DE3212513A1

DE3212513A1 - Flammspritzpulver und dessen herstellung

Info

Publication number: DE3212513A1
Application number: DE19823212513
Authority: DE
Inventors: Paul A. 11724 Cold Spring Harbour N.Y. Kammer; George 11542 Glen Cove N.Y. Yurasko jun.; Karel 10028 New York Zmrzlik
Original assignee: Eutectic Corp
Current assignee: Eutectic Corp
Priority date: 1981-04-06
Filing date: 1982-04-03
Publication date: 1982-12-23
Also published as: GB2096178B; US4348434A; FR2508933A1; GB2096178A; JPS5811776A; MX159803A; FR2508933B1; CA1192423A; DE3212513C2; JPH0140912B2; BR8201692A

Description

.NACHGEREtCHT

(14 45ο)

Flammspritzpulver und dessen Herstellung

Die Erfindung betrifft ein freifließendes und selbstbindendes Flamaspritzpulver, im Folgenden bezeichnet als einstufiges Plammspritzpulver.

Es iat bekannt, metallische Unterlagen mit einem Flammspritzmaterial zu überziehen, um derartige Flächen zu schützen, z.B. Eisenmetall einschließlich Stahl und dergl., um diesen Flächen verbesserte Eigenschaften zu vermitteln, wie Korrosionsbeständigkeit und/oder Oxidationsbeständigkeit sowie auch u.a. Abriebfestigkeit und anderes. Das gespritzte Material, z.B. Metalle, können dabei in Form von Draht oder von Pulver vorliegen, wobei das Aufspritzen in Pulverfom eine bevorzugte Arbeitsweise darstellt.

Um eine Unterlage mit einem festhaftenden überzug zu versehen, ist es in der Praxis üblich, zunächst die Unterlage durch Abstrahlen Bit Stahlkorn zu säubern oder die Oberfläche abzudrehen, sofern sie zylindrisch ist, bevor man die Metallbeschiehtung darauf anbringt.

Die US-PS 322 515 behandelt ein Verfahren zum Anbringen einer festhaftenden Beschichtung auf metallischer Unterlage„ wonach diese

NACHQEREIC

zunächst gesäubert und Flammspritzmaterial als metallischer Belag aufgetragen wird mittels eines Flammspritzpulvers, in dem elementares Nickel und Aluminium zur Bildung einer Teilchenmasse vermischt sind, um damit eine überzugsmasse zu erhalten. Dies© Art von Pulver, die man im Handel als Überzugspulver erhalten kann, ergibt eine Unterlage, mittels der eine aufgespritzte Auflage anderer Metall© und Legierungen größerer Dicke auf der Metallunterlage festhaffcend aufgebracht werden kann und wobei mit diesem Vorgehen ziemlich dick© Deckschichten*erreichten werden können«

Nach dieser Patentschrift wird angenommen, daß das Nickel und Aluminium in dem Teilchenbereich in der Flamme unter Bildung einer intermetallischen Verbindung exotherm reagieren, nämlich Nickel-aluminid, wobei Hitze freigesetzt wird, durch die die Bindung dieses Nickel-.aluminium-raateriales an die Metallunterlage verbessert wird und die intermetallische Verbindung die aufgebrachte Beschichtung zum Teil mit aufbaut.

Es ist bekannt aus der Patentliteratur, Aluminiumpulver allein zu verwenden in GEmisch mit dem feinverteilten Beschichtungsmaterial, um dadurch das Aufbringen durch Flammspritzen mittels Ausnutzung der Oxidationstemperatur von Aluminium zu begünstigen, die wesentlich größer ist als die freigesetzte Hitzemenge bei einer Bildung einer intermetallischen Nickel-aluminid-verbindung. Ein Patent, wonach dieser vorgenannte Gedanke ausgenutzt wird, ist das Bradstreet-patent

·, . WwOBSEREIC'

•r

(U.S.Patent 2 9o4 449), welches die Verwendung eines Flararaenkatalysators, z.B. Aluminium, offenbart, das die Oxidationsreaktion katalysiert und sich in der Flamme vollzieht, wodurch die Flammtemperatur gesteigert wird. Eine andere Patentschrift, die im wesentlichen auf der gleichen Linie liegt, ist die US-patentachrift 2 943 951 von Haglund.

Nach der US-patentschrift 4 23o 75o ist ein Verfahren offenbart zur Herstellung einer festhaftenden Beschichtung unter Verwendung eines Flammspritzpulvers, und zwar in Mischung aus folgenden Bestandteilen:

1). Agglomerate von metallthermischen, Hitze erzeugenden GEmischen aus im wesentlichen feinen Partikelchen eines reduzierbaren Metalloxides von einem Metall, gekennzeichnet durch eine freie Oxidationsenergie im Bereich bis zu ungefähr 6o ooo Kalorien pro Gramm Atom der Oxidation, bezogen auf 25° C sind innigst mit einem thermisch flüchtigen Bindematerial gemischt mit freinen Partikelchen aus einem stark reduzierten Material, im wesentlichen einem Metall, gekennzeichnet durch eine Oxidationsenergie, bezogen auf 25° C von mindestens etwa 9o ooo Kalorien pro Gramm' Atom Sauerstoff, 2. diese Agglomerate in inniger Mischung mit mindestens einem Überzugsmaterial, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Metallen, Legierungen und Oxiden, Carbiden, Suiziden, Nitriden und Boriden von hitzebestandigen Metallen der 4., 5. und 6. Gruppe des periodischen Systems.

NAOHeEREICHT-

Nach dieser Patentschrift werdendurch Verwneung einer netalltheraiechen, Hitze erzeugenden Mischung (z.B. einem Thermitgemisch) in agglormerierter Form und durch einfaches Mischen derselben mit ein©® Überzugsmaterial, z.B. Nickel, unter anderen Überzugsmaterialien wesentlich verbesserte Bindungswirkungen ersielt, als sie· erreichbar siaö Ie Vergleich zu einer Verwendung der agglomerierten metalltheraisehen Verbindung.allein mit anschließender Aufsprühung einer Auflage.

Bursh Verwendung der metallothermlschen Agglomerate werden verschiedene Flatsraeigensehaftsn erzielt, die dazu beitragen, um sehr fest anhängende überzüge herzustellen.

In der US-FS k o39 318 ist ein eisenmetallhaltiges Flammspritzmaterial offenbart, das gebildet ist aus einer Mehrzahl von physikalisch kombinierten Bestandteilen, um ein Agglomerat zu erhalten und wobei die Mehrzahl der Bestandteile in dem Agglomerat gewichtsmäßig von ungefähr 3% bis zu etwa 15% Aluminium, eta 2% bis 15% schwer schmelzbares Metallsilizid und als Rest des Agglomerates im wesentlichen Metall enthält, ausgewählt aus der Gruppe solcher auf Nickelbasis, Kobaltbasis, Eisenbasis und Kupferbasis. Eine bevorzugte Kombination besteht mindestens aus hitzebeständigem Metalldisilizid, z.B. TiSi_a , agglomeriert mit Aluminium und Nickelpulver. Die vorgenannte Kombination von Bestandteilen ergibt Metallüberzüge, z.B. einstufige überzüge, die eine verbesserte Bearbeitbarkeit aufweisen.

MACHaEREIC!--'

- Io -

Ein nachteil einer Verwendung von zusammengesetzten Pulvern, die elementares Nickel enthalten und Aluminiumteile mit Bindung aneinander durch einen flüchtigen Bindestoff besteht darin, daß der ersielbara Beschichtungsüberzug nicht vollkommen legiert ist, wie sich durch das Vorliegen von freiem Aluminium in dem überzug nachweisen läßt. Solche überzüge sind nicht erwünscht, wenn eine genügende Korrosionswiderstandsfähigkeit erzielt werden soll.

Es ist fernerhin bekannt, überzüge aua Legierungspulvern herzustellen, vor allem Legierungspulver, in denen einer der Metallbestandteile ein gelöstes Material eines hochoxi'dierbaren Metalles, wie z.B. Aluminium ist. Eine typische Legierung besteht aus einer feinstzerstäubten Pulvermischung aus Nickel als löslichem Metall» legiert mit 5% Aluminium. Mittels Gas zerstäubte Pulver werden verwendet bei solchen Pulvern, die im allgemeinen eine ia wesentlichen kugelige Gestalt haben und die freifließen,, wie es für das Flammspritzen wünschenswert ist. Um die Bindung zu gewährleisten, werden verhältnismäßig hohe Flammspritztermpaturen benötigt. So sind Plasmabrenner zu bevorzugen, um fortlaufend überzüge zu erzielen, die die gewünschte Bindungsfestifkeit aufweisen. Die Verweildauer während des Fluges durch das Plasma oder die Gasflamme ist verhältnismäßig kurz und erfordert hohe Hitzeabsorption durch das Flammspritzpulver, um dadurch die gewünschte Temperatur zu erzielen. So werden im Falle von Flammspritzarbeiten mit einem Oxäthylenbrenner, wi® sich gezeigt hat, nicht immer dia gewünschten Bindungsfestigkeiten

MÄCHQ-EREICH1

- 11 -

erreicht, wenngleich solche überzüge"sehr erwünscht waren, indem sie vollkommen eindeutig Legierungsüberzüge waren mit dem Aluminium in praktisch vollkommener Lösung in oder vorreagiert mit uem lösend©» Nickel»

Wir haben nun gefunden, daß man diese vorerwähnten Bindeprobleme lösen kann mit Legierungspulvern der vorerwähnten oder ähnlicher Zusammensetzung, wenn man solche Legierungspulver verwendet, die ein© Teilehengestaltung aufweisen, die sich durch hohe spezifische Oberfläche ira Vergleich zu der verhältnismäßig geringeren spezifischen Oberfläche von durch Gas feinzerkleinerten Legierungspulvern mit einer im wesentlichen sphärischen, d.h. kugeligen Gestalt, auszeichnen, wenn man solch® Pulver für praktisch gleiche Teilchengrößenverteilung vergleicht.

Gegenstand der Erfindung ist es danach, ein Legierungsflammspritzpulver herzustellen,-womit man festhaftende überzüge auf Metallunterlagen erhalten kann, die sich durch noch bessere Haftfestigkeit auszeichnen.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Flammspritzen einer festhaftenden Beschichtung in einem Gang bei Verwendung eines legierten Flammspritzpulvers. --^

Diese und andere Gegenstände werden im einzelnen erläutert in der

-. J NAOHGEREICHT

- is - · 3 2'

Folge der vorliegenden Beschreibung sowie den anschließenden Ansprüchen anhand der beiliegenden Zeichnung, in welcher

Fig. 1 die Darstellung eines gaszerstäubten Flammspritzlegierungspulvers aus sehr platten Partikelchen von im wesentlichen kugeliger Form in einem Foto in 8o-facher Vergrößerung zeigt, und

Fig. 2 in ebenfalls 8o-facher Vergrößerung ein Flamaspritzlegierungspulver in zerstäubter Form zeigt, dessen Teilchen unregelmäßig verteilt sind und unregulär nicht-sphärische Gestalt haben und die eich durch eine hohe spezifische Oberfläche auszeichnen.

In·weiterer Hinsicht ist die Erfindung gerichtet auf ein Flammspritzpulver, das hergestellt ist aus einer feinzerstäubten Legierung, in der die Teilehen gekennzeichnet sind durch nicht-kugelige Gestalt mit einer durchschnittlichen Teilchengröße im Bereich von etwa iSoo Maschen bis weniger als loo Maschen (US-Standard), d.h. ungefähr 35 bis 15o Mikron und wobei die nicht-kugelig gestalteten Pulverkörperchen ferner gekennzeichnet sind durch eine spezifische Oberfläche von etwa I8o cm*/g und im allgemeinen ungefähr 25o cm²/g und höher. Unter sepzifischer Oberfläche 1st der gesamt® durchschnittliche Oberflächenbereich von Teilchen pro Green der Teilchen zu verstehen.

Das Legierungspulver ist gekennzeichnet durch eine Zusammensetzung,

bestehend im wesentlichen aus einem lösenden Metall mit einem Schmelzpunkt von mehr als etwa lloo° C, dessen freie negative Oxidationsenergie sich im Bereich bis zu ungefähr 80 000 Kalorian pro Gramm-Atom bewegt, bezogen auf 25° C und das mindestens ein hochoxidierbares gelöstes Metall als Legierungszusatz in einer Menge von mindestens etwa 3 Gew.% enthält, wobei dieses oxidierbar® Metall eine negative freie Oxidationsenergie von mindestens etwa.loo 000 Kalorien pro Gramm-Atom Sauerstoff, bezogen auf 25° C,aufweist.

Beispiele von lösenden Metallen sind die Metalle der Eisengruppe Nickel, Eisen und Kobalt und die Legierungen auf Eisengruppenbasis, Mickelbasia, Bisenbasis und Kobaltbasislegierungen sowie Mischungen derselben.

Beispiele von hochoxidierbaren Lösungsmetallen sind Aluminium, Titan, Zirkon und dergl.,wobei diese hochoxidierbaren Metalle gekennzeichnet sind durch eine freie Oxidationsenergie von mindestens etwa loo 000 Kalorien pro Gramm-Atom Sauerstoff, wi© oben erwähnt.

Der Ausdruck "lösendes Metall" soll sich beziehen auf die Metalle der Eisengruppe an sichund Legierungen auf Basis Eisengruppe. Selbstverständlich können diese Metalle eine oder mehrere Legierungsbestandteile aufweisen, wie z.B. Chrom, Molybdän, Wolfram usw., so lange nur die Eisenmetalle vorherrschen und die Legierungen weniger oxidieren als die hochoxidierbaren gelösten Metalle.

³²JUH

- 14 -

Die Anwesenheit von hochoxidierbaren gelösten Metallen ist bedeutsam, zugleich auch mit der Konfiguration des zerstäubten Pulvers bezüglich der Eigenschaft und Fähigkeit zur Selbsthaftung, wenn das Pulver mit der Flamme aufgespritzt wird.

Es wurde gefunden, daß durch Anwendung unorientieren, regellos verteilten nicht-spährischen Pulvers mit einer spezifischen Oberfläche von etwa 18o cm²/g und höher und vorzugsweise mindestens etwa 25o cm⁸/g das Pulver fähig ist zu einer hohen Hitzeabsorption während der kurzen Verweildauer in der Flamme, so daß die Teilchen, die auf die Unterlage auftreffen, die nötige Temperatur aufweisen zu einer 'Selbstbindung. Die Anwesenheit des hochoxidierbaren Lösungsmetalle© unterstützt auch die Eigenschaft zur Erzielung von.Selbstbindung.

Es ist wichtig, daß der durchschnittliche Teilehenbereich.der kontrolliert wird über den Bereich von etwa 4oo Maschen, auf weniger als loo Maschen (ungefähr 35 bis 15o Mikron) und vorzugsweise von etwa 325 Maschen bis auf I¹Jo Maschen (etwa 45 bis Io5 Mikron). Die Teilchen können aus in Kugelgestalt feinstzerstäubtem Pulver bestehen, das dann später durch Behandlung in einer Kugelmühle so abgeflacht ist, daß dadurch die spezifische Oberfläche vergrößert wird oder die nicht kugeligen Teilchen können ein feinstzerstäubtes Pulver darstellen, das dann durch Wasserdampf oder durch Gaszerstäubung in solcher Form gewonnen ist, daß das schließlich erhaltene Pulver eine unregelmäßig und regellos gebildete, nicht-kugelige Gestalt seiner spezifischen Qberläche aufweist.

MACHQEREIOHT

·«■ " —— - _J

Der Ausdruck "durchschnittliche Abmessung" bedeutet, daß darunter der Durchschnitt von Minimal- und Maximalgröße der nicht-kugeligen Teilchen zu verstehen ist. So können bspw. einige der Teilchen unterhalb von etwa ¹JoO Maxchen (weniger als 35 Mikron) ausmachen, solange nur die durchschnittliche Größe oberhalb etwa 4oo Maschen liegt. In gleicher Weise können einzelne Teilchen auch oberhalb loo Maschen (im äußersten Fall von ungefähr 15o Mikron) betragen, solange nur der Gesamtdurchschnitt in der Größe loo Maschen oder weniger beträgt.

Außer der Tatsache, daß die Teilchen des Pulvers eine nicht-kugelige Gestalt haben, soll das Pulver doch immerhin freifließend sein, um durch Sehwerkraftzufuhr die Zufuhr zum Brenner zu gewährleisten. Es leuchtet daher ein, daß die Dichte des Pulvers und desssen Abmessung nicht so gering sein dürfen, daß dadurch die Eigenschaft des FreifHeßens verloren geht. Außerdem sollte der durchschnittliche Teilchengrößenbereich nicht wesentlich unter 4oo Maschen liegen, weil sonst das Legierungspulver zur Oxidation neigt und zum Verbrennen bzw. Aufflammen in der Oxäthylenflamme.

Welche Bedeutung der Pulverform bei einem Vorgehen im Sinne der Erfindung zukommt und womit Zweck und Ziel im Sinne der Erfindung klar werden, wurde durch Versuche bestätigt, bei denen die Bindungs-, eigenschaften gaszerstäubten Pulvers von kugeliger Form in Vergleich gesetzt wurden zu unregelmäßig und regellos gestaltetem

* _t J NACHeERElCHT

-16-Material von nicht kugelförmiger Gestaltung.

Im wesentlichen kugelige Teilchen im Bereich von etwa 4oo Maschen bis loo Maschen ergeben nicht eine entsprechende spezifische Oberfläche und damit eine verhältnismäßig hohe Bindungsfestigkeit.

Wenn dagegen die feinstzerteilten Partikel ausgeflacht sind, z.B. mittels einer Kugelmühle, so kann die spezifische Oberfläche pro Gramm Pulver wesentlich vergrößert werden. Praktisch den gleichen Effekt kann man erreichen durch eine spezielle Methode der Feinstzerstäubung der Legierung unter hohem Druck von Wasser, Gas oder in einer Weise, die Jedenfalls dazu führt, unregelmäßig und in ihrer Fora ungleichmäßige kugelige Teilchen zu erhalten, die sich durch eine hohe spezifische Oberfläche auszeichnen.

Um ein Bild zu geben von im wesentlichen kugelig gaszerstäubten Partikelchen, sei verwiesen auf Fig. 1, die eine Darstellung in fotografischer Vergrößerung von etwa 8o-facher Vergrößerung darstellt.

Nimmt man an, daß eine Teilchengrößenverteilung von kugeligen Teilchen etwa im Bereiche von ungefähr 4oo Maschen bis loo Maschen (z.B. ungefähr 35 bis 15o Mikron) vorliegt, so wird die spezifische Oberfläche in cm»/g für eine Legierung von 95 Nickel-Aluminium mit einer Dichte von ungefähr 8,283 (d) der Druchmesaer (D) der kugeligen Teilchen in Mikron sein:

s.s. ■

- 17 -

ι/ 6Td³

xd

6 Dd

Umgerechnet in cm, stellt aich die Formel wie folgt dar:

S.S. *

6xlo"

Dx8.283

7244 D

2 cm /gr

Nimmt raan nun an, daß die kugeligen Teilchen im Bereich von 4oo bis loo Maschen (US-Standard) ausgeflacht sind bis zu einer Dicke von etna Io Mikron und im wesentlichen einen kreisförmigen Querschnitt haben, so ergibt sich die Umwandlung der spezifischen Oberfläche aus der kugeligen Gestaltung zu der abgeflachten Gestaltung aus der folgenden

Tabelle:

Durchmes.feinzerst. Oberflächenkugelf .Pulver bereich

Ausgeflacht auf Io Mikron Dicke

Masche Mikron

Oberfläche

Durehm.der Scheiben ( .u)	Oberfläche
47o	251.7
362	254.7 '
272	259.2
255	260.3
I60.2	271.5
12 6.5	279.6 " )
81.4	3OO.7 J
75.5	3o5.4 \
58.3	324.2 1
42.4	355.3 ' J

loo	149	48.6
12o	125	57.9
I4o	Io5	69.0
17o	88	82.3
2oo	74	97.9
23o	62	116.8
27 0	53	136.7
325	44	164.6
4o®	37	195.8
	3©	'241.5

NACHGE F'^.i C

- 18 -

Die Teilchen werden vermutlich durch das Ausflachen scheibenförmig, obwohl es besser ist, wenn enige der Teilchen eine leicht elliptische Gestalt annehmen. Wie hier angegeben, soll der durchschnittliche Teilchenbereich des Flammspritzpulvera zwischen von ^>JJoo bis zu loo Maschen (etwa 35 bis 15o Mikron) liegen.

Nach der Tabelle handelt es sich bei den brauchbaren Pulvern von hhoher spezifischer Oberfläche (z.B. etwa I8o ctfi/g oder mindestens etwa 25o Cm²Zg) um solche, deren Teilchenabmessung infolge der Ausflachung sich bewegt im Bereich von etwa 42 bis zu 12 6 Mikron oder ungefähr 325 bis 12o Maschen. Die gewünschten Teilchen von ausgeflachter Gestaltung erhält man durch Aussieben, um dadurch Größenordnungen im Bereich von ungefähr 325 bis 12o Maschen (z.B. über 42 bis zu ungefähr 125 Mikron) zu erhalten und diese Pulver
werden dann entfernt von den gaszerstäubten Legierungspulvern.

Teilchen mit einer hohen spezifischen Oberfläche kann man herstellen durch Anwendung und Zerstäubungsarbeitsweisen mittels Wasser, Gas oder Dampf, soweit die Zerstäubungsmittel unter Bedingungen angewendet werden, welche die Bildung unregelmäßiger Teilchen begünstigen. So kann man bspw. im Falle einer Zerstäubung mittels Wasser die
entsprechenden Bedingungen leicht dadurch erfüllen, daß man den Druck und die Fließmenge der Flüssigkeit je nach der Gestaltung der Düse so einstellt, daß Turbulenzkrüfte entstehen, die die normalen, zu Kugelformgestaltung führenden Kräfte übersteigen und damit auf das

geschmolzene Partikelchen einwirken. Ein Vorteil der Zerstäubung mit Wasser ist die Fähigkeit zu hoher Abschreckung, wodurch die Teilchen sehr schnell zu unregelmäßig und kugeligen Gestalten erstarren. Bei einer Zerstäubung mittels Gas sollten kalte Gase verwendet werden.

Zur Darstellung eines unregelmäßig ausgebildeten zerstäubten Legierungspulvers sei auf Fig. 2 verwiesen, in der Teilchen von verhält-./->. nismäßig hoher spezfischer Oberfläche dargestellt sind und die eine ganz unregelmäßig und regellose nicht-kugelige Form aufweisen. Solche zerstäubten Pulver sind gekennzeichnet durch ihre Eigenschaft der Freifließbarkeit für die Verwendung in Flammspritzbrennern, wie z.B. Oxacetylenbrennern der aus der US-PS 3 986 668 und 3 62o 454 u.a. ersichtlichen Art je nach der Zufuhrmenge und Kapazität des Brenners.

Bei Verwendung eines nicht-kugeligen Pulvers der gemäß der Erfindung diesen Zusammenhang erläuterten Art sind Bindefestigkeiten weit über λ etwa 2ooo psi, d.h. etwa 25oo psi und darüber erreichbar, wie mittels des ASTM· 633-69-Verfahrens nachprüfbar ist.

Nach dieser ASTM-Prüfmethode wird bestimmt die Verwendung eines Satzes von zwei zylindrischen Blöcken von 1 Zoll Durchmesser und 1 Zoll Länge. Eine Endlfäche jedes Blockes wird glattgeschliffen und eine Fläche bedeckt mit den vorgenannten Bindeüberzügen mittels Aufsprühen mit der Flamme in einer Stärke von ungefähr 0,008 bis o,ol2 Zoll. Ein hoch fester Überzug wird dann auf die erste Schicht aufgebracht, wobei dieser hochfeste überzug bspw. aus einer Legierung auf Nickelbasis be-

NACHQER EICHT

- 2ο -

steht, wie sie unter dem Handelsnamen Inconel (7% Fe - 15% CR, Rest Ni) oder einer typischen 431-Beschichtung aus korrosionsfestem Stahl (163& Cr und Rest Eisen) bekannt ist. Die Dicke dieses hoch- · festen Überzuges beträgt etwa o,ol5 bis o,o2o Zoll. Nach dem Auftragen wird die gesamt Beschichtung, die eine Dicke von bis zu etwa o,o25 Zoll beträgt, feingeschliffen auf o,ol5 Zoll. Eine Lage von Epoxyharz wird dann auf die Überzugsschicht aufgebracht und diese Epoxyharzlage weist eine Bindefestigkeit von über loo ooo psi auf.

Der andere Versuchblock dieses Satzes wird in gleicher Weise abgeschliffen zu einer Glätte entsprechend 2o bis 3o rms und eine hochfeste Epoxyharzschicht aufgebracht. Die beiden Blockstücke des Satzes werden dann aneinandergeklemmt, das eine mit der Metallbeschichtung und der Epoxylage an das andere, so daß sich die Epoxyflachen der Blöcke gegeneinanderlegen, worauf die zusammengespannten Blöcke einer Erhitzung in einem Ofen auf 3oo° F (15o° C) für 1 Stunde ausgesetzt werden, wobei die Epoxyharzflachen fest aneinanderhaften und zu einer festen Bindung führen.

Die so verbundenen Blöcke werden dann mittels Ankerbolzen, die koachsial an beiden entgegengesetzten Enden angebracht sind, mittels einer Zugprüfmaschine zur Ermittlung der Zugkraft auseinandergezogen.

Die Bindefestigkeit wird dann bestimmt durch Dividieren der beim Bruch erhaltenen Kraft durch den Bereich von 1 Zoll der Kreisfläche der

Blöcke. ' .

MAC

- 21 -

Zur Erläuterung der Erfindung werden nachstehende Beispile gegeben:

Beispiel 1

Ein Versuch wurde durchgeführt auf Grundlage einer Legierung aus 95% Ni - 5% Al, wobei das Beschichtungsmaterial aus einer

mittels Gas feinzerstäubten Legierungspulvermenge von im wesentlichen kugeliger Gestalt verglichen wurde mit einer Beschichtung der gleichen Legierungsmasse, nachdem sie durch Kugelmühlenbehandlung ausgeflacht war und mit einer Beschichtung derselben Zusammensetzung, hergestellt' durch Zerstäubung mittels Wasser unter Bedingungen, womit Teilchen von willkürlich verteilten und regellos in Kugelgestalt von hoher spezifischer Oberfläche verglichen wurden und diese drei Legierungspulver eine durchschnittliche Abmessung zwischen von etwa 325 Maschen bis zu I4o Maschen aufwiesen. Alle diese Pulver hatten die erforderliche Freifließbarkeit und wurden aufgespritztmittels eines Oxacetylenbrenners, wie er unter dem Handelsnamen Rotoloy aus der US-Patentschrift 3 986 668 entnehmbar ist.

Das Pulver wurde jeweils zugeführt in einer Menge von etwa 5 bis 6 lbs pro Stunde und aufgebracht auf eine Unterlage aus Io2o Stahl. Die Bindefestigkeit wurde ermittelt gemäß ASTM C633-69, wie oben beschrieben. Der Oberflächenbereich des Pulvers wurde ermittelt nach der BET-Methode.

Die Beziehung der Pulver relativ zur spezifischen Oberfläche und die

Bindefestigkeiten sind wie folgt:

Tabelle 1

Art des Pulvers

(1) Gaszerstäubte

kugelige Teilchen

(2) Wie (1), aber in Kugelmühle ausgeflacht

(3) Speziell mittels wasserzerstäubten Pulvers

Spezif.Oberfläche

174 Cm²Zg*

341

9 61

HaftZ
Bindefestigkeit

125o lbs. Zin²

27oo lbs.Zin²

* Der spezifische Oberflächenwert von Pulver 1 zeigt, daß die zerstäubten Teilchen nicht vollkommen kugelig sind, aber beträgt doch dieser Wert zumeist die Hälfte des Wertes, wie bei 2, d.h. eines
ausgewalzten Pulvers.

Wie man deutlich aus dieser Tabelle entnehmen kann, ergeben Pulver mit der verhältnismäßig hohen spezifischen Oberfläche weit über I8o cm² Zg erkennbar verbesserte Bindungsfestigkeiten.

Es ist aber andererseits die Teilchengestaltung allein nicht nur
bedeutsam für diese Erwägungen, es ist ebenso wichtig, daß die
Legierung ein hochoxidierbares Metall enthält, wie z.B. Aluminium, wie ja oben gesagt. Das wird klargemacht durch Versuche, die unter

den gleichen Bedingungen durchgeführt wurden, wobei (1) ein chemisch hergestelltes Pulver ist von hoher spezifischer Oberfläche mit einer durchschnittlichen Abmessungsgröße zwischen etwa 325 Maschen bis zu I4o Maschen und wobei (2) ein feinzerstäubtes Nickelpulver von unregelmäßiger Gestaltung ist.

Die damit erzielten Resultate waren folgende:

Tabelle 2

Typ Nickelpulver Spezif.Oberfläche Haft- bzw.

Bindefestigkeit(psi)

(1) Chemisch hergestell- 194o cm²/g -C 2oo tes Pulver

(2) Unregelhaft ausge- 67 ο cm^a/g ^ 2oo bildetes zerstäubtee

Pulver

Wie zu bemerken ist, hat jedes der Pulver 1 und 2 eine spezifische Oberfläche, die wesentlich oberhalb I80 cm²/g liegt,d.h. weit über 600 cm²/g, aber die Bindefestigkeiten aller zwei Pulver liegen unterhalb 3oo lbs/in², woraus sich die Bedeutung der Anwesenheit von Aluminium in dem Legierungspulver nach Tabelle 1 erweist.

Die Fähigkeit, frei zu fließen bei der Zuführung zum Flammspritzen, ist natürlich wichtig. Die gesuchte Fähigkeit .zum Freifließen wird bestimmt durch die freie Fließmenge vorbestimmter Menge von Pulver durch einen

NACHGEREIO¹'

_ 24 -

Tunnel, wie etwa den an sich bekannten Hall-Fließermittlungstunnel. Dieses Hall-Durchflußmeßgerät besteht aus einem umgekehrten Konus oder Tunnel mit einer öffnung am Boden des Tunnels oder Konus von einem Durchmesser von 2,54 mm und einem Halsstück in einer Länge von 3,18 mm.

Solch ein Gerät ist dargestellt auf Seite 5o des Handbuches für Pulvermetallurgie von Henry H. Hausner (1973 Chemical Publishing Company, Inc., New York, NY). Das Durchflußmaß ist die Anzahl von Sekunden, die 5o Gramm von Pulver benötigen, um durch die Austrittsöffnung des Tunnels zu fließen. Eine typische Durchflußmenge für ein wahllos unregelmäßiges und nicht-kugeliges Pulver, wie dargestellt in Fig. 2, beträgt nach der folgenden Tabelle 3o bis 33 Sekunden für 5o Gramm Pulver in folgender Teilchenverteilung:

Maschen	Gew.%
+loo	O
+I4o ·	l.o max
+17 ο	lo.o max
+325	Rest
-325	2o.o max

Beispiel 2

Eine andere Legierungszusammensetzung, die geprüft wurde in über-

I MAC.-iQEF-j: - 25 -

einstimmung mit der Erfindung ist eine, die ungefähr 15% Aluminium und als Rest im wesentlichen Nickel enthält. Diese Legierung wurde durch Wasserzerstäubung hergestellt, um eine hohe spezifische Oberfläche zu erzielen. Die Ergebnisse, wie sie erzielt wurden,werden nachstehend in Tabelle 3 aufgeführt.

Tabelle 3

Legierungspulver Spez. Oberfläche . Bindefestigkeit

Ni - 15% Al 243o cm²/g H2oo

Ein Versuch mit einer Legierung aus Nickel und 3% Titan (spezifisches Gewicht 8,59 g/cm³ zeigt, daß das Vorhandensein von Titan offensichtlich sich günstiger auswirkt auf die Bindung-als Aluminium,selbst bei einer spezifischen Oberfläche von ca. I6o cm²/g wurde eine Haftungsfestigkeit von 51oo psi erzielt.

Um einigermaßen übereinstimmende Ergebnisse zu erzielen, ist es besser, von einer spezifischen Fläche von etwa I8o cm²/g und darüber auszugehen. Ein besonderer Vorteil der ANbringung eines Einstufenlegungsüberzuges oder einer gebundenen Beschichtung im Sinne der Erfindung 1st der, daß die aufgebrachte Legierungsschicht grundsätzlich allgemein homogen ist und kein freies Aluminium enthält, wie das der Fall sein kann, wenn man zusammengesetztes Pulver aufsprüht, die Agglomerate von elementarem Nickel und Aluminium enthalten.

Beispiele von verschiedenen Zusammensetzungen auf Nickelbasis, Kobalt basis und Eisenbasis als Legierungen, die man aufsprühen kann, aolange als die Pulverpartikelchen so gestaltet sind in ihrer Umriß- ■ form, daß sie die spezifische Oberfläche ergeben, sind aus den folgenden Aufstellungen zu entnehmen:

%Ni % Co % Fe % Al % Ti

5 3 3

9o	-	-	5
97	-	-	-
92	-	-	5
-	85		15
	9o	-	5
-	-	95	5
_		94	3

Eine bevorzugte Legierung ist eine solche, die etwa 4% -bis 2o% Aluminium oder ungefähr 4% bis lo% Aluminium und als Rest Nickel enthält.

sich

Wenn auch die vorliegende Erfindung/in der Beschreibung im wesentlichen auf bevorzugte Ausführungsformen bezieht, so sei doch klargestellt, daß Abwandlungen und Abweichungen davon insoweit möglich sind, ohne vom'Geist und dem Umfang der Erfindung abzuweichen, als es für den Fachmann verstellbar ist, soweit derartige Abweichungen und Variationen innerhalb des in Beschreibung und Ansprüchen erkennbaren allgemeinen Erfindungsgedankens liegen.

Claims

NACHGEREICl- --i - (14 45o) Patentansprüche:

1. Freifließendes, selbsthaftendes Flammspritzpulver aus feinstzerstäubten Legierungen, dadurch gekennzeichnet, daß es Teilchen nicht-kugelförmiger Gestalt enthält in einer Teilchengröße von etwa über 4oo Maschen bis zu unter loo Maschen, wobei das Pulver von nicht-kugeliger Form eine spezifische Oberfläche von etwa I8o cm²/g und darüber aufweist und das Flammspritzpulver eine Zusammensetzung darstellt aus hauptsächlich einem Lösemetall mit Schmelzpunkt über etwa lloo⁰ C mit freier negativer Oxidationsenergie bis zu etwa 8o ooo cal/g Atom Sauerstoff sowie aus einem hochoxidierbaren gelösten Metall mit einer negativen, freien Oxidationsenergie von Mindestens loo ooo cal pro Gramm in einer Menge von mindestens etwa 3 Gew.% besteht.

2. Flammspritzpulver nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet , daß der mittlere Teilchendurchmesser der nicht kugeligen Partikelchen zwischen von etwa 325 Maschen bis zu I4o Maschen liegt und die Menge an oxidierbarem Metall zwischen etwa 4% bis zu 2o Gew.% des Legierungspulvers ausmacht und die spezifische Oberfläche des Pulvers etwa bei 25o Cm³Zg und höher liegt.

3. Flammspritzpulver nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet , daß das lösende Metall aus Metallen der Eisengruppe Nickel , Eisen, Kobalt und/oder Legierungen auf Nickelbaeis, Kobaltbasia und Mischungen besteht.

NA

4. Flammspritzpulver nach Ansprüchen 1 bis 3 mit Teilchen unregelmäßig ausgebildeter Form in regelloser Verteilung durchschnittlicher Teilchengröße von etwa 325 Maschen bis zu.145 Maschen, dadurch gekennzeichnet, daß die regellos verteilten, nicht-kugeligen Pulverteilchen eine spezifische Oberfläche von etwa 25Φ Cm⁸Zg.und darüber aufweisen und das feinzerstäubte Flammspritzpulvera us einer lösenden Legierng auf Eisengruppenbasis, nämlich Nickelbasis„ Eisenbasis_B Kobaltbasislegierungen und Mischungen derselben von einem Schmelzpunkt über lloo⁰ C besteht mit einer negativen freien Oxidationsenergie bis zu etwa 8o ooo Kalorien pro Gramm-Atom Sauerstoff, bezogen auf 25° C und daß es weiterhin etwa 4 Gew.% bis zu 2o Gew.% eines hochoxidierbaren gelösten Metalles enthält mit einer freien Oxidationsenergie von mindestens loo ooo Kalorien pro Gramm-Atom Sauerstoff, bezogen auf 25° C.

5.Flammspritzpulver nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die lösende Legierung im wesentlichen eine Nickellegierung ist und als gelöstes Metall Aluminium von etwa Gew.% bis zu 2o Gew.% ausmacht.

6. Flammspritzpulver nach Anspruch 4,dadurch gekennzeichnet , aa& die lösende Legierung im wesentlichen Miekai ist mit einem Gehalt von etwa 4 bis lo% Aluminium«

7. Verfahren zur Herstellung eines festhaftenden Metallüberauges auf metallischer Unterlage unter Verwendung eines Pulvers nach den vorangehenden Ansprüchen 1-6 aus einer felnzersfeäubtess Legierung nicht-kugeliger Form und in der Abmessung von durchschnittlich etwa +4oo Maschen zu -loo Maschen, wobei dia nicht regellos verteilten Partikel unregelmäßiger Formen eine spezifische Oberfläche von etwa I8o cm²/g und darüber aufweisen und das Flamraspritzpulver aus im wesentlichen einem lösenden Metall mit Schmelzpunkt erheblich über etwa lloo⁰ C mit negativer freier Oxidationsenergie bis zu etwa 8o ooo Kalorien pro Gramm-Atom Sauerstoff, bezogen auf 25° C besteht und mindestens hoehoxidierbares gelöstes Metall in einer Menge von mindestens 3 Gew.% vorhanden ist mit freier Oxidationsenergie von mindestens etwa loo ooo Kalorien pro Gramm-Atom Sauerstoff, bezogen auf 25° C und man das Flammspritzen fortsetzt bis zur Bildung eines festhaftenden Legierungsüberzugea auf der metallischen Unterlage.

8. Flammspritzverfahren nach Anspruch 7,dadurch gekennzeichnet, daß man eine durchschnittliche Teilchengröße an nichtkugelgestaltigem Pulver bei zwischen etwa 325 Maschen bis zu 14ο Maschen anwendet und die Menge des hochoxidierbaren Metalles von etwa 4 Gaw.% bis zu 2o Gew.% des Legierungspulvers ausmacht.

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9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurc h gekennzeichnet , daß die aufgesprühte Legierung ausgewählt ist aus den Metallen der Eisengruppe Nickel, Kobalt, Eisen und Legierungen auf Nickelbasis, Kobaltbasis und Mischungen aus solchen. ~

lo. Verfahren zur Herstellung einer festhaftenden Metallbeschichtung auf metallischer Unterlage , g e k e η η zeichnet.durch Verwendung eines freifließenden feinverteilten, zerstäubten Pulvers von regellos, ungleichmäßigen, nicht-kugeligen Formen mit einerm durchschnittlichen Teilchenbereich von etwa 325 Maschen bis zu I4o Maschen bei einer spezifischen Oberfläche von etwa 25o cm^a/g und darüber, wobei das Pulver aus einer lösenden Legierung, ausgewählt aus der Gruppe von Legierungen auf Basis Nickel, Kobalt, Eisen oder Mischungen derselben besteht mit einem Schmelzpunkt oberhalb lloo⁰ C bei . einer freien negativen Oxidationsenergie bis zu So ooo Kalorien pro Gramm-Atom Sauerstoff, bezogen auf 25° C und enthaltend etwa 4 Gew% bis zu 2o Gew.% eines hochoxidierbaren, gelösten Metalles mit einer freien Oxidationsenergie von mindestens loo ooo Kalorien pro Gramm-Atom Sauerstoff bei 25° C.

11. Flammspritzverfahren gemäß Anspruch lo, dadurch g e - kennzeichnet , daß die Legierung, die aufgesprüht wird,

Nickel als lösendes Metall miitAluminium als gelöstes Metall enthält.

12.Flammspritzverfahren naoh Anspruoh 11, d a d u r ο h gekennzeichnet , daß die aufgesprühte Legierung etwa 4 bis lo% Aluminium enthält.