EP0287023A2 - Verfahren zum Herstellen einer gespritzten Oberfläche mit definierter Rauhigkeit sowie dessen Verwendung - Google Patents

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EP0287023A2
EP0287023A2 EP88105778A EP88105778A EP0287023A2 EP 0287023 A2 EP0287023 A2 EP 0287023A2 EP 88105778 A EP88105778 A EP 88105778A EP 88105778 A EP88105778 A EP 88105778A EP 0287023 A2 EP0287023 A2 EP 0287023A2
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
    • C23C4/06—Metallic material

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a sprayed surface with a defined roughness on a workpiece and the use of the method or the surface produced thereby.
  • thermally sprayed layers After spraying, thermally sprayed layers have a rough surface, the degree of roughness of which lies within a relatively large fluctuation range.
  • the roughness results from the splintering of molten particles when they hit the workpiece surface to be coated. This sputtering can be stronger or weaker depending on the temperature of the particle, which means that very different roughness can occur on a single surface. If such surfaces are used in areas where, on the one hand, a special grip of the surface is required and, on the other hand, this grip must not damage the product, the use of the layers described at the outset is not possible due to the roughness fluctuations mentioned. In addition, depending on the alloy used, the service life of such surfaces is too short for many applications. A remedy was achieved here with moderate success by grinding the sprayed surfaces in a second operation and thus achieving a defined roughness within certain limits.
  • the inventor has set himself the goal of improving the method of the type mentioned at the outset and including a surface layer to offer clearly defined roughness in relatively easy handling.
  • the solution to this problem is that a powdery material made of a mixture of a matrix based on Ni, Co and / or Fe-based alloy and hard materials and a grain size distribution of these hard materials with a maximum proportion between 25 to 150 microns, the sprayed - but unsintered layer has a surface roughness in the range Ra 10 to 100 ⁇ m with a defined roughness of Ra.x ⁇ 20 ⁇ m and x is a number from 10 to 100 ⁇ m.
  • the sprayed-on layer has a defined surface roughness of Ra.x ⁇ 10 ⁇ m.
  • the hard materials have a melting point of about 1200 ° C and higher.
  • the coating of surfaces with a defined roughness of x ⁇ 20 ⁇ m, preferably ⁇ 10 ⁇ m - where x is the desired surface roughness in ⁇ m - in the range from 10 to 100 ⁇ m leads to long service lives if a mixed powder is used as the powdery material uses, which consists of two or more components that have a larger melting interval and hard materials. Powdery materials based on an alloy of Ni, Co and / or iron are best suited for such a matrix. According to the invention, the melting point interval of these alloys should be between 900 and 1400 ° C., preferably between 1000 and 1300 ° C., and should have an interval of more than 50 ° C.
  • Hard material particles such as carbides, borides, nitrides, silicides and oxides are used as carriers for the roughness.
  • the mixing ratio of the two components matrix / hard material should be between 20 and 80% by weight, preferably 30 to 60% by weight, for the hard material portion.
  • the surface roughness is influenced via the grain distribution of the hard material portion, i. H. the maximum proportion of the grain distribution is kept very narrow, while the total distribution is in the ranges from 37 to 125 ⁇ m or 45 to 105 ⁇ m or 45 to 90 ⁇ m or 37 to 75 ⁇ m.
  • the hard material particles should be produced by spray drying, agglomerating with and without sintering or by melting with subsequent breaking and grinding. Later coating of the hard materials with Ni, Co and / or Fe has proven to be advantageous.
  • the proportion should be below 40% by weight, preferably below 20% by weight.

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Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen einer gespritzten Ober­fläche mit definierter Rauhigkeit auf einem Werkstück soll verbessert und eine Oberflächenschicht mit ein­deutig definierter Rauhigkeit in verhältnismäßig ein­facher Handhabung angeboten werden.
Hierzu wird ein pulverförmiger Werkstoff auf einer Mischung von einer Matrix auf Ni, Co und/oder Fe-Basis­legierung und Hartstoffen sowie einer Kornverteilung der Hartstoffe mit maximalem Anteil zwischen 25 bis 150 µm aufgespritzt, wobei die gespritzte, ungesinter­te Schicht eine Oberflächenrauhigkeit im Bereich von Ra 10 bis 100 µm mit einer definierten Rauhigkeit von Ra.x± 20 µm aufweist und x eine Zahl von 10 bis 100 µm ist.
Im Rahmen der Erfindung liegt eine Verwendung des Ver­fahrens für die Herstellung der Oberfläche von Trans­portrollen oder Greiferfingern zu Papier- oder Karton­erzeugung.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen ei­ner gespritzten Oberfläche mit definierter Rauhigkeit auf einem Werkstück sowie die Verwendung des Verfahrens bzw. der dadurch erzeugten Oberfläche.
  • Thermisch gespritzte Schichten weisen nach dem Spritzen eine rauhe Oberfläche auf, deren Rauhigkeitsmaß inner­halb eines verhältnismäßig großen Schwankungsbereiches liegt. Die Rauhigkeiten ergeben sich durch das Zerspratzen schmelzflüssiger Partikel beim Auftreffen auf die zu be­schichtende Werkstückoberfläche. Dieses Zerspratzen kann je nach Temperatur des Partikels stärker oder schwächer sein, wodurch sehr unterschiedliche Rauhigkeiten auf einer einzeigen Oberfläche auftreten können. Bei Einsatz solcher Oberflächen in Bereichen, in denen einerseits eine beson­dere Griffigkeit der Oberfläche erforderlich ist, ander­seits diese Griffigkeit nicht zu einer Beschädigung des Produktes führen darf, ist die Verwendung der eingangs beschriebenen Schichten durch die genannten Rauhigkeits­schwankungen nicht möglich. Zudem sind die Standzeiten sol­cher Oberflächen je nach verwendeter Legierung für viele Anwendungszwecke zu gering. Eine Abhilfe wurde hier mit mäßigem Erfolg dadurch erreicht, daß man die gespritzten Oberflächen in einem zweiten Arbeitsgang schleift und da­mit in gewissen Grenzen zu einer definierten Rauhigkeit gelangt.
  • Angesichts dieser Schwierigkeiten hat sich der Erfinder das Ziel gesetzt, das Verfahren der eingangs erwähnten Art zu verbessern und eine Oberflächenschicht mit ein­ deutig definierter Rauhigkeit in verhältnismäßig ein­facher Handhabung anzubieten.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe führt, daß ein pulverförmiger Werkstoff aus einer Mischung von einer Matrix auf Ni,Co und/oder Fe-Basislegierung und Hartstoffen sowie einer Kornverteilung dieser Hartstoffe mit maximalem Anteil zwischen 25 bis 150 µm aufgespritzt wird, wobei die ge­spritzte -- aber ungesinterte -- Schicht eine Oberflächen­rauhigkeit im Bereich Ra 10 bis 100 µm mit einer definier­ten Rauhigkeit von Ra.x± 20 µm aufweist und x eine Zahl von 10 bis 100 µm ist.
  • Zudem hat es sich als günstig erwiesen, daß die aufge­spritzte Schicht eine definierte Oberflächenrauhigkeit von Ra.x± 10 µm aufweist. Die Hartstoffe weisen dabei im übrigen einen Schmelzpunkt von etwa 1200° C und höher auf.
  • Weitere Einzelheiten der Schicht sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Das Beschichten von Oberflächen mit einer definierten Rauhigkeit von x± 20 µm, vorzugsweise ± 10 µm -- wobei x die gewünschte Oberflächenrauhigkeit in µm ist -- im Bereich von 10 bis 100 µm führt zu großen Standzeiten, wenn man als pulverförmigen Werkstoff ein gemischtes Pul­ver einsetzt, welches aus zwei oder mehreren Komponenten besteht, die ein größeres Schmelzintervall sowie Hart­stoffe aufweisen. Am besten eignen sich für eine solche Matrix pulverförmige Werkstoffe auf einer Legierungsbasis von Ni,Co und/oder Eisen. Das Schmelzpunktintervall dieser Legierungen soll erfindungsgemäß zwischen 900 und 1400° C liegen, vorzugsweise zwischen 1000 und 1300°C, und ein Intervall von mehr als 50°C aufweisen.
  • Als Träger für die Rauhigkeit werden Hartstoffpartikel, wie Karbide, Boride, Nitride, Silicide und Oxyde ver­wendet. Das Mischungsverhältnis der beiden Komponenten Matrix/Hartstoff sollte zwischen 20 und 80 Gew.-%, be­vorzugt 30 bis 60 Gew.-%, für den Hartstoffanteil liegen. Die Beeinflussung der Oberflächenrauhigkeit erfolgt über die Kornverteilung des Hartstoffanteils, d. h. der maxi­male Anteil der Kornverteilung wird sehr eng gehalten, während die Gesamtverteilung in den Bereichen von 37 bis 125 µm bzw. 45 bis 105 µm bzw. 45 bis 90 µm bzw. 37 bis 75 µm liegt.
  • Die Hartstoffpartikel sollten durch Sprühtrocknen, Agglo­merieren mit und ohne Sintern oder durch Schmelzen mit nachträglichem Brechen und Mahlen hergestellt werden. Ein späteres Überziehen der Hartstoffe mit Ni,Co und/oder Fe hat sich als vorteilhaft herausgestellt. Der Anteil sollte unter 40 Gew.-% liegen, bevorzugt unter 20 Gew.-%.
  • Die durch das beschriebene Verfahren entstehenden Ober­flächen können mit besonderen Vorteilen in der Papier­industrie eingesetzt werden, wo Transportrollen oder Grei­ferfinger dünne Papierbahnen oder Kartonbögen aufnehmen sollen, ohne daß es zu den geringsten Beschädigungen des transportierten Gutes kommt.
  • Nicht nur bei den bevorzugten Verwendungsgebieten, son­dern ganz allgemein hat es sich als besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens erwiesen, daß während des Herstellungsvorganges eine bestimmte Oberfläche ent­steht, die einer Nachbehandlung nicht mehr bedarf.

Claims (18)

1. Verfahren zum Herstellen einer gespritzten Ober­fläche mit definierter Rauhigkeit auf einem Werk­stück,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein pulverförmiger Werkstoff aus einer Mi­schung von einer Matrix auf Ni, Co und/oder Fe-Ba­sislegierung und Hartstoffen sowie einer Kornver­teilung der Hartstoffe mit maximalem Anteil zwi­schen 25 bis 150 µm aufgespritzt wird, wobei die gespritzte, ungesinterte Schicht eine Oberflächen­rauhigkeit im Bereich von Ra 10 bis 100 µm mit ei­ner definierten Rauhigkeit von Ra.x± 20 µm auf­weist und x eine Zahl von 10 bis 100 µm ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgespritzte Schicht eine definierte Oberflächenrauhigkeit von Ra.x± 10 µm aufweist, und/oder daß der Hartstoffanteil der Mischung zwi­schen 20 bis 80 Gew.-% liegt, wobei gegebenenfalls ein Hartstoffanteil der Mischung zwischen 30 bis 60 Gew.-% eingesetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein Karbid als Hartstoffkomponente, insbe­sondere ein Karbid auf Wolframbasis, bevorzugt ein Wolframschmelzkarbid bzw. ein Karbid auf Wolfram­karbid-Kobalt mit einem Kobaltgehalt unter 25 % Co.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein Borid oder ein Silicid als Hartstoff­komponente.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein Nitrid oder ein Oxyd als Hartstoffkom­ponente.
6. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Hartstoff­pulver durch Sprühtrocknen oder durch Agglomerien und Brechen oder Mahlen hergestellt wird, wobei gegebenenfalls das Hartstoffpulver gesintert wird.
7. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Hartstoff­pulver vor dem Mischen mit der Matrix mit Ni, Co und/oder Fe überzogen wird, wobei gegebenenfalls der Nickelanteil auf den überzogenen Hartstoffker­nen unter 40 Gew.-%, bevorzugt unter 20 Gew.-% liegt.
8. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kornform des Hartstoffpartikels kugelförmig oder vieleckig ist.
9. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Maximum der Kornverteilung des Hartstoffanteils zwischen 37 and 125 µm, bevorzugt zwischen 45 und 105 µm liegt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Maximum der Kornverteilung des Hartstoff­anteils zwischen 45 und 99 µm, inbesondere zwi­schen 37 und 75 µm, liegt.
11. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Matrix ei­ne Nickel-Basislegierung, insbesondere eine Nickel-Chrom-Basislegierung, eingesetzt wird, die gegebenenfalls Eisen enthält.
12. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Matrix eine Nickel-Chrom-Bor-Silicium-Legierung verwendet wird.
13. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Matrix eine Kobalt-Basis-Legierung verwendet wird.
14. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Matrix ei­ne Eisen-Basis-Legierung verwendet wird.
15. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Kornver­teilung der Matrixlegierung zwischen 150 und 5 µm liegt.
16. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnicht mit einem autogenen Flammspritzgerät oder durch Plasma-Flammspritzen aufgetragen wird.
17. Verwendung des Verfahrens nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 16 für die Herstellung der Oberfläche von Transportrollen für die Papierer­zeugung.
18. Verwendung des Verfahrens nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 16 für die Herstellung von Greiferfingern für den Transport von Papier- oder Kartonbogen.
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