DE3101445A1 - Spritzpulver zur herstellung einer heterogenen schicht - Google Patents

Spritzpulver zur herstellung einer heterogenen schicht

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Description

Spritzpulver zur Herstellung einer
Schicht
Die Erfindung betrifft ein Spritzpulver zur Herstellung einer heterogenen Schicht auf einem Substrat durch thermische;:; Spritzen.
Bekannte reibungsverschleissfeste Schichten aus relativ harten Legierungen weisen starke Eigenspannungen auf, die eine hohe Rissgefahr mit sich bringen. Diese besteht sowohl beim Aufbringen auf das Substrat als auch bei einer Temperaturbelastung im Betrieb. Ferner weisen bekannte Schichten hoher Verschleissfestigkeit, wie Schichten, in denen Karbide oder harte Oxyde vorhanden sind, schlechte Reibungseigenschaften auf, die ihre Verwendung auf reibungsbeanspruchten Teilen wegen des entstehenden Kratzeffekts problematisch oder unmöglich macht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Spritzpulver zu schaffen, mit dem durch thermisches Spritzen eine reibungsverschleissfeste, eigenspannungsarme Schicht von hoher Lebensdauer und sehr guten Reibungseigenschaften herstellbar ist.
Zur Lösung dieser Aufgaben weist das erfindungsgemässe Spritzpulver die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale auf. Darin bezeichnet Hv die Härte nach Vickers. Der statische Reibungskoeffizient ist selbstverständlich für die Legierung in fester Form, d.h. in gegossenem, gespritztem oder ähnlichem Zustand definiert.
Besondere Ausführungsformen der Erfindung sind in den weiteren Patentansprüchen angegeben.
Die mit dem erfindungsgemässen Pulver hergestellten Schichten können insbesondere mit grossem Vorteil in einer Anlage zur Papierherstellung, und zwar auf dem Papiertrocknungszylinder des sogenannten Yankee-Dryers verwendet werden.
310U45
Weitere Besonderheiten,Eigenschaften und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung und den angeführten Ausführungsbeispielen hervor.
Allgemein ist zu bemerken, dass die mit dem erfindungsgemässen Pulver hergestellten Schichten durch ihren lamellaren Aufbau sehr gute Reibungseigenschaften besitzen und eine gleichmässige Abnutzung aufweisen. Die Eigenschaften der Schicht können durch die Wahl der Legierungspulver und des Mischungsverhältnisses sehr genau auf einen bestimmten Anwendungsfall, d.h. auf die gewünschten mechanischen Eigenschaften, wie Reibungskoeffizient und Verschleissfestigkeit, und die gewünschten physikalischen Eigenschaften der Schicht, wie Elastizität, Spannungsarmut etc., abgestimmt werden. Es lassen sich dabei auch die im allgemeinen widersprüchlichen Forderungen nach grosser Verschleissfestigkeit und guten Reibungseigenschaften optimal erfüllen. Die vorzugsweise verwendeten Spritzpulver können die übliche Korngrösse aufweisen. Sie können nach einem üblichen thermischen Spritzverfahren aufgebracht werden, also z.B. mit einem Acetylen-Sauerstoff-Pulverflammspritzbrenner, einer Lichtbogenspritzpistole oder einer Plasmaspritzpistole. Die Schicht kann, insbesondere für den Fall <-lass Eisenlegierungen eingesetzt werden, auch mit einer Drahtspritzpistole hergestellt werden. Je nach dem verwendeten Verfahren werden die Lamellen dabei gröber oder feiner ausfallen. Die Schicht wird immer durch Aufspritzen ohne nachträgliches Einschmelzen hergestellt, wobei das Substrat mit einer üblichen Haftgrund-Schicht versehen ist.
Durch die Möglichkeit die Schicht eiqensoannunqsar'" ?.u halten, können solche Schichten eine Dicke bis zu ]0 mm aufweisen, während bei üblichen Schichten mit einer Härte von mehr als 400 Hv ab etwa 1,5 nun Dicke bereits Mikrorisse durch innere Spannungen praktisch unvermeidbar sind. Die mit den erfindungsgemässen Pulvern hergestellten Schichten halten dank ihres Aufbaus auch den im Betrieb auftretenden Temperaturbelastungen Stand.
BAD ORIGINAL 130051/0437
Die genannten Eigenschaften treten insbesondere in den nachstehenden Anwendungsbeispielen auf.
Beispiel 1 j
Eine Papiertrockenrolle von 4,5 m Durchmesser, die bei einer Arbeitstemperatur von ca. 250 C der Reibungsbelastung der Abstreifmesser ausgesetzt, ist, muss üblicherweise,z.B im Fall einer Mo-Cr-haltigen Beschichtung, nach 3 bis 4 Monaten ausgebaut und repariert werden. Durch die nachstehend angegebene Schicht wird eine Erhöhung der Standzeit auf 3 bis 4 Jahre erzielt. Die ' Schicht hat dabei eine Dicke von 4 mm und wird aus den folgenden Legierungspulvern A und B mit dem Mischungsverhältnis ArB= 60 : 40 Gewichtsprozent mit Hilfe eines Acetylen-Sauerstoff-Brenners hergestellt. Die Zusammensetzung der Legierungen ist in allen Beispielen in Gewichtsprozent angegeben.
Legierung A (Hv 450) Legierung B (Hv 400)
Cr 20,0 Cr 16,0
Mo 5,0 C 0,2
W 0,5 Ni'- 2,0
Si 1,0 Fe Rest
C 1,5 ·
Ni- Rest
Beispiel 2
Eine Umlenkrolle in einer Anlage zum Kaltwalzen von Blechen, welche einen Durchmesser von 160 mm aufweist, wird mit Hilfe eines Acetylen-Sauerstoff-Brenners mit einer 3 mm dicken Schicht aus den folgenden Legierungspulvern A und B versehen, deren Mischungsverhältnis A : B = 7.0 : 30 ist. Die Standzeit der Rolle erhöhte sich dabei insbesondere durch den beim Spritzen entstehenden Martensitanteil auf das 10-fache.
Legierung A (Hv 350) 3
W 5,0
Cr 28,0
Mo 2,0
Si 1,0
C 1,0
Co Rest
Beispiel
Legierung B (Hv 280)
Ni 4,0
Cr 11,0
Si 0,5
Fe Rest
Eine in einem Gleitlager rotierende Welle von 300 mm Durchmesser wird mit Hilfe eines Plasma-Brenners mit einer 2 mm dicken Schien aus den folgenden Legierungspulvern A und B, mit einem Mischungsverhältnis A : B = 80 : 20, versehen und damit die Standzeit gegenüber einer üblichen Stahlwelle auf das 10-fache erhöht.
Legierung A (Hv 420, U. 0,08) Legierung B (Hv 250, μ 0,15)
Ni 2,0 1 4
Cr 27,0
W 8,0
Si 0,5
C 1,5
Co Rest
ispie
Cr
Ni
20 Rest
DLe Gleitfläche eines Schnellauf"ndcn, unter niedriger Druckbeanspruchung stehenden Schlittens wird mit einer Schicht aus den folgenden Legierungspulvern A und Bainit dem Mischungsverhältnis A : B = 70 : 30, versehen und damit eine hervorragende Reibungsverschleissfestigkeit erzielt.
Legierung A (Hv 250, Jx
0,11) Legierung B (Hv 160, U-
0,06)
Ni Fe
36
Rest
Cr Ni
5 Rest
130051/0437
BAD
Während der in den meisten Anwendungsfällen optimale Härtebereich zwischen 200 und 500 Hv liegt, lassen sich gemäss der Erfindung auch Legierungen bis 650 Hv verwenden, wobei der minimale Härteunterschied vorzugsweise 30 Hv beträgt. Der minimale Unterschied zwischen den statischen Reibungskoeffizienten ist vorzugsweise 0,02 M .
Die Legierungspulver sind ferner vorzugsweise frei von Bor, wodurch einerseits die Gefahr einer Bildung von Hartphasen beseitigt wird und andererseits eine Oxydbildung zwischen benachbarten Lamellen vermieden wird, die bei Druckbelastung zu einem Gleiten der Lamellen aufeinander führen könnte. In allen Fällen und insbesondere beim Einsatz von Legierungspulvern auf Eisenbasis als weniger harte Komponente, ist es zweckmässig, Legierungen zu verwenden, die während des Aufspritzvorganges eine Gefügeumwandlung durchmachen. Eine solche Geügeumwandlung ist vorzugsweise mit einer Volumenvergrosserung verbunden. Bei Eisenlegierungen kann es sich dabei insbesondere um eine martensitische Umwandlung handeln, welche sich auch zur Vermeidung von Eigenspannungen als besonders günstig erwiesen hat. Im übrigen haben sich besonders gute Ergebnisse mit den in den Patentansprüchen 11 bis 20 angeführten Zusammensetzungen erzielen lassen. Das Mischungsverhältnis zwischen den beiden verschiedenen Legierungspulvern liegt dabei allgemein zwischen 90 : 10 und 10 : 90, wobei als bevorzugter Bereich Verhältnisse von 70 : 30 bis 30 : 70 Gewichtsprozent gefunden wurden.

Claims (21)

Uwe M. Haft : Patentanwalt λ. :::*:-:.:. ■■■.:■::. 310U45 Registered Representative before the European Patent Office Maximilianstrasse 15 D-8000 München 22 Tel.; (089) 294818 Telex: 523514 Telegr.: NOVAPAT CASTOLIN SA/ St. Sulpice, Schweiz Patentansprüche
1. Spritzpulver zur Herstellung einer heterogenen Schicht auf einem Substrat durch thermisches Spritzen, dadurch gekennzeichnet, dass es aus einem mechanischen Gemisch von min- t destens zwei verschiedenen Legierungspulvern aus einer Nickel- und/oder einer Kobalt- und/oder einer Eisenlegierung besteht, wobei die Legierungen eine unterschiedliche Härte im Bereich von 200 bis 650 Hv und/oder einen unterschiedlichen statischen Reibungskoeffizienten im Bereich von 0,01 bis 0,3 W- besitzen, derart, dass die daraus hergestellte Schicht einen lamellaren Aufbau aufweist, in dem nebeneinanderliegende Lamellen aus den genannten verschiedenen Legierungen bestehen.
2. Spritzpulver nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Legierungen des Gemischs beim Spritzvorgang eine Gefügeumwandlung durchmacht.
13Q0S1/Q43?
Γ"· ~r'-- Ί 310U45
3. Spritzpulver nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Härte der Legierungen zwischen 200 und 500 Hv liegt.
4. Spritzpulver nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Härten der verschiedenen Legierungen sich um mindestens 30 Hv unterscheiden und die verschiedenen statischen Reibungskoeffizienten sich um mindestens 0,02 te unterscheiden.
5. Spritzpulver nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Legierung des Gemischs eine Härte zwischen 200 und 450 Hv, vorzugsweise zwischen 200 und 380 Hv besitzt und eine zweite Legierung des Gemischs eine Härte zwischen 350 und 650 Hv, vorzugsweise zwischen 350 und 500 Hv besitzt.
6. Spritzpulver nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es einerseits aus einem Legierungspulver auf Nickelbasis und/oder einem Legierungspulver auf Kobaltbasis, deren Härte in der Nähe der oberen Grenze des Härtebereichs des gesamten Spritzpulvers liegt, und andererseits aus einem Legierungspulver auf Eisenbasis besteht, dessen Härte in der Nahe der unteren Grenze dieses Härtebereichs liegt.
7. Spritzpulver nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierungspulver borfrei sind.
8. Spritzpulver nach einem der vorhergehenden Patentanspräche, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierungspulver auf Eisenbasis derart gewählt sind, dass sie während des Aufspritzvorganges eine Gefügeumwandlung durchmachen.
9. Spritzpulver nach Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gefügeumwandlung eine Volumenvergrösserung mit sich bringt.
10. Spritzpulver nach Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gefügeumwandlung eine martensitischo Umwandlung ist.
11. Spritzpulver nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es aus Legierungspulvern aus Ni, Cr, Mo, Si und C einerseits und Fe, Cr und C andererseits besteht.
12. Spritzpulver nach Patentanspruch U, dadurch gekennzeichnet, dass das Ni-Cr-Mo-Si-C-Pulver einen Zusatz von Wolfram aufweist.
13. Spritzpulver nach Patentanspruch U- oder i2, dadurch gekennzeichnet, dass das Fe-Cr-C-Pulver einen Zusatz von Nickel aufweist.
14. Spritzpulver nach einem der Patentansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass es aus Legierungspulvern aus Co, Cr, W, Si und C einerseits und Fe, Cr und C andererseits besteht.
15. Spritzpulver nach Patentanspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der beiden Pulvern einen Zusatz von Nickel aufweist.
16. Spritzpulver nach einem der Patentansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass es aus Legierungspulvern aus Ni, Cr, W, Si und C einerseits und Fe, Cr und C andererseits besteht.
17. Spritzpulver nach Patentanspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Fe-Cr-C-Pulver einen Zusatz von Nickel aufweist.
18. Spritzpulver nach einer« der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass es einerseits aus einem Legierungspulver aus Co, Cr, Mo, Si und C dessen Härte an der oberen Grenze des Härtebereichs des gesamten Spritzpulvers liegt, und andererseits aus einem Legierungspulver aus Ni und Cr besteht, dessen Härte an der unteren Grenze dieses Härtebereichs liegt.
19. Spritzpulver nach Patentanspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Co-Cr-Mo-Si-C-Pulver einen Zusatz von Nickel aufweist.
20. Spritzpulver nach Patentanspruch 18 oder 1.9, dadurch gekennzeichnet, dass das Ni-Cr-Pulver einen Zusatz von Eisen aufweist.
21. Spritzpulver nach einem der Patentansprüche 5 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischungsverhältnis der beiden Legierungspulver zwischen 90 : 10 und 10 : 90 Gewichtsprozent, vorzugsweise zwischen 70 : 30 und 30 : 70 Gewichtsprozent liegt.
130051/0437
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