DE4328732C1

DE4328732C1 - Verfahren zum Herstellen einer thermisch gespritzten metallhaltigen Schicht sowie Werkstoff dafür

Info

Publication number: DE4328732C1
Application number: DE4328732A
Authority: DE
Inventors: Horst Dr Seifahrt; Robert Gary Dr Heath; Hans Theo Steine
Original assignee: Castolin SA
Current assignee: ECG Immobilier SA
Priority date: 1993-08-26
Filing date: 1993-08-26
Publication date: 1995-02-16
Anticipated expiration: 2013-08-27
Also published as: SE9402810D0; ATA151894A; SE510690C2; SE9402810L; AT402942B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer thermisch gespritzten, metallhaltigen Schicht auf Eisen-, Kobalt- oder Nickelbasis mit Anteilen an Aluminium und/oder Titan und/oder Chrom. Zudem erfaßt die Erfindung einen für ein solches Verfahren geeigneten Werkstoff.

Beschichtungen in Abscheidezyklonen, die bei höheren Temperaturen arbeiten, sind seit langer Zeit bekannt. Im allgemeinen handelt es sich dabei um Beschichtung durch Ausmauerungen oder aus keramischen oder oxidischen Massen mit einem Binder etwa auf Silikatbasis. Solche Beschichtungen haben jedoch bei den hohen Gasgeschwindigkeiten der stark mit Partikel belasteten Heißgase nur eine geringe Standzeit bzw. Lebensdauer, was zur Abschaltung der Anlagen und damit zu hohen Unterhaltskosten führt.

Um höhere Standzeiten zu erreichen, wurden in den letzten Jahren vorgeformte Siliziumcarbidformteile aufgebracht, wobei allerdings mit der Zeit ein Auswaschen der Bindefugen erfolgte, das zum Loslösen der Formteile und damit zur Zerstörung der aufgebrachten Beschichtung führte; die Fugen haben eine geringere Verschleißfestigkeit als ihre Umgebung.

Die US-PS 47 25 512 beschreibt den Einsatz metallhaltiger Schichten mit i.w. amorpher Oberfläche; auch diese Schichten führten nur zu bedingt brauchbaren Resultaten, da die Lebensdauer bzw. die Standzeit einer so ausgekleideten Zyklonanlage zu gering bleibt und hohe Betriebskosten verursacht.

Vor allem bei Großfeuerungsanlagen für die Stromversorgung oder für die Fernheizung sind die Kostenprobleme von großer Bedeutung.

In Kenntnis dieses Standes der Technik hat sich der Erfinder das Ziel gesetzt, das eingangs genannte Verfahren zu verbessern, um mit ihm eine verbesserte Beschichtung für Zyklone zur Entstaubung von Heißgasen, insbesondere für Temperaturen über 500°C bzw. über 700°C, zu schaffen, die bei unterschiedlichen Bauarten eingesetzt werden kann.

Zur Lösung der vom Erfinder gesehenen Aufgabe führt die Lehre des unabhängigen Patentanspruches; die Unteransprüche geben besonders günstige Fortentwicklungen an.

Erfindungsgemäß wird auf die Innenfläche eines Zyklons zur Entstaubung von Heißgasen eine hochwarmfeste metallkeramische Schicht mit einem Fülldraht aus einer Matrix auf Eisen-, Kobalt- oder Nickelbasis mit zumindest einem der - die Oxidationsbeständigkeit fördernden - Zusätze Aluminium, Titan, Chrom, Bor und/oder Silizium mit einem Metalloxid von 5 bis 60 Gew.-% des Spritzwerkstoffes aufgespritzt. Dies geschieht vorteilhafterweise mittels Flammspritzen bzw. Lichtbogen-Drahtspritzen oder durch Hochgeschwindigkeitsflammspritzen bzw. Plasmaspritzen.

Bei dem Spritzwerkstoff für das erfindungsgemäße Verfahren handelt es sich um ein Werkstoffgemisch aus einem metallischen und einem keramischen Anteil, also um Cermets (Römpps Chemie Lexikon, Bd. I, S. 635).

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung zeichnet sich der für dieses Verfahren geeignete Werkstoff durch einen Fülldraht aus einer metallischen Matrix auf Eisen-, Kobalt- oder Nickelbasis mit zumindest einem der Zusätze Aluminium, Titan, Chrom, Bor und/oder Silizium mit einem Metalloxid- Anteil von 5 bis 60 Gew.-% des Spritzwerkstoffes aus. Der Fülldraht wird aus einem Band aus niedrig oder hochlegiertem Eisen mit den Legierungskomponenten Chrom und/oder Molybdän und weniger als 0,3% Kohlenstoff hergestellt, oder aus einem Band aus Nickel oder Nickellegierungen mit den Legierungskomponenten Chrom und/oder Molybdän, oder aus einem Band aus Kobalt oder Kobaltlegierungen mit den Legierungskomponenten Chrom und/oder Molybdän.

Die metallische Matrix enthält bis zu 12 Gew.-% des Spritzwerkstoffes an Al, bis zu 12 Gew.-% Titan, bis zu 35 Gew.-% Chrom, bis zu 6 Gew.-% Bor und/oder bis zu 6 Gew.-% Silizium.

Bevorzugt wird ein Werkstoff, dessen Füllung aus einem Metallegierungspulver, einem metallischen Hartstoff, Carbid, Borid, Nitrid, Silizid und einem Metalloxid besteht. Dabei soll das Metallegierungspulver der Füllung eine Korngröße < 200 µm, vorzugsweise < 150 µm, aufweisen.

Als günstig hat es sich erwiesen, daß die Füllung ein Eisen- oder Nickellegierungspulver mit bis 50 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 30 Gew.-% Chrom, bis 12 Gew.-%, vorzugsweise 2 bis 8 Gew.-% Aluminium und als Rest übliche Begleitelemente wie Mangan oder Kohlenstoff ist, oder ein Kobaltlegierungspulver mit bis 40 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 35 Gew.-%, Chrom bis 12 Gew.-%, vorzugsweise 2 bis 6 Gew.-%, Wolfram und < 12 Gew.-%, vorzugsweise < 5 Gew.-% Aluminium, als Rest übliche Begleitelemente wie Mangan, Eisen oder Nickel.

Zur Verbesserung der Korngrößenverhältnisse beim Arbeiten mit Fülldraht soll der Matrix mit ihrem/ihren Zusatz/Zusätzen Molybdän in einem Anteil von 1 bis 10 Gew.-% zugegeben werden, bevorzugt unter 8 Gew.-%.

Erfindungsgemäß besteht der metallische Pulveranteil der Füllung aus einer Wolfram und/oder Kohlenstoff enthaltenden Kobalt-Chrom-Basislegierung, der metallische Hartstoffanteil der Füllung aus bis zu 15 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 10 Gew.-%, Chromcarbid.

Die Füllung kann aber auch aus einem Metallpulver auf Eisen-Chrom-Basis, aus einem Metallpulver aus Nickel-Chrom- Basis oder aus einem Metallpulver auf Kobalt-Chrom-Basis - jeweils mit einem Metalloxidanteil - bestehen.

Der Metalloxidanteil der Füllung besteht bevorzugt aus Aluminiumoxid mit Zusätzen der Oxide von Zirkonium, Titan, Magnesium, Chrom, Calcium und/oder Yttrium oder aus Zirkoniumoxid mit Zusätzen der Oxide von Aluminium, Titan, Magnesium, Chrom, Calcium und/oder Yttrium.

Im Rahmen der Erfindung liegt die Kornverteilung für das Metallpulver zwischen 5 und 150 µm, vorzugsweise 22 bis 125 µm, und für das Metalloxidpulver zwischen 5 und 90 µm, vorzugsweise 5 bis 45 µm oder 5 bis 22 µm, wobei gegebenenfalls dann der Metalloxidanteil der Füllung eine Korngröße < 150 µm, vorzugsweise < 75 µm oder < 45 µm, aufweist oder der pulverförmige oder agglomerierte Pulveranteil des Metalloxids der Füllung 5 bis 60 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 50 Gew.-% oder 20 bis 40 Gew.-%, beträgt.

Jener Metalloxidanteil der Füllung kann zwischen 3 und 30 Vol.-%, vorzugsweise zwischen 10 und 25 Vol.-% liegen.

Der erfindungsgemäße Werkstoff bietet einen Fülldraht auf Eisen-, Kobalt- oder Ni-Basis einen Oxidanteil von 2,5 bis 70 Vol.-% des Füllvermögens an, vorzugsweise 2,5 bis 40 Vol.-%, des Füllvermögens.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung sind den nachfolgenden Ausführungsbeispielen zu entnehmen.

Beispiel I

In einem Abscheidezyklon von einer Wirbelbettgroßfeuerungsanlage für die Fernheizung sollte eine bei 900°C beständige Beschichtung mit einer guten Verschleißbeständigkeit aufgebracht werden.

Als drahtförmiger Spritzwerkstoff wurde ein Fülldraht aus einer Eisen-Chromlegierung mit Zusätzen von Molybdän und Aluminium, sowie einem Anteil von 30 Vol. -% Aluminiumoxid der Füllung, ausgewählt.

Dieser drahtförmige Spritzwerkstoff wurde mit einer Lichtbogen-Drahtspritzpistole auf die Oberfläche des durch Strahlen vorbereiteten Grundwerkstoffes des Abscheidezyklons 1,5 mm dick aufgespritzt.

Die so hergestellte Beschichtung zeigte die dreifache Standzeit gegenüber der bekannten Innenbeschichtung.

Beispiel II

In einem Abscheidezyklon einer druckgesteuerten Wirbelbettverbrennungsanlage sollte eine hochtemperatur verschleißfeste Beschichtung aufgebracht werden. Die Temperatur der Heißgase lag bei 850°C.

Als pulverförmiger Spritzwerkstoff wurde ein Gemisch bestehend aus einer Nickel-Chrom-Legierung mit einem Zusatz von 8 Gew.-% Molybdän und ein Anteil von 50 Gew.-% Zirkonoxid verwendet.

Zum Aufspritzen dieses Werkstoffes auf die durch Strahlen vorbereitete Innenflächen wurde eine Flammspritzpistole mit einem Pulverdurchsatz von 6 kg/h verwendet.

Die so hergestellte Beschichtung zeigte eine wesentlich höhere Standzeit als die vorher verwendete Ausmauerung.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer thermischen gespritzten, metallhaltigen Schicht auf Eisen-, Kobalt- oder Nickelbasis mit Anteilen an Aluminium und/oder Titan und/oder Chrom, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Innenflächen eines Zyklons zur Entstaubung von Heißgasen eine hochwarmfeste metallkeramische Schicht mit einem Fülldraht aus einer Matrix auf Eisen-, Kobalt oder Nickelbasis mit zumindest einem der Zusätze Aluminium, Titan, Chrom, Bor- und/oder Silizium mit einem Metalloxidanteil von 5 bis 60 Gew.-% des Spritzwerkstoffes aufgespritzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung mittels Flammspritzen oder Lichtbogen-Drahtspritzen durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung mit Hochgeschwindigkeitsflammspritzen oder Plasmaspritzen durchgeführt wird.

4. Werkstoff zur Herstellung einer thermisch gespritzten, metallhaltigen, hochwarmfesten, thermisch gespritzten Schicht auf Eisen-, Kobalt- oder Nickelbasis mit Anteilen an Aluminium und/oder Titan und/oder Chrom auf die Innenflächen eines Zyklons zur Entstaubung von Heißgasen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Fülldraht aus einer metallischen Matrix auf Eisen-, Kobalt- oder Nickelbasis mit zumindest einem der Zusätze Aluminium, Titan, Chrom, Bor und/oder Silizium mit einem Metalloxid-Anteil von 5 bis 60 Gew.-% des Spritzwerkstoffes.

5. Werkstoff nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Fülldraht aus einem Band aus niedrig oder hochlegiertem Eisen mit den Legierungskomponenten Chrom und/oder Molybdän und weniger als 0,3% Kohlenstoff hergestellt ist.

6. Werkstoff nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Fülldraht aus einem Band aus Nickel oder Nickellegierungen mit den Legierungskomponenten Chrom und/oder Molybdän hergestellt ist.

7. Werkstoff nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Fülldraht aus einem Band aus Kobalt oder Kobaltlegierungen mit den Legierungskomponenten Chrom und/oder Molybdän hergestellt ist.

8. Werkstoff nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Matrix bis zu 12 Gew.-% des Spritzwerkstoffes an Al, bis zu 12 Gew.-% Titan, bis zu 35 Gew.-% Chrom, bis zu 6 Gew.-% Bor und/oder bis zu 6 Gew.-% Silizium enthält.

9. Werkstoff nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung aus einem Metallegierungspulver, einem metallischen Hartstoff, Carbid, Borid, Nitrid, Silizid und einem Metalloxid besteht.

10. Werkstoff nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallegierungspulver der Füllung eine Korngröße < 200 µm, vorzugsweise < 150 µm, aufweist.

11. Werkstoff nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung ein Eisen- oder Nickellegierungspulver mit bis 50 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 30 Gew.-%, Chrom bis 12 Gew.-%, vorzugsweise 2 bis 8 Gew.-% Aluminium und als Rest übliche Begleitelemente wie Mangan oder Kohlenstoff aufweist.

12. Werkstoff nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung ein Kobaltlegierungspulver mit bis 40 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 35 Gew.-%, Chrom bis 12 Gew.-%, vorzugsweise 2 bis 6 Gew.-% Wolfram und < 12 Gew.-%, vorzugsweise < 5 Gew.-% Aluminium als Rest übliche Begleitelemente wie Mangan, Eisen oder Nickel aufweist.

13. Werkstoff nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung zusätzlich < 8 Gew.-%, vorzugsweise < 5 Gew.-%, Molybdän enthält.

14. Werkstoff nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Pulveranteil der Füllung aus einer Wolfram und/oder Kohlenstoff enthaltenden Kobalt- Chrom-Basislegierung besteht.

15. Werkstoff nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Hartstoffanteil der Füllung aus bis zu 15 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 10 Gew.-%, Chromcarbid besteht.

16. Werkstoff nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung aus einem Metallpulver auf Eisen-Chrom- Basis mit einem Metalloxidanteil besteht.

17. Werkstoff nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung aus einem Metallpulver auf Nickel-Chrom- Basis mit einem Metalloxidanteil besteht.

18. Werkstoff nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung aus einem Metallpulver auf Kobalt-Chrom- Basis mit einem Metalloxidanteil besteht.

19. Werkstoff nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Metalloxidanteil der Füllung aus Aluminiumoxid mit Zusätzen der Oxide von Zirkonium, Titan, Magnesium, Chrom, Calcium und/oder Yttrium besteht.

20. Werkstoff nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Metalloxidanteil der Füllung aus Zirkoniumoxid mit Zusätzen der Oxide von Aluminium, Titan, Magnesium, Chrom, Calcium und/oder Yttrium besteht.

21. Werkstoff nach einem der Ansprüche 4 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Kornverteilung für das Metallpulver zwischen 5 und 150 µm, vorzugsweise 22 bis 125 µm, und für das Metalloxidpulver zwischen 5 und 90 µm, vorzugsweise 5 bis 45 µm oder 5 bis 22 µm, liegt.

22. Werkstoff nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Metalloxidanteil der Füllung eine Korngröße < 150 µm, vorzugsweise < 75 µm oder < 45 µm, aufweist.

23. Werkstoff nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der pulverförmige oder agglomerierte Pulveranteil des Metalloxids der Füllung 5 bis 60 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 50 Gew.-% oder 20 bis 40 Gew.-% beträgt.

24. Werkstoff nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Metalloxidanteil der Füllung zwischen 3 und 30 Vol.-%, vorzugsweise zwischen 10 und 25 Vol.-% liegt.

25. Werkstoff nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Fülldraht auf Eisen-, Kobalt- oder Ni-Basis einen Oxidanteil von 2,5 bis 70 Vol.-% des Füllvermögens aufweist.

26. Werkstoff nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Fülldraht auf Eisen-, Kobalt- oder Ni-Basis einen Oxidanteil von 2,5 bis 60 Vol.-%, vorzugsweise 2,5 bis 40 Vol.-%, des Füllvermögens aufweist.