DE3241377C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Flammspritzwerkstoff, in Form eines Gemisches einer pulverförmigen, borhaltigen Matrixlegierung mit einem Schmelzpunkt unterhalb 1000°C mit Teilchen eines metallischen Zusatzwerkstoffes mit einem Schmelzpunkt oberhalb 1500°C, bei dem diese Teilchen im Korngrößenbereich von 20 bis 150 µm liegen und der Anteil des Zusatzwerkstoffes 30 bis 80 Gewichtsprozent des Gemisches beträgt, sowie seine Verwendung.

Aus der DE-AS 12 59 170 sind Flammspritzwerkstoffe dieser Art bekannt, die aus einem Gemisch von kugelförmigen Teilchen aus Hartstoffen wie Wolframkarbid mit einer Chrom- Nickel-Bor-Silizium-Legierung bestehen. Es wird in diesem Zusammenhang ferner erwähnt, daß auch hochschmelzende Metalle in der beschriebenen Art verwendbar sind. Dabei handelt es sich ausdrücklich immer um auf pulvermetallurgischem Weg hergestellte Pulver, die zur Erzielung einer guten Rieselfähigkeit die erwähnte Größe und Kugelform besitzen, aber ein Feingefüge von einstellbarer Kerngröße aufweisen. Insbesondere werden die kugelförmigen Teilchen aus Feinstpulvern in Form von Granulaten hergestellt, wobei in der zu erzeugenden Schicht die Bildung homogener Legierungen und damit ein homogenes Gefüge angestrebt wird. Insbesondere die Gleitverschleißeigenschaften der mit diesem Werkstoff herstellbaren Schichten sind jedoch nicht befriedigend.

Es sind ferner Flammspritzwerkstoffe zum Herstellen von verschleißfesten Schutzschichten bekannt, die aus einem Gemisch einer borhaltigen Matrixlegierung mit Karbiden von Molybdän, Wolfram, Chrom, etc. bestehen (GB-PS 15 49 960) und zusätzlich Molybdän aufweisen können (US-PS 38 37 817).

Üblicherweise liegen dabei die Teilchen des Zusatzwerkstoffes in beliebiger, unregelmäßiger, insbesondere kantiger bis blättchenförmiger Kornform vor.

Auch bei solchen Schichten hat sich gezeigt, daß ihre Verschleißfestigkeit und Gleiteigenschaften unzureichend sind und manchmal sogar eine Zerstörung der damit beschichteten Maschinenteile erfolgen kann.

Insbesondere hat sich gezeigt, daß bei der Auftragung bzw. dem Einschmelzen einer solchen Schicht an der Oberfläche der Zusatzwerkstoffteilchen, also an der Grenzschicht gegenüber der Matrixlegierung, Borid-Hartphasen gebildet werden, die zu einer starken Versprödung führen und im Betrieb sogar das Ausbrechen dieser Teilchen aus der Schicht hervorrufen können. Dies ist vor allem dann der Fall, wenn die Teilchen stark kantig oder sogar blättchenförmig sind, oder die Krongröße der Teilchen so klein ist, bzw. die Teilchen so porös sind, daß bei dem gewählten thermischen Beschichtungsverfahren die Borid-Hartphasen das eingelagerte Teilchen bzw. die kantigen Stellen desselben völlig durchsetzen.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und einen Flammspritzwerkstoff der eingangs genannten Art zu schaffen, der die Herstellung von Schutzschichten mit wesentlich verbesserten Reibungsverschleiß- und Gleiteigenschaften bei Metall-Metall-Kontakt erlaubt und damit zu einer höheren Lebensdauer der beschichteten Teile führt.

Dies wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale des Werkstoffes erzielt. Die Patentansprüche 2 bis 4 geben bevorzugte Ausführungsformen dieses Werkstoffes an. Patentanspruch 5 betrifft ein bevorzugtes Verfahren zur Verwendung des erfindungsgemäßen Werkstoffes.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß durch die Verwendung von kugelförmigen Teilchen relativ großen Durchmessern, d. h. eines Durchmessers von 20-150 µm, vorzugsweise von 35-150 µm, die Boridbildung in der Schicht auf eine dünne Oberflächenschicht mit Teilchen beschränkt werden kann und dort sehr gleichmäßig erfolgt, und daß ferner durch einen Anteil von 30 bis 80, vorzugsweise von 40 bis 60 Gewichtsprozent des Zusatzwerkstoffes im Gemisch äußerst gute Verschleiß- und Gleiteigenschaften erzielbar sind.

Die beigefügte Figur zeigt das Schleifbild einer erfindungsgemäßen Schutzschicht, die aus sphäroidalen Molybdän- Teilchen 1 mit einer Korngröße von 44-88 µm in einer Matrixlegierung 2 aus, in Gewichtsprozent, 1,5 B, 2,4 Si, 2 Fe, 12 Cr, Rest Ni besteht. Am Umfang der Molybdän-Teilchen ist eine dünne Molybdänboridschicht 3 erkennbar.

Das Matrixlegierungspulver hatte eine Korngröße im Bereich von 20-125 µm und der Anteil der Molybdän-Teilchen betrug 30 Gewichtsprozent des Gemisches.

Die Schicht wurde nach dem unter dem Markennamen "EUTALLOY- Verfahren" der Firma Castolin S.A. bekannten Flammspritzverfahren in einer Lage von 3 mm Dicke mit gleichzeitigem Einschmelzen auf einen Grundkörper aus Stahl von Typ CrMo4 aufgebracht. Es zeigte sich, daß die Schicht gegenüber Gleitreibung bis zu einem Druck von 49,05 N/mm² einsetzbar ist, während bei üblichen Schutzschichten ähnlicher Art bereits bei 9,81 N/mm² Reibungsdruck ein Ausbrechen der Molybdän-Teilchen erfolgt.

Es hat sich gezeigt, daß beim Flammspritzen mit gleichzeitigem Einschmelzen besonders gute Ergebnisse erzielt werden, da die Kontaktzeit der Zusatzwerkstoffteilchen in der geschmolzenen Matrixlegierung dabei vergleichsweise kurz ist, wodurch eine sehr schwache und gleichmäßige Diffusion des Bors an der Oberfläche der Teilchen mit Ausbildung von Borid-Phasen entsteht. Bei einem nachträglichen Einschmelzvorgang ist diese Kontaktzeit wesentlich länger, während bei einer durch Plasmaspritzen oder Flammspritzen ohne Einschmelzen erzeugten Schicht eine weniger gute metallische Verbindung derselben mit dem Grundmaterial sowie zwischen der Matrixlegierung und den eingelagerten Zusatzwerkstoffteilchen zustande kommt.

Molybdän ist der ideale Zusatzwerkstoff für Schichten, von denen gute Gleiteigenschaften gefordert werden.

Als Matrixlegierungen werden vorzugsweise Legierungen folgender Zusammensetzungen, in Gewichtsprozent, verwendet:

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß die Erfindung es ermöglicht, eine Schicht mit sehr guten Gleiteigenschaften und gleichzeitig sehr hoher Verschleißfestigkeit auf metallischen Substraten zu erzeugen, insbesondere auf Maschinenteilen, die starker Gleitreibungsbeanspruchung im Kontakt mit metallischen Gegenkörpern ausgesetzt sind, wodurch die Standzeit dieser Teile wesentlich erhöht werden kann.

Claims (5)

1. Flammspritzwerkstoff zur Erzeugung verschleißfester Schichten, in Form eines Gemisches einer pulverförmigen borhaltigen Matrixlegierung mit einem Schmelzpunkt unterhalb 1000°C, mit Teilchen eines metallischen Zusatzwerkstoffes mit einem Schmelzpunkt oberhalb 1500°C, bei dem diese Teilchen im Korngrößenbereich von 20-150 µm liegen und der Anteil des Zusatzwerkstoffes 30- 80 Gewichtsprozent des Gemisches beträgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen des Zusatzwerkstoffes kugelförmige Molybdänteilchen sind, die so geartet sind, daß sie ihre Kugelform auch in einer mit diesem Werkstoff durch Flammspritzen hergestellten Schicht beibehalten.

2. Flammspritzwerkstoff nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des Zusatzwerkstoffes 40 bis 60 Gewichtsprozent des Gemisches beträgt.

3. Flammspritzwerkstoff nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrixlegierung folgende Zusammensetzung, in Gewichtsprozent, aufweist: 1-4 B
1,5-5 Si
0-10 Fe
0-20 Cr
0-10 W und/oder Mo
0-5 Cu
Rest Ni.

4. Flammspritzwerkstoff nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrixlegierung folgende Zusammensetzung, in Gewichtsprozent, aufweist:  0,5-3,5 B
 0,5-4,5 Si
 0-5 Fe
 5-30 Cr
 0-12 W und/oder Mo
30-40 Ni
Rest Co.

5. Verwendung von Flammspritzwerkstoffen nach einem der vorhergehenden Patentansprüche zur Herstellung einer gegenüber Metall-Metall-Gleitreibungsbeanspruchung beständigen Schutzschicht auf einem metallischen Substrat, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht durch Flammspritzen des Werkstoffes mit gleichzeitigem Einschmelzen auf das Substrat aufgebracht wird.