DE3889516T2 - Brennstoff-Oxidationsmittelmischung für die Detonationskanonen-Flammbeschichtung. - Google Patents
Brennstoff-Oxidationsmittelmischung für die Detonationskanonen-Flammbeschichtung.Info
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Brennstoff/Oxidationsmittel-Gemisch für einen Gebrauch mit einer Vorrichtung zum Flammplattieren unter Verwendung einer Detonationsanordnung, und sie betrifft die dadurch aufgebrachte Überzugsschicht. Genauer betrifft die Erfindung ein Brennstoff/Oxidationsmittel-Gemisch, das mindestens zwei brennbare Gase enthält, wie z.B. Acetylen und Propylen.
- Flammplattieren mittels Detonation unter Verwendung einer Detonationskanone (D-Kanone) wird seit über einem Vierteljahrhundert industriell benutzt, um Überzüge verschiedener Zusammensetzungen zu erzeugen. Im Grunde weist die Detonationskanone einen fluidgekühlten Lauf auf, der einen kleinen Innendurchmesser von etwa 2,5 cm (etwa 1 inch) hat. Im allgemeinen wird ein Gemisch aus Sauerstoff und Acetylen zusammen mit einem zerkleinerten Auftragwerkstoff der Kanone zugeführt. Das Sauerstoff/Acetylen- Brennstoffgasgemisch wird gezündet, um eine Detonationswelle zu erzeugen, die sich durch den Lauf der Kanone bewegt, wo sie den Auftragwerkstoff aus der Kanone heraus auf einen zu beschichtenden Gegenstand treibt. US-A-2 714 563 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung, die Detonationswellen zum Flammbeschichten benutzt. Der Gebrauch anderer Gasgemische, wie z.B. Wasserstoff/Luft, Propan/Sauerstoff und Wasserstoff/Sauerstoff wird dort ebenfalls offenbart. Jedoch sind diese Brenngase nicht mit Acetylen gemischt.
- Wenn das Brennstoffgasgemisch in einer Detonationskanone gezündet wird, werden im allgemeinen Detonationswellen erzeugt, die den zerkleinerten Auftragwerkstoff auf etwa 731,5 m/s (etwa 2400 Fuß/s) beschleunigen, während er auf eine Temperatur bei etwa dessen Schmelzpunkt erwärmt wird. Nachdem der Auftragwerkstoff den Lauf der Detonationskanone verläßt, spült ein Stickstoffpuls den Lauf. Im allgemeinen wird dieser Zyklus etwa vier- bis achtmal pro Sekunde wiederholt. Eine Steuerung der Detonationsbeschichtung wird prinzipiell dadurch erzielt, daß das Detonationsgemisch von Sauerstoff zu Acetylen variiert wird.
- Bei manchen Anwendungen, z.B. bei der Herstellung von Überzügen auf Wolframcarbidkobaltbasis wurde festgestellt, daß verbesserte Überzüge erzielt werden könnten, indem das Sauerstoff/Acetylen-Brennstoffgemisch mit einem inerten Gas, wie z.B. Stickstoff oder Argon, verdünnt wird. Es wurde festgestellt, daß der gasförmige Verdünnungsstoff die Flammentemperatur herabsetzt, oder dazu neigt diese herabzusetzen, da er nicht an der Detonationsreaktion teilnimmt. US-A-2 972 550 offenbart das Verfahren der Verdünnung des Sauerstoff/Acetylen-Brennstoffgemisches, um zu ermöglichen, daß das Detonationsplattierverfahren mit einer vergrößerten Anzahl von Überzugszusammensetzungen und auch für neue und in einem größeren Bereich nützliche Anwendungen basierend auf dem erzielbaren Überzug benutzt werden kann.
- Im allgemeinen wurde Acetylen als das brennbare Brennstoffgas benutzt, da es sowohl Temperaturen als auch Drücke erzeugt, die größer sind als jene, die von jedem anderen gesättigten oder ungesättigten Kohlenwasserstoffgas erzielt werden können. Bei manchen Überzugsanwendungen führt jedoch die Verbrennungstemperatur eines Sauerstoff/Acetylen-Gemisches mit einem Atomverhältnis von etwa 1:1 von Sauerstoff zu Kohlenstoff zu Verbrennungsprodukten, die viel heißer als ewünscht sind. Wie oben erwähnt, besteht das allgemeine Verfahren zum Ausgleich der hohen Verbrennungstemperatur des Sauerstoff/Acetylen-Brennstoffgases darin, das Brennstoffgasgemisch mit einem inerten Gas zu verdünnen, wie z.B. Stickstoff oder Argon. Obschon diese Verdünnung zu einer Absenkung der Verbrennungstemperatur führt, führt sie auch zu einer damit verbundenen Abnahme des Spitzendrucks der Verbrennungsreaktion. Diese Abnahme des Spitzendrucks führt zu einer Senkung der Geschwindigkeit des Auftragwerkstoffes, der von dem Lauf auf das Substrat getrieben wird. Es wurde herausgefunden, daß mit steigender Verdünnung des Sauerstoff/Acetylen-Brennstoffgemisches mit einem inerten Gas der Spitzendruck der Verbrennungsreaktion schneller abnimmt als die Verbrennungstemperatur.
- Es wurde nun gefunden, daß es möglich ist, ein gasförmiges Brennstoff/Oxidationsmittel- Gemisch für einen Gebrauch in einer Detonationskanone zu schaffen, das für niedrigere Brennstoff-Verbrennungstemperaturen sorgen kann, als jene, die mit konventionellen Sauerstoff/Acetylen-Brennstoffgasen zu erreichen sind, während für relativ hohe Spitzendrücke bei der Verbrennungsreaktion gesorgt wird.
- Es erwies sich ferner als möglich, ein gasförmiges Brennstoff/Oxidationsmittel-Gemisch für einen Gebrauch in einer Detonationskanone zu schaffen, das für die gleichen Brennstoff- Verbrennungstemperaturen sorgen kann, wie jene, die durch konventionelle, mit einem inerten Gas verdünnte, Sauerstoff/Acetylen-Brennstoffgase erreichbar sind, während der Spitzendruck bei der Verbrennungsreaktion nicht geopfert wird.
- Es erwies sich ferner als möglich, unter Verwendung des bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung eingesetzten gasförmigen Brennstoff/Oxidationsmittel-Gemisches Überzüge für Substrate zu schaffen.
- Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Flammplattieren mit einer Detonationskanone unter Verwendung eines gasförmigen Brennstoff/Oxidationsmittel-Gemisches geschaffen, das (a) ein Oxidationsmittel und (b) ein Brennstoffgemisch aufweist, das seinerseits ein Gemisch aus Acetylen und einem zweiten brennbaren Gas aufweist, das aus Propylen, Methan, Ethylen, Methylacetylen, Propan, Pentan, einem Butadien, einem Butylen, einem Butan, Ethylenoxid, Ethan, Cyclopropan, Propadien, Cyclobutan und Gemischen derselben ausgewählt ist.
- Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist ein Flammbeschichtungsverfahren mit einer Detonationskanone die Verfahrensschritte des Einleitens der gewünschten Brennstoff- und Oxidationsmittelgase in die Detonationskanone zwecks Bildung eines detonierbaren Gemisches, des Einleitens eines zerkleinerten Auftragwerkstoffes in das detonierbare Gemisch innerhalb der Kanone, und des Detonierens des Brennstoff/Oxidationsmittelgemisches auf, um den Auftragwerkstoff auf den zu beschichtenden Gegenstand auftreffen zu lassen. Die Detonationskanone könnte eine Mischkammer und einen Laufteil aufweisen, so daß das detonierbare Brennstoff/Oxidationsmittelgemisch in die Misch- und Zündkammer eingebracht werden könnte, während ein zerkleinerter Auftragwerkstoff in den Lauf eingebracht wird. Die Zündung des Brennstoff/Oxidationsmittel-Gemisches wurde dann Detonationswellen erzeugen, die sich entlang dem Lauf der Kanone bewegen, wo sie den zerkleinerten Auftragwerkstoff erwärmen und den Auftragwerkstoff auf das Substrat treiben.
- Das Oxidationsmittel zum Gebrauch bei der vorliegenden Erfindung könnte aus Sauerstoff, Stickstoffoxid und Gemischen davon und ähnlichem ausgewählt werden.
- Das brennbare Brennstoffgemisch für einen Gebrauch bei dieser Erfindung ist Acetylen (C&sub2;H&sub2;) und ein zweites brennbares Gas, das aus Propylen (C&sub3;H&sub6;), Methan (CH&sub4;), Ethylen (C&sub2;H&sub4;), Methylacetylen (C&sub3;H&sub4;), Propan (C&sub3;H&sub8;), Ethan (C&sub2;H&sub6;), Butadienen (C&sub4;H&sub6;), Butylenen (C&sub4;H&sub8;), Butanen (C&sub4;H&sub1;&sub0;), Cyclopropan (C&sub3;H&sub6;), Propadien (C&sub3;H&sub4;), Cyclobutan (C&sub4;H&sub8;), Pentan, Ethylenoxid (C&sub2;H&sub4;O), und Gemischen derselben ausgewählt ist.
- Wie oben erwähnt wird Acetylen als der beste brennbare Brennstoff für Detonationskanonenvorgänge angesehen, da es sowohl Temperaturen als auch Drücke erzeugt, die höher als jene sind, die durch jeden anderen gesättigten oder ungesättigten Kohlenwasserstoff erreicht werden können. Um die Temperatur der Reaktionsprodukte des brennbaren Gases herabzusetzen, wurde im allgemeinen Stickstoff oder Argon zugesetzt, um das Oxidationsmittel/Brennstoff- Gemisch zu verdünnen. Dies hatte den Nachteil, daß der Druck der Detonationswelle vermindert wurde, wodurch die erreichbare Teilchengeschwindigkeit begrenzt wurde. Unerwarteterweise wurde herausgefünden, daß durch das Mischen eines zweiten brennbaren Gases, wie z.B. Propylen, mit Acetylen die Reaktion der brennbaren Gase mit einem angemessenen Oxidationsmittel bei jeglicher Temperatur zu einem Spitzendruck führt, der höher ist als der Druck eines mit Stickstoff verdünnten Acetylen/Sauerstoff-Gemisches bei einer äquivalenten Temperatur. Falls bei einer gegebenen Temperatur ein Acetylen/Sauerstoff/Stickstoff-Gemisch durch ein Gemisch aus Acetylen, einem zweiten brennbaren Gas und Sauerstoff ersetzt wird, wird das gasförmige Gemisch, das das zweite brennbare Gas enthält, immer einen höheren Spitzendruck ergeben als das Acetylen/Sauerstoff/Stickstoff-Gemisch.
- Die theoretischen Werte von RP% und RT% sind wie folgt definiert:
- RP% = 100(PD/P&sub0;)
- RT% = 100 ΔTD/ΔT&sub0;
- P0 und ΔT0 sind der Druck- bzw. der Temperaturanstieg folgend der Detonation eines 1:1- Gemisches von Sauerstoff und Acetylen gemäß der folgenden Gleichung:
- C&sub2;H&sub2; + O&sub2; T 2 CO + H&sub2;
- PD und ΔTD sind der Druckanstieg bzw. der Temperaturanstieg folgend der Detonation entweder eines mit Stickstoff verdünnten Sauerstoff/Acetylen-Gemisches oder eines Gemisches aus Acetylen, einem zweiten Kohlenwasserstoffgas und Sauerstoff, wobei das Verhältnis von Kohlenstoff zu Sauerstoff 1:1 ist.
- Andere Temperaturen werden unter Verwendung anderer Werte für entweder X oder für Y in den folgenden Gleichungen erreicht:
- C&sub2;H&sub2; +O&sub2; +X N&sub2; = 2 CO + H&sub2; +X N&sub2; (2a)
- [I-Y] C&sub2;H&sub2; +Y CAHB + [1-Y+AY/2] O2 T
- [2 - 2Y + AY] CO + [1-Y + BY/2] H&sub2; (2b)
- Die Werte von RP% gegenüber RT% für die Detonation von entweder einem mit Stickstoff verdünnten Sauerstoff/Acetylen-Gemisch oder einem Gemisch aus Acetylen, einem zweiten Kohlenwasserstoff und Sauerstoff sind in FIG. 1 gezeigt. Wie aus FIG. 1 ersichtlich ist, wird durch eine Zugabe von N&sub2;, wie in Gleichung 2a, zur Verminderung des Wertes von ΔTD und somit RT%, der Spitzendruck PD und somit RP% ebenfalls vermindert. Falls zum Beispiel ausreichend Stickstoff zugegeben wird, um ΔTD auf 60 % von ΔT&sub0; herabzusetzen, fällt der Spitzendruck PD auf 50 % von P&sub0;. Falls jedoch ein Gemisch aus Acetylen, einem zweiten Kohlenwasserstoff und Sauerstoff für jeden beliebigen Wert von ΔTD oder RT% benutzt wird, wird der Wert von PD und somit RP% größer sein, als wenn ein mit Stickstoff verdünntes Acetylen/Sauerstoff-Gemisch benutzt wird. Falls zum Beispiel wie gezeigt in FIG. 1 ein Acetylen/Propylen/Sauerstoff-Gemisch benutzt wird, um einen Wert von RT% gleich 60% zu erreichen, beträgt das Verhältnis von RP% 80%, ein Wert, der 1,6 mal größer ist, als wenn ein Acetylen/Sauerstoff/Stickstoff-Gemisch eingesetzt wird, um einen Wert von RT% mit dem selben Wert zu erreichen. Es wird angenommen, daß höhere Drücke die Teilchengeschwindigkeit erhöhen, was zu verbesserten Beschichtungseigenschaften führt.
- Für die meisten Anwendungen könnten die gasförmigen Brennstoff/Oxidationsmittel-Gemische gemäß dieser Erfindung ein Atomverhältnis von Sauerstoff zu Kohlenstoff von etwa 0,9 bis etwa 2,0, vorzugsweise von etwa 0,95 bis etwa 1,6 und am stärksten bevorzugt von etwa 0,98 bis 1,4 haben. Ein Atomverhältnis von Sauerstoff zu Kohlenstoff von weniger als 0,9 würde im allgemeinen aufgrund der Bildung von freiem Kohlenstoff und Ruß ungeeignet sein, während ein Verhältnis von über 2,0 im allgemeinen für Carbid- und Metallüberzüge ungeeignet wäre, da die Flamme übermäßig oxidierend wird.
- Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung würde das gasförmige Brennstoff/Oxidationsmittel-Gemisch 35 bis 80 Vol.% Sauerstoff, 2 bis 50 Vol.% Acetylen und 2 bis 60 Vol.% eines zweiten brennbaren gasförmigen Brennstoffs enthalten. Bei einer stärker bevorzugten Ausführungsform der Erfindung würde das gasförmige Brennstoff/Oxidationsmittel- Gemisch 45 bis 70 Vol.% Sauerstoff, 7 bis 45 Vol.% Acetylen und 10 bis 45 Vol.% eines zweiten brennbaren Brennstoffs enthalten. Bei einer anderen stärker bevorzugten Ausführungsform der Erfindung würde das gasförmige Brennstoff/Oxidationsmittel-Gemisch 50 bis 65 Vol.% Sauerstoff, 12 bis 26 Vol.% Acetylen und 18 bis 30 Vol.% eines zweiten brennbaren gasförmigen Brennstoffs, wie z.B. Propylen enthalten. Bei manchen Anwendungen kann es zweckmäßig sein, dem gasförmigen Brennstoff/Oxidationsmittel-Gemisch ein inertes Verdünnungsgas zuzugeben. Geeignete inerte Verdünnungsgase wären Argon, Neon, Krypton, Xenon, Helium und Stickstoff.
- Im allgemeinen können alle bekannten Auftragwerkstoffe, die mit dem Brennstoff/Oxidationsmittel-Gemisch des Standes der Technik bei Detonationskanonenanwendungen eingesetzt werden könnten, mit dem neuartigen gasförmigen Brennstoff/Oxidationsmittel-Gemisch gemäß dieser Erfindung benutzt werden. Wenn die bekannten Überzugszusammensetzungen bei niedrigeren Temperaturen und höheren Drücken als jene der bekannten Technik aufgebracht werden, erzeugen sie außerdem Überzüge auf Substraten, die zwar konventionelle Zusammensetzungen, jedoch neuartige und nicht auf der Hand liegende physikalische Eigenschaften wie z.B. Härte haben. Beispiele geeigneter Überzugszusammensetzungen zum Gebrauch mit dem gasförmigen Brennstoff/Oxidationsmittel-Gemisch gemäß dieser Erfindung wurden Wolframcarbid-Kobalt, Wolframcarbid-Nickel, Wollramcarbid-Kobaltchrom, Wolframcarbid-Nickelchrom, Chrom-Nickel, Aluminiumoxid, Chromcarbid-Nickelchrom, Chromcarbid-Kobaltchrom, Wolfram-Titancarbid-Nickel, Kobaltlegierungen, Oxiddispersion in Kobaltlegierungen, Aluminiumoxid-Titanoxid, Kupferbasislegierungen, Chrombasislegierungen, Chromoxid, Chromoxid plus Aluminiumoxid, Titanoxid, Titan plus Aluminiumoxid, Eisenbasislegierungen, Oxiddispersion in Eisenbasislegierungen, Nickel, Nickelbasislegierungen und ähnliches beinhalten. Diese einzigartigen Auftragwerkstoffe sind ideal zum Beschichten von Substraten geeignet, die aus Werkstoffen wie z.B. Titan, Stahl, Aluminium, Nickel, Kobalt, Legierungen davon und ähnlichem bestehen.
- Die Pulver zum Gebrauch in der D-Kanone zum Aufbringen eines Überzugs gemäß der vorliegenden Erfindung sind vorzugsweise Pulver, die durch das Gieß- und Zerkleinerungsverfahren hergestellt werden. Bei diesem Verfahren werden die Bestandteile des Pulvers geschmolzen und in einen muschelförmigen Block gegossen. Nachfolgend wird der Block zerkleinert, um ein Pulver zu erhalten, das dann gesiebt wird, um die gewünschte Verteilung der Teilchengröße zu erzielen.
- Es können jedoch auch andere Pulverformen benutzt werden, wie z.B. durch ein Sinterungsverfahren hergestelltes gesintertes Pulver und Pulvergemische. Bei dem Sinterungsverfahren werden die Bestandteile des Pulvers zu einem Sinterkuchen zusammengesintert, und dieser Kuchen wird dann zerkleinert, um ein Pulver zu erhalten, das dann gesiebt wird, um die gewünschte Verteilung der Teilchengröße zu erhalten.
- Untenstehend werden einige Beispiele angegeben, um die vorliegende Erfindung zu veranschaulichen. Bei diesen Beispielen wurden Überzüge unter Verwendung der folgenden, in Tabelle 1 gezeigten Pulverzusammensetzungen hergestellt. Tabelle 1 Auftragwerkstoffpulver Zusammensetzung-Gew.% Pulvergröße Pulverprobe Andere % durch Sieb * Max. % minimaler Größe gegossen & zerkleinert gesintert Gemisch aus gegossen & zerkleinert & gesintert Rest weniger als um *U.S. Standard-Siebgröße, "325" ist äquivalent einer Sieböffnung von 0,044 mm.
- Jedes der gasförmigen Brennstoff/Oxidationsmittel-Gemische der in Tabelle 2 gezeigten Zusammensetzung wurde in eine Detonationskanone eingebracht, um ein detonierbares Gemisch zu bilden, das ein Atomverhältnis von Sauerstoff zu Kohlenstoff wie gezeigt in Tabelle 2 hat. Das Überzugsprobenpulver A wurde ebenfalls der Detonationskanone zugeführt. Die Durchflußmenge jedes gasförmigen Brennstoff/Oxidationsmittel-Gemisches betrug 0,38 m³/min (13,5 Kubikfuß pro Minute - cfm), außer bei den Proben 28, 29 und 30, bei denen sie 0,31 m³/min (11,0 cfm) betrug, und die Zufuhrmenge jedes Beschichtungspulvers betrug 53,3 Gramm pro Minute (gpm), außer für Probe 29, wo sie 46,7 gpm betrug, und für Probe 30, bei der sie 40,0 gpm betrug. In Tabelle 2 ist für jedes Beschichtungsbeispiel das gasförmige Brennstoffgemisch in Volumenprozent und das Atomverhältnis von Sauerstoff zu Kohlenstoff angeführt. Das Pulver der Beschichtungsprobe wurde einer Detonationskanone gleichzeitig mit dem gasförmigen Brennstoff/Oxidationsmittel-Gemisch zugeführt. Die Detonationskanone wurde bei einer Rate von etwa achtmal pro Sekunde gefeuert, und das Beschichtungspulver in der Detonationskanone wurde zum Auftreffen auf ein Stahlsubstrat gebracht, um einen dichten, haftenden Überzug aus mikroskopisch geformten Lamellen auszubilden, die ineinandergreifen und einander überlappen.
- Der Gewichtsprozentsatz von Kobalt und Kohlenstoff in der Überzugsschicht wurde zusammen mit der Härte des Überzugs bestimmt. Die Härte der meisten Überzugsbeispiele in Tabelle 2 wurde als die Rockwell-Oberflächenhärte gemessen und in Vickers-Härte umgerechnet. Das eingesetzte Verfahren für die Rockwell-Oberflächenhärte war mittels dem ASTM-Standardverfahren E-18. Die Härte wird auf einer glatten und flachen Oberfläche des Überzugs selbst gemessen, der auf ein gehärtetes Stahlsubstrat abgelagert wurde. Die Rockwell-Härten wurden in Vickers-Härten durch die folgende Formel umgerechnet:
- HV.3 = -1774 + 37,433 HR45N,
- wobei HV.3 die mit einer 0,3 kg Last erzielte Vickers-Härte ist, und HR45N die auf der N- Skala mit einem Diamant-Eindringkörper und einer 45 kg Last erzielte Rockwell-Oberflächenhärte ist. Die Härte der Überzüge in den Zeilen 28, 29 und 30 wurde direkt als Vickers-Härte gemessen. Das eingesetzte Verfahren für die Messung der Vickers-Härte war im wesentlichen mittels des ASTM-Standardverfahrens E-384, mit der Ausnahme, daß nur eine Diagonale des quadratischen Eindrucks gemessen wurde, statt die Längen beider Diagonalen zu messen und zu mitteln. Es wurde eine Last von 0,3 kg benutzt (HV.3). Diese Werte sind in Tabelle 2 gezeigt. Die Werte zeigen, daß die Härte für Überzüge überragend war, die unter Verwendung von Propylen anstatt von Stickstoff in dem gasförmigen Brennstoffgemisch erzielt wurden.
- Erosion ist eine Form von Verschleiß, durch den Material von der Oberfläche durch die Einwirkung auftreffender Teilchen entfernt wird. Die Teilchen sind im allgemeinen fest und werden entweder von einem gasförmigen Strom oder einem Fluidstrom getragen, obschon die Teilchen auch ein in dem gasförmigen Strom getragenes Fluid sein können.
- Es gibt eine Anzahl von Faktoren, die den Verschleiß durch Erosion beeinflussen. Offenbar sind die Größe und die Masse der Teilchen wichtig, da sie die kinetische Energie der auftreffenden Teilchen bestimmen. Die Art der Teilchen, deren Härte, Winkligkeit und Form und deren Konzentration können ebenfalls die Erosionsrate beeinflussen. Ferner wird auch der Winkel des Auftreffens der Teilchen die Erosionsrate beeinflussen. Zu Versuchszwecken werden weithin Aluminiumoxid- und Siliziumoxidpulver benutzt.
- Der Versuchsablauf ähnlich dem bei ASTMG 76-83 beschriebenen Verfahren wurde benutzt, um die Erosionsverschleißrate der in den Beispielen dargestellten Überzüge zu messen. Im wesentlichen wurden etwa 1,2 g pro Minute Aluminiumoxidschleifmittel in einem Gasstrom zu einer Düse getragen, die schwenkbar angebracht ist, so daß sie für verschiedene Teilchenauftreffwinkel eingestellt werden kann, während ein konstanter Abstand eingehalten wird. Es ist die übliche Praxis, die Überzüge unter Auftreffwinkeln von 90º und 30º zu untersuchen.
- Während des Versuchs bilden die auftreffenden Teilchen einen Krater auf der Versuchsprobe. Die gemessene Kratztiefe des Kraters wird durch die Menge des auf die Probe aufgetroffenen Schleifmittels geteilt. Das Ergebnis in um Verschleiß pro Gramm Schleifmittel wird als die Erosionsverschleißrate angesehen (um/g). Diese Werte sind ebenfalls in Tabelle 2 gezeigt.
- Die Werte für die Härte und den Erosionsverschleiß zeigen, daß die Verwendung eines Acetylen/Kohlenwasserstoffgas/Sauerstoff-Gemisches statt einem mit Stickstoff verdünnten Acetylen/Sauerstoff-Gemisch einen Überzug erzeugen kann, der eine größere Härte bei dem gleichen Kobaltgehalt (vgl. Überzugsprobe 9 mit Überzugsproben 22 und 23) oder einen höheren Kobaltgehalt bei der gleichen Härte aufweist (vgl. Überzugsprobe 1 mit Überzugsprobe 22). Tabelle 2 D-Kanonen-Parameter und Eigenschaften der aus Pulver A hergestellten Überzüge Überzugsprobe Gasförmiges Brennstoffgemisch (Vol.%) Atomverhältnis O&sub2; zu C Vickers-(1)Härte (kg/mm²) Zusammensetzung Erosion (um/g) (1) gemessen als Rockwell-Oberflächenhärte und umgerechnet in Vickers-Härte, falls nicht anderweitig durch (*) angedeutet.
- Jedes der gasförmigen Brennstoff/Oxidationsmittel-Gemische der in Tabelle 3 gezeigten Zusammensetzungen wurde in eine Detonationskanone mit einer Durchflußmenge von 0,38 m³/min (13,5 Kubikfuß pro Minute) eingebracht, um ein detonierbares Gemisch mit einem Atomverhältnis von Sauerstoff zu Kohlenstoff wie ebenfalls in Tabelle 3 gezeigt zu bilden. Das Beschichtungspulver war Probe A, und das Brennstoff/Oxidationsmittel-Gemisch und die Pulverzufuhrrate sind auch in Tabelle 3 angegeben. Wie bei Beispiel 1 wurden die Werte für die Vickers-Härte und die Erosionsrate (um/g) bestimmt, und diese Werte sind in Tabelle 3 angeführt. Wie aus den Werten ersichtlich ist, können verschiedene Kohlenwasserstoffgase in Verbindung mit Acetylen benutzt werden, um ein gasförmiges Brennstoff/Oxidationsmittel- Gemisch gemäß dieser Erfindung zu schaffen, um Substrate zu beschichten. Die Werte der Vickers-Härte zeigen, daß der Gebrauch eines Acetylen/Kohlenwasserstoffgas/Sauerstoff- Gemisches anstelle eines Acetylen/Sauerstoff/Stickstoff-Gemisches entweder einen Überzug mit größerer Härte bei gleichem Kobaltgehalt (vgl. Überzugsproben 5 und 10 mit Überzugsprobe 23 in Tabelle 2) oder einen Überzug mit höherem Kobaltgehalt und gleicher Härte (vgl. Überzugsproben 6, 8 und 11 mit Überzugsprobe 22 in Tabelle 2) erzeugen kann. Tabelle 3 D-Kanonen-Parameter und Eigenschaften der aus Pulver A hergestellten Überzüge Überzugsprobe Gasfömiges Brennstoffgemisch (Vol.%) Atomverhältnis O&sub2; zu C Pulverzufuhrrate (gpm) Vickers-Härte (kg/mm²) Zusammensetzung Erosion (um/g) * Überzugsprobe 8 enthielt außerdem 18,3 Vol.% Stickstoff
- Die gasförmigen Brennstoff/Oxidationsmittel-Gemische der in Tabelle 4 gezeigten Zusammensetzungen wurden jeweils in eine Detonationskanone eingebracht, um ein detonierbares Gemisch mit einem Atomverhältnis von Sauerstoff zu Kohlenstoff wie ebenfalls in Tabelle 4 gezeigt zu bilden. Das Beschichtungspulver war Probe B, und das Brennstoff/Oxidationsmittel- Gemisch ist auch in Tabelle 4 angegeben. Die Gasdurchflußmenge betrug 0,38 m³/min (13,5 Kubikfuß pro Minute (cfm)), wobei die Zufuhrrate wie in Tabelle 4 gezeigt eingestellt war. Wie bei Beispiel 1 wurden die Härte und die Erosionsrate (um/g) bestimmt, und diese Werte sind in Tabelle 4 angeführt. Während gesinterte Pulver keine große Veränderung des Kobaltgehalts mit der Temperatur der Kanone zeigen, können mit Acetylen/Kohlenwasserstoffgas/Sauerstoff-Gemischen Überzüge mit äquivalentem Kobaltgehalt mit größerer Härte erzielt werden, als mit Acetylen/Sauerstoff/Stickstoff-Gemischen (vgl. Überzugsprobe 4 mit Überzugsprobe 1). Tabelle 4 D-Kanonen-Parameter und Eigenschaften der aus Pulver B hergestellten Überzüge Überzugsprobe Gasförmiges Brennstoffgemisch (Vol.%) Atomverhältnis Pulverzufuhrrate (gpm) Vickers-Härte (kg/mm²) Zusammensetzung Erosion (um/g)
- Die gasförmigen Brennstoff/Oxidationsmittel-Gemische der in Tabelle 5 gezeigten Zusammensetzungen wurden jeweils in eine Detonationskanone eingebracht, um ein detonierbares Gemisch mit einem Atomverhältnis von Sauerstoff zu Kohlenstoff wie ebenfalls in Tabelle 5 gezeigt zu bilden. Das Beschichtungspulver war Probe C, und das Brennstoff/Oxidationsmittel- Gemisch ist auch in Tabelle 5 angegeben. Die Gasdurchflußmenge betrug 0,38 m³/min (13,5 Kubikfuß pro Minute (cfm), wobei die Zufuhrrate wie in Tabelle 5 gezeigt eingestellt war. Wie bei Beispiel 1 wurden die Vickers-Härte und die Erosionsrate (um/g) bestimmt, und diese Werte sind in Tabelle 5 angeführt. Die Werte der Vickers-Härte zeigen, daß die Verwendung eines Acetylen/Kohlenwasserstoffgas/Sauerstoff-Gemisches statt eines Acetylen/Sauerstoff/Stickstoff-Gemisches einen Überzug erzeugen kann, der bei dem gleichen Kobaltgehalt eine größere Härte hat (vgl. Überzugsprobe 2 mit Überzugsprobe 1). Tabelle 5 D-Kanonen-Parameter und Eigenschaften der aus Pulver C hergestellten Überzüge Überzugsprobe Gasförmiges Brennstoffgemisch (Vol.%) Atomverhältnis O&sub2; zu C Pulverzufuhrrate (gpm) Vickers-Härte (kg/mm²) Zusammensetzung Erosion (um/g)
- Die gasförmigen Brennstoff/Oxidationsmittel-Gemische der in Tabelle 6 gezeigten Zusammensetzungen wurden jeweils in eine Detonationskanone eingebracht, um ein detonierbares Gemisch mit einem Atomverhältnis von Sauerstoff zu Kohlenstoff wie ebenfalls in Tabelle 6 gezeigt zu bilden. Das Beschichtungspulver war Probe D, und das Brennstoff/Oxidationsmittel- Gemisch ist auch in Tabelle 6 angegeben. Die Gasdurchflußmenge betrug 0,38 m³/min (13,5 Kubikfuß pro Minute (cfm)), mit Ausnahme der Überzugsproben 17, 18 und 19, bei denen sie 11,0 cfm betrug, und die Zufuhrrate betrug 46,7 Gramm pro Minute (gpm). Wie bei Beispiel 1 wurden die Vickers-Härte und die Erosionsrate (um/g) bestimmt, und diese Werte sind in Tabelle 6 angeführt. Die Werte der Vickers-Härte zeigen, daß die Verwendung eines Acetylen/Kohlenwasserstoffgas-Sauerstoff-Gemisches statt eines Acetylen/Sauerstoff/Stickstoff- Gemisches entweder einen Überzug höherer Härte bei gleichem Kobaltgehalt (vgl. Überzugsprobe 5 mit Überzugsprobe 17) oder einen Überzug mit höherem Kobaltgehalt und gleicher Härte erzeugen kann (vgl. Überzugsprobe 5 mit Überzugsprobe 18). Tabelle 6 D-Kanonen-Parameter und Eigenschaften der aus Pulver D hergestellten Überzüge Überzugsprobe Gasförmiges Brennstoffgemisch (Vol.%) Atomverhältnis O&sub2; zu C Vickers-(1)Härte (kg/mm²) Zusammensetzung Erosion (um/g) (1) gemessen als Rockwell-Oberflächenhärte und umgewandelt in Vickers-Härte, falls nicht anderweitig durch (*) angedeutet.
Claims (13)
1. Verfahren zum Flammplattieren mit einer Detonationskanone unter Verwendung eines
gasförmigen Brennstoff/Oxidationsmittel-Gemisches, das (a) ein Oxidationsmittel und (b)
ein Brennstoffgemisch aufweist, das seinerseits ein Gemisch aus Acetylen und einem
zweiten brennbaren Gas aufweist, das aus Propylen, Methan, Ethylen, Methylacetylen,
Propan, Pentan, einem Butadien, einem Butylen, einem Butan, Ethylenoxid, Ethan,
Cyclopropan, Propadien, Cyclobutan und Gemischen derselben ausgewählt ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Oxidationsmittel aus Sauerstoff, die
Stickstoffoxid und Gemischen derselben ausgewählt ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Gemisch 35 bis 80 Volumenprozent
Oxidationsmittel, 2 bis 50 Volumenprozent Acetylen und 2 bis 60 Volumenprozent des
zweiten brennbaren Gases enthält.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Gemisch 45 bis 70 Volumenprozent
Oxidationsmittel, 7 bis 45 Volumenprozent Acetylen und 10 bis 45 Volumenprozent des
zweiten brennbaren Gases enthält.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Gemisch 50 bis 65 Volumenprozent
Oxidationsmittel, 12 bis 26 Volumenprozent Acetylen und 18 bis 30 Volumenprozent des
zweiten brennbaren Gases enthält.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Gemisch ein Atomverhältnis von
Sauerstoff zu Kohlenstoff von 0,9 bis etwa 2,0 hat.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das zweite brennbare Gas aus Propylen, Propan und
Butylen ausgewählt ist und das Atomverhältnis von Sauerstoff zu Kohlenstoff 0,95 bis
1,6 beträgt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das zweite brennbare Gas im
wesentlichen aus Propylen besteht.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Gemisch ein inertes
Verdünnungsgas enthält.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das inerte Verdünnungsgas aus Argon, Neon,
Krypton, Xenon, Helium und Stickstoff ausgewählt ist.
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das inerte Verdünnungsgas Stickstoff ist.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das gasförmige
Brennstoff/Oxidationsmittel-Gemisch in die Kanone zur Bildung eines detonierbaren
Gemisches eingeleitet wird, ein pulverförmiger Auftragwerkstoff in das detonierbare Gemisch
innerhalb der Kanone eingebracht wird, und das Brennstoff/Oxidationsmittel-Gemisch
zur Detonation gebracht wird, um den Auftragwerkstoff auf einen zu beschichtenden
Gegenstand auftreffen zu lassen.
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Detonationskanone eine Misch- und
Zündkammer und einen Laufteil aufweist, wobei das gasförmige Brennstoff/Oxidationsmittel-
Gemisch in die Kanone über die Misch- und Zündkammer eingeleitet wird, ein
zerkleinerter Auftragwerkstoff in den Laufteil eingeleitet wird, und das gasförmige
Brennstoff/Oxidationsmittel-Gemisch innerhalb der Kanone zur Detonation gebracht wird, um
den Auftragwerkstoff auf einen zu beschichtenden Gegenstand auftreffen zu lassen.
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