DE2954305C2

DE2954305C2 - Verschleißfester Überzug auf einem Metallsubstrat und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE2954305C2
Application number: DE2954305A
Authority: DE
Inventors: Merle Howard Indianapolis Weatherly
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1978-05-23
Filing date: 1979-05-18
Publication date: 1985-10-10
Also published as: CA1145160A; US4173685A; DE2920198C2; PT69644A; AU533964B2; SE7904429L; IT1120420B; NL7904026A; MY8600449A; GB2021641A; DE2920198A1; RO80890B; AU4727879A; FI791606A; GB2106144B; IT7949125A0; FR2426744A1; DE2954498C2; ES480784A1; JPS54157743A

Description

Die Erfindung betrifft einen verschleißfesten Überzug auf einem Metallsubstrat, der eine Zwischenzone mit In einer Metallmatrix verteilten Karbiden und eine Karbide enthaltende harte Außenzone aufweist, sowie Verfahren zur Herstellung eines solchen Überzuges.

(>5 Bei vielen Industriellen Anwendungen besteht ein wachsender Bedarf an Oberflächen mit verbesserter Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Dies gilt insbesondere für den Fall von Verschleiß durch Schleifwirkung in einer korrodierenden Umgebung. Massives, gesintertes Wolframkarbid-Kobalt oder ähnliche massive Sinterwerkstoffe von sehr hoher Härte wurden bei einigen Anwendungen mit Erfolg als massive Komponenten

(a) als die erste Komponente Metallkarbid aus der Wolfram-, Chrom-, Vanadium-, Hafnium-, Titan-, Zirkonium-, Niob-, Molybdän- und Tantalkarbide sowie deren Verbindungen umfassenden Gruppe zusammen mit 0 bis 25 Gew.-% mindestens eines Bindermetalls aus der Kobalt, Eisen, Nickel und deren Legierungen umfassenden Gruppe verwendet wird, als zweite Komponente eine Legierung oder ein Legierungsgemisch verwendet wird, das aus 6,0 bis 18,0 Gew.-% Bor, 0 bis 6 Gew.-% Silicium, 0 bis 20 Gew.-96 Chrom, 0 bis 5 Gew.-96 Eisen, Rest Nickel, besteht, wobei die erste Komponente 40 bis 75 Gew.-% des gesamten Überzugsmaterials ausmacht, und

(b) der aufgebrachte Überzug auf eine Temperatur von mehr als 950° C für eine ausreichende Zeltdauer

erhitzt wird, um ein erhebliches Schmelzen der zweiten Komponente sowie eine Reaktion der zweiten | Komponente mit einem wesentlichen Teil der ersten Komponente zu bewirken. |

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Überzugsmaterial unter Bildung eines ²S Überzugs mit einer Dichte von mehr als 75% der theoretischen Dichte Im Plasmaverfahren aufgetragen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Überzugsmaterial unter Bildung eines Überzugs mit einer Dichte von mehr als 95% der theoretischen Dichte Im Exploslonsbeschlchtungsverfahren aufgetragen wird.

5. Verfahren zur Herstellung eines verschleißfesten Überzugs nach Anspruch 1, bei dem der Überzug aus 3» Bindermetall und Metallkarbid in zwei übereinanderliegenden Schichten aufgetragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) zunächst mittels eines Verfahrens, das die Ausbildung eines Überzugs mit einer Dichte von mehr als 75% der theoretischen Dichte Im nlchtnachbehandelten Zustand erlaubt, ein Überzugsmaterial aufgetra-

3> gen wird, das aus 0 bis 25 Gew.-96 mindestens eines Bindermetalls aus der Kobalt, Elsen, Nickel und

deren Legierungen umfassenden Gruppe und mindestens einem Metallkarbid aus der Wolfram-, Chrom-, Vanadium-, Hafnium-, Titan-, Zirkonium-, Niob-, Molybdän- und Tantalkarbide sowie deren Verbindungen umfassenden Gruppe besteht,

(b) über den im Verfahrensschritt (a) ausgebildeten Überzug ein Überzugsmaterial aufgebracht wird, das Im wesentlichen aus einer Legierung oder einem Legierungsgemisch mit einer Gesamtzusammensetzung von 6,0 bis 18,0 Gew.% Bor, 0 bis 6 Gew.-% Silicium, 0 bis 20 Gew.-% Chrom, 0 bis 5 Gew.-% Elsen, Rest Nickel, besteht, und

(c) der In den Verfahrensschritten (a) und (b) aufgebrachte Überzug auf eine Temperatur von mehr als * 950° C für eine ausreichende Zeltdauer erhitzt wird, um den Überzug des Verfahrensschrittes (b) in den Überzug des Verfahrensschrittes (a) eindringen und mit diesem reagieren zu lassen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemetall Kobalt und als Metallkarbid Wolframkarbid verwendet wird und daß das Gewichtsverhältnis zwischen dem Überzug des Verfahrensschrittes (b) und dem Überzug des Verfahrensschrittes (a) auf 0,09 bis 0,65 eingestellt wird.

5» 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis des Überzuges des

Verfahrensschrittes (b) zu dem Überzug des Verfahrensschrittes (a) auf 0,35 bis 0,40 eingestellt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Im Verfahrensschritt (a) der Anteil des Kobalts auf 10 bis 25 Gew.-ob und der Anteil des Wolframkarbids auf 90 bis 75 Gew.-% des Im Verfahrensschritt (a) ausgebildeten Überzugs eingestellt werden.

5> 9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Im Verfahrensschritt (b) ein Überzugsmaterial mit 6,0 bis 11,0 Gew.-% Bor, 2,0 bis 4,0 Gew.% Silizium, 3,0 bis 15,0 Gew.-96 Chrom, 0 bis 2,0 Gew.-% Eisen, Rest Nickel, eingesetzt wird.

oder als Einlagen benutzt. In zahlreichen Fällen scheidet Ihr Einsatz aber wegen mangelnder Zähfestigkeit, hoher Kosten oder Fertigungsschwierigkelten aus. In solchen Fällen ist die einzige praktische Lösung ein Überzug auf einem Metallsubstrat.

Bekannte verschleißfeste Überzüge der eingangs genannten Art (US-PS 39 71 633) weisen eine Cermet-Innenschicht aus Chromkarbiden und einem Bindermetall in Form einer Nickel-Chrom-, Kobalt-Chrom, Eisen-Chrom- oder Superlegierung sowie eine Außenschicht aus reinen Chromkarbiden auf, die mittels Flammspritzen oder im Detonatlonsbeschichtungsverfahren aufgebracht sind. Es können auch mehr als zwei Schichten vorgesehen sein, oder der Überzug kann einen von dem Metallsubstrat zur reinen Chromkarbid-Außenschicht kontinuierlich zunehmenden Karbidgehalt haben. Solche Überzüge sind nur begrenzt dicht. Ihre Zähigkeit und die Verbindung mit dem Substrat lassen zu wünschen übrig. Des weiteren sind abriebfeste Überzüge auf Metall-Substraten bekannt (GB-PS 13 38 088), die eine intermetallische Phase und eine Borid, Karbid, Silicid, Nitrid oder Aluminium-, Titan-, Zirkonium-, Niob-, Tantal-, Chrom-, Molybdän-, Wolfram- oder Vanadiumoxid enthaltende Deckschicht aufweisen, wobei die unter Verwendung von pulverförmigen Überzugsmaterial im Sauersloff-Brenngas-Flammauftragsschweißverfahren aufgebrachten Überzüge einer Diffusionssinterung unterworfen werden. Bei allen Schweißverfahren kommt es in gewissem Umfang zu einem Aufschmelzen der '5 Substratoberfläche und damit zu einer Verdünnung des Überzugs mit dem Substratrretall. Andere bekannte Überzüge (GB-PS 9 45 227) auf Metal'substraten enthalten in eine Metallmatrix aus einer Kupfer- oder Eisenbasislegierung eingelagerte Hartkarbide und weisen Vickersmikrohärten HV₂oo von 785 bis 1640 auf. Die Überzüge enthalten Diffusionszonen und ungeänderte, eckige WC-Kristalle als Einlagerung in das Bindermetall. Es sind auch nickelfreie Überzüge mit einer inneren legierten Barrierenschicht und einer darüberliegenden ZrB₂-, TiB₂- oder Cr₂B₃-SChIChI bekannt (GB-PS 8 42 487), die im Detonationsbeschichtungsverfahren auf metallische Unterlagen aufgebracht werden und eine Rockwell-A-Härte von 80 bis 86 aufweisen. Solche Überzüge haben zwar eine gute Hochtemperatur-Oxidationsbeständigkeit, jedoch nur geringe Verschleißfestigkeit.

Bekannt ist es auch (US-PS 40 13 453 und 40 75 371), im Flammspritzverfahren ein Gemisch aus einer 0,5 bis 5 Gew.-96 B und 0,5 bis 6 Gew.-96 Si enthaltenden Nickelbasislegierung und aus einem WC-Ni-Agglomerat ²$ aufzubringen, wobei Reaktionen zwischen den Wolframkarbidteilchen und der Metallmatrix absichtlich vermieden werden. Des weiteren ist es bekannt (US-PS 28 99 338), auf einem Karbidkörper einen Überzug herzustellen, indem der Karbidkörper zunächst mit einer Innenschicht aus einer Fe-, Co- oder Ni-Basislegierung mit 2 bis 20 Gew.-96 Mg, 0 bis 5 Gew.-% B, 0 bis 12 Gew.-96 P, 0 bis 4 Gew.-% Si, 0 bis 2 Gew.-% Mn und 0 bis 2 Gew.-% C versehen wird, wobei die Legierungselemente 20 Gew.-96 der Gesamtzusammensetzung nicht überschreiten. Diese Innenschicht wird dann mit einem Ni-Cr-Überzug überdeckt, der 4- bis lOmal so dick wie die Innenschicht ist. Anschließend wird der beschichtete Körper wärmebehandelt, um Werkstoff der Innenschicht sowohl In den Ni-Cr-Überzug als auch in den Grundwerkstoff eindiffundieren zu lassen. Entsprechend einem ähnlichen bekannten Verfahren (US-PS 37 43 556) wird zunächst eine Fe-, Ni- oder Co-Basislegierung auf ein Substrat aufgebracht. Dann wird eine Schicht aus Diamant, WC, TaC, Hartlegierungen, Boriden und dergleichen aufge- -¹⁵ tragen, wobei beide Schichten mittels eines organischen Bindemittels an Ort und Stelle gehalten werden. Beim κ Erhitzen zersetzt sich das organische Bindemittel; die erste Schicht schmilzt und diffundiert in die Außen-

schicht. Bei den bekannten Überzügen wird nicht die In der Praxis oftmals erwünschte Kombination von hoher

Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit erzielt.
ξ Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Überzug zu schaffen, der völlig dicht ist, um für einen

■ Korrosionsschutz zu sorgen und der zugleich eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit hat, die derjenigen von

gesintertem, massivem Wolframkarbid nahe- oder gleichkommt.

Ausgehend von einem Überzug der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen dem Substrat und der Zwischenzone eine Interdiffusionszone vorhanden ist, in der Metallmatrix zusätzlich Boride und intermetallische Phasen vorliegen und die Außenzone in Form von großen eckigen Teilchen neben Karbiden auch Boride und intermetallische Teilchen enthält sowie eine Vickershärte HV300 von 1000 bis 2200 hat. Die genannten und die im folgenden angegebenen Härtewerte sind in kg/mm², gemessen auf der Diamantpyramiden-Härteskala bei einer Last von 300 g, angegeben.

Der erfindungsgemäße Überzug zeichnet sich durch vollkommene Dichtheit aus, während er gleichzeitig eine hervorragende Verschleißfestigkeit hat.

Der Überzug läßt sich vorteilhaft In einem Einstufenverfahren herstellen, bei dem ein aus mindestens zwei Komponenten bestehendes Überzugsmaterial aufgetragen wird, dessen erste Komponente aus Metallkarbid und gegebenenfalls einem Bindermetallanteil besteht, wobei erfindungsgemäß

(a) als die erste Komponente Metallkarbid aus der Wolfram-, Chrom-, Vanadium-, Hafnium-, Titan-, Zlrkonium-. Niob-, Molybdän- und Tantalkarbide sowie deren Verbindungen umfassenden Gruppe zusammen mit 0 bis 25 Gew.-% mindestens eines Bindermetalls aus der Kobalt, Elsen, Nickel und deren Legierungen umfassenden Gruppe verwendet wird, als zweite Komponente eine Legierung oder ein Legierungsgemisch verwendet wird, das aus 6,0 bis 18,0 Gew.-96 Bor, 0 bis 6 Gew.-96 Silicium, 0 bis 20 Gew.-% Chrom, 0 bis 5 Gew.-96 Elsen, Rest Nickel, besteht, wobei die erste Komponente 40 bis 75 Gew.-96 des gesamten Überzugsmaterlals ausmacht, und

(b) der aufgebrachte Überzug auf eine Temperatur von mehr als 950° C für eine ausreichende Zeitdauer erhitzt wird, um ein erhebliches Schmelzen der zweiten Komponente sowie eine Reaktion der zweiten Komponente mit einem wesentlichen Teil der ersten Komponente zu bewirken.

Dabei kann zweckmäßig das Überzugsmaterial unter Bildung eines Überzugs mit einer Dichte von mehr als 7596 der theoretischen Dichte Im Plasmaverfahren aufgetragen werden. Entsprechend einer abgewandelten Ausführungsform des Einstufenverfahrens kann auch das Überzugsmaterial unter Bildung eines Überzugs mit

einer Dichte von mehr als 95% der theoretischen Dichte im Explosionsbeschichtungsverfahren aufgetragen werden. Sowohl das Plasmaverfahren als auch das Exploslonsbeschlchtungsverfahren sind an sich bekannt (US-PS 30 16 447 bzw. US-PS 27 14 563) und bedürfen daher keiner näheren Erläuterung.

Der Überzug kann aber auch In slnem Zweistufen verfahren ausgebildet werden, bei dem der Überzug aus 5 Bindermetall und Metallkarbid in zwei übereinanderliegenden Schichten aufgetragen wird und das dadurch gekennzeichnet 1st, daß

(a) zunächst mittels eines Verfahrens, das die Ausbildung eines Überzugs mit einer Dichte von mehr als 7596 der theoretischen Dichte im nichtnachbp.handelten Zustand erlaubt, beispielsweise mittels des Plasmaver-

¹⁰ fghrens oder des Exploslonsbeschichtungsverfahrens, ein Überzugsmaterial aufgetragen wird, das aus 0 bis

25 Gew.-96 mindestens eines Bindermetalls aus der Kobalt, Eisen, Nickel und deren Legierungen umfassenden Gruppe und mindestens einem Metallkarbid aus der Wolfram-, Chrom-. Vanadium-, Hafnium-, Titan-, Zirkonium-, Niob-, Molybdän- und Tantalkarbide sowie deren Verbindungen umfassenden Gruppe besteht,

(b) über den im Verfahrensschritt (a) ausgebildeten Überzug ein Überzugsmaterial aufgebracht wird, das im >5 wesentlichen aus einer Legierung oder einem Legierungsgemisch mit einer Gesamtzusammensetzung von 6,0 bis 18,0 Gew.-« Bor, 0 bis 6 Gew.-96 Silicium, 0 bis 20 Gew.-« Chrom, 0 bis 5 Gew.-Eisen, Rest Nickel, besteht, und

(c) der in den Verfahrensschritten (a) und (b) aufgebrachte Überzug auf eine Temperatur von mehr als 950° C für eine ausreichende Zeitdauer erhitzt wird, um den Überzug des Verfahrensschrittes (b) in den Überzug

²⁰ des Verfahrensschrittes (a) eindringen und mit diesem reagieren zu lassen.

. In weiterer Ausgestaltung des Zweistufenverfahrens können als Bindemetall Kobalt und als Metallkarbid Wolframkarbid verwendet werden, wobei das Gewichtsverhältnis zwischen dem Überzug des Verfahrensschrittes (b) und dem Überzug des Verfahrensschrittes (a) auf 0,09 bis 0,65 und vorzugsweise auf 0,35 bis 0,40 eingestellt ²⁵ wird. Im Verfahrensschritt (a) werden ferner zweckmäßig der Anteil des Kobalts auf 10 bis 25 Gew.-% und der Anteil des Wolframkarbids auf 90 bis 75 Gew.-96 des im Verfahrensschritt (a) ausgebildeten Überzuges eingestellt. Im Verfahrensschritt (b) wird vorzugsweise ein Überzugsmaterial mit 6,0 bis 11,0 Gew.-9& Bor, 2,0 bis 4,0 Gew.-% Silicium, 3,0 bis 15,0 Gew.-% Chrom, 0 bis 2,0 Gew.-% Elsen, Rest Nickel, eingesetzt.

Sowohl beim Einstufen- als auch beim Zwelstufenverfahren werden die Boride, Karbide und intermetallischen ³⁰ Phasen beim Abkühlen des Überzuges gebilde*.

Das Mikrogefüge des erfindungsgemäßen Überzugs ist sehr komplex und hängt von der speziellen Zusammensetzung sowie dem Anteil an Metallkarbid, reaktionsfähigem Metall und dem Substrat ab. Allgemein ist zu beobachten, daß die vorliegend verwendeten reaktionsfähigen Metalle die Metallkarbide nicht nur benetzen (und im Falle des Zweistufenverfahrens in die Poren der ersten Schicht eindringen), sondern daß sie auch mit den ³⁵ Metallkarbiden reagieren und dabei die Zusammensetzung und die Morphologie des gesamten Überzuges drastisch ändern. Diese Reaktion kann die Form einer Auflösung des Metallkarbids mit anschließender Ausscheidung von neuen Phasen, oder In gewissem Umfang der gleichen Phase In einer neuen Morphologie annehmen, oder es kann dabei zu einer Feststoffreaktion kommen. Es wird nicht nur eine gleichförmige Verteilung der Karbide erhalten, sondern auch eine gleichförmige Verteilung von Boriden und/oder komplexen *" Metall-Bor-Karbiden. Außerdem wird der Überzug praktisch In vollem Umfang dicht; ein gegebenenfalls verbleibender kleiner Volumenanteil an Porosität wird vollständig eingekapselt. Infolgedessen Ist das Substrat I gegen Korrosion umfassend geschützt. Eine Korrosion des Überzuges 1st auf die Außenfläche beschränkt.

U₁ Die Feststellung, daß solche Reaktionen von Nutzen sind, ist im Hinblick auf die allgemein übliche Art der

i Infiltration von porösen Körpern oder Überzügen überraschend, wo bewußt versucht wird. Reaktionen zu

J 45 vermeiden oder minimal zu halten (US-PS 13 42 801, 24 01 221,26 12 442,37 43 556,40 13 453.40 75 371).

5 Die Beschlchtungsstärke beim Zwelstufenverfahren scheint auf Werte beschränkt zu sein, wie sie normaler-

S weise beim Plasma- oder Exploslonsbeschlchtungsverfahren angetroffen werden, d. h. auf etwa 0,50 bis 0,76 mm.

I Diese Beschränkung ist eine Funktion der speziellen Zusammensetzung, der Überzugsparameter und der

I Substratgeometrie; sie ist auf die kumulativen Restspannungen zurückzuführen, die während des Auftragens

I so entstehen. Dagegen wurde überraschend gefunden, daß beim Einstufenverfahren extrem dicke Überzüge aufge-

i: tragen werden können, die oft dicker als 2,5 mm sein können. Dieser wesentliche Vorteil des Elnstufenverfah-

i rens gegenüber dem Zwelstufenverfahren wird in gewissem Umfang dadurch aufgewogen, daß bei Verwendung

r gleicher Zusammensetzungen des Zwelstufenverfahren zu etwa härteren Überzügen führt.

■■ Als Metallkarbid eignet sich für die vorliegenden Zwecke insbesondere Wolframkarbid. Bei Verwendung des

j! 5S Zweistufenverfahrens wird zunächst ein Überzug aus Wolframkarbid und Kobalt Im Plasma- oder Exploslonsbe-

] schichtungsverfahren aufgebracht, worauf ein zweiter Überzug aus einem reaktionsfähigen Nickelbasismetall Im

I Plasma- oder Explosionsbeschlchtungsverfahren, als Aufschlämmung oder durch Elektrophorese und derglei-

I chen aufgetragen wird. Schließlich v.lrd der beschichtete Gegenstand Im Vakuum oder in einem inerten Gas auf

ι. eine ausreichend hohe Temperatur (beispielsweise etwa 950 bis 1200⁰C) erhitzt, um den zweiten Überzug

*" schmelzen, in den ersten Überzug eindringen und mit diesem reagieren zu lassen. Die Zusammensetzung des Pulvers lür den ersten Überzug Ist äquivalent dem Wolframkarbid und 0 bis 25 Gew.-96 Kobalt. Der spezifische |: Kohlenstoffgehalt kann von etwa 4,60 bis 6,13 Gew.-96 reichen, wenn stöchiometrlsches WC verwendet wird,

s; oder von etwa 3,20 bis 6,13 Gew.-96, wenn ein Teil des Karbids nicht stöchlometrisch ist. Es können bis zu

2,0 Gew.-96 Fe und eine tragbare Menge an Spurenverunreinigungen vorhanden sein. So kann der erste ί ω Woiframkarbld-Kobalt-Überzug aus einem Gemisch der Phasen WC, W₂C und M₆C (Co₅WjC usw.) bestehen,

_f/ wobei der Rest Kobalt In metallischer Form Ist. Das Pulver für den zweiten Überzug hat die folgende

f; Zusammensetzung: 3,0 bis 18,0 Gew.-96 B, 0 bis 6,0 Gew.-96 SI, 0 bis 20 Gew.-96 Cr, 0 bis 5,0 Gew.-96 Fe, Rest

I! Nl. Die bevorzugten Bereiche für die beiden Überzüge sind Im Falle des ersten Überzuges das Äquivalent von

Wolframkarbid und 10 bis 25 Gew.-96 Co sowie im Falle des zweiten Überzuges 6,0 bis 11,0 Gew.-96 B für das Plasmaverfahren oder 3,0 bis 11,0 Gew.-96 B für das Explosionsplattierverfahren sowie 2,0 bis 4,0 Gew.-% SI, 3,0 bis 15,0 Gew.-96 Cr, 0 bis 2,0 Gew.-% Fe, Rest Ni. Es versteht sich, daß sich während des Plasma- oder Explosionsbeschichtungsverfahrens die Zusammensetzung in gewissem Umfang verschieben kann. Das Verhältnis des zweiten Überzuges zu dem ersten Überzug ist eine Funktion der für jeden Überzug verwendeten speziellen Legierungszusammensetzung. Das Dickenverhältnis reicht von 0,2 bis 1,2; der bevorzugte Bereich liegt bei 0,3 bis 1,0. Dies entspricht einem Gewichtsverhältnis von 0,09 bis 0,65. Das Substrat kann für jedes dieser Überzugssysteme eine beliebige Eisen-, Nickel- oder Kobaltbasislegierung sein.

Wenn Wolframkarbid als Melallkarbid vorgesehen und Im Elnstulenverfahren gearbeitet wird, wird ein Überzug In Form eines Gemisches aus zwei oder mehr Komponenten im Plasma- oder Exploslonsbeschlchtungsverfahren aufgebracht. Die eine Komponente besteht im wesentlichen aus Wolframkarbid und 0 bis 15 Gew.-% Co. Bei dieser Komponente kann es sich um ein Gemisch von Phasen von WC, W₂C und M₆C (Co₃W₃C usw.) handeln, wobei der Rest des Kobalts in metallischer Form vorliegt. Eine kleine Menge an Eisen oder anderen Elementen kann in dieser Komponente vorhanden sein. Der spezifische Kohlenstoffgehalt kann zwischen 4,60 und 6,13 Gew.-% liegen, wenn stöchiometrisches WC benutzt wird; wenn ein Teil des Karbids nicht stöchlome- '5 trisch ist, kann er zwischen 3,20 und 6,13 Gew.-9o liegen. Es können bis zu 2,0 Gew.-96 Fe und in vernünftigen Grenzen Spurenverunreinigungen vorhanden sein.

Die zweite Komponente kann eine einzige Legierung oder ein Gemisch von Legierungen mit einer Gesamtzusammensetzung von 3,0 bis 18,0 Gew.-96 B, 0 bis 6,0 Gew.-96 Sl, 0 bis 20,0 Gew.-96 Cr und 0 bis 5,0 Gew.-% Fe sein. Ein Beispiel für ein Gemisch von Legierungen 1st 40 bis 60 Gew.-96 einer Legierung aus 14,0 bis 19,0 Gew.-96 B, 0 bis 3,5 Gew.-% Fe, 0 bis 1,0 Gew.-96 Si, Rest Nickel, und 60 bis 40 Gew.-96 einer Legierung aus 2,0 bis 4,0 Gew.-% B, 2,0 bis 6,0 Gew.-96 Si, 1,0 bis 5,0 Gew.-96 Fe, 0 bis 20,0 Gew.-% Cr, Rest Nickel. Das Gemisch der Komponenten besteht aus 75 bis 55 Gew.-9o der ersten (Wolframkarbid-)Komponente und 25 bis 45 Gew.-96 der zweiten Komponente (reaktionsfähiges Metall). Der Überzug kann auf ein Substrat aus einer beliebigen Eisen-, Nickel- oder Kobaltbasislegierung aufgebracht werden.

Nach dem Auftragen des Überzuges wird die Komponente bei einer Temperatur von mehr als 950° C für eine ausreichende Zeitdauer wärmebehandelt, um eine Reaktion und/oder Diffusion zwischen den Komponenten des Überzuges zu bewirken. Ein begrenztes, gleichwohl aber wichtiges Maß an Diffusion/Reaktion findet mit dem Substrat statt.

Die MikrogefOge der nach der Wärmebehandlung erhaltenen Überzüge sind sehr komplex und noch nicht voll -^1Ü geklärt. Nach dem Zweistufenverfahren hergestellte Überzüge bestehen im wesentlichen aus vier Zonen. Die äußerste Zone enthält einige große, eckige Teilchen In einer metallischen Matrix mit einer feinen Dispersion von sehr kleinen Teilchen. Die zweite Zone enthält etwas kleinere eckige Teilchen als die Außenzone und wiederum eine Dispersion von sehr feinen Teilchen in einer metallischen Matrix. Die dritte Zone besteht aus einem von dem Substrat nach außen hin zunehmenden Teilchengradienten in einer metallischen Matrix. Die vierte Zone ist schließlich ein enges Band der Interdiffuslon/Reaktion mit dem Substrat. Die Röntgenanalyse läßt schließen, daß die vorherrschenden Phasen in den drei ersten Zonen die in der Tabelle I aufgeführten Phasen sind.

Typische Härtewerte der verschiedenen Zonen sind in der Tabelle I gleichfalls genannt.

Die Mikrogefüge der im Einstufenverfahren hergestellten Überzüge sind gleichfalls sehr komplex und noch nicht vollständig geklärt. Der äußere größere Teil des Überzuges besteht aus einer Dispersion von recht groben, eckigen, harten Teilchen, vermutlich WC, und einer sehr dichten feineren Dispersion von verschiedenen Arten von Teilchen, die alle in eine metallische Matrix eingebettet sind. Eine schmalere Innenzone besteht zu einem wesentlichen Teil aus einer harten Phase, die in Form von großen Blöcken von fast kontinuierlichen Teilchen oder einer feinen Dispersion von Teilchen vorliegen kann, was von der speziellen Zusammensetzung und der verwendeten Wärmebehandlung abhängt Schließlich befindet sich eine schmale Interdiffusionszone zwischen dem Überzug und dem Substrat. Typische Härtewerte für die äußerste Zone sind Vickershärten HV₃₀₀ von 1000 bis 1800.

Für die vorliegenden Zwecke eignet sich auch eine große Vielzahl von anderen Karbidsystemen. Beispielsweise wurden ausgezeichnete Mikrogefüge und Härtewerte mit TiC- und VC/WC-Systemen erzielt. Die

Tabelle I	Hauptphasen	kleinere Phasen	Vickershärte HV₃₀₀
Zone	W₂M¹B₂, η	WC	1300-2200
außen	WC	W₂M'B₂ + η	1200-2000
zweite	W₂M¹B₂, η	WC	300- 700
dritte	M' = Co, Ni η = η\ + 772 Karbide (M₆C) ηι = M₄W₂C oder M₃W₃C m = M₂W₄C
wobei

10

20 25 .10 35 40 45 50 55 60

optimale Auswahl der Karbide hängt von den speziellen Verschleiß- und Korrosionsbedingungen an der betreffenden Anwendungsstelle sowie von wirtschaftlichen Erwägungen hinsichtlich der Überzugssysteme ab.
Die Erfindung ist Im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Beispiel 1

12,7 χ 12,7 χ 25,4 mm große Proben aus Stahl AISI 1018 (Nennzusammensetzung 0,18 Gew.-% C; 0,75 Gew.-% Mn; Rest Fe) wurden zunächst auf einer 12,7 χ 25,4 mm großen Stirnseite mit der Legierung 1 In einer Dicke von 0,127 bis 0,508 mm entsprechend Tabelle II beschichtet.

Legierung 1 = W mit 11 Gew.-%, Co und 4,1 Gew.-« C (Wolframkarbide + Kobalt)

Sodann wurde die Legierung 2 Im Plasmaspritzverfahren über den ersten Überzug in verschiedenen Dicken gemäß der Tabelle II aufgebracht.

Legierung 2 = Nl mit 9,3 Gew.-96 B, 2,7 Gew.-96 Si, 3,2 Gew.-9ö Cr und 2,3 Gew.-96 Fe

Diese Überzüge wurden dann für entweder lh bei HOO⁰C, lh bei 1160⁰C oder 5 min bei 116O⁰C im Vakuum wärmebehandelt. Die Überzüge hatten nach der Wärmebehandlung die in der Tabelle II zusammengestellten Härtewerte. Es zeigte sich, daß das Verhältnis des zweiten Überzuges zum ersten Überzug von großer Wichtigkeit ist, um In dem endgültigen Überzug die besten Mlkrogefüge auszubilden. Wenn die Größe des zweiten Überzuges gegenüber dem ersten Überzug zu klein 1st, wird der erste Überzug nicht voll durchdrungen; der Gesamtüberzug ist mit dem Substrat nicht gut verbunden. Dies war im Falle der Versuchsproben bei allen, bis auf die dünnsten ersten Überzüge, zu beobachten, wenn das Gewichtsverhältnis 0,30 oder weniger betrug. Gute Mikrogefüge wurden bei Verhältnissen von 0,35 oder 0,40 ausgebildet, obwohl das Verhältnis von 0,40 vorzuziehen 1st, well bei dem Verhältnis von 0,35 die Neigung bestand, daß Bänder aus metallreichem Werkstoff auftraten, die weicher als der Rest des Überzuges waren. Die Härte der Überzüge mit einem Verhältnis von 0,45 war geringer als bei den Überzügen mit Verhältniswerten von 0,35 oder 0,40, mit Ausnahme bei der niedrigeren Wärmebehandlungstemperatur. Die bei entweder 1100 oder 1160⁰C 1 h lang wärmebehandelten Überzüge waren einander ähnlich, mit der Ausnahme der Überzüge mit dem Verhältnis von 0,45. Dagegen zeigten die während der kürzeren Zeltspanne von 5 min bei 1160⁰C wärmebehandelten Überzüge eine etwas geringere Härte. Eine Überprüfung der Mlkrogefüge und der Härtewerte zeigt, daß das Gewichtsverhältnis von 0,30 bis 0.45 brauchbar ist. daß jedoch vorzugsweise mit einem Gewichtsverhältnis von etwa 0,35 bis 0,40 gearbeitet wird.

Tabelle II

Überzugsdicke	(mm)	Dicken	Gewichts	Vickershärte	HV₃₀₀	1100⁰C/
Legierung 1	Legierung 2	verhältnis 2 : 1	verhältnis 2 : 1	1160⁰C/	1160⁰C/	60 min
		0,6	0,30	60 min	5 min	635-1397
0,127	0,076	0,7	0,35	739-1790		1488
	0,089	0,8	0,40	695-1897		1697
	0,102	0,9	0,45	1574		1542
	0,114	0,6	0,30	1510		1552
0,254	0,152	0,7	0,35	1724	1442	1591
	0,178	0,8	0,40	1746	1564	1591
	0,203	0,9	0,45	1527	1407	1447
	0,229	0,6	0,30	1296	1167	1641
0,381	0,229	0,7	0,35	1635		1602
	0,267	0,8	0,40	1512	1409	1534
	0,318	0,9	0,45	1310	1267	1541
	0,343	0,6	0,30	977	1071	1597
0,508	0,305	0,7	0,35	1443
	0,356	0,8	0,40	1404		1489
	0,406	0,9	0,45	1142		1217
	0,457		901

Beispiel 2

12,7 χ 12,7 χ 25,4 mm große Proben aus AISI 1018-Stahl wurden zunächst auf einer 12,7 χ 25,4 mm großen Stirnseite mit der Legierung 1 in der in Tabelle 1Π angegebenen Dicke mittels eines Plasmaspritzbrenners beschichtet. Ein zweiter Überzug wurde dann über dem ersten ebenfalls im Plasmaspritzverfahren in der Dicke gemäß Tabelle III aufgebracht. Die für die zweite Überzugsschicht verwendeten Zusammensetzungen waren die folgenden:

Legierung 3 Ni mit 7,0 Gew.-96 Cr, 3,5 Gew.-96 B, 4,5 Gew.-96 SI und 3,0 Gew.-% Fe

4 Ni mit 15,6 Gew.-96 B

5 Nl mit 3,8 Gew.-96 Cr, 6,0 Gew.-% B und 2,5 Gew.-96 Sl

6 Ni mit 3,8 Gew.-96 Cr und 9,4 Gew.-% B

Entsprechend der Tabelle IH wurden verschiedene Verhältnisse der Dicken von zweitem Überzug zu erstem Überzug vorgesehen. Die beschichteten Proben wurden dann bei UOO bis 116O⁰C lh lang im Vakuum wärmebehandelt. Weil die Wärmebehandlung nicht optimiert war, traten einige Bereiche mit hohem Metallgehalt und niedriger Härte auf; die vorherrschenden Härtewerte sind jedoch In der Tabelle III angegeben. Die Mikrogefüge erwiesen sich als abhängig von dem Verhältnis des zweiten Überzugs zum ersten Überzug. Im Falle der Legierung 3 zeigte es sich, daß alle Überzüge eine poröse Außenschicht hatten und daß unter den vorgesehenen Bedingungen die Restspannung des resultierenden Überzuges so groß war, daß die Überzüge mit einem Dickenverhältnis zwischen dem zweiten Überzug und dem ersten Überzug von mehr als 0,8 sich während des Beschichtens abhoben. Die Überzüge mit einem niedrigeren Verhältnis zeigten eine gewisse Porosität in der Außenzone des Überzeuges. Wenn für den zweiten Überzug die Legierung 4 benutzt wurde, war eine wesentliche stärkere Reaktion mit dem ersten Überzug und dem Substrat zu beobachten. Wurde mit einem hohen Verhältnis von zweitem Überzug zu erstem Überzug gearbeitet, wurden außergewöhnlich große Teilchen in der Außenzone, begleitet von einem recht weiten Bereich an Härtewerten In dieser Zone, angefunden. Bei niedrigeren Verhältnissen oder Wärmebehandlungstemperaturen wurden jedoch gleichförmigere Mikrogefüge mit recht hohen, gleichförmigen Härtewerten erzielt. Die Verwendung der Legierung 5 führte zu allgemein brauchbaren Mlkrogefügen. Es traten jedoch gelegentlich hohe Konzentrationen an Infiltrat in der inneren Hälfte des Überzuges bei hohen Verhältnissen von zweitem Überzug zu erstem Überzug auf. Bei Verwendung der Legierung 6 als zweitem Überzug wurden brauchbare Mikrogefüge für alle Verhältnisse erzielt. Das Vorhandensein einer wesentlichen Menge an Si ist daher nicht notwendig.

Tabelle III

zweiter Dickenverhältnis Gewichtsverhältnis

Überzug *) 2. Überzug : 1. Überzug 2. Überzug : 1. Überzug

Vickershärte HV₃₀₀

1160⁰C/ HOO⁰C/ 60 min 60 min

0,32 0,37 0,42 0,47

0,28 0,32 0,37 0,41

0,33 0,38 0,43 0,49

0,30 0,36 0,41

*) erster Überzug 0,203 bis 0,254 mm dick aus Legierung 1.

Legierung	3	0,6
		0,7
		0,8
		0,9
Legierung	4	0,6
		0,7
		0,8
		0,9
Legierung	5	0,6
		0,7
		0,8
		0,9
Legierung	6	0,6
		0,7
		0,8

1422 1446 1663 1575

980 1017 837 1330

1790 1860 2228 2013

1682 1768 1484

1704

2013

Beispiel 3

12,7 χ 12,7 χ 25,4 mm und 12,7 χ 25,4 χ 76,2 mm große Proben aus AISI 1018-Stahl wurden auf einer 12,7 χ 25,4 mm oder 25,4 χ 76,2 mm großen Stirnseite mit der Legierung 1 im Plasmaverfahren in einer Dicke von etwa 0,23 mm beschichtet, worauf ein zweiter Überzug mit einer Gesamtzusammensetzung der Legierung 2 im Beispiel 1 aufgetragen wurde, der jedoch aus einer Mischung von 5096 Legierung 3 und 50% Legierung 4 bestand. Der Auftrag des zweiten Überzuges erfolgte ebenfalls im Plasmayerfahren. Die Dicke war so bemessen, daß Dickenverhältnisse zwischen dem zweiten Überzug und dem ersten Überzug von 0,81, 0,85 und 0,90 erhalten wurden. Diese Überzüge wurden dann 60 oder 120 min lang bei 1100⁰C oder 60 min lang bei 1150° C wärmebehandelt. Die erhaltenen Mikrogefüge für alle Überzüge waren generell befriedigend; die Vickershärtewerte KV₃OD lagen zwischen 1478 und 1597, mit Ausnahme des bei 1150⁰C 60 min lang wärmebehandelten 0,9-Verhältnlsses (1304 HV_3Oo). Zwischen den Proben bestanden wenig Unterschiede, mit der Ausnahme, daß die bei 1150° C wärmebehandelten Proben etwas weicher als die bei HOO⁰C wärmebehandelten Proben waren. Aufgrund der Mikrogefüge und der Härtewerte der Überzüge ist zu erwarten, daß alle diese Proben eine extrem gute Verschleißfestigkeit haben.

Mi B e 1 s ρ i e 1 4

£ Die Kolben, die in Stimulationspumpen für Erdölbohrungen verwendet werden, um Sandaufschlämmungen zu

w pumpen, erfahren einen starken Verschleiß und haben normalerweise eine extrem kurze Lebensdauer. Um das

§ 5 Betriebsverhalten der erfindungsgemäßen Überzüge gegenüber bekannten Überzügen zu bestimmen, wurden die

t drei Kolben einer Triplexpumpe mit drei unterschiedlichen Werkstoffen beschichtet, und zwar mit Colmonoy 6

s (einer Legierung mit 14 Gew.-% Cr, 3,0 Gew.-% B, 4,5 Gew.-96 Si, 4,5 Gew.-96 Fe, 0,7 Gew.-96 C, Rest Nickel),

ψ aufgetragen Im herkömmlichen Sauerstoff-Acetylen-Hartauftragschweißverfahren, LW-15 (einer bekannten

I₄ Explosionsbeschichtung aus WC mit 10 Gew.-» Co und 4 Gew.-% Cr), und einem Überzug nach der Erfindung.

J^ ^|0 Die Kolben hatten einen Durchmesser von 95,25 mm, eine Länge von etwa 482 mm und eine beschichtete

\ Länge von etwa 356 mm. Der für diesen Versuch vorgesehene Überzug nach der Erfindung wurde hergestellt,

fe Indem ein erster Überzug aus der Legierung 1 in einer Stärke von 0,28 mm aufgebracht wurde. Dann wurde ein

t 0,22 mm dicker zweiter Überzug aus 50 Gew.-% Legierung 3 und 50 Gew.-96 Legierung 4 aufgetragen. Beide

'» diese Überzüge wurden im Plasmaverfahren aufgebracht. Der Kolben wurde dann bei HOO⁰C im Vakuum 120 min

I¹J ^|5 lang wärmebehandelt. Der Überzug wurde anschließend geschliffen und geläppt. Der resultierende Überzug

\_K hatte eine Dicke von etwa 0,31 mm. Die Pumpe wurde zusammenmoritlert und in der typischen Weise praktisch eingesetzt, bis der Colmonoy-6-Überzug ausfiel. Zu diesem Zeitpunkt schien der LW-15-Überzug erheblich

j abgenutzt zu sein; er war jedoch In besserem Zustand als der Colmonoy-6-Überzug. Dagegen zeigte der Überzug

[' nach der Erfindung nur einen unbedeutenden Verschleiß. Der betreffende Kolben wurde zusammen mit zwei

Ii;,^{1 20} neuen Colmonoy-6-Kolben in eine andere Pumpe eingebaut. Wiederum ließ man die Pumpe laufen, bis der

(....;, Colmonoy-6-Überzug ausfiel. Eine Inspektion zeigte, daß der Überzug nach der Erfindung noch Immer ohne

!i| weiteres einsatzfähig war. Diese Folge wurde wiederholt. Dabei wurde gefunden, daß der Überzug nach der

j|| Erfindung eine Lebensdauer hatte, die vier bis sechs Mal so lang wie die von Kolben war, die mit Colmonoy 6

'$ beschichtet waren.

ri Beispiel 5

••J Proben von unterschiedlicher Größe, Form und Zusammensetzung entsprechend der Tabelle IV (b) wurden

Xi mit einem ersten Überzug aus der Legierung 1 und einem zweiten Überzug aus einem Gemisch von 50 Gew.-96

30 Legierung 3 plus 50 Gew.-% Legierung 4 in der in der Tabelle IV (a) angegebenen Dicke versehen. Diese Über-

!!„i züge wurden dann im Vakuum bei 1100 bis 1200⁰C 15 bis 120 min lang wärmebehandelt. Auf allen Proben

j ' wurden Mikrogefüge ausgebildet, die ähnlich den zuvor mit diesem Beschichtungssystem erhalten waren,

mit der Ausnahme, daß es zu kleineren Unterschieden in der Diffusionszone kam, die von der speziellen

% Zusammensetzung des Substrats abhingen. Damit ist erwiesen, daß diese Überzüge für eine große Vielzahl von

^j 35 Stahlsubstraten geeignet sind.

% Tabelle IV (a)

f.' Überzugsverarbeitungsbedingungen

40	Stahlzusammen	Größe der	Uberzugsdicke	Dickenverhältnis	Wärmebehandlung	Temperatur	Gewichtsverhältnis
	setzung	beschichteten	Legierung 1	Legierung 3+4/	Zeit		Legierung 3+4/
	(siehe Tab. IV (b))	Oberfläche		Legierung 1			Legierung 1
		(mm)				(⁰C)
	a	12,7 X 25,4	(mm)	0,8	(h)	1155	0,40
45	b	12,7 X 12,7	0,20	0,8	1	1155	0,40
	C	127 Außen0	0,20	0,8	1	1100	0,40
		x 76,2 Innen0	0,28		2
50	d)	25,4 x 76,2		0,8		1100	0,40
	e	12,7 X 25,4,	0,28	0,7-0,94	1	1035-1200	0,35-0,48
		25,4 X 76,2	0,10-0,28		1/4 bis 2
	f	12,7 X 25,4,		0,7-0,94		1100-1200	0,35-0,48
55		25,4 X 76,2,	0,10-0,28		1/4 bis 2
		50,8 X 63,5
	g	25,4 0		0,8		1165	0,40
	h	25,4 0	0,25	0,8	1	1165	0,40
60		0,25	1

Tabelle IV (b)

Stahlzusammen- abcdefgh AlSI

Setzungen in Gew.-% 1018

i| C 0,4 0,85 1,5 0,4 0,2 0,9 0,2 0,2 0,18

f Mn 0,85 - - 0,9 0,9 0,75 0,45 0,55 0,75

0,4	0,2	0,9	0,2	0,2
0,9	__ °>⁹—	0,75	0,45	0,55
8

Fortsetzung

Siahlzusammensetzungen in Gew.-%

AISI
1018

0,20

1,80
0,25

5,0
6,0
2,0

0,3 0,3

0,75 4,0 12,0 0,95 0,5

1,0 0,2

0,55 0,2

0,3
0,5
1,80
0,25

0,0005 min.

Rest Rest Rest Rest Rest Rest Rest Rest
Beispiel 6

Rest

12,7 χ 25,4 χ 76,2 mm große Proben aus AISI 1018-Stahl wurden auf einer 25,5 χ 76,2 mm großen Oberfläche im Plasmaspritzverfahren mit der Legierung 1 in einer Dicke von 0,28 mm beschichtet, worauf ein zweiter Überzug aus einem 50:50-Gemisch der Legierungen 3 und 4 in einer Dicke von 0,23 mm aufgebracht wurde. Die Proben wurden dann bei 1150° C 60 min lang im Vakuum wärmebehandelt. Die beschichtete Oberfläche wurde glattgeschliffen. Es wurde ein Abriebtest mit trockenem Sand durchgeführt. Der Überzug nach der Erfindung verlor ein etwas geringeres Werkstoffvolumen als Carboly 883 (WC ml* 6 Gew.-96 Co), ein gesinterter Wolframkarbidwerkstoff, und etwa ein Viertel desjenigen von LW-1N30, ein im Explosionsbeschichtungsverfahren aufgebrachter Überzug aus Wolframkarbid und 13 Gew.-% Kobalt.

Beispiel 7

25,4 χ 12,7 χ 69,9 mm große Proben aus AISI 1018-Stahl wurden in einer Stärke von 0,25 bis 0,31 mm im Explosionsbeschichtungsverfahren auf den 25,4 χ 69,9 mm großen Stirnseiten mit der Legierung 7 beschichtet.

Legierung 7 = W mit 9,50 Gew.-% Co und 4,55 Gew.-% C (Wolframkarbide + Kobalt)

Gesonderte Proben wurden dann mit einer Oberschicht aus der Legierung 2 in Dickenverhältnissen von 0,3, 0,4, 0,5 und 0,6 oder Gewichtsverhältnissen von etwa 0,16, 0,21, 0,26 bzw. 0,32 versehen. Die Proben wurden dann im Vakuum bei 1110 bis 1120° C 2 h lang wärmebehandelt. Die resultierenden Mlkrogefüge waren wie oben erläutert. Die Härte des Überzuges schwankte in Abhängigkeit von dem Dickenverhältnis. Die Vickershärtewerte HV₃₀₀ betrugen 1252, 1483, 1249 für die Überzüge mit den Verhältnissen von 0,3, 0,4, 0,5 bzw. 0,6.

Beispiel 8

25.4 ; "V^ χ 12,7 mm große Stahlproben (AISI 1018) wurden mit Gemischen der Legierungen 1, 3 und 4 entsprechend der Tabelle V plasmagespritzt. Die Proben wurden dann im Vakuum bei Temperaturen von 1065 bis 1160° C zwischen 5 und 240 min lang wärmebehandelt. Das Mlkrogefüge des Überzugs A war recht porös und das des Überzugs C nicht sehr gleichförmig. Der Überzug B hatte jedoch ein sehr gleichförmiges Mikrogefüge, nur eine minimale geschlossene Porosität und Vickershärte HV_!00 von 1200 bis 1500 in der äußeren Zone sowie von 1113 bis 1374 in der inneren Zone. Diese Überzüge konnten In ungewöhnlich großer Dicke auf einer flachen Oberfläche (mehr als 0,76 mm) aufgebracht werden, ohne sich abzuheben. Ein Abriebversuch mit trockenem Sand ergab für den Überzug B etwa die Hälfte drr Verschleißrate eines explosionsbeschichteten WC-Co-Überzuges sowie einen etwas größeren Wert als die Verschleißrate von Carboloy 883, einem gepreßten und gesinterten WC-Co.

Tabelle V

Überzug

Zusammensetzung in Gew.-%

67 % Legierung 1 16,5 % Legierung 3 16,5 % Legierung 4 63,5 % Legierung 1 18,25% Legierung 3 18,25% Legierung 4 60,0 % Legierung 1 20,0 % Legierung 3 20,0 % Legierung 4

Beispiel 9

Proben aus AISI 1018-Stahl wurden mit Gemischen der Legierung 1 und der Legierung 2 in den in der Tabelle VI angegebenen Verhältnissen in einer Dicke von 1,52 bis 1,60 mm im Plasmaspritzverfahren beschichtet. Dann erfolgte eine Wärmebehandlung im Vakuum bei 1050 bis 1060° C während einer Dauer von 30 min. Die Härte der äußeren Zone der Überzüge ist in der Tabelle VI angegeben. Der Überzug D war etwas porös. Die Porosität des Überzuges E war geringer. Die Überzüge F, G und H hatten nur sehr wenige kleine Poren. Alle diese Poren waren geschlossen.

Tabelle VI	Zusammensetzung	(Gew.-%)	Vickershärte HV300
	Legierung 1	Legierung 2	1452
Überzug	73	27	1435
D	70	30	1265
E	67	33	1133
F	65	35	1189
G	63,5	36,5
H		Beispiel 10

12,7 χ 25,4 χ 76,2 mm große Proben aus 1018 AlSI-Stahl wurden auf einer 25,4 χ 76,2 mm großen Stirnseite mit einer Mischung aus 63,596 Legierung 1 und 36,596 Legierung 6 in einer Dicke von 0,76 mm beschichtet. Die proben wurden dann bei 1060° C 30 min lang im Vakuum wärmebehandelt. Die erhaltene Vickershärte HVJ₀₀ betrug 1542. Dies zeigt, daß ebenso wie bei dem Zweischichtensystem Si auch bei dem Einschichtsystem keinen notwendigen Bestandteil darstellt.

Beispiel 11

Proben aus AISI 1018-Stahlrohren mit einem Durchmesser von 102 mm und einer Länge von 152 mm wurden mit Gemischen der Legierungen 1, 3 und 4 In einer Dicke von 1,63 bis 1,98 mm entsprechend der -■*> Tabelle VII beschichtet. Die Proben wurden dann bei 1060° C im Vakuum 30 min lang wärmebehandelt. Die Härtewerte für die äußere Zone der erhaltenen Überzüge sind in der Tabelle VH zusammengestellt.

Tabelle VII	Zusammensetzung Legierung 1	(Gew.-%) Legierung 4	Legierung 3	Vickershärte HV300
Überzug	63,5 63,5 63,5	14,6 18,25 21,9	21,9 18,25 14,6	1278 1241 1117
I J K

Beispiel 12

12,7 χ 25,4 χ 76,2 mm große Proben aus AISI 1018-Stahl wurden auf einer 25,4 χ 76,2 mm großen Stirnseite im Plasmaverfahren mit einem Gemisch aus 18,2596 der Legierung 3, 18,25% der Legierung 4, Rest WC beschichtet. Es wurde ein dichtes Mlkrogefüge erhalten, wenn die Proben bei 1040° C Im Vakuum 1 h lang wiirmebehandelt wurden. Die Vickershärte HV₁₀₁) des Überzugs betrug 1010.
55

Beispiel 13

6,35 χ 25,4 χ 50,8 mm große Proben einer Legierung mit 22 Gew.-* Cr, 18,5 Gew.-* Fe, 9 Gew.-* Mo, 1,5 Gew.-* Co, 0,6 Gev/.-% W, 1,0 Gew.-* Sl, 1,0 Gew.-96 Mn, 0,10 Gew.-* C, Rest Nl bzw. einer Legierung mit

«» 22 Gew.-* Cr, 22 Gew.-% Ni, 14,5 Gew.-% W, 1,25 Gew.-* Mn, 0,35 Gew.-* SI, 0,10 Gew.-* C, 3,0 Gew.-* Fe, 0,9 Gew.-* La, Rest Co wurden Im Plasmaverfahren auf einer 25,4 χ 0,8 mm großen Stirnseite mit einem Gemisch aus 18,25 Gew.-* Legierung 3, 18,25 Gew.-96 Legierung 4, Rest Legierung 7, beschichtet. Die Proben wurden Im Vakuum bei 1040° C 30 min lang, bei 1060° C 10 min lang und bei 1060° C 30 min lang wärmebehandelt. Die Vlckershärtewerte HV₃₀₀ waren 1160, 1177 bzw. 1126 für die Überzüge auf der Nickelbasislegierung und 1219, 1187 bzw. 1228 auf der Kobaltbasislegierung. Die Mlkrogefüge waren nämlich denjenigen, wie sie auf Slahlsubstraten erhallen wurden.

Beispiel 14

Nahtlose Stahlrohre mit 25,4 mm Außendurchmesser, 165 mm Länge und 3,05 mm Wandstärke wurden außen mil einer 0,25 mm dicken Schicht aus der Legierung I und anschließend in einem Dickenverhältnis von 0,7 bis 0,8 (einem Gewichtsverhältnis von 0,35 bis 0,40) mit der Legierung 2 oder einem 50:50-Gew.-"_o- -^s Gemisch der Legierungen 3 und 4 beschichtet. Nach einer Wärmebehandlung bei UOO⁰C im Vakuum wührend 2 h wurden die Rohre in 12,7 mm lange Ringe geschnitten; das Stahlsubstrai wurde entfernt. Die erhaltenen Überzugsringe von 12,7 mm Länge und einem Außendurchmesser von 25,4 mm wurden einem korrodierenden Angriff durch Eintauchen in wäßrige Lösungen jedes der folgenden Stoffe ausgesetzt, und zwar 50 Gew.-°a NaOH, 5 Gew.-% HNO₃, 5 Gew.-% H₂SO₄ und 20 Gew.-9S HCl. Versuche wurder bei Raumtemperatur und bei den betreffenden Siedepunkten der Lösungen für eine Zeitspanne von 5 bis 9 Tagen durchgeführt. In den meisten Fällen konnte nur ein geringer oder gar kein korrodierender Angriff (< 0,025 mm) auf der Außenfläche des Oberzugs beobachtet werden. Der stärkste Angriff erfolgte in siedender HNOj-Lösung, wo ein gleichförmiger Zunder aus Korrosionsprodukten von 0,10 mm Dicke nach einer Versuchsdauer von 7 Tagen ausgebildet war. Bei keiner der geprüften Proben wurde die Unterlage angegriffen.

Beispiel 15

12,7 χ 25,4 χ 76,2 mm große Progen aus AISI 1018-Stahl wurden im Plasmaverfahren mit einer aus 75 Gew.-56 VC und 25 Gew.-% WC bestehenden Komponente, Gemischen aus 2 Gew.-% Ni und 2 Gew.-9ö Mo sowie einem Gemisch aus 50 Gew.-96 Legierung 3 und 50 Gew.-96 Legierung 4 beschichtet und dann für verschiedene Zeitspannen und bei unterschiedlichen Temperaturen wärmebehandelt. Überzüge, die 50 bis 55 Gew.-96 des Gemische der Legierungen 3 und 4 enthielten, führten zu relativ feinen Mikrogefügen und zu Vickershärtewerten HV₃₀O von 1150 bis 1250, wenn eine lOminütige Wärmebehandlung bei 1050 oder 1060° C erfolgte.

Beispiel 16

12,7 χ 25,4 χ 76,2 mm große Proben aus AISI 1018-Stahl wurden im Plasiuaverfahren mit Gemischen aus TiC und einem'Gemisch von 50 Gew.-96 Legierung 3 und 50 Gew.-96 Legierung 4 beschichtet. Überzüge, die 45 oder 50 Gew.-96 TiC enthielten und bei 1020 ode 1030⁰C im Vakuum 0,5 h lang wärmebehandelt wurden, hatten Vickershärtewerte HV₃oo von 1050 bis 1200.

Claims

Patentansprüche:

1. Verschleißfester Überzug auf einem Metallsubstrat, der eine Zwischenzone mit In einer Metallmatrix | verteilten Karbiden und eine Karbide enthaltende harte Außenzone aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zwirnen dem Substrat und der Zwischenzone eine Interdlffuslonszone vorhanden 1st, In der Metallmatrix zusätzlich Boride und intermetallische Phasen vorliegen und die Außenzone in Form von großen eckigen Teilchen neben Karbiden auch Boride und Intermetallische Teilchen enthält sowie eine Vlckershärte HV₃₀₀ von 1000 bis 2200 hat.

2. Verfahren zur Herstellung eines verschleißfesten Überzugs nach Anspruch 1, bei dem ein aus mlndestens zwei Komponenten bestehendes Überzugsmaterial aufgetragen wird, dessen erste Komponente aus Metallkarbid und gegebenenfalls einem Blndermetallantell besteht, dadurch gekennzeichnet, daß