EP2171125A2 - Method of providing a coating - Google Patents

Method of providing a coating

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Publication number
EP2171125A2
EP2171125A2 EP08751050A EP08751050A EP2171125A2 EP 2171125 A2 EP2171125 A2 EP 2171125A2 EP 08751050 A EP08751050 A EP 08751050A EP 08751050 A EP08751050 A EP 08751050A EP 2171125 A2 EP2171125 A2 EP 2171125A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
powder
coating
providing
cobalt
component
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP08751050A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Sergey Timofeev
Shoirdjan Karimov
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Asanov Ibragim
Kadirkhodjaev Ulugbek
Original Assignee
Asanov Ibragim
Kadirkhodjaev Ulugbek
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Asanov Ibragim, Kadirkhodjaev Ulugbek filed Critical Asanov Ibragim
Publication of EP2171125A2 publication Critical patent/EP2171125A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C29/00—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
    • C22C29/02—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides
    • C22C29/06—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbides, but not containing other metal compounds
    • 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
    • C23C24/082—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat without intermediate formation of a liquid in the layer
    • C23C24/085—Coating with metallic material, i.e. metals or metal alloys, optionally comprising hard particles, e.g. oxides, carbides or nitrides
    • 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
    • C23C24/103—Coating with metallic material, i.e. metals or metal alloys, optionally comprising hard particles, e.g. oxides, carbides or nitrides
    • 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
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/02—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings only including layers of metallic material
    • C23C28/027—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings only including layers of metallic material including at least one metal matrix material comprising a mixture of at least two metals or metal phases or metal matrix composites, e.g. metal matrix with embedded inorganic hard particles, CERMET, MMC.

Definitions

  • the present invention relates to a method for providing a coating on a surface.
  • the object of the present invention is to provide a method for providing a coating on a surface having excellent quality.
  • the method comprises the steps of providing a first Powder on the surface of the component, the heating of this first powder by arc heating, whereby a first layer is formed, the provision of a second powder on the first layer and the heating of this second layer by arc heating, whereby a second layer is formed, wherein the first Powder comprises nickel or nickel and cobalt, wherein the second powder comprises nickel and cobalt and wherein the proportion of cobalt in the first powder is lower than the proportion of cobalt in the second powder.
  • tungsten carbide (WC) cobalt (Co) nickel (Ni) chromium (Cr) mixtures depend on the cobalt content in the alloy.
  • tungsten carbide particles are first saturated with cobalt, and then at temperatures of 1150 0 C - 1200 0 C, a significant liquid phase compression takes a few minutes.
  • isothermal sintering under arc heating it is possible to observe the structure and the crystallization of tungsten carbide particles on the component surface of the sintered powder and on the electrode, for example a roller electrode.
  • a cobalt phase green coating is provided, forming the cutters of the specified size and shape.
  • the first powder does not comprise cobalt.
  • cobalt it is also possible for cobalt to be present in the first powder, for example in a proportion of from 1 to 5% by weight, and preferably from 2 to 3% by weight.
  • the cobalt content in the second powder may be 10 to 14% by weight, and preferably 11 to 13% by weight. In any case, the cobalt content in the second powder according to the invention is higher than the cobalt content in the first powder.
  • the first powder, which is distributed on the surface to be coated, and / or the second powder, which is distributed on the first powder contains one or more carbides and preferably the same type of carbides.
  • the first powder and / or the second powder contains one or more hard-alloyed powders and can preferably be formed from different types of hard-alloyed powders.
  • the powder comprises tungsten carbides and / or titanium carbides and / or chromium carbides.
  • the method of arc heating may be performed by applying an electric current, preferably an alternating current, between the surface and an electrode.
  • an electric current preferably an alternating current
  • the surface is represented by an electrode, and the arc is provided between this electrode and the following electrode.
  • alternating current is conducted together with metal powder through the contact zone between the electrode and the component or its surface.
  • the electrode to be applied in the method of the present invention may be a rotating roller removed from the formed powder coating obtained by the method of arc heating.
  • the roll is pressed onto the surface of the component, for example by use of a spring or other appropriate means.
  • the powder is provided in the space between the roll and the surface of the component.
  • the first and / or the second powder comprises C and / or Si and / or B and / or Fe and / or Cr and / or tungsten carbide.
  • C and / or Si and / or B and / or Fe and / or Cr and / or tungsten carbide are examples which are not restrictive of the composition of the first powder and the second powder, all numbers being by weight.
  • the present invention is further directed to devices having at least one surface provided with a coating, wherein the coating is prepared by a process according to any one of claims 1 to 14.
  • the surface with the coating may have cutting features. This can be a cutting edge or other functional surface that has to provide certain properties.
  • the device is, for example, a composite profile instrument which may have a curved shape of the work surface, or a material-processing instrument or a stamp or other tool or instrument to be provided with the desired properties. Examples of the devices according to the invention are devices for processing of composite surfaces of marble and granite, roller tracks of rolling mills, cutting wheel saws, milling tools, milling wheels for stone grinding, etc.
  • FIG. 1 shows schematically the arrangement of the component (detail) whose surface is to be coated, and the roller electrode.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view through the arrangement of FIG. 1.
  • the embodiment relates to the production of profile composite tools and instruments whose cutting edges are formed according to the invention in a two-stage process.
  • a full metal coating made of a first powder is supplied to the surface of a component.
  • the powder contains tungsten carbide and / or titanium carbide and / or chromium carbide and / or hard alloys and a mixture of nickel and cobalt in a small proportion.
  • This powder is formed into a sheet by arc heating using a rotating roller which is an electrode.
  • the other electrode is the component or its surface itself.
  • Alternating current together with the first powder is passed through the contact zone between the roller and the surface of the component.
  • the method involves incorporating the carbon steel functional surfaces through a rotating roller. Under training is understood In order that the powder is constantly gripped by the roller electrode, the roller slides along the entire surface of the component at the expense of linear feed or transverse table feed in turn. If the component is a rotating body, then the roller undergoes rotation from the rotating component mounted in a machine rotating spindle as shown in Figs.
  • a powder having the same composition as the first composition but containing a higher proportion of the nickel and cobalt-containing mixture is fed to the first powder layer and then treated with arc heating as described above.
  • the method of this embodiment provides abrasion resistant, wear resistant and corrosion resistant surfaces of, for example, devices such as stamps, profile composite stamping and / or material processing tools, instruments, etc.
  • Figures 1 and 2 show the component (detail) 10, the surface of which is to be coated by applying the method according to the invention.
  • an AC power source 20 that generates an AC current between the member 10 that is an electrode and a roller electrode 30 that is pressed against the surface of the member 10 by using the spring 40.
  • the entire operation of providing powder while constantly conducting electric current and heating the heating / sintering zone accordingly is carried out both during the provision of the first layer and during the provision of the second layer.
  • the powder 50 constantly runs out of a container through the component 10 and the roller electrode 30, which is pressed tightly against the component 10 by means of the spring 40. Powder enters the space between the component 10 and the roller electrode 30, is then pressed together and until the final Heating heated by the electric current. Electric power is passed through the component 10 and the roller 30.
  • one of the electrodes is a component 10 and the other is the roller 30.
  • the powder 50 is electrically conductive so that the current through the powder can flow between the electrodes.
  • the roller electrode 30 constantly slides along the entire component surface by using a linear or transverse advance.
  • the roller 30 can be provided with a drive device which provides the rotational movement of the roller 30. But it is also conceivable that the roller 30 receives its rotation from the rotating member 10 which is fixed in the spindle of a lathe, as shown in Figures 1 and 2.
  • the powder 50 is constantly provided by the vibrating vessel conveyor 60 by a uniform flow.
  • the powder that has not been supplied to the heating zone is collected and then redirected to the vibrating vessel conveyor 60
  • the roller electrode 30 is a movable member which is pressed by means of, for example, a spring 40 to the component 10.
  • the component (detail) 10 can be rotated by means of the roller 30 or the roller 30 can be rotated by means of the component 10.
  • both the component 10 and the roller 30 are driven by a drive device.
  • the roller 30 is compressed by a spring 40. During the transfer of electric current, corresponding powder heating is observed with simultaneous compression of the powder on the component surface.
  • the roller 30 directly contacts the powder 50.
  • the productivity of the technology decreases because, due to the fact that its attenuation angle at the tungsten carbide surface is zero, the optimum carrier for the tungsten carbide particles is cobalt. Without availability of cobalt, the process of component incorporation through the roll should be repeated.
  • the cobalt content of the first powder is 1 to 5% by weight.
  • the powder When sintering the second coating, the powder should comprise both cobalt and nickel to form a thick green coating, preferably from 1 to 3 mm, forming cut edges.

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Abstract

The present invention relates to a method of providing a coating on a surface of a component (detail), said process comprising: the steps of providing a first powder on the surface, of heating this first powder by arc heating, thus forming the first layer, of providing a second powder on the first layer, and of heating this second layer by arc heating, thus forming a second layer, the first powder comprising nickel or comprising nickel and cobalt, the second powder comprising nickel and cobalt, and the proportion of cobalt in the first powder being lower than the proportion of cobalt in the second powder.

Description

Verfahren zum Vorsehen einer Beschichtung Method for providing a coating
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vorsehen einer Beschichtung auf einer Oberfläche.The present invention relates to a method for providing a coating on a surface.
Insbesondere in der Maschinenbautechnologie und vor allem bei der Fertigung von Profilverbundwerkzeugen und -instrumenten ist es erforderlich, Funktionsflächen vorzusehen, die für den geforderten Zweck ausgelegt sind. Häufig umfassen geforderte Eigenschaften, dass die Funktionsfläche abriebfest, verschleißfest und korrosionsbeständig ist.In particular, in mechanical engineering technology and especially in the production of profile composite tools and instruments, it is necessary to provide functional surfaces that are designed for the required purpose. Frequently required properties include that the functional surface is abrasion resistant, wear resistant and corrosion resistant.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, an den Oberflächen Beschichtungen vorzusehen oder die Oberflächen eines Materials zu behandeln, um spezifische Eigenschaften des Materials zu verbessern.From the prior art, it is known to provide coatings on the surfaces or to treat the surfaces of a material to improve specific properties of the material.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Vorsehen einer Beschichtung auf einer Oberfläche an die Hand zu geben, die eine ausgezeichnete Qualität aufweist.The object of the present invention is to provide a method for providing a coating on a surface having excellent quality.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren die Schritte des Vorsehens eines ersten Pulvers auf der Oberfläche des Bauteils, des Erhitzens dieses ersten Pulvers durch Lichtbogenerhitzen, wodurch eine erste Schicht gebildet wird, des Vorsehens eines zweiten Pulvers auf der ersten Schicht und des Erhitzens dieser zweiten Schicht durch Lichtbogenerhitzen, wodurch eine zweite Schicht gebildet wird, wobei das erste Pulver Nickel oder Nickel und Kobalt umfasst, wobei das zweite Pulver Nickel und Kobalt umfasst und wobei der Anteil an Kobalt im ersten Pulver niedriger als der Anteil an Kobalt im zweiten Pulver ist.This object is achieved by a method having the features of claim 1. According to the invention, the method comprises the steps of providing a first Powder on the surface of the component, the heating of this first powder by arc heating, whereby a first layer is formed, the provision of a second powder on the first layer and the heating of this second layer by arc heating, whereby a second layer is formed, wherein the first Powder comprises nickel or nickel and cobalt, wherein the second powder comprises nickel and cobalt and wherein the proportion of cobalt in the first powder is lower than the proportion of cobalt in the second powder.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, eine Verbesserung der Qualität der Oberfläche vorzusehen, die durch das beanspruchte Verfahren behandelt wurde.By the method according to the invention it is possible to provide an improvement in the quality of the surface treated by the claimed method.
Die wesentlichen Arbeitsgänge und Ausnutzungslauffähigkeiten von Hartlegierungen solcher Bauteil-Komplexverbindungen wie Wolframcarbid(WC)- Kobalt-(Co)-Nickel-(Ni)-Chrom-(Cr)-Mischungen hängen vom Kobaltanteil in der Legierung ab. Je höher der Kobaltanteil ist, desto niedriger ist die Temperatur des isothermen Durchwärmens beim Lichtbogenerhitzen, die in dem Bereich von 1.3500C - 1.4800C schwankt. Bei Erhitzung werden Wolframcarbidpartikel zunächst mit Kobalt gesättigt, und dann setzt bei den Temperaturen von 1.1500C - 1.2000C eine signifikante Flüssigphasenverdichtung ein, die einige Minuten dauert. Beim isothermen Sintern unter Lichtbogenerhitzen kann man an der Bauteiloberfläche des gesinterten Pulvers und an der Elektrode, beispielsweise einer Rollenelektrode, den Aufbau und die Kristallisierung von Wolframcarbidpartikeln beobachten.The essential operations and efficiencies of hard alloys of such component complex compounds as tungsten carbide (WC) cobalt (Co) nickel (Ni) chromium (Cr) mixtures depend on the cobalt content in the alloy. The higher the cobalt content, the lower the temperature of the isothermal soaking during arc heating, which varies in the range of 1,350 0 C - 1,480 0 C. When heated, tungsten carbide particles are first saturated with cobalt, and then at temperatures of 1150 0 C - 1200 0 C, a significant liquid phase compression takes a few minutes. During isothermal sintering under arc heating, it is possible to observe the structure and the crystallization of tungsten carbide particles on the component surface of the sintered powder and on the electrode, for example a roller electrode.
Unter weiterem Erhitzen der Kontaktzone zwischen dem Bauteil aus hartlegiertem Pulver und einer Elektrode, beispielsweise einer Rollenelektrode, auf die Temperatur von 1.4000C und höher kommt es zu einer weiteren Auflösung des Wolframcarbids in der Flüssigphase, und unter Rekristallisierung durch die γ-Phase nehmen Wolframcarbidpartikel zu. Es wurde experimentell festgestellt, dass sich in diesem Fall eine ausgedehnte Beschichtung ergibt, die das Bilden von Schneiderändem an der Bauteiloberfläche ermöglicht.With further heating of the contact zone between the component from hartlegiertem powder and an electrode, such as a roller electrode, the temperature of 1400 0 C or higher, there is a further dissolution of the tungsten carbide in the liquid phase, and recrystallization by the γ-phase take tungsten carbide to. It has been found experimentally that in this case there is an extensive coating which allows the formation of cut edges on the component surface.
Bei einem niedrigen Kobaltphasenanteil in dem hartlegierten Pulver ergibt sich eine flache und feinkörnige Beschichtung mit der maximalen Dicke von 200 μm - 300 μm. In diesem Fall kann praktisch nur Nickel als Bindeelement dienen.With a low cobalt phase content in the hard-alloyed powder, a flat and fine-grained coating with the maximum thickness of 200 μm-300 μm results. In this case, practically only nickel can serve as a binding element.
Um daher eine qualitative Rohbeschichtung zu bilden, die Schneidemerkmale an der Bauteiloberfläche besitzt, wurde von den Erfindern der vorliegenden Patentanmeldung festgestellt, dass das Durchführen des Arbeitsprozesses in zwei Stufen erforderlich ist. In der ersten Stufe wird eine feine ebene Beschichtung vorgesehen, wobei die vorliegende Erfindung den Fall einschließt, dass diese Beschichtung praktisch kein Kobalt enthält und eine qualitative diffundierte Zone auf der gesamten Bauteiloberfläche mit hohen physiomechanischen Eigenschaften bildet. Natürlich ist es auch möglich, diesem ersten Pulver Kobalt beizufügen.Therefore, in order to form a qualitative raw coating having cutting features on the component surface, it has been found by the inventors of the present patent application that it is necessary to perform the working process in two stages. In the first stage, a fine planar coating is provided, the present invention including the case that this coating contains virtually no cobalt and forms a qualitative diffused zone on the entire component surface with high physiomechanical properties. Of course it is also possible to add cobalt to this first powder.
In der zweiten Stufe wird eine Rohbeschichtung mit Kobaltphase vorgesehen, wobei die Schneideränder der festgelegten Größe und Form gebildet werden.In the second stage, a cobalt phase green coating is provided, forming the cutters of the specified size and shape.
Es wurde experimentell ermittelt, dass ein höchst wirksamer Bereich des Prozesses des Lichtbogenerhitzens bei 2 kA bei einer Spannung von 3 V - 5 V liegt. Dies ist aber lediglich ein Beispiel und eine nicht einschränkende Ausführung der vorliegenden Erfindung.It has been experimentally determined that a most effective area of the arc heating process is at 2kA at a voltage of 3V-5V. However, this is merely an example and a non-limiting embodiment of the present invention.
Wie vorstehend erläutert ist es möglich, dass das erste Pulver kein Kobalt umfasst.As explained above, it is possible that the first powder does not comprise cobalt.
Alternativ ist es auch möglich, dass im ersten Pulver Kobalt vorhanden ist, zum Beispiel mit einem Anteil von 1 bis 5 Gew.% und bevorzugt von 2 bis 3 Gew.%. Der Kobaltanteil in dem zweiten Pulver kann bei 10 bis 14 Gew% und bevorzugt bei 11 bis 13 Gew.% liegen. In jedem Fall ist der Kobaltanteil im zweiten Pulver erfindungsgemäß höher als der Kobaltanteil im ersten Pulver.Alternatively, it is also possible for cobalt to be present in the first powder, for example in a proportion of from 1 to 5% by weight, and preferably from 2 to 3% by weight. The cobalt content in the second powder may be 10 to 14% by weight, and preferably 11 to 13% by weight. In any case, the cobalt content in the second powder according to the invention is higher than the cobalt content in the first powder.
Von besonderem Vorteil ist es, wenn das erste Pulver, das auf der zu beschichtenden Oberfläche verteilt ist, und/oder das zweite Pulver, das auf dem ersten Pulver verteilt ist, ein oder mehrere Carbide und bevorzugt die gleiche Art von Carbiden enthält.It is particularly advantageous if the first powder, which is distributed on the surface to be coated, and / or the second powder, which is distributed on the first powder, contains one or more carbides and preferably the same type of carbides.
Weiterhin ist es möglich, dass das erste Pulver und/oder das zweite Pulver ein oder mehrere hartlegierte Pulver enthält und bevorzugt aus verschiedenen Arten von hartlegierten Pulvern gebildet werden kann.Furthermore, it is possible that the first powder and / or the second powder contains one or more hard-alloyed powders and can preferably be formed from different types of hard-alloyed powders.
Um die genannten Eigenschaften zu erzielen, ist es vorteilhaft, dass das Pulver Wolframcarbide und/oder Titancarbide und/oder Chromcarbide umfasst.In order to achieve the stated properties, it is advantageous for the powder to comprise tungsten carbides and / or titanium carbides and / or chromium carbides.
Abhängig von der Art und Menge der verwendeten Carbide verleiht dies den Oberflächen festgelegte Eigenschaften wie Abrieb- und Verschleißfestigkeit sowie Korrosionsbeständigkeitseigenschaften.Depending on the type and amount of carbides used, this gives the surfaces specified properties such as abrasion and wear resistance as well as corrosion resistance properties.
Das Verfahren des Lichtbogenerhitzens kann durch Anlegen eines elektrischen Stroms, bevorzugt eines Wechselstroms, zwischen der Oberfläche und einer Elektrode durchgeführt werden. Somit wird die Oberfläche durch eine Elektrode repräsentiert und der Lichtbogen wird zwischen dieser Elektrode und der folgenden Elektrode vorgesehen. Bevorzugt wird Wechselstrom zusammen mit Metallpulver durch die Kontaktzone zwischen der Elektrode und dem Bauteil oder seiner Oberfläche geleitet.The method of arc heating may be performed by applying an electric current, preferably an alternating current, between the surface and an electrode. Thus, the surface is represented by an electrode, and the arc is provided between this electrode and the following electrode. Preferably, alternating current is conducted together with metal powder through the contact zone between the electrode and the component or its surface.
Die Elektrode, die in dem erfindungsgemäßen Verfahren angelegt wird, kann eine sich drehende Rolle sein, die von der ausgebildeten Pulverbeschichtung, die durch das Verfahren des Lichtbogenerhitzens erhalten wird, entfernt ist. In einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführung wird die Rolle auf die Oberfläche des Bauteils gepresst, zum Beispiel durch Verwendung einer Feder oder eines anderen entsprechenden Mittels.The electrode to be applied in the method of the present invention may be a rotating roller removed from the formed powder coating obtained by the method of arc heating. In a preferred embodiment of the invention, the roll is pressed onto the surface of the component, for example by use of a spring or other appropriate means.
In einer weiteren bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführung wird das Pulver in dem Raum zwischen der Rolle und der Oberfläche des Bauteils vorgesehen.In a further preferred embodiment of the invention, the powder is provided in the space between the roll and the surface of the component.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung umfasst das erste und/oder das zweite Pulver C und/oder Si und/oder B und/oder Fe und/oder Cr und/oder Wolframcarbid. In den folgenden Tabellen werden zwei Beispiele gegeben, die für die Zusammensetzung des ersten Pulvers und des zweiten Pulvers nicht einschränkend sind, wobei alle Zahlen bezogen auf Gew.% angegeben werden.In a preferred embodiment of the invention, the first and / or the second powder comprises C and / or Si and / or B and / or Fe and / or Cr and / or tungsten carbide. In the following tables, two examples are given which are not restrictive of the composition of the first powder and the second powder, all numbers being by weight.
Anteile des eingesetzten hartlegierten PulversProportions of hard-alloyed powder used
Erstes PulverFirst powder
Zweites PulverSecond powder
Die vorliegende Erfindung richtet sich weiterhin auf Einrichtungen, die mindestens eine mit einer Beschichtung vorgesehene Oberfläche aufweisen, wobei die Beschichtung nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14 hergestellt wird.The present invention is further directed to devices having at least one surface provided with a coating, wherein the coating is prepared by a process according to any one of claims 1 to 14.
Die Oberfläche mit der Beschichtung kann Schneidemerkmale aufweisen. Dieses kann ein Schneiderand oder eine andere Funktionsfläche sein, die bestimmte Eigenschaften bieten muss. Die Vorrichtung ist zum Beispiel ein Profilverbundinstrument, das eine kurvenförmige Form der Arbeitsfläche aufweisen kann, oder ein Werkstoff bearbeitendes Instrument oder ein Stempel oder ein anderes Werkzeug oder Instrument, das mit den gewünschten Eigenschaften zu versehen ist. Beispiele für die erfindungsgemäßen Vorrichtungen sind Vorrichtungen zum Bearbeiten von Verbundflächen von Marmor und Granit, Walzenbahnen von Walzwerken, Trennscheibensägen, Fräswerkzeuge, Fräsräder für Steinschleifen etc.The surface with the coating may have cutting features. This can be a cutting edge or other functional surface that has to provide certain properties. The device is, for example, a composite profile instrument which may have a curved shape of the work surface, or a material-processing instrument or a stamp or other tool or instrument to be provided with the desired properties. Examples of the devices according to the invention are devices for processing of composite surfaces of marble and granite, roller tracks of rolling mills, cutting wheel saws, milling tools, milling wheels for stone grinding, etc.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung gehen aus der Ausführung der Erfindung hervor, die im Folgenden erläutert wird.Further advantages and details of the present invention will become apparent from the embodiment of the invention, which will be explained below.
Figur 1 zeigt schematisch die Anordnung des Bauteils (Detail), dessen Oberfläche zu beschichten ist, sowie die Rollenelektrode. Figur 2 ist eine schematische Querschnittansicht durch die Anordnung von Figur 1.Figure 1 shows schematically the arrangement of the component (detail) whose surface is to be coated, and the roller electrode. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view through the arrangement of FIG. 1.
Die Ausführung bezieht sich auf die Fertigung von Profilverbundwerkzeugen und -instrumenten, deren Schneideränder erfindungsgemäß in einem zweistufigen Prozess gebildet werden.The embodiment relates to the production of profile composite tools and instruments whose cutting edges are formed according to the invention in a two-stage process.
In einer ersten Stufe wird eine aus einem ersten Pulver hergestellte Vollmetallbeschichtung der Oberfläche eines Bauteils zugeführt. Das Pulver enthält Wolframcarbid und/oder Titancarbid und/oder Chromcarbid und/oder Hartlegierungen sowie ein Gemisch aus Nickel und Kobalt in geringem Anteil. Dieses Pulver wird mittels Lichtbogenerhitzen unter Verwendung einer sich drehenden Rolle, die eine Elektrode ist, zu einer Schicht ausgebildet. Die andere Elektrode ist das Bauteil oder dessen Oberfläche selbst.In a first stage, a full metal coating made of a first powder is supplied to the surface of a component. The powder contains tungsten carbide and / or titanium carbide and / or chromium carbide and / or hard alloys and a mixture of nickel and cobalt in a small proportion. This powder is formed into a sheet by arc heating using a rotating roller which is an electrode. The other electrode is the component or its surface itself.
Wechselstrom zusammen mit dem ersten Pulver wird durch die Kontaktzone zwischen der Rolle und der Oberfläche des Bauteils geleitet.Alternating current together with the first powder is passed through the contact zone between the roller and the surface of the component.
Das Verfahren umfasst das Einarbeiten der aus Kohlenstoffstahl bestehenden Funktionsflächen durch eine sich drehende Rolle. Unter Einarbeiten versteht sich Folgendes: damit das Pulver von der Rollenelektrode ständig gegriffen wird, gleitet die Rolle auf Kosten von Linearvorschub oder Quertischvorschub der Reihe nach entlang der gesamten Bauteiloberfläche. Wenn das Bauteil ein sich drehender Körper ist, dann erfährt die Rolle Drehung von dem sich drehenden Bauteil, das in einer eine Maschine drehenden Spindel befestigt ist, wie in Figur 1 und 2 gezeigt wird.The method involves incorporating the carbon steel functional surfaces through a rotating roller. Under training is understood In order that the powder is constantly gripped by the roller electrode, the roller slides along the entire surface of the component at the expense of linear feed or transverse table feed in turn. If the component is a rotating body, then the roller undergoes rotation from the rotating component mounted in a machine rotating spindle as shown in Figs.
In der zweiten Stufe wird ein Pulver mit der gleichen Zusammensetzung wie die erste Zusammensetzung, aber mit einem höheren Anteil der Nickel und Kobalt enthaltenden Mischung der ersten Pulverschicht zugeführt und dann wie vorstehend beschrieben mit dem Lichtbogenerhitzen behandelt.In the second stage, a powder having the same composition as the first composition but containing a higher proportion of the nickel and cobalt-containing mixture is fed to the first powder layer and then treated with arc heating as described above.
Das Verfahren dieser Ausführung sieht abriebbeständige, verschleißfeste und korrosionsbeständige Oberflächen von zum Beispiel Vorrichtungen wie Stempeln, Profilverbund-Stanz- und/oder Werkstoffbearbeitungswerkzeugen, -instrumenten etc. vor.The method of this embodiment provides abrasion resistant, wear resistant and corrosion resistant surfaces of, for example, devices such as stamps, profile composite stamping and / or material processing tools, instruments, etc.
Die Figuren 1 und 2 zeigen das Bauteil (Detail) 10, dessen Oberfläche durch Anwenden des erfindungsgemäßen Verfahrens zu beschichten ist. Aus diesem Grund wird eine Wechselstromquelle 20 vorgesehen, die einen Wechselstrom zwischen dem Bauteil 10, das eine Elektrode ist, und einer Rollenelektrode 30 erzeugt, die durch Verwendung der Feder 40 an die Oberfläche des Bauteils 10 gepresst wird. In der vorliegenden Ausführung wird der gesamte Arbeitsgang des Vorsehens von Pulver unter ständigem Leiten von elektrischem Strom und entsprechendem Erhitzen der Erhitzungs-/Sinterzone sowohl während des Vorsehens der ersten Schicht als auch während des Vorsehens der zweiten Schicht ausgeführt.Figures 1 and 2 show the component (detail) 10, the surface of which is to be coated by applying the method according to the invention. For this reason, there is provided an AC power source 20 that generates an AC current between the member 10 that is an electrode and a roller electrode 30 that is pressed against the surface of the member 10 by using the spring 40. In the present embodiment, the entire operation of providing powder while constantly conducting electric current and heating the heating / sintering zone accordingly is carried out both during the provision of the first layer and during the provision of the second layer.
Wie in Figur 2 gezeigt läuft das Pulver 50 ständig aus einem Behälter heraus durch das Bauteil 10 und die Rollenelektrode 30, die mittels der Feder 40 eng an das Bauteil 10 gepresst wird. Pulver gelangt in den Raum zwischen dem Bauteil 10 und der Rollenelektrode 30, wird dann zusammengepresst und bis zum endgültigen Erhitzen von dem elektrischen Strom erhitzt. Elektrischer Strom wird durch das Bauteil 10 und die Rolle 30 geleitet. Wie in Figur 1 und 2 gezeigt wird, ist eine der Elektroden ein Bauteil 10 und die andere ist die Rolle 30. Das Pulver 50 ist elektrisch leitend, so dass der Strom durch das Pulver zwischen den Elektroden fließen kann.As shown in FIG. 2, the powder 50 constantly runs out of a container through the component 10 and the roller electrode 30, which is pressed tightly against the component 10 by means of the spring 40. Powder enters the space between the component 10 and the roller electrode 30, is then pressed together and until the final Heating heated by the electric current. Electric power is passed through the component 10 and the roller 30. As shown in Figures 1 and 2, one of the electrodes is a component 10 and the other is the roller 30. The powder 50 is electrically conductive so that the current through the powder can flow between the electrodes.
Die Rollenelektrode 30 gleitet durch Verwendung eines Linear- oder Quervorschubs ständig der Reihe nach entlang der gesamten Bauteiloberfläche. Die Rolle 30 kann mit einer Antriebseinrichtung versehen sein, die die Drehbewegung der Rolle 30 vorsieht. Es ist aber auch denkbar, dass die Rolle 30 ihre Drehung aus dem sich drehenden Bauteil 10 erhält, das in der Spindel einer Drehmaschine befestigt ist, wie in Figur 1 und 2 gezeigt wird.The roller electrode 30 constantly slides along the entire component surface by using a linear or transverse advance. The roller 30 can be provided with a drive device which provides the rotational movement of the roller 30. But it is also conceivable that the roller 30 receives its rotation from the rotating member 10 which is fixed in the spindle of a lathe, as shown in Figures 1 and 2.
Wie in Figur 2 gezeigt wird, wird das Pulver 50 von dem Schwinggefäßförderer 60 durch einen gleichmäßigen Strom ständig vorgesehen. Das Pulver, das nicht in die Erhitzungszone geliefert wurde, wird gesammelt und dann erneut zu dem Schwinggefäßförderer 60 geleitetAs shown in Fig. 2, the powder 50 is constantly provided by the vibrating vessel conveyor 60 by a uniform flow. The powder that has not been supplied to the heating zone is collected and then redirected to the vibrating vessel conveyor 60
Die Rollenelektrode 30 ist ein bewegliches Element, das mittels zum Beispiel einer Feder 40 an das Bauteil 10 gepresst wird. Während des Prozesses des Vorsehens von Pulver bleiben bei ständigem Drehen des Bauteils 10 Pulverpartikel 50 zwischen dem Bauteil 10 und der Rolle 30 stecken. Das Bauteil (Detail) 10 kann mittels der Rolle 30 gedreht werden oder die Rolle 30 kann mittels des Bauteils 10 gedreht werden. Alternativ werden sowohl das Bauteil 10 als auch die Rolle 30 durch eine Antriebseinrichtung angetrieben. Die Rolle 30 wird durch eine Feder 40 zusammengepresst. Während der Übertragung des elektrischen Stroms wird entsprechendes Pulvererhitzen mit gleichzeitigem Zusammenpressen des Pulvers auf der Bauteiloberfläche beobachtet.The roller electrode 30 is a movable member which is pressed by means of, for example, a spring 40 to the component 10. During the process of providing powder remain with constant rotation of the component 10 powder particles 50 between the component 10 and the roller 30 stuck. The component (detail) 10 can be rotated by means of the roller 30 or the roller 30 can be rotated by means of the component 10. Alternatively, both the component 10 and the roller 30 are driven by a drive device. The roller 30 is compressed by a spring 40. During the transfer of electric current, corresponding powder heating is observed with simultaneous compression of the powder on the component surface.
Wie in Figur 2 gezeigt wird, berührt die Rolle 30 das Pulver 50 direkt. Wie vorstehend erläutert, ist es bei Sintern der ersten Beschichtung, wobei das Ausbilden einer massive flachen Beschichtung erforderlich ist, möglich, ein erstes Pulver ohne Kobaltanteil, aber mit dem erforderlichen Nickelanteil zu verwenden. In diesem Fall sinkt aber die Produktivität der Technologie, da aufgrund der Tatsache, dass dessen Dämpfungswinkel an der Wolframcarbidfläche null ist, der optimale Träger für die Wolframcarbidpartikel Kobalt ist. Ohne Verfügbarkeit von Kobalt sollte der Prozess des Bauteileinarbeitens durch die Rolle wiederholt werden. In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung beträgt der Kobaltanteil des ersten Pulvers 1 bis 5 Gew.%.As shown in Figure 2, the roller 30 directly contacts the powder 50. As discussed above, when sintering the first coating, requiring the formation of a solid, flat coating, it is possible to use a first powder with no cobalt content but with the required nickel content. However, in this case, the productivity of the technology decreases because, due to the fact that its attenuation angle at the tungsten carbide surface is zero, the optimum carrier for the tungsten carbide particles is cobalt. Without availability of cobalt, the process of component incorporation through the roll should be repeated. In a preferred embodiment of the invention, the cobalt content of the first powder is 1 to 5% by weight.
Bei Sintern der zweiten Beschichtung sollte das Pulver sowohl Kobalt als auch Nickel zum Bilden einer dicken Rohbeschichtung bevorzugt von 1 bis 3 mm umfassen, wobei Schneideränder gebildet werden. When sintering the second coating, the powder should comprise both cobalt and nickel to form a thick green coating, preferably from 1 to 3 mm, forming cut edges.

Claims

Ansprüche claims
1. Verfahren zum Vorsehen einer Beschichtung auf einer Oberfläche eines Bauteils (Detail), wobei das Verfahren umfasst: die Schritte des Vorsehens eines ersten Pulvers auf der Oberfläche, des Erhitzens dieses ersten Pulvers durch Lichtbogenerhitzen, wodurch eine erste Schicht gebildet wird, des Vorsehens eines zweiten Pulvers auf der ersten Schicht und des Erhitzens dieser zweiten Schicht durch Lichtbogenerhitzen, wodurch eine zweite Schicht gebildet wird, wobei das erste Pulver Nickel oder Nickel und Kobalt umfasst, wobei das zweite Pulver Nickel und Kobalt umfasst und wobei der Anteil an Kobalt im ersten Pulver niedriger als der Anteil an Kobalt im zweiten Pulver ist.A method of providing a coating on a surface of a component (detail), the method comprising: the steps of providing a first powder on the surface, heating said first powder by arc heating to form a first layer, providing a second powder on the first layer and heating this second layer by arc heating to form a second layer, the first powder comprising nickel or nickel and cobalt, the second powder comprising nickel and cobalt, and wherein the proportion of cobalt in the first powder lower than the proportion of cobalt in the second powder.
2. Verfahren zum Vorsehen einer Beschichtung auf einer Oberfläche nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das erste Pulver kein Kobalt umfasst.2. A method for providing a coating on a surface according to claim 1, characterized in that the first powder comprises no cobalt.
3. Verfahren zum Vorsehen einer Beschichtung auf einer Oberfläche nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an Kobalt in dem ersten Pulver 1 bis 5 Gew.% beträgt. 3. A method for providing a coating on a surface according to claim 1, characterized in that the proportion of cobalt in the first powder is 1 to 5 wt.%.
4. Verfahren zum Vorsehen einer Beschichtung auf einer Oberfläche nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an Kobalt in dem ersten Pulver 2 bis 3 Gew.% beträgt.4. A method for providing a coating on a surface according to claim 3, characterized in that the proportion of cobalt in the first powder is 2 to 3 wt.%.
5. Verfahren zum Vorsehen einer Beschichtung auf einer Oberfläche nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an Kobalt in dem zweiten Pulver 10 bis 14 Gew.% beträgt.5. A method for providing a coating on a surface according to any one of the preceding claims, characterized in that the proportion of cobalt in the second powder is 10 to 14 wt.%.
6. Verfahren zum Vorsehen einer Beschichtung auf einer Oberfläche nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an Kobalt in dem zweiten Pulver 11 bis 13 Gew.% beträgt.6. A method for providing a coating on a surface according to claim 5, characterized in that the proportion of cobalt in the second powder is 11 to 13 wt.%.
7. Verfahren zum Vorsehen einer Beschichtung auf einer Oberfläche nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Pulver und/oder das zweite Pulver ein oder mehrere Carbide enthält.7. A method for providing a coating on a surface according to any one of the preceding claims, characterized in that the first powder and / or the second powder contains one or more carbides.
8. Verfahren zum Vorsehen einer Beschichtung auf einer Oberfläche nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Pulver und/oder das zweite Pulver ein oder mehrere hartlegierte Pulver enthält.8. A method for providing a coating on a surface according to any one of the preceding claims, characterized in that the first powder and / or the second powder contains one or more hard-alloyed powders.
9. Verfahren zum Vorsehen einer Beschichtung auf einer Oberfläche nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Carbide Wolfram- und/oder Titan- und/oder Chromcarbide sind.9. A method for providing a coating on a surface according to claim 7 or 8, characterized in that the carbides are tungsten and / or titanium and / or chromium carbides.
10. Verfahren zum Vorsehen einer Beschichtung auf einer Oberfläche nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtbogenerhitzen durch Anlegen bevorzugt eines Wechselstroms zwischen der Oberfläche und der Elektrode ausgeführt wird. 10. A method for providing a coating on a surface according to any one of the preceding claims, characterized in that the arc heating is performed by applying preferably an alternating current between the surface and the electrode.
11. Verfahren zum Vorsehen einer Beschichtung auf einer Oberfläche nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Elektroden eine drehbare Rolle ist und die andere der Elektroden das Bauteil (Detail) ist.11. A method of providing a coating on a surface according to claim 10, characterized in that one of the electrodes is a rotatable roller and the other of the electrodes is the component (detail).
12. Verfahren zum Vorsehen einer Beschichtung auf einer Oberfläche nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Rolle auf die Oberfläche des Bauteils (Detail) gepresst wird.12. A method for providing a coating on a surface according to claim 11, characterized in that the roller is pressed onto the surface of the component (detail).
13. Verfahren zum Vorsehen einer Beschichtung auf einer Oberfläche nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Pulver in dem Raum zwischen der Rolle und der Oberfläche des Bauteils vorgesehen wird.13. A method for providing a coating on a surface according to claim 12, characterized in that the powder is provided in the space between the roller and the surface of the component.
14. Verfahren zum Vorsehen einer Beschichtung auf einer Oberfläche nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder zweite Pulver C und/oder Si und/oder B und/oder Fe und/oder Cr und/oder Wolframcarbid umfasst.14. A method for providing a coating on a surface according to any one of the preceding claims, characterized in that the first and / or second powder C and / or Si and / or B and / or Fe and / or Cr and / or tungsten carbide comprises.
15. Einrichtung mit mindestens einer Oberfläche, die mit einer Beschichtung versehen ist, die nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14 hergestellt ist.15. Device having at least one surface, which is provided with a coating which is prepared by a method according to any one of claims 1 to 14.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche mit der Beschichtung Schneidemerkmale besitzt.16. The apparatus according to claim 15, characterized in that the surface having the coating Schneidemerkmale.
17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung durch ein Profilverbundinstrument oder ein Werkstoff bearbeitendes Instrument oder einen Stempel dargestellt wird. 17. The apparatus of claim 15 or 16, characterized in that the device is represented by a profile composite instrument or a material processing instrument or a stamp.
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