DE3249505T1

DE3249505T1 - Verfahren zur Herstellung abnützungsbeständiger Teile auf Eisenbasis

Info

Publication number: DE3249505T1
Application number: DE19823249505
Authority: DE
Inventors: Vemulapalli Durga Nageswar Bloomfield Township Mich. Rao
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1982-06-10
Filing date: 1982-06-10
Publication date: 1984-06-14
Also published as: GB2133043B; GB2133043A; DE3249505C2; WO1983004382A1; GB8402900D0

Description

DR. A. KÖHL£R:_. MVSCHROEDER PATENTANWÄLTE PROFESSIONAL REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OPPICB

TELEFON: (080)2714742 G)

■■■■■&■■■■■■■■■ * MÖNCHEN 40

TELEGRAMME: CARBOPAT MÖNCHEN FRANZ-JO8EPH-8TRA88E 48

US1316D - KO/Ne

FORD-WERKE AG;
Köln

Verfahren zur Herstellung abnützungsbeständiger Teile auf

Eisenbasis

Hintergrund der Erfindung und Angaben über den Stand der Technik

Kipphebel, Ventile für Buchsen und andere Teile mit hoher Abnützung für Motoren sind typischerweise aus einem festen Material gefertigt und im Fall von Kipphebeln bestanden sie üblicherweise aus Gußstücken, die Gußeisen umfassen. Diese Eisenteile erforderten eine kostspielige Nachbehand^ng wie eine Glühofenerhitzung, um die Abnützungseigenschaften zu verbessern. In der Hoffnung auf eine Verringerung der Kosten und des Gewichtes wurden andere Materialien anstelle der festen Gußstücke eingesetzt, beispielsweise Blechmetallstanzstücke. Die Ersatzmaterialien zeigten jedoch eine schlechte Abnützung zusammen mit einer niedrigen Festigkeit und einer niedrigen Dauerhaftigkeit. Falls Aluminium anstelle der Eisengußstücke eingesetzt wurde, mußten spezielle Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden, um die Menge der Legierungsbestan.dteile, wie Silicium, und den Zusatz von Gleitsubstanzen, wie Zinn und Blei, zu steuern, um ein vernünftiges Ausmaß

der Abnützungsbeständigkeit zu erhalten (wozu auf die US-PS 4 147 074 verwiesen wird).

In den letzten Jähren wandten sich die Fahrzeughersteller den Pulvermetallteilen mit der Hoffnung einer Verringerung der Bearbeitungskosten zu, waren jedoch nicht fähig/ mit derartigen Teilen eine hohe Abnützungsbeständigkeit zu erzielen. Sie ordneten somit Pulvermetall für Anwendungsgebiete von niedriger bis mäßiger Abnützung bsi . Für in kritischen Anwendungsgebieten einzusetzende Pulvermetallteiler wie in Ventilsitzen, bestand das Pulvermetall aus einem Material mit hohem Legierungsgehalt und die Teilchen wur^ den in üblicher Weise agglomeriert (wozu auf die US-PS | 4 062 678 und 4 035 159 verwiesen wird). Jedes dieser Patente versagt jedoch, wenn eine überlegene Oberflächenabnützungsbeständigkeit gezeigt werden soll, wie es heutzutage bei kritischen Motoranwendungen erforderlich ist.

Bisher wurden überzüge auf Pulvermetallteile aufgetragen, um die Oberflächenbedingungen zu verbessern, jedoch umfaßt in jedem Fall das Verfahren mehrfache Sinterungsstufen mit zwischengeschalteten Überzugsstufen, wobei die überzüge nicht von besonders niedrigen Reibungseigenschaften sind und typischerweise vom Verschmierungstyp waren, wie er durch die Gruppe unter Einschluß von Kupfer, Zinn, Zink und Blei charakterisiert ist (wozu auf die US-PS 3 684 498 und 2 299 192 verwiesen wird). Auf verwandten Fachgebieten angewandte Verfahren zur Auftragung von überzügen auf pulverförmige Metallteile umfassen die Plasmaaufsprühung einer geschmolzenen Legierung,um eine Haftung durch eine Schlag- und Hochtemperaturbindung zu erhalten. Dieses Aufsprühen wurde üblicherweise auf festen fertigen Teilen durchgeführt, um eine geeignete Bindung zu erhalten. Der Nachteil der Plasmasprühung sind höhe Kosten und die Notwendigkeit eines Nachschleifarbeitsganges. Ein anderes Verfahren gießt an Ort und Stelle als Äquivalent zu einem überzug um einen gewünschten Teil, -i

Leider besitzen diese an Ort und Stelle gegossenen überzüge nicht die notwendigerweise aufrechterhaltene erfolgreiche Haftung im Betrieb und zeigen den Fehler einer Entschichtung. Darüber hinaus zeigen diese Überzüge eine unterschiedliche Schrumpfung gegenüber dem Hauptkörper des Gußstückes.

Zusammenfassung der Erfindung ■ ' V

Die Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines abnützungsbeständigen Teiles auf Eisenbasis dar, indem (a) ein einheitliches Gemisch aus einem Pulver auf Eisenbasis und Bindermaterial zu einem kompakten Formteil geformt wird, (b) dieser kompakte Formteil zur Entfernung des Bindermaterials und zur teilweisen Sinterung des Gemisches zu einer Festigkeit von etwa 70 bis 5650 kg/cm (1000 bis 8000 psi) erhitzt wird, wobei eine Porosität von 20 bis hO % zumindest entlang des äußeren Bereiches des Teiles beibehalten wird, (c) eine fließfähige Suspension von abnützungsbeständigen Pulverteilchen zumindest auf eine ausgewählte Oberflächenzone des teilweise gesinterten Formteiles abgeschieden wird und diese Teilchen diese Zone überziehen und den Oberflächenbereich der Zone durch die aufgrund der Porosität ermöglichte Absorption durchdringt und (d) der überzogene Formteil zur Entfernung des Fließmittels, zur Bindung der Teilchen mit dem Formteil und zum Zusammenschmelzen des Pulvers und der Teilchen zur Bildung des Teiles erhitzt wird.

Vorzugsweise kann die Stufe (a) mit einem oder mehreren der folgenden Merkmale durchgeführt werden: Durch Vermischen des eisenhaltigen Pulvers und des Bindermateriais in einem Verhältnis von 70/30 Gew.%, mechanisches Vermischen des PuI-vers und eines thermoplastischen Binders während 15 bis 30 Minuten bei einer Temperatur von 150 bis 175⁰C (300 bis 350 ⁰F), durch Formung des Gemisches zu Pellets, durch Bildung des eisenhaltigen Pulvers aus dem Stahl SAE 52100,

durch Steuerung der Teilchengröße des Gemisches auf eine Volumenfraktion von mindestens 35 %, die kleiner als 0,044 mm (-325 mesh) ist und insbesondere Steuerung der Teilchenverteilung des Gemisches auf praktisch 3 bis 5 % mit einer Größe von 0,10 mm (+150), 20 bis 30 % größer als 0>062 ^ämm (+230), 15 bis 25 % mit kleiner als 0,062 und größer als 0,053, 15 bis 20 % mit größer als 0,053 bis 0,044 mm (+270 bis 325) und 35 % mit kleiner als 0,044 mm (-325 mesh).

Vorzugsweise kann die Stufe (b) durchgeführt werden, indem auf den Bereich von 926 bis 1177 ⁰C (1700 bis 2150 ⁰F) ' während 10 bis 30 Minuten erhitzt wird, eine Stickstoffatmosphäre angewandt wird und das Aufheizen anteilsweise gesteuert wird, vorzugsweise von Raumtemperatur bis 150 ^eC (300 ⁰F) in 1 Stunde, 150 bis 232 ⁰C (300 bis 450 ⁹F) in 1 Stunden- 232 bis 1165 ⁰C (450 bis 1950 ⁰F) in 2 Stunden und 1065 bis 1177 ⁰C (1950 bis 2150 ⁰F) in einer 1/4 Stunde.

Vorzugsweise kann die Stufe (c) ausgeführt werden, indem Teilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von weniger als 10 um aus einem Material mit einer Härte von RC-55, einem thermischen Expansionsfehler von weniger als 4 χ 10~⁶ 2,5 cm/2,5 cm/0,6 ⁰C (4 χ 1θ"⁶ in/in/°F) mit Stahl ; und einem Reibungskoeffizienten von wenige.r als 0,1 gegen

gewählt werden/ geöltes Gußeisen oder gehärteten Stahl/. Vorteilharterweise werden die Teilchen aus der Gruppe von Gr₉O-, Al„O_. und SiC gewählt und umfassen ein Bindermaterial aus der Gruppe von Kobalt, Nickel oder äquivalenten Legierungsmaterialien.

Alternativ können die Teilchen vorteilhafterweise eine Legierung sein, die, auf das Gewicht bezogen, aus 45 bis 70 % Kobalt, 28 bis 48 % Mo, 2 bis 10 % Si und 0,5 bis 10 % Gr besteht. Die Teilchen können vorzugsweise als eine wäßrige Aufschlämmung aufgesprüht werden oder unter Anwendung einer derartigen Aufschlämmung eingetaucht werden. Der überzug kann aufgetragen werden, so daß sich eine abschließende Dicke von

ic

-i-

127 bis 510 μιη (5 bis 20 mil, 0,005 bis 0,020 inch) ergibt. Der überzug kann in Anteilen von 12,7 um (0,5 mil) aufgetragen werden, wobei der abschließende Anteil eine Dicke von etwa 510 um (0,020 inch) ergibt. Die Teilchen können hinsichtlich des Größe durch Kugelvermahlen mit Medien, die im wesentlichen entweder aus SiC oder chromhaltigem Stahl bestehen,zusammen mit 0,5 g Methylcellulose je 100 g der Teilchen in 100 ecm Wasser gesteuert werden.

Vorzugsweise kann die Stufe (d) durch rasches Erhitzen auf 1093 ⁰C (2000 ⁰F) und Halten während 15 bis 20 Minuten und anschließend auf 1177 ⁰C (2150 ⁰F) und Halten während 0,5 bis 1,0 Stunden ausgeführt werden. Es ist vorteilhaft, das Erhitzen in einer trockenen Wasserstoffatmosphäre (Taupunkt -56 ⁰C; -70 ⁰F) auszuführen und langsam den erhitzten Formteil auf Raumtemperatur in einem Zeitraum von 4 bis 10 Stunden abzukühlen.

Kurzbeschreibung der Zeichnung ,

Fig. 1 ist eine Ansicht eines Bruchschnittes eines Teiles eines Motors, der die Anwendung eines abnützungs beständigen Teiles auf Eisenbasis zeigt, welches nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist.

Beschreibung im einzelnen

Die Art des abnützungsbeständigen Teiles, für welches die Erfindung besonders geeignet ist, besteht aus einem Kipphebel 10. Der Hebel ist in der Fig. 1 als Teil einer Motorkopfanordnung 11 gezeigt, worin ein Ventil 12 zur Steuerung des Austritts der Abgase aus der Zylinderkammer 13 bestimmt ist. Der Kipphebel 10 wird zur übertragung der Drehbewegung von einer Nocke 14, welche von einer Welle 15 getragen wird, zu dem Ventilstengel 16 angewandt, der eine Hin- und Herbewegung innerhalb der Ventilführung 17 vornimmt. Der Arm

schwenkt um einen hydraulisch gepufferten Drehpunkt 18. Die Abnützungsoberflächen auf dem Hebel 10, der in bewegte Oberflächen eingreift/ umfassen die äußere Oberfläche 19 und die inneren Oberflächen 20 und 21. ' ■ ; ■ .

Zur Bildung derartiger abnützungsbeständiger Oberflächen auf dem Kipphebel durch ein billiges Verfahren, welches die Dauerhaftigkeit fördert, wird die folgende bevorzugte Verfahrensausführung angewandt. Das Verfahren unifaßt vier wesentliche Stufen: (a) Formung eines einheitlichen Gemisches eines Pulvers auf Eisenbasis und eines Bindermaterials zu einem kompakten Formteil, (b) Erhitzen dieses kompakten Formteils zur Entfernung des Bindermaterials und zur teil- ·, weisen Sinterung des Gemisches auf eine Festigkeit von etwa 70 bis 5650 kg/cm² (1000 bis 8000 psi), während eine Porosität von 20 bis 40 % zumindest entlang des äußeren Be- !■ reiches des Teiles aufrechterhalten wird, (c) Abscheidung einer fließfähigen Suspension aus abnützungsbeständigen Pulverteilchen zumindest auf einer ausgewählten Oberflächenzone des teilweise gesinterten Formteils, wobei die Teilchen diese Zone überziehen und den Oberflächenbereich dar Zone auf Grund der durch die Porosität ermöglichten Absorption durchdringen und (d) Erhitzen dieses überzogenen Formteils zur Entfernung dieses Fließmittels, zur Bindung der Teilchen an das Formteil und zum Zusammenschmelzen des Pulvers und der Teilchen unter Bildung des Teiles.

Im speziellen wird die erste Stufe zur Formung und Bildung eines kompaktierten Formteils vorzugsweise durch Vermischen eines Stahlpulvers mit SAE-Bezeichnung 52100 von einer Teilchengröße, die mindestens eine 35%-Volumenfraktion von kleiner als 0,044 μΐη (-325 mesh) hat, durchgeführt. Eine typische Siebanalyse eines derartigen Stahlpulvers besteht im allgemeinen aus 3 bis 5 % mit größer als 0,10 μΐη ( + 150 mesh), 20 bis 30 % mit 0,10 μπι bis 0,062 μΐη (-150 -230 mesh) , 15 bis 20 % mit 0,062 bis 0,053 μηι (-230 +270 mesh) ,15 bis 20 %

miu 0,053 bis 0,044 μπι (-270 +325 mesh) und mindestens 35 % mit kleiner als 0,044 μπι (-325 mesh). Das Stahlpulver ist mit einem Bindermaterial in einem Anteil vorzugsweise von 70/30 Gew.% vermischt. Der Binder kann vom organischen Typ sein, wie er spezifisch in der US-PS 4 158 689 aufgeführt ist, deren Lehre hier als Bezugnahme einverleibt ist.

Für Zwecke der bevorzugten Ausführungsform wird ein Binder verwendet, der im wesentlichen aus 50 Vol.% KRATON 1101, einem Blockpolymerem, welches ein thermoplastisches Elastomeres als Produkt der Shell Chemical Company darstellt, 16,7 % Styron 545, einem durch die Dow Chemical Company hergestellten Material, welches ein Blockpolymeres ist und zur Verbesserung der Festigkeit zugesetzt wird und 33,3 % Shellflex 371, einem von der Shell Chemical Company hergestellten Plastifizieren besteht.

Das Gemisch wird zur Konsistenz eines Teiges verarbeitet und pelletisiert. Die Verarbeitung kann in einem.Banbury-Mischer während 15 bis 30 Minuten bei einem Temperaturniveau von etwa 150 bis 158 ⁰C (300 bis 315 ⁰F) durchgeführt werden. DiePelletisierüng kann in einem üblichen Pelletisieren durchgeführt werden, worauf zu Schnitzel von etwa von 3,2 bis 6,4 mm (1/8 bis 1/4 inch) nach der Abkühlung zerschnitzelt wird. Das zerschnitzelte oder geschnitzelte Material wird dann zu Strängen von 3,2 mm (1/8 inch) Durchmesser extrudiert und zu Längen von 3,2 mm geschnitzelt. Dieser Arbeitsgang wird mindestens zweimal wiederholt, um eine einheitliche Vermischung sicherzustellen. Die Schnitzel mit 3,2 mm Durchmesser und 3,2 mm Länge (1/8 diameter x 1/8 inch) werden dann als Steinmaterial in die Form zur Beendigung des Formarbeitsganges eingeführt. Die Form ist so gestaltet, daß sie eine geeignete Toleranz zum Ausgleich für die Glühschrumpfung, rasches Erhitzen, Dampfentfernung und rascher Abkühlung zur Erleichterung des Auswurfes aus der Form ergibt.

Die zweite Stufe betreffend die teilweise Sinterung wird durchgeführt, indem auf 926 bis 1176,7 ⁰C in Stickstoffatmosphäre während 15 bis 30 Minuten erhitzt wird. Ein typischer Heiz- und Kühlkreislauf für diese Stufe umfaßt die folgenden Bestandteile: (a) Erhitzen von Raumtemperatur auf 150 ⁰C (300 ⁰F) in 1 Stunde, (b) Erhitzen von 150 ⁰C auf 232 ⁰C (300 bis 450 ⁰F) für 1 Stunde, (c) Erhitzen von 232 bis 1065 ⁰C (450 bis 1950 ⁰F) während 2 Stunden und (d) Erhitzen von 1065 ⁰C auf 1150 ⁰C während 15 Minuten.

Das geformte Material wird dann rasch auf Raumtemperatur abgekühlt. Die frühen Stufen dieses Kreislaufes bewirken die Entfernung des Bindermaterials und die letzte Stufe dient zur teilweisen Sinterung des geformten Formteils. Es ist wichtig, auszuführen, daß das Erhitzen dieser Stufe Sinterungstemperaturen von 980 bis 1077 ⁰C (1800 bis 2150 ⁰F) erreicht, daß jedoch der Formteil an derartige Temperaturen während eines Zeitraums, welcher kurz ist, d. h. 10 bis 30 Minuten und vorzugsweise 10 bis 20 Minuten, ausgesetzt ist. Somit wird lediglich eine teilweise Sinterung erzielt.

Alternativ kann das Bindermaterial in einem getrennten Heizarbeitsgang entfernt werden, falls dies vorteilhaft erscheint. In einem derartigen Fall wird die Entfernung erreicht, indem in Stickstoffatmosphäre auf etwa 8TS ⁰C (1500 ⁰F) erhitzt wird und während mindestens 1/2 Stunde bei dieser Temperatur gehalten wird, worauf rasch abgekühlt wird. In vielen Fällen verlieren jedoch die geformten Teile nach einem derartigen Binderentfernungsverfahren die ausreichende Festigkeit für die Handhabung. Dies ist in Fällen erlaubt, wo keine anschließende maschinelle Bearbeitung vor der vollständigen Sinterung erforderlich ist, wie zum ι Beispiel dem in Fig. 1 gezeigten Kipphebel 10.

Die dritte Stufe der Abscheidung der Teilchen wird yorzugsweise durchgeführt, indem eine verdünnte wäßrige Aufschläm-

raung, welche harte abnützungsbeständige Teilchen eines Materials mit einer Härte von mindestens RC-55, einem thermischen Expansionsanpassungsfehler von weniger als 4x10 2,5 cm/2,5 cm/0,6 ⁰C (4 χ 10~⁶ in/in/⁰F) mit Stahl und einem Reibungskoeffizienten von Weniger als 0,1 gegen

umfaßt,/ geöltes Gußeisen öder gehärteten Stahl/äurgesprüht wird.

Das Sprühen wird zur Sicherstellung einer bestimmten Dicke in dem überzogenen Oberflächenbereich ausgeführt, wobei eine Absorption erlaubt wird. Alternativ kann die Abscheidung durchgeführt werden, indem das Formstück in eine Aufschlämmung dieser Teilchen eingetaucht wird.

Die abnützungsbeständigen Teilchen können aus der Gruppe von Cr,0,, SiC, Ai₀O- gewählt werden und umfassen ein Bindermaterial (bis zu 10 Gew.%) aus der Gruppe von Kobalt, Nickel oder äquivalenten Lotmaterialien. Auch Siliciummetallpulver kann verwendet werden, erfordert jedoch kein Bindermaterial und die Sinterung wird in Stickstoff oder einem Gemisch aus Stickstoff und Wasserstoff durchgeführt.

Alternativ können die Teilchen aus einer Legierung bestehen, die im wesentlichen, auf das Gewicht bezogen, aus 45 bis 70 % Kobalt, 28 bis 48 % Molybdän, 2 bis 10 % Silicium und O,5 bis 10 % Chrom bestehen. Die abnützungsbeständigen Teilchen können eine durchschnittliche Teilchengröße von 10 um oder weniger oder günstigerweise 3 bis 5 um besitzen.

Die Teilchen des Überzuges können für die Auftragung durch Kugelvermahlen unter Anwendung von Siliciumcarbid oder chromhaltigen Stahl als Mahlmedien zusammen mit etwa 0,5 g Methylcellulose auf 100 g der Teilchen in 100 ecm Wasser hergestellt werden. Das Kugelvermahlen kann während etwa 15 bis 30 Minuten ausgeführt werden, um ein einheitliches Vermählen und Vermischen zu ergeben.

Der Überzug kann in Anteilen abgeschieden werden mit einem ersten Anteil von etwa12,7 um (0,5 mil) Dicke, worauf dann

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getrocknet wird und die anderen Anteile wiederholt aufgebracht werden, bis etwa eine Dicke im Bereich von etwa j 50 bis 510 μπι , vorzugsweise 127 bis 510 μπι (0,005 bis 0,02 inches) oder andere geeignete Dicke zur Anwendung erreicht ist. Im Fall der Kipphebel wurde eine Dicke von etwa 250 μπι (O,O10 inch) unter Anwendung von Legierungsteilchen für hohes Verhalten mit 5 Gew.% eines Nickel/Chrom-Lotbinders erhalten. Die durchschnittliche Teilchengröße dieser Aufschlämmung im frisch abgeschiedenen Zustand betrug etwa 8 μπι. Unter Anwendung der als Teil der Erfindung ausgewählten Materialien zeigten diese überzogenen Oberflächen sich von ausreichend glattem Aufbau nach der Trocknung in einem Ofen und sie besaßen eine ausreichende Festigkeit, um der Handhabungsreihenfolge, insbesondere während der anschließenden Sinterung, zuwiderstehen.

In der letzten Stufe wird die Sinterung der überzogenen Teilchen vorzugsweise in einer trockenen Wasserstoffatmosphäre (Taupunkt -56 ⁰C, -70 ⁰F) durch rasches Erhitzen auf 1095 ⁰C (2000 ⁰F) und Halten während 15 bis 20 Minuten, und anschließender Steigerung der Temperatur des Sinterungsofens auf 1177 ⁰C (2150 ⁹F) und Halten während mindestens einer halben Stunde, vorzugsweise etwa 1 Stunde, durchgeführt. Die gesinterten Formteile werden dann langsam auf Raumtemperatur während eines Zeitraums von etwa 4 bis 10 Stunden abgekühlt. Ein längerer Abkühlzeitraum ist erforderlich, insbesondere im Fall von Überzugsstärken, die 127 Jim (5 mil) übersteigen, um ein Abschülpen zu vermeiden. Für Teile mit einer Uberzugsdi.cke von weniger als 127 μπι (5 mil) kann die Abkühlfolge modifiziert werden, indem die Abkühlzeit auf 1 bis 2 Stunden verringert wird.

Als Älternativverfahren zur Ausführung der abschließenden Stufe kann der überzug in der Stufe (c) aus elementarem Siliciummetall bestehen und die Sinterungsstufe wird ausgeführt,

— κ-

um eine chemische Reaktion zwischen einer Stickstoffatmosphäre oder einem Gemisch aus Stickstoff und Wasserstoff und dem Siliciumüberzug auszubilden. Der Stickstoff darf typischerweise nicht weniger als 5 Vol.% in der Atmosphäre sein. Die Form wird rasch auf 1010 ⁰C (1850 ⁰F) während eines Zeitraums von etwa 2 1/2 Stunden erhitzt und dann allmählich von 1010 auf 1177 ⁰C während eines Zeitraums von etwa 2 Stunden erhitzt und bei dieser Temperatur während 1/2 Stunde gehalten, und dann langsam auf Raumtemperatur während eines Zeitraums von etwa 10 Stunden abgekühlt. Eine rasche Abkühlung ist zu vermeiden, um eine Rißbildung und ein Abschülpen des Überzuges zu verhindern.

Claims

DR. A. ΚθΗϊ-Ε:Ρέ M1SCHROEDER PATENTANWÄLTE PROFESSIONAL REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE TELEFON: (08Θ) 2714742 ^ ■■^■■■IHB β MÖNCHEN 40 TELEGRAMME: CARBOPAT MÖNCHEN FHANZ-JO8EPH-GTRA88E 48 US1316D - Ko/Ne FORD-WERKE AG Köln Verfahren zur Herstellung abnützungsbeständiger Teile auf Eisenbasis Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von abnützungsbeständigen Teilen auf Eisenbasis, dadurch g e k e η η ze i c h net, daß es die Stufen von:

(a) Formung eines einheitlichen Gemisches aus einem Pulver auf Eisenbasis und einem Bindermaterial zu einem kompakten Formteil,

(b) Erhitzen des kompakten Formteils zur Entfernung des ' Bindermaterials und zur teilweisen Sinterung des Gemisches zu einer Festigkeit von etwa 70 bis 5650 kg/cm² (1000 bis 8000 psi), während eine Porosität von 20 bis 40 % zumindest entlang des äußeren Bereiches des Teiles beibehalten wird,

(c) Abscheidung einer fließfähigen Suspension von abnützungsbeständigen Pulverteilchen auf mindestens eine ausgewählte Oberflächenzone des teilweise gesinterten Formteils, wobei die Teilchen diese Zone überziehen und

den Oberflächenbereich der Zone durch die auf Grund der Porosität ermöglichte Absorption durchdringen und (d) Erhitz.en des überzogenen Formteils zur Entfernung des Fließmittels, zur Bindung der Teilchen an das Formteil und zum Zusammenschmelzen von Pulver und Teilchen unter Bildung des Formteils.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeich net, daß in der Stufe (a) das Pulver auf Eisenbasis und der Binder in einem Verhältnis von etwa 70/30 Gew.% vermischt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge.kennzeich net, daß in der Stufe (a) das eisenhaltige Pulver aus Teilchen des Stahl SAE 52100 besteht.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Stufe (a) die Teilchengröße des Gemisches zumindest eine 35 %-Volumenfraktion besitzt, die kleiner als 0,044 μπι (-325 mesh) ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichne t , daß die Teilchengrößenverteilung des Gemisches im wesentlichen beträgt:

3 bis 5 % größer als O,10 um

20 bis 30 % 0,10 um bis 0,062 um

15 bis 25 % 0,062 bis 0,053 um

.15 bis 20 % 0,053 bis 0,044 um

35 % kleiner als 0,044 um.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e ken η ζ e i c h net, daß in der Stufe (a) die Einheitlichkeit des Gemisches durch mechanisches Vermischen des Pulvers und des thermoplastischen Bindermaterials während 15 bis

Z- \

30 Minuten bei einer Temperatur im Bereich von 150 bis 158 ⁰C (300 bis 350 ⁰F) erzielt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Stufe (a) das Gemisch zu Pellets vor seiner Formung zur Bildung des kompakten Formteils ge- i formt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Stufe (b) die Erhitzung im Bereich von 926 bis 1177 ⁰C (1700 bis 2150 ⁰F) während eines Zeitraums von 15 bis 30 Minuten durchgeführt: wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η ζ e i c h net, daß in der Stufe (b) das Erhitzen im Bereich von 926 bis 1177 ⁰C und in einer Stickstoffatmosphäre durchgeführt wird, wobei der gesamte Aufheizungszeitraum etwa 2 bis 6 Stunden beträgt.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Stufe (b) das Erhitzen in Teilbeträgen mit einer ersten Erhöhung von Raumtemperatur auf 150 ⁰C während etwa 1 Stunde, einer zweiten Erhöhung von 150 ⁰C auf 232 ⁰C während etwa 1 Stunde, einer dritten Erhöhung von 2 32 ⁰C auf 925 ⁰C während etwa 2 Stunden und einer letzten Erhöhung von 925 ⁰C auf 1177 ⁰C während etwa einer 1/4 Stunde ausgeführt wird, wobei die teilweise Sinterung während der letzten Erhöhung stattfindet und die Entfernung des Binders praktisch während der anderen : Erhöhungen erfolgt.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ eichnet, daß in der Stufe (c) die abnützungsbeständigen Pulverteilchen aus einem Material mit einem Härtewert von mindestens RC-55, einem thermischen Ausdehnungsanpassungsfehler von weniger als 4x10 2,5 cm/2,5 cm/O,6°C

(4 χ 10 in/in/°F) und einem Reibungskoeffizienten von weniger als 0,1 gegen geöltes Gußeisen oder gehärteten Stahl gewählt werden.

12. Verfahren nach Anspruch 1_f dadurch gekennzeichnet, daß in der Stufe (c) die Abscheidung durch Aufsprühen einer wäßrigen Aufschlämmung der abnützungs beständigen Teilchen auf die Zone durchgeführt wird.

13. , Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ e i c h ,. . ν net, daß in der Stufe (c) die Abscheidung durch Eintauchen des teilweise gesinterten Formteils in eine die abnützungsbeständigen Teilchen enthaltende Aufschlämmung durchgeführt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Stufe (c) die Abscheidung unter Bildung einer Überzugsdicke im Bereich von 50 bis 510 μΐη (2 bis 20 mils) durchgeführt wird.

15» Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ ei c h net, daß in der Stufe (c) die abnützungsbeständigen Teilchen aus der Gruppe von Cr₃O₃, Al₃O und SiC gewählt werden und ein aus der Gruppe von Kobalt, Nickel oder äquivalenten Lotmaterialien gewähltes Bindermaterial umfassen.

16. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e kenn ζ eic h net , daß .in der Stufe (c) die Abscheidung in aufeinanderfolgenden Anteilen ausgeführt wird, wobei der abschliessende Anteil eine Gesamtdicke von etwa 0,25 mm ergibt.

17i ,Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge k en η zeichnet, daß in Stufe (c) die abnützungsbeständigen Teilchen eine durchschnittliche Teilchengröße von ίθ μΐη oder weniger besitzen.

18. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gek. ehnzeichnet, daß in der Stufe (c) die abnützungsbeständigen Teilchen aus einer Legierung bestehen, die im wesentlichen, auf das Gewicht bezogen, 45 bis 70% Kobalt, 28 bis 48 % Molybdän, 2 bis 10 % Si und 0,5 bis 10 % Cr enthalten.

19. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Stufe (c) die abnützungsbeständigen Teilchen durch Kugelvermahlen mit Medien, die im wesentlichen entweder aus Siliciumcarbid oder chromhaltigem Stahl bestanden, zusammen mit 0,5 g Methylcellulose auf 100 g der Teilchen in 100 ecm Wasser hergestellt wurden.

20. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ e i c h η et, daß in der Stufe (d) die Erhitzung durch rasches Erhitzen auf 1093 ⁰C und Halten während 15 äs 30 Minuten und anschließende Steigerung auf eine Temperatur von 1150 ⁰C (2100 ⁰F) während etwa 1 Stunde durchgeführt wurde.

21. Verfahren nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß in der Stufe (d) das Erhitzen in einer trockenen Wasserstoffatmosphäre (Taupunkt -56 ⁰C; -70 ⁰F) durchgeführt wird.

22. Verfahren nach Anspruch 1, dAdurch gekennzeichnet, daß das erhaltene erhitzte überzogene Formteil der Stufe (d) langsam während eines Zeitraums von 4 bis 10 Stunden abgekühlt wird.