DE821902C

DE821902C - Verfahren zum Aufspritzen von metallischen UEberzuegen

Info

Publication number: DE821902C
Application number: DEM1967A
Authority: DE
Inventors: Arthur P Schepard
Original assignee: Metallizing Engineering Co Inc
Current assignee: Metallizing Engineering Co Inc
Priority date: 1947-12-19
Filing date: 1950-02-17
Publication date: 1951-11-22

Description

(WiGBL S. 175)

AUSGEGEBEN AM 22. NOVEMBER 1951

M 1967 Vl a j 48 b

Diese Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen beim Aufspritzen von Spritzmetallüberzügen auf feste Gegenstände.

Die industrielle Arbeitsweise zum Überziehen von festen Gegenständen mit Metall ist häufig die des Metallspritzverfahrens. Für diesen Zweck wird das aufzubringende Metall, dessen Teilchen sich in geschmolzenem oder heiß-plastischem Zustand befinden, in der Form eines Strahles auf die zu bedeckende Oberfläche gespritzt. In der Regel wird das Metallspritzverfahren mit Hilfe eines Metallspritzapparates durchgeführt, d.h. mit Hilfe eines Apparates, in dem das Metall in eine Heizzone vorgeschoben wird und dann die Metallteilchen, von denen wenigstens einige geschmolzen oder in heißplastischem Zustand sind, gegen die zu bespritzende Oberfläche geschleudert. Das Aufspritzen kann entweder durch Vorrichtungen, die die Zentrifugalkräfte ausnutzen oder durch einen Luft- oder anderen Gasstrahl erfolgen. Einer der weit verbreitesten Spritzapparate ist ein Metallspritzapparat, in der das aufzuspritzende Metall als Rundmaterial oder Draht durch eine geeignete Vorschubeinrichtung in die Heizzone vorgeschoben wird, die durch die Verbrennung eines brennbaren, die Heizzone durchströmenden Gases geheizt wird. Solches Rundmaterial oder solcher Draht kann relativ gediegen sein oder andererseits aus Teilchen solchen Metalls mit Hilfe eines geeigneten plastischen Bindematerials hergestellt sein. Bei der letzteren Art ist in gebräuchlicher Weise das Bindemittel solcher Art, daß es in der Hitze der Spritzvorrichtung verdampft.

Spritzmetallüberzüge werden für viele Zwecke

hergestellt, ζ. B. als Oberflächenschutz bei einer Welle oder Muffe gegen Korrosion oder um einen verzierenden Überzug oder einen Überzug mit einer gewünschten Laufeigenschaft herzustellen oder um verschlissene Gebiete an Werkstücken wieder aufzufrischen.

Beim Herstellen von Spritzmetallüberzügen, besonders bei der Herstellung oder Ausbesserung von Lagern oder anderen aufeinander gleitenden Flächen

ίο von Maschinenteilen ist es erforderlich, daß das aufgespritzte Metall auf der Unterlage in hohem Maße haftet, da andernfalls das Spritzmetall abblättert. Um den erforderlichen Grad des Haftens zu erzielen, ist in der Regel die Oberfläche, auf die das Metall aufgespritzt wird, vorbehandelt. Bisher gab es allgemein zwei Arten von Vorbehandlung: Aufrauhen und Erhitzen. Das Aufrauhen wurde mit mechanischen Schruppvorrichtungen und ebenso durch Metallauflage mittels eines elektrischen Schmelzprozesses erzielt.

Mechanisches Aufrauhen einer Metalloberfläche, um sie zur Aufnahme und Festhalten von Spritzmetall geeignet zu machen, muß solcher Art sein, daß eine Vielzahl von dicht unterteilten Unterschneidungen mit auswärts gebogenen Kanten entstehen, so daß die Zwischenräume eine Vielzahl von Keilnuten bilden. Bisher wurde allgemein eine Oberfläche solcher Art mit einem Sandstrahl- oder Kiesgebläse hergestellt. Das Verfahren mit Sandstrahl- oder Kiesgebläse ist in vielen Fällen unbefriedigend und ergibt oft keine Oberfläche, auf der das Spritzmetall in einem befriedigenden Grad haftet. Spritzmetall hat die Tendenz des Schrumpfens und in vielen Fällen ergibt eine mit Sandstrahl- oder Kiesgebläse behandelte Oberfläche keine ausreichend haftende Oberfläche, die ein Loslösen des aufgespritzten Metallüberzuges von der Grundfläche, besonders unter Arbeitsbedingungen, verhindert. Ferner sind viele Maschinenteile oder andere Teile infolge ihrer Gestalt oder ihrer strukturellen Beziehung zu anderen Teilen für eine Behandlung mit dem Sandstrahl- oder Kiesgebläse ungeeignet. Einer der grundlegenden Nachteile des Sandstrahl- oder Kiesgebläseverfahrens besteht in der Tatsache, daß dieses Verfahren in der so behandelten Oberfläche Druckspannungen hervorruft, die unter Umständen ein Verziehen der so behandelten Gegenstände hervorrufen, besonders dort, wo solche Gegenstände ein relativ dünnes Profil haben.

Jede andere Art von besonders konstruierten Maschinen zum mechanischen Aufrauhen von zu bespritzenden Oberflächen zum besseren Haften des Spritzmetalls, bezwecken eine oben charakterisierte Oberflächenart, die zum Haften des Spritzmetalls erforderlich ist. Jede Aufrauhungsmethode, wie auch immer sie sei, hat dieselben Grenzen und Nachteile wie sie dem Sandstrahl- oder Kiesblaseverfahren anhaften. Ein grundlegender Nachteil liegt darin, daß diese Methode nicht für gehärtete Metallteile oder Oberflächen geeignet sind. Daher können z. B. stark gehärtete Teile nicht sauberer durch mechanische Aufrauhungsprozesse wie Kiesblase- oder Sandstrahlverfahren oder andere Aufrauhvorrichtungen oberflächenbehandelt werden. Obgleich teilweise gehärtete Maschinenteile mit Kies- oder Sandstrahlgebläsen bei Verwendung von sehr hartem Kies, etwa aus Aluminiumoxydgebläsesand, behandelt werden konnten, ist dessen ungeachtet der erzielte Halt im allgemeinen sehr unzureichend.

Elektrische Methoden zum Aufschmelzen oder Aufschweißen von Elektrodenmetall auf ein Grundmetall, um eine rauhe Oberfläche aus diesem Elektrodenmetall zu erhalten, sind ebenfalls üblich, um ein Haften und Festhalten des aufgetragenen Spritzmetalls zu erzielen. Solche Methoden, wie immer sie auch seien, hatten den Nachteil der Notwendigkeit von ausgedehnten elektrischen Transformatoreinrichtungen und ferner die zusätzliche Beschränkung, daß diese Aufrauh- oder Oberflächenbehandlungsmethoden langsam und mühsam sind und eine Menge Geschicklichkeit des Ausführenden verlangen. Einer der meist hervortretenden Nachteile dieser elektrischen Methoden zum A^orbehandein der Oberfläche liegt darin, daß eine mangelhafte Verbindung vom Ausführenden unbeabsichtigt dadurch verursacht wird, daß schlecht aufgetragenes Elektrodenmaterial nicht von einwandfrei aufgetragenem unterschieden werden kann. Ein anderer Nachteil der elektrischen Oberflächenvorbehandlung liegt darin, daß solche Methoden eine örtliche Erhitzung des Grundmetalls auf relativ hohe Temperaturen bewirken. Eine solche Erhitzung verursacht vielfach örtliche Veränderungen in der Metallstruktur des Grundmetalls, wodurch materialmäßig die Dauerfestigkeit des Grundmetalls herabgesetzt wird. Ein anderer Nachteil der elektrischen Methode des Aufschmelzens oder Aufschweißens von Elektrodenmetall auf ein mit einer rauhen Oberfläche zu versehendes Grundmctall liegt darin, daß eine solche elektrische Methode in der Oberfläche des behandelten Gegenstandes Zugspannungen hervorruft, die vielfach ein Verziehen verursachen, besonders bei Gegenständen mit verhältnismäßig geringer Wandstärke.

Die Erhitzungsmethode zur Oberflächenvorbehandlung eines Grundmetalls zum Festhalten des aufgebrachten Spritzmetalls, verlangt die Erhitzung der Oberfläche auf relativ hohe Temperatüren und danach ein Bespritzen der heißen Oberfläche mit Metall. Diese Methode ist nicht weit verbreitet und verlangt als allgemeine Regel sehr viel Geschicklichkeit und viele Ausrüstungsgegenstände, ist also relativ umfangreich. Weiter ist in den meisten Fällen die Temperatur, auf welche die Oberfläche erhitzt werden muß, so hoch, daß sie ein Verziehen oder eine anderweitige Zerstörung des mit Metall zu bespritzenden Gegenstandes verursacht. Ein weiterer Nachteil der Erhitzungsmethode liegt darin, daß die meisten Metalle beim Erhitzen in Luft zu einem wesentlichen Grad oxydieren. Ein anderer Nachteil, der der Erhitzungsmethode anhängt, liegt darin, daß sie nicht bei stark gehärteten Metallteilen anwendbar ist, weil diese wieder erweichen und dabei ihre Härte verlieren,

wenn man auf Temperaturen erhitzt, die zu einem erwünschten Grad des sicheren Haftens des aufgebrachten Spritzmetalls notwendig sind.

Es gibt also immer einen grundlegenden Nachteil, der praktisch allen bisher üblichen Vorbehandlungsverfahren anhaftet, die die Metalloberfläche für das aufgetragene Spritzmetall genügend haftfähig machen sollen. Dieser Nachteil liegt darin, daß alle bisher üblichen Vorbehandlungsmethoden ίο materialmäßig die Beschaffenheit der behandelten Grundmetalloberfläche beeinträchtigen und alle solche Methoden eine besondere und kostspielige Stufe der Vorbehandlung der Grundfläche verlangen, bevor die Spritzoperation durchgeführt werden kann.

Ein Teil der Erfindung umfaßt u.a. eine Methode zum Auftragen von Spritzmetall auf Oberflächen aus anorganischem Material, einschließlich Metall- und Nichtmetalloberflächen und unter den letzteren besonders glasartige Oberflächen, wie z.B. aus Glas oder Keramikstoffen. Das Verfahren ist im wesentlichen frei von den vorhin besprochenen Nachteilen, die den bisher bekannten Verfahren anhaften.

Ein anderer Gegenstand der Erfindung besteht in einer Methode zur Erzielung eines Haftens des Spritzmetalls auf Oberflächen, besonders auf solchen aus Metall und Nichtmetall, glasartigen Oberflächen, wie z. B. aus Glas oder anderen glasartigen Oberflächen, einschließlich Keramikstorfen, die materialmäßig nicht mehr bewirkt als eine dünne Haut auf der Oberfläche, auf die das Spritzmetall aufgetragen wird.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein mit Spritzmetall überzogener Artikel, an dem das Spritzmetall auf der Grundfläche außerordentlich fest haftet.

Die vorherigen und noch weiteren Gegenstände der Erfindung können aus der folgenden Beschreibung ersehen werden.

Die Erfindung bezweckt im wesentlichen eine Verbesserung der Auftragsmethode von Spritzmetall auf eine anorganische Oberfläche, besonders auf Oberflächen aus Metall oder aus nichtmetallischem glasartigen Material. Die Oberflächen werden für das Haften des Spritzmetalls durch vorheriges Aufspritzen eines Molybdänüberzuges vorbereitet und anschließend wird Metall auf die so ummantelte Oberfläche aufgespritzt. Die Erfindung ist besonders geeignet für Oberflächen, die üblicherweise ungeeignet sind, aufgebrachtes Spritzmetall mit dem gewünschten Grad des Haftens zu halten, wie z. B. verhältnismäßig glatte Oberflächen. Keine anderen Bedingungen oder Hitzebehandlung sind erforderlich.

Innerhalb des allgemeinen Gedankens der Erfindung kann das auf die Oberfläche gespritzte und später mit Spritzmetall überzogene Molybdän in jeder gewünschten Dicke aufgetragen werden. Als unterste Grenze genügt ein relativ dünner, noch gerade ausreichender Molybdänspritzüberzug, z. B. durch eine verhältnismäßig schnelle ein- oder zweimalige Anwendung der Molybdänspritzvorrichtung, und nicht notwendigerweise ein dauerndes Überziehen. Je stetiger das Überziehen ist, desto größer werden die Haftkräfte sein, mit denen das aufgetragene Spritzmetall auf der Grundfläche haften wird. Wenn nur relativ geringe Ansprüche an das Haften gestellt werden, z. B. wenn relativ dünne Überzüge auf tief schmelzende Metalle aufgetragen werden, genügt eine geringere Kontinuität des Spritzüberzuges als sie z.B. für einen dickeren Überzug eines höher schmelzenden zu überziehenden Materials notwendig ist. Im letzteren Fall verlangen die höheren Ansprüche an das Haften eine größere Kontinuität des Spritzüberzuges. Es ist jedenfalls vorteilhaft, einen im wesentlichen kontinuierlichen Spritzüberzug aus Molybdän auf die Grundlage aufzubringen. Gemäß der Erfindung ist vorteilhaft, einen Molybdänüberzug von mindestens 0,0127 mm und vorzugsweise 0,0508 mm aufzubringen. Die obere Grenze des Molybdänüberzuges ist nur durch die praktischen und ökonomischen Bedingungen gegeben. Wenn eine Überzugsdicke der gewünschten Haftfähigkeit aufgetragen ist, beeinträchtigt irgendeine zusätzliche Dicke die Haftfähigkeit des später aufgetragenen Molybdäns nicht wesentlich.

Das Metallspritzverfahren wird vorzugsweise mit einer Metallspritzvorrichtung ausgeführt, die Draht oder Rundmaterial verspritzt.

Das Molybdän, das gemäß der Erfindung gebraucht wird, kann reines Molybdän oder eine Molybdänlegierung oder -verbindung sein. Im letzteren Fall wird ein relativ hoher Molybdängehalt vorgezogen, etwa eine Legierung oder Verbindung von 90% oder mehr Molybdän. Es kann auch irgendeine Legierung von 40% oder mehr Molybdängehalt, legiert mit anderen mit Molybdän legierbaren Metallen, benutzt werden. Unter Molybdän ist in diesem Rahmen sowohl reines Molybdän als auch Legierungen und Verbindungen mit mindestens 40% Molybdän zu verstehen. Wenn auf eine Molybdänverbindung bezogen wird, soll damit eine Verbindung gemeint sein, die fein verteiltes metallisches Molybdän in Kombination mit anderen Metallen enthält, und nicht notwendigerweise damit legiert ist.

Die Oberfläche der mit Metall zu bespritzenden Gegenstände kann vollständig glatt und braucht nicht aufgerauht oder anderweitig behandelt zu sein, nur Reinigen (falls nötig) ist erforderlich. Die Oberfläche, die mit Molybdän bespritzt werden soll, soll stets rein sein. Die Reinigung kann erforderlichenfalls auf mehreren Wegen erreicht werden, z. B. durch Schleifen, leichtes Sandstrahlblasen, Säureätzung und ähnliche Prozesse. Diese sind besonders erforderlich bei Metallen, bei denen die Gefahr einer Oxydation der Oberfläche besteht. Falls die Oberfläche relativ frei von Oxyden und völlig befreit von Schmutz und Fetten ist, mag es ausreichen, wenn in einer geeigneten Lösung gereinigt wird. Im allgemeinen ist ein Metall, das ohne Schmiermittel oder Kühlmittel bearbeitet wurde, zum unmittelbaren Aufspritzen von Molybdän ausreichend rein. Im Falle von Glas wird der Grad der

Adhäsion des auf eine Grundfläche aufgespritzten Spritzmetalls weiter erhöht, falls die Glasoberfläche leicht abgeschliffen oder mattiert wird, etwa durch Ätzen, leichtes Schleifen o. dgl. Dies mag beson-S ders vorteilhaft sein, wenn auf die relativ kalte Glasoberfläche gespritzt wird, um die Wirkung der möglichen plötzlichen Erhitzung zu verhindern oder abzuschwächen. Jedes Metall, das zum Spritzen geeignet ist, kann direkt auf die aufgespritzte Molybdänoberfläche gespritzt werden. Das aufzuspritzende letzte Metall wird nach den Eigenschaften ausgewählt, die den Anforderungen des besonderen Zwecks genügen. Z. B. verlangt der Achszapfen einer rotierenden Achse zum Laufen in einem Lager ein hartes dichtes Metall. Für einen solchen Fall wird im allgemeinen ein Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt genommen. Die Achse würde zunächst notwendigerweise durch Abdrehen oder Schleifen abgesetzt werden, um Raum für die

ao Aufbringung des Spritzmetalls zu haben. Ein geeignetes Molybdän würde dann auf die abgesetzte Zapfenfläche der Achse bis zu einer Dicke von z. B. 0,0254 mm bis 0,0762 mm aufgespritzt und darauf würde der kohlenstoffreiche Stahl mit Metall bis zu einer ausreichenden Dicke bespritzt, damit eine Nachbearbeitung oder Schleifen der aufgespritzten Metalloberfläche auf das gewünschte endgültige Maß möglich ist.

Zuweilen ist es vorteilhaft, die Oberfläche des zu bespritzenden Gegenstandes vor der Bespritzung mit Molybdän, oder nach einem solchen Vorgang und vor dem Aufbringen des letzten Metallüberzuges, anzuwärmen. In beiden Fällen dient die Anwärmung zum Ausgleich der Spannungen im letzten aufgespritzten Überzug und ist bei einer relativ niedrigen Temperatur durchzuführen (im Vergleich zu den Temperaturen, die bei der Hitzeverbindungsmethode nötig sind). Die Vorwärmetemperaturen sind in der Größenordnung von etwa 150⁰ C.

Im Falle von Glas- und Keramikgegenständen ist manchmal eine Anwärmung zum Ausgleich der Wirkung des Hitzeschocks vorteilhaft. Hitzeschocks treten manchmal bei Bespritzen von Glas an lokalisierten Stellen auf, wo heiße Spritzmetallteilchen die kalte Glaswand treffen und Spannungen hervorrufen, die nachher zum Brennpunkt von lokalisierten Zerstörungen werden.

Es ist ebenso von Vorteil, Kerben und Rillen oder andere Formen von irregulären Konturen, auf der mit Metall zu bespritzenden Grundfläche vorzusehen. Solche Kerben ödere andere irregulären Konturen haben einige vorteilhafte Funktionen, obgleich sie kein notwendiges Erfordernis für den hier weiter beschriebenen Verbindungsprozeß sind.

Eine der vorteilhaften Funktionen der Kerben oder anderen irregulären Konturen ist die Verstärkung in dem Oberflächengebiet, das solche Konturen enthält. Sie bewirken eine verstärkte Verbindung mit dem Spritzmetall. Eine andere vorteilhafte Funktion solcher Konturen ist die nützliche Wirkung auf die Struktur des nachfolgenden Spritzmetalls. Eine solche nützliche Wirkung ist der Faltv.ng c'.°r Schichten bildenden Lagen solcher Spritzmetallstrukturen zuzuschreiben. Spritzmetallstrukturen, die sich durch das Spritzen auf Oberflächen mit irregulären Konturen ergeben, sind allgemein durch die Faltung der Schichten oder Lamellen stabiler als die Strukturen, die sich beim Spritzen auf dasselbe Metall mit im wesentlichen ebenen Oberflächen ergeben.

Einer der ersten wirtschaftlichen Vorteile dieser Erfindung besteht nicht nur in der durch die Vermeidung der vorher notwendigen Stufe der Oberflächenvorbehandlung erzielten Kosteneinsparung, sondern ebensosehr in der Einsparung des Spritzens von zusätzlichem Metall, das zum Füllen der durch den Oberflächenaufrauhungsprozeß geschaffenen Vertiefungen und anderer Zwischenräume erforderlich ist, und ebenso in der Einsparung der zusätzlichen Zeit und Unkosten für das Bearbeiten oder Schleifen der fertig bespritzten Oberfläche. Wenn Aufrauhungsmethoden angewandt wurden, erscheinen die Aufrauhungskonturen der Grundfläche teilweise auf der letzen Oberfläche und müssen durch Nacharbeiten oder auf andere Weise beseitigt werden, um eine ebene Oberfläche zu erzielen .Bei der erfindungsgemäßen Methode ist es erstmalig möglich, Spritzmetallüberzüge auf glatte Oberflächen ohne Benutzung von außerordentlicher Hitze oder von Aufrauhungsmethoden aufzuspritzen und deshalb wird die Alenge des notwendigen Spritzmetalls und ebenso das Ausmaß der Nachbearbeitung und des Schleifens an einem typischen, mit Metall bespritzten Maschinenelement, verringert.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäß mit Spritzmetall überzogenen Gegenstände liegt darin, daß der Spritzmetallüberzug sehr dünn gemacht werden kann und selbst bis auf das Grundmetall geschliffen werden kann, wobei man einen Überzug mit scharfen Kanten erhält, der aber immer noch sicher mit dem Grundmetall verbunden bleibt. Mit früheren Verfahren der Oberflächenvorbehandlung, besonders mit den Methoden des mechanischen Aufrauhens waren solche dünnen Überzüge mit scharfen Kanten wegen fehlender Verbindung an einzelnen Stellen, die sich an die sehr dünnen Gebiete des aufgespritzten Überzuges anschließen, nicht praktisch.

Gemäß der Erfindung ist es ganz praktisch, nicht nur für den ersten auf die Oberfläche des Gegenstandes aufgespritzten Überzug Molybdän oder eine Molybdänlegierung oder -verbindung auszuwählen, sondern auch für den nachfolgenden Spritzmetallüberzug. In diesem Fall kann der ganze Überzug aus demselben Molybdän oder derselben Molybdänlegierung sein. Die Benutzung von Molybdän für die nachfolgende aufgespritzte Metallschicht ist besonders vorteilhaft für dünne Überzüge wie solche zum Ausbessern schlecht gepreßter Passungsflächen einer Achse, die in einer Nabe eingepreßt ist, verwendet werden. In solchen Fällen ist es unnötig, den Achszapfen, wie es üblich ist, abzudrehen, bzw. abzuschleifen, da keine minimale Dicke für das Spritzmetall vorgesehen ist.

Die abgenutzten Flächen werden mit Molybdän

bespritzt und dann auf Maß geschliffen. Diese Methode ergibt sehr dünne Überzüge mit scharfen Kanten, wo sie sich dem Ende des abgenutzten Gebietes nähern. Dies kann nicht mit einer der bisher genannten Methoden des Metallspritzens mit Haftung durch Oberflächenvorbehandlung erzielt werden.

Wenn in dieser vorliegenden Anwendung des Molybdäns eine Metallisierungsvorrichtung des

ίο Drahttyps zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens benutzt wird, wird ein aus höchst reinem, durch Sinterung pulverisierten Molybdäns gewonnenes Rundmaterial oder gewonnener Draht benutzt. Solch ein gesintertes Rundmaterial oder solcher Draht kann direkt mit solch einer Metallisierungsvorrichtung verspritzt werden, doch ist es vorzuziehen, das gesinterte Material mechanisch durch Ausschmieden und/oder Ziehen zu fertigem Rundmaterial oder Draht zu verarbeiten.

Obgleich die Anwendung nur eines Metalls, das dem ersten Überzug aus Molybdänlegierung auf den mit Metall zu bespritzenden Gegenstand nachfolgt, vorhin diskutiert worden ist, ist es offenbar, daß jegliche Zahl von verschiedenen Metallen nacheinander aufgespritzt werden kann und soviele Lagen verschiedener Arten von Metallen gebildet werden, wie eben gewünscht wird.

Die folgenden Beispiele dienen zur Erläuterung der Erfindung.

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Beispiele

i. Eine Kohlenstoffstahlwelle mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,45% wird zuerst auf eine Drehbank gespannt und die Flächen, die mit Spritzmetall versehen werden sollen, werden mit einem Drehstahl überdreht, um Platz für den darauf zu spritzenden Metallüberzug zu schaffen. In diesem Falle wird eine Schichtdicke von annähernd 0,762 mm angestrebt und ferner soll der fertige Spritzmetall-Überzug mit dem ursprünglichen Durchmesser der Welle übereinstimmen. Deswegen wird der ursprüngliche Wellendurchmesser um 1,524 mm auf dem ganzen zu bespritzenden Gebiet unterschnitten. Das Abdrehen auf der Drehbank erfolgt ohne Schmieren oder Kühlen, um eine Verunreinigung der Metalloberfläche zu vermeiden.

Darauf wird in diesem Falle ein 0,0508 mm dicker Molybdänspritzüberzug mit dem Metallspritzverfahren auf die abgedrehte Wellenoberfläche aufgebracht. Dieser Überzug wird mittels eines üblichen Metallisierungsapparates nach dem Drahtsystem aufgebracht, wobei ein gesinterter und gezogener Molybdändraht von 2,3114 mm Durchmesser benutzt wird. Die Spritzdüse hat dabei von der Wellenoberfläche einen Abstand von etwa 127 mm. Der Spritzapparat ist so eingestellt, daß er keine stark oxydierende Flamme aufweist. Während des Aufbringens des Molybdänüberzuges wird die Welle auf der Drehbank gedreht. Der Spritzapparat wird so geführt, daß der Strahl schnell die Oberfläche der Welle überstreicht, damit die erforderliche Molybdänschichtdicke in etwa zweimaligem Passieren des Strahls erzielt ist.

! Nach dem Aufbringen des Molybdänüberzuges wird ein Spritzmetallüberzug aus nichtrostendem j etwa 18% Chrom und etwa 8% Nickel enthaltendem Stahl aufgebracht, und zwar mit Hilfe desselben Spritzapparates und einem Draht aus nichtrostendem Stahl von 3,175 mm. Der normale Spritzprozeß wird durchgeführt, indem der Spritzapparat genügend schnell hin und her über die rotierende Welle geführt wird, um bei jedem Passieren der Spritzvorrichtung Schichten von annähernd 0,127 mm Dicke zu erhalten. Der Spritzapparat ist mit der Düse etwa 150 mm von der Wellenoberfläche entfernt. Das Aufspritzen wird solange fortgesetzt, bis der Mantel einen um 0,381 mm größeren Durchmesser als der ursprüngliche Wellendurchmesser hat.

Dann wird der nichtrostende Stahlüberzug bis auf den ursprünglichen Wellendurchmesser mit Hilfe von üblichen Schleifeinrichtungen abgeschliffen.

2. Eine kalt gepreßte Flußstahlplatte von

j 5° X 75 X 3 ^mm Dicke erhält durch Schmirgeln eine reine, im wesentlichen glatte Oberfläche. Ein in diesem Falle 0,0762 mm dicker Molybdänüberzug wird dann mit Hilfe einer üblichen Spritzvorrichtung mit Drahtspeisung von etwa 2,3114mm Drahtdurchmesser auf die reine Seite der Platte go gespritzt. Der Molybdänüberzug wird durch ein solches Bewegen des Spritzapparates aufgebracht, daß der Strahl die Platte etwa 5mal überstreicht, wobei der Spritzapparat annähernd 150 mm entfernt gehalten wird. Darauf wird kohlenstoffreicher Stahl mit annähernd 0,80°/o Kohlenstoffgehalt mit Hilfe derselben Metallspritzvorrichtung und unter Verwendung von 3,175 mm starken Stahldraht auf die Spritzmetalloberfläche aufgespritzt. Der Metallspritzapparat wird in einer willkürlichen Weise so bedient, daß der Strahl auf das Werkstück in einem Male derart auftritt, daß eine Stahlschicht von etwa 0,0762 mm bis 0,127 mm entsteht. Der Spritzprozeß wird solange fortgesetzt, bis ein annähernd 3,175 mm dicker Spritzmetallüberzug auf die Platte aufgebracht ist.

3. Es wird eine Platte derselben Gestalt auf dieselbe Art mit einer Molybdänschicht versehen, wie im Beispiel 2. Nach dem Spritzen der Molybdänschicht wird ein Überzug einer annähernd 9% Aluminium enthaltenden Aluminiumbronze mit demselben Spritzapparat und in derselben Art wie oben im Beispiel 2 der kohlenstoffreiche Stahl, aufgebracht. Die Aluminiumbronze wird bis zu der gleichen endgültigen Dicke von annähernd 3,175 mm aufgespritzt.

4. Als Mittel zum Feststellen der Bindekraft zwischen den aufgebrachten Spritzmetallüberzügen und dem Grundstoff wurde folgender Versuch durchgeführt: Es wurden Platten, wie im Beispiel und 3 vorbereitet und aus Flußstahl bestehend mit dünnen Molybdänspritzüberzügen und Überzügen aus kohlenstoffreichem Stähl bzw. Aluminiumbronze von annähernd 3,175 mm Stärke versehen. Ein Ende jeder Platte ist geglättet, um die Bindung zwischen dem Spritzmetall und dem Grundstoff zu

untersuchen. Stücke dieser Überzüge werden von den Stahlplatten durch Ansetzen eines scharfen Meißels an den Kanten der geschliffenen Plattenoberfläche an der Verbindung zwischen Spritzmetall und Grundstoff und anschließendes Drehen des Meißels abgehoben. Sowohl das gelöste Stück, als auch die entblößte Oberfläche des Grundstoffes wurden dann untersucht. Die Stücke vom bespritzten kohlenstoffreichen Stahl zeigten durchgehende

ίο Überzüge von aufgespritztem Molybdän auf der der Platte zugekehrten Seite. Auch die Platte mit der sie verbunden waren, zeigte einen durchgehenden Molybdänüberzug. Die Stücke aus Aluminiumbronze zeigten keine Spuren von Molybdän auf der der Platte zugewandten Seite.

Die Platten, von denen sie abgelöst wurden, zeigten einen durchgehenden Aluminiumbronzeüberzug, der den aufgespritzten Molybdänüberzug bedeckte.

ao Die Versuche zeigten, daß die Kräfte der Molybdänschicht lotrecht zur Platte stärker sind als die inneren Kräfte der aufgespritzten Aluminiumbronze in derselben Richtung, aber geringer als die Kräfte des aufgespritzten kohlenstoffreichen Stahls in dieser Richtung sind.

5. Das Folgende zeigt weiter die Kraft, mit der der aufgebrachte Spritzmetallüberzug an dem Grundmetall haftet. Es wird ein. Versuchsstück einer kalt bearbeiteten Flußstahlstange von etwa 25,4 mm 0 und etwa 50 mm Länge genommen. Im Zentrum der Vollstange ist ein 9,5 mm starkes Loch in Längsrichtung gebohrt. Eine andere kalt bearbeitete Flußstahlstange, die in die erstere Stange dicht, aber verschiebbar hineinpaßt, wird dann bis zum vorderen Ende eingeschoben und hat am anderen Ende ein Handstück. Die eingeschobene Stange wird dann in der Axialbohrung gesichert, worauf beide Stangen am ersteren Ende bündig zu einer glatten Endfläche geschliffen werden. Unter Verwendung der Vorrichtungen und der Verfahren, wie sie z. B. im Beispiel ausgeführt wurden, wird eine 0,0762 mm Auflage aus Spritzmolybdän auf die geschliffene Oberfläche aufgebracht. Sie bedeckt das ganze erste Ende, einschließlich das bündige Ende der inneren Stange. Die innere Stange wird dann zurückgezogen, wobei durch die relativ scharfen Kanten der Überzug über das äußere Stangenende von dem über das innere Stangenende abgeschert wird. Nachdem etwaiger Oberflächengrat entfernt wurde, werden die Stangen in ihre ursprüngliche Lage gebracht, wodurch die Molybdänoberflächen wieder bündig sind. Darauf wird 10% Kohlenstoff enthaltender Stahl in derselben Weise, wie in Beispiel 2, zu einer Dicke von etwa 3,175 mm gespritzt. Das so vorbereitete Versuchsstück wird dann in eine Prüfvorrichtung gespannt, in der der Zug am Handstück der inneren Stange gemessen werden kann und die Größe der Zugkraft, die zum Loslösen der inneren Stange vom aufgetragenen Spritzmetall erforderlich ist, beobachtet werden kann. Auf diese Weise gibt die durch die Stangenfläche dividierte Gesamtkraft die Zugspannung in kg/cm² in der Verbindung zwischen der Stangenoberfläche und dem aufgebrachten Spritzmetall an. Auf diese Weise wurde die Bindekraft beim Zug mit etwa 140 kg/cm² gemessen. Beim Fehlen des Molybdänüberzuges traten Versager auf.

Der Metallspritzapparat zum Verspritzen von Draht, der bei den oben beschriebenen Beispielen benutzt wurde, hat eine Spritzkapazität von etwa 4,5 kg eines 3,175 mm starken, 0,10% Kohlenstoff enthaltenden Stahldrahtes pro Stunde. Es können auch Spritzapparate anderer Kapazität oder andere Metallspritzvorrichtungen verschiedener Typen gebraucht werden. In diesen Fällen sind die besonderen Verfahrensbedingungen dem normalen Spritzprozeß anzugleichen und, falls nötig, mit zusätzlichen Sicherheitseinrichtungen oder Einstellorganen zum Vermeiden von übermäßigen Oxydationsbedingungen zu versehen.

Der in den verschiedenen vorhergehenden Beispielen beschriebene Molybdändraht ist ein handelsüblicher gesinterter kalt und nicht blank gezogener Draht. Es ist ein im wesentlichen reiner Molybdändraht. Andere Drähte oder Vollstangen aus Molybdän oder Molybdänlegierungen oder -verbindüngen können mit gutem Ergebnis das in den vorhergehenden Beispielen angeführte Molybdän ersetzen. Solche sind z. B. Molybdändrähte oder Stangen, bei denen die schwarze Oxydhaut durch Wasserstoffreduktion bei gleichzeitigem Glühen entfernt wird, wobei noch eine andere chemische Behandlung zur Entfernung der Öxydhaut vorausgegangen sein kann und ebenso solche Molybdänlegierungen oder -verbindungen wie Legierungen aus 50% Molybdän und 50% Wolfram, aus 60% Molybdän und 40% Wolfram, aus 70% Molybdän und 30% Eisen, und noch andere.

Besonders feste Bindeeigenschaften treten beim Gebrauch von Molybdänüberzügen in Verbindung mit Stahllegierungen einschließlich rostfreien Stahllegierungen, und ebenso mit Aluminium- oder Magnesiumlegierungen hervor.

Die Erfindung bezieht sich auch auf andere Grundmetalle in Verbindung mit beliebig vielen aufgetragenen Spritzmetallen. Versuchsstücke der verschiedensten Kombinationen, die mit dem Material und nach dem Verfahren der vorhergehenden Beispiele vorbereitet waren, zeigten in jedem Fall eine ausreichende Adhäsion des Spritzmetalls zum Grundmetall, wobei beim Zerbrechen weder im Molybdän noch in dem darüber gelegenen Spritzmetall Fehler auftraten. Um Beispiele anzuführen, sind als Grundmaterial z. B. geeignet: Stahl, Kohlenstoffstahl und anderer Stahl und Eisenverbindungen entweder in weicher oder gehärteter Verfassung, Gußeisen, Nickel und die verschiedensten Nickellegierungen wie Monelmetall o. dgl., Kupfer und verschiedene Kupferlegierungen, einschließlich Messing, Zinn, Blei, Zink, Aluminium und Aluminiumlegierungen, Magnesium und Magnesiumlegierungen, Chrom-, Kobalt- und/oder Wolframverbindungen oder -legierungen. Die folgenden Spritzmetalle können auf diese Grundmaterialien aufgebracht werden: Aluminium und Aluminium-

legierungen, Kupfer und Kupferlegierungen, einschließlich Bronzen und Messinge, Stahl, Stahllegierungen, einschließlich verschiedener Kohlenstoffstähle und ebenfalls einschließlich rostfreier Stahllegierungen, Eisen, Zink, Blei und Bleilegierungen, einschließlich Weißmetall, Zinn und verschiedene andere allgemein zum Metallspritzen gebräuchliche Metalle.

Während der Spritzoperation ist es ratsam, Bedingungen, die eine Oxydation fördern, während des Spritzens zu vermeiden. Die Begründung ist, daß übermäßige Oxydation der verteilten Molybdänteilchen die Adhäsionseigenschaften des zuletzt aufgebrachten Spritzmetallüberzuges gegenüber dem Grundmaterial verschlechtern. Eine übermäßige Oxydation fördernde Bedingungen können vermieden werden, durch die Anwendung einer relativ langsamen Molybdändrahtgeschwindigkeit beim Einführen in den Spritzapparat, durch den Gebrauch von möglichst wenig Sauerstoff und durch eine genügend hohe Temperatur in der Schmelzzone. Unter diesen Umständen ist es empfehlenswert und angenehm, die Oxydation beim Spritzprozeß durch Spritzen in einer Atmosphäre eines im wesentlichen inerten Gases, wie das Gas zum Ausschleudern des Spritzmetalls gering zu halten. In der Anwendung der Erfindung auf metallische Oberflächen hat sie sich für viele Zwecke als brauchbar erwiesen, besonders in solchen Fällen wie die Ausbesserung von Zylindersprüngen, Sprüngen quer über Ventilsitze, Schrumpfrissen, Defekten oder Gußblasen in Gußstücken usw. Gemäß dem relativ hohen Grad der Adhäsion zwischen den aufgebrachten Spritzmetallen und dem Grundstoff erhält das Produkt erfindungsgemäß eine relativ hohe Widerstandskraft gegenüber Korrosionseinflüssen auf der Grundstoffoberfläche. Sie sind ferner durch eine relativ hohe Scherfestigkeit, das ist der Widerstand gegenüber Abscherkräften, die parallel zur Oberfläche des Grundmaterials verlaufen, ausgezeichnet. Bei der Anwendung der Erfindung auf nichtmetallische, im wesentlichen glasartige Oberflächen und besonders auf Oberflächen aus Glas und Keramikstoffen, wird das Molybdän in derselben Weise wie in den oben angegebenen Beispielen und mit derselben Spritztechnik und denselben Ausrüstungen aufgetragen. Das zuletzt aufgetragene Spritzmetall haftet an dem Grundstoff mit einem hohen Grade an Bindekraft und es ist keine andere Oberflächenbehandlung oder -vorbereitung als nur Reinigen erforderlich.

Die folgenden Beispiele dienen der Illustration der Anwendung der Erfindung auf solche Oberflächentypen.

6. Die Oberfläche eines mit Glas ausgekleideten Stahltanks, von dem ein Teil des Glases durch Unfall abgesprungen ist, soll ausgebessert werden. Der Riß sollte mittels eines kleinen tragbaren Schleifgerätes ziemlich ausgedehnt werden, um eine leichte Anwendung des Metallspritzverfahrens zu gestatten. Die Kanten des Glases sollen verjüngt geschliffen sein und ein Gebiet rund um die Schadenstelle soll leicht angeschliffen werden.

Mit dem Metallspritzverfahren wird ein Spritzüberzug aus Molybdän, gerade dick genug, um die Oberfläche des Defektes zu bedecken, in derselben Weise wie im vorherigen Beispiel aufgebracht. In diesem Fall ist die Spritzdüse von der Glasoberfläche annähernd 300 mm entfernt, um zu rasche Erhitzung zu vermeiden, die Risse und eine damit j verbundene Abnahme der Festigkeit verursacht.

: Darauf wird reines Zinn auf die mit Molybdän

j bespritzte defekte Stelle unter Benutzung von üblichen Metallspritzausrüstungen und -techniken, bis zu einer ausreichenden Dicke bespritzt, die eine Endbearbeitung auf die Originaloberflächenkontur des Glastanks hin gestattet. Die Oberfläche des Zinn wird dann mit einer transportablen Schleifvorrichtung soweit wie möglich der ursprünglichen Kontur der Glasoberfläche angeglichen. Falls verlangt, kann die Zinnoberfläche mit der Hand poliert werden, beispielsweise mittels eines feinen Poliertuches.

7. Ein glasierter Keramikisolator soll wie folgt durch Metallspritzverfahren mit einem lösbaren Metallring versehen werden.

Die glasierte Oberfläche des Porzellans, das gelötet werden soll, wird mit einer dünnen, annähernd 0,0508 mm dicken Lage aufgespritztem Molybdäns in derselben Art wie in den vorhergehenden Beispielen versehen. Vor dem Metallspritzen wird das Gebiet, das nicht überzogen werden soll, durch geeignete Abdeckung, etwa mit handelsüblichem haftendem Abdeckband, vor dem Metallstrahl geschützt.

! Darauf wird ein Überzug von annähernd 0,127 mm Dicke aus Kupfer in derselben Weise, wie in den vorherigen Beispielen, auf die mit Molybdän bedeckte Oberfläche gespritzt.

Der aufgespritzte Kupferüberzug haftet fest auf dem Porzellan und kann dann mit Blei-Zinn-Lötmitteln in der üblichen Art gelötet werden.

Magnesium oder Aluminiumlegierungen können im vorigen Beispiel statt Porzellan genommen werden, wodurch erstmalig eine wirkliche Methode zum befriedigenden Löten dieser Metalle und ihrer Legierungen gegeben wird.

Bei der Anwendung des Molybdänspritzens auf nichtmetallische Oberflächen versteht sich von selbst, daß die Oberflächen, auf die aufgespritzt wird, sich bei der Temperatur nicht zersetzen, auf die die bespritzten Oberflächen erhitzt werden.

, Bei der Anwendung der Erfindung auf glasartige Oberflächen ist die Adhäsion des auf gespritzten Metalles von hohem Grade. Versuche zeigten jedoch Zerstörungen, die im glasartigen Material liegen. Wenn Molybdän auf eine glasartige Oberfläche gespritzt werden soll, ist es zweckmäßig, einen etwas größeren Abstand von der Oberfläche zu wählen, als er normalerweise beim Metallspritzen üblich ist. Andererseits kann die glasartige Oberfläche vorerhitzt werden und in einigen Fällen mag es wünschenswert sein, eine Kombination von Vorerhitzen und Spritzen aus größerem Abstand zur Hilfe zu nehmen. In allen Fällen soll jedoch der Abstand nicht zu groß genommen werden, da sonst die Spritzgüte durch die Abkühlung des heraus-

geschleuderten Metallstrahles gestört würde, bevor dieser die Oberfläche erreicht, auf der er aufgetragen werden soll.

Eine andere, vorzugsweise angewandte und vorteilhafte Anwendung der Erfindung ist die Herstellung von dünnen Traglagerschalen. Dünne Schalen aus einem harten Metall wie Stahl, die mit einem noch dünneren inneren Überzug von Lagermetall bedeckt werden, sind als Traglagerschalen

ίο zur Aufnahme von rotierenden Wellenzapfen, etwa von Kurbelwellenzapfen, in Automobilen, Flugzeugmotoren usw. vielfach im Gebrauch.

Bisher war es noch nicht zweckmäßig, das Lagermetall auf solche dünnen Schalen aufzutragen, weil die Vorbereitungsmethoden zum besseren Haften des Spritzmetalls bei solchen Schalen ein Verwerfen hervorrufen und somit die Schalen zerstören. Für ein ökonomisches Auftragen des Spritzmetalls auf eine solche Schale ist es nötig, daß jede Vorbereitungsmethode eine relativ glatte Oberfläche hinterläßt, wegen der sehr dünnen Schicht des aufgespritzten Lagermetalls.

Das folgende Beispiel dient zur Illustration der Herstellung solcher dünner Lagerschalen, die innen eine Spritzschicht aus Lagermetall haben.

8. Eine dünne Lagerschale als Unterlage für Lagermetall für die Aufnahme einer Tragachse bei einem Flugzeug soll mit einem geeigneten Lagermetall versehen werden. Die Schale besteht in diesem Fall aus einem Streifen Stahl von 25,4 mm Weite und 1,588 mm Dicke und ist in der Form eines Halbkreises von 63,5 mm im Durchmesser. Die innere Oberfläche der Schale muß mit einem Silberüberzug versehen werden, der ein Fertigmaß von 0,127 mm Dicke hat.

Die reine Metallschale wird mit einem Spritzüberzug aus Molybdän nach dem Metallspritzverfahren überzogen, gerade dick genug, um die inneren Flächen vollständig zu bedecken. Das Spritzen des Molybdäns wird in derselben Weise ausgeführt, wie im Beispiel 1 beschrieben worden ist.

Die mit Molybdän bedeckte innere Oberfläche der Schale wird dann mittels desselben Spritzapparates mit Silber bespritzt unter Benutzung von 2,3114 mm dickem Draht für eine 0,1778 mm dicke Schicht. Die Schale wird dann zur Herstellung einer glatten Oberfläche bearbeitet, wobei etwa 0,0508 mm des Silbers abgearbeitet werden, um das gewünschte Ergebnis und den richtigen Durchmesser zu erhalten.

Es ist klar, daß jedes Lagermetall auf jede relativ dünne Lagerschale aus relativ hartem Unterlagsmetall aufgebracht werden kann.

In der vorzugsweisen Anwendung der vorliegenden Beschreibung wird das gespritzte Lagermetall auf eine mit Molybdän bespritzte harte Lagsrschalenunterlage nicht wesentlich dicker als 3,175 mm aufgebracht.

Es ist durch das Vorhergehende einleuchtend, daß der neue mit Spritzmetall überzogene Gegenstand erfindungsgemäß allgemein ein Gegenstand ist, der eine im wesentlichen anorganische Oberfläche, etwa aus Metall oder aus Nichtmetall, eine Schicht aus Spritzmetall und dazwischen, mit beiden Oberflächen verbunden, eine Schicht aus gespritztem Molybdän von einer Mindestdicke hat.

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Aufspritzen von metallischen Überzügen auf einer im wesentlichen anorganischen Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung eines guten Haftens auf dieser Oberfläche, beispielsweise aus Metall, Glas oder anderen glasartigen oder glasierten keramischen oder nichtmetallischen Stoffen, zuerst ein Molybdänüberzug und dann darauf der gewünschte Metallüberzug aufgespritzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mindeststärke des Molybdänüberzuges bei einer metallischen Oberfläche, z. B. bei Stahl, Magnesium- oder Aluminiumlegierungen, etwa 0,0127 mm, insbesondere jedoch 0,0508 mm beträgt, und bei einer nichtmetallischen Oberfläche, z. B. bei Glas oder einer im wesentlichen glasartigen oder glasierten keramischen Oberfläche etwa 0.0127 mm beträgt.

3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung des Molybdänüberzuges reines Molybdän verwandt wird.

4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der gewünschte Metallüberzug, der nach der Molybdänschicht auf eine nicht lötbare Oberfläche, z. B. auf Glas, Nichtmetall, Magnesium- oder Aluminiumlegierungen oder auf einen glasartigen oder glasierten keramischen Stoff aufgespritzt wird, im wesentlichen aus einem lötbaren Metall, z. B. Kupfer, besteht.

5. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß beim Überziehen von Lagerschalen der nach einer Molybdänschicht von mindestens ungefähr 0,0127 mm Dicke auf die Tragfläche aus relativ hartem Grundmetall aufgesprühte Metallüberzug aus Lagermetall oder aus Silber besteht und nicht stärker als 3,175 mm ist.

2343 11.51

Claims

Ergänzungsblatt zur Patentschrift 821 902. Kl.48b, Gr.11/01

Das Patent 821 902 ist durch rechtskräftige Entscheidung des Deutschen Patentamts vom 27.5.1957 dadurch teilweise für nichtig erklärt worden, dass an die Stelle des bisherigen Patentanspruchs 1 der nachstehende Patentanspruch 1 tritt:

" Verfahren zum Aufrpritzen von metallischen Überzügen auf anorganische Materialisn, die keine zum Verankern von überzügen aus anderen Spritzmetallen als Molybdän geeignete Oberflächen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Oberfläche zuerst ein Molybdänüberzug mittels einer gaebe¹ .eizten Spritzpistole und dann der gewünschte Metallüberzug aufgespritzt wird."