JP2022532658A - コーティングされた易摩耗性金属基材及びその製造方法 - Google Patents

コーティングされた易摩耗性金属基材及びその製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2022532658A
JP2022532658A JP2021568374A JP2021568374A JP2022532658A JP 2022532658 A JP2022532658 A JP 2022532658A JP 2021568374 A JP2021568374 A JP 2021568374A JP 2021568374 A JP2021568374 A JP 2021568374A JP 2022532658 A JP2022532658 A JP 2022532658A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
tungsten
alloy
molybdenum
filling chamber
casting machine
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.)
Pending
Application number
JP2021568374A
Other languages
English (en)
Inventor
エンデマン、アンドレアス
Original Assignee
ウェルトストーン コンポーネンツ ゲーエムベーハー
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 ウェルトストーン コンポーネンツ ゲーエムベーハー filed Critical ウェルトストーン コンポーネンツ ゲーエムベーハー
Publication of JP2022532658A publication Critical patent/JP2022532658A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D17/00Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
    • B22D17/20Accessories: Details
    • B22D17/2015Means for forcing the molten metal into the die
    • B22D17/2023Nozzles or shot sleeves
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C4/00Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/04Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
    • C23C4/06Metallic material
    • C23C4/08Metallic material containing only metal elements
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D17/00Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
    • B22D17/20Accessories: Details
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C27/00Alloys based on rhenium or a refractory metal not mentioned in groups C22C14/00 or C22C16/00
    • C22C27/04Alloys based on tungsten or molybdenum
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C30/00Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C4/00Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/04Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
    • C23C4/06Metallic material
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C4/00Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/04Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
    • C23C4/06Metallic material
    • C23C4/073Metallic material containing MCrAl or MCrAlY alloys, where M is nickel, cobalt or iron, with or without non-metal elements
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C4/00Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
    • C23C4/131Wire arc spraying
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C4/00Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
    • C23C4/134Plasma spraying

Abstract

【課題】易摩耗性金属基材の寿命を延ばすこと。【解決手段】易摩耗性金属基材は、その表面が、タングステン、モリブデン、タングステン合金又はモリブデン合金のアーク溶射によってコーティングされる。【選択図】図1

Description

本発明は、コーティングされた易摩耗性金属基材及びその製造方法に関する。とりわけ、本発明は、圧力(金型)鋳造機(ないしダイカストマシン:Druckgiessmaschiene)のための改良された充填チャンバに関する。
圧力金型鋳造機の充填チャンバの内面(内周面)は、供給口の領域において最も摩耗される。例えば液体アルミニウムのような熱い鋳造材料が供給口を通過して機械的に注入されることによって、鋳造材料は、常に充填チャンバの内面の供給口の下方の同じ位置に現れる(衝突する)。充填チャンバをより長く使用した後、それによって供給口の下方の領域に浸出(Auswaschungen)が生じ得るため、チャンバ内における加圧ピストンの滑動が阻害され得るうえ、加圧ピストンはより大きな摩耗に晒される。真空圧力鋳造の場合は、更に、必要な真空を確実に生成することがより困難になる。そのため、分離可能なシリンダ状インサート部材を有するジャケット要素から構成される充填チャンバがDE 42 29 338 C2から知られている。この場合、インサート部材は、充填チャンバの外側端部から軸方向において供給口の内部にまで延伸し、その内側端部は狭いリング状領域においてその外周面が充填チャンバの内壁に当接し、他方、その外側端部は、その外周と充填チャンバの内壁の間に嵌め込まれたセンタリングリングから充填チャンバに対し同軸的に案内されている。これによって既に、その主要な摩耗領域が圧力金型鋳造機において直接的に交換可能な、圧力金型鋳造機のための充填チャンバが形成される。しかしながら、このタイプのインサート部材の寿命はより長いことが望ましいであろう。
更に、DE 102 05 246 B4から、液体鋳造材料のための供給口を有する圧力金型鋳造機のための充填チャンバが知られているが、この場合、充填チャンバ壁の供給口に対向する領域に冷却装置が設けられている。冷却装置は、外部から充填チャンバ壁内に嵌め込み可能であり、冷却剤のための少なくとも1つの案内チャンネルが設けられているディスクから形成されている。この措置は、とりわけ充填チャンバインサート部材の寿命を長期化することが意図されている。
EP 3 184 203 A1は、同様に、圧力金型鋳造機のための充填チャンバを記載している。充填チャンバのシリンダ状内面は加圧ピストンのための滑面(スライド面)として役立ち、充填チャンバは液体鋳造材料のための供給口と取り外し可能な(リムーバブルな)シリンダ状インサート部材を有し、インサート部材の内面に沿って加圧ピストンは滑動し、インサート部材は、充填チャンバの供給口と接続(連通)状態にあるジャケット充填物(Mantelfuellung)のラジアル開口を備えている。この場合、このリムーバブルインサート部材の内面は少なくとも部分的にモリブデン又はモリブデン合金から形成されている。リムーバブルインサート部材は、金属製スリーブ(スチール)とモリブデン又はモリブデン合金(Mo/Mo合金)製のインナーブッシュから形成されている。
シリンダ状インサート部材が供給口ないし充填チャンバの保護のために使用されかつ摩耗が生じた場合新たなインサート部材に交換可能な上記の場合では、加圧ピストンのためのスライド面の摩耗が極めて頻繁に発生する場合、相対的に迅速な除去がもたらされる。
WO 00/10752 A1は、非鉄金属製(例えばAl又はMg製)の成型部材の鋳造のための鋳造ツールに関する。この場合、鋳造型は重金属合金(例えばW合金)で製造されるか又は成型部材へのその当接側が相応にコーティングされている。この目的のために、重金属合金は焼結要素の形で使用される。
US 2017/0266719 A1は、圧力金型鋳造機及び対応する鋳造法を記載している。この場合、所定の装置部分(複数)は、(例えばAl、Cu、Ti及びそれらの合金のような)鋳造に使用されるべき金属との化学的反応性が従来技術において使用されている鉄合金よりも遥かに乏しいコーティングが施されている。
DE 42 29 338 C2 DE 102 05 246 B4 EP 3 184 203 A1 WO 00/10752 A1 US 2017/0266719 A1
しかしながら、鋳造プロセスを可及的に効率的にかつより長い中断なしに構築するために、上記のインサート部材のための交換インターバル(交換と交換の間の期間)又は一般的には圧力金型鋳造機についてのないしその最も摩耗しやすい部分即ち充填チャンバについての寿命を長期化するという課題は依然として存在する。更に、一般的に、とりわけ易摩耗性の金属基材上の、表面コーティングを機械的かつ化学的により安定的に、かつ、それによってより耐摩耗性的に構成するという課題がある。
上記の課題は、本発明に応じ、充填チャンバの内面(内周面)又は充填チャンバのための本発明に応じたインサート部材の内面(内周面)が完全に又は部分的にタングステン又はタングステン合金によって被覆される(コーティングされる)ことによって解決される。このことは、易摩耗性の金属基材についても一般的に当て嵌まる。
充填チャンバにおける最大の摩耗はその注入領域に発生することは既知である。そのため、例えばアルミニウム圧力鋳造の際に、低鉄(鉄低含有)Al合金は充填チャンバ又は組み込まれた交換可能ブッシュのスチールを攻撃し、とりわけこの領域において浸出(Auswaschungen)を引き起こす。これらの欠点を除去するために、通常はスチールで製造されている充填チャンバにおいて、その内面が、好ましくは完全に、少なくともその注入領域において、タングステン又はタングステン合金が適用される(配される)。好ましくはスチールで製造されている充填チャンバのためのインサート部材の内面の、この場合も完全に又は部分的に実行可能な、タングステン又はタングステン合金によるライニング(加工)も本発明に含まれる。
本発明は、従って、そのシリンダ状内面が加圧ピストンのためのスライド面(滑動面)として役立ち、かつ、(当該チャンバが)液体鋳造材料、例えばアルミニウム圧力鋳造機の場合のアルミニウム、のための供給口を有する、圧力(金型)鋳造機(ないしダイカストマシン)のための充填チャンバを含む。好ましい一実施形態では、充填チャンバは、その外周面(ジャケット面)に充填チャンバの供給口と接続(連通)する開口を備える好ましくはスチール製のインサート部材を有する。この場合、充填チャンバの内面又は上記インサート部材の内面は完全に又は部分的に、この場合好ましくは注入領域において、タングステン又はタングステン合金が適用されている(配されている)ないしはタングステン又はタングステン合金で被覆(コーティング)されている。インサート部材は、充填チャンバの長さの凡そ1/4の長さと、充填チャンバの壁厚の凡そ半分の壁厚を有する。
上記の適用(付与)のためのタングステン又はタングステン合金の使用も本発明に含まれる。
本発明に応じたインサート部材は、EP 3 184 203 A1に記載されたインサート部材とは異なり、モリブデンインサート部材がスチール製外側スリーブ内にピッタリと正確に嵌め込まれているスリーブシステムの形での交換可能ブッシュではなく、一般的にはスチール製の本発明に応じたインサート部材の内面は完全に又は部分的にタングステン又はタングステン合金でコーティングされている。
インサート部材の耐久性のために重要なこの相違及びコーティングのタイプを除き、本発明に応じたインサート部材は、EP 3 184 203 A1に記載されたものに対応する。この限りにおいて、該公報に記載された充填チャンバについての図1及び例えば段落[0029]におけるその説明は明示的に参照され、その限りにおいて本発明に応じた充填チャンバの説明としても役立ち得る。
充填チャンバ又は本発明に応じたインサート部材の内面のための被覆(コーティング)材料としては、なお充填チャンバ及びインサート部材の内面は完全にコーティング(被覆)されることが好ましいが、タングステン又はタングステン合金が使用される。合金は、二元、三元又は四元合金又は更なる(金属)成分を含む合金であり得る。この合金の例は、好ましくは50質量%超のタングステン(W)を含むWNiFe合金又はWとMoの合計が完成した合金の50質量%超であるWMoNiFe合金である。
格別に好適な合金は50質量%超のタングステンを含有する。タングステン及びタングステン合金についての格別に好適な形状はワイヤ状及びパウダ状である。製造は、原理的に当業者に既知の粉末冶金法で行われる。更に、タングステン及び相応のタングステン合金は、種々の製造業者及び金属商社からとりわけインターネットで提供される。
好ましい被覆材料ないしコーティング材料についての上記実施形態は金属基材のコーティングについても一般的に当て嵌まる。
充填チャンバ又は金属基材に化学的、熱的及び機械的に安定な被覆を生成するための好適なコーティング材料の選択に加えて、コーティング方法も極めて重要であることが(本発明により)判明した。これに関し、線熱膨張率αがタングステン(20℃でα=4.5×10-6 (1/K))とスチール(20℃でα=11~13×10-6 (1/K))では互いに極めて大きく相違するため、熱的/機械的に安定なタングステン被膜をスチール基材に適用する(配する)ことは全く困難であることに留意すべきである。
熱スプレー(溶射)の表面コーティング法は、本発明の目的のために格別に好適であることが(本発明により)判明した。この方法は、本発明の一実施形態では、典型的には>800HVのビッカース硬度のスプレー(により形成)された層の顕著に大きな硬化をもたらし、他方、例えばタングステン合金は、そうでなければ、280~400HVの硬度しか有しない。化学的/熱的及び機械的安定性の顕著な改善に加えて、熱スプレー(溶射)によって適用される(配される)表面被膜(コーティング)は、例えば液体(溶融)アルミニウムに対する格別な耐溶融物性という特徴も有し、従って、アルミニウム圧力鋳造機における使用に好ましくかつ格別に好適である。
熱スプレー法(溶射法)は以下の方法を含む:
アーク溶射法
溶線式フレーム溶射法(又は溶棒式)
粉末式フレーム溶射法
高速溶射法/高速フレーム溶射法(HVOF:high velocity oxy fuel)
レーザ溶射(法)
コールドスプレー法
デトネーション(爆発)溶射(法)
プラズマ溶射(法)
PTA(plasma transferred arc)
コーティング技術としての溶射法の選択によって、かくしてコーティングされた充填チャンバ及びインサート部材及び金属基材の寿命のドラスティックな増大(長期化)にとって決定的な、使用のためにコーティングの極めて有利な硬度(硬さ)が達成される。
これらの方法は全て本発明の目的のために原理的に使用可能である。
本発明は、従って、タングステン系材料(付加(付着)材料(溶射材))に加えて、材料を適用する(吹き付ける)ためのコーティング法にも関する。熱スプレー(溶射)の方法は、表面コーティング法である。標準化定義(DIN EN 657)によれば、付加材料即ち所謂溶射材は、溶射トーチの内部又は外部において溶融開始、溶融進展又は溶融完了され、ガス流において溶射パウダの形で加速され、被コーティング部材の表面に衝突する。その際、部材表面は(肉盛溶接とは異なり)溶融されず、僅かな程度でのみ熱的に負荷される。溶射粒子は部材表面への衝突の際に方法及び材料に依存してより強く又はより弱く偏平化し、主として機械的結合によって付着状態を維持し、積層的態様で溶射層を構築することで、層形成が行われる。溶射層の質的特性は、小さな気孔率、部材への良好な結合、クラックフリー及び均一な微細構造である。達成される層(皮膜)特性は、被コーティング表面での溶射粒子の衝突時点における溶射粒子の温度及び速度によって本質的に影響を受ける。表面状態(清浄性、活性性、温度)も、付着強度のような質特性に影響を及ぼす。
溶射付加(付着)材料の溶融の進展又は完了のためのエネルギキャリアとしては、電気的なアーク(アーク溶射)、プラズマ流(ないしジェット)(プラズマ溶射)、燃料・酸素・フレームないし燃料・酸素・高速フレーム(伝統的かつ高速のフレーム溶射)、予加熱された高速ガス(コールドガススプレー)及びレーザビーム(レーザ(ビーム)溶射)が使用される。DIN標準EN657によれば、溶射法はこれらの基準に従って分類される。
W又はW合金(W/W合金)がワイヤとして使用される場合、好ましい方法はワイヤアーク溶射である。パウダ状のW/W合金については、とりわけプラズマ溶射が適している。
熱スプレーの上記方法は、従来技術において既知であり、従って当業者にも既知である;例えばhttp://www.gts-ev.de/html_d/ts-info.htm又は情報カタログLINSPRAY(登録商標)“Gase und Know-how beim thermischen Spritzen”, Linde AG, Geschaeftsbereich Linde Gas, Unterschleissheim (ドイツ)参照。
本発明の目的のために、本発明の課題の解決のために適切に修正された、従来技術において原理的に既知のコーティング法のうちの特別な代表(例)は、質に関し及び、この場合とりわけ達成される硬度に関して、適用される(配される)コーティング(皮膜)に関し驚くべき結果をもたらすことが判明した。
基本的に、熱スプレー(溶射)法は、更にはコーティング材料の肉盛溶接のための方法も本発明に応じて好ましい。この場合、熱スプレー(溶射)法は、極めて多様な適用可能な材料についての幅広い応用範囲を提供する。
熱スプレー(溶射)法(複数)のうち、とりわけ、いわゆる2本線式でも、格別に好ましくは1本線(シングルワイヤ)式でも使用されるアーク溶射が本発明に応じて好ましい。好ましいコーティング材料は、タングステン又はタングステン合金である。
以下に、好ましいコーティングないし溶射法が、図1を用いて例示的に詳細に説明されるが、これによって本発明の対象は限定されない。
図1は、シングルワイヤ式スプレー装置の一例のスプレーヘッドを模式図で示す。電極1(タングステン電極)はワイヤの周りで回転可能に組み込まれている。
アークは、2本線(ダブルワイヤ)式の場合は2本のワイヤの間に、図1に示されているようなシングルワイヤスプレーの場合にはタングステン電極1とスプレーワイヤ7の間に、発生する。この場合、放出される電子(複数)即ちアークは、まず、シールドガス2、この場合はアルゴンないしアルゴン・水素混合物を貫通通過し、次いで、シールドガス2と、Nないし空気(エア)からなる噴霧化(微細化)ガス(Zerstaeubergas)とからなる混合ガスを貫通通過し、その際、ガスをイオン化してプラズマ4を生成し、それを凡そ15,000℃に加熱する。プラズマ4は、シールドガス1即ちアルゴンないしアルゴン/水素(Ar/ArH)と噴霧化ガス5の混合ガスから構成される。電極1は、その周囲に専らシールドガス2が流れ続け、かくして、保護される。そして、アーク4はスプレーワイヤ7を溶融し、その後、極めて大きな圧力ないし極めて大きな速度を有する噴霧化ガス5はスプレーワイヤ7の溶融された液滴(複数)を噴霧化(微細化)する。噴霧化ガスとシールドガスを含む噴霧化されたスプレーワイヤには、図面参照符号8が付記されている。噴霧化ガス流は、プラズマ溶接の場合のように、シールドガス2の周囲にリング状に流れる必要はないが、例えばノズル(複数)を介して流入させられることも可能である。この場合、図1に示した噴霧化ガスノズル6は不要になるであろうし、個別ノズル(複数)によって置換されるであろう。
電極1とワイヤ7とを空間的に分離することにより、なお電極1はワイヤ7の周りで回転可能であるが、希ガスの代わりにより好都合な窒素ガスの使用が可能になる。かくして、凡そ300HVを有する出発材料と比べて凡そ600HVへの高度の増大が既に達成される。噴霧化ガス5として空気(エア)を用いることによって、凡そ900HVへの更なる実質的な硬度の増大を達成できることが(本発明により)判明した。W又はW合金からなるワイヤを用いるシングルワイヤスプレー法のために、60~159Aの範囲の電流を使用することが好ましい。
本発明は、とりわけ、強く負荷される充填チャンバのより長い寿命をもたらし、従って、対応する圧力鋳造機のより長い寿命ももたらし、コーティングされた充填チャンバ又は対応するインサート部材、これらのコンポーネントのコーティングをする方法、相応に構成された圧力鋳造機及び充填チャンバ又は充填チャンバインサート部材を(完全又は部分的に)コーティングするためのタングステン又はタングステン合金の使用を含む。これらの記述は、本発明に応じてコーティングされる金属基材についても一般的にそれらの意義に従って当て嵌まる。
これに関連して、以下を指摘することができる:
W/W合金はモリブデン(Mo)又はモリブデン合金と比べて脆性がより小さく、酸化感受性(酸化のし易さ)もより小さい。本発明に応じた好ましい熱スプレー(溶射)は、インサート部材の保護だけではなく、充填チャンバ全体の保護も可能にする。
スプレーによって材料は強く硬化するが、それによって、液状の溶融物による溶解(ないし浸出)に関する改善だけではなく、同時に、機械的摩耗に対する改善も達成される。かくして、タングステンないし典型的なタングステン合金の硬度は、スプレー形成された(1つの)層について例えば250~300/400HVから800HV超(例えば900HV)に増大する(HVはビッカース硬度)。そのような硬化(硬度増大)は、例えば従来使用される鉄合金又はニッケル合金の場合には生じないものである。熱スプレーを用いる(本)方法は、充填チャンバの摩耗したインサート部材の修理も簡単な方法で可能にする。この場合、これらが最初からコーティングを備えていたことは必要ではない。
更に、以下の実施形態及び使用形態を見出したが、これらも本発明に含まれる。
熱スプレーに加えて、保護されるべき基材へのW/W合金の溶接又は肉盛溶接も、その(コーティングされた)表面の熱的、化学的及び機械的性質の改善をもたらす。肉盛溶接されたW/W合金の硬度は、同様に基準(標準)値と比べて顕著に改善されるが、一般的には、熱スプレーによって達成可能な値には到達しない。肉盛溶接は、WIG溶接、MIG溶接、MAG溶接のような通常の溶接法によって行われる。
基材表面への熱スプレー又は肉盛溶接は―W/W合金について説明したように―モリブデン又はモリブデン合金の場合にも熱的、化学的及び機械的性質(硬度)の顕著な改善をもたらす。従って、Mo/Mo合金の熱スプレー又は肉盛溶接による金属基材表面のコーティングは本発明の目的のために同様に本発明に含まれるが、これについては例えばEP 3 184 203 B1(段落[0009]~[0012]参照)に記載されており、該記載は開示の目的のためにこの引用を以って本書に記載されているものとする。
最後に、W/W合金又はMo/Mo合金の本発明に応じた適用は、なおW/W合金が好ましいが、圧力(金型)鋳造機(ダイカストマシン)の充填チャンバ(充填室)及び充填チャンバインサート部材の内面(内周面)のコーティングのみに限定されず、例えばアルミニウム、亜鉛及び銅並びに相応の合金の鋳造における全ての易摩耗性領域に関わる。従って、本発明に応じて適用されるコーティングの使用は、鋳造プロセスの際に負荷が加わる全ての部分を含み、その使用は、例えば、アルミニウム、銅及びスチールのための成型ツール、カムシャフト、シャント(Weichen)、ピストン及びこれらに比肩可能な使用分野のためのコーティングのような、考えられる更なる摩耗対応の全てを含む。これらは、本発明の意義において、易摩耗性金属基材の例である。

1 カソード(タングステン電極)
2 シールドガス(アルゴン/アルゴン水素)
3 シールドガスノズル
4 アーク(シールドガスAr/ArHからなるプラズマ)
5 噴霧化(微細化)ガス(Nないし空気)
6 噴霧化ガスのガスノズル
7 スプレー(溶射)ワイヤ
8 (噴霧化ガス及びシールドガスを含む)噴霧化されたスプレー(溶射)ワイヤ
本発明の第1の視点により、易摩耗性金属基材の表面をコーティングするために使用されるアーク溶射のためのタングステン、モリブデン、タングステン合金又はモリブデン合金を含有する溶射材が提供される(形態1)。
本発明の第2の視点により、易摩耗性金属基材の表面をコーティングするために使用されるアーク溶射のためのタングステン又はタングステン合金を含有する溶射材が提供される(形態2)。
本発明の第3の視点により、アーク溶射によってその表面が完全に又は部分的にタングステン、モリブデン、タングステン合金又はモリブデン合金でコーティングされた金属基材が提供される(形態8)。
本発明の第4の視点により、その内面がアーク溶射によって完全に又は部分的にタングステン、モリブデン、タングステン合金又はモリブデン合金でコーティングされた充填チャンバ又は充填チャンバインサート部材を有する圧力鋳造機が提供される(形態10)。
本発明の第5の視点により、金属基材の表面にコーティングをする方法が提供される。該方法においては、該金属基材の表面に、タングステン、モリブデン、タングステン合金又はモリブデン合金がアーク溶射によって適用されることを特徴とする(形態12)。
ここに本発明の好ましい形態を示す。
(形態1)上記本発明の第1の視点参照。
(形態2)上記本発明の第2の視点参照。
(形態3)上記形態1又は2の溶射材において、前記易摩耗性金属基材は、圧力鋳造機の充填チャンバ又は充填チャンバインサート部材の内面であることが好ましい。
(形態4)上記形態1~3の何れか溶射材において、前記タングステン合金は、50質量%超のタングステンを含む合金であることが好ましい。
(形態5)上記形態1~4の何れかの溶射材において、前記タングステン合金は、50質量%超のタングステンを含むWNiFe合金、又は、タングステンとモリブデンの割合の合計が50質量%超であるWMoNiFe合金であることが好ましい。
(形態6)上記形態1又は3の溶射材において、前記モリブデン合金は、0.5質量%のチタン、0.08質量%のジルコニウム、0.01~0.04質量%の炭素及び残部100質量%までのモリブデンからなるTZMモリブデンであることが好ましい。
(形態7)上記形態1~6の何れかの溶射材において、前記易摩耗性金属基材は、金属鋳造システムの易摩耗性領域、成型ツール、ピストン、カムシャフト又はシャントの表面であることが好ましい。
(形態8)上記本発明の第3の視点参照。
(形態9)上記形態8の金属基材において、コーティングされた前記表面は、圧力鋳造機の充填チャンバ又は充填チャンバインサート部材の内面であることが好ましい。
(形態10)上記本発明の第4の視点参照。
(形態11)上記形態10の圧力鋳造機において、該圧力鋳造機はアルミニウム圧力鋳造機であることが好ましい。
(形態12)上記本発明の第5の視点参照。
(形態13)上記形態12の方法において、前記アーク溶射は、シングルワイヤ法であることが好ましい。
(形態14)上記形態12又は13の方法において、噴霧化ガスとしてエアが使用されることが好ましい。
シングルワイヤ式スプレー装置の一例のスプレーヘッドの模式図。
ここに本発明の可能な態様を付記する。
[付記1]易摩耗性金属基材をコーティングするためのタングステン、モリブデン、タングステン合金又はモリブデン合金の使用。コーティングは、基材表面への熱スプレー又は肉盛溶接によって実行される。
[付記2]熱スプレーにより基材表面をコーティングするためのタングステン又はタングステン合金の上記の使用。
[付記3]上記の使用において、前記易摩耗性金属基材は、圧力鋳造機の充填チャンバ又は充填チャンバインサート部材の内面である。
[付記4]上記の使用において、前記タングステン合金は、50質量%超のタングステンを含む合金である。
[付記5]上記の使用において、前記タングステン合金は、50質量%超のタングステンを含むWNiFe合金、又は、タングステンとモリブデンの割合の合計が50質量%超であるWMoNiFe合金である。
[付記6]上記の使用において、前記モリブデン合金は、0.5質量%のチタン、0.08質量%のジルコニウム、0.01~0.04質量%の炭素及び残部100質量%までのモリブデンからなるTZMモリブデンである。
[付記7]上記の使用において、前記易摩耗性金属基材は、金属鋳造システムの易摩耗性領域、成型ツール、ピストン、カムシャフト又はシャントの表面である。
[付記8]熱スプレー又は肉盛溶接によってその表面が完全に又は部分的にタングステン、モリブデン、タングステン合金又はモリブデン合金でコーティングされた金属基材。
[付記9]上記の金属基材において、コーティングされた前記表面は、圧力鋳造機の充填チャンバ又は充填チャンバインサート部材の内面である。
[付記10]上記の充填チャンバ又は充填チャンバインサート部材を有する圧力鋳造機。
[付記11]上記の圧力鋳造機はアルミニウム圧力鋳造機である。
[付記12]金属基材の表面にコーティングをする方法。該方法においては、該金属基材の表面に、タングステン、モリブデン、タングステン合金又はモリブデン合金が熱スプレー又は肉盛溶接によって適用される。
[付記13]上記の方法において、前記コーティングは、アーク溶射によって適用される。
[付記14]上記の方法において、前記アーク溶射は、シングルワイヤ法である。
[付記15]上記の方法において、噴霧化ガスとしてエアが使用される。
[付記16]易摩耗性金属基材の表面をコーティングするために使用されるアーク溶射のためのタングステン、モリブデン、タングステン合金又はモリブデン合金を含有する溶射材。
[付記17]易摩耗性金属基材の表面をコーティングするために使用されるアーク溶射のためのタングステン又はタングステン合金を含有する溶射材。
[付記18]上記の溶射材において、前記易摩耗性金属基材は、圧力鋳造機の充填チャンバ又は充填チャンバインサート部材の内面である。
[付記19]上記の溶射材において、前記タングステン合金は、50質量%超のタングステンを含む合金である。
[付記20]上記の溶射材において、前記タングステン合金は、50質量%超のタングステンを含むWNiFe合金、又は、タングステンとモリブデンの割合の合計が50質量%超であるWMoNiFe合金である。
[付記21]上記の溶射材において、前記モリブデン合金は、0.5質量%のチタン、0.08質量%のジルコニウム、0.01~0.04質量%の炭素及び残部100質量%までのモリブデンからなるTZMモリブデンである。
[付記22]上記の溶射材において、前記易摩耗性金属基材は、金属鋳造システムの易摩耗性領域、成型ツール、ピストン、カムシャフト又はシャントの表面である。
[付記23]アーク溶射によってその表面が完全に又は部分的にタングステン、モリブデン、タングステン合金又はモリブデン合金でコーティングされた金属基材。
[付記24]上記の金属基材において、コーティングされた前記表面は、圧力鋳造機の充填チャンバ又は充填チャンバインサート部材の内面である。
[付記25]上記の充填チャンバ又は充填チャンバインサート部材を有する圧力鋳造機。
[付記26]上記の圧力鋳造機はアルミニウム圧力鋳造機である。
[付記27]金属基材の表面にコーティングをする方法。該方法においては、該金属基材の表面に、タングステン、モリブデン、タングステン合金又はモリブデン合金がアーク溶射によって適用される。
[付記28]上記の方法において、前記アーク溶射は、シングルワイヤ法である。
[付記29]上記の方法において、噴霧化ガスとしてエアが使用される。

Claims (15)

  1. 易摩耗性金属基材をコーティングするためのタングステン、モリブデン、タングステン合金又はモリブデン合金の使用であって、コーティングは、基材表面への熱スプレー又は肉盛溶接によって実行されること
    を特徴とする使用。
  2. 熱スプレーにより基材表面をコーティングするためのタングステン又はタングステン合金の請求項1に記載の使用。
  3. 請求項1又は2に記載の使用において、
    前記易摩耗性金属基材は、圧力鋳造機の充填チャンバ又は充填チャンバインサート部材の内面であること
    を特徴とする使用。
  4. 請求項1~3の何れかに記載の使用において、
    前記タングステン合金は、50質量%超のタングステンを含む合金であること
    を特徴とする使用。
  5. 請求項1~4の何れかに記載の使用において、
    前記タングステン合金は、50質量%超のタングステンを含むWNiFe合金、又は、タングステンとモリブデンの割合の合計が50質量%超であるWMoNiFe合金であること
    を特徴とする使用。
  6. 請求項1又は3に記載の使用において、
    前記モリブデン合金は、0.5質量%のチタン、0.08質量%のジルコニウム、0.01~0.04質量%の炭素及び残部100質量%までのモリブデンからなるTZMモリブデンであること
    を特徴とする使用。
  7. 請求項1に記載の使用において、
    前記易摩耗性金属基材は、金属鋳造システムの易摩耗性領域、成型ツール、ピストン、カムシャフト又はシャントの表面であること
    を特徴とする使用。
  8. 熱スプレー又は肉盛溶接によってその表面が完全に又は部分的にタングステン、モリブデン、タングステン合金又はモリブデン合金でコーティングされた金属基材。
  9. 請求項8に記載の金属基材において、
    コーティングされた前記表面は、圧力鋳造機の充填チャンバ又は充填チャンバインサート部材の内面であること
    を特徴とする金属基材。
  10. 請求項9に記載の充填チャンバ又は充填チャンバインサート部材を有すること、
    を特徴とする圧力鋳造機。
  11. 請求項10に記載の圧力鋳造機において、
    該圧力鋳造機はアルミニウム圧力鋳造機であること
    を特徴とする圧力鋳造機。
  12. 金属基材の表面にコーティングをする方法であって、
    該金属基材の表面に、タングステン、モリブデン、タングステン合金又はモリブデン合金が熱スプレー又は肉盛溶接によって適用されること
    を特徴とする方法。
  13. 請求項12に記載の方法において、
    前記コーティングは、アーク溶射によって適用されること
    を特徴とする方法。
  14. 請求項13に記載の方法において、
    前記アーク溶射は、シングルワイヤ法であること
    を特徴とする方法。
  15. 請求項13又は14に記載の方法において、
    噴霧化ガスとしてエアが使用されること
    を特徴とする方法。
JP2021568374A 2019-05-14 2020-05-14 コーティングされた易摩耗性金属基材及びその製造方法 Pending JP2022532658A (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019112586.3A DE102019112586A1 (de) 2019-05-14 2019-05-14 Modifizierte Füllkammer für eine Druckgießmaschine
DE102019112586.3 2019-05-14
PCT/EP2020/063439 WO2020229588A1 (de) 2019-05-14 2020-05-14 BESCHICHTETE, VERSCHLEIßTRÄCHTIGE METALLSUBSTRATE UND VERFAHREN ZU IHRER HERSTELLUNG

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2022532658A true JP2022532658A (ja) 2022-07-15

Family

ID=70738558

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021568374A Pending JP2022532658A (ja) 2019-05-14 2020-05-14 コーティングされた易摩耗性金属基材及びその製造方法

Country Status (9)

Country Link
US (1) US20220243313A1 (ja)
EP (1) EP3969204A1 (ja)
JP (1) JP2022532658A (ja)
KR (1) KR20220020254A (ja)
CN (1) CN113966255A (ja)
BR (1) BR112021022625A2 (ja)
DE (1) DE102019112586A1 (ja)
MX (1) MX2021013760A (ja)
WO (1) WO2020229588A1 (ja)

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3786552A (en) * 1971-06-30 1974-01-22 Mitsubishi Metal Mining Co Ltd Method of manufacturing a composite bimetallic sleeve for a die-casting machine
US5296667A (en) * 1990-08-31 1994-03-22 Flame-Spray Industries, Inc. High velocity electric-arc spray apparatus and method of forming materials
DE4229338C2 (de) 1992-09-02 2000-07-06 Hugo Kunz Füllkammer für eine Druckgießmaschine
US6001426A (en) * 1996-07-25 1999-12-14 Utron Inc. High velocity pulsed wire-arc spray
DE19838561A1 (de) * 1998-08-25 2000-03-02 Wolfram Ind Mbh Ges Gießform für das Gießen von Formteilen aus Nicht-Eisenmetallen
US6534196B2 (en) * 2001-02-26 2003-03-18 Cincinnati Thermal Spray Refractory metal coated articles for use in molten metal environments
DE10205246B4 (de) 2002-02-08 2004-04-15 Wieland-Werke Ag Füllkammer für eine Druckgießmaschine
EP2225082A4 (en) * 2007-12-21 2013-04-17 Mold Masters 2007 Ltd METHOD FOR MANUFACTURING HEATING CHANNEL COMPONENT AND HEATING CHANNEL COMPONENTS
CN101564767A (zh) * 2009-06-01 2009-10-28 燕山大学 压铸铝金属模具表面形成抗腐蚀涂层的电极材料
US9731348B1 (en) * 2012-03-30 2017-08-15 Brunswick Corporation Method and apparatus for avoiding erosion in a high pressure die casting shot sleeve for use with low iron aluminum silicon alloys
US20160024628A1 (en) * 2014-07-24 2016-01-28 Scoperta, Inc. Chromium free hardfacing materials
AT14988U1 (de) * 2015-10-05 2016-10-15 Plansee Se Komponente einer Kunststoffverarbeitungsmaschine
DE102015016756A1 (de) * 2015-12-23 2017-06-29 Wieland-Werke Ag Füllkammer für eine Druckgießmaschine
US20170266719A1 (en) * 2016-03-21 2017-09-21 Purdue Research Foundation Hot-chamber die casting systems and methods
US10556269B1 (en) * 2017-03-29 2020-02-11 United Technologies Corporation Apparatus for and method of making multi-walled passages in components
CN108044079B (zh) * 2017-12-22 2020-03-17 西安交通大学 一种高强合金与耐热陶瓷叠层涂层压铸模具及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2020229588A1 (de) 2020-11-19
CN113966255A (zh) 2022-01-21
MX2021013760A (es) 2022-02-21
EP3969204A1 (de) 2022-03-23
BR112021022625A2 (pt) 2022-01-04
KR20220020254A (ko) 2022-02-18
US20220243313A1 (en) 2022-08-04
DE102019112586A1 (de) 2020-11-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5364663A (en) Thermally spraying metal/solid lubricant composites using wire feedstock
US5820939A (en) Method of thermally spraying metallic coatings using flux cored wire
US5466906A (en) Process for coating automotive engine cylinders
JP6180427B2 (ja) Hvof溶射用の金属粉末及びそれにより表面をコーティングする方法
CA2005532C (en) Axial flow laser plasma spraying
JPH0474423B2 (ja)
US9790889B2 (en) Piston
JP6227808B2 (ja) 溶射アセンブリおよび溶射アセンブリを用いる方法
US6221175B1 (en) Method for the production of a ceramic layer on a metallic base material
US5441554A (en) Alloy coating for aluminum bronze parts, such as molds
JP2022532658A (ja) コーティングされた易摩耗性金属基材及びその製造方法
JP3916388B2 (ja) 連続鋳造用鋳型の製造方法
KR20000039464A (ko) 비정질 용사코팅용 지르코늄계 합금분말소재
JPH0217004Y2 (ja)
EP1370710A1 (en) Method for laser coating of copper and copper alloys
JP7134064B2 (ja) 金属部材
US20150060413A1 (en) Wire alloy for plasma transferred wire arc coating processes
KR101953608B1 (ko) 복수의 노즐을 포함하는 플라즈마 용사 코팅 장치
KR20050065911A (ko) 용사 피막 형성 방법 및 용사재
WO1991000373A1 (en) Manufacture of metallic alloys
KR101895065B1 (ko) 자용성 합금이 용사된 그레이트바 제조 방법
JP6227809B2 (ja) 溶射アセンブリ
JP2005194612A (ja) 溶射用粉末、溶射皮膜及び溶射皮膜の形成方法
Wilden et al. Thermal Spraying of FeNiW Coatings to Improve the Performance of Casting Molds in the Aluminum Industry
KR20180006344A (ko) 자용성 합금이 용사된 그레이트바 및 이의 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220111

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220114

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20230413

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20240304

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20240319