventors: Ronald L Prowse; Vilnis Silins
Original assignee: Sherritt Gordon Mines Ltd
Current assignee: Viridian Inc Canada
Priority date: 1977-04-26
Filing date: 1978-04-12
Publication date: 1978-11-09
Also published as: IT1095304B; CA1085239A; FR2388776A1; GB1597684A; AU3490678A; IT7822651A0; JPS53133582A; ZA782341B

Description

18.637 40 Ar 6. April 1978

Siierrlirfc Gordon Mines Ltd.
2800 Commerce Court West,
Toronto,; Ontario/Canada

Verfahren zur fferstellung zusammengesetzt er Pulverteilchen

Die Erfindung feetrifft ein Verfahren zur Herstellung metaXlheschichteter zusammengesetzter Pulverte liehen, d.h. von Teilchen, die Jeweils einen metallbeschichteten Kern aufweisen»

Derartige Pulver werden zur Zeit In vielen Bereichen verwendet. Zum Beispielewird nickelheschiehtetes Graphitpulver zur Bildung abrassiver Dichtungen für Gasturbinen verwendet. Kohaltbeschich- tete Wolframkarbidpulver wird auf thermischem Wege auf Hesser- blätter aufgesprüht, um die Schneiden hart und verschleißfest zu machen. Blckelbeschichtetes Aluminiumpulver wird auf thermischem Wege auf verschiedene Substrate aufgesprüht, um eine fest anhaftende Bindeschicht für eine weitere Beschichtung zu schaffen«

Ketallbeschichtete zusammengesetzte Pulverteilchen können auf verschiedenen Vegen hergestellt werden. Bei einem kommerziell ange wendeten Verfahren werden Kernteilchen in einer das oder die Be-Bchichtungsmetalle in gelöster Form enthaltenden Lösung suspen diert, und man läßt dann die sich ergebende Suspension bei er höhter Temperatur und erhöhtem Druck mit einem Reduktionsgas rea-

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gieren, damit sich das Byeschichtungsmetall aus der Lösung heraus auf den Kernteilchen niederschlägt.

Im allgemeinen wird jedes einzelne Teilchen des Kernmaterials mit Metall beschichtet, und die Teichengröße des sich schließlich ergehenden Pulvers wird weitgehend durch die Teilchengröße des Kernmaterials bestimmt, auch wenn eine gewisse Agglomeration der Teilchen beim Beschichtungsprozeß auftreten sollte. Dies ist nicht problematisch, wenn der Teilchengröße des Endpulvers keine grös- sere Bedeutung zugemessen wird oder wenn ohne weiteres Kernmaterial teilchen in der geforderten Große erhalten werden können. Jedoch ist es häufig erwünscht und in einigen Fällen sogar von grosser Bedeutung, daß die Teilchengröße des Verbundpulvers in engen Grenzen gesteuert wird, z.B. wenn das Pulver für einen thermischen Sprühprozeß verwendet werden soll. Außerdem ist es nicht immer möglich, ohne weiteres Kernmaterialteilchen von der geforderten Größe zu erhalten. Zum Beispiel sind Mineralien mit einer Phyllosilicat-Struktur, wie z.B. Pyrophjllit, Talkum, Kaolin, Halloysit, Chlorit, Glimmer, Montmorillonit und Beatonit, gewöhnlich nur in Teilchengrößen von weniger als 5 /U m (Mikron) erhältlich. Das ist für die Herstellung von geeigneten Verbundpulvern mit dem oben beschriebenen Verfahren zu fein. Wunderstein (Vonderstone) ist ein anderes Mineral, das gewöhnlich nur in Teilchengrößen erhältlich ist, die zu klein für diesen Zweck sind. Verbindungen, wie z.B. Graphit- und Bornitrid, sowie hitzebeständige Verbindungen, wie z.B. Wolframkarbid und Titankarbid, fallen ebenso häufig unter diese Kategorie.

Auegehend von einem Verfahren zur Herstellung zusammengesetzter Pulverteilchen, welche Kerne aufweist, deren Größe innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt und die mit einer metallischen Außenschicht überzogen sind, wobei der vorgegebene Kerngrößenbereich innerhalb eines maximalen Größenbereichs von etwa 5 bis etwa 250 αχ m liegt, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst,

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Der Erfindung lieyt daher die Auigalo iaigruiidc, ein Verfahren zur Herstellung eines inetallbeschiehtoten Verbundpulvers zu schaffen, dessen Kerninaterial eine T^ilchc-nqrüßo aufweist, die kleiner als die geforderte Korngröße ist.

ύ υ

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daß Kernteilchen mit einer Größe, die unterhalb der unteren Grenze des vorgegebenen Größenbereichs liegt, mit einem Polymerbindemittel gemischt werden, daß aus der sich ergebenden Mischung feste Agglomerate mit einer Größe, welche innerhalb des vorgegebenen Größenbereichs liegt, zur Bildung der Kerne gebildet werden, wobei jeder Kern eine Vielzahl von durch das Polymerbindemittel aneinander gebundenen Kernteilchen umfaßt, und daß diese Kerne mit einer metallischen Außenschicht zur Bildung der zusammengesetzten Pulverteilchen überzogen werden.

Das Erzeugnis gemäß der Erfindung ist ein Verbundpulver, dessen Teilchen Kerne aufweisen, deren Größe innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt und die mit einer metallischen Außenschicht überzogen sind, wobei der vorgegebene Größenbereich innerhalb eines maximalen Größenbereichs von etwa 5 bis etwa 250 ai m liegt, das dadurch gekennzeichnet ist, daß jeder Kern eine Vielzahl von Kernteilchen umfaßt. Die zusammengesetzten Pulverteilchen weisen daher eine Größe im Bereich von etwa 6 bis 500 /u m auf.

Die Kernmaterialien können Metalle und Nicht-Metalle aufweisen, die durch das oben beschriebene bekannte hydrometallurgische Verfahren mit einer Metallschicht überzogen werden können. Geeignete Materialien sind Verbindungen, wie z.B. Graphit, KalziumfltiarJä und Bornitrid, und hitzebeständige Materialien, wie z.B. Aluminiumoxyd, Wolframkarbid, Titankarbid, Wolfram-Titankarbid, Chromkarbid, Chromo;xyd, Zircaniuradioxyd, Titandioxyd und MolybdändiF.ulfid. Ebenso sind Wunderstein und Mineralien mit einer Phyllosilicat-Struktur, z.B. die oben erwähnten, als Kernmaterial geeignet. Wundepstein (Wonderstone) erscheint unter der A.S.T.M.-Norm 2-613 für Aluminiumsilicathydrit (A.S.T.M. = American Society for Testing Materials).

Wie oben angesprochen, befaßt sich die Erfindung im wesentlichen mit der Bgschichtung von feinzerteiltem Kernmaterial, das nicht

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ohne weiteres in einer bestimmten, geforderten Größe -verfügbar ist, bevor es durch das oben beschriebene Verfahren mit einer Schicht aus Metall überzogen wird» Wie ebenfalls bereits erwähnt worden ist, ist es häufig erforderlich, da·?· die Teilchengröße des Verbundpulvers innerhalb eines vorgegebenen Größenbereichs liegt. Zum Beispiel sollten Pulver, die im Rahmen eines thermischen Aufsprühens angewendet werden, vorzugsweise ungehindert strömen können (free flowing powders) und eine Teilchengröße zwischen etwa 6 und etwa 150/U m aufweisen. Gemäß dem bekannten hydrometallurgischen Beschichtungsverfahren wird die Teilchengröße der zusammengesetzten Teilchen in erster Linie durch die Teilchengröße des Kernmaterials gesteuert. Das bekannte Verfahren trägt daher selbst nicht zur Beschichtung der Kernteilchen bei, deren Größe unterhalb der unteren Grenze des für die Ksrngröße geforderten Bereiches liegt. Die Erfindung ist nun auf die Herstellung von Verbundpulvern von gesteuerter Größe unter Verwendung solcher Kernteilchen gerichtet.

Im ersten Verfahrensschritt werden gemäß der Erfindung die Teilchen des Kernmaterials mit einem Folymerbinderaitfcel gemiscnt, das an den Kemteilchen haften bleibt unJ seine Binde Fähigkeit unter den in den letzten Verfahrensschritten auftretenden Bedingungen für die Beschichtung des Kernmaterials mit Netall beibehält. Zum Beispiel kann es notwendig sein., daß das Polymerbindemittel seine Bindefähigkeit beibehält, wenn die ausgeformten Kerne in Wasser getaucht und/oder hohen Temperaturen unterworfen werden. Gute Ergebnisse konnten mit Polyurethan und mit Vinylester-Harzen erzielt werden, wie später beschrieben wird. Aus der Mischung der Kernteilchen, und des Polymerbindemittels werden dann feste Agglomerate gebildet, deren Größe innerhalb des \^rorgegebenen Kerngrößenbereichs liegt, um die Kerne zu bilden.

Die Kemteilchen und das Polymerbindemittel können in einer Mischeinrichtung, wie z«, B₀ einem Attritor, gemischt werden. Alternativ hiersu können die Kernteilefaen und das Polymerbindemittel gemischt werden, indem zuar-st das Polymerbindemittel in einem flüchtigen

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-ix,-

Lösungsmittel aufgelöst wird und die r-inh ergebende Lösung und die Kernteilchen in einer Vorrichtung zur Bildung von Kügelchen fPelletizer), z.B. vom Scheiben-Typ oder vom Trommel-Typ, zunaFimengegeben werden. Diese Art von Vorrichtung int dem Fachrrinn bekannt und wird, was die Erfindung anbnlangt, ir. bekannter l/eir»e betrieben, um feste, polymergebundene Agglomerate von Kernte!ichen zu erzeugen, deren Größe innerhalb des vorgegebenem Kerngrössenbereichs liegt. Gemäß einem besonderen Ausführungsbeispiel wird Polyurethan in Aceton in einem Verhältnis von 1 : 1 gelöst und mit den Kernteilchen in einer rotierenden Granulierungspfanne gemischt. Das Aceton verdampft schnell, und das Polyurethan lagert sich bei Drehung der Pfanne an den Kernteilchen ab und bindet diese zu Agglomeraten. Die Größe der Agglomerate kann durch den Betrieb der Pfanne und durch nachfolgendes sieben der Agglomerate gesteuert werden.

Die Menge des mit den Kernteilchen gemischten Polymerbindemittel kann zwischen 1 und 10% bezogen auf das Gesamtgewicht des Polymerbindemittels und der Kernteilchen variiert werden. Ein über 10% liegender Anteil an Polymerbindemittel ist gewöhnlich zum Binden der Kernteilchen in eine für die Beschichtung geeignete Form nicht erforderlich, ,jedoch kann ein größerer Anteil an Polymerbin~ demittel dann erforderlich werden, wenn das verwendete besondere Polymerbindemittel keine große Bindefähigkeit aufweist. Andererseits reicht ein Anteil an Pol7/merbinderaittel von weniger als 1% im allgemeinen nicht aus, um die Kernteilchen in Form von Agglomeraten zusammenzuhalten, wenn nicht das Polymerbindemittel eine ungewöhnlich gute Bindefähigkeit aufweist«

In einigen Fällen mag es notwendig sein, die Kerne wärmemäßig zu behandeln, um sie für die Beschichtung mit Metall vorzubereiten. Obwohl die Wärme eine Zersetzung des Polymerbindemittels bei gleichzeitigem Verlust der flüchtigen Zersetzungsprodukte bewirken kann, kann durch geeignete Wahl des Polymerbindemittels dafür ge-

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sorgt werden, daß die Kernteilchen durch den Rest an Polymerbindemittel zu einem Kern zusammengebunden bleiben. Dadurch, werden die Kerne gegenüber Gewichts- und Volumenschwankungen stabilisiert,' wobei ihr Kohlenstoffgehalt reduziert wird. Nach der Agglomeration werden die sich ergebenden Kerne z.B. durch das bekannte hydrometallurgische Verfahren, auf d^s zuvor Bezug genommen wurde und das in einer Reihe von üS-PSen wie 28 53 398, 28 53 4-01, 28 53 4-03, 30 62 680-, 32 18 192 und 32 41 949 beschrieben ist, oder durch andere bekannte Beschichtungstechniken mit einer Schicht überzogen, die mindestens ein Metall enthält, wie z.B. Kobalt, Nickel, Kupfer, Ruthenium, Rhodium, Osmium, Iridium, Gold, Silber, Platin, Arsen, Zinn, Kadmium oder Molybdän. Die Beschichtung der Kerne mit Metall kann durch Verwendung eines Katalysators oder eines die Keimbildung anregenden Mittels, z.B. durch eine kleine Menge von Anthrachinon oder substituiertes Anthrachinon, verbessert werden.

Die sich ergebenden metallbeschichteten, zusammengesetzten Teilchen können beispielsweise bei der Flammen- oder Plasmaspritztechnik auf dem pulvermetallurgischen Gebiet und in anderer V/eise verwendet werden. Eine weitere Behandlung kann jedoch notwendig oder wünschenswert sein, um die zusammengesetzten Pulverteilchen für besondere Anwenduagszwecke geeignet zu machen» Beispielsweise kann es wünschenswert sein, die Metallbeschishtung gegen eine Hoehtesaperaturoxydation zu schützen. Zum Beispiel sind zusammengesetzte Pulverteilchen mit einer streckbaren oder nachgiebigen Beschichtung und mit aus Wunderstein und den zuvor genannten Mineralien mit einer Phyllosilicat-Struktur aufgebauten Kernen besonders für abtragbara bzw. abrassive Dichtungen geeignet. Die Teilchen können auf die Maschinenteile einer Gasturbine, wie z.B. auf die Yerdiclitungsf lachen, die Gehäusefcsile, die Statorflügel und die Hotorflügel, im Flammen- oder Plasmaspritzverfahren aufgespritst werden, üb abtragbare Dichtungen zu schaffen. Wenn der Metallüberzug aus liiekel besteht, darf die Temperatur innerhalb der Turbine beispielsweise zdnlrfe über 480⁰G ansteigen, da der lik«

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kelüberzug oberhalb dieser Temperatur oxidiert und die Dichtung zerstören würde. Für höhere Betriebstemperaturen muß der Nickel-Überzug gegen eine Oxydation geschützt werden. Ein solcher Schutz kann durch Legierung des Überzugs mit einem Metall, wie z.B. Chrom, Aluminium oder Silicium^vor der Anwendung erreicht werden. Ein Verfahren für ein derartiges Legieren ist in der kanadischen Patentschrift 901 892 beschrieben.

Kobaltbeschichtete zusammengesetzte Teilchen könnsn in ähnlicher Weise gegen Oxydation geschützt werden, wie es in der zuvor genannten kanadischen Patentschrift beschrieben ist. Es sollte beachtet werden, daß die während des in dieser Patentschrift beschriebenen Legierungsvorganges vorherrschende Temperatur so hoch sein kann, daß das Polymerbindemittel zersetzt wird und/oder sich verflüchtigt. Die zusammengesetzten Teilchen werden daher nach dem Legieren, einen Kern aufweisen, der im wesentlichen aus einer Vielzahl von Kernteilchen mit einer Legierungsschicht besteht, oder wobei die Kernteilchen durch das von der Zersetzung übrig bleibende Polymerbindemittel zusammengehalten werden.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung mehrerer Beispiele;

Beispiel I

Dieses Beispiel bezieht sich auf die Herstellung von nickelbeschichtetem Bornitridpuder.

Ein Schlamm mit 44· Gewichtsteilen Bornitridteilchen, deren Größe im wesentlichen 1 /a. m betrug, mit 36 Gewichtsteilen Aceton und mit 20 Gewichtsteilen Urethanteilchen wurde zubereitet. Der Schlamm wurde in eine rotierende Pfanne, die mit 24 Umdrehungen/min. 30 bis 45 Minuten lang in Rotation versetzt wurde, zxxv Bildung von

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-IVi-

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Kügelchen gegeben. Beim Rotieren der Pfanne verdampfte das Aceton, und das Urethan polymerisierte. Die sich ergebenden Agglomerate wurden 16 Stunden lang in einer Luftatmosphäre bei 50⁰C getrocknet.

Die getrockneten Agglomerate wurden mit Hilfe eines 150-er Maschen-Standards iebs (Typ: Tyler; 105 /U m) in eine grobe und in eine feine Fraktion getrennt, wobei die grobe Fraktion mit Hilfe einer Schlagmühle pulverisiert wurde« Die pulverisierte Fraktion wurde durch Verwendung des 150-er Maschensiebs in eine grobe und in eine feine Fraktion getrennt. Die insgesamt erhaltene feine Fraktion (minus 150) betrug 62% des Gesamtgewichtes der Agglomerate, wobei die Teilchen dieser Fraktion als Kerne verwendet wurden.

Die Kerne wurden dann durch Eintauchen in eine Palladiumchlorid enthaltende Lösung aktiviert. Die aktivierten Kerne wurden aus der Lösung herausgefiltert und in einer ammoniakalischen Ammoniumsalzlösung, die gelöste Kickelwerte enthielt, dispergiert. Dann ließ man den sich ergebenden Schlamm bei 180⁰C mit Wasserstoffgas un-

ter einem Partialdruck von 24 bar/cm (350 p.s.i.) reagieren. Aufgrund der Reaktion schied das Kicke1 aus der Lösung aus und lagerte sich als durchgehende Schicht auf den Kernen ab.

Beispiel II

Dieses Beispiel bezieht sicli auf die Herstellung eines nickelbe schichteten Bornitridpulvers.

Ein Schlamm wurde mit 750 g kommerziellem hexagonalem Bornitrid- pulrer, dessen Teilchen im wesentlichen eine Größe von 1 m m auf wiesen, mit 1800 ml Aceton und mit 450 ml Polyurethan zubereitet.

Der Schlamm wurde in eine Scheibenvorrichtung mit einem Durchmesser von 115 cm (46 inch) zur Bildung von Kügelchen (disc pelletizer) gegeben, wobei die Vorrichtung einen stationären Arm zum

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Mischen und Belüften der Bestandteile aufwies. Die Scheibe wurde mit einer Geschwindigkeit von 24 Umdrehungen/min, gedreht.

Der Schlamm ging zunächst in eine teigartige Nasse über und erst dann wurden Agglomerate gebildet, deren Größe durch die mechanische Einwirkung des stationären Armes verkleinert wurde. Die Vorrichtung zur Bildung der Kügelchen arbeitete 60 Minuten lang.

Die Agglomerate wurden dann 16 Stunden lang bei ?0°C luftgetrocknet und mit einem 80-er Maschensieb (177. Ai m) cesieb⁴-. Die Teilchen der durch das 80-er Sieb hindurchgelangender. Fi-afektion wurden als Kerne verwendet, die dann mit Nickel wie in dem vorhergehenden Beispiel beschichtet wurden. In dem sich zum Schluß ergebenden nickelbeschichteten Bornitridpulver hatte die Nickelbeschichtung einen Anteil von 85 Gew.%, während die Bornitridkernteilchen einen Anteil von 15 Gew.% hatten. Die Teilchen des Pulvers lagen in folgendem Größeribereich:

Maschenfraktion /u m %

+150	' +200	74	> 105	7,6
-150 /	' +250	63	- 105	9,8
-200 /	' +325	44	- 74	7,0
-250 /			- 63	50,8
-325		> 44	24,8

Das Pulver hatte eine Korngröße, die im allgemeinen zum Flammspritzen oder für eine weitere Verwendung bei der Herstellung
eines Legierungsverbündpülvers nach dem in der kanadischen Patentschrift 901 892 beschriebenen Verfahren geeignet war.

Beispiel III
Dieses Beispiel bezieht sich auf die Herstellung von nickelbe-

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schichtetem Bentonitpulver.

4000 g Bentonit in einem TeilchengrÖßeribereich von 0,8 bis 6,5 /u m und einer durchschnittlichen Pulverteilchengröße von etwa 4/U m wurden bei 200⁰C 16 Stunden lang in der Luft getrocknet, um die adsorbierte Feuchtigkeit zu entfernen. Ein Polymerbinder wurde durch Mischen von 840 g Derakane-Harz 470-45P mit 25 g MIA-CAT hergestellt (Derakane ist eine Handelsmarke der Firma Dow Chemical Company, Michigan, USA und Derakane-Harz 470-45P ist ein Vinylester-Harz. ΜΙΑ-CAT ist eine Handelsmarke der Firma Mia Chemicals Limited, Ontario, Canada und MIA-CAT 60 ist ein Methyl-Äthyl-Keton-Peroxydkatalysator). Der Polymerbinder wurde einer Menge von 3150 g getrocknetem Bentonit in einem Attritor mit einer Geschwindigkeit von 300 g/min, zugegeben, wobei sich das Attritorrührwerk mit einer Geschwindigkeit von 180 Umdrehungen/min, drehte. Nachdem die ge samte Menge des Polymerbinders zugegeben worden war, wurde das Rührwerk noch 10 Minuten lang in Betrieb gehalten, wobei während dieser Zeit die Bentonit-Teilchen agglomerierten.

Die Agglomerate wurden dann aus dem Attritor entnommen und bei 200⁰C 2 Stunden lang in Luft bei periodischer Enfilierung getrock net· Die getrockneten Agglomerate wurden gesiebt, um die +150-er Maschenfraktionen (>105 /i m) zu entfernen, wobei 1700 g getrock- neter Agglomerate mit einer scheinbaren Dichte von 0,77 g/cm-⁷ und in den folgenden Größen gewonnen wurden:

Maschenfraktion /u m %

+150	+170	88	>105	0,1
-150 /	+200	74	- 105	2,5
-170 /	+250	62	- 88	9,5
-200 /	+270	53	- 74	4,5
-250 /	+325	44	- 62	17,4
-270 /			- 53	25,0
-525		> 44	43,0

45/

Die auf diese Weise gewonnenen, getrockneten Agglomerate wurden als Kerne verwendet und für eine Beschichtung mit Nickel vorbereitet, indem die Agglomerate in einer Wasserstoffatmosphäre
eine halbe Stunde lang bei 950 C Wärme behandelt wurden. Diese
Wärmebehandlung hatte einen Teilverlust des Polymerbinders zur
Folge, wobei der Kohlenstoffgehalt der Kerne von etwa 9 Gew.% auf etwa 4 Gew.% herabgesetzt und die Kerne gegen weitere Gewichtsund Volumenschwankungen stabilisiert wurden. Nach der Wärmebehandlung wurden 1240 g stabilisierter Kerne mit einer scheinbaren Dichte von 0,96 g/cm und in den folgenden Größen gewonnen:

Maschenfraktion	88	.u m	%
(Tyler)	74	y 105	0,1
+150	62	- 105	1/0
-150 / +170	53	- 88	6,5
-170 / +200	44	- 74	5,0
-200 / +250		- 62	19,4
-250 / +270		- 53	26,0
-270 / +325	y 44	42,0
-325

Die stabilisierten Kerne sind beim Einrühren in kochendes Wasser nicht zerfallen und wurden nachfolgend mit Nickel in der in den vorangegangenen Beispielen beschriebenen -Weise beschichtet.

Beispiel IV

Dieses Beispiel bezieht sich auf die Herstellung von NiCrAl/Bentonit-Verbundpulver, wobei auch das Flammspritzen von NiCrAl/Bentonit-Verbundpulver zur Bildung eines abschleifbaren Dichtungsbelags für Turbinen beschrieben wird.

34 kg Bentonit wurden 8 Stunden lang bei 200°C getrocknet. Nach

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dem Feuchtigkeitsentzug blieben 31,5 kg getrocknetes Bentonit übrig. Ein Polymerbinder wurde durch Mischen von 7,3 kg Derakane-Harz 47O-45P mit 25 g MIA-CAT 60 zubereitet. Der Polymerbinder wurde dem getrockneten Bentonit mit einer Geschwindigkeit von 2,5 kg/min, beginnend mit dem Einsetzen der Ausbildung der Kügelchen zugeführt. Die Ausbildung der Kügelchen wurde in einem 57-Liter (15 gallon)-Attritor (Szgvari-Typ) 5 Minuten lang durchgeführt, wobei sich das Rührwerk mit einer Geschwindigkeit von 190 Umdrehungen/min, drehte. Das auf diese Weise in Kügelchen übergeführte Bentonit wurde bei 950 C eine Stunde lang in Wasserstoff wärmebehandelt, um es gegen weitere Gewichts- und VoIumenschwankungen zu stabilisieren. Während dieses Schrittes verflüchtigten sich die flüchtigen Bestandteile des Polymerbinders, wobei eine kohlenartige Substanz übrigblieb. Das in Form von Kügelchen vorliegende Bentonit wurde dann der Reihe nach mit 400-er, 150-er und 400-er Maschensieben gesiebt. Drei weitere Mengen von dem Material wurden hergestellt, wobei die Ausbeute unten angegeben ist:

	Attritor-r Ladung	Wärme behandeltes	Größenverteilung des wärmebehan delten Kernmaterials %	5Ο/+4ΟΟ	-400
	kg	Kernmateri al kg	+150 Fraktion -1	28	51
Menge	1 39	30	21	28	54
Menge	2 39	29,3	18	34	47
Menge	3 39	28,1	18	36	41
Menge	4 39	26,2	23

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Die mittleren Fraktionen der vier Mengen wurden zur Gewinnung von 35,5 kg Kernmaterial mit der folgenden Größenverteilung gemischt:

Maschenfraktion	+150	88	.u m	Gew. %
(Tyler)	+ 170	74
	+200	62	> 105	8,0
-150 /	+250	53	- 105	5,2
-170 /	+270	44	- 88	7,2
-200 /	+325		- 74	4,8
-250 /		- 62	15,2
-270 /		- 53	22,0
-325		> 44	37,6

20 kg dieses Kernmaterials wurden wie in den vorhergehenden Beispielen mit Nickel beschichtet, um 87 kg Verbundpulver mit 78,5% Nickel und 21 ,5% Bentonit zu erhalten. Dieses Produkt hätte die folgende Größenverteilung:

Maschenfraktion	(Tyler)	/	88	,,u m	Gew.%
	+150	ι	74
	/ +170		62	> 105	4,0
150	/ +200	53	- 105	7,8
170	/ +250	44	- 88	12,8
200	/ +270		- 74	8,8
250	/ +325	- 62	26,0
270		- 53	22,0
325	> 44	14,0

5000 g des Verbundpulvers mit 78,5% Ni _und 21,5% B_entonit wur-

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den unter Anwendung des folgenden Verfahrens, das mit dem in der kanadischen Patentschrift 901 892 beschriebenen Verfahren übereinstimmt, legiert:

1. Mische mit 156 g Chrompulver der -325-er Fraktion (Union Carbide El-Chrome grade) und 50 g granuliertem Ammoniumchlorid; erhitze 4 Stunden lang auf 950""¹C. Kühle und zerkleinere den sich ergebenden Kuchen in einer Pulverisiervorrichtung zu Pulver.

2. Mische mit 117 g des oben genannten Chrompulvers und 50 g granuliertem Ammoniumchlorid; erhitze 4 Stunden lang auf 950 C in einer Wasserstoffatmosphäre. Kühle und pulverisiere.

3. Mische mit 312 g Aluminium-Blättchenpulver (Leafing Grade 950, Cambro Division of International Bronze Powders) und erhitze 4 Stunden lang auf 950 C in einer Wasserstoffatmosphäre. Kühle und pulverisiere.

Das sich ergebende Verbundpulver, das aus mit der NiCrAl-Legierung beschichteten Eentonit-Kernen besteht, wurde dann mit 150-er und 400-er Maschensieben gesiebt, wobei sich ein Produkt roit den folgenden chemischen und physikalischen Eigenschaften ergibts

gesamter Ni Cr Al Si Fe Eetallanteil ^Kern

Chemische
Analyse % 71, ι

3,2 2,1 1,3 1,2 79,2

21 ,0

Metall/Bentonit

79/2'

GröBenanalyse s

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	+150	- K) -	m
	+170	UA
	+200	/^u	105
	+250		105
Maschenfraktion	+270		88
(Tyler)	+325	88 -	74
		74 -	62
-150 /	62 -	53
-170 /	53 -	44
-200 /	44 -
-250 /
-270 /
-325

Gew.%

0,4 1O,O 18,2 10,8 29,2 22,2

9,2

Dieses Pulver wurde zur Bildung eines abschleif bctren Dichtungsbelages in einer Turbine thermisch verspritzt, wobei ein Metco 6P Flammspritzsystem verwendet wurde. Für das Spritzen wurden die Substratstücke an der Innenseite eines 55-crrt (22 inch)-Ringes befestigt, der mit einer Geschwindigkeit von 60 Umdrehungen/min. rotierte, wobei die Spritzkanone innerhalb des Ringes angeordnet war. Die Spritzparameter, die zur Anwendung kamen, sowie die erhaltenen Beschichtungseigenschaften sind unten" angegeben:

Spritzparameter

Düse P7A-M

Trägergas (Stickstoff) Strömungsanteil (%) Druck (bar) Sauerstoff Strömungsanteil (%) Druck (bar) Acetylen Strömungsanteil $} Druck (bar)

37	79
3,	,5
42	72
1,	,5
42	24
1,

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Kühlluftdruck (6P-3) (bar) 1,72

Pulverzuführräder 5

Pulverzuführgeschwindigkeit (g/min.) 55

Entfernung: Kanone - Substrat (cm) 21,6 Kanonendurchlaufgeschwindigkeit

(cm/min.) 30,5

Physikalische Eigenschaften

Schichtdicke (miti) 1 _r5

Hoffman-Kratzhärte 12-15

Rockwel1-15Y-HSrte 55 Gewichtsverlust durch Verschleiß

(g/min.) 0,52

Spannungsfestigkeit (bar) 48

Beim Verschleißtest wird die Schichtoberfläche mit Silicasand bzw. Schrot von der Norm 240 (240 grit silica) beschossen, wobei die Geschwindigkeit 71 m/sec. und die Menge 32 g/min, betragen; die Entfernung der Düse vom Substrat beträgt 10 cm.

Beispiel V

Dieses Beispiel veranschaulicht die Herstellung und das Flammspritzen eines NiCrAl/Bentonit-Verbundpulvers, das dem des Beispiels IV ähnlich ist, jedoch einen höheren Metallanteil aufweist, Flammgespritzte Beläge unter Verwendung dieses Pulvers haben bei Verschleiß nur einen sehr geringen Gewichtsverlust. Dies wird ohne Härten des Belags erreicht, was seine Abtragfähigkeit einschränken bzw. gefährden würde.

Die Herstellung dieses Produkts verläuft bis zu der Stufe, in

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-2k-

der das Bentonit-Kernmaterial -15O/+4OO erhalten worden ist, genau in der gleichen Weise wie in Beispiel III. In dem vorliegenden Beispiel wurde das Kernmaterial nochmals mit einem 200-er Maschensieb gesiebt, um zwei neue Fraktionen zu erhalten, nämlich -15O/+2OO und -2OO/+4OO, die zum Zwecke der Herstellung von grobem 85 NiCrAl/Bentonit 15-Pulver im Verhältnis von 4:1 (-15O/+2OO: -2OO/+4OO) gemischt wurden. Diese Kernmaterialmischung wurde wie in den vorhergehenden Beispielen nickelbeschichtet, um ein Verbundpulver von 85,3 Ni/Bentonit 14,7 zu erhalten. Die Legierung der Nickelbeschichtung wurde im wesentlichen in der gleichen Weise wie im Beispiel IV durchgeführt, jedoch wurde der Anteil an Chrom und Aluminium bei jeder Stufe um 85,3/78,5 (= 1,09) erhöht, um die selbe Zusammensetzung der NiCrAl-Beschichtung, jedoch bei unterschiedlichem Metall/Bentonit-Verhältnis, d.h. 86,2/13,8, zu erhalten. Die Größenanalyse dieses Produkts ergab:

Gew.

15,0 17,4 17,4 10,2 23,4 11 ,0 3,6

Dieses Pulver wurde zur Ausbildung eines abtragfähigen Dichtungsbelags unter Verwendung des Metco 6P Spritzsystems thermisch aufgespritzt. Für das Spritzen waren die Substratstücke auf der Innenweite eines 55-cm (22 inch)-Rings befestigt, der mit 60 ümdreungen/min. rotierte, wobei die Spritzkanone innerhalb des Rings an-

Maschenfraktion	(Tyler)	88	, u m
	+150	74
	/ +170	62	105
150	/ +200	53	- 105
170	/ +250	44	- 88
200	/ +270		- 74
250	-/ +325	- 62
270		- 53
325		44

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geordnet war. Dip Spritzparametrr, die ;:ur Anwendung kamen, und die Eigenschaften dos sich ergebenden Belags sind unten aufgeführt:

Spritzparameter

Düse	P 7 A-
Trägergas (Stickstoff)
Strömungsanteil (%)	37
Druck (bar)	3,79
Sauerstoff
Strömungsanteil (%)	42,5
Druck (bar)	1,45
Acetylen
Strömungsanteil (%)	42,5
Druck (bar)	1 ,03
Kühlluftdruck (6P-3) (bar)	1 ,38
Pulverzufuhrräder	5

Pulverzufuhrungsgeschwindigkeit (g/min.) 55

Entfernung: Kanone - Substrat (cm) 21,6

Kanonendurchlaufgeschwindigkeit (cm/min. ) 21,6

Physikalische Eigenschaften

Schichtdicke (mm) 1,5

Rockwell-15Y-Härte 56 Gewichtsverlust durch Verschleiß

(g/min.) 0,11

Spannungsfestigkeit (bar) 55

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BAD ORlGSNAU

Claims

18.637 4O/Iu 6. April 19 78 v... . Γ,: ι Sherritt Gordon Mines Ltd-Commerce Court West, Toronto, Ontario/Canada

1. Verfahren zur Herstellung zusammengesetzer Pulverteilchen, welche Kerne aufweisen, deren Größe innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt und die mit einer metallischen Außenschicht überzogen sind, wobei der vorgegebene Kerngrößenbereich innerhalb eines maximalen Größenbereichs von etwa 5 bis 250 .u m liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernteilchen mit einer Größe, die unterhalb der unteren Grenze des vorgegebenen Größenbereichs liegt, mit einem Polymerbindemittel gemischt werden, daß aus der sich ergebenden Mischung feste Agglomerate mit einer Größe, welche innerhalb des vorgegebenen Größenbereichs liegt, zur Bildung der Kerne gebildet werden, wobei jeder Kern eine Vielzahl von durch das Polymerblndemittel anexnandergebundenen Kernteilchen umfaßt, und daß diese Kerne mit einer metallischen Außenschicht zur Bildung der zusammengesetzten Pulverteilchen überzogen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die

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metallische Außenschicht dieser Pulverte Liehen mit einem

aus der Chrom, Aluminium und Silicium u:iias:icijioi\ Gruppe logiert werden,

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernteilchen aus einem Phyllosilicat-Mineral bestehen, das aus der
Pyrophyllit, Talkum, Kaolin, Halloysit, Chlorit, Glimmer, Montmorillonit und Bentonit umfassenden Gruppe ausgewählt ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernteilchen aus einem Material bestehen, das aus der Bornitrid und
Wunderstein umfassenden Gruppe ausgewählt ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymerbindemittel ein Polyurethan ist.

6. Verfahren nach Anspruch T, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymerbindemittel ein Vinylester-Harz ist.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernteilchen Bentonit-Teilchen aufweisen und die metallische Außenschicht Nickel aufweist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymerbindemittel ein Vinylester-Harz ist.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernteilchen Bornxtridteilchen aufweisen und die metallische Außenschicht Nickel aufweist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymerbindemittel ein Polyurethan ist.

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11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernteilchen Bentonit-Teilchen aufweisen und die Kerne mit einer Außenschicht aus Nickel überzogen werden, indem die Kerne in einer gelöste Nickelwerte enthaltenden Lösung aufgeschlämmt werden und der Schlamm mit einem Reduktionsgas bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck zur Reaktion gebracht wird, damit sich elementares Nickel auf den Kernen niederschlägt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadiarch gekennzeichnet, daß das Polymerbindemittel ein Vinylester-Harz ist.

13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernteilchen Bornitridteilchen aufweisen und die Kerne mit einer Außenschicht aus Nickel überzogen werden, indem die Kerne in einer gelöste Nickelwerte enthaltenden Lösung aufgeschlämnt werden und der Schlamm mit einem Reduktionsgas bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck zur Reaktion gebracht wird, damit sich elementares Nickel auf den Kernen nit !erschlägt.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymerbindemittel ein Pulyurethan ist.

15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerne vor ihrer Beschichtung mit Metall erhitzt werden, um die Kerne gegen Gewichts- und Voluinenschwankungen zu stabilisieren und ihren Kohlenstoffgehalt zu reduzieren.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernteilchen Bentonit-Teilchen aufweisen.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymerbindemittel ein Vinylester-Harz ist.

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18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Außenschicht Nickel aufweist,

19. Verbundpulver mit Teilchen, welche Kerne aufweisen, deren Größe innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt und die mit einer metallischen Außenschicht überzogen sind, wobei der vorgegebene Kerngrößenbereich innerhalb eines maximalen Grössenbereichs von 5 bis etwa 250 .u m liegt, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kern eine Vielzahl von Kernteilchen umfaßt.

20. Verbundpulver nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kern eine Agglomeration von Kernteilchen umfaßt, die durch ein Polymerbindemittel aneinandergebunden sind.

21. Pulver nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Außenschicht eine Legierung aus einem Metall und mindestens einem weiteren Metall ist, das aus der Chrom, Aluminium und Silicium umfassenden Gruppe ausgewählt ist.

22. Pulver nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernteilchen aus einem Phyllosilicat-Mineral sind, das aus der Pyrophillit, Talkum, Kaolin, Halloysit, Chlorit, Glimmer, MontmorilJLonit und Bentonit umfassenden Gruppe ausgewählt ist.

23. Pulver nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernteilchen aus einem Material bestehen, das aus der Bornitrid und Wunderstein umfassenden Gruppe ausgewählt ist.

24. Pulver nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymerbindemittel ein Polyurethan ist.

25. Pulver nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymerbindemittel ein Vinylester-Harz ist.

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26. Pulver nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die

Kernteilchen; Bentonit-Teilchen aufweisen und die metallische Außenschicht *Nickel aufweist.

27. Pulver nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Bentonit "Teilchen ^t Hilfe eines Vinylester-Harzes aneinandergebunden sind.

28. Pulver nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die
Kernteilchen Bornitridteilchen aufweisen und die metallische Außenschicht Nickel aufweist»

29. Pulver nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Bornitridkernteilchen durch ein Polyurethan aneinandergebunden sind.

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