DE606765C - Verfahren zum Aufspritzen von schwer schmelzbaren Metallen - Google Patents

Description

Für das Aufbringen von dünnen, leicht schmelzbaren Oberflächenschichten auf Grundkörper sind mehrere Verfahren bekannt. Bei den Metallspritzverfahren erfolgt das Verspritzen der Metalle in der Weise, daß das geschmolzene Material in Form eines Strahles in den Weg eines unter Druck stehenden Gasstromes eingeführt und dadurch zerstäubt wird. Infolge der hohen Temperaturen der flüssigen Metalle ergeben sich dabei für die Reguliereinrichtungen Schwierigkeiten, und die Lebensdauer der Apparate ist nur gering. Es ist auch vorgeschlagen worden, Oberflächen durch Aufschmelzen von Metallen der Stellitgruppe in einer Acetylensauerstoffflamme mit Acetylenüberschuß zu veredeln, jedoch ist dieses Verfahren nur bei Legierungen mit höherem Chromgehalt vorteilhaft zu verwenden.

Für die Herstellung von dünnen, widerstandsfähigen Oberflächenschichten aus den bekannten Hartmetallen, insbesondere aus den Karbiden eines schwer schmelzbaren Metalles der sechsten Gruppe des periodischen Systems und einem Metall der Eisengruppe als Hilfsmetall, ist weiterhin vorgeschlagen worden, die gepulverten Ausgangsstoffe der Hartmetallegierung durch ein auf etwa 3000⁰ C erhitztes Graphitrohr in eine nicht oxydierende und nicht entkohlende Atmosphäre zu leiten und dann mit einer Temperatur von etwa 2200 ° C in teigähnlichem Zustande auf den zu überziehenden Gegenstand aufzuspritzen. Dieses Verfahren besitzt jedoch den Nachteil, daß die Erhitzung des Hartmetallpulver sehr lange Zeit erfordert und mitunter nicht intensiv genug ist, so daß die Überzüge fehlerhafte Stellen erhalten.

Es ist schließlich vorgeschlagen worden, das Aufbringen von Metall auf eine Grundlage mit Hilfe einer Vorrichtung zu bewirken, welcher das aufzubringende Metall gleichzeitig mit einem dissoziierbaren Gas zugeführt wird. Das Gas wird hierbei mit Hilfe eines Lichtbogens dissoziiert und zum Aufschmelzen des Metalles benutzt.

Die Erfindung vermeidet die beschriebenen Nachteile und sieht eine besonders zweckmäßige Anwendung des Verfahrens nach Patent 521 139 zum Erzeugen von Oberflächenschichten aus hartem verschleißfestem Baustoff auf einen Grundkörper aus weniger

widerstandsfähigem Baustoff vor, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das durch einen Gasstrom geförderte, pulverförmige Hartmetall mit größerer Geschwindigkeit durch den elektrischen Lichtbogen hindurchgeblasen wird als das zur Dissoziation gelangende, vorzugsweise an den Elektroden konzentrisch entlang geführte Gas. Hierdurch wird der Vorteil erreicht, daß man eine vollkommen ίο fehlerlose Auftragschicht erhält. Die an den Elektroden entlang geführten und zur Dissoziation gelangenden Gasströme bilden bei ihrem Zusammentreffen Gaswirbel, die bestrebt sind, das pulverförmige Zusatzgut zur Seite zu schleudern. Als Gegenwirkung ist es erforderlich, den Pulverteilchen eine höhere lebendige Kraft zu erteilen, was durch einen Gasstrom höherer Geschwindigkeit erfolgt.

Das der Erfindung zugrunde liegende Verfahren besitzt den Vorteil, daß das geschmolzene Metall mit dem Brenner selbst nicht in Berührung kommt, sondern daß das Schmelzen erst nach dem Passieren des Brenners erfolgt und daß ferner eine inerte Schutzatmosphäre eine einwandfreie Verbindung mit dem Grundkörper gewährleistet.

Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung, teilweise im Schnitt, dargestellt.

An dem Rahmen ι ist gegenüber der Grundplatte der eigentliche Brenner 2 befestigt. Der Brenner besteht vorteilhaft aus drei verstellbaren Wolframelektroden, von denen zwei, 3 und 4, auf der Zeichnung zu sehen sind. Die Elektroden sind durch ein Kabel 5 an eine Wechselstromquelle angeschlossen.

Ein Kapillarrohr 6 mit einem Außendurchmesser von etwa 3 mm und einem Innendurchmesser von etwa 0,5 mm ist in der Mitte zwischen den Elektroden angebracht. Dieses Rohr 6 ist in seinem oberen Ende durch die Muffe 7 mit einem Verlängerungsrohr 11 verbunden und ist zusammen mit den Elektroden in einem Isolierkörper 8 befestigt.

Ein Asbestschirm 9 ist an dem unteren Teile des Isolierkörpers mit einem geeigneten, hitzebeständigen Bindemittel befestigt.

Das dem Brenner 2 zugeführte Gas, ζ. Β. Wasserstoff, verläßt das Mundstück in zwei getrennten Strömen. Der innere Strahl 12, der aus dem Rohr 6 kommt, strömt mit hoher Geschwindigkeit durch den Lichtbogen. Dieser Strom aus überhitztem Gas soll die notwendige Wärme von dem Lichtbogen auf die zu veredelnde Oberfläche übertragen und gleichzeitig die Pulverbestandteile des aufzuschmelzenden Baustoffes befördern? Die hohe Gasgeschwindigkeit wird durch entsprechenden Überdruck erzielt. Zu diesem Zweck ist das Rohr 11 über das Rohr 13, das Ventil 14 an die Druckleitung 15 angeschlossen. Mit Hilfe eines Quecksilbermanometers 16 wird der Druck im Rohr 13 gemessen.

Der zweite aus dem Brenner austretende Gasstrom 17 besitzt eine geringere Geschwindigkeit und soll eine Schutzatmosphäre für die Elektroden 3, 4, den inneren Gasstrahl 12 und die zu überziehende Oberfläche 28 bilden. Das Gas wird zu diesem Zwecke durch das Rohr 18 zugeführt, welches einerseits mit der Druckleitung 15 über ein Reduzierventil 19, andererseits derart mit dem Brenner verbunden ist, daß das Gas aus dem Brenner zwischen den Elektroden und der düsenförmig gebildeten Innenwand der Brennerspitze austritt.

Ein Behälter 20 für das aufzutragende gepulverte Metall ist am oberen Ende des Rohres 11 an dem Rahmen 1 vorgesehen. g₀ Dieser Behälter ist einem Tropfenöler ähnlich gebaut. Mit Hilfe einej: Schraube 21, die auf dem Deckel des Behälters angebracht ist, kann der Zufluß des Pulvermaterials zu den Rohren 11 und 6 eingestellt werden. Das g₅ Verbindungsstück zwischen den Rohren 11 und 13 ist nach Art eines Ejektors ausgebildet, um für die Beförderung des Pulvermaterials den nötigen Unterdruck zu erzeugen.

An dem oberen Ende des Rohres 11 ist g₀ ferner eine elektrische Schüttelvorrichtung 22 vorgesehen, die das Hängenbleiben des Pulvermaterials in dem Behälter und dem Rohr verhindern soll. Der Behälter 20 ist über ein Rohr 23 mit einem Ouecksilbermanometer 24 verbunden, das den Gasdruck über dem Pulvermaterial in dem Behälter 20 anzeigen soll. Das Rohr 23 ist mit dem Rohr 13 über das Drosselventil 25 verbunden, so daß jeder gewünschte Gasdruck in dem Behälter 20 ein- ioo gestellt werden kann.

Außerdem ist das Rohr 23 mit einem Entlüftungsrohr 26 und einem Hahn 27 versehen. Vor Beginn der Operationen ist es erforderlich, den Behälter 20 und die Leitung 23 auszublasen, was durch Öffnen der Hähne 25 oder 27 möglich ist.

Zur Durchführung des Verfahrens wird der Behälter 20 mit Pulvermaterial, beispielsweise einer Pulvermischung, bestehend aus etwa 87 Teilen Wolframcarbid und 13 Teilen Kobalt, gefüllt. Der Gegenstand 28 aus Stahl oder anderem Material, dessen Oberfläche überzogen werden soll, wird auf eine feuerfeste Unterlage 29 gelegt und der Gasbrenner 2 in genügender Entfernung über dem Stahlblock angebracht. Die Elektroden werden darauf so eingestellt, daß sich zwischen ihren Spitzen ein Lichtbogen ausbilden kann. Darauf wird die Schüttelvorrichtung in Tätigkeit gesetzt, die Hähne 14 und 19 zwecks Zuführung von Wasserstoffs geöffnet und der

Lichtbogen zwischen den Elektroden angezündet. Die Schraube 2i wird entsprechend der gewünschten Pulvermenge und der Hahn 25 nach dem in dem Behälter 20 erforderliehen Überdruck eingestellt. Aus dem Brenner tritt dann ein Strahl von überhitztem Gas mit hoher Geschwindigkeit aus, der von einem Schutzgasstrom mit niedriger Geschwindigkeit umgeben ist.

Der Gasdruck in dem Rohr 6 kann zwischen ι und 4,5 kg/cm² betragen, entsprechend der Größe und Stärke des Lichtbogens, der von dem Gase in eine lange, schmale Flamme ausgezogen wird.
Das Pulvermaterial, das aus dem Rohr 6 austritt, schmilzt erst, nachdem es auf dem zu überziehenden Körper 28 fein verteilt ist. Die dafür erforderliche Zeit beträgt nur wenige Sekunden. Das Pulvermaterial kann

ao auf den Körper 28 entweder in einer einzigen oder in mehreren aufeinanderfolgenden Lagen aufgetragen werden. Das Aufbringen von mehreren Lagen ist vorteilhaft, wenn dabei Gaseinschlüsse vermieden werden. Der so erhaltene Überzug besitzt eine beträchtliche Dehnbarkeit und bricht und bröckelt nicht von dem Grundkörper 28 ab, selbst wenn dieser erhitzt oder plötzlich abgeschreckt wird. Der Überzug kann auch geschmiedet werden, wodurch seine Homogenität verbessert und das Material verdichtet wird.

So wurde beispielsweise ein aufgespritzter Überzug aus etwa 13 % Kobalt und 87 °/₀ Wolfram bei einer Temperatur von etwa 950 bis 1000⁰ C geschmiedet. Bei dieser und höheren Temperaturen war das Schutzmaterial relativ weich, und die ursprüngliche Stärke der Schicht ließ sich durch Schmieden beträchtlich verringern. Nach dem Schmieden wurde der überzogene Gegenstand mit einer Temperatur von etwa 800 ° C in kaltem Wasser abgeschreckt, um dem Grundkörper aus Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt die ausreichende Härte zu verleihen. Die Vergütungsschicht blieb sowohl während des Schmiedens als auch nach dem Abschrecken unversehrt. Die Erfindung ist nicht nur auf die beispielsweise angegebene Zusammensetzung der gepulverten Ausgangsstoffe beschränkt; so kann durch einen höheren Prozentsatz von Carbid der Überzug mit größerer Härte und geringerer Dehnbarkeit versehen werden. Es ist auch nicht erforderlich, das Pulvermaterial durch ein Kapillarrohr 6 zuzuführen, sondern das Pulver kann auch auf den zu überziehenden Gegenstand aufgestreut und dann der Brenner in Tätigkeit gesetzt werden, um das Pulvermaterial aufzuschmelzen.

Neben Wasserstoff als Beförderungs- und 6c Schutzgas und Wolframelektroden können auch Kohleristoffelektroden zusammen mit anderen dissoziierbaren Gasen oder Gasmischungen verwendet werden. Bei Benutzung eines Gases, das sich in seinen atomistischen Zustand dissoziieren läßt, wie z. B. Wasserstoff, findet beim Aufschmelzen die durch die Wiedervereinigung der Atome entstehende Wärme Verwendung.

Das Aufbringen des Pulvermaterials auf den Grundkörper 28 kann kontinuierlich oder mit Unterbrechungen erfolgen. Bei großen Oberflächen ist das kontinuierliche Verfahren vorzuziehen. Beim Überziehen von kleinen Stücken, wie z. B. Schnittkanten von Werkzeugen, ist es jedoch mit Rücksicht auf die Genauigkeit und die Gleichmäßigkeit der Verteilung empfehlenswert, den Überzug schrittweise aufzubringen. Der Grundkörper 28 wird zweckmäßig in horizontaler Richtung unter dem Brenner fortbewegt, so daß das Überzugsmetall in senkrechter Richtung aufgebracht wird. Es ist auch empfehlenswert, den zu überziehenden Grundkörper vorzuwärmen. Dazu verbindet man zweckmäßig eine Phase des Dreiphasenanschlusses 5 mit dem Grundkörper 28 und die beiden anderen Phasen mit den Elektroden 3 und 4. Diese Verbindungen werden für einige Minuten aufrechterhalten, worauf die drei Phasen wieder mit den drei Elektroden verbunden werden. Während des Vorerhitzens wird das Pulvermaterial durch das Rohr 6 in der gleichen Weise wie sonst geschickt.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Anwendung des Verfahrens nach Patent 521 139 zum Erzeugen von Oberflächens'chichten aus hartem, verschleißfestem Baustoff auf einen Grundkörper aus weniger widerstandsfähigem Baustoff, dadurch gekennzeichnet, daß das durch einen Gasstrom geförderte pulverförmige Hartmetall mit größerer Geschwindigkeit durch den elektrischen Lichtbogen hindurchgeblasen wird als das zur Dissoziation gelangende, vorzugsweise an den Elektroden (3, 4) konzentrisch entlang geführte Gas.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen