DE2929274C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Flammspritzpulver, wobei jedes Pul­ verteilchen einen Kern aus Nickel oder Eisen oder Kupfer oder Kobalt oder Legierungen dieser Metalle sowie eine den Kern um­ gebende Beschichtung besitzt, in der Aluminium enthalten ist.

Flammspritzwerkstoffe, die imstande sind, an einer sauberen Oberfläche ohne spezielle Oberflächenbearbeitungen zu haften, werden in der Fachsprache als selbsthaftende Flammspritzwerk­ stoffe bezeichnet. Eine Gattung derartiger selbsthaftender Flammspritzwerkstoffe ist in der US-PS 33 22 515 beschrieben. Diese Patentschrift beschreibt beispielsweise zusammengesetz­ tes Flammspritzpulver in Form von individuellen Kernpartikeln, die mit einem Bindemittel beschichtet sind, welches gesonderte (diskrete) Teilchen eines anderen Metalls aufweist. So kann ein Flammspritzpulver beispielsweise aus Nickelkernen beste­ hen, die mit einem Bindemittel beschichtet sind, welches fein zerteilte gesonderte Aluminiumteilchen enthält. Aus der US-PS 38 41 901 ist auch bereits ein Flammspritzpulver aus Nickel­ kernen bekanntgeworden, die mit einem Bindemittel beschichtet sind, in das feinverteiltes Aluminium- und Molybdänpulver ein­ gelagert sind. Beide Arten von Flammspritzpulver haben weit­ verbreitete 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 all­ gemeinen notwendig, das Material mit einem leicht bearbeitba­ ren Metall zu überspritzen.

Die US-PS 33 38 688 offenbart, daß sich die Neigung der Nickel-Aluminium-Kompositpulver gemäß US-PS 33 22 515, 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 vorteilhaf­ ten Einfluß auf die Bearbeitbarkeit der ausgebildeten Be­ schichtung.

Die Erfindung verfolgt somit das Ziel, ein verbessertes selbsthaftendes Flammpulver zu schaffen, mit dessen Hilfe qua­ litativ hochstehende Beschichtungen mit guten Bearbeitungsei­ genschaften herstellbar sind.

Aus der folgenden Beschreibung geht deutlich hervor, wie die­ ses Ziel erfindungsgemäß erreicht wird.

Gemäß der Erfindung wird ein Flammspritzpulver angegeben, wel­ ches aus Teilchen besteht, die einen aus Nickel oder Eisen oder Kupfer oder Kobalt oder Legierungen dieser Elemente be­ stehenden Kern besitzen, welcher mit einem Bindemittel be­ schichtet ist, in dem gesonderte Teilchen aus Aluminium sowie aus Reinnickel enthalten sind.

Die Erfindung schafft damit ein selbsthaftendes Flammspritz­ pulver, mit dem leicht bearbeitbare, jedoch qualitativ hoch­ stehende Beschichtungen hergestellt werden können.

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 µm und vorzugs­ weise von 37 bis 150 µm. Das am meisten bevorzugte Kernmateri­ al ist Nickel, und die Beschichtung kann zusätzlich zu dem Aluminium und dem Nickel noch Molybdän enthalten.

Durch Zusatz einer geringen Menge an Reinnickelteilchen zu der Umhüllungsschicht bestimmter Arten von selbsthaftenden Kompo­ sit-Flammspritzpulvern können die Eigenschaften dieser Pulver so verändert werden, 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 des Flammspritzpulvers besteht aus Nickel oder Eisen oder Kupfer oder Kobalt oder Legierung dieser Metalle, wobei Nickel am meisten bevorzugt ist. Die Kernteilchen müssen Teil­ chengrößen von 3 µm bis 250 µm aufweisen, wobei die bevorzugte Teilchengröße im Bereich von 37 µm bis 149 µm liegt. Der Kern wird mit gesonderten Teilchen aus Alu­ minium und insbesondere aus Reinnickel beschichtet. Das Alu­ minium sollte in Form feiner Teilchen mit einer Teilchengröße zwischen etwa 1 und 37 µm vorliegen und die Reinnickelteilchen sollten in den gleichen Größenabmessungen liegen, wobei je­ doch eine Blättchen- oder Flockenform mit einer Länge zwischen etwa 140 und 5 µm und einer Dicke zwischen 0,5 und 10 µm bevor­ zugt ist. Besonders bevorzugt ist eine Länge zwischen etwa 80 und 5 µm und eine Dicke zwischen etwa 0,5 und 2 µm. Das Alu­ minium kann gegebenenfalls auch in dieser Blättchen- oder Flockenform verwendet werden. Mit dem Ausdruck "Reinnickel" soll ein metallisches Nickel bezeichnet werden, welches nicht mehr als 5 Atomprozent an Verunreinigun­ gen enthält. Das benötigte Nickel kann, sofern die erforderli­ che Reinheit gewährleistet ist, aus unterschiedlichen Quellen bezogen werden. So kann beispielsweise das im Handel als Carbonylnickel bezeichnete Reinnickel, welches für Reduktions­ vorgänge 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 33 22 515 und 33 38 688.

Das Komposit-Pulver kann mit Ausnahme des Zusatzes an Reinnickelteilchen zur Beschichtungsschicht auf herkömmliche Weise hergestellt und verwendet werden, wobei zum Stand der Technik die US-PS 33 22 515 und 33 38 688 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. Die­ ser Farbüberzug wird sodann verwendet, um die Kernteilchen zu beschichten, worauf man die Beschichtung trocknen läßt.

Als Binder kann jedes geeignete bekannte oder herkömmliche Bin­ dermaterial verwendet werden, mit dessen Hilfe sich eine Be­ schichtung ausbilden läßt oder sich Teilchen auf einer Ober­ fläche anbringen lassen. Der Binder besteht vorzugsweise aus einem Lack oder Firniß, der ein Harz als Grundwerk­ stoff 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 Polyvinylpyro­ lidon oder Polyvinylalkohol.

Das Beschichten des Kernmaterials mit dem "Farbstoffüberzug", welcher das Aluminium und das Reinnickel enthält, kann auf her­ kömmliche Weise erfolgen, wobei es besonders einfach ist, die beiden Materialien miteinander zu vermischen, das Aushärten des Bindemittels abzuwarten, was zu einem im wesentlichen frei­ fließenden Pulver führt, das aus mit Aluminium- und Reinnickel­ teilchen beschichteten Kernen besteht.

Die Fertiggröße der Flammspritzteilchen liegt im Bereich von etwa 5 bis 250 µm und vorzugsweise im Bereich von etwa 10 bis 177 µm.

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 Gesamtmetallgehalt der Teilchen, vorliegen. Zusätzlich zu dem Aluminium und dem im wesentlichen reinen Nickel kann die Umhüllungsschicht zusätz­ lich noch andere Materialien enthalten, wie feines Molybdän­ pulver in einer Menge von etwa 1 bis 10 Prozent und vorzugs­ weise von 2 bis 7 Gewichtsprozent, bezogen auf den Gesamtmetall­ gehalt. Das feine Molybdänpulver kann in Größe und Gestalt dem für die Umhüllungsschicht des Kerns verwendeten Aluminiumpulver entsprechen. So kann das Pulver dem in der US-PS 38 41 901 be­ schriebenen Pulver gleichen, mit der Maßgabe, daß die Reinnic­ kelteilchen in der Umhüllung vorhanden sind.

Die Pulver werden auf herkömmliche Weise mit Hilfe einer Pul­ 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 Polyurethanbinder verwendet werden, welche sich in der heißen Zone der Kanone zersetzen. Werden die Pulver zu Drähten verarbeitet, so können dieselben herkömmliche Abmessungen und Maßtoleranzen für Flammspritz­ geräte aufweisen. Das bedeutet beispielsweise, daß die Abmes­ sungen der Drähte zwischen etwa 6,35 mm und 20 gauge liegen.

Das Flammspritzen wird auf herkömmliche Weise ausgeführt, wie für selbsthaftende Flammspritzwerkstoffe üblich, wobei insbe­ sondere die Arbeitsweisen angewendet werden, die sich für Nickel-Aluminium-Komposit-Werkstoffe bewährt haben. Weil die Pulver von selbst haften, ist es nicht erforderlich, die Ober­ flächen, abgesehen von einer gründlichen Reinigung, speziell zu behandeln, obgleich natürlich eine herkömmliche Oberflächen­ vorbereitung gegebenenfalls erfolgen kann.

Das Pulver ermöglicht im Gegensatz zu den bekannten selbsthaftenden Nickel-Aluminium-Pulver-Beschichtungen eine aus­ gezeichnete Bearbeitbarkeit. Wird die Beschichtung beispiels­ weise auf der Drehbank bearbeitet, so werden glänzende, ein­ heitliche und scharfe Nuten ausgebildet, wobei lange Späne an­ fallen. Der Verschleiß des Drehstahls ist im allgemeinen gering. Im Gegensatz dazu sind Beschichtungen aus den bekannten selbst­ haftenden Nickel-Aluminium-Pulvern nur schlecht verarbeitbar und zeigen trüb-matte, unebene Spanabhebungsnuten bei hohem Verschleiß des Drehwerkzeuges. Außerdem wird das Pulvermaterial entfernt. Die mit dem erfindungsgemäßen Flammspritzpulver ausgebildeten Beschichtungen können mit viel höherer Geschwindigkeit als die mit bekannten Pulvern hergestellten Beschichtungen verarbeitet werden, und außerdem zeigen die erfindungsgemäßen Pulver während des Flammspritzens nur eine sehr geringe Neigung zur Rauch­ entwicklung.

Die Pulver können überall dort verwendet werden, wo leicht verarbeitbare harte, verschleißfeste Be­ schichten 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 er­ findungsgemäß ausgebildeten Beschichtungen lassen sich auch als Binderbeschichtungen für weitere Sprühschichten verwenden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Beispielen noch näher erläutert.

Beispiel 1

Fein zerteiltes Aluminiumpulver mit einer Teilchengröße von etwa 1 bis 37 µm wurde mit einer gleichgroßen Gewichtsmenge von Reinnickel-Blättchen vermischt, deren Länge zwischen 5 und 80 µm lag, und deren Dicke zwischen etwa 0,5 und 2 µm lag. Das Vermi­ schen 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 zuge­ setzt, deren Teilchengröße zwischen 37 µ und 149 µm lag, wobei die Mischung so gewählt wurde, daß in der Fertigmischung 92 Gewichtsprozent Nickelkernteilchen neben 4 Gewichtsprozent Aluminiumteilchen und 4 Gewichtsprozent Nickelblättchen vorla­ gen. Nachdem alle Bestandteile sorgfältig miteinander vermischt waren, wurde der Mischvorgang fortgesetzt, bis der Kunstharz­ lack 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 wur­ den sodann auf etwa 120°C erwärmt, um ein völliges Trocknen zu gewährleisten, worauf das trockene Pulver auf eine Siebkorn­ größe zwischen 44 und 105 µm ausgesiebt wurde.

Das Pulver wurde auf einen Rundstahl mit 25,4 mm Durchmesser vermittels des Flammspritzens aufgebracht, wobei die Ober­ fläche 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 29 61 335 beschrieben ist. Das Flammspritzen erfolgt mit einer Spritzmenge von 2,5 kg je Stunde unter Verwendung von Azetylen unter einem Druck von 0,88 bar als Treibmittel und mit einer Durchfluß­ menge von 935 Liter je Stunde. Sauerstoff unter einem Druck von 1,03 bar 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 28,1 bis 35,2 N/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 Schraub­ gewinden 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 Pul­ ver, 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 Ab­ lösen des Pulvermaterials. Außerdem führte die aus herkömmli­ chen Pulvern aufgebaute Beschichtung zu einem starken Drehstahl­ verschleiß bei einer Drehgeschwindigkeit von lediglich 3 m/min. Wurden die aus im wesentlichen reinem Nickel bestehenden Blätt­ chen durch Nickel-Bor mit beispielsweise 18 Gewichtsprozent Bor ersetzt, so zeigten die erhaltenen Beschichtungen lediglich eine schlechte Bearbeitbarkeit.

Beispiel 2

Beispiel 1 wurde mit dem Unterschied wiederholt, daß Molybdän­ pulver, welches größenmäßig dem Aluminiumpulver entsprach, mit dem Aluminiumpulver und den Nickelblättchen vermischt wurde, wobei gleiche Gewichtsanteile für diese drei Komponenten ver­ wendet wurden. Das fertige Komposit-Pulver enthielt 4 Gewichts­ prozent Aluminium, 4 Gewichtsprozent Nickelblättchen und 4 Ge­ wichtsprozent Molybdän, bezogen auf den Gesamtmetallgehalt des Pulvers. Die erzeugte Beschichtung besaß eine Rockwell-Härte von 70 und eine Bindungsfestigkeit von etwa 54,8 N/mm² sowie eine ausgezeichnete Bearbeitbarkeit.

Beispiel 3

Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei anstelle der Nickelblätt­ chen jedoch ein Reinnickelpulver unter der Handelsbezeichnung "Carbonylnickel" verwendet wurde, dessen Teilchengröße derje­ nigen des Aluminiumpulvers entsprach. Es wurden vergleichbare Ergebnisse erhalten.

Beispiel 4

Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei jedoch anstelle des Nickel­ pulver-Kernmaterials ein niedrig gekohltes Eisenpulver ver­ wendet wurde, dessen Teilchengröße dem Nickel-Kernpulver ent­ sprach. 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 Selbsthaftungs­ vermögen an Flußstahloberflächen.

Beispiel 5

Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei anstelle des Nickel-Kern­ materials ein Pulver aus handelsüblichem Reinkupfer verwendet wurde, dessen Teilchengröße derjenigen des Nickel-Kernpulvers entsprach. Die aus diesem Material aufgebrachten Flammspritz­ beschichtungen zeigten ausgezeichnete Bearbeitungseigenschaften, hervorragende Hafteigenschaften an Flußstahloberflächen sowie eine geringe Entwicklung von Rauch und Dunst während des Flammspritzens.

Claims (10)

1. Flammspritzpulver, wobei jedes Pulverteilchen einen Kern aus Nickel oder Eisen oder Kupfer oder Kobalt oder Legierungen dieser Metalle sowie eine den Kern umgebende Beschichtung besitzt, in der Aluminium enthalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung aus einem Bindemittel besteht, wel­ ches gesonderte Teilchen aus Aluminium sowie aus Reinnic­ kel, welches nicht mehr als 5 Atomprozent an Verunreini­ gungen enthält, umfaßt.

2. Flammspritzpulver nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gesonderten Teilchen aus Aluminium und aus Rein­ nickel aus wenigstens einem Pulver mit einer Teilchengrö­ ße von 1 bis 37 µm und Blättchen mit einer Länge von 5 bis 140 µm und einer Dicke von 0,5 bis 10 µm bestehen.

3. Flammspritzpulver nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gesonderten Teilchen in einer Menge von 2 bis 30 Gewichtsprozent, bezogen auf die gesamte Metallmenge im Pulver, vorliegen, wobei wenigstens ein Gewichtsprozent Aluminium und wenigstens ein Gewichtsprozent aus Reinnic­ kel besteht, und daß die Pulverkerne eine Größe von 3 bis 250 µm aufweisen.

4. Flammspritzpulver nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gesonderten Teilchen in einer Menge von 6 bis 20 Gewichtsprozent, bezogen auf das gesamte Metallgewicht des Pulvers, vorliegen, wobei wenigstens 2 Gewichtsprozent je­ weils aus dem Aluminium und dem Reinnickel bestehen und die gesonderten Teilchen in Form wenigstens eines Pulvers mit einer Größe von 1 bis 37 µm sowie von Blättchen mit einer Länge von 5 bis 80 µm und einer Dicke von 0,5 bis 2 µm vorliegen, wobei die Flammspritzpulverteilchen eine Größe von 5 bis 250 µm besitzen.

5. Flammspritzpulver nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gesonderten Teilchen eine Teilchengröße von 10 bis 177 µm aufweisen.

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 ge­ samte im Pulver vorhandene Metall, enthält.

7. Flammspritzpulver nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Molybdän in einer Menge von 2 bis 7 Gewichtspro­ zent, bezogen auf das Gesamtmetall im Pulver, vorliegt, und daß die Molybdänteilchen eine Größe von 1 bis 37 µm aufweisen.

8. Flammspritzpulver nach Anspruch 1 aus Teilchen mit ei­ nem Nickelkern und einer Aluminium enthaltenden Bindemit­ telbeschichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Bindemittelbeschichtung gesonderte Teilchen aus Aluminium und Reinnickel 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 Reinnickel in Form von Nickelblättchen vorliegt.

10. Flammspritzpulver nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich gesonderte Molybdänteilchen in dem Binde­ mittel in einer Menge bis zu 4 Gewichtsprozent, bezogen auf den Gesamtmetallgehalt des Pulvers, vorhanden sind.