DE3822802A1 - Verfahren zum verbessern der haftung verschleissfester schichten an werkzeugen - Google Patents

Verfahren zum verbessern der haftung verschleissfester schichten an werkzeugen

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Behandeln von verschleißfesten Schichten an Werkzeugen oder Vorrichtungen, insbesondere an hochbelasteten Werkzeugen, wie Lochdornen und dergl., wobei die verschleißfesten Schichten durch Tauchbeschichtung aufgebracht werden und vorzugsweise Hartmetallteilchen enthalten.
Das Aufbringen von verschleißfesten Schichten auf Werkzeugen ist aus der europäischen Patentanmeldung 01 08 877 bekannt. Es hat sich auch in vielen Anwendungsfällen bewährt.
Es ist weiterhin bekannt (DE-OS 30 48 691 A1) Lochdorne zur Verwendung in Stopfen- und Streckwalzwerken mit einer Eisenoxydschicht zu bewehren, die durch Flammspritzen aufgetragen wird. Dabei ist jedoch nicht hinreichend sichergestellt, daß die Oxyde an dem metallischen Grundwerkzeug ausreichend haften und sich gegenseitig vermischen bzw. zusammenschmelzen. Lochdorne, die mit dieser Eisenoxydschicht versehen sind, befriedigen nicht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, Werkzeuge, insbesondere Lochdorne zur Verfügung zu stellen, die auch bei den verlangten hohen Temperaturen, Drücken und Kräften befriedigen. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die nach dem Tauchverfahren mit einer verschleißfesten Schicht versehenen Werkzeuge weiterhin einer Oxydationsbehandlung unterzogen werden. Diese Oxydationsnachbehandlung erfolgt vorzugsweise in einem Ofen bei Atmosphärenluft und Temperaturen von 800 bis 1050°C. Die Oxydationsnachbehandlung kann aber auch in einem Ofen mit Wasserdampf- und Kohlenmonoxydatmosphäre bei Temperaturen von 800 bis 950°C erfolgen.
Durch die Oxydation des Beschichtungsmaterials erhält man eine Oxydschicht, die in überraschender Weise eine innige Verzahnung mit dem Beschichtungsmaterial eingeht und daher besonders fest haftet und sehr wirksam ist. Außerdem ist sowohl die metallische Schicht des Schmelzmaterials als auch die oxydische Schicht porenfrei.
Die Schmelze, in die die Werkzeuge getaucht werden, besteht aus einer Nickel- oder Eisenbasislegierung. Dieser Legierung wird vorzugsweise Titan und/oder Aluminium bzw. ähnliche Zusatzstoffe bis zu 7 Gewichtsprozent zugegeben. Weiterhin enthält gemäß Anspruch 5 das Schmelzbad Chrom bis zu 25 Gewichtsprozent. Die Zugabe von Titan, Aluminium oder ähnlichen Zusatzstoffen sowie der hohe Chromgehalt verbessern die Oxydation bzw. die Beschichtung der Nickel- bzw. Eisenbasislegierung. Eine bevorzugte Schmelzbadzusammensetzung hat
Ti
2 bis 7 Gew.-%
Al 2 bis 7 Gew.-%
Zr 2 bis 5 Gew.-%
W 2 bis 8 Gew.-%
Fe 2 bis 8 Gew.-%
B 2 bis 4 Gew.-%
Si 2 bis 4 Gew.-%
Rest Ni
Besonders vorteilhaft ist eine Schicht-Schmelzbad-Zusammensetzung, bei der zusätzlich Chrom in der Größenordnung von 2 bis 25 Gew.-% zugegeben wird, und der Nickelgehalt entsprechend verringert ist.
Beim Oxydationsvorgang nehmen die Ausscheidungen wie CrB, Cr₂B₅ und Cr₂B₃ sowie das Basismaterial unterschiedliche Sauerstoffmengen auf, so daß der Oxydationsgrad von einzelnen Kristallen und Restmaterial unterschiedlich ist. Die auf die erfinderische Weise erzeugte Oxydschicht besteht aus zwei Lagen, wobei die äußere Lage einen höheren Oxydationsgrad aufweist als die innere Lage. Dadurch entsteht eine intensiv miteinander verbundene Metalloxydschicht, die fließende Übergänge von dem metallischen Schmelzmaterial bis zur Oxydschicht aufweist. Selbst wenn die äußere Oxydschicht abgerieben bzw. abgenutzt wird, bildet sich während des Einsatzes der Werkzeuge, z. B. des Lochdorns, bei höheren Temperaturen eine neue, aus der inneren Oxydschicht stammende Oxydschicht mit höherem Oxydationsgrad aus, so daß eine sehr lange Haltbarkeit des Werkzeuges gewährleistet ist.
Weiterhin wurde festgestellt, daß die Oxydschicht eine sehr gute Temperaturisolierung und sehr hohe Verschleißfestigkeit aufweist.
Daher sind die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelten Werkzeuge bevorzugt bei höheren Temperaturen und Drücken bzw. Kräften einsetzbar, z. B. auch im Feuerungsbereich von Kohlekraftwerken oder bei Hochöfen als Abstiegswerkzeuge.
Da die Zugabe von Aluminium, Titan und ähnlichen Zusatzstoffen den Oxydationsvorgang verbessert, kann die Oxydationsnachbehandlung bei Atmosphärenluft auf 30 bis 60 Minuten verkürzt werden.
Bei einer Ofenatmosphäre, die Wasserdampf und Kohlenmonoxyd enthält, kann je nach Kohlenmonoxydgehalt die Behandlungszeit auf 15 Minuten bis 3 Stunden in vorteilhafter Weise verkürzt werden.

Claims (9)

1. Verfahren zum Behandeln von verschleißfesten Schichten an Werkzeugen oder Vorrichtungen, insbesondere an hochbelasteten Werkzeugen, wie Lochdornen und dergl., wobei die verschleißfesten Schichten durch Tauchbeschichtung aufgebracht werden und vorzugsweise Hartmetallteilchen enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeuge zumindest im Bereich der Beschichtung einer Oxydationsnachbehandlung unterzogen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxydationsnachbehandlung in einem Ofen bei Atmosphärenluft und Temperaturen von 800 bis 1050°C erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxydationsnachbehandlung in einem Ofen mit Wasserdampf- und Kohlenmonoxyd-Atmosphäre sowie Temperaturen von 800 bis 950°C erfolgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem als Schicht-Schmelzbad eine Legierung auf Nickel- oder Eisenbasis verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß Titan und/oder Aluminium je bis 7 Gewichtsprozent zugegeben werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schicht-Schmelzbad bis zu 25 Gewichtsprozent Chrom zugegeben wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schicht-Schmelzbad die folgende Zusammensetzung aufweist: Titan 2 bis 7 Gew.-% Aluminium 2 bis 7 Gew.-% Zirkon 2 bis 5 Gew.-% Wolfram 2 bis 8 Gew.-% Eisen 2 bis 8 Gew.-% Bor 2 bis 4 Gew.-% Silicium 2 bis 4 Gew.-% Rest Nickel
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schicht-Schmelzbad die folgende Zusammensetzung aufweist: Titan 2 bis 7 Gew.-% Aluminium 2 bis 7 Gew.-% Zirkon 2 bis 5 Gew.-% Wolfram 2 bis 8 Gew.-% Eisen 2 bis 8 Gew.-% Bor 2 bis 4 Gew.-% Silicium 2 bis 4 Gew.-% Chrom 2 bis 25 Gew.-% Rest Nickel
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeit für die Oxydationsnachbehandlung bei Atmosphärenluft 30 bis 60 Minuten beträgt.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeit für die Oxydationsnachbehandlung bei Wasserstoff- und Kohlenmonoxyd-Atmosphäre je nach Kohlenmonoxyd-Gehalt 15 Minuten bis 3 Stunden beträgt.
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Citations (3)

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US4483720A (en) * 1981-11-27 1984-11-20 S R I International Process for applying thermal barrier coatings to metals
DE3390480T1 (de) * 1983-04-22 1985-04-18 Sri International, Menlo Park, Calif. Verfahren zum Aufbringen von Hitzeschutzüberzügen auf Metalle und damit erhaltenes Produkt
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