DE3237655C2

DE3237655C2 -

Info

Publication number: DE3237655C2
Application number: DE19823237655
Authority: DE
Inventors: Hans-Theo Chavannes Ch Steine; Wolfgang Ecublens Ch Simm
Original assignee: Castolin Sa Lausanne-St Sulpice Waadt/vaud Ch
Current assignee: Castolin Sa Lausanne-St Sulpice Waadt/vaud Ch
Priority date: 1981-10-21
Filing date: 1982-10-11
Publication date: 1990-06-13
Also published as: CH649100A5; DE3237655A1; BE894628A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Innenbeschichtungen in Rohren aus Legierungen auf Eisen- und/oder Nickelbasis, durch Einschmelzen von pulverförmigen Werkstoffen hoher Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit.

Die Innenbeschichtungen von korrosions- und verschleißbeständigen Rohren mit einer Wandstärke von 5-150 mm durch Aufspritzen mit einer thermischen Spritzpistole unter Verwendung von speziellen Einsätzen, oder durch Einfüllen und Aufschleudern des pulverförmigen Werkstoffes sind bekannt. Das Sintern bzw. das Einschmelzen des Schichtwerkstoffes erfolgt in beiden Fällen von außen durch Erwärmung des gesamten Durchmessers des Grundmaterials auf Sinter- bzw. Schmelztemperatur. Das Aufheizen kann durch Gasbrenner, Induktion oder im Ofen erfolgen.

Üblicherweise werden diese Arbeiten mit Bor enthaltenden Eisenbasislegierungen mit einem Fe-Gehalt <40,0 Gewichtsprozent sowie mit Cobaltbasislegierungen, die ein großes Schmelzintervall aufweisen, durchgeführt.

Aus der US-PS 28 80 190 ist ein Verfahren zur inneren Beschichtung von Rohren mit Legierungspulvern auf NiCrBSi-Basis bekannt, die mittels einer Zentrifugalbeschleunigung auf die zu beschichtende Innenwand aufgebracht werden.

Die DE-OS 24 18 607 beschreibt Superlegierungswerkstücke, die mittels des Plasmaspritzverfahrens beschichtet werden, wobei die Schutzschicht eine Zusammensetzung von Silizium, Chrom, Nickel und Bor aufweisen kann.

Aus der DE-AS 11 98 568 ist ein Verfahren zur Herstellung von porenfreien Spritz-Schweiß-Überzügen bekannt, bei dem eine selbstfließende borhaltige Spritz-Schweiß-Legierung auf Nickel- und/oder Cobaltbasis verwendet wird und wobei zur Erzielung der porenfreien Oberfläche Aluminium zugesetzt werden muß. Dieser Aluminiumzusatz hat jedoch eine nachteilige Wirkung auf die Schmelzeigenschaften des für die Beschichtung verwendeten Pulvers und beeinflußt das Aussehen der aufgeschmolzenen Masse, die matt und beschlagen wirkt.

Auch aus der AT-PS 2 74 590 ist ein Legierungspulver für das Flammspritzverfahren bekannt, das auf NiBSi-Basis aufgebaut ist.

Bei der Verwendung von selbstfließenden Legierungen auf Nickel- oder Nickel/Chrombasis tritt durch den hohen eutektischen Anteil und die Schmelzeigenschaften (Dünnflüssigkeit) dieser Legierungstypen eine verstärkte Poren- und Rißbildung auf. Ferner wurde gefunden, daß die Härte starke Schwankungen aufweist. Aus diesem Grunde konnten bis heute Innenbeschichtungen mit diesen bekannten Legierungstypen und -verfahren mit einer Schichtstärke von <2 mm nur mit hohen Ausschußquoten hergestellt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von Innenbeschichtungen in Rohren mittels selbstfließender Legierungen an und für sich bekannter Zusammensetzungen zu schaffen, die eine erhöhte Korrosions- und Verschleißbeständigkeit sowie einen niedrigeren Reibungskoeffizienten aufweisen.

Ausgehend von einem Verfahren der näher genannten Art erfolgt die Lösung dieser Aufgabe mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen; vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Es wurde festgestellt, daß beim Verwenden von borhaltigen Nickel- bzw. Nickel-Chromlegierungen gemäß der Erfindung, bei denen also der Anteil an stabilen Hartphasen gegenüber demjenigen der unstabilen Hartphasen überwiegt, die Empfindlichkeit im Hinblick auf die Poren- bzw. Rißbildung sowie die Anfälligkeit auf Härteschwankungen sehr stark gesenkt werden können.

Innenbeschichtungen, die aus den erfindungsgemäßen Legierungspulvern hergestellt werden, weisen also den Vorteil einer hohen Korrosions-Verschleißbeständigkeit sowie eines niedrigen Reibungskoeffizienten bei gleichzeitiger Vermeidung von Poren- und Rißbildung auf und bei stark gesenkten Härteschwankungen.

Der Einfluß der Herstellung des Auftragspulvers, d. h. die Abkühlgeschwindigkeit, auf die Beschaffenheit der hergestellten Schicht an der Innenwand der Rohre ist nämlich von entscheidender Bedeutung. Bei zu schneller Abkühlung beim Verdüsen bildet sich in den entstehenden Teilchen durch Schrumpfung ein Hohlraum, der dann beim üblichen Schleuderverfahren der Auftragung eine Porösität erzeugt sowie zu einer schnelleren Rißbildung neigt. Nur eine langsame Abkühlung eines Legierungspulvers aus der Schmelze führt dazu, daß mindestens 30% des Boranteils in Form von stabilen Phasen gebunden sind.

Der Anteil an stabilen und unstabilen Hartphasen ist abhängig von den Abkühlbedingungen bei der Herstellung aus dem Schmelzfluß. So z. B. treten bei hoher Abkühlungsgeschwindigkeit keine stabilen Hartphasen auf, während bei langsamer Abkühlung an der Oberfläche der Kugel sich ein hoher Anteil von stabilen Hartphasen ausbildet, d. h., daß mit abnehmender Abkühlgeschwindigkeit die stabilen Hartphasen zunehmen und der Anteil an unstabilen Hartphasen abnimmt. Bei Pulvern, die mit einer hohen Abkühlgeschwindigkeit hergestellt wurden, können die durch eine nachträgliche Wärmebehandlung unstabilen in stabile Hartphasen übergeführt werden.

Die Entstehung der Fehler bei den üblichen Innenbeschichtungen kann auch auf folgenden Vorgang zurückgeführt werden. Bei Erwärmung der Rohre von außen wird die Aufheizzeit bis zum Aufschmelzen bzw. Sintern im Vergleich zu den an der Oberfläche beschichteten Rohren wesentlich verlängert, wodurch eine verstärkte Reaktion der borhaltigen Legierungen mit der Atmosphäre und der oxidierten Oberfläche des Grundmaterials auftritt. Dadurch bildet sich an der Oberfläche der Teilchen beim Aufschleudern bzw. in der aufgespritzten Schicht ein Borsilikat aus. Die Stärke dieser Reaktion steht in direktem Zusammenhang mit dem Anteil der unstabilen Hartphasen, d. h., daß die Gefahr zur Poren- bzw. Rißbildung mit zunehmendem Anteil an stabilen Hartphasen abnimmt.

Aus den beigefügten Mikrofotografien zweier Proben A und B, die jeweils einer Abkühlgeschwindigkeit von 10⁴°C/sec (Probe A) und 10²°C/sec (Probe B) entsprechen, wird der Unterschied besonders deutlich. Probe B entspricht einer stabilen Hartphase, d. h., die Oberfläche ist mit Dendriten bedeckt, im Gegensatz zur fast glatten Oberfläche der Körner der schneller abgekühlten Probe A.

Dementsprechend werden gemäß der Erfindung für das in an sich bekannter Weise erfolgende Beschichten, nämlich durch Aufschleudern oder Aufspritzen, Legierungspulver auf NiBSi-Basis verwendet, die mit langsamer Abkühlung unter stickstoff- oder sauerstoffhaltiger Stickstoffatmosphäre hergestellt werden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Innenbeschichtungen in Rohren aus Legierungen aus Eisen- und/oder Nickelbasis durch Einschmelzen von pulverförmigen Werkstoffen hoher Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit in an sich bekannter Weise, dadurch gekennzeichnet, daß Legierungspulver auf NiBSi-Basis, die aus der Schmelze mit langsamer Abkühlung der Pulverpartikel hergestellt sind, so daß mindestens 30% des Boranteils in Form von stabilen Phasen gebunden sind, verwendet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Pulver, bei denen die langsame Abkühlung durch Atomisieren in Stickstoffatmosphäre erreichbar ist, verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Pulver, bei denen die langsame Abkühlung durch Atomisieren in sauerstoffhaltiger Stickstoffatmosphäre erreichbar ist, verwendet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Pulver, die durch Granulieren unter sauerstoffhaltiger Stickstoffatmosphäre oder reiner Stickstoffatmosphäre hergestellt sind, verwendet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß Pulver, in denen stabile Phasen durch eine nachträgliche Wärmebehandlung erzeugt werden, verwendet werden.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Legierungspulver, die neben NiBSi als wesentlichen Bestandteil Chrom enthalten, verwendet werden.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Legierungspulver, deren Zusammensetzung im Bereich von (in Gewichtsprozent) Cr|0-20,0% Fe 0-15,0% B 0,5-4,0% Si 1,0-5,0% Ni Rest

liegt, verwendet werden.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Legierungspulver auf NiBsi-Basis als Matrix verwendet werden und diesen ein Zusatz von Karbiden und/oder Boriden im Bereich von 20-80 Gewichtsprozent der Matrix beigefügt wird.