DE69300449T2

DE69300449T2 - Beschichtung für Bereiche eines durch Drehung reibenden Teils aus Martensit-Stahl.

Info

Publication number: DE69300449T2
Application number: DE69300449T
Authority: DE
Inventors: Andre Coulon
Original assignee: GEC Alsthom Electromecanique SA
Current assignee: Alstom SA
Priority date: 1992-10-09
Filing date: 1993-10-06
Publication date: 1996-02-22
Anticipated expiration: 2013-10-07
Also published as: JPH06212448A; EP0592310B1; EP0592310A1; FR2696760B1; FR2696760A1; US5449562A; DE69300449D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Oberflächenbeschichtung eines Martensitstahls für Bereiche, die drehend aufeinanderreiben.
Martensitstähle, und insbesondere Stähle mit 9 bis 18% Chrom, sind sehr empfindlich gegen ein Festfressen. Vergleichende Versuche haben einen so erheblichen Unterschied im Reibungsverhalten dieser Stähle im Vergleich zu ferritischen Stählen ergeben, daß eine Oberflächenbehandlung insbesondere dann notwendig erscheint, wenn das betreffende mechanische Werkstück dreht und auf Lagern aufliegt oder an einem Anschlag anliegt. Schon der kleinste Schmiermangel kann so einer praktisch unmittelbaren Beschädigung der tragenden Lager führen.
Im Fall eines Turbinenrotors aus Martensitstahl ist diese Oberflächenbehandlung zwingend erforderlich und schützt vor einem Fressen des Lagers.
Es ist bereits bekannt, daß die reibenden Oberflächen mit Chrom beschichtet werden können, aber diese Beschichtung ist relativ teuer und erfordert eine spezielle Einrichtung.
Die erfindungsgemäße Beschichtung hat einen niedrigen Reibungskoeffizient, haftet gut und ist leicht aufzubringen. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Matrix aus NiMo besitzt, in die Körner von Cr&sub3;C&sub2; eingebettet sind. Es ist wichtig, daß die Matrix kein Chrom enthält, da dies die Matrix brüchig machen würde.
Die Körner aus Cr&sub3;C&sub2; verleihen der duktilen Matrix aus NiMo eine gewisse Härte.
Vorzugsweise ist die Zusammensetzung der Beschichtung in Gewichtsprozent wie folgt:
Cr&sub3;C&sub2; 15 bis 25%
Mo : 15 bis 25%
Ni : 55 bis 65%
Die Korngrößen der Matrix aus NiMo liegen zwischen 50 und 90 um. Gemäß einer interessanten Verbesserung der Erfindung enthält das Material Cr&sub3;C&sub2; einen Anteil von 2 Gew.% an Körnern kleiner als 1 Mikrometer. Diese Körner befinden sich überwiegend in der Nähe der Oberfläche und haben die Aufgabe, eine Art Trockenschmierung zu gewährleisten.
Die Erfindung wird nun anhand eines nicht beschränkend zu verstehenden besonderen Ausführungsbeispiels und der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Figur 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zum Aufbringen der Beschichtung gemäß der Erfindung.
Figur 2 zeigt die erfindungsgemäße Beschichtung.
Der Brenner 1, der in Figur 1 gezeigt ist, besitzt eine Brennkammer 2, die mit einem Gasgemisch aus Propan, Sauerstoff, Wasserstoff und Stickstoff gespeist wird, und ein mit einer Pulvermischung gespeistes zentrales Rohr 3.
Das Gasgemisch gelangt von der Kammer 2 in eine das Rohr 3 umgebende Leitung 4.
Das Ende der Leitung 4 und das Ende des Rohrs 3 münden nach außen, wo sich eine Flamme 5 ergibt. Das Pulver durchquert die Flamme und wird mit großer Geschwindigkeit vom Trägergas mitgenommen.
Das nicht dargestellte zu beschichtende Werkstück wird in geringem Abstand (200 bis 400 mm) vom Brenner angeordnet, und der Brenner wird vor dem Werkstück durch ein automatisches System verschoben. In Anwendung auf einen Turbinenrotor wird dieser horizontal montiert und langsam gedreht.
Die Vorbereitung der zu beschichtenden Oberflächen ist dem Fachmann bekannt: Entfetten, Flammen, Sandstrahlen, damit die mechanische Haftung der Beschichtung verbessert wird.
Die Heißbeschichtung mit dem Pulver erfolgt dynamisch: Der Rotor dreht sich und der Brenner wird waagrecht für die Lager des Rotors oder senkrecht für die Anschlagflächen verschoben. Die optimale Dicke der Beschichtung liegt zwischen 30 und 60 um.
Das Pulver ist eine besondere Legierung, die an Turbinenrotoren besonders angepaßt ist.
Die Zusammensetzung der Pulvermischung in Gewichtsprozent ist folgende:
Cr&sub3;C&sub2; : 20% ± 5%
Mo : 20% ± 5%
Ni : 60% ± 5%
Die Korngröße des Pulvers muß so gewählt werden, daß mindestens 90 Gew.% des verwendeten Chromkarbids aufgrund eines Cr&sub3;C&sub2;-Materials aus sphärischen Körnern unter 1 um erhalten wird, das dann auf eine Größe von 10 bis 30 um agglomeriert und gesintert wird.
Die Korngröße der Mischung aus NiMo liegt dann zwischen 20 und 90 um.
Die Beschichtung 6 des Werkstücks 7 (siehe Figur 2) enthält große gesinterte Körner 8 aus Cr&sub3;C&sub2;, die für die Härte der Beschichtung ursächlich sind. Die Matrix 9 aus NiMo bestehend aus Körnern von 20 bis 90 um ist duktil, so daß die Beschichtung den Reibungsbeiwert verringert, wenn ein Schmierproblem auftritt. Außerdem enthält die Beschichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung Körner 10 aus Cr&sub3;C&sub2; unterhalb einer Größe von 1 um mit einem Anteil von vorzugsweise 2%.
Diese Körner 10 bilden einen Schutz, indem sie eine Art Trockenschmierung in der Nähe der in drehendem Kontakt stehenden Oberflächen erzeugen (Welle-Lager).

Claims

1. Oberflächenbeschichtung auf Martensitstahl für drehend reibende Bereiche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Matrix (9) aus NiMo besitzt, in die Körner von Cr&sub3;C&sub2; eingebettet sind, von denen 90 Gew.% aus Körnern einer Größe von 10 bis 30 um bestehen.

2. Beschichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie die folgende Zusammensetzung in Gew.% aufweist:

Cr&sub3;C&sub2; : 15 bis 25%

Mo : 15 bis 25%

Ni : 55 bis 65%.

3. Beschichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngrößen der Matrix NiMo (9) zwischen 20 und 90 um liegen.

4. Beschichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ungefähr 2 Gew.% des Cr&sub3;C&sub2;-Materials aus Körnern (10) einer Größe unter 1 um gebildet wird, die überwiegend in der Nähe der Oberfläche der Beschichtung (6) liegen.