DE3212512A1

DE3212512A1 - Frei fliessendes und selbst bindefaehiges flammspruehpulver

Info

Publication number: DE3212512A1
Application number: DE19823212512
Authority: DE
Inventors: George J. 11735 Farmingdale N.Y. Durmann; Paul A. 11724 Cold Spring Harbour N.Y. Kammer
Original assignee: Eutectic Corp
Current assignee: Eutectic Corp
Priority date: 1981-04-06
Filing date: 1982-04-03
Publication date: 1982-11-04
Also published as: US4348433A; DE3212512C2; MX156890A; CA1192422A; FR2505878A1; GB2096646B; JPH0313303B2; BR8201792A; JPS5842767A; GB2096646A; FR2505878B1

Description

Es ist bekannt, Metalloberflächen mit einem Flammspritzmaterial zu beschichten, um diese Oberflächen zu schützen, bspu. eine Eisenmetalloberfläche einschließlich Stahl und dgl., um damit die Eigenschaften zu verbessern, uie Korrosionsfestigkeit und/oder Oxydation und/oder Verschleiß u. dgl.

Die aufgesprühten Materialien, bspiu. Metall, liegen in Form von Drähten oder einem Pulver vor, wobei jedoch das Pulversprühen eine bevorzugte Methode ist.

Um eine Oberfläche mit einer anhaftenden Beschichtung zu versehen, wird in der Praxis vor der Beschichtungsauftragung die Oberfläche gereinigt und präpariert, bspu. durch Aufstrahlen von Stahigries oder durch spanabhebende Bearbeitung, falls die Oberfläche zylindrisch ist.

In der US-PS 3 322 515 ist ein Verfahren zur Aufbringung einer anhaftenden Beschichtung auf einer Metalloberfläche offenbart, uiobei die Oberfläche zunächst gereinigt und eine Metallbindeschicht durch Flammsprühen aufgebracht wird unter Benutzung eines Flammsprühpulvers, bei dem elementares Nickel und Aluminium zu zusammengesetzten Partikeln bspu. zu umhüllten Partikeln kombiniert sind. Dieser Pulvertyp, der im Handel als Bindeschichtpulver bezeichnet wird, fuhrt zu einer Grundschicht, durch die eine aufgesprühte Auflage anderer Metalle und Legierungen mit beträchtlicher Dicke, anhaftend auf der Metalloberfläche gebunden wird. Mit dieser Technik können ziemlich dicke Auflagen hergestellt tiierden·

GemäB dieser US-PS uiird vorausgesetzt, daß Nickel und Aluminium in den kombinierten Partikeln in der Flamme exotherm reagieren, um eine intermetallische Verbindung einzugehen (Nickelaluminide), die LJärme abgibt, was beabsichtigt ist, um die Bindung des Nickelaluminiummaterials zur Metalloberfläche zu unterstützen, uiobei die intermetallische Verbindung einen Teil der aufgetragenen Beschichtung bildet.

Es ist in der Patentliteratur bekannt, Aluminiumpulver zu verwenden, das einfach mit dem besonderen Beschichtungsmaterial gemischt ist, um das Flammsprühen unter Ausnutzung der OxydBtlonswSrme des Aluminiums zu unterstützen,, die wesentlich größer ist als die Wärmemenge, die freigesetzt uird bei der Bildung der nickelaluminidintermetallischen Verbindung. Dieses Konzept uird auch beim Gegenstand der US-PS 2 9o4 kh3 ausgenutzt, die die Benutzung eines Flammenkatalysators, bspui. Aluminium offenbart, der in der Lage ist, die Gxydationsreaktion zu katalysieren, die sich in der Flamme vollzieht und dabei die Flammtemperatur erhöht. Auf der gleichen Ebene liegt im wesentlichen der Inhalt der US-PS 23k 3951.

Nach der US-PS h 23a 75o ist ein Verfahren für die Herstellung einer Haftbeschichtung unter Verwendung einer Flammspritzpulvermischung bekannt, die aus folgenden Komponenten besteht: (1) Agglomerate einer metall-thermisch wärmeerzeugenden Zusammensetzung, bestehend im wesentlichen aus feinen Teilen eines reduzierbaren Metalloxyds, gebildet aus einem Metall mit einer freien Oxydationsenergie in der Größenordnung von etwa Go οαα cal pro Gramm Atom-Sauerstoff, bezogen auf 25^DC, innig kombiniert mit einem wMrmeflüchtigen Binder mit feinen

Partikeln eines stark reduzierten Agens, des im wesentlichen besteht aus einem Metall mit einer freien Oxyriationsenergie, bezogen auf 25⁰C von mindestens etwa 9a Doo cal pro Gramm Atom Sauerstoff. (2) Diese Agglomerate sind gemischt mit mindestens einem Beschichtung®-» material, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Metallen, Legierungen und Oxyden, Carbiden, Suiziden, Nitriden und Boriden der Refraktormetalle der Ί.» 5· und 6. Gruppe im periodischen System»

Nach dieser US-PS werden durch Verwendung einer metallothermischen Hitze erzeugenden Zusammensetzung (bspw. eine Thermitmischung) in agglomerierter Form und durch einfache Mischung mit einem Beschichtungsmaterial (bspu. Nickel und andere Beschichtungsmaterlalien) bemerkenswert verbesserte Bindungsergebnisse erzielt im Vergleich zur Benutzung agglomerierter metallothermischer Zusammensetzungen allein, gefolgt durch eine aufgesprühte Überlage.

Durch die Verwendung metallothermischer Agglomerate werden unterschiedliche Flammcharakteristiken erzielt, die fur die Herstellung stark anhaftender Beschichtungen förderlich sind.

- if -

Nach dar US-PS k o39 318 iat ein eiaenniBtallisches Flammspritzmaterial bekannt, gebildet aus einer Mehrzahl physikalisch miteinander kombinierter Bestandteile in Form eines Agglomerates, wobei die Mehrzahl von Bestandteilen im Agglomerat in Gewichtsprozent enthält, etuia 3 bis 15% Aluminium, etma 2 bis 15% Refraktarmetallsilizide, wobei der Rest des Agglomerate im wesentlichen ein Metall ist, ausgewählt aus der Gruppe auf Nickelbasis; Kabaltbasis; Eisenbasis- und Kupferbasismetallen. Eine bevorzugte Kombination besteht in mindestens einem Rsfraktormetalldisilizid, bspw. TiSi„, agglomeriert mit Aluminium- und Nickelpulver. Die vorerwähnte Kombination von Bestandteilen führt zu Metallbeschichtungen, d.h. Einstufenbeschichtungen, die verbesserte Bearbeitungseigenschaften haben.

Ein Nachteil in der Verwendung von zusammengesetzten Pulvern, die elementare Nickel- und Aluminiumpartikel' mit einem flüchtigen' Binder zusammengebunden enthalten, besteht darin, daß die erzielbare Beschichtung eine nicht komplett durchlegierte Beschichtung ist, bedingt durch die Gegenwart von freiem Aluminium in der Beschichtung. Solche Beschichtungen sind nicht erwünscht, wenn Korrosionsuiderstandseigenachaften vorhanden sein Ballen.

- IS -

Es ist ferner bekannt, aus legierten Pulvern Beachichtungen herzustellen, insbesondere aus legierten Pulvern, in denen eine der Legierungskomponenten ein gelöstes Metall eines hochoxydierbaren Metalls ist, Hiiie Aluminium. Eine typische Legierung ist ein feinstzerkleinertes Pulver, das Nickel als ein gelöstes Metall enthält, legiert mit 5% Aluminium. "Gasatomisierte" Pulver werden derart verwendet, das solche Pulver, die im allgemeinen kugelförmig sind, frei fließend sind, was für das Flammsprühen wünschenswert ist. Um die Bindung sicher zu stellen, sind relativ hohe Flammspritztemperaturen erforderlich. Demgemäß werden Plasmabrenner bevorzugt, um lückenlose Beschichtungen herzustellen, die die gewünschten Bindefestigkeiten haben. Die Verweilzeit während des Fluges durch die Plasma- oder Gasflamme ist sehr kurz und verlangt eine schnelle Wärmeabsorption durch daa Flammsprühpulver, um die gewünschten Temperaturen zu erreichen. Aus diesem Grunde war es im Falle der Flammsprühung mit einem Sauerstoff-Acetylenbrenner nicht immer möglich, lückenlos die gewünschten Bindekrifte zu erzielen, obgleich solche Beschichtungen deshalb sehr wünschenswert waren, weil sie sehr verläßliche Legierungsbeschichtungen bildeten mit dem Aluminium wesentlichen gelöst in oder vorreagiert mit dem gelösten Nickel.

Es wurde nun gefunden, daß das vorerlöuterte Bindungsproblem mit Legierungspulvern vorerwähnter oder ähnlicher Zusammensetzungen gelöst werden kann durch die Verwendung von Legierungspulvern mit einer Partikelkonfiguratian, gekennzeichnet durch eine hohe spezifische Oberfläche im Vergleich zu einer relativ niedrig spezifischen Oberfläche von "gasatomisierten" Legierungspulvern von im wesentlichen kugelförmiger Beschaffenheit, wenn solche Pulver verglichen werden in Bezug auf die im wesentlichen gleiche Partikelgrößenverteilung.

Es ist demgemäß ein Gegenstand der Erfindung, ein Legierungsflammspritzpulver zu schaffen, mit dem man in der Lage iat, anhaftende Beschlchtungen auf Metalloberflächen mit verbesserten Bindekräften herzustellen.

Ein anderer Gegenstand besteht darin, ein V/erfahren zu schaffen.für die Flammaprühung einer anhaftenden einstufigen Beschichtung unter Verwendung eines Legierungsflammepritzpulvera.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 eine So χ vergrößerte Darstellung eines feinstzerkleinerten Flammspritzieglerungspulver8

- ie -

mit sehr glatten Partikeln van im wesentlichen kugelförmiger Gestalt einer selbstfließenden Legierung und

Fig. 2,3 ebenfalla in 8o-facher Vergrößerung Flammspritzlegierungspulver gemiß der Erfindung aus Partikeln mit willkürlich verteilter und ungleichmäßiger asphärischer Konfiguration und hoher spezifischer Oberfläche.

In der nicht vorveröffentlichten Bezugsanmeldung US-Ser. Nr. 251 331 ist ein Flammsprühpulver offenbart, abgeleitet von feinstzerkleinertem Legierungspulver, bei dem die Partikel asphärische Formen haben und bei dem die durchschnittliche Partikelgröße in der Größenordnung von etuia too mesh bis loo mesh (US-Standard) d.h. etwa 35 bis 15o /u beträgt und wobei ferner die spezifische Oberfläche bei 18o cm /g und höher liegt und im allgemeinen bei 25o cm / g und höher. Unter spezifischer Oberfläche ist dabei zu verstehen die Gesamtoberfläche aller Partikel pro Gramm.

Das dort beschriebene Legierungspulver ist durch eine Zusammensetzung charakterisiert, die im wesentlichen besteht aus einem Lösungsmetall mit einem Schmelzpunkt

bei lloo C, dessen negativ freie Oxydationsenergie bei etbja So ooo cal pro Gramm Atom Sauerstoff liegt, bezogen auf 25 C, und daa mindestens ein hochoxydierbares LÖBungsmetall ala eine Legierungskomponents mit einer Menge von mindestens etuia 3 Geu.% enthält, wobei das oxydierbare Metall eine negative freie Oxydationsenergie hat von mindestens etwa loo ooo cal pro Gramm Atom Sauerstoff, bezogen auf 25⁰C.

Beispiele für lösbare Metalle sind die Eisengruppenmetalle Nickel, Eisen und Kobalt und die auf der Eisengruppe basierenden Legierungen, also auf Nickelbasis-, Eisenbasia-, Kobaltbasislegierungen und Mischungen daraus, die hochoxydierbare Lösungsmetalle enthalten, uiie Aluminium, Titan, Zirkon und dgl., uiobei die hochoxydier* baren Metalle charakterisiert sind durch eine negative freie Oxydationsenergie von mindestens loo ooo cal pro Gramm Atom Sauerstoff, nie vorerwähnt.

Die Gegenwart von hochoxydierbarem gelösten Metall ist wichtig zusammen mit der Konfiguration des feinstzerkleinerten Pulvera und zwar hinsichtlich der Selbstbindungeeigenachaften, wenn das Pulver flammgesprüht wird.

- 2o -

Gemäß diesem Fall und durch Verwendung unregelmäßig verteilter asphärischer Pulver, die eine spezifische

Oberfläche van mindestens 18a cm / g und vorzugsweise

bei etuia 25a cm / g und höher haben, so ist das Pulver in der Lage, eine hohe Wärme während der kurzen Ueruieilzeit in der Flamme aufzunehmen, und zwar derart, daß die auf die Oberfläche treffenden Partikel sich auf der gewünschten hohen Temperatur für eine Selbstbindung befinden. Die Gegenwart van hochoxydierbarem Lösungsmetall ist ebenfalls für die Selbstbindungseigenschaften förderlich·

Die durchschnittliche Partikelgröße des aspherischen Pulvers liegt kontrolliert bei et ω a *»οα mesh bis-ΐαο mesh (ettJB 35 bis 15α yu) und vorzugsweise bei st ma 325 mesh bis l*ta mesh (ca. 1*5 bis Io5^u). Die Partikel können kugelförmiges, "gasatomisiertes ⁿ Pulver sein, das später ausgeflacht wurde durch Kugelmahlung, um dadurch die spezifische Oberfläche zu vergrößern, oder die asphärischen Partikel können atomisiert bzw. zerkleinert worden sein durch blasser-, Dampf- oder Gaszerkleinerung und zwar derart, daß das sich letztlich ergebende Pulver eine unregelmäßig verteilte asphärische Farm mit hoher spezifischer Oberfläche hat.

Der Ausdruck "durchschnittliche Größe" iat dabei als Durchschnitt der kleinsten und größten Körnung der aspherischen Partikel zu verstehen. Bapui. können einige der Partikel kleiner sein ale etuia taa mesh (kleiner als ca. 35 ja), solange die durchschnittliche Größe über *foo mesh liegt. Im gleichen Sinne können einige der Partikel über loo mesh liegen (über ca. 15d yu), solange die durchschnittliche Größe loo mesh oder weniger beträgt.

Abgesehen von einer asphSriachen Form soll das Pulver frei fließend sein, so daß es durch Schuerkraftzufuhr in einen Brenner eingespeist werden kann. Demgemäß sollen die Dichte des Pulvers und seine Größe nicht so niedrig liegen, daß es seine Freifließeigenschaften verliert. DarQberhinaus soll die durchschnittliche Partikelgröße nicht im wesentlichen unter kaa mesh (35 _/u)fallen, da sonst das Legierungspulver zu Oxydation neigt und in einer Sauerstoffacetylenflamme aufbrennt.

Die Erfindung besteht nun im Konzept der Bindungsverbesserung durch Nutzbarmachung atamisierter Pulver mit hoher spezifischer Oberfläche und ist insbesondere anwendbar auf ziemlich komplexe Legierungen der

Q Ü Io IB · «

- 22 -

Eisengruppenbasis, die ausgewählt sind aus Nickelbasis, EisenbasiB- und Kobaltbasislegierungen (ebensogut wie Legierungen, die zwei oder mehr Teile von Ni, oo, Fe enthalten), die wesentliche Menge von Chrom (etwa 5 bis 35% Cr) als Zugabe zu wirksamen Mengen von hochoxydierbaren Metallen, wie Aluminium, Titan, Zirkon und dgl.) enthalten.

Beispiele solcher Legierungen sind:

Ni - Basis-Legierung Bevorzugte Zusammensetzung

5 - 3596 Cr 5 - 1596 Al ο - 2o96 Mo und/oder Id ο - Io96 Fe o- 596 Si ο - 596 B ο - 596 C Rest mindestens etua 4596 Ni

B - 2o96 Cr

6 - 1196 Al - 796 Mo und/oder U

4 - 896 Fe

0,5 - 496 Si

0,5 - 396 B

o- 1% C

Rest mindestens etua 4596 Ni

Kobalt kann Ni ganz oder teilweise in diesen Legierungen ersetzen.

Fe-Basislegierung Bevorzugte Zusammensetzung

5 -	α	8 -
5 -	O	6 -
0 -		2 -
- 3596 Cr ;	Rest	,5 -
- 1596 Al		,5 -
- 1596 Ni	0 -
o- 596 Si	- 2o 96 Cr
α -	• 11 96 Al
α -	• 8 96 Ni
- 596 B	- 4 96 Si
- 596 C	• 3 96 B
Rest mindestens etua	• 1 96 C
4596 Fe	mindestens etua
	4596 Fe

Beispiele von speziellen komplexen Legierungszusammensetzungen sind die folgenden:

O) U Q) XI C

to

α u

a CM

0)

io

ο ζ

Ql

ta χι

ca χι

co

CM

νο ω

VO	VO
I
«ί
O rH	ιη
I
CO
α l-i
ι	O rH
CO

ιη

νο

«Η

ιη

Γ-CO

CO

CM ΙΟ

•H

Ol

U U

ta χι

ιη

rH I

r-i rH

ta χι

in vo
ι ·

ΙΛ rH

O CO Xl CnI

CM

CO

CnS

CO

ΙΛ

CO CO rH H

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J- O CO CO

• O CO O rH rH

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in VD t> co cn ο «η

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die Erfindung

DemgemMß sieht in breiter Be tr"a c h t un g Ye in selbstbinde-

fBhtges Einstufen-FlamniBpritzpulver vor, hergeleitet aus einem "atomisierten¹¹ bzw. feinstzerkleinerten Legierungspulver, welches Pulver Partikel enthält, die durch BBphSriache Farmer gekennzeichnet sind und die eine durchschnittliche Partikelgröße haben in der Größenordnung von etuia +^ ο α bis -loo mesh (35-150^) und UJDbei das Pulver mit den asphärischen Partikeln · ujeiterhin gekennzeichnet ist durch eine spezifische Oberfläche von etum Ιβο cm^fc /g und höher oder etwa 25a cm / g und höher. Die Zusammensetzung besteht im wesentlichen aus einer Solventmetall-Legierung, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Legierungen auf Nickelbasis, Eisenbasis, Kabaltbasis und Mischungen daraus, die etwa 5 nis 35 Gew. % Chrom enthalten und

uobei die negative freie Oxydationsenergie der Legierung In der Größenordnung von etwa Bo ooo cal pro Gramm Atom Sauerstoff liegt.

Die Legierungen enthalten ein hochoxydierbares Lösungsmetall, bspw. etwa 5 bis 15% Aluminium, dessen negative, freie Oxydationsenergie mehr als loo ααο cal pro

ο Gramm Atom Sauerstoff, bezagen auf 25 C, beträgt.

Andere Beispiele hochoxydlerbarer Metalle aind Titan und Zirkon u.a.

-Zu.

Diese Metalle haben eine negative freie Oxydationsenergie von über loa ooo cal pro Gramm Atom Sauerstoff.

Beispiele von Legierungen auf Nickel» und Eisenbasis wurden bereits ermähnt einschließlich bevorzugter Zusammensetzungen daraus·

Die Bedeutung der Pulverkonfiguration unter Berück» sichtigung der erfindungsgemäßen Anuendungszuiecke und Zielsetzungen sind durch Tests bestätigt worden. Wie in der vorerwähnten Bezugsanmeldung festgestellt, führen im wesentlichen sphärische Partikel in der Größenordnung von ftoo mesh bis loo mesh (35 - 15ο μ) nicht zu adäquaten spezifischen Oberflächen, um die relativ hohen BindekrSfte zu gewährleisten (s. Fig. 1). Wenn jedoch die feinstzerkleinerten Partikel ausgeflacht werden, uie durch Kugelmahlung, kann die spezifische Oberfläche pro Gramm des Pulvers wesentlich vergrößert werden. Der gleiche Effekt kann im wesentlichen erreicht werden durch spezielle Zerkleinerung der Legierung durch blasser- oder durch Hochdruckdampfzerkleinerung in zweckdienlicher Weise für die Herstellung von unregelmäßigen aspherischen Partikeln, die durch eine hohe spezifische Oberfläche charakterisiert sind.

-M-

Zur Illustration von im wesentlich sphärisch "gasatomiBierter" Partikel wird auf Fig. 1 Bezug genommen, die in Bo-facher Vergrößerung eine selbstfließende Legierung darstellt mit einer Dichte von ca. 6,91.

Ausgehend von einer Partikelgrößenverteilung sphärischer Partikel, im Bereich einer Größenordnung von ethia *too mesh bis loo mesh fallend, ist die spezifisehe Oberfläche in cm / g bestimmt für eine Legierung, enthaltend 8 - la* Aluminium, 5-1% Mo, 6 -B% Fe, 8 - 1195 Cr, 1,5 - 3% B, 3 - 5% Si und der Rest aus Nickel mit einer Dichte von etwa 6,91(d), wie folgt, ergibt sich die spezifische Oberfläche in /u/

s.s. . ..- -JL-

' 1/ 6 7TD^Xd Dd

wobei der Durchmesser der sphärischen Partikel mit D bezeichnet ist. FQr die Umwandlung in cm ergibt sich folgendeiFormel:

S.S. „ S* 1°* SMi- cm²/ gr

DxG.91 D

Davon ausgehend, daß die sphärischen Partikel im Bereich von 4oo bis loo mesh ausgeflacht werden zu einer Dikke von ca. Io u und daß diese im wesentlichen eine Kreis förmige Form haben, so ergibt sich eine Veränderung der spezifischen Oberfläche von der sphärischen Konfiguration zu einer ausgeflachten Konfiguration aus der folgenden Tabelle:

von "gasatomisierten"
Bphärischem Pulver

Oberflache

auf la u ausgeflachte Partikel

Bpez. Oberfläche

Scheiben -0

spez. Oberfläche

Iod	149
12o	125
14o	Io5
17o	8B
2oo	74
23o	62
27o	53
325	44
4oo	37
	3o

48.6

57.9

69.Q

82.3

97.9

116.8

136.7

164.6

195.8

2M.5

362
272
255
160.2

126.5 81.4 75.5 58.3 kZ.k

3ol.8

310.8 312.1 325.5

335.2 360.6 366.2 388.7 426.0

Die Partikel werden nach dem Ausflachen als kreisscheibenförmig betrachtet, obgleich es natürlich auch möglich sein kann, daß einige Der Partikel eine elliptische oder angenähert elliptische Farm haben können.

Die vorausgesetzt, sollte die durchschnittliche Partikelgröße des Flammsprühpulvers in der Größenordnung von etbia kaa bis loo mesh (etwa 35 - 15o /u Hiegen.

Gemäß der Tabelle sind brauchbare Pulver mit einer hohen spezifischen Oberfläche (von im wesentlichen über 18o cm /g liegend) solche . Pulver, deren Partikelgröße nach der Ausflachung in der Größenordnung von etuia kZ - 126 /ü liegt. Die gewünschten Partikel mit ausgeflachter Konfiguration werden durch sieben erhalten, um Größen in der Größenordnung von angenähert 325 bis 12o mesh (über kZ bis etwa 125 /a) vorzusehen. Diese Pulver werden aus "gasatomisierten" Legierungspulvern gewonnen.

Partikel mit hoher spezifischer Oberfläche können durch Feinstzerkleinerungstechniken unter Verwendung von ülasser, Gas oder Dampf gewannen werden bei Anwendung des Zerkleinerungsmittels unter Bedingungen, die die Ausbildung von unregelmäßigen Partikeln begünstigen.

Im Falle einer Feinstzerkleinerung mit Wasser sind demgemäß die Bedingungen leicht zu bestimmen durch den Druck und die Durchflußmenge der Flüssigkeit in Bezug auf die Düsenfarm, um dadurch turbulente Kräfte zu erzeugen, die die normalen, Kugeloberflächen bildenden Kräfte bzw. Spannungen, die auf die geschmolzenen Partikel wirken, überwinden. Ein Vorteil der Feinstzerklei»' nerung mit Wasser besteht in dem hohen Abschreckeffekt, der bewirkt, daß die Partikel schnell zu unregelmäßigen asphärischen Formen erstarren. Im Falle einer Gasfeinstzerkleinerung können gekühlte Gase zur Anwendung kornmen.

Ein mit blasser feinstzerkleinertes Legierungspulver ist in Fig. 2 dargestellt, die Partikel mit relativ hoher spezifischer Oberfläche und mit unregelmäßig verteilten asphärischen Formen erkennen läßt. Derartig feinstzerkleinerte Pulver Bind charakterisiert durch Freifließeigenschaften zur Benutzung in Flammsprühbrennern, wie Sauerstoff-Acetyl-Brennern im Sinne der US-PS 3 986 und 3 62o k5k u. a., in Abhängigkeit von der verwendeten Zuspeisungsmenge und EnergiekapazitSt des Brenners.

Bei Anwendung asphärischer Pulver einer hier offenbarten Zusammensetzung werden relativ hohe Bindekrifte über

- 3ο -

- 34-

etuia 2α α α psi, d.h., 25οα pai und darüber erreichbar, wie sie mit einem Verfahren nach ASTM C 633-69 gemessen werden.

QemMB diesem Meßverfahren erfolgt die Bestimmung mittels zweier zylindrischer Blöcke mit 2,54 cm Durchmesser und 2,54 cm Länge. Eine Endfläche jedes Blokkes tiiird sauber und glatt bearbeitet und eine Fläche mit der vorerwähnten Bindeschichtzusammensetzung mittels Flammsprühen beschichtet und zwar mit einer Stärke von etwa α,οοβ bis a,ol2 Zoll. Eine hochfeste Überschicht tdird auf die erste Beschichtung aufgebracht, wobei diese hochfeste Schicht bspw. besteht aus einer Legierung auf Nickelbaais, bekannt unter dem Handelsnamen INCONEL (7% Fe - 15% Cr - Rest Nickel) oder aus einem Typ 481 rostfreiem Stahl (16% Cr und der Rest Eisen). Die Stärke der hochfesten Beschichtung liegt bei etwa o,ol5 bis o,o2o Zoll. Nach deren Aufbringung wird die Beschichtung, die eine Stärke in der Größenordnung von etwa o,o25 Zoll hat, endbearbeitet auf eine Stärke von etwa o,ol5 Zoll. Eine Lage van Epoxyharz wird dann auf die Schicht aufgebracht, wobei die Epoxyharzschicht eine Bindefestigkeit hat von über Io αοα psi.

Der andere zylindrische Block des Untersuchungspaares wird in ähnlicher Weise behandelt, und es uird eine Lage von bruchfestem Epoxyharz aufgebracht. Die beiden Blöcke des Paares werden dann zusammengespannt, und ζDar der eine mit der Metall- und der Epoxyharzbeschicht tung zum anderen mit der Epoxyharzheschichtung und dann werden die zusammengespannten Blöcke einer Wärmebehandlung in einem Ofen bei ca. 15o^DC für eine Stunde unterzogen, uiobei die beiden EpoxyharzflSchen eine starke haftende Verbindung eingehen.

Die verbundenen Blöcke werden dann unter Verwendung van Ankerschrauben auseinandergezogen, die an den Enden der verbundenen Blöcke coaxial zueinander angeordnet sind und mit denen sie in eine Zugmaschine eingesetzt werden, um die Bruchlastzu ermitteln. Die Bindekraft wird dann bestimmt durch Teilung der erhaltenen Bruchlast durch die Fläche der Blöcke·

Bindefestigkeitstests wurden durchgeführt für feinstzerkleinerte unregelmäßige und flammgesprühte Partikel, die Nickelchrom enthaltende Legierungen umfassen mit und ohne der Gegenwart von Aluminium. Alle die Pulver hatten eine angenäherte DurchschnittsgröBe von etwa 325 bis 1^o mesh (etwa *»5 bis Io5 yu), waren frei fließend

und zeigten^spezlfische Oberflächen über 18d cm /g bspui. über 25a cm /g hinausgehend. Die Pulver wurden mittels Flammsprühen unter Verwendung eines Sauerstoff-Acetylen-Brenners aufgetragen, der im Sinns der US-PS 3 968 £68 ausgebildet war. Die Pulver werden mit einer Menge van etwa 5 bis 6 lbs pro Stunde zugespeist und auf eine StahlaberflMche (Io2o Stahl) aufgetragen. Die Bindekräfte wurden nach dem vorerwähnten Meßverfahren gemessen. Die Oberfläche des Pulvers wurde bestimmt nach der BET-Methode. Die Co-Relation der Pulver relativ zu den spezifischen Oberflächen der Zusammensetzung und der Bindekräfte ergab sich wie folgt:

	TEST NO.	PULVER TYP	NOMINAL ZUSAMMENSETZUNG	TABLE	1	SPEZIFISCHE OBERFLÄCHE cm²/q	BINDEKRÄFTE psi
f ' < β t i 1 C ■	1- «	Atomisierte irreguläre Partikel	Ni -16% CR- 7% Fe	DICHTE q/cra	kaa	2ao
f C « e « t c r # t * t · ί ΐ	2 < t	Partikel nach Να. 1 kugelgemahlen	Ni-16% Cr- 7% Fe	8.»*	6a a	2ao
Iff« C r f C	3	Atomisierte irreguläre Partikel	Ni-2o% Cr- 6% Al	8.40	85a	3aao
t	*t	Atomisierte irregulars Partikel	Ni-31% Cr- 3% A1-2% Mo	6.9a	197o	22ao
	5	Atomisierte irreguläre Partikel	Ni-lo% Cr- h.5% Mo 6% Fe-9% Al	6.79	15oa	37aa
			7.17

Uie aus dieser Tabelle klar erkennbar, zeigen die Pulver mit dem hochaxydierbaren Aluminium bemerkenswert verbesserte Bindekräfte.

Die Freifließeigenschaften des Flammsprühpulvers sind wichtig. Die uünschbaren Freifließeigenschaften sind demgemäß definiert durch den Durchfluß bzu. die Strömung durch einen Trichter, der eine Durchflußrate vorsieht, uie bspui. die "Hall Flau Rate". Diese Durchflußmengenbestimmeinrichtung umfaßt einen Trichter mit einer Mündung am Baden des Trichters mit 2,54 mm Durchmesser und einer Kehle van 3,175 mm Länge. Solch ein Trichter ist bspui. dargestellt auf Seite 5o des Handbook of Pouder Metallurgy by Henry H. Hausner (1973, Chemical Publishing Co.,Inc. Neu York, N.Y.). Die Durchflußrate ist dabei die Zahl der Sekunden, die 5o Gramm des Pulvers brauchen, um aus der Öffnung des Trichters auszulaufen. Eine typische Durchflußrate eines irregulären asphärischen Pulvers des Typs, uie er in Fig. 2 dargestellt ist, beträgt 3o bis 33 see. für 5a Gramm des Pulvers, das die folgende Partikelverteilung hatte: MESH ülT.%

+ loo	1	.0	α
+ 14ο	Ια	.0	max.
+ 17ο			max.
+ 325	2α	• α	bal.
- 325		Max.

Ein Vorteil der Herstellung einer solchen Einstufanlegierungsbindungsbeschlchtung nach der Erfindung besteht darin, daß die niedergeschlagene Legierungsbeschichtung im allgemeinen homogen ist und kein freies Aluminium enthält, uas auftritt, wenn zusammengesetzte SprUhpulveragglomerate elementares Nickel und Aluminium umfassen.

Leerseite

Claims

Patentansprüche :

1. Frei fließendes und selbst bindefähiges FlammsprOhpulver, dadurch gekennzeichnet, daß es hergestellt ist aus einem feinstzerkleinerten Legierungspulver, wobei das Pulver Partikel mit asphärischen Formen hat und eine durchschnittliche Partikelgröße in der Größenordnung von etwa +*too mesh bis -loo mesh und uobei ferner das asphärische Pulver charkterisiert ist durch eine spezifische Qber-

fläche van etuia 18o cm /g und mehr und eine Zusammensetzung, bestehend im wesentlichen aus einer gelösten Metallegierung, ausgewählt aus einer Eisengrujäpenbasislegierung, bestehend aus einer Nickelbasis, einer Eisenbasis- und einer Kobaltbasislegierung, die etwa 5-35 Geu.% Cr enthält und die gelöste Metallegierung eine negative freie Oxydationsenergie in der Größenordnung von Bo ooo Kalorien pro Gramm Atom Sauerstoff, bezogen auf 25^DC hat, und etma 5-15 Getj.% eines hoch oxydierbaren Lösungsmetalls, dessen negative freie Oxydationsenergie bei mindestens etwa loo oqo Kalorien pro Gramm Atom Sauerstoff f-ießt_f bezogen auf 25⁰C ' . .

2. Pulver nach Anspruch l_f dadurch gekennzeichnet, daB die durchschnittliche PartikelgröBe des asphärischen Pulvers in der Größenordnung von etwa 325 mesh bis l*to mesh liegt und worin die Legierung eine Nickelbasislegierung ist und, bezogen auf das Gewicht, bis etua 2o% Mo und/cder LJ bis zu etua lo% Fe, bis zu etwa 5% Si, bis zu etua 5%B, bis zu etua 5% C, etwa 5-15 % Aluminium als hochoxydierbares Metall enthält, und der Rest mindestens etωa k5% Nickel ist.

3. Pulver nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Nickel ganz ader teilweise durch Kobalt ersetzt ist.

k. Pulver nach Anspruch 2, dadurch

gekennzeichnet, daß die Legierung etua β - 2o% Cr, etua 6-11% Al, etua 3-7% Mo und/oder bJ, etua U-a% Fe, etua d,5-h% Si, etua α,5-3% B, etua ο bis 1% C enthält, und der Rest im wesentlichen etua 45% Nickel ist.

5. Pulver nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durchschnittliche Partikelgröße des asphärischen Pulvers in der Größenordnung von etwa 325 mesh bis 1^o mesh liegt und wobei die Legierung eine Eisenbasislegierung ist und weiter in Bezug auf das Gewicht bis etwa 15% Ni, bis etuia 5% Si, bis etwa 5% B, bis etwa 5% C, etwa 5-15% Aluminium als hoch oxydierbares Metall enthält, und der Rest mindestens etwa h5% Eisen ist.

6. Pulver nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung etua 8 bis 2o% Cr, etwa 6-11% Al, etwa 2-8% Ni, etwa o,5 '- h% Si, etwa o,5 - 3% B, etwa ο - 1% C, und der Rest mindestens etwa 45% Eisen enthält.

7. Frei fließendes und selbst bindefähiges, feinstzerkleinertes Flammsprühpulver, gekennzeichnet durch Partikel mit unregelmäßig asphärischer Formgebung und mit einer durchschnittlichen Partikelgröße in der Größenordnung von etwa 325 mesh bis 14o mesh, wobei das unregelmäßig asphärische Formen aufweisende Pulver eine spezifische

Oberfläche von etwa 25o cm /g und mehr aufweist

und aus einer gelösten Metallegierung bssteht, die ausgeuShlt ist, aus einer Eisengruppenbasislegierung, bestehend aus einer Nickelbasis-, Eisenbasis- und Kobaltbasislegierung, bestehend, bezogen auf das Gewicht, aus etua 5 - 35% Cr und wobei die geläste Metallegierung eine negative freie Oxydations energie in der Größenordnung von stua 3d ooo Kalorien pro Gramm Atom Sauerstoff, bezogen auf 25^DC, hat und etua 5 bis 15 Geu.% eines hochoxydierberen, lösbaren Metalls enthält, dessen freie Oxydationsenergie bei mindestens etua Iod qoo Kalorien pro Gramm Atom Sauerstoff liegt, bezogen auf 25⁰C.

8. Pulver nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die gelöste Metallegierung eine Nickelbasislegierung ist und ferner, bezogen auf das Gewicht, etua 2o% Mo und/ oder hi bis etua lo% Fe, bis etua 5% Si bis etua

5% B, bis etua 5% C, etuia 5-15% Aluminium als hochoxydierbares Metall enthält, und der Rest im uesentlichen mindestens aus etua 45% Nickel gebildet ist.

9. Pulver nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Nickel ganz oder teilueise durch Kobalt ersetzt ist.

10. Pulver nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Nickelbasislegierung etua 8-2o% Cr, etuia 6-11% Al, etua 3-7% Mo und/oder U, etua 4-8% Fe, etys o,5 bis

4% Si, etua ο,5 bis 3% B, etua 0-1% C enthält, und der Rest im uesentlichen aus etua 45% Nickel gebildet ist.

11. Pulver nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung aus einer Eisenbasislegierung besteht und ferner, bezogen auf das Gewicht, bis etua 15% Ni, bis etua 5% Si, bis etua 5% B, bis etua 5% C enthält, und der Rest mindestens aus etua 45% Eisen besteht.

12. Pulver nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung etua 8-2o% Cr, etua 6-11% Al, etua 2-8% Ni, etua o,5-4% Si, etua α,5-3% B, etua a-1% Centhält, und der Rest im uesentlichen aus mindestens etua 45% Eisen gebildet ist.

13. Verfahren zur Herstellung einer anhaftenden Metallbeschichtung auf einer Metalloberfläche, dadurch gekennzeichnet,

daß das Verfahren das Flammsprühen eines frei fließenden Pulvers umfaßt, das aus einer felnstzerteilten Legierung besteht und Partikel aufweist, die durch asphärische Formen charakterisiert sind und die eine durchschnittliche PartikelgröSe in der Größenordnung von etuia +kaa mesh bis -loo mesh haben und die spezifische Oberfläche der Partikel etwa 18o cm /g und mehr beträgt und das Flammspritzpulver in einer Zusammensetzung vorliegt, die im wesentlichen aus einem gelösten Metall besteht, ausgewählt aus einer Eisengruppenbasislegierung, bestehend aus Nickelbasis- Eisenbasis- und Hobaltbasislegierungen, die, bezogen auf das Gewicht, etwa 5-35% Cr enthalten und die gelöste Metallegierung eine negative freie Oxydationsenergie in der Größenordnung bis etwa Bo ooo Kalorien pro Gramm Atom Sauerstoff, bezogen auf 25° C, hat und etwa 5-15% eines hochoxydierbaren, gelösten Metalls enthält, dessen negative freie Qxydationsenergie bei mindestens etwa loo ooo Kalorien pro Gramm Atom Sauerstoff, bezogen auf 25°, liegt und durch Fortführung der Flammsprühung, um eine anhaftende Legierungsbeschichtung auf der Metalloberfläche zu bilden.

14. Verfahren nach Anapruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die durchschnittliche Partikelgröße dea aapherischen aufzusprühenden Metallpulvera in der Größenordnung von etwa 325 mesh bis 14o mesh liegt und marin die Legierung eine Nickelbasislegierung ist und, bezogen auf das Gewicht, bis zu etua 2o% Mo und/oder LJ bis etwa lo% Fe, bis etua 5% Si, bis etuia 5% B, bis etuia 5% C, bis etua 5-15% Aluminium als hochoxydierbares Metall enthält, und der Rest im wesentlichen aus mindestens etua 45% Nickel besteht.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Ni ganz oder teilweise durch Kobalt ersetzt ist.

16. Verfahren nach Anapruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die zu versprühende Legierung etua 8-2o% Cr, etua 6-11% Al, etua 3-796 Mo und/oder ÜJ, etua 4-8% Fe, etua o,5-4% Si, etua o,5-3% B, etua c-1% C, enthält und der Rest im wesentlichen mindestens aus 45% Nickel gebildet ist.

17. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die durchschnittliche PartikelgröBe des asphärischen, zu versprühenden Pulvers in der Größenordnung bei etwa mesh bis 14o mesh liegt und ujobei die Legierung eine Eisenbasislegierung ist und, bezogen auf das Gewicht, bis etiua 15% Ni, bis etuia 5% Si, bis etuia 5% B, bis etuia 5% C, enthält und der Rest mindestens εturn 45% Eisen.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung et ω a a-2o% Cr, etuia 6-11% Al, etwa 2-8% Ni, etuia 0,5-4% Si, etwa o,5 bis 3& B, etwa o-l% C enthält und der Rest im wesentlichen mindestens etwa 45% Eisen.

19. Verfahren zur Herstellung einer anhaftenden Metallbeschichtung auf einer Metalloberfläche, dadurch gekennzeichnet, daß ein frei fließendes, feinstzerteiltes Pulver durch Flammsprühen aufgebracht wird und die Partikel eine unregelmäßig verteilte asphärische Form, haben und eine durchschnittliche Partikelgröße in der Größenordnung von etuia 325 mesh bis 14o mesh

und ferner eine spezifische Oberfläche von etua 25o cm /g und mehr und wobei das feinstzerkleinerte Flammsprühpulver gebildet ist aus einer gelösten Legierung, ausgewählt aus Elsangruppenbasislegierungen, bestehend aus Nickelbasis-, Eisenbasis- und Kobaltbasislegierungen, die, bezogen auf das Gewicht, etwa 5-35% Chrom enthalten und die gelöste Metallegierung eine negative freie Dxydationsenergie in der Größenordnung bis etwa 8o odd Kalorien pro Gramm Atom Sauerstoff, bezogen auf 25⁰C, hat und etwa 5 bis 15 Gew.% eines hochoxydierbaren Lösungsmetalls enthält, dessen freie Dxydationsenergie bei mindestens etwa loo ooo Kalorien pro Gramm Atom Sauerstoff liegt, bezogen auf 25⁰C, und durch Fortsetzung des Flammsprühens, um eine anhaftende Metallbeschichtung auf der Metalloberfläche zu bilden.

2o. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch

gekennzeichnet, daß die aufzusprühende Legierung eine Nickelbasislegierung ist und diese, bezogen auf das Gewicht, bis etwa 15% Mo und/oder üJ, bis etwa lo% Fe, bis etwa 5% Si, bis etwa 5% B₁ bis etwa 5% C, etwa 5-15% Al, als hochoxydierbares Metall enthält und im wesentlichen der ^Rest mindestens etwa 45% Nickel.

- Io -

21. Verfahren nach Anspruch 2o, dadurch gekennzeichnet,, daß das Nickel ganz oder teilweise durch Kobalt ersetzt 1st«

22. Verfahren nach Anspruch 2o, dadurch gekennzeichnet, daß die zu versprüV hende Legierung etua 8-2o% Cr, etwa 6-11% Al, etum 3-7% Md und/oder Id, etua k-B% Fe, etua o,5- h% Si, etua 0,5-3% B, etuia o-l% C enthält und der Rest Im uesentlichen mindestens etuja 45% Nickel.

23. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die zu versprühende Legierung eine Eiaenbasislegierung ist und ferner, bezagen auf das Geuicht, bis etua 15% Ni, ethia 5% Si, bis etua 5% B, bis etua

5% C enthält, und der Rest mindestens etua Ί5% Eisen.

24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die zu versprühende Legierung etua 8-2o% Gr, etua 6-11% Al, ~" etua 2-8% Ni, etua o,5-4% Si, etua o,5-3% B, etua o-l% C enthält und der Rest im wesentlichen mindestens etua 45% Eisen.