KR20220020254A - Coated wear-resistant metal substrate and manufacturing method thereof - Google Patents

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KR20220020254A
KR20220020254A KR1020217037267A KR20217037267A KR20220020254A KR 20220020254 A KR20220020254 A KR 20220020254A KR 1020217037267 A KR1020217037267 A KR 1020217037267A KR 20217037267 A KR20217037267 A KR 20217037267A KR 20220020254 A KR20220020254 A KR 20220020254A
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안드레아스 엔데만
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웰드스톤 컴포넌츠 게엠베하
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Abstract

단일 와이어 아크 분사 방법을 사용하여 금속 기판을 코팅하기 위한 텅스텐, 몰리브덴, 텅스텐 또는 몰리브덴 합금의 사용은 특히 증가된 비커스 경도(VH)를 특징으로 하는 코팅을 생성한다. The use of tungsten, molybdenum, tungsten or molybdenum alloys to coat metal substrates using the single wire arc blasting method results in coatings characterized particularly by increased Vickers hardness (VH).

Description

코팅된 내마모성 금속 기판 및 이의 제조 방법Coated wear-resistant metal substrate and manufacturing method thereof

본 발명은 마모되기 쉬운 코팅된 금속 기판, 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 압력 다이 캐스팅기를 위한 변형된 충전 챔버에 관한 것이다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a coated metal substrate susceptible to wear, and a method for manufacturing the same. In particular, the present invention relates to a modified filling chamber for a pressure die casting machine.

압력 다이 캐스팅기의 충전 챔버의 내부 표면은 공급구 영역에서 가장 마모되기 쉽다. 예를 들어, 액체 알루미늄과 같은 열간 캐스팅 재료는 공급구를 통해 기계적으로 공급되기 때문에, 이 재료는 항상 공급구 아래의 충전 챔버의 내부 표면의 동일한 위치를 타격한다. 충전 챔버를 장기간 사용한 후, 충전구 아래의 영역에서 침출이 발생할 수 있으며, 그 결과 챔버에서 압력 피스톤의 슬라이딩 움직임이 방해를 받고 압력 피스톤이 더 큰 마모 및 인열을 겪는다. 더욱이, 진공 압력 다이 캐스팅의 경우, 필요한 진공을 확실하게 생성하기가 더 어려워진다. 예를 들어, 독일 특허 명세서 DE 42 29 338 C2는 제거 가능한 원통형 삽입물이 있는 재킷 요소로 구성된 충전 챔버를 개시한다. 여기서, 삽입물은 충전 챔버의 외부 단부로부터 공급구 아래로 축방향으로 연장되며, 삽입물의 내부 단부에서, 주변 표면이 좁은 고리 영역에서 충전 챔버의 내벽과 접촉하게 되는 한편, 삽입물의 외부 단부는 충전 챔버의 외주와 내벽 사이에 맞물리는 중심 고리에 의해 충전 챔버에 대해 동축으로 안내된다. 이러한 방식으로, 주 마모 영역이 압력 다이 캐스팅기에서 직접 교체 가능한 압력 다이 캐스팅기를 위해 충전 챔버가 이미 생성되었다. 그러나, 이러한 삽입물에 대해 더 긴 사용 수명이 바람직할 것이다. The inner surface of the filling chamber of a pressure die casting machine is most susceptible to wear in the feed port area. Since, for example, a hot casting material, such as liquid aluminum, is fed mechanically through a feed port, the material always strikes the same location on the inner surface of the filling chamber below the feed port. After prolonged use of the filling chamber, leaching may occur in the area below the filling port, as a result of which the sliding movement of the pressure piston in the chamber is impeded and the pressure piston experiences greater wear and tear. Moreover, in the case of vacuum pressure die casting, it becomes more difficult to reliably create the required vacuum. For example, the German patent specification DE 42 29 338 C2 discloses a filling chamber consisting of a jacket element with a removable cylindrical insert. wherein the insert extends axially from the outer end of the filling chamber down the feed port, at the inner end of the insert, the peripheral surface is brought into contact with the inner wall of the filling chamber in a narrow annular region, while the outer end of the insert is in contact with the filling chamber Guided coaxially with respect to the filling chamber by a central ring that engages between the outer periphery and inner wall of the In this way, a filling chamber has already been created for a pressure die casting machine in which the main wear area is directly replaceable in the pressure die casting machine. However, a longer service life would be desirable for such inserts.

더욱이, 독일 특허 명세서 DE 102 05 246 B4는 액체 캐스팅 재료를 위한 공급구를 갖는 압력 다이 캐스팅기용 충전 챔버를 개시하고 여기서 냉각 수단은 공급구와 반애 영역의 충전 챔버 벽에 제공된다. 냉각 수단은 외부로부터 충전 챔버 벽으로 삽입될 수 있고 냉각제를 위한 적어도 하나의 가이드 채널이 제공되는 디스크를 포함한다. 무엇보다도, 이 조치는 충전 챔버 삽입물의 사용 수명을 연장하기 위한 것이다. Furthermore, the German patent specification DE 102 05 246 B4 discloses a filling chamber for a pressure die-casting machine having a supply port for a liquid casting material, wherein cooling means are provided in the supply opening and in the filling chamber wall in the half-heat area. The cooling means comprises a disk which can be inserted into the filling chamber wall from the outside and is provided with at least one guide channel for the coolant. Among other things, this measure is intended to prolong the service life of the filling chamber insert.

유럽 특허 출원 EP 3 184 203 A1은 마찬가지로, 원통형 내부 표면이 압력 피스톤을 위한 슬라이딩 표면 역할을 하고, 액체 캐스팅 재료를 위한 공급구 및 내부 표면을 따라 압력 피스톤이 슬라이딩하는 제거 가능한 원통형 삽입물을 가지며, 충전 챔버의 공급구에 연결된 재킷 충전에서 방사형 개구가 제공된 압력 다이 캐스팅기를 위한 충전 챔버를 개시한다. 여기서, 이 제거 가능한 삽입물의 내부 표면은 적어도 부분적으로 몰리브덴 또는 몰리브덴 합금으로 구성된다. 제거 가능한 삽입물은 금속 덮개(강철) 및 몰리브덴 또는 몰리브덴 합금(Mo/Mo-합금)으로 만들어진 내부 부싱(bushing)으로 만들어진다. European patent application EP 3 184 203 A1 likewise discloses a cylindrical inner surface serving as a sliding surface for the pressure piston, having a supply port for a liquid casting material and a removable cylindrical insert in which the pressure piston slides along the inner surface, the filling A filling chamber for a pressure die casting machine provided with a radial opening in the jacket filling connected to the supply port of the chamber is disclosed. wherein the inner surface of the removable insert is at least partially composed of molybdenum or a molybdenum alloy. The removable insert is made of a metal sheath (steel) and an inner bushing made of molybdenum or a molybdenum alloy (Mo/Mo-alloy).

언급된 경우에 - 원통형 삽입물이 공급구 또는 충전 챔버를 보호하기 위해 사용되고 마모 및 인열이 발생할 때 새로운 삽입물로 교체될 수 있는 경우에 - 일반적으로 접하는 압력 피스톤의 슬라이딩 표면의 마모 및 인열 사례의 대부분에서 비교적 신속한 복구가 가능하다. In the cases mentioned - where a cylindrical insert is used to protect the feed port or filling chamber and can be replaced with a new insert when wear and tear occurs - in most cases of wear and tear of the sliding surface of the normally abutting pressure piston Relatively quick recovery is possible.

국제 특허 출원 WO 00/10752 A1은 비철 금속으로 제조된 (예를 들어 Al 또는 Mg로 제조된) 캐스팅 성형된 부품을 위한 캐스팅 도구에 관한 것이다. 여기서, 캐스팅 몰드는 중금속 합금(예를 들어 텅스텐 합금)으로 제조되거나, 그렇지 않으면 성형된 부품에 대면하는 이들의 접촉면이 상응하는 방식으로 코팅된다. 이러한 목적을 위해, 중금속 합금은 소결된 요소의 형태로 사용된다. International patent application WO 00/10752 A1 relates to a casting tool for cast molded parts made of non-ferrous metals (eg made of Al or Mg). Here, the casting molds are made of a heavy metal alloy (eg tungsten alloy), or their contact surfaces facing the molded part are coated in a corresponding manner. For this purpose, heavy metal alloys are used in the form of sintered elements.

미국 특허 출원 2017/0266719 A1은 다이 캐스팅 시스템 및 상응하는 캐스팅 방법을 개시한다. 여기서, 특정 시스템 부품에는 (예를 들어, Al, Cu, Ti 및 이들의 합금과 같은) 선행 기술에서 사용된 철 합금보다 훨씬 더 적은 정도로 캐스팅될 금속과 화학적으로 반응하는 코팅이 제공된다. US patent application 2017/0266719 A1 discloses a die casting system and a corresponding casting method. Here, certain system components are provided with a coating that chemically reacts with the metal to be cast to a much lesser extent than the iron alloys used in the prior art (such as, for example, Al, Cu, Ti and alloys thereof).

그러나, 큰 중단 없이 가능한 한 효율적으로 캐스팅 공정을 구현하기 위해 언급된 삽입물의 교체 간격, 일반적으로 말해서, 압력 다이 캐스팅기 또는 가장 마모되기 쉬운 부품, 즉, 충전 챔버의 사용 수명을 연장하는 것이 여전히 목적이다. 일반적으로, 마모되기 쉬운 금속 기판 상의 표면 코팅을 기계적으로 그리고 화학적으로 더 안정하게, 따라서 더 내마모성으로 만들려는 목적이 또한 존재한다. However, it is still a goal to extend the replacement interval of the mentioned inserts, generally speaking, the service life of the pressure die casting machine or the most wear-prone parts, i.e. the filling chamber, in order to realize the casting process as efficiently as possible without major interruptions. am. In general, there is also an object to make the surface coatings on metal substrates susceptible to wear mechanically and chemically more stable and therefore more wear-resistant.

이 목적은 충전 챔버의 내부 표면 또는 충전 챔버를 위한 본 발명에 따른 삽입물의 내부 표면이 텅스텐 또는 텅스텐 합금으로 전체적으로 또는 부분적으로 코팅된다는 점에서 본 발명에 따라 달성된다. 이는 또한 마모되기 쉬운 금속 기판에도 일반적으로 적용된다. This object is achieved according to the invention in that the inner surface of the filling chamber or of the insert according to the invention for the filling chamber is wholly or partly coated with tungsten or a tungsten alloy. This also generally applies to metal substrates that are prone to wear.

충전 챔버에서 가장 큰 마모 및 인열은 충전 영역에서 발생하는 것으로 알려져 있다. 따라서, 예를 들어, 알루미늄 압력 다이 캐스팅의 경우, 철 함량이 낮은 알루미늄 합금이 충전 챔버 또는 설치된 교체 가능한 부싱의 강철을 공격하여, 특히 이 영역에서 침출을 유발한다. 이러한 단점을 위해, 일반적으로 강철로 만들어진 충전 챔버의 내부 표면에 바람직하게는 전체적으로, 적어도 충전 영역에서 텅스텐 또는 텅스텐 합금이 제공된다. 본 발명은 마찬가지로 바람직하게는 강철로 텅스텐 또는 텅스텐 합금과 함께 제조된 충전 챔버용 삽입물의 내부 표면을 라이닝하는 것을 포함하며, 이는 결국, 전체적으로 또는 부분적으로 수행될 수 있다. It is known that the greatest wear and tear in the filling chamber occurs in the filling area. Thus, for example, in the case of aluminum pressure die casting, an aluminum alloy with a low iron content attacks the steel of the filling chamber or of the installed replaceable bushings, causing leaching, especially in this area. For this disadvantage, the inner surface of the filling chamber, which is usually made of steel, is preferably provided entirely, at least in the filling area, with tungsten or a tungsten alloy. The invention likewise comprises lining the inner surface of an insert for a filling chamber, preferably made with tungsten or a tungsten alloy from steel, which can in turn be carried out in whole or in part.

따라서, 본 발명은 원통형 내부 표면이 압력 피스톤을 위한 슬라이딩 표면 역할을 하고 예를 들어, 알루미늄 압력 다이 캐스팅기의 경우에 알루미늄과 같은 액체 캐스팅 재료를 위한 공급구를 갖는 압력 다이 캐스팅기용 충전 챔버를 포함한다. 바람직한 구체예에서, 충전 챔버는 바람직하게는 강철로 제조되고 충전 챔버의 공급구에 연결된 원주 표면에 개구가 제공되는 삽입물을 갖는다. 여기서, 충전 챔버의 내부 표면 또는 전술한 삽입물의 내부 표면은 전체적으로 또는 부분적으로, 바람직하게는 충전 영역에서 몰리브덴 또는 몰리브덴 합금이 제공되거나 이로 코팅된다. 삽입물은 약 1/4 길이이고 충전 챔버의 벽 두께의 약 절반이다. Accordingly, the present invention comprises a filling chamber for a pressure die casting machine in which the cylindrical inner surface serves as a sliding surface for the pressure piston and has a supply port for a liquid casting material such as aluminum, for example in the case of an aluminum pressure die casting machine. do. In a preferred embodiment, the filling chamber has an insert, preferably made of steel, provided with an opening in the circumferential surface connected to the feed port of the filling chamber. Here, the inner surface of the filling chamber or the inner surface of the aforementioned insert is provided or coated with molybdenum or a molybdenum alloy in whole or in part, preferably in the filling region. The insert is about one quarter long and about half the wall thickness of the filling chamber.

전술한 용도를 위한 텅스텐 또는 텅스텐 합금의 용도가 마찬가지로 본 발명에 포함된다. The use of tungsten or tungsten alloys for the aforementioned uses is likewise encompassed by the present invention.

유럽 특허 출원 EP 3 184 203 A1에 기재된 삽입물과 대조적으로, 본 발명에 따른 삽입물은 몰리브덴 삽입물이 강철로 제조된 외부 슬리브에 정확하게 끼워지도록 배치된 슬리브 시스템 형태의 교체 가능한 부싱이 아니고, 그보다는 일반적으로 강철로 제조된 본 발명에 따른 삽입물의 내부 표면이 텅스텐 또는 텅스텐 합금으로 전체적으로 또는 부분적으로 코팅된다.In contrast to the insert described in European patent application EP 3 184 203 A1, the insert according to the invention is not a replaceable bushing in the form of a sleeve system arranged so that the molybdenum insert fits precisely into an outer sleeve made of steel, but rather generally The inner surface of the insert according to the invention made of steel is coated wholly or partially with tungsten or a tungsten alloy.

삽입물의 내구성 및 코팅의 유형 측면의 본질적인 차이를 제외하고, 본 발명에 따른 충전 챔버는 유럽 특허 출원 EP 3 184 203 A1의 충전 챔버에 해당한다. 이러한 맥락에서, 도 1 및 그 설명, 예를 들어, 단락 [0029]에 나타난 충전 챔버에 대한 명시적인 참조가 이루어지며, 이는 따라서 본 발명에 따른 충전 챔버의 설명 역할을 할 수도 있다. Except for the essential differences in terms of durability of the insert and the type of coating, the filling chamber according to the invention corresponds to the filling chamber of European patent application EP 3 184 203 A1. In this context, explicit reference is made to the filling chamber shown in FIG. 1 and its description, for example in paragraph [0029], which may therefore serve as a description of the filling chamber according to the present invention.

텅스텐 또는 텅스텐 합금은 본 발명에 따른 충전 챔버 또는 삽입물의 내부 표면의 코팅 재료의 역할을 하며, 이에 의해 충전 챔버 및 삽입물의 내부 표면이 바람직하게는 전체가 코팅된다. 합금은 이원, 삼원 또는 사원 합금 또는 추가 (금속) 성분이 있는 합금일 수 있다. 이의 예는 바람직하게는 50 중량% 초과의 텅스텐(W)을 포함하는 WNiFe 합금 또는 텅스텐과 몰리브덴의 합계가 완성된 합금의 50 중량% 초과인 WMoNiFe 합금이다.Tungsten or a tungsten alloy serves as a coating material for the inner surface of the filling chamber or insert according to the invention, whereby the inner surface of the filling chamber and the insert is preferably entirely coated. The alloys may be binary, ternary or quaternary alloys or alloys with additional (metal) components. Examples thereof are preferably WNiFe alloys comprising more than 50% by weight of tungsten (W) or WMoNiFe alloys in which the sum of tungsten and molybdenum is more than 50% by weight of the finished alloy.

특히 적합한 합금은 50 중량% 초과의 텅스텐을 포함한다. 텅스텐 및 텅스텐 합금에 특히 적합한 형태는 와이어 및 분말 형태이다. 이후 생산은 기본적으로 당업자에게 공지인 분말 야금 방법을 사용한다. 더욱이, 텅스텐 및 상응하는 텅스텐 합금은 무엇보다도 인터넷에서 다양한 제조업체 및 금속 공급 회사로부터 구할 수 있다. A particularly suitable alloy comprises more than 50% by weight of tungsten. Particularly suitable forms for tungsten and tungsten alloys are wire and powder forms. Subsequent production uses basically powder metallurgy methods known to the person skilled in the art. Moreover, tungsten and corresponding tungsten alloys are available, inter alia, on the Internet from various manufacturers and metal suppliers.

바람직한 피복 또는 코팅 재료에 대한 위에 제공된 설명은 또한 일반적으로 금속 기판의 코팅에 적용된다. The descriptions given above for preferred coating or coating materials also apply to the coating of metallic substrates in general.

충전 챔버 또는 금속 기판을 위한 화학적으로, 열적으로 및 기계적으로 안정한 코팅을 생성하기 위한 적합한 코팅 재료의 선택 이외에도, 코팅 방법도 마찬가지로 상당히 중요함이 밝혀졌다. 이러한 맥락에서, 텅스텐(20℃에서 α = 4.5 * 10-6 1/K) 및 강철(20℃에서 α = 11 - 13 * 10-6 1/K)의 선형 열팽창 계수가 서로 현저하게 상이하고, 이는 강철 기판에 열적으로 및/또는 기계적으로 안정한 텅스텐을 적용하기에 상당히 어렵게 함을 염두해야 한다. In addition to the selection of suitable coating materials for producing chemically, thermally and mechanically stable coatings for filling chambers or metal substrates, it has been found that the coating method is equally important. In this context, the coefficients of linear thermal expansion of tungsten (α = 4.5 * 10 -6 1/K at 20 °C) and steel (α = 11 - 13 * 10 -6 1/K at 20 °C) are significantly different from each other, It should be borne in mind that this makes it quite difficult to apply thermally and/or mechanically stable tungsten to steel substrates.

열 분사의 표면 코팅 방법은 본 발명에 따른 목적에 특히 적합한 것으로 입증되었다. 본 발명에 따른 구체예에서, 이 방법은 일반적으로 >800 HV 비커스 경도의 주입된 층의 매우 현저한 경화를 일으키는 반면, 예를 들어, 텅스텐 합금은 그렇지 않으면 단지 280 HV 내지 400 HV의 경도를 갖는다. 화학적/열적 및 기계적 안정성의 현저한 개선 이외에도, 열 분사에 의해 적용된 표면 코팅은 또한 액체 알루미늄에 대해 우수한 내용매성을 나타내므로 알루미늄 압력 다이 캐스팅 시스템에서 사용하기에 바람직하고 특히 적합하다. The method of surface coating of thermal spray has proven particularly suitable for the purpose according to the invention. In an embodiment according to the invention, this method generally results in a very significant hardening of the infused layer of >800 HV Vickers hardness, whereas, for example, a tungsten alloy would otherwise only have a hardness of 280 HV to 400 HV. In addition to significant improvements in chemical/thermal and mechanical stability, surface coatings applied by thermal spray also exhibit good solvent resistance to liquid aluminum, making them desirable and particularly suitable for use in aluminum pressure die casting systems.

열 분사 방법은 다음을 포함한다:Thermal spraying methods include:

아크 분사 방법arc blast method

와이어 화염 분사 방법 (또는 로드 사용) Wire flame spraying method (or using rod)

분말 화염 분사 방법Powder flame spraying method

고속 분사 방법 / 고속 화염 분사 방법 (HVOF: 고속 산소 연료) High-speed injection method / High-speed flame injection method (HVOF: high-speed oxygen fuel)

레이저 분사laser blast

저온 분사 방법Low temperature spray method

폭발 분사explosion spray

플라스마 분사plasma spray

PTA (플라스마 전달 아크)PTA (plasma transfer arc)

코팅 기술로서 분사 방법의 선택을 통해, 적용에 매우 유리한 코팅의 경도 값이 달성되고, 이러한 값은 결국 이러한 방식으로 코팅된 충전 챔버, 삽입물 및 금속 기판의 사용 수명의 상당한 증가를 달성하는 데 결정적이다.Through the choice of the spraying method as coating technology, hardness values of the coatings which are very advantageous for the application are achieved, these values are in turn decisive for achieving a significant increase in the service life of the filling chambers, inserts and metal substrates coated in this way .

이러한 모든 방법은 기본적으로 본 발명의 목적을 위해 사용될 수 있다. All these methods can basically be used for the purpose of the present invention.

따라서, 텅스텐 기반의 재료 (충전재 (분사 충전재)) 이외에도, 본 발명은 마찬가지로 재료가 적용되는 코팅 방법에 관한 것이다. 열 분사의 방법이 표면 코팅 방법이다. 표준화된 정의(DIN EN 657)에 따르면, 충전재, 소위 분사 충전재는 분사 토치의 내부 또는 외부에서 용융된 다음, 분사 입자 형태의 가스 스트림에서 가속되고, 코팅될 구성요소의 표면에 캐스팅된다. 여기서, 구성요소 표면은 (클래딩과 대조적으로) 용융되지 않고 약간의 열 응력만을 받는다. 분사 입자가 구성요소 표면을 타격할 때, 공정 및 재료에 따라 다소 정도의 차이가 있지만 평평해지며, 주로 기계적 클램핑(clamping)으로 인한 접착되고, 분사된 코팅을 층으로 쌓기 때문에, 층이 형성된다. 분사된 코팅의 품질 특징은 낮은 다공성, 구성요소에 대한 우수한 접착력, 균열 및 균질한 미세구조의 부재이다. 달성된 코팅 특성은 코팅될 표면을 타격하는 시점에서 분사 입자의 온도 및 속도에 의해 실질적으로 영향을 받는다. 표면 상태(순도, 활성화, 온도)도 마찬가지로 접착 강도와 같은 품질 특징에 영향을 미친다.Thus, in addition to tungsten-based materials (fillers (spray fillers)), the present invention likewise relates to a coating method to which the materials are applied. The method of thermal spraying is a surface coating method. According to a standardized definition (DIN EN 657), the filler, the so-called blast filler, is melted inside or outside the blasting torch, then accelerated in a gas stream in the form of blasting particles and cast on the surface of the component to be coated. Here, the component surface does not melt (as opposed to the cladding) and is only subjected to slight thermal stress. When the sprayed particles strike the component surface, to some degree depending on the process and material, they are flattened, mainly due to mechanical clamping, adhesion, and layering as the sprayed coating is layered. . The quality characteristics of the sprayed coating are low porosity, good adhesion to components, the absence of cracks and a homogeneous microstructure. The coating properties achieved are substantially affected by the temperature and velocity of the sprayed particles at the time of striking the surface to be coated. The surface condition (purity, activation, temperature) likewise influences quality characteristics such as adhesive strength.

전기 아크(아크 분사), 플라스마 제트(플라스마 분사), 연료 산소 화염 분사 또는 연료 산소 고속 화염 분사(기존 및 고속 화염 분사), 고속 예열 가스(저온 가스 분사) 및 레이저 빔(레이저 빔 분사)가 분사 충전재를 용융시키기 위한 에너지 운반체 역할을 한다. DIN 표준 EN 657에 따르면, 분사 방법은 이러한 기준에 따라 분류된다. Electric arc (arc injection), plasma jet (plasma injection), fuel oxygen flame injection or fuel oxygen high-speed flame injection (conventional and high-speed flame injection), high-speed preheat gas (cold gas injection) and laser beam (laser beam injection) It acts as an energy carrier for melting the filler material. According to DIN standard EN 657, spraying methods are classified according to this criterion.

텅스텐/텅스텐 합금이 와이어 형태로 사용되는 경우, 바람직한 방법은 와이어 아크 분사이다. 플라스마 분사는 미분 텅스텐/텅스텐 합금에 특히 적합하다.When a tungsten/tungsten alloy is used in wire form, the preferred method is wire arc spraying. Plasma spraying is particularly suitable for finely divided tungsten/tungsten alloys.

전술한 열 분사 방법은 당업계에 공지되어 있고 따라서 당업자에게도 공지되어 있으며; 예를 들어, http://www.gts-ev.de/html_d/ts-info.htm 또는 정보 브로셔 LINSPRAY® - "Gase und Know-how beim thermischen Spritzen" ("Gases and Know-how for Thermal Spraying"), Linde AG, Gesch

Figure pct00001
ftsbereich (Business Unit) Linde Gas, Unterschleissheim, Germany를 참조하라. The methods of thermal spraying described above are known in the art and therefore also known to those skilled in the art; For example, http://www.gts-ev.de/html_d/ts-info.htm or the information brochure LINSPRAY® - "Gase und Know-how beim thermischen Spritzen"("Gases and Know-how for Thermal Spraying" ), Linde AG, Gesch
Figure pct00001
See ftsbereich (Business Unit) Linde Gas, Unterschleissheim, Germany.

본 발명의 목적을 위해, 선행기술에서 일반적으로 공지이고 본 발명에 따른 목적을 달성하기 위해 적절하게 수정될 구체적인 대표 코팅 방법이 품질 측면에서 놀라운 결과를 야기함이 밝혀졌고, 여기서 특히 적용된 코팅의 달성된 경도가 주목된다. For the purposes of the present invention, it has been found that specific representative coating methods which are generally known in the prior art and which will be suitably modified to achieve the objects according to the invention lead to surprising results in terms of quality, wherein in particular the achievement of the applied coatings The hardness obtained is noted.

기본적으로, 열 분사 방법 및 또한 코팅 재료에 대한 용접 방법이 본 발명에 따라 바람직하다. 여기서, 열 분사 방법은 적용될 다수의 재료의 광범위한 적용 스펙트럼을 제공한다. Basically, a method of thermal spraying and also a method of welding to coating materials are preferred according to the invention. Here, the thermal spray method provides a broad application spectrum of a number of materials to be applied.

특히, 열 분사 방법 중에서, 아크 분사가 본 발명에 따라 바람직하며, 소위 2-와이어 방법 및 특히 바람직하게는 소위 단일 와이어 방법에서 사용된다. 바람직한 코팅 재료는 텅스텐 또는 텅스텐 합금이다.In particular, among the thermal spraying methods, arc spraying is preferred according to the invention and is used in the so-called two-wire method and particularly preferably in the so-called single-wire method. A preferred coating material is tungsten or a tungsten alloy.

아래에서, 이 공정에서 본 발명의 주제를 제한하지 않고, 바람직한 코팅 또는 분사 방법이 도 1을 참조하는 예를 통해 더 상세히 설명될 것이다. 여기서, 도 1은 단일 와이어 장치의 분사 헤드를 개략적으로 나타낸다. 여기서, 전극(4)(텅스텐 전극)은 와이어 둘레에 회전 가능하도록 설치된다.In the following, without limiting the subject matter of the invention in this process, a preferred coating or spraying method will be described in more detail by way of example with reference to FIG. 1 . Here, Fig. 1 schematically shows the jetting head of a single wire device. Here, the electrode 4 (tungsten electrode) is provided rotatably around the wire.

도 1에 나타나는 2-와이어 방법에서, 아크는 두 와이어 사이에서 점화되고, 단일 와이어 방법에서, 아크는 텅스텐 전극(1)과 분사 와이어(7) 사이에서 점화된다. 여기서, 방출된 전자, 즉 아크는 먼저 차폐 가스(2), 이 경우에는 아르곤 또는 아르곤-수소 혼합물을 통과한 다음, 차폐 가스(2) 및 N2 또는 공기로 구성된 분무화 가스(5)로 구성된 가스 혼합물을 통과하고, 이에 의해 가스를 플라스마(4)로 이온화하고 약 15,000℃로 가열한다. 플라스마(4)는 차폐 가스(1), 다시 말해서, 아르곤 또는 아르곤/수소(Ar/ArH2)와 함께 분무화 가스(3)[원문 그대로, (5)]로 구성된 가스 혼합물로 구성된다. 배타적으로 차폐 가스(2)는 전극(1) 주위를 흐르는 상태로 유지되어 이를 차폐한다. 이 공정에서, 아크(4)는 분무화 가스(5)가 분사 와이어(7)의 용융된 액적을 매우 높은 압력에서 또는 매우 높은 속도에서 분무화하기 전에 분사 와이어(7)를 용융시킨다. 분무화 가스 및 차폐 가스가 있는 분무 분사 와이어는 참조 번호(8)로 지정된다. 분무화 가스 스트림은 플라스마 용접의 경우와 같이 차폐 가스(2) 주위에서 환형으로 흐를 필요가 없고, 오히려 노즐을 통해 흐르게 할 수 있다. 이 경우에, 도 1에 나타나는 분무화 가스 노즐(6)은 제거되고 개별 노즐로 교체될 것이다. In the two-wire method shown in FIG. 1 , the arc is ignited between two wires, and in the single wire method, the arc is ignited between the tungsten electrode 1 and the spray wire 7 . Here, the emitted electrons, ie the arc, first pass through a shielding gas 2 , in this case argon or an argon-hydrogen mixture, then consisting of a shielding gas 2 and an atomizing gas 5 consisting of N 2 or air A gas mixture is passed, whereby the gas is ionized into a plasma (4) and heated to about 15,000°C. The plasma 4 consists of a gas mixture consisting of an atomizing gas 3 [literally, (5)] together with a shielding gas 1 , ie argon or argon/hydrogen (Ar/ArH 2 ). Exclusively the shielding gas 2 is kept flowing around the electrode 1 to shield it. In this process, the arc 4 melts the spray wire 7 before the atomizing gas 5 atomizes the molten droplets of the spray wire 7 at a very high pressure or at a very high velocity. The atomizing spray wire with atomizing gas and shielding gas is designated with the reference number (8). The atomizing gas stream need not flow annularly around the shielding gas 2 as in the case of plasma welding, but rather can flow through the nozzle. In this case, the atomizing gas nozzle 6 shown in FIG. 1 will be removed and replaced with a separate nozzle.

전극(1)이 와이어(7) 주위로 회전할 수 있도록 하는 전극(1)과 와이어(7) 사이의 공간적 분리는 비활성 기체 대신 저렴한 질소 기체 사용을 가능하게 한다. 이러한 방식으로, 출발 재료의 경우의 약 300 HV에 비해 약 600 HV 까지의 경도 증가가 달성될 수 있다. 분무화 가스(5)로서 공기를 사용하여, 약 900 HV까지의 추가적이고 실질적인 경도 증가가 달성될 수 있음이 밝혀졌다. 바람직하게는 60 A 내지 159 A 범위의 전류가 텅스텐 또는 텅스텐 합금으로 제조된 와이어를 사용한 단일 와이어 분사에 사용된다. The spatial separation between the electrode 1 and the wire 7 allowing the electrode 1 to rotate around the wire 7 allows the use of inexpensive nitrogen gas instead of an inert gas. In this way, a hardness increase of up to about 600 HV can be achieved compared to about 300 HV for the starting material. It has been found that by using air as atomizing gas 5 a further and substantial hardness increase up to about 900 HV can be achieved. Preferably a current in the range of 60 A to 159 A is used for single wire jetting with a wire made of tungsten or a tungsten alloy.

본 발명은 특히 더 높은 응력을 받는 충전 챔버에 대한 더 긴 사용 수명 및 또한 그에 따른 상응하는 압력 다이 캐스팅 시스템의 더 긴 사용 수명으로 해석되며, 본 발명은 코팅된 충전 챔버 또는 상응하는 삽입물, 이러한 구성요소를 코팅하는 방법, 상응하게 장착된 압력 다이 캐스팅 시스템 및 충전 챔버 또는 충전 챔버 삽입물을 (전체적으로 또는 부분적으로) 코팅하기 위한 텅스텐 또는 텅스텐 합금의 용도를 포함한다. 이러한 진술은 본 발명에 따라 코팅된 금속 기판에 관해서 상응하게 적용된다.The invention is interpreted in particular for a longer service life for filling chambers subjected to higher stresses and also to a correspondingly longer service life for pressure die casting systems, the invention relates to coated filling chambers or corresponding inserts, such a configuration methods for coating elements, correspondingly mounted pressure die casting systems and the use of tungsten or tungsten alloys to coat (in whole or in part) a filling chamber or filling chamber insert. These statements apply correspondingly with respect to metal substrates coated according to the invention.

이 맥락에서, 다음을 지적해야 한다:In this context, it should be pointed out:

텅스텐/텅스텐 합금은 몰리브덴(Mo) 또는 몰리브덴 합금에 비해 덜 취성이고 또한 산화에 덜 민감하다. 본 발명에 따라 바람직한 열 분무는 삽입물 뿐만 아니라 전체 충전 챔버를 보호하는 것을 가능하게 한다. Tungsten/tungsten alloys are less brittle and less susceptible to oxidation than molybdenum (Mo) or molybdenum alloys. The thermal spray preferred according to the invention makes it possible to protect not only the insert but also the entire filling chamber.

분사로 인해, 재료가 상당히 경화되고, 그 결과 액체 용융에 의해 야기된 용해 측면의 개선 뿐만 아니라, 동시에 기계적 마모 및 인열에 대한 개선이 있다. 따라서, 텅스텐 또는 전형적인 텅스텐 합금의 경도는, 예를 들어, 분사된 코팅에 대해 250-300 HV로부터 800 HV 초과(예를 들어 900 HV)로 증가한다 (HV = 비커스 경도). 이러한 경화는 현저하며, 예를 들어 철 또는 니켈 합금이 달리 사용되는 경우에는 발생하지 않는다. 열 분사 방법은 또한 충전 챔버의 마모된 삽입물의 매우 간단한 수리를 허용한다 . 이러한 맥락에서, 이들은 원래 코팅이 제공될 필요가 없다. Due to the spraying, the material hardens considerably, and as a result there is an improvement in the dissolution aspect caused by liquid melting, as well as an improvement in mechanical wear and tear at the same time. Thus, the hardness of tungsten or a typical tungsten alloy increases from, for example, 250-300 HV to more than 800 HV (eg 900 HV) for sprayed coatings (HV = Vickers hardness). This hardening is significant and does not occur if, for example, iron or nickel alloys are used otherwise. The thermal spray method also allows for very simple repair of worn inserts in the filling chamber. In this context, they do not need to be provided with an original coating.

또한, 마찬가지로 본 발명에 포함되는 하기 구체예 및 적용 형태가 발견되었다. Furthermore, the following embodiments and application forms which are likewise encompassed by the present invention have been found.

열 분사 이외에도, 보호될 기판에 텅스텐/텅스텐 합금을 용접하면 또한 (코팅된) 표면의 열적, 화학적 및 기계적 특성이 개선된다. 용접된 텅스텐/텅스텐 합금의 경도는 마찬가지로 표준 값과 비교하여 현저히 개선되지만, 일반적으로 열 분사에 의해 달성할 수 있는 값에는 도달하지 않는다. 용접은 TIG, MIG 및 MAG 용접과 같은 기존 용접 공정으로 수행된다. In addition to thermal spraying, welding a tungsten/tungsten alloy to the substrate to be protected also improves the thermal, chemical and mechanical properties of the (coated) surface. The hardness of the welded tungsten/tungsten alloy is likewise improved significantly compared to standard values, but generally does not reach values achievable by thermal spraying. Welding is performed with conventional welding processes such as TIG, MIG and MAG welding.

텅스텐/텅스텐 합금에 대해 설명한 것과 같이 기판 표면에 대한 열 분사 또는 용접은 또한 몰리브덴 또는 몰리브덴 합금의 경우에 열적, 화학적 및 기계적 특성(경도)의 현저한 개선을 달성한다. 이러한 이유로, 예를 들어, 유럽 특허 출원 EP 3 184 203 A1(단락 [0009] 내지 [0012] 참조) 및 이에 개시의 목적을 위해 명시적으로 참조된 것에 기재된 유형의 몰리브덴 또는 몰리브덴 합금의 열 분사 또는 용접에 의한 금속 기판 표면의 코팅이 마찬가지로 본 발명에 따른 목적을 위해 본 발명에 포함된다.Thermal spraying or welding to the substrate surface as described for tungsten/tungsten alloys also achieves significant improvements in thermal, chemical and mechanical properties (hardness) in the case of molybdenum or molybdenum alloys. For this reason, thermal spraying of molybdenum or molybdenum alloys of the type described, for example, in European patent application EP 3 184 203 A1 (see paragraphs [0009] to [0012]) and expressly incorporated herein by reference for the purpose of disclosure, or The coating of the surface of a metal substrate by welding is likewise included in the invention for the purpose according to the invention.

마지막으로, 텅스텐/텅스텐 합금 또는 몰리브덴 또는 몰리브덴 합금의 본 발명에 따른 적용은 (여기서 텅스텐/텅스텐 합금이 바람직함) 압력 다이 캐스팅기의 충전 챔버 및 충전 챔버 삽입물의 내부 표면의 코팅에만 제한되지 않고, 예를 들어, 알루미늄, 아연 및 구리 및 해당 합금의 캐스팅 동안 마모 및 인열되기 쉬운 모든 영역에 관련된다. 따라서, 본 발명에 따라 적용된 코팅의 사용은 캐스팅 공정 동안 청구된 모든 구성요소를 포괄하고 이들의 사용은 마찬가지로 예를 들어, 알루미늄, 구리 및 강철용 성형 도구, 캠샤프트(camshaft), 션트(shunt), 피스톤 및 유사한 응용분야를 위한 코팅과 같은 생각할 수 있는 모든 다른 마모 및 인열 응용분야를 포괄한다. 본 발명에 제시된 바와 같이, 이들은 마모되기 쉬운 금속 기판의 예이다. Finally, the application according to the invention of a tungsten/tungsten alloy or molybdenum or molybdenum alloy is not limited to the coating of the inner surfaces of the filling chambers and filling chamber inserts of pressure die casting machines (where tungsten/tungsten alloys are preferred), For example, it relates to all areas prone to wear and tear during casting of aluminum, zinc and copper and their alloys. Accordingly, the use of the coating applied according to the invention encompasses all components claimed during the casting process and their use likewise includes, for example, forming tools for aluminum, copper and steel, camshafts, shunts, It covers all other wear and tear applications conceivable such as coatings for pistons and similar applications. As presented herein, these are examples of metal substrates that are susceptible to wear.

1 캐소드 (텅스텐 전극)
2 차폐 가스 아르곤 또는 아르곤/수소
3 차폐 가스 노즐
4 아크 (차폐 가스 Ar/ArH2로 구성된 플라스마)
5 분무화 가스 (N2 또는 공기)
6 분무화 가스 노즐
7 분사 와이어
8 분무화 분사 와이어 (분무화 가스 및 차폐 가스 포함)
1 cathode (tungsten electrode)
2 Shielding gas argon or argon/hydrogen
3 shielding gas nozzle
4 arc (plasma composed of shielding gas Ar/ArH 2 )
5 atomizing gas (N 2 or air)
6 atomizing gas nozzle
7 jetting wire
8 atomizing injection wire (with atomizing gas and shielding gas)

Claims (15)

마모되기 쉬운 금속 기판을 코팅하기 위한 텅스텐, 몰리브덴, 텅스텐 합금 또는 몰리브덴 합금의 용도로서, 코팅은 열 분사 또는 용접에 의해 기판 표면에 적용되는 용도. Use of tungsten, molybdenum, tungsten alloy or molybdenum alloy for coating a metal substrate susceptible to wear, wherein the coating is applied to the substrate surface by thermal spraying or welding. 제1항에 있어서, 열 분사에 의해 기판 표면을 코팅하기 위한 텅스텐 또는 텅스텐 합금의 용도. The use of tungsten or a tungsten alloy for coating a substrate surface by thermal spraying according to claim 1 . 제1항 또는 제2항에 있어서, 마모되기 쉬운 금속 기판은 압력 다이 캐스팅기의 충전 챔버 또는 충전 챔버 삽입물의 내부 표면을 지칭함을 특징으로 하는 용도. Use according to claim 1 or 2, characterized in that the metal substrate susceptible to wear refers to the inner surface of the filling chamber or filling chamber insert of a pressure die casting machine. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 텅스텐 합금은 50 중량% 초과의 텅스텐을 포함하는 합금임을 특징으로 하는 용도. Use according to any one of the preceding claims, characterized in that the tungsten alloy is an alloy comprising more than 50% by weight of tungsten. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 텅스텐 합금은 50 중량% 초과의 텅스텐을 포함하는 WNiFe 합금 또는 텅스텐과 몰리브덴 부분의 합이 50 중량% 초과의 양인 WMoNiFe 합금임을 특징으로 하는 용도. 5. Use according to any one of the preceding claims, characterized in that the tungsten alloy is a WNiFe alloy comprising more than 50% by weight of tungsten or a WMoNiFe alloy in which the sum of the tungsten and molybdenum portions is in an amount greater than 50% by weight. 제1항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 몰리브덴 합금은 0.5 중량%의 티타늄, 0.08 중량%의 지르코늄, 0.01% 내지 0.04 중량%의 탄소 및 100 중량%를 이루는 잔부의 몰리브덴으로 구성되는 TZM 몰리브덴임을 특징으로 하는 용도.4. TZM according to any one of the preceding claims, wherein the molybdenum alloy is composed of 0.5% by weight titanium, 0.08% by weight zirconium, 0.01% to 0.04% by weight carbon and the balance molybdenum making up 100% by weight. Use characterized in that it is molybdenum. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 마모되기 쉬운 금속 기판은 마모되기 쉬운 금속 캐스팅 시스템의 영역, 및 또한 성형 도구, 피스톤, 캠샤프트 또는 션트의 표면을 포함함을 특징으로 하는 용도. Use according to any one of the preceding claims, characterized in that the metal substrate susceptible to wear comprises areas of the metal casting system susceptible to wear and also the surfaces of forming tools, pistons, camshafts or shunts. . 표면이 열 분사 또는 용접에 의해 전체적으로 또는 부분적으로 텅스텐, 몰리브덴, 텅스텐 합금 또는 몰리브덴 합금으로 코팅되는 금속 기판. A metal substrate whose surface is coated wholly or partially with tungsten, molybdenum, tungsten alloy or molybdenum alloy by thermal spraying or welding. 제8항에 있어서, 코팅된 표면은 압력 다이 캐스팅기의 충전 챔버 또는 충전 챔버 삽입물의 내부 표면임을 특징으로 하는 금속 기판. 9. The metal substrate of claim 8, wherein the coated surface is an interior surface of a filling chamber or filling chamber insert of a pressure die casting machine. 제8항에 따른 충전 챔버 또는 충전 챔버 삽입물을 가짐을 특징으로 하는 압력 다이 캐스팅기. A pressure die casting machine having the filling chamber or filling chamber insert according to claim 8 . 제10항에 있어서, 알루미늄 압력 다이 캐스팅기임을 특징으로 하는 압력 다이 캐스팅기. The pressure die casting machine according to claim 10, characterized in that it is an aluminum pressure die casting machine. 금속 기판의 표면 코팅 방법으로서, 텅스텐, 몰리브덴, 또는 텅스텐 합금 또는 몰리브덴 합금이 아크 분사에 의해 표면에 적용됨을 특징으로 하는 방법. A method for surface coating a metal substrate, characterized in that tungsten, molybdenum, or a tungsten alloy or molybdenum alloy is applied to the surface by arc spraying. 제12항에 있어서, 코팅은 아크 분사에 의해 적용됨을 특징으로 하는 방법.13. The method of claim 12, wherein the coating is applied by arc spraying. 제13항에 있어서, 아크 분사는 단일 와이어 방법임을 특징으로 하는 방법. 14. The method of claim 13, wherein the arc spraying is a single wire method. 제13항 또는 제14항에 있어서, 공기가 분무화 가스로서 사용됨을 특징으로 하는 방법. 15. Process according to claim 13 or 14, characterized in that air is used as atomizing gas.
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