DE3418865A1 - PROTECTIVE COVER FOR SURFACE PROTECTION OF COMPONENTS MADE OF LIGHT METAL OR LIGHT METAL ALLOYS - Google Patents
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Description
34188S534188S5
Schutzüberzug zum Oberflächenschutz von Bauteilen aus Leichtmetall bzw. LeichtmetallegierungenProtective cover for the surface protection of components made of light metal or light metal alloys
Gegenstand der Erfindung ist ein Schutzüberzug für den Oberflächenschutz von Bauteilen aus Leichtmetall bzw. Leichtmetallegierungen, insbesondere zur Erhöhung der Funkensicherheit von Aluminium-Grubenstempeln, der durch Aufspritzen eines Pulvergemisches auf die Oberfläche des Bauteiles hergestellt wird.The invention relates to a protective coating for surface protection of components made of light metal or light metal alloys, in particular to increase the spark resistance of aluminum pit punches, which is produced by spraying a powder mixture onto the surface of the component.
Bekanntlich können im Ergebnis der mechanischen Wechselwirkung verschiedener Materialien Funken entstehen, und diese Funken können in einem explosionsfähigen Medium ein Zünden, d.h. eine Explosion herbeiführen. Dies ist im allgemeinen mit schwerwiegenden materiellen Schäden verbunden und führt häufig auch zu Verletzungen bzw. tödlichen Unfällen. Aus diesem Grunde bestehen für die an explosionsgefährdeten Arbeitsplätzen zur Verwendung gelangenden Materialien verschiedene Vorschriften. Diese Vorschriften gebieten die Verwendung sogenannter "funkensicherer Materialien".As is well known, various mechanical interactions can result Materials Sparks occur and these sparks can ignite, i.e. cause an explosion, in an explosive medium. This is generally associated with serious material damage and often also leads to injuries or fatalities Accidents. For this reason exist for those at risk of explosion Workplaces for the materials used various regulations. These regulations dictate its use so-called "spark-proof materials".
Funkensichere Materialien gibt es aber in Wirklichkeit nicht. Bei einer entsprechend intensiven Wechselwirkung kann durch den Zusammenstoß beliebiger Materialpaare ein zündfähiger Funken entstehen, über die "funkensicheren" Materialien kann lediglich soviel behauptet werden, daß bei ihrer Verwendung unter gewissen Umständen keine Funkenbildung zu erwarten ist. Dies hängt jedoch davon ab, in welchem Medium der entsprechende Werkstoff benutzt wird, mit welchen anderen Materialien er in Wechselwirkung treten kann, wie der Charakter dieser Wechselwirkung ist und wie groß die im Verlaufe der Wechselwirkung auftretenden Energien sind.In reality, there are no spark-proof materials. With a correspondingly intense interaction, the collision any material pairs an ignitable spark arise over The only thing that can be said about the "spark-proof" materials is that under certain circumstances sparking is not to be expected when they are used. However, this depends on the medium in which it is used the corresponding material is used, with which other materials it can interact, how the character of these Interaction is and how big the energies occurring in the course of the interaction are.
Ein charakteristisches Gebiet des Einsatzes von funkensicheren Materialien sind die Bergbaueinrichtungen. Bei der Herstellung von Grubenstempeln und sonstigen Bergbaueinrichtungen sind demzufolge Schutzmaßnahmen erforderlich, die das Entstehen mechanischer Zündfunken ausschließen.A characteristic area of the use of spark-proof materials are the mining facilities. In the manufacture of pit punches and other mining equipment are accordingly Protective measures are required to prevent mechanical ignition sparks exclude.
Die früher verwendeten stählernen Grubenstempel wurden als funken-The previously used steel pit punches were used as spark
sicherer als die Leichtmetallegierungen angesehen, da bei einer Berührung von Stahlwerkzeugen mit Stahl grubenstempel η die Gefahr einer Funkenbildung verhältnismäßig gering war. Bei einer Berührung von Aluminiumgrubenstempeln mit Stahlwerkzeugen ( in erster Linie rostigen Stahlwerkzeugen) ist jedoch erfahrungsgemäß die Gefahr einer Funkenbildung wesentlich größer. Dies ist der grundlegende Nachteil der aus Aluminium und Leichtmetall gefertigten Grubenstempel. Gleichzeitig ist jedoch das Gewicht aus Leichtmetall gefertigter Grubenstempel wesentlich geringer als das der aus Stahl gefertigten, und so ist der Einsatz ersterer in jeder Hinsicht einfachem leichter und wirtschaftlicher.considered safer than the light metal alloys because of contact of steel tools with steel pit punches η the risk of sparks was relatively low. When touching Aluminum pit punches with steel tools (primarily rusty Steel tools), however, experience has shown that the risk of spark formation is significantly greater. This is the fundamental disadvantage the pit stamp made of aluminum and light metal. At the same time, however, the weight is made of light metal pit punches much less than that made of steel, and so the use of the former is easier and easier in every respect more economical.
Zur Lösung dieses Problems wurden zahlreiche Versuche unternommen. Bekannt ist z.B. eine Ausführungsform, bei der die Aluminiumgruben-Stempel mit Kunststoff überzogen werden. Der Nachteil dieser Ausführungsform besteht darin, daß die Kunststoffschicht im Verlaufe der Beanspruchung verhältnismäßig schnell von der Oberfläche des Grubenstempels, insbesondere des inneren Stempels, abgerieben wird und so die dadurch erreichte Schutzwirkung ziemlich beschränkt ist.Numerous attempts have been made to solve this problem. For example, an embodiment is known in which the aluminum pit stamp be covered with plastic. The disadvantage of this embodiment is that the plastic layer in the course of Stress is rubbed off relatively quickly from the surface of the pit punch, in particular the inner punch, and so on the protective effect achieved in this way is rather limited.
Bekannt ist auch ein Ausführungsbeispiel (siehe z.B. die DE-PS 80 82 25), bei der die äußeren Stempel mit einem Gummiüberzug versehen sind. Bei dieser Ausführungsform besteht jedoch unverändert das Problem, daß die Innenstempel nicht mit einer Gummischicht versehen werden können, und auch bei diesem Überzug ähnliche Probleme wie bei den mit einer Kunststoffschicht überzogenen Grubenstempeln auftreten. Also known is an embodiment (see e.g. DE-PS 80 82 25) in which the outer stamp is provided with a rubber coating are. In this embodiment, however, there is still the problem that the inner punches are not provided with a rubber layer and problems similar to those of the pit punches covered with a plastic layer also occur with this coating.
Die HU-PS 176,097 offenbart eine Ausführungsform, bei der mindestens ein Teil der Grubenstempel mit einem funkensicheren und schlagfesten Mantel versehen ist. Der Mantel ist zweckdienlicherweise aus Stahl ausgebildet und seine Stärke beträgt 0,2-0,6 mm.The HU-PS 176,097 discloses an embodiment in which at least some of the pit punches are provided with a spark-proof and impact-resistant jacket. The jacket is expediently made of steel formed and its thickness is 0.2-0.6 mm.
Nachteil dieser Ausführungsform ist, daß das Auftragen des Mantels eine verhältnismäßig komplizierte Technologie erfordert und diese durch den Umstand weiter kompliziert wird, daß zwischen dem Mantel und dem Stempel zweckdienlicherweise eine Isolierung vorzusehen ist,The disadvantage of this embodiment is that the application of the jacket requires a relatively complex technology and this is further complicated by the fact that insulation is expediently to be provided between the jacket and the punch,
um so der Bildung von elektrischen Brücken vorzubeugen, die zu einer Korrosion führen. Aus diesen Gründen konnte sich auch diese Ausführungsform in der Praxis nicht durchsetzen.in order to prevent the formation of electrical bridges that lead to a Cause corrosion. For these reasons, this embodiment has not been able to establish itself in practice either.
Versuche wurden auch dahingehend vorgenommen, Leichtmetallstempel mit galvanischen, chemischen oder anodischen überzügen zu versehen, wobei jedoch diese zu weich und nicht dazu geeignet sind, unter Einwirkung der auftretenden Schlagenergien eine Funkenbildung zu verhindern. Attempts have also been made to use light metal stamps to provide galvanic, chemical or anodic coatings, however, these are too soft and not suitable for preventing the formation of sparks under the influence of the impact energies that occur.
Durch die Erfindung wird daher die Aufgabe gelöst, die Möglichkeit zu schaffen, aus Aluminium oder Leichtmetall gefertigte Grubenstempel oder andere Bauteile mit einer funkensicheren Schutzschicht zu versehen und so unter Einsatzbedingungen als funkensicher ansprechbare Konstruktionen zustandezubringen.The invention therefore solves the problem, the possibility to create pit punches made of aluminum or light metal or other components with a spark-proof protective layer and thus to create spark-proof, addressable constructions under operating conditions.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Schutzüberzug gelöst, der durch Metallspritzen auf die Werkstoffoberfläche aufgetragen werden kann und zu 55-75 % aus Hartmetall sowie von 25-35 % aus Bronze besteht, wobei seine Stärke zwischen 0,15 und 0,5 mm liegt.The object is achieved according to the invention with a protective coating that can be applied to the material surface by metal spraying and consists of 55-75% hard metal and 25-35 % bronze, with a thickness between 0.15 and 0.5 mm .
Das Hartmetall pulver enthält vorzugsweise 81-96 % Nickel und 4-19 % BSiFe. Das Bronzepulver besteht mit Vorteil aus 75-95 % Kupfer und 5-25 % Zinn. Die so gebildete Schutzschicht zeigt eine außerordentlich gute Haftung auf dem Grundmaterial, erfordert praktisch keine nachträgliche Bearbeitung und ist gegen mechanische Einwirkungen gut widerstandsfähig.The hard metal powder preferably contains 81-96 % nickel and 4-19% BSiFe. The bronze powder advantageously consists of 75-95% copper and 5-25 % tin. The protective layer formed in this way shows extremely good adhesion to the base material, requires practically no subsequent processing and is highly resistant to mechanical effects.
Die Behandlung der Oberfläche von Bauteilen durch Metallspritzen ist seit langem bekannt und hierfür wurden bereits die unterschiedlichsten Gemische verwendet. Nach der DE-PS 24 25 358 wird z.B. eine aus Aluminium-Bronze, Phosphor-Bronze, rostfreiem Stahl oder einer Nickel-Kupfer-Legierung bestehende Schicht auf die Oberfläehe von Kolben aufgetragen, um deren Verschleißfestigkeit zu erhöhen und eine entsprechende Lagerung für die Kolbenringe sicherzustellen.The treatment of the surface of components by metal spraying has been known for a long time and a wide variety of methods have already been used for this purpose Mixtures used. According to DE-PS 24 25 358, for example, one made of aluminum bronze, phosphor bronze, stainless steel or a nickel-copper alloy layer on the surface applied by pistons to increase their wear resistance and to ensure appropriate storage for the piston rings.
Nach der GB-PS 1 403 639 wird die Oberfläche von Bauteilen mit einer zinkhaltigen Legierung geschützt. Die Oberflächenschutzschicht wird durch Metallspritzen aufgetragen.According to GB-PS 1 403 639, the surface of components with a zinc-containing alloy protected. The surface protection layer is applied by metal spraying.
Aus der GB-PS 1 460 285 ist ein Verfahren bekannt, wonach Nickel oder Kobaltlegierungen als Schutzüberzug auf die Oberfläche von Aluminiumbauteilen aufgetragen werden.From GB-PS 1 460 285 a method is known according to which nickel or cobalt alloys are used as a protective coating on the surface of aluminum components be applied.
All diese Lösungen eignen sich jedoch nicht zur Herstellung funkensicherer Oberflächen (die beschriebenen Verfahren gelangen auch nicht auf diesem Gebiet zur Verwendung), da die Hartmetall pulver an sich eine ziemlich grobe Oberfläche ergeben, die nur nach einer nachträglichen Bearbeitung verwendet werden kann. Im Verlaufe der Bearbeitung werden jedoch Einschlüsse freigelegt und diese beeinträchtigen !5 die Homogenität der Oberfläche in weitgehendem Maße.However, none of these solutions are suitable for making spark-proof Surfaces (the methods described are also not used in this area), since the hard metal powder itself result in a fairly rough surface that can only be used after subsequent processing. In the course of processing however, inclusions are exposed and these impair the homogeneity of the surface to a large extent.
Kupfer- bzw. Bronze-Pulver ergeben zwar eine hochwertige zusammenhängende Oberflächenschicht und auch eine nachträgliche Bearbeitung ist nicht erforderlich; ihre Festigkeitseigenschaften sind jedoch ähnlich wie bei den galvanischen überzügen unzufriedenstellend.Copper or bronze powder results in a high quality cohesive Surface layer and also a subsequent processing is not mandatory; however, their strength properties are similar as with the galvanic coatings, unsatisfactory.
Grundlage der Erfindung ist die Erkenntnis, daß bei einer gemeinsamen Verwendung von Hartmetall pulver und Bronzepulver in entsprechender Zusammensetzung als Schutzüberzug eine Schicht erzielt werden kann, die eine gute Haftung und eine vorzügliche mechanische Festigkeit aufweist und deren Oberflächengüte ohne nachträgliche Bearbeitung' entsprechend ist. Diese Eigenschaften werden dadurch erreicht, daß die Bronzekomponente eine gut haftende und verhältnismäßig weiche Grundschicht bildet und die eine hohe Härte aufweisende Hartmetall -The basis of the invention is the knowledge that with a common Use of hard metal powder and bronze powder in the same way Composition as a protective coating a layer can be achieved that has good adhesion and excellent mechanical strength and their surface quality without subsequent processing ' is accordingly. These properties are achieved in that the bronze component is a good adhesive and relatively soft The base layer and the hard metal -
komponente sich in dieser Grundschicht verteilt. Auf diese Weise können sämtliche zur Bildung einer entsprechende Qualität aufweisenden Überzugsschicht erforderlichen Eigenschaften gleichzeitig sichergestellt werden.component is distributed in this base layer. That way you can all properties required for the formation of a corresponding quality coating layer are ensured at the same time will.
Die weiteren Einzelheiten der Erfindung werden anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben. The further details of the invention are described on the basis of exemplary embodiments.
Mit dem erfindungsgemäßen Schutzüberzug wurden die ausschiebbaren inneren Stützen von hydraulischen Aluminium-Grubenstempeln versehen. Im Verlaufe der Untersuchungen wurden vier verschiedene Zusammensetzungen benutzt; diese waren folgende:The sliding inner supports of hydraulic aluminum pit rams were provided with the protective coating according to the invention. In the course of the investigation, four different compositions were found used; these were the following:
1010
Erfindungsgemäße ZusammensetzungComposition according to the invention
Die die in Tabelle 1 dargestellte Zusammensetzung aufweisenden Pulver wurden auf die durch Sandstrahlung gereinigten Oberflächen der Einzelteile auf bekannte Weise mittels einer Plasmastrahlanlage aufgetragen. Die Stärke der aufgetragenen Schichten war folgende:The powders having the composition shown in Table 1 were applied in a known manner by means of a plasma jet system to the surfaces of the individual parts that had been cleaned by sandblasting. The thickness of the applied layers was as follows:
2525th
ProbenbezeichnungSample designation
Stärke der Oberzugsschicht (mm)Thickness of the top layer (mm)
3030th
I. II. III. IV.I. II. III. IV.
0,3 0,2 0,3 0,40.3 0.2 0.3 0.4
Die erhaltenen Werkstücke bzw. die aus diesen gefertigten Proben wurden Funkenprüfungen und mechanischen Prüfungen unterzogen. Die Funkenprüfungen wurden wie folgt durchgeführt:The workpieces obtained or the samples made from them were subjected to spark tests and mechanical tests. the Spark tests were carried out as follows:
Aus den Proben wurden einen Innendurchmesser von 112 mm, einen Außendurchmesser von 138 mm und eine Höhe von 15 mm aufweisende Ringe hergestellt und diese an 20 kg-Fallgewichten befestigt. Die Fanprüfungen wurden in einer FaI!kammer vorgenommen, die eine aus 5 mm starkem Stahlblech gefertigte, mit Winkelstahl versteifte und durch Gas auffüllbare Kammer war.The samples became an inner diameter of 112 mm, an outer diameter rings with a height of 138 mm and a height of 15 mm and attached to 20 kg drop weights. The fan tests were made in a faI! chamber made of 5 mm thick Made of sheet steel, stiffened with angle steel and fillable by gas Chamber was.
Das Fallgewicht wurde durch ein Fallrohr auf den Ziel körper gebracht. Die Höhe des Fallrohres betrug 3 mm, der Zielkörper war ein 40 mm starkes, korrodiertes Stahlblech. Dieses Stahlblech war so an einem Stahlbetonblock befestigt, daß es mit der Horizontalen einen Winkel von 60° einschloß.The falling weight was brought to the target body through a downpipe. The height of the downpipe was 3 mm, the target body was a 40 mm thick, corroded sheet steel. This sheet steel was like that on one Reinforced concrete block attached so that it formed an angle of 60 ° with the horizontal.
Die Kammer wurde vor der Prüfung mit explosionsfähigem CH»-Luftgemisch aufgefüllt. Hiernach wurde die Probe mit dem Fallgewicht auf den Zielkörper fallengelassen. Die Fallenergie betrug 60 kgm. Das Ergebnis der Prüfungen ist in der Tabelle 3 zusammengefaßt.Before the test, the chamber was filled with an explosive CH »air mixture filled up. The sample was then dropped onto the target body with the falling weight. The fall energy was 60 kgm. The result of the tests is summarized in Table 3.
Tabelle 3
20 Table 3
20th
Probenbezeich- CH,-6ehalt Zahl der FaI!proben Zahl der nung % ExplosionenSample designation, content, number of samples, number of samples % explosions
Π.
III.
IV.Π.
III.
IV.
Aus den Untersuchungen ist zu ersehen, daß der erfindungsgemäße Schutzüberzug unter den gegebenen Umständen als vollkommen funkensicher angesehen werden kann. Aus den Untersuchungen geht weiterhin hervor, daß bei der Verwendung eines Überzuges mit einer von der angegebenen abweichenden Zusammensetzung die Funkensicherheit verloren geht. Die Ursache dafür ist, daß im Falle eines eine zu große Menge Hartmetall pulver enthaltenden Überzuges die Sprödigkeit der Überzugsschicht zu hoch ist und bei einem zu viel Bronzepulver enthaltenden überzug die Festigkeit der Überzugsschicht das erforderliche Maß überschreitet.From the investigations it can be seen that the protective coating according to the invention is completely spark-proof under the given circumstances can be viewed. The investigations also show that when using a coating with one of the specified deviating composition the spark protection is lost. The reason for this is that in the case of one too large Amount of hard metal powder-containing coating reduces the brittleness of the The coating layer is too high and, if the coating contains too much bronze powder, the strength of the coating layer is the required Exceeds dimension.
An den vorgestellten Proben wurden auch Belastungsprüfungen durchgeführt. In ihrem Verlaufe wurden 90 mm Durchmesser aufweisende Rohrstücke in axialer Richtung mit 60 to belastet. Infolge der Belastung kam es zu einer "Ausbauchung" der Rohrstücke, wobei ihr max. Durchmesser auf 101 mm anstieg. Der die erfindungsgemäße Zusammensetzung aufweisende Schutzüberzug bestand die Belastungsprobe vollständig erfolgreich, und auch der den verhältnismäßig großen Bronzegehalt aufweisende überzug zeigte eine zufriedenstellende Haftung. Bei dem einen zu hohen Hartmetallgehalt aufweisenden überzug kam es im Verlaufe der Prüfung zu Rißbildungen. Aus den vorgestellten Beispielen ist klar zu ersehen, daß der erfindungsgemäße Schutzüberzug im Gegensatz zu den bisher erprobten ähnlichen überzügen sowohl hinsichtlich der Funkensicherheit als auch hinsichtlich der mechanischen Belastbarkeit den Anforderungen entspricht.Stress tests were also carried out on the samples presented. In its course, pipe sections with a diameter of 90 mm were loaded with 60 tons in the axial direction. As a result of the load there was a "bulging" of the pipe sections, with their maximum diameter increasing to 101 mm. The composition according to the invention exhibiting protective coating passed the stress test completely successful, and the coating, which has the relatively high bronze content, also showed satisfactory adhesion. In which a coating with too high a hard metal content occurred in the course of the process the test for crack formation. From the examples presented it can be clearly seen that the protective coating according to the invention in contrast to the similar coatings that have been tried and tested so far, both in terms of spark resistance and mechanical strength meets the requirements.
Natürlich kann diese Überzugsschicht nicht nur als Schutzüberzug für Grubenstempel dienen, obwohl in den vorgestellten Beispielen die Prüfungen von Grubenstempeln beschrieben wurden und das überziehen von Grubenstempeln mit der Überzugsschicht das bevorzugte Anwendungsgebiet der Erfindung darstellt. Offensichtlich können mehrere ähnliche überzüge auch auf anderen Gebieten mit gutem Erfolg zum Einsatz gelangen.Of course, this coating layer can not only serve as a protective coating for pit punches, although in the examples presented the tests of pit punches have been described and the coating of pit punches with the coating layer is preferred Represents the field of application of the invention. Obviously you can several similar coatings in other areas with good results come into use.
Die Erfindung ist nicht auf den Schutzüberzug als solchen beschränkt. 2^ Vielmehr betrifft die Erfindung auch einen Grubenstempel aus Leichtmetall oder Leichtmetallegierungen, besonders Aluminium oder Aluminiumlegierungen, der insbesondere an seinem Innenstempel oder an allen seiner Stempelteile mit einem erfindungsgemäßen Schutzüberzug versehenThe invention is not limited to the protective coating as such. 2 ^ Rather, the invention also relates to a mine of light metal or light metal alloys, particularly aluminum or aluminum alloys, which is provided in particular at its inner punch or stamp on all its parts according to the invention with a protective coating
ist.
30is.
30th
Claims (3)
Applications Claiming Priority (1)
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