DE2929274A1 - Selbsthaftendes flammspritzpulver zum herstellen von leicht bearbeitbaren beschichtungen - Google Patents
Selbsthaftendes flammspritzpulver zum herstellen von leicht bearbeitbaren beschichtungenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf selbsthaftende Flammspritzpulver zum
Herstellen von leicht bearbeitbaren Beschichtungen. Dabei betrifft die Erfindung insbesondere ein serbsthaftendes zusammengesetztes
Flammspritzpulver der in der US-PS 3 322 515 beschriebenen Gattung, mit dessen Hilfe qualitativ hochstehende,
leicht bearbeitbare Beschichtungen erzielt werden können.
Flammspritzwerkstoffe, die imstande sind, an einer sauberen Oberfläche ohne spezielle Oberflächenbearbeitungen zu haften,
werden in der Fachsprache als selbsthaftende Flammsprxtzwerkstoffe
(self-bonding flame spray materials) bezeichnet. Eine Gattung derartiger selbsth.aftend.er Flammsprxtzwerkstoffe ist
in der US-PS 3 322 515 beschrieben. Diese Patentschrift beschreibt
beispielsweise zusammengesetztes Flainmspritzpulver in
Form von individuellen Kernpartikeln, die mit einem Bindemittel beschichtet sind, welches gesonderte (discrete) Teilchen eines
anderen Metalls aufweist. So kann ein Flammspritzpulver beispielsweise
aus Nickelkernen bestehen, die mit einem Bindemittel beschichtet sind, welches fein zerteilte gesonderte Aluminiumteilchen
enthält. Dieses Pulver hat weitverbreitete Anwendung gefunden. Die aus dieser Gattung von Flammspritzpulvern
hergestellten Beschichtungen sind jedoch im allgemeinen nicht leicht bearbeitbar und wenn höchst genaue maschinelle Bearbeitungen
erforderlich sind, so ist es im allgemeinen notwendig, das Material mit einem leicht bearbeitbaren Metall zu überspritzen.
Die US-PS 3 338 688 offenbart, daß sich die Neigung der Nxckel-Aluminium-Kompositpulver
gemäß US-PS 3 322 515 zu rauchen dadurch vermindern läßt, daß bis zu 2 Prozent Nickel-Bor der Teilchenumhüllungsschicht
zugesetzt werden. Dieser Nickel-Bor-Zusatz vermindert zwar die Rauchneigung der Pulver während des
Verspritzens, hat jedoch keinen vorteilhaften Einfluß auf die
Bearbeitbarkeit der ausgebildeten Beschichtung.
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Die Erfindung verfolgt somit das Ziel, ein verbessertes selbsthaftendes
Flammspritzpulver zu schaffen, mit dessen Hilfe qualitativ hochstehende Beschichtungen mit guten Bearbeitungseigenschaften
herstellbar sind.
Aus der folgenden Beschreibung geht deutlich hervor, wie dieses Ziel erfindungsgemäß erreicht wird.
Ein bevorzugter Gedanke liegt in einem Flammspritzpulver, welches aus Teilchen besteht, die einen aus Nickel oder Eisen
oder Kupfer oder Kobalt oder Legierungen dieser Elemente bestehenden Kern besitzen, welcher mit einem Bindemittel beschichtet
ist, in dem gesonderte Teilchen aus Aluminium sowie aus im wesentlichen reinem Nickel enthalten sind. Das Kernmaterial
nimmt 70 bis 98 und vorzugsweise 80 bis 94 Gewichtsprozent des gesamten Metallgehaltes des Pulvers ein. Die Kernteilchen
haben eine Größe von 3 bis 20 mund vorzugsweise von 37 bis 150um. Das am meisten bevorzugte Kernmaterial ist Nikkei,
und die Beschichtung kann zusätzlich zu dem Aluminium und dem Nickel noch Molybdän enthalten.
Erfindungsgemäß werden durch Zusatz einer geringen Menge an Reinnickelteilchen zu der Umhüllungsschicht bestimmte Arten von
selbsthaftenden Komposit-Flammspritzpulvern die Eigenschaften
dieser Pulver so verändert, daß durch Flammspritzen qualitativ hochstehende und leicht bearbeitbare Beschichtungen erzielt
werden können, ohne Einbuße anderer Eigenschaften, die üblicherweise
durch das Verspritzen dieser Komposit-Pulver erreicht werden.
Der Kern der erfindungsgemäßen Flammspritzpulver besteht aus
Nickel oder Eisen oder Kupfer oder Kobalt oder Legierungen dieser Metalle, wobei Nickel am meisten bevorzugt ist. Die
Kernteilchen müssen Teilchengrößen von 3 um bis 250 Mm aufweisen,
wobei die bevorzugte Teilchengröße im Bereich von 37 Am bis
149 λωι liegt. Der Kern wird mit gesonderten Teilchen aus AIu-
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minium und insbesondere aus Reinnickel beschichtet. Das Aluminium sollte in Form feiner Teilchen mit einer Teilchengröße
zwischen etwa 1 und 37 pmvorliegen und die Reinnickelteilchen
sollten in den gleichen Größenabmessungen liegen, wobei jedoch eine Blättchen- oder Flockenform mit einer Länge zwischen
etwa 140 und 5 μη und einer Dicke zwischen O7 5 und 10 jjJ&bevorzugt
ist. Besonders bevorzugt ist eine Länge zwischen etwa 80 und 5 pjaund eine Dicke zwischen etwa 0,5 und 2 pm.Das Aluminium
kann gegebenenfalls auch in dieser Blättchen- oder Flockenform verwendet werden. Mit dem in der vorliegenden Beschreibung
zu den Patentansprüchen benutzten Ausdruck "im wesentlichen Reinnickel" soll ein metallisches Nickel bezeichnet
werden, welches nicht mehr als 5 Atomprozent an Verunreinigungen enthält. Das benötigte Nickel kann, sofern die erforderliche
Reinheit gewährleistet ist, aus unterschiedlichen Quellen bezogen werden. So kann beispielsweise das im Handel als
Carbonylnickel bezeichnete Reinnickel, welches für Reduktionsvorgänge verwendet wird, eingesetzt werden. Die anderen Pulver—
komponenten, wie das Aluminiumbeschichtungsmaterial und das Kernmaterial können in an sich bekannter Form verwendet werden,
wie beispielsweise gemäß den US-PS'en 3 322 515 und 3 338 688.
Das erfindungsgemäße Komposit-Pulver kann mit Ausnahme des
Zusatzes an Reinnickelteilchen zur Beschxchtungsschxcht auf herkömmliche Weise hergestellt und verwendet werden, wobei zum
Stand der Technik die US-PS'en 3 322 515 und 3 338 688 genannt
seien. So können beispielsweise die Beschichtungsteilchen aus Aluminium und Reinnickel mit einem Bindemittel vermischt werden,
um so etwas wie einen Farbüberzug zu erzielen, in welchem die Aluminium- und Reinnickelteilchen dem Pigment entsprechen. Dieser
Farbüberzug wird sodann verwendet, um die Kernteilchen zu beschichten, worauf man die Beschichtung trocknen läßt.
Als Binder kann jedes geeignete bekannte oder herkömmliche Bindermaterial
verwendet werden, mit dessen Hilfe sich eine Beschichtung ausbilden läßt oder sich Teilchen auf einer Ober-
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fläche anbringen lassen. Der Binder besteht vorzugsweise aus einem Lack oder Firniß (varnish), der ein Harz als Grundwerkstoff
enthält und ein Harz enthalten kann, welches nicht von der Bindemittelverdampfung abhängt, um einen getrockneten oder
ausgehärteten Film zu bilden. Der Lack oder Firniß kann somit ein katalysiertes Harz als Grundmaterial enthalten. Beispiele
von geeigneten Bindern umschließen die konventionellen Phenol-, Epoxy- oder Alkyllacke sowie Lacke oder Firnisse mit Gehalten
an Trocknungsölen, wie Tungöl oder Leinöl, außerdem Gummi- und Latexbinder, sowie dergleichen. Der Binder kann zusätzlich
auch wasserlöslich sein, wie beispielsweise aus Polyvinylpyrolidon
oder Polyvinylalkohol.
Das Beschichten des Kernmaterials mit dem "Farbstoffüberzug",
welcher das Aluminium und das Reinnickel enthält, kann auf herkömmliche Weise erfolgen, wobei es besonders einfach ist, die
beiden Materialien miteinander zu vermischen das Aushärten des Bindesmittels abzuwarten, was zu einem im wesentlichen freifließenden
Pulver führt, das aus mit Aluminium- und Reinnickelteilchen beschichteten Kernen besteht.
Die Fertiggröße der Flammspritzteilchen liegt im Bereich von etwa 5 bis 250 mnund vorzugsweise im Bereich von etwa 10 bis
177 μη.
Das Aluminium und auch das Reinnickel können jeweils in einer Menge von etwa 1 bis 15 Prozent und vorzugsweise in einer Menge
von 3 bis 10 Gewichtsprozent, bezogen auf den Gesaratmetallgehalt der Teilchen, vorliegen. Zusätzlich zu dem Aluminium und dem
im wesentlichen reinen Nickel kann die Umhüllungsschicht zusätzlich
noch andere Materialien enthalten, wie feines Molybdänpulver in einer Menge von etwa 1 bis 10 Prozent und vorzugsweise
von 2 bis 7 Gewichtsprozent, bezogen auf den Gesamtmetallgehalt. Das feine Molybdänpulver kann in Größe und Gestalt dem
für die ümhüllungsschicht des Kerns verwendeten Aluminiumpulver
entsprechen. So kann das Pulver dem in der US-PS 3 841 901 beschriebenen Pulver gleichen, mit der Maßgabe, daß die Reinnikkelteilchen
er::indungsgemäß in der Umhüllung vorhanden sind.
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Die Pulver werden auf herkömmliche Weise mit Hilfe einer PuI-ver-Flammspritzkanone
verspritzt. Aber es ist auch möglich, die Pulver zu einem Flammspritzdraht oder -stab zu verarbeiten,
wobei dann Kunststoffe oder vergleichbare Bindemittel, wie beispielsweise Polyäthylen- oder Polyuretanbinder verwendet
werden, welche sich in der heißen Zone der Kanone zersetzen. Werden die Pulver zu Drähten verarbietet, so können dieselben
herkömmliche Abmessungen und Maßtoleranzen für Flammspritzgeräte aufweisen. Das bedeutet beispielsweise, daß die Abmessungen
der Drähte zwischen etwa 6,35 mm und 20 gauge liegen.
Das Flammspritzen wird auf herkömmliche Weise ausgeführt, v/ie für selbsthaftende Flammspritzwerkstoffe üblich, wobei insbesondere
die Arbeitsweisen angewendet werden, die sich für Nickel-Aluminium-Komposit-Werkstoffe bewährt haben. Weil die
Pulver von selbst haften, ist es nicht erforderlich, die Oberflächen, abgesehen von einer gründlichen Reinigung, speziell
zu behandeln, obgleich natürlich eine herkömmliche Oberflächenvorbereitung
gegebenenfalls erfolgen kann.
Das erfindungsgemäße Pulver bildet im Gegensatz zu den bekannten
selbsthaftenden Nickel-Aluminium--Pulvern Beschichtungen mit ausgezeichneter
Bearbeitbarkeit. Wird die Beschichtung beispielsweise auf der Drehbank bearbeitet, so werden glänzende, einheitliche
und scharfe Nuten ausgebildet,, wobei lange Späne anfallen. Der Verschleiß des Drehstahls ist im allgemeinen gering.
Im Gegensatz dazu sind Beschichtungen aus den bekannten selbsthaftenden Nickel-Aluminium-Pulvern nur schlecht verarbeitbar
und zeigen trüb-matte, unebene Spanabhebungsnuten bei hohem Verschleiß des Drehwerkzeuges. Außerdem wird das Pulvermaterial
entfernt. " . Die erfindungsgemäß ausgebildeten Beschichtungen können mit viel höherer Geschwindigkeit als die
mit bekannten Pulvern hergestellten Beschichtungen vexarbeitet werden,und außerdem zeigen die erfindungsgemäßen Pulver während
des Flammspritzens nur eine sehr geringe Neigung zur Rauchentwicklung.
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Die erfindungsgemäßen Pulver können überall dort verwendet
werden, wo leicht verarbeitbare harte, verschleißfeste Beschichten angestrebt werden. Wegen dieser Eigenschaft werden
die Pulver im allgemeinen als Schlußbeschichtungen verspritzt, obgleich es, gegebenenfalls, auch möglich ist, die Pulver in
Verbindung oder zusätzlich zu anderen Flammspritzwerkstoffen zu verwenden, die herkömmlicherweise verwendet werden. Die erfindungsgemäß
ausgebildeten Beschichtungen lassen sich auch als Binderbeschichtungen für weitere Sprühschichten verwenden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Beispielen noch näher erläutert.
Fein zerteiltes Aluminiumpulver mit einer Teilchengröße von etwa 1 bis 37 pmwurde mit einer gleichgroßen Gewichtsmenge von
Reinnickel-Blättchen vermischt, deren Länge zwischen 5 und 80 μια
lag, und deren Dicke zwischen etwa 0,5 und 2 pmlag. Das Vermischen
erfolgte in einem herkömmlichen Phenolharzlack mit einem Feststoffanteil von etwa 10 Prozent unter Ausbildung einer
Mischung, deren Konsistenz der eines dicken Sirups entsprach und welche etwa 60 Gewichtsprozent an Metallteilchen enthielt.
Die Mischung aus dem Harzlack mit den Aluminiumteilchen und den Nickelblättchen wurde sodann den Nickel-Kernteilchen zugesetzt,
deren Teilchengröße zwischen 37 μ und 149 μπllag, wobei
die Mischung so gewählt wurde, daß in der Fertigmischung 92 Gewichtsprozent Nickelkernteilchen neben 4 Gewichtsprozent
Aluminiumteilchen und 4 Gewichtsprozent Nickelblättchen vorlagen. Nachdem alle Bestandteile sorgfältig miteinander vermischt,
waren, wurde der Mischvorgang fortgesetzt, bis der Kunstharzlack getrocknet war, so daß ein freifließendes Pulver vorlag,
in welchem alle Nickel-Kernteilchen mit einem trockenen Film
umhüllt waren, welcher die Aluminiumteilchen und die Blättchen aus im wesentlichen reinen Nickel enthielt. Die Teilchen wurden
so dann auf etwa 1200C erwärmt, um ein völliges Trocknen
zu gewährleisten, worauf das trockene Pulver auf eine Siebkorngröße zwischen 44 und 105 μmausgesiebt wurde.
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Das Pulver wurde auf einen Rundstahl mit 25,4 mm Durchmesser vermittels des Flammspritzens aufgebracht, wobei die Oberfläche
des Rundstahls durch Glattschleifen gereinigt worden war. Das Flammspritzen erfolgte aus einem Abstand von etwa
127 bis 152,4 mm von dem Rundstahl, wobei dieser Rundstahl in einer Drehbank gedreht wurde. Es wurde eine Flammspritzkanone
für Pulver benutzt, die in der US-PS 2 961 335 beschrieben ist. Eine solche Flammspritzkanone wird von der Metco Inc. (Westbury,
New York) unter der Bezeichnung Metco-5P Thermospray gun vertrieben. Das Flammspritzen erfolgt mit einer Spritzmenge
von 2,5 kg je Stunde unter Verwendung von Azetylen unter einem Druck von 0,9 kg/cm2 als Treibmittel und mit einer Durchflußmenge
von 935 Liter je Stunde. Sauerstoff unter einem Druck von 1,05 kg/cm2 und einem Durchfluß von 1330,5 Liter/Stunde wurde
als Oxidierungsgas verwendet. Die Beschichtung wurde bis zu einer Dicke von 3,081 bis 0,508 mm Dicke aufgebaut und zeigte
eine Haftfestigkeit von etwa 2,81 bis 3,52 kg/mm2. Während des
Flammspritzens wurde nur wenig Rauch gebildet.
Die aufgesprühte Beschichtung besaß eine Rockwell-Härte von 68 und wurde in einer Drehbank zur Herstellung von Schraubgewinden
verarbeitet. Die erzeugten Gewinde waren glänzend und gleichmäßig mit scharf ausgebildeten Bearbeitungsnuten, wobei
während des Drehens 127 mm lange Späne erzeugt wurden. Es wurde ein Karbid-Drehstahl verwendet, der nur geringen Verschleiß
zeigte. Die Beschichtung ertrug Rotationsgeschwindigkeiten von 68,6 m/min. Im Gegensatz dazu führte ein selbsthaftendes Pulver,
welches auf identische Weise, jedoch ohne den Zusatz von Nickelblättchen, hergestellt worden war, zu einer Beschichtung,
die ein trüb-mattes, ungleichmäßiges Aussehen hatte und zu ungleichmäßigen Drehnuten führte. Beim Drehen kam es zum Ablösen
des Pulvermaterials. Außerdem führte die aus herkömmlichen Pulvern aufgebaute Beschichtung zu einem starken Drehstahlverschleiß
bei einer Drehgeschwindigkeit von lediglich 3 m/min. Wurden die aus im wesentlichen reinem Nickel bestehenden Blättchen
durch Nickel-Bor mit beispielsweise 18 Gewichtsprozent Bor ersetzt, so zeigten die erhaltenen Beschichtungen lediglich
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eine schlechte Bearbeitbarkeit.
Beispiel 1 wurde mit dem Unterschied wiederholt, daß Molybdänpulver,
welches größenmäßig dem Aluminiumpulver entsprach, mit dem Aluminiumpulver und den Nickelblättchen vermischt wurde,
wobei gleiche Gewichtsanteile für diese drei Komponenten verwendet wurden. Das fertige Komposit-Pulver enthielt 4 Gewichtsprozent
Aluminium, 4 Gewichtsprozent Nickelblättchen und 4 Gewichtsprozent Molybdän, bezogen auf den Gesamtmetallgehalt des
Pulvers. Die erzeugte Beschichtung besaß eine Rockwell-Härte von 70 und eine Bindungsfestigkeit von etwa 5,48 kg/mm2 sowie
eine ausgezeichnete Bearbeitbarkeit.
Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei anstelle der Nickelblättchen jedoch ein Reinnickelpulver unter der Handelsbezeichnung
"Carbonylnickel" verwendet wurde, dessen Teilchengröße derjenigen des Aluminiumpulvers entsprach. Es wurden vergleichbare
Ergebnisse erhalten.
Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei jedoch anstelle des Nickelpulver-Kernmaterials
ein niedrig gekohltes Eisenpulver verwendet wurde, dessen Teilchengröße dem Nickel-Kernpulver entsprach.
Aus diesem Material hergestellte Flammspritzüberzüge
ließen sich mit höheren Drehgeschwindigkeiten bearbeiten als ein überzug, der kein feines Nickelpulver enthielt. Außerdem
zeigte dieses neue Material ein sehr großes Selbsthaftungsvermögen an Flußstahloberflächen.
Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei anstelle des Nickel-Kernmaterials
ein Pulver aus handelsüblichem Reinkupfer verwendet wurde, dessen Teilchengröße derjenigen des Nickel-Kernpulvers
entsprach. Die aus diesem Material aufgebrachten Flammspritz-
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beschichtungen zeigten ausgezeichnete Bearbeitungseigenschaften,
hervorragende Hafteigenschaften an Flußstahloberflächen sowie
eine geringe Entwicklung von Rauch und Dunst während des Flammspritzens.
Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist, da diese lediglich zur
Erläuterung des Erfindungsgedankens dienen. Innerhalb des Erfindungsgedankens
sind dem Fachmann mannigfaltige Modifikationen
möglich.
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Claims (13)
1. Flammspritzpulver, wobei jedes Pulverteilchen einen Kern
aus Nickel oder Eisen oder Kupfer oder Kobalt oder Legierungen dieser Metall sowie eine den Kern umgebende Beschichtung
besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung aus einem Bindemittel besteht,
welches gesonderte Teilchen aus Aluminium sowie aus im wesentlichen reinem Nickel enthält.
2. Flammspritzpulver nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gesonderten Teilchen aus Aluminium und aus im
wesentlichen reinem Nickel aus wenigstens einem Pulver mit einer Teilchengröße von 1 bis 37 um und Blättchen mit
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TELEFON (OtiÖ)
TELEX OB-29 33O
TELEGRAMME MONAPAT
einer Länge von 5 bis 140 μπιύηά einer Dicke von 0,5
bis 10 μ besteht.
3. Flammspritzpulver nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die gesonderten Teilchen in einer Menge von etwa 2 bis 30 Gewichtsprozent, bezogen auf die gesamte
Metallmenge im Pulver, vorliegen, wobei wenigstens ein Gewichtsprozent Aluminium und wenigstens ein Gewichtsprozent
aus im wesentlichen reinem Nickel besteht, und daß die Pulverkerne eine Größe von etwa 3 bis 250 pmaufweisen.
4. Flammspritzpulver nach wenigstens einem der Ansprüche
1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gesonderten Teilchen in einer Menge von etwa 6 bis 20 Gewichtsprozent,
bezogen auf das gesamte Metallgewicht des Pulvers, vorliegen, wobei wenigstens 2 Gewichtsprozent jeweils aus dem
Aluminium und dem im wesentlichen reinen Nickel bestehen und die gesonderten Teilchen in Form wenigstens eines
Pulvers mit einer Größe von etwa 1 bis 37 μmΞowie von
Blättchen mit einer Länge von etwa 5 bis 80 μΠ^ηα einer
Dicke von etwa 0,5 bis 2 μΐηνοΓ liegen, wobei die Flammspritz
pulver-Teilchen eine Größe von etwa 5 bis 250
5. Flammspritzpulver nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Teilchengröße von etwa 10
bis 177 μInaufweisen.
6. Flammspritzpulver nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Binder zusätzlich gesonderte Molybdänteilchen
in einer Menge bis zu 10 Gewichtsprozent, bezogen auf das gesamte im Pulver vorhandene Metall, enthält.
7. Flammspritzpulver nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Molybdän in einer Menge von etwa 2 bis 7 Gewichtsprozent,
bezogen auf das Gesamtmetall im Pulver, vorliegt,
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tffl&t
und daß die Molybdänteilchen eine Größe von etwa 1 bis 37 μη aufweisen.
8. Flanunspritzpulver aus Teilchen mit einem Nickelkern und
einer Bindemittelbeschichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Bindemittelbeschichtung gesonderte Teilchen aus
Aluminium und im wesentlichen reinem Nickel enthält, wobei die Aluminium- und die Reinnickelteilchen jeweils
in einer Menge von etwa 4 Gewichtsprozent, bezogen auf den gesamten Metallgehalt des Pulvers, vorhanden sind.
9. Flammspritzpulver nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das im wesentlichen reine Nickel in Form von
Nickelblättchen vorliegt.
10. Flammspritzpulver nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich gesonderte Molybdänteilchen in dem
Bindemittel in einer Menge bis zu 4 Gewichtsprozent, bezogen auf den Gesamtmetallgehalt des Pulvers, vorhanden
sind.
11. Flammspritzverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß ein Flanunspritzpulver verwendet wird, welches Teilchen enthält,
deren Kern aus Nickel oder Eisen oder Kupfer oder Kobalt oder Legierungen dieser Metall besteht, wobei die Kerne
mit einem Bindemittel beschichtet sind, welches gesonderte Teilchen aus Aluminium und im wesentlichen reinem Nickel
enthält.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen aus Aluminium und im wesentlichen reinem
Nickel jeweils in einer Menge von 3 bis 10 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtmetallgewicht der Pulver, vorhanden
sind.
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ORJGINAL INSPECTED
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das im wesentlichen reine Nickel in Form von Nickel- '
blättchen verwendet wird.
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