EP1951925B1 - Strangförmiges produkt zur herstellung einer korrosions- und verschleissfesten schicht auf einem substrat - Google Patents

Strangförmiges produkt zur herstellung einer korrosions- und verschleissfesten schicht auf einem substrat Download PDF

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EP1951925B1
EP1951925B1 EP06829999A EP06829999A EP1951925B1 EP 1951925 B1 EP1951925 B1 EP 1951925B1 EP 06829999 A EP06829999 A EP 06829999A EP 06829999 A EP06829999 A EP 06829999A EP 1951925 B1 EP1951925 B1 EP 1951925B1
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EP
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alloy
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melting
melting temperature
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MEC Holding GmbH
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    • 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
    • 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
    • C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/08—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat
    • C23C24/10—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat with intermediate formation of a liquid phase in the layer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • 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
    • C23C26/00—Coating not provided for in groups C23C2/00 - C23C24/00
    • C23C26/02—Coating not provided for in groups C23C2/00 - C23C24/00 applying molten material to the substrate

Definitions

  • the invention relates to a strand-shaped product for producing a corrosion and wear resistant layer on a substrate, wherein the strand has a flexible core, surrounded by a shell, soft binder, a fusible, metallic coating agent in powder form nickel-based, and not or only partially meltable Contains hard particles.
  • the metallic core serves only as a carrier when applying the powdery coating composition in an extrusion process. It consists of a ductile metal with higher melting temperatures than the protective layer alloy.
  • the particle sizes of the tungsten carbide particles are in the range between 0.04 and 5 mm. These particles do not melt or only slightly melt during the welding process and serve to increase the hardness of the protective layer.
  • the primary task of the organic binder is to bind the metallic and carbide powder particles and make them processable by means of an extruder. The bond strength must be high enough to prevent blowing away during the welding process.
  • the binder can contribute to the flexibility of the strand, so that it can be wound up on a spool.
  • the protective layer alloy is a nickel-based alloy with additives of silicon, boron and chromium and with a melting temperature of around 1000 °.
  • the invention is therefore based on the object to provide a strand-shaped product available that is easy and reproducible to process even protection layers on a substrate, with impairments of the substrate material are largely avoided.
  • the coating composition comprises a first powder of a first nickel-based alloy having a lower melting temperature and a second powder of a second nickel-based alloy having a higher melting temperature, the difference between the melting temperatures of the first and second alloy in the range between 40 ° C and 120 ° C.
  • the first and the second alloy powder are based on nickel.
  • Such nickel base alloys are generally known for the production of corrosion and wear resistant layers. Due to the fact that the first and second alloy powders are based on nickel and, to that extent, have the same chemical composition, a substantially homogeneous structure of the protective layer is achieved and the formation of stresses is minimized.
  • the alloy powders have a eutectic or non-eutectic composition.
  • the melting temperature of a non-eutectic alloy composition having a melting range is understood to be the highest solidus temperature of the melting range.
  • the first alloy has a melting temperature in the range between 850 ° C and 950 ° C, preferably in the range between 870 ° C and 930 ° C.
  • the low melting alloy contributes to premature wetting and thus protection of the surface to be coated from further corrosive attack and reduces the amount of carbon that dissolves in the presence of carbonaceous hard material particles.
  • the second alloy has a melting temperature in the range between 950 ° C and 1100 ° C, preferably in the range between 970 ° C and 1080 ° C.
  • the difference between the melting temperatures of the first and second alloys is between 50 and 100 ° C.
  • a particularly preferred embodiment of the invention is characterized in that the first alloy comprises a narrower melting range and the second alloy comprises a broader melting range.
  • Non-eutectic alloys melt in a melting temperature interval caused by a first appearance of molten phase at the lowest liquidus temperature and complete melting at the highest solidus temperature is marked. It has been found that the alloying ingredient having the narrower melting range promotes soft melting of the coating agent, whereas the alloying ingredient having the broader melting range increases the toughness at the time of melting. By using these different melting components, the above effects of different melting temperatures are enhanced.
  • the alloy with the narrower melting range may also be a eutectic alloy.
  • the respective melting regions of the first and second alloys may be completely or partially overlapping, adjoining one another or separated from one another.
  • the entire melting area of the coating agent extends over a particularly large temperature interval. This facilitates the processing of the coating agent and has an advantageous effect on the production of comparatively thick protective layers.
  • the melting range of the first alloy comprises a melting temperature interval of at most 100 ° C., preferably at most 60 ° C.
  • the comparatively narrow melting temperature interval of the first alloy further contributes to premature wetting and thus protection of the surface to be coated from further corrosive attack and reduces the amount of solubilizing carbon in the presence of hardstock particles of hardstock.
  • a melting temperature interval in the range between 800 ° C and 950 ° C, preferably in the range between 820 ° C and 930 ° C, has proven particularly useful for the first alloy.
  • the melting range of the second alloy comprises a melting temperature interval of at least 50 ° C., preferably at least 70 ° C.
  • a comparatively wide melting temperature interval provides a further contribution to the toughness of this component in the coating agent and thereby causes some fixing or retention of the hard material particles so that they slowly and successively get into the soft surface layer, whereby a more homogeneous distribution of the hard material particles across the thickness of the protective layer is reached.
  • a melting temperature interval has proven particularly useful, which is in the range between 900 ° C and 1100 ° C, preferably in the range between 930 ° C and 1070 ° C.
  • the first alloy has a higher content of one or more of the alloy constituents molybdenum or copper than the second alloy.
  • the difference in melting temperature is due to the addition or concentration difference of alloying constituents, which otherwise does not significantly affect the chemical nature of the alloy. Due to the higher content of melting temperature reducing ingredients such as molybdenum or copper, the melting temperature of the serious alloy powder is lower than the melting temperature of the second alloy powder.
  • a preferred embodiment of the strand-shaped product according to the invention is characterized in that the weight ratio of the first alloy powder and the second alloy powder in the coating agent is in the range between 1/2 and 3/4.
  • first and the second alloy powder have a particle size distribution which is characterized by a D 50 value of less than 130 ⁇ m
  • the comparatively small particle size simplifies the application of the coating agent on the flexible core and promotes a soft melting of the alloy components and thereby contributes to a rapid wetting of the surface to be coated.
  • the particle size is determined according to ISO 4497.
  • the first and second alloy powders preferably consist essentially of spherical particles.
  • a coating agent containing spherical particles is easier to handle, in particular easier to press onto the flexible core. Moreover, because of their smaller surface area, spherical particles are less susceptible to corrosion and therefore generally contain lower amounts of oxygen.
  • the hard material particles comprise one or more of the oxides, nitrides, borides or carbides of tungsten, titanium, tantalum, molybdenum or chromium.
  • the relatively expensive tungsten carbide is completely or partially replaced by hard material particles of one or more less expensive materials.
  • the hard material particles comprise chromium carbide having a weight fraction in the range from 5 to 100% by weight (based on the total proportion of hard material particles).
  • Chromium carbide is not only cheaper compared to tungsten carbide, but it is also characterized by a higher corrosion resistance. In addition, chromium carbide has a relatively lower hardness, so that components that come into frictional contact with the wear-resistant and corrosion-resistant protective layer, are less damaged.
  • the flexible core of a solder strand consists of a flexible wire made of a nickel-based alloy with a melting temperature of 1250 ° C and it has an outer diameter of 1 mm.
  • the wire is surrounded by a jacket with an outer diameter in the range between 3 and 10 mm; in the embodiment, it is 5 mm.
  • the cladding contains two powders of different nickel-based alloys and hard-material particles surrounded by a binder mass, which are essentially cellulose compounds customary for this purpose. The two alloy powders and the hard material particles are evenly distributed within the shell.
  • the weight proportions of the first alloy powder, the second alloy powder and the hard material particles in the order mentioned are as follows: 9:26:65.
  • the powder of the lower melting, first nickel-based alloy is to be characterized as follows:
  • the nickel-based alloy consists of (in% by weight) C: 0.20 Si: 2.85 B: 1.38 Fe: 0.15 Cr: 5.26 Not a word: 3.05 Cu: 5.15
  • the nickel-based alloy consists of (in% by weight) C: 0.30 Si: 3.40 B: 1.60 Fe: 12:10 Cr: 8.70
  • the two nickel-base alloys the hard material particles are homogeneously mixed together with a conventional binder composition and extruded the mixture by means of an extrusion process to the metallic wire and then wound onto a coil.
  • the strand thus obtained is suitable for the production of corrosion and wear-resistant layers.
  • the lower melting alloy flows out more easily and softer, thereby directly wetting and protecting the substrate surface.
  • the hard material particles are, however, retained by the even more viscous portion of the coating agent and thereby reach later and gradually into the softened surface layer. As a result, a more homogeneous distribution of the hard material particles over the thickness of the protective layer is achieved.
  • the melting area of the coating agent as a whole extends over a larger temperature interval, which facilitates the processing of the coating agent and has an advantageous effect on the production of comparatively thick protective layers.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein strangförmiges Produkt zur Herstellung einer korrosions- und verschleißfesten Schicht auf einem Substrat, wobei der Strang eine flexible Seele aufweist, umgeben von einem Mantel, weicher Bindemittel, ein schmelzbares, metallisches Beschichtungsmittel in Pulverform auf Nickelbasis, sowie nicht oder nur teilweise schmelzbare Hartstoffteilchen enthält.
  • Verfahren zur Herstellung korrosions- und verschleißfester metallischer Überzüge durch Auftragsschweißen oder Flammspritzen sind allgemein bekannt. Ein Verfahren der eingangs genannten Gattung ergibt sich aus der US 4,699,848 B1 . Dort ist ein Werkstoff beschrieben, der in der Form eines flexiblen Endlos-Strangs in einem Schweißverfahren zur Herstellung einer Schutzschicht auf einem Substrat verarbeitet wird. Der Schweißstrang besteht aus einer metallischen Seele, die von einer Masse ummantelt ist, welche die eigentliche Schutzschicht-Legierung in Pulverform, Bindemittel, Plastifizierer sowie Hartstoffteilchen aus Wolframcarbid enthält.
  • Die metallische Seele dient lediglich als Träger beim Aufbringen der pulverförmigen Beschichtungsmasse in einem Strangpressverfahren. Sie besteht aus einem duktilen Metall mit höheren Schmelztemperaturen als die Schutzschicht-Legierung. Die Teilchengrößen der Wolframcarbid-Partikel liegen im Bereich zwischen 0,04 und 5 mm. Diese Partikel schmelzen beim Schweißprozess nicht oder nur geringfügig auf und dienen dazu, die Härte der Schutzschicht zu erhöhen. Die primäre Aufgabe des organischen Bindemittels besteht darin, die metallischen und karbidischen Pulverteilchen zu binden und mittels eines Extruders verarbeitbar zu gestalten. Die Bindungsstärke muss hoch genug sein, um ein Wegblasen beim Schweißvorgang zu verhindern. Außerdem kann das Bindemittel zur Flexibilität des Strangs beitragen, so dass dieser auf eine Spule aufgewickelt werden kann.
  • Bei der Schutzschicht-Legierung handelt es sich um eine Nickelbais-Legierung mit Zusätzen von Silizium, Bor und Chrom und mit einer Schmelztemperatur um 1000°.
  • Aufgrund der relativ hohen Schmelztemperatur kann es beim Aufbringen der Beschichtung zu einer Oxidation des Substrat-Werkstoffes sowie zu einer nicht zu vernachlässigenden Lösung der Carbid-Partikel - und damit einhergehend zu einer Anreicherung der Schutzschicht und des Substrat-Werkstoffes mit Kohlenstoff - kommen. Darüber hinaus tendieren die harten und schweren Wolframcarbid-Partikel dazu, sich im Grund der schmelzflüssigen Schicht anzusammeln, so dass sich eine ungleichmäßige Verteilung über die Schichtdicke einstellt. Weiterhin wirkt sich ein schmaler Temperaturbereich für die Verarbeitung ungünstig aus und führt insbesondere dazu, dass mittels des bekannten Verfahrens lediglich dünne Schutzschichten aufgebracht werden können.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein strangförmige Produkt zur Verfügung zu stellen, das einfach und reproduzierbar zu gleichmäßigen Schutzschichten auf einem Substrat zu verarbeiten ist, wobei Beeinträchtigungen des Substratwerkstoffs weitgehend vermieden werden.
  • Diese Aufgabe wird ausgehend von dem eingangs genannten strangförmiges Produkt erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Beschichtungsmittel ein erstes Pulver aus einer ersten Legierung auf Nickelbasis mit einer niedrigeren Schmelztemperatur und ein zweites Pulver aus einer zweiten Legierung auf Nickelbasis mit einer höheren Schmelztemperatur umfasst, wobei der Unterschied zwischen den Schmelztemperaturen von erster und zweiter Legierung im Bereich zwischen 40 °C und 120 °C liegt.
  • Erfindungsgemäß wird somit ein Beschichtungsmittel zur Herstellung einer Schutzschicht eingesetzt, das mindestens zwei Nickel-Basislegierungen aufweist, die sich in ihrer Schmelztemperatur unterscheiden. Dadurch ergeben sich folgende Vorteile:
    • Beim Aufschmelzen der niedriger schmelzenden Legierung fließt diese aus, und benetzt dabei unmittelbar die zu beschichtende Substrat-Oberfläche. Dadurch wird die Gefahr einer Oxidation oder einer Veränderung der chemischen Zusammensetzung des Substrates, insbesondere durch Eindiffusion von Kohlenstoff aus der schmelzflüssigen Beschichtungsmasse, verringert.
    • Die Hartstoffteilchen - oder ein Teil davon - werden von dem noch zähflüssigeren Anteil des Beschichtungsmittels zurückgehalten und gelangen dadurch später und allmählich in die erweichte Oberflächenschicht. Dadurch wird eine homogenere Verteilung der Hartstoffteilchen über die Dicke der Schutzschicht erreicht.
    • Der Aufschmelzbereich des Beschichtungsmittels insgesamt erstreckt sich über ein größeres Temperaturintervall, was die Verarbeitung des Beschichtungsmittels erleichtert und sich vorteilhaft auf die Herstellung vergleichsweise dicker Schutzschichten auswirkt.
    • Beim Auftragen bei Gegenwart kohlenstoffhaltiger Hartstoffteilchen (Carbide) kann es durch in Lösung gehenden Kohlenstoff zu einer Anreicherung in der Schutzschicht kommen, die nach dem Erstarren der Schutzschicht zu Rissbildung führt. Ein relativ niedrig schmelzender Anteil des Beschichtungsmittels verringert die Menge des sich lösenden Kohlenstoffs, so dass der genannte Effekt vermieden oder vermindert wird.
  • Bei einem Temperaturunterschied von weniger als 40 °C ist der erreichbare Effekt gering und das Auftragen der Schutzschicht wegen einer notwendigerweise besonders exakten Temperaturführung aufwändig. Andererseits erschwert auch ein hoher Temperaturunterschied von mehr als 120 °C das Auftragen des Lötmittels , und darüber hinaus zeigen sich in der Regel auch merkliche Unterschiede in der chemischen Natur der beiden Legierungen.
  • Im Hinblick auf möglichst geringe Unterschiede in der chemischen Natur der beiden Legierungen beruhen das erste und das zweite Legierungspulver auf Nickelbasis. Damit sind Legierungen mit einem Nickelanteil von mindestens 50 Gew.-% gemeint. Derartige Nickelbasis-Legierungen sind allgemein für die Herstellung korrosions- und verschleißfester Schichten bekannt. Dadurch, dass sich erstes und zweites Legierungspulver auf Nickelbasis beruhen und sich insoweit in ihrer chemischen Zusammensetzung gleichen, wird ein im Wesentlichen homogener Aufbau der Schutzschicht erreicht und die Ausbildung von Spannungen minimiert.
  • Die Legierungspulver haben eine eutektische oder eine nicht eutektische Zusammensetzung. Als Schmelztemperatur einer nicht eutektischen Legierungszusammensetzung, die einen Schmelzbereich aufweist, wird die höchste Solidustemperatur des Schmelzbereichs verstanden.
  • Es hat sich als günstig erwiesen, wenn die erste Legierung eine Schmelztemperatur im Bereich zwischen 850 °C und 950 °C, vorzugsweise im Bereich zwischen 870 °C und 930 °C, aufweist.
  • Dabei handelt es sich um eine vergleichsweise niedrige Schmelztemperatur. Dadurch trägt die niedrig schmelzende Legierung zu einer frühzeitigen Benetzung und damit zum Schutz der zu beschichtenden Oberfläche vor einem weiteren korrosiven Angriff bei und sie verringert die Menge des sich lösenden Kohlenstoffs bei Gegenwart kohlenstoffhaltiger Hartstoffteilchen.
  • Es hat sich außerdem als günstig erwiesen, wenn die zweite Legierung eine Schmelztemperatur im Bereich zwischen 950 °C und 1100 °C, vorzugsweise im Bereich zwischen 970 °C und 1080 °C, aufweist.
  • Dabei handelt es sich um Schmelztemperaturen typischer Nickelbasis-Legierungen für die Herstellung korrosions- und verschleißfester Schichten. Diese liegen im Vergleich zu den Schmelztemperaturen des ersten Legierungspulvers deutlich höher.
  • In dem Zusammenhang hat es sich bewährt, wenn der Unterschied zwischen den Schmelztemperaturen von erster und zweiter Legierung im Bereich zwischen 50 und 100 °C liegt.
  • Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die erste Legierung einen schmaleren Schmelzbereich und die zweite Legierung einen breiteren Schmelzbereich umfasst.
  • Nicht eutektische Legierungen schmelzen in einem Schmelztemperatur-Intervall, das durch ein erstes Auftreten von schmelzflüssiger Phase bei der niedrigsten Liquidustemperatur und dem vollständigen Aufschmelzen bei der höchsten Solidusstemperatur gekennzeichnet ist. Es hat sich gezeigt, dass der Legierungsbestandteil mit dem engeren Schmelzbereich ein weiches Aufschmelzen des Beschichtungsmittels fördert, wohingegen der Legierungsbestandteil mit dem breiteren Schmelzbereich die Zähigkeit beim Aufschmelzen erhöht. Durch Einsatz dieser unterschiedlich aufschmelzenden Komponenten werden die oben genannten Wirkungen der unterschiedlichen Schmelztemperaturen noch verstärkt.
  • Bei der Legierung mit dem engeren Schmelzbereich kann es sich auch um eine eutektische Legierung handeln. Die jeweiligen Schmelzbereiche von erster und zweiter Legierung können vollständig oder teilweise überlappen, aneinander grenzen oder voneinander separiert sein.
  • Besonders bevorzugt ist die Alternative, bei der die Schmelzbereich der ersten Legierung und der Schmelzbereich der zweiten Legierung nicht miteinander überlappen.
  • Der gesamte Aufschmelzbereich des Beschichtungsmittels erstreckt sich hierbei über ein besonders großes Temperaturinterval. Dies erleichtert die Verarbeitung des Beschichtungsmittels und wirkt sich vorteilhaft auf die Herstellung vergleichsweise dicker Schutzschichten aus.
  • Es hat sich als günstig erwiesen, wenn der Schmelzbereich der ersten Legierung ein Schmelztemperatur-Intervall von maximal 100°C, vorzugsweise maximal 60 °C, umfasst.
  • Das vergleichsweise enge Schmelztemperatur-Intervall der ersten Legierung trägt weiter zu einer frühzeitigen Benetzung und damit zum Schutz der zu beschichtenden Oberfläche vor einem weiteren korrosiven Angriff bei und sie verringert die Menge des sich lösenden Kohlenstoffs bei Gegenwart kohienstoffhattiger Hartstoffteilchen.
  • In dieser Hinsicht hat sich für die erste Legierung ein Schmelztemperatur-Intervall im Bereich zwischen 800 °C und 950°C, vorzugsweise im Bereich zwischen 820 °C und 930 °C, besonders bewährt.
  • In dem Zusammenhang hat es sich auch als günstig erwiesen, wenn der Schmelzbereich der zweiten Legierung ein Schmelztemperatur-Intervall von mindestens 50°C, vorzugsweise mindestens 70°C, umfasst.
  • Ein vergleichsweise breites Schmelztemperatur-Intervall liefert einen weiteren Beitrag zur Zähigkeit dieses Bestandteils im Beschichtungsmittel und bewirkt dadurch ein gewisses Fixieren oder Zurückhalten der Hartstoffteilchen, so dass diese langsam und sukzessive in die weiche Oberflächenschicht gelangen, wodurch eine homogenere Verteilung der Hartstoffteilchen über die Dicke der Schutzschicht erreicht wird.
  • Für die zweite Legierung hat sich ein Schmelztemperatur-Intervall besonders bewährt, das im Bereich zwischen 900 °C und 1100 °C, vorzugsweise im Bereich zwischen 930 °C und 1070 °C, liegt.
  • Es hat sich besonders bewährt, wenn die erste Legierung einen höheren Gehalt an einem oder mehreren der Legierungsbestandteile Molybdän oder Kupfer aufweist als die zweite Legierung.
  • Der Unterschied in der Schmelztemperatur wird durch Zusatz oder Konzentrationsunterschied an Legierungsbestandteilen hervorgerufen, die sich aber ansonsten auf die chemische Natur der Legierung nicht wesentlich auswirken. Infolge des höheren Gehaltes an die Schmelztemperatur verringernden Bestandteilen wie Molybdän oder Kupfer liegt die Schmelztemperatur des ernsten Legierungspulvers niedriger als die Schmelztemperatur des zweiten Legierungspulvers.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen strangförmigen Produkts ist dadurch gekennzeichnet, dass das Gewichtsverhältnis von erstem Legierungspulver und zweitem Legierungspulver im Beschichtungsmittel im Bereich zwischen 1/2 und 3/4 liegt.
  • Bei einem Gewichtsverhältnis von weniger als 1/2 neigt das Beschichtungsmittel dazu, zu dünnflüssig zu werden. Und bei einem Gewichtsanteil von mehr als 3/4 tritt die gewünschte Wirkung hinsichtlich der frühzeitigen Benetzung und der geringen Lösung von Kohlenstoff nicht in nennenswertem Umfang ein, weil das Beschichtungsmittel zu dickflüssig ist. Besonders bevorzugte Mischungsverhältnisse liegen um 1:3
  • Es hat sich bewährt, wenn das erste und das zweite Legierungspulver eine Partikelgrößenverteilung aufweisen, die durch einen D50-Wert von weniger als 130 µm gekennzeichnet ist
  • Die vergleichsweise kleine Partikelgröße vereinfacht das Aufbringen des Beschichtungsmittels auf der flexiblen Seele und fördert ein weiches Aufschmelzen der Legierungsbestandteile und trägt dadurch zu einer raschen Benetzung der zu beschichtenden Oberfläche bei. Die Partikelgröße wird nach ISO 4497 ermittelt.
  • Das erste und das zweite Legierungspulver bestehen vorzugsweise im Wesentlichen aus sphärischen Teilchen.
  • Ein sphärische Teilchen enthaltendes Beschichtungsmittel lässt sich leichter handhaben, insbesondere leichter auf die flexible Seele aufpressen. Darüber hinaus sind sphärische Teilchen aufgrund ihrer kleineren Oberfläche weniger korrosionsanfällig und enthalten daher im Allgemeinen geringere Mengen an Sauerstoff.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen strangförmigen Produkts ist vorgesehen, dass die Hartstoffteilchen eines oder mehrere der Oxide, Nitride, Boride oder Carbide von Wolfram, Titan, Tantal, Molybdän oder Chrom umfassen.
  • Vorzugsweise ist das relativ teuere Wolframcarbid ganz oder teilweise durch Hartstoffteilchen aus einem oder mehreren, kostengünstigeren Werkstoffen ersetzt.
  • Im Hinblick hierauf hat es sich besonders bewährt, wenn die Hartstoffteilchen Chromcarbid mit einem Gewichtsanteil im Bereich zwischen 5 und 100 Gew.-% (bezogen auf den Gesamtanteil an Hartstoffteilchen) umfassen.
  • Chromcarbid ist im Vergleich zu Wolframcarbid nicht nur billiger, sondern es zeichnet sich auch durch eine höhere Korrosionsbeständigkeit aus. Außerdem weist Chromcarbid eine vergleichsweise geringere Härte auf, so dass Bauteile, die mit der verschleißfesten und korrosionsbeständigen Schutzschicht in reibenden Kontakt kommen, weniger geschädigt werden.
  • Nachfolgend wird das erfindungsgemäße strangförmige Produkt anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
    • Beispiel
  • Die flexible Seele eines Lötmittel-Strangs besteht aus einem flexiblen Draht aus einer Nickelbasis-Legierung mit einer Schmelztemperatur aus 1250 °C und sie hat einen Außendurchmesser von 1 mm.
  • Der Draht ist umgeben von einem Mantel mit einem Außendurchmesser im Bereich zwischen 3 und 10 mm; im Ausführungsbeispiel sind es 5 mm. Der Mantel enthält zwei Pulver unterschiedlicher Nickelbasis-Legierungen und Hartstoffteilchen, umgeben von einer Bindemittelmasse, bei dem es sich im Wesentlichen um für diesen Einsatzzweck übliche Zelluloseverbindungen handelt. Die beiden Legierungspulver und die Hartstoffteilchen sind innerhalb des Mantels gleichmäßig verteilt.
  • Die Gewichtsanteile von ersten Legierungspulver, zweitem Legierungspulver und Hartstoffteilchen in der genannten Reihenfolge sind wie folgt: 9:26:65.
  • Das Pulver der niedriger schmelzenden, ersten Nickelbasis-Legierung ist wie folgt zu charakterisieren:
    • Die Nickelbasis-Legierung besteht aus (Angaben in Gew.-%)
    C: 0,20
    Si: 2,85
    B: 1,38
    Fe: 0,15
    Cr: 5,26
    Mo: 3,05
    Cu: 5,15
    Andere Bestandteile und Verunreinigungen: 1,97
  • Der Rest ist Nickel.
    • Die Schmelztemperatur dieser Legierung, also die höchste Solidustemperatur, liegt bei 890 °C, wobei das Schmelztemperatur-Intervall etwa zwischen 840 °C und 890 °C liegt. Der Schmelzbereich umfasst somit etwa einen Temperaturbereich von 50 °C. Die Partikelgrößen liegen im Bereich zwischen 20 und 125 µm, mit einem Mittelwert (D50-Wert) um 80 µm.
  • Das Pulver der höher schmelzenden, zweiten Nickelbasis-Legierung ist wie folgt zu charakterisieren:
  • Die Nickelbasis-Legierung besteht aus (Angaben in Gew.-%)
    C: 0,30
    Si: 3,40
    B: 1,60
    Fe: 0.10
    Cr: 8,70
  • Der Rest ist Nickel.
    • Die Schmelztemperatur dieser Legierung, also die höchste Solidustemperatur, liegt bei 1010 °C, wobei das Schmelztemperatur-Intervall etwa zwischen 940 °C und 1010 °C liegt. Der Schmelzbereich umfasst somit etwa einen Temperaturbereich von 70 °C. Die Partikelgrößen liegen im Bereich zwischen 20 und 125 µm, mit einem Mittelwert (D50-Wert) um 80 µm.
    • Die Hartstoffteilchen bestehen aus Wolframcarbid-Teilchen. Die Teilchengröße der Hartstoffteilchen wird an den jeweiligen Anwendungsfall angepasst. Im Ausführungsbeispiel liegt der mittlere Durchmesser um 700 µm. Die Schmelztemperaturen dieser Carbide liegen deutlich oberhalb der Schmelztemperaturen der oben genannten Nickelbasis-Legierungen.
  • Zur Herstellung des strangförmigen Produkts gemäß der Erfindung werden die beiden Nickelbasis-Legierungen, die Hartstoffteilchen zusammen mit einer üblichen Bindemittelmasse homogen vermischt und das Gemisch mittels eines Strangpressverfahrens um den metallischen Draht extrudiert und anschließend auf eine Spule gewickelt. Der so erhaltende Strang ist zur Herstellung korrosions- und verschleißfester Schichten geeignet. Beim Auftragen auf den Substrat fließt die niedriger schmelzende Legierung leichter und weicher aus, und benetzt und schützt dabei unmittelbar die zu Substrat-Oberfläche. Die Hartstoffteilchen werden indes von dem noch zähflüssigeren Anteil des Beschichtungsmittels zurückgehalten und gelangen dadurch später und allmählich in die erweichte Oberflächenschicht. Dadurch wird eine homogenere Verteilung der Hartstoffteilchen über die Dicke der Schutzschicht erreicht.
  • Der Aufschmelzbereich des Beschichtungsmittels insgesamt erstreckt sich über ein größeres Temperaturintervall, was die Verarbeitung des Beschichtungsmittels erleichtert und sich vorteilhaft auf die Herstellung vergleichsweise dicker Schutzschichten auswirkt.

Claims (16)

  1. Strangförmiges Produkt zur Herstellung einer korrosions- und verschleißfesten Schicht auf einem Substrat, wobei der Produkt eine flexible Seele aufweist, umgeben von einem Mantel, welcher Bindemittel, ein schmelzbares, metallisches Beschichtungsmittel in Pulverform auf Nickelbasis, sowie nicht oder nur teilweise schmelzbare Hartstoffteilchen enthält, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsmittel ein erstes Pulver aus einer ersten Legierung auf Nickelbasis mit einer niedrigeren Schmelztemperatur und ein zweites Pulver aus einer zweiten Legierung auf Nickelbasis mit einer höheren Schmelztemperatur umfasst, wobei der Unterschied zwischen den Schmelztemperaturen von erster und zweiter Legierung im Bereich zwischen 40 °C und 120 °C liegt.
  2. Produkt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Legierung eine Schmelztemperatur im Bereich zwischen 850 °C und 950 °C, vorzugsweise im Bereich zwischen 870 °C und 930 °C, aufweist.
  3. Produkt nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Legierung eine Schmelztemperatur im Bereich zwischen 950 °C und 1100 °C, vorzugsweise im Bereich zwischen 970 °C und 1080 °C, aufweist.
  4. Produkt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterschied zwischen den Schmelztemperaturen von erster und zweiter Legierung im Bereich zwischen 50 und 100 °C liegt.
  5. Produkt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Legierung einen schmaleren Schmelzbereich und die zweite Legierung einen breiteren Schmelzbereich umfasst.
  6. Produkt nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzbereich der ersten Legierung und der Schmelzbereich der zweiten Legierung nicht miteinander überlappen.
  7. Produkt nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzbereich der ersten Legierung ein Schmelztemperatur-Intervall von maximal 100 °C, vorzugsweise maximal 60 °C, umfasst.
  8. Produkt nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass Schmelztemperatur-Intervall im Bereich zwischen 800 °C und 950 °C, vorzugsweise im Bereich zwischen 820 °C und 930 °C, liegt.
  9. Produkt nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzbereich der zweiten Legierung ein Schmelztemperatur-Intervall von mindestens 50°C, vorzugsweise mindestens 70°C, umfasst.
  10. Produkt nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass Schmelztemperatur-Intervall im Bereich zwischen 900 °C und 1100 °C, vorzugsweise im Bereich zwischen 930 °C und 1070 °C, liegt.
  11. Produkt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Legierung einen höheren Gehalt an einem oder mehreren der Legierungsbestandteile Molybdän oder Kupfer aufweist als die zweite Legierung.
  12. Produkt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewichtsverhältnis von erstem Legierungspulver und zweitem Legierungspulver im Beschichtungsmittel im Bereich zwischen 1/3 bis 2/3 liegt.
  13. Produkt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Legierungspulver eine Partikelgrößenverteilung aufweisen, die durch einen D50-Wert von weniger als 130 µm gekennzeichnet ist.
  14. Produkt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Legierungspulver im Wesentlichen aus sphärischen Teilchen bestehen.
  15. Produkt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartstoffteilchen Wolframcarbid und eines oder mehrere Oxide, Nitride, Boride oder Carbide von Titan, Tantal, Molybdän oder Chrom umfassen.
  16. Produkt nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartstoffteilchen Chromcarbid mit einem Gewichtsanteil im Bereich zwischen 5 und 50 Gew.-% (bezogen auf den Gesamtanteil an Hartstoffteilchen) umfassen.
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