NO173884B

NO173884B - Fremgangsmaate for fremstilling av slitasje-motstandsdyktig gjenstand

Info

Publication number: NO173884B
Application number: NO85852306A
Authority: NO
Inventors: David Milton Scruggs
Original assignee: Dresser Ind
Priority date: 1984-06-08
Filing date: 1985-06-07
Publication date: 1993-11-08
Also published as: JPS613888A; DE3574167D1; EP0168931A2; US4725512A; CA1240216A; ZA853300B; NO852306L; AU4330885A; MX168298B; EP0168931B1; BR8502645A; EP0168931A3; NO173884C; JPH0768624B2

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår amorfe metalliske materialer og mer spesielt en fremgangsmåte for fremstilling av en slitasje-motstandsdyktig gjenstand.

Slitasje skjer ved gradvis fjerning av materiale på en overflate som utsettes for et miljø som gir slitasje. Reduk-sjon av virkningene av slitasje av materialer er et problem av stor betydning, ettersom de direkte og indirekte omkostninger som hvert år er et resultat av slitasje, utgjør milliarder av dollar. Det er derfor blitt uttenkt mange teknikker for å redusere slitasjen på gjenstander til tilfredsstillende ni-våer, innbefattende utvikling av materialer med større iboende slitasje-motstandsdyktighet, valg av utformninger som er på-tenkt å minimalisere slitasje, anvendelse av smøremidler for å redusere overflatekontakt og anbringelse av slitasje-motstandsdyktige belegg på deler for å motstå ødeleggelse som forårsakes av slitasje.

Ved én måte til å oppnå slitasje-motstandsdyktige belegg påføres det meget harde materialer på overflaten hos de deler som beskyttes. De harde belegg har høyere slitasje-motstandsdyktighet enn de underlag de belegges på, hvorved de virker slik at den totale slitasje som erfares, reduseres. Som et eksempel kan et tynt lag av et hardt, slitasje-motstandsdyktig materiale såsom wolframkarbid-kobolt-kompositt heftes til en gjenstands eksponerte overflater før gjenstanden anbringes i et miljø som gir slitasje. I et annet eksempel kan andre typer harde partikler, såsom kromkarbid, dispergeres gjennom hele materialet i en beleggende matriks, som selv kan herdes. De dispergerte harde partikler motstår friksjons-slitasje, men slike belegningssysterner undergår tap av partikler på grunn av slitasje av matriksen og undergraving av partiklene.

Ved en fremgangsmåte til overflatebeskyttelse som lover godt, er det blitt funnet at noen metalliske materialer er ytterst slitasje-motstandsdyktige, moderat formbare, seige og motstandsdyktige overfor korrosjon når de er i amorf tilstand. Visse materialer kan opptre både i amorf og ikke-amorf (eller krystallinsk) tilstand og oppviser de forbedrede slitasje-motstandsdyktighetsegenskaper når de er i den amorfe tilstand.

De fleste faste materialer opptrer normalt i den krystallinske tilstand, og det fordres spesiell bearbeidelse for at de skal bringes over i den amorfe tilstand. Den amorfe tilstand kan frembringes ved en hvilken som helst av flere teknikker, såsom hurtig bråkjøling fra væsketilstanden, ione-implantering eller elektrolytisk avsetning i noen tilfeller. Amorfe materialer har områder som ikke har kortrekkende eller langtrekkende orden, og har heller ingen korngrenser.

For å ha fordelene med den høye slitasje-motstandsdyktighet som fås ved amorfe materialer under anvendelse av nåværende fremstillingsteknikker, må de amorfe materialer fremstilles og deretter sammenføyes med den overflate som skal beskyttes,

de må avsettes meget forsiktig på overflaten i amorf tilstand eller må fremstilles spesielt på annen måte. Videre slites noen overflateområder på en gjenstand hurtigere enn andre, og den vanlige praksis er å påføre konvensjonelle beskyttende belegg tykkere på slike områder. Imidlertid kan regulerbare tykkelser av amorfe belegg ikke lett påføres på grunn av iboende begrensninger ved oppnåelse av en amorf struktur kun avsatt som sådan med en tykkelse på mer enn noen få tusendeler av en tomme.

Derfor, skjønt amorfe materialer lover godt for anvendelse som slitasje-motstandsdyktige belegg på deler, er det vanskelig å oppnå fordelene ved dem på grunn av de problemer man støter på ved fremstilling av det amorfe materiale og deretter festing av det til overflaten, eller ved fremstilling av det amorfe materiale på plass på overflaten. Som for alle belegg som på-føres som beskyttende lag kan det miljø som gir slitasje, trenge inn under belegget hvis det tynne amorfe belegget slites bort på et sted hvor det er spesielt intens slitasje. En lokalisert inntrengning i belegget kan hurtig vokse i sideutstrekning slik at tilstøtende deler av belegget undergraves og belegget flak-ner av. Det blir da en meget hurtig økning i ødeleggelsens hastighet slik at svikt hos en del som man mener å beskytte, kan skje katastrofalt og mellom inspeksjoner som foretas.

For oppnåelse av fordelene med den må det utvises stor omhyggelighet for å oppnå den amorfe struktur over et stort overflateareal og spesielt på områder som kan være forholdsvis utilgjengelige, siden mange belegg er mye mindre slitasje-motstandsdyktig etter krystallisasjon, sammenlignet med deres amorfe tilstand. Ikke desto mindre kan det, ettersom slitasjen utvikles, oppdages at bare en forholdsvis begrenset del av overflaten fordrer den større slitasje-motstandsdyktighet som tilveiebringes av materialet i dets amorfe tilstand. I slike forhold er en stor del av den anstrengelse som gjøres for å oppnå en tilfredsstillende amorf struktur over hele overflaten, bort-kastet, siden bare den begrensede del utsettes for kraftig slitasje. På den annen side kan de forholdsvis begrensede deler hvor slitasjen er størst, finnes på utilgjengelige steder så som bak fremspring på overflaten eller ved innadgående hjørner, slik at påføring av det amorfe belegg er vanskeligst på det område hvor behovet er størst.

Det er derfor behov for en forbedret fremgangsmåte til beskyttelse av overflatene hos gjenstander under oppnåelse av fordelene med de sterkt slitasje-motstandsdyktige amorfe materialer. En slik fremgangsmåte bør være økonomisk, brukbar både over vide overflatearealer og på forholdsvis utilgjengelige steder, og den bør gi en struktur som er motstandsdyktig overfor katastrofale svikt så som slike som er et resultat av inntrengning i de områder som underkastes den mest intense slitasje. Den foreliggende oppfinnelse oppfyller dette behov og tilveiebringer videre beslektede fordeler.

Den foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for fremstilling av en slitasje-motstandsdyktig gjenstand. Fremgangsmåten er kjennetegnet ved at det tilveiebringes et ikke-amorft materiale som kan omvandles ved friksjon, over i det minste en del av gjenstandens overflate, idet det ikke-amorfe materiale i hovedsak består av en første komponent valgt fra gruppen bestående av jern og kombinasjoner av jern og kobolt, idet første komponent er til stede i en mengde på fra 4 0 til 75 vekt%; en andre komponent valgt fra gruppen bestående av wolfram, molybden, krom, niob, vanadium og kombinasjoner av wolfram, molybden, krom, niob, vanadium og titan, idet den andre komponent er til stede i en mengde på mer enn 2 0 vekt%, og en tredje komponent valgt fra gruppen bestående av bor, karbon og kombinasjoner av disse, idet tredje komponent er til stede i en mengde på fra 2 til 6 vekt%, og at i det minste en del av det ytterste lag av det ikke-amorfe materiale som kan omvandles ved friksjon, omvandles til amorf tilstand ved at materialet utsettes for friksjonskrefter med tilstrekkelig stor grad av kraft. Belegget kan på-føres hurtig og bekvemt ved en hvilken som helst av flere konvensjonelle teknikker så som laser-cladding eller plasmasprøyting, fordi belegningsmaterialet påføres i ikke-amorf tilstand og i begynnelsen er til stede på overflaten i ikke-amorf tilstand. Det ytterste lag av det ikke-amorfe belegg omvandles til amorf tilstand under slitasjepåvirkning nettopp ettersom slitasjen skjer videre, hvorved det fås øket motstandsdyktighet overfor slitasje-ødeleggelsen. Etter hvert som det ytterste lag av det belegg som først omvandles, med tiden slites bort, omvandles de neste deler som utsettes for slitasjen, kontinuerlig til den amorfe tilstand under innvirkning av slitasjen slik at det motstandsdyktige, amorfe, ytterste lag suppleres. Således er belegget ifølge oppfinnelsen selv-reparerende på den måte at nytt slitasje-motstandsdyktig amorft materiale kontinuerlig dannes ut fra beleggets ikke-amorfe del under erstatning av det som er slitt bort. Alternativt kan hele gjenstanden eller store deler av den være fremstilt av det omvandlingsbare materiale.

Fordelene ved oppfinnelsen kan også oppnås ved at hele gjenstanden eller en stor del av denne fremstilles av det materiale som omvandles ved friksjon, men i de fleste tilfeller foretrekkes anvendelse av et belegg. Når hele gjenstanden er av det materiale som omvandles ved friksjon, kan det sies at "belegget" og det underlag på hvilket det finnes, er av samme komposisjon og er dannet i ett.

Det ikke-amorfe materiale som kan omvandles ved friksjon, bør være av en glassdannende komposisjon. Det vil si at det bør kunne danne amorfe materialer når det avkjøles fra smeltet tilstand ved meget høye hastigheter. Det foretrukkede materiale som kan omvandles ved friksjon, for anvendelse ved fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse, består i det vesentlige av fra ca. 40 til ca. 75 vekt% av en første komponent valgt fra gruppen bestående av jern, kobolt og kombinasjoner derav; mer enn ca. 2 0 vekt% av en andre komponent valgt fra gruppen bestående av krom, molybden, wolfram, niob og vanadium, og kombinasjoner av krom, molybden, wolfram, niob, vanadium og titan; og fra ca. 2 til ca. 6 vekt% av en tredje komponent valgt fra gruppen bestående av bor, karbon og kombinasjoner derav. (Alle prosentandeler i det foreliggende er vekt-

prosent dersom ikke annet er angitt). Anvendelse av kobolt

i stedet for jern, eller i kombinasjon med jern, øker korro-sjonsmotstandsdyktigheten og minsker friksjonskoeffisienten hos den belagte gjenstand. Anvendelse av molybden, niob eller wolfram i stedet for krom eller i kombinasjon med krom, forøker beleggets slitasje-motstandsdyktighet ved forhøyet temperatur. Mest foretrukket består det materiale som kan omvandles ved friksjon, i det vesentlige av ca. 59 vekt% jern, ca. 36 vekt% krom og ca. 5 vekt% bor. Denne komposisjon er billig og kan lett omvandles til amorf tilstand ved anvendelse av friksjons-eller slitasjekrefter.

Fortrinnsvis påføres friksjonskreftene ved ikke-smurt slipe- eller binde-slitasje på den belagte overflate, såsom slik som finner sted ved boring, sliping eller skraping av harde stein-materialer eller ved sliping av overflaten ved fremstilling av gjenstanden etterat belegget er påført. Andre friksjons- eller slitasjemetoder som er tilstrekkelig kraftige til at omvandlingen forårsakes, er også tilfredsstillende. Skjønt det ikke er kjent noen alminnelig tilfredsstillende skala for kraftig-heten ved slitasjen, kan det lett bestemmes brukbare friksjons-og slitasje-metoder under anvendelse av den fremgangsmåte som er beskrevet i det foreliggende. En serie overflater som er belagt med det materiale som kan omvandles ved friksjon, underkastes slitasje ved hjelp av varierende kraft, og slitasjens utstrekning og friksjonskoeffisienten bestemmes. En stor reduk-sjon i slitasje og friksjonskoeffisienten angir overflate-omvandling til den amorfe tilstand. Omvandlingen bekreftes ved røntgen-, hardhets- og mikroskopi-undersøkelser, som beskrevet nedenfor.

Belagte gjenstander og deler som er fremstilt ved den fremgangsmåte som er beskrevet ovenfor, er også innenfor oppfinnel-sens ramme. Slike gjenstander har et underlag, den del som ligger under og understøtter belegget, dannet til sin form med egnet konstruksjonsverktøy såsom en drillbor eller et skraper-blad, og et belegg av ikke-amorft materiale som kan omvandles ved friksjon, påføres på delens overflate. Belegget innbefatter en ikke-amorf del som støter opp til delen og et amorft ytre lag som støter opp til det miljø som gir slitasje. Tykkelsen på det i begynnelsen ikke-amorfe belegg kan være så tynn som noen få mikrometer eller så tykk som mange tusendels tomme. Beleggets tykkelse er ikke avgjørende så lenge belegget henger fast på overflaten. Tykkelsen hos det omvandlede ytterste amorfe lag som støter opp til det miljø som gir slitasje, er meget tynn og antas å være høyst bare noen få mikrometer i tykkelse. Fordi tykkelsen av dette ytterste lag suppleres ved vedvarende slitasje på grunn av omvandlingens vedvarende beskaffenhet, tilveiebringer dette tynne lag tilstrekkelig beskyttelse for delen. Når hele delen eller en stor del av den er fremstilt av det materiale som kan omvandles ved friksjon, inntreffer den samme omvandling av strukturen som den som nettopp er beskrevet.

Det vil forstås av det foregående at den foreliggende oppfinnelse representerer et viktig og betydelig fremskritt på området for beskyttelse av deler mot slitasje. Det omvandlingsbare materiale eksponerer et amorft lag til det miljø som gir slitasje, hvilket amorfe lag er motstandsdyktig både overfor slitasje og korrosjon. Belegget påføres i ikke-amorf tilstand ved en hvilken som helst av flere konvensjonelle teknikker og omvandles deretter ved slitasje under dannelse av det amorfe ytterste lag som støter opp til det miljø som gir slitasje, på de områder hvor slitasjen skjer.

På grunn av at omvandlingen fra den ikke-amorfe til den amorfe tilstand ved det ytterste lag fortsetter ved vedvarende utsettelse for det miljø som gir slitasje, bevares et beskyttende slitasje-motstandsdyktig amorft lag til og med etter hvert som suksessive deler av belegget slites av. Således kan ikke belegget undergraves under bevirkning av katastrofal ødeleggelse av delen så lenge det er tilbake en del av beleggets tykkelse på et område. Andre trekk og fordeler ved den foreliggende oppfinnelse vil fremgå av den følgende mer detaljerte beskri-velse, sett i sammenheng med de medfølgende tegninger, som som eksempel illustrerer oppfinnelsen prinsipper.

Det henvises nå til. tegningene.

Fig. 1 er et fragment-snitt av en gjenstand belagt med

et ikke-amorft belegg som kan omvandles ved friksjon, før påføring av friksjonskrefter;

fig. 2 er et fragment-snitt av den belagte gjenstand i

det samme riss som på fig. 1, men etter anvendelse av friksjonskrefter;

fig. 3 er en registreringskurve av to røntgenmønstre

oppå hverandre av overflaten av et belegg fremstilt i henhold til den foreliggende oppfinnelse, idet mønster A er et mønster som er oppnådd før friksjons-slitasje, svarende til strukturen ifølge fig. 1, og mønster B er et mønster som er oppnådd etter friksjons-slitasje, svarende til den struktur som er illustrert på fig. 2;

fig. 4 er et fragment-snitt av en belagt gjenstand med

et fremspring, som illustrerer effekten av et ikke-ensartet slitasjemønster;

fig. 5 er et fragment-snitt av en belagt gjenstand hvor en del av belegget er blitt fjernet lokalt, såsom ved uthuling, med det resultat at det er dannet et "nytt ytre lag;

fig. 6 er et scanning-elektronmikroskopibilde av et kraftig etset lasercladdings-belegg på en overflate, før overflaten er underkastet slitasje, med trekantede ets-fordypninger karakteristiske for et ikke-amorft materiale;

fig. 7 er et scanning-elektronmikroskopibilde av den samme prøve som på fig. 6, men etter at overflaten er underkastet slitasje, med ringformede etsfordypninger karakteristiske for et amorft materiale; og

fig. 8 er et scanning-elektronmikroskopibilde av et annet område på den samme prøve som på fig. 7, som viser ringformede etsfordypninger nær overflaten og trekantede etsfordypninger lenger fra overflaten.

Som vist på tegningene for illustrasjonsformål, angår den foretrukkede utførelsesform en fremgangsmåte til beskyttelse av en gjenstand såsom en del, idet en part av denne er angitt ved tallet 10, ved at man påfører et belegg 12 på delens 10 overflate. Delen 10 formes først fortrinnsvis i det vesentlige i sin endelige egnede form, før påføring av belegget. Eksempler på deler som kan beskyttes effektivt ved fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse, innbefatter drillborer, skraperblader, lager, skjæreverktøy, slitepakninger, sponkuttermaskiner, pumpef6ringer, ventilinnlegg og gjenge-førere, men denne oppregning er bare ment som eksempel og er ikke inngående. Slike deler underkastes kraftig slipe- og vedheftnings-slitasje under anvendelse, og man har lenge vært klar over at slike deler må forsynes med beskyttelse mot effektene fra det miljø som gir slitasje. Delen som den er fremstilt, blir et underlag for mottaking og understøttelse av det slitasje-motstandsdyktige belegg 12.

I henhold til en foretrukket utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse beskyttes delen med et lag av slitasje-motstandsdyktig materiale ved at man først belegger i det minste en del av delens overflate med et ikke-amorft materiale som kan omvandles ved friksjon og deretter omvandler i det minste en del av et ikke-amorft belegg til den amorfe tilstand ved at delens belagte overflate underkastes friksjonskrefter og slitasje.

Under referanse til fig. 1 belegges delen 10 først med belegget 12 av et ikke-amorft materiale som kan omvandles ved friksjon. Belegget 12 påføres i ikke-amorf tilstand, hvilket muliggjør at mange forskjellige konvensjonelle fremgangsmåter kan anvendes ved påføring av belegget 12. For eksempel kan belegget påføres ved laser- eller elektronstråle-cladding, stø-ping på stedet, plasmasprøyting, flammesprøyting, elektrolytisk avsetning, varmpressing, diffusjons-tilhefting eller lysbue-belegning.

Laser-cladding er den teknikk som for tiden foretrekkes

for anbringelse av belegget 12 på delen 10. Laseren anvendes til smelting av metall med den ønskede belegningskomposisjon under dannelse av en dam som så får størkne ved at laseren beveges langs overflaten, idet varmekilden således fjernes. Laseren anvendes som en lokalisert høyintensitets-overflateoppvarmings-innretning som lett kan dirigeres og fjernes.

Plasmasprøyting er en annen teknikk for påføring av belegget 12, siden plasmasprøyting er en økonomisk, hurtig teknikk for påføring av et ikke-amorft belegg over store overflateområder og dessuten på forholdsvis utilgjengelige steder på en overflate. Ved plasmasprøyting tilveiebringes belegningsmaterialet i form av pulverpartikler som deretter fordampes i et plasma og sprøytes ut fra en plasmasprøyte mot en overflate under kraf-ten av et gasstrykk. Når metallstrømmen støter imot overflaten, størkner den og danner belegget.

Avhengig av et hvilket som helst kjent slitasjemønster på delen, parametrene for belegningsteknikken og operatørens dyk-tighet kan belegget lages med jevn eller varierende tykkelse. Beleggets overflate-utførelse er ikke avgjørende for oppfin-nelsens anvendbarhet, og kan være glatt eller ujevn. Videre kan belegget, under anvendelse av laser-cladding, plasmasprøy-ting eller andre teknikker, lages forholdsvis fritt for grove ufullkommenheter som strekker seg gjennom beleggets tykkelse. Selv om plasmasprøytede belegg typisk er noe porøse, er

slike porøse belegg brukbare i forbindelse med den foreliggende oppfinnelse. Lasercladdings-teknikken gir et mindre porøst belegg enn plasmasprøyteteknikken, og dette mindre porøse belegg er også brukbart i forbindelse med oppfinnelsen.

Belegget kan med hensikt påføres tykkere på områder som ifølge tidligere erfaring får mest intens slitasje. Belegget kan for eksempel påføres forholdsvis jevnt over en vid overflate angitt ved tallet 14 og illustrert på fig. 1, og påføres tykkere på et område såsom det som er angitt ved tallet 16, som er kjent for å være mer utsatt for stor slitasje under anvendelse. Fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse forbedrer slitasje-motstandsdyktigheten hos en belagt del,

men belegget slites uunngåelig gradvis av. Det er et spesielt trekk ved den foreliggende oppfinnelse at de områder som er kjent for å være mer utsatt for slitasje, kan belegges tykkere enn de områder som er mindre utsatt for slitasje, slik at den største totale slitasje-beskyttelse kan tilveiebringes ved et amorft lag hvor den trenges mest.

En overflate 18 på delen 10 på hvilken belegget 12 er på-ført, bør være tilstrekkelig bearbeidet før påføring av belegget 12 slik at belegget 12 vil hefte skikkelig til overflaten 18. I noen tilfeller vil belegget 12 bli påført på delen 10 når delen 10 lages eller umiddelbart etter at delen 10 er fremstilt, slik at overflaten 18 er forholdsvis ren og ikke behøver å bearbeides spesielt. I andre tilfeller kan belegget 12 påfø-res på delen 10 som tidligere er blitt underkastet vedlikehold, for å unngå ytterligere slitasjeeffekter eller for gjenoppret-telse av et belegg som er blitt ødelagt eller slitt av. Før påføring av belegget 12 på overflaten 18 hos en slik del 10 bør overflaten 18 inspiseres og renses hvis nødvendig under fjerning av fysiske hindringer for avsetning av belegget 12, såsom oksyd, glødeskall eller smuss. Den mengde rensning som fordres, vil variere avhengig av den teknikk som anvendes til påføring av belegget 12, og de som arbeider innenfor området belegning, har kunnskap om den rensning som fordres. Overflaten 18 på delen 10 som skal belegges i henhold til den foreliggende oppfinnelse, behøver ikke gis spesielle behandlinger ut-over det som vanligvis anvendes når det gjelder den valgte belegningsteknikk.

Etterat belegget 12 er påført på overflaten 18 av delen

10, omvandles et ytre lag 20 som eksponeres for et miljø som gir slitasje, angitt ved tallet 22, til den amorfe tilstand ved at det utsettes for friksjonskrefter eller slitasje. Omvandlingen kan oppnås enten ved at det ytterste lag 20 utsettes for en spesielt valgt friksjon og slitasjemiljø eller alternativt tivt et bearbeidningsmiljø hvori delen ventes å operere, med tilstrekkelig slitasjehardhet til at omvandlingen bevirkes.

Fortrinnsvis oppnås omvandlingen av det ytterste lag 20

ved at det utsettes for moderat til kraftig usmurt slipeslitasje. Slik usmurt slipeslitasje kan bevirkes ved en stor mengde bearbeidningsmiljøer og standardiserte fremgangsmåter. Den fremgangsmåte, som for tiden er mest foretrukket, er et slitasjemiljø som beskrevet i ASTM G-65 Standard Practice, som generelt svarer til det miljø som finnes ved boring av huller på oljefelter eller i kullforekomster. ASTM G-65 Standard Practice er beskrevet detaljert i Standard Practice G65-81, utgitt av American Society for Testing and Materials, Philadelphia, Pennsylvania, hvilken Standard Practice er medtatt i det foreliggende som referanse. Denne Standard Practice innbefatter sliping av et standard-testprøvestykke med dimensjoner 2,5 x 7,6 cm på sli-tas jef laten, med sandkorn av avrundet kvartssand og med en størrel-sesfordeling som følger:

Sandkornene innføres mellom testprøvestykket og et roterende hjul med et klorbu-.yl-gummidekk eller -felg med hardhet Duro-meter A-60. Felgens diameter er 22,9 cm, og hjulet dreies med 200 omdreininger pr. minutt. Sandkornene innføres mellom fel-<* >gen og prøvestykket ved hjelp av en dyse med en sandstrømnings-hastighet på 250-350 gram pr. minutt. Testprøvestykket presses mot den roterende felg med en kraft på 13,6 kg og testva-righeten er 2000 omdreininger, i den for tiden foretrukkede B-variasjon av G-65 Standard Practice. Hjulets rotering er

slik at den flate som er i kontakt med testprøvestykket, beveges i sandstrømmens retning. Testprøvestykker veies før og etter testen, og forskjellen divideres på testprøvestykkets densitet under oppnåelse av et volumtap i kubikkmillimeter,

når Standard Practice anvendes til sammenligning av slitasje-motstandsdyktigheten hos forskjellige materialer. Således an-fører G-65 Standard Practice det for tiden mest foretrukkede hjelpemiddel til tilveiebringelse av det slitasje-frembringende miljø for omvandling av det ikke-amorfe belegg ved friksjon og dessuten en bekvem fremgangsmåte til sammenligning av motstandsdyktighet overfor friksjonsslitasje materialer imellom. Andre fremgangsmåter til tilveiebringelse av det slitasje-frembringende miljø er også tilstrekkelig kraftig til omvandling av belegget, innbefattende f.eks. bearbeidnings^miljøer som frem-bringer moderat til kraftig slipeslitasje og kunstige herdnings-fremgangsmåter såsom overflatesliping.

Når belegget 12 utsettes for det miljø som gir slitasje, omvandles det ytterste lag 20 av belegget 12 til den amorfe tilstand. Tykkelsen hos det omvandlede ytterste lag 20 er liten og antas å være i størrelsesordenen noen få mikrometer. Tilstedeværelsen av det amorfe ytterste lag 20 bekreftes mest direkte ved anvendelse av røntgen. Kort beskrevet viser røntgen-diffraktometer-avsøkninger av ikke-amorfe materialer en mengde diffraksjonstopper ved vinkler som forutsies ved Bragg-forhol-det. Fordi amorfe materialer ikke har noen langtrekkende eller kortrekkende orden, er toppene i stor grad undertrykket og er-stattet av en utglattet kurve.

For påvisning av den amorfe karakter hos det ytterste lag

20 ble en belagt del fremstilt ved plasmasprøyting av en stål-plate med en sammenblandet blanding av elementære pulvere,

idet sammensetningen av blandingen var 59,4 vekt% koboltpulver, 35,6 vekt% niob-pulver og 5 vekt% bor-pulver. Beleggtykkelsen ble målt metallografisk til ca. 0,5 mm. Kurven merket A på

fig. 3 er en tracing av en diffraktometer-avsøkning av belegget,

under anvendelse av K-alfa-røntgenstråling med filtrert kopper. De observerte topper er representativ for typiske ikke-amorfe materialer, og vinkel-posisjonene bestemmes ved avstandene og orienteringene for de atomiske plan i belegget. Linjen C er blitt skissert på mønster A langs beliggenheten

for de lave punkter mellom toppene. Linjen C kan sees å være nesten flat, svarende til et typisk ikke-amorft materiale.

Delen ble deretter anbrakt i et slitasjeutprøvningsapparat som oppfylte kravene ifølge testmetoden ASTM G-65 som er beskrevet ovenfor, med belegget eksponert for slitasjen, og slitt ved usmurt slipeslitasje med totalt 2000 omdreininger. Prøven ble fjernet og røntgenmønsteret merket B på fig. 3 opptatt. Linjen D er blitt skissert på Mønster B langs beliggenheten for de lave punkter mellom toppen. Linje D har en konveks oppad-gående form nær mønsterets venstre kant, hvilket angir tilstedeværelse av amorft materiale. Som ventet kan topper med generelt bredere intensitet over linje D også sees på Mønster B, hvilket viser at ikke-amorft materiale er tilbake i belegget 12, i tillegg til det omvandlede amorfe materiale i det ytterste lag 20. Det antas at tilstedeværelsen av toppene i Mønster B er et resultat av inntrengning av røntgenstrålen gjennom det ytterste lag 20 og inn i belegget 12. Det er kjent at den rønt-gen-bestråling som anvendes, trenger totalt ca. 10 pm inn i det ytterste lag 20 og belegget 12, og det antas derfor at tykkelsen av det ytterste lag 20 hos denne prøve er betrak-telig mindre enn denne dybde, og sannsynligvis ca. 2-3 ym. Ytterligere beviser for omvandlingen av det ytterste lag 20 fra ikke-amorft til amorft materiale er tilveiebrakt ved den hardhets-utprøvning hvor det anvendes variable belastninger og som er beskrevet i Eksempel.II nedenfor og den elektronmikroskopi som er beskrevet i Eksempel X nedenfor.

Det må skjelnes mellom den omvandling som skjer i det ytterste lag 20 under innvirkning av friksjons- og slitasje-belastningen, og enkel deformasjonsherdning av overflatelag ved partikler som støter på dem. Overflatelag hos noen konvensjonelle belegg kan herdes ved at partikler støter imot overflaten, så som ved industriell skuddhamring. Ved slike prosesser deformeres overflaten slik at overflate-

lagene deformasjonsherdes til høyere styrke- og hardhets-nivåer enn det materiale som kun er avsatt som sådant.

Slike konvensjonelle overflateherdnings-fremgangsmåter resulterer ikke i forandring av de røntgenmønstre som er vist på fig. 3, og heller ikke er hardhetsforandringen så voldsom som beskrevet i Eksempel II. Deformasjonsherdingsteknikker reduserer også typisk overflatens korrosjonsmotstandsdyktighet. I motsetning til dette resulterer den foreliggende oppfinnelse i en forbedring i korrosjonsmotstandsdyktighet i det omvandlede ytterste lag 20.

Det ytterste.lag 20 hos belegget ifølge den foreliggende oppfinnelse, etter at friksjonsomvandlingen skjer, må også skjelnes fra belegg hvor harde partikler i en matriks er til stede ved den overflate som utsettes for det miljø som gir slitasje. Det ytterste lag 20 er vanligvis kjemisk homogent,

i stor utstrekning fritt for mangler og har en jevn mikro-struktur. (Mindre variasjoner såsom inneslutninger eller ikke-omvandlet materiale er også noen ganger tilstede). Denne homogenitet, frihet for mangler og jevnhet er viktige fordeler. Konvensjonelle ikke-homogene strukturer såsom harde partikler (f.eks. kromkarbid) i en krystallinsk matriks er mer utsatt for korrosjonsødeleggelse langs grensene og på grunn av kje-miske potensialdifferanser enn belegg ifølge den foreliggende oppfinnelse. De er også utsatt for meget ujevn slitasje, såsom når harde partikler undergraves og tapes fra overflaten. Overflatestrukturen ifølge den foreliggende oppfinnelse unngår slike problemer, som fremskynder svikt ved belegget.

Det omvandlede amorfe ytterste lag 20 tilveiebringer forbedret slitasje-motstandsdyktighet hos den belagte del,

men ved vedvarende slitasje slites materialet ved en utsatt overflate 24 av. En viktig fordel ved fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse er at etter hvert som en del materiale slites av, omvandles ytterligere ikke-amorft materiale i belegget 12 til den amorfe tilstand under supplering av det amorfe materiale i det ytterste lag 20 slik at tykkelsen av det ytterste lag 20 holdes omtrent konstant. Det er derfor ikke nødvendig periodisk å fjerne delen fra det miljø som gir slitasje for at materialet skal herdes på nytt ved den utsatte overflate 24, siden det ytterste lag 20 kontinuerlig suppleres ved ytterligere omvandling i belegget 12. Ikke desto mindre kan en del eventuelt fjernes fra det miljø som

gir slitasje, for kunstig herding av overflaten på nytt ved anvendelse av tilstrekkelig kraftige friksjons- og slitasjekrefter, hvis ønskelig.

Fordi effekten av det slitasje-frembringende bearbeidningsmiljø selv kan omvandle ikke-amorft materiale til amorft materiale i det ytterste lag 20, oppviser bare de områder på belegget 12 som utsettes for tilstrekkelig kraftig slitasje, et omvandlet amorft ytterste lag (medmindre overflaten tidligere er blitt omvandlet ved utsettelse for et kunstig sli-tas jefrembringende miljø).. Fig. 4 illustrerer en belagt del hvis utsatte overflate ikke er blitt for-herdet ved at den er blitt utsatt for et kunstig slitasje-frembringende miljø, men i stedet utsettes den belagte del først for det slitasje-frembringende bearbeidingsmiljø. Delen 10 innbefatter et fremspring 26 som selv er belagt. På illustrasjonen på fig. 4 er det slitasje-frembringende miljø valgt som en strøm av abraderende partikler som beveges i den retning som er angitt ved pilene 28. For illustrasjonsformål antas slitasjen å være størst på de deler som er i direkte kontakt med partiklene i strømmen, mens slitasjen er minst, eller finnes ikke, på de områder som ikke utsettes for den direkte partikkelstrøm fordi de er skjult bak fremspringet 26. De områder som er direkte utsatt for strømmen av slitasje-frembringende partikler, oppviser et omvandlet ytre lag 20 over de områder som er angitt ved tallene 30, mens de områder som ikke er direkte utsatt for partiklene og som derfor ikke er utsatt for noen slitasje av betydning, ikke oppviser et omvandlet ytterste lag 20, som illustrert ved tallet 32.

Et annet viktig aspekt ved den foreliggende oppfinnelse er illustrert på fig. 5, hvor delen 10 er beskyttet av belegget 12, med et omvandlet ytterste lag 20. Det skjer noen ganger at ytterst kraftig slitasjeødeleggelse finner sted lokalt, såsom når en uvanlig stor stein huler ut en betydelig del av beleggets 12 tykkelse idet det blir tilbake et uthulings-hakk 34. Hos mange konvensjonelle belegg med et herdet overflatelag kan uthulingshakket 34 tjene som et utgangspunkt for hurtig, katastrofal slitasje av belegget, fordi uherdet materiale innenfor uthulingshakket er utsatt for det slitasje-frembringende miljø. Slitasjen kan så undergrave det herdede øvre lag, hvilket fører til hurtig avflaking av det øvre lag, nedbrytning av belegget og svikt hos delen. Når det gjelder et belegg fremstilt av et materiale som omvandles ved friksjon ifølge den foreliggende oppfinnelse, vil i motsetning til dette, etter dannelsen av uthulingshakket 34, bunnen i uthulingshakket 34 umiddelbart omvandles til den amorfe tilstand under innvirkning av friksjons- og slitasjekreftene, hvorved det gjenopprettes et slitasje-motstandsdyktig ytterste lag, såsom ved tallet 36, langs uthulingshakkets 34 sider.

I denne betydning er belegget selvreparerende og i stor grad tolerant overfor betingelser hvor det kan skje kraftig ødeleggelse.

Fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse er spesielt godt egnet til beskyttelse av deler som er forholdsvis utilgjengelige under anvendelse og som derfor ikke lett kan inspiseres. For eksempel drives stein-drillborer som anvendes ved oljebrønn-undersøkelser, til boring av stein i et slitasje-frembringende miljø nede i hull. Borehullet kan være så dypt som åtte kilometer, og bytting av en borekrone nød-vendiggjør at borerørstrengen trekkes ut av hullet stykke for stykke for bytting av borekronen når nødvendig. Fremgangsmåten med å bringe borekronen til overflaten, erstatte borekronen og deretter føre borekronen til stilling nede i hullet kan fordre så mye som 30 timers dødtid for oljeboringsriggen, hvilket resulterer i meget høye omkostninger. Når en borekrone er belagt med et materiale som kan omvandles ved friksjon i henhold til den foreliggende oppfinnelse, suppleres det herdede ytterste lag kontinuerlig med nylig herdet materiale, hvorved borekronens anvendbare levetid forlenges og dødtiden og forringelsen av borekronens skjærende evne reduseres. Belegget påføres hurtig og lett på borekronen ved plasma-sprøyting, lysbuebelegging eller laser-cladding.

De følgende eksempler illustrerer utførelsesformer av den foreliggende oppfinnelse, men må ikke sees på som begrensende for oppfinnelsen i noe henseende.

Eksempel I

Legeringsbelegg med de følgende sammensetninger ble fremstilt ved plasmasprøyting av de vide overflater på stål-testprøver med dimensjoner 2,54 x 7,62 x 0,95 cm under anvendelse av element-pulvere tilveiebrakt i de vektprosentandeler som er vist i den følgende tabell. Beleggene var i hvert tilfelle ca. 0,5 mm tykke. Beleggene ble slitt ved ASTM G65-81 Standard Practice, med 2000 omdreininger. Slitasje-mengden ble bestemt ved måling av avslitt materiale, som fore-skrevet i Standard Practice, og er vist i den følgende tabell i kubikkmillimeter.

For sammenligningsformål ble volumtapet for stål AISI 4815, karburisert til en minimumshardhet ifølge Rockwell C på 57, målt til å være 34,2 kubikkmillimeter. Volumtapet for plasmasprøytet wolframkarbid-kobolt-komposittbelegg av typen Metco 7 3F med sammensetning 8 3 vekt% wolframkarbid og 17 vekt% kobolt ble målt til å være 42,8 kubikkmillimeter i den samme test.

Prøvene 1-5 som er innenfor rammen av foreliggende oppfinnelse, har lavere volumtap og som en konsekvens av dette større motstand mot slitasje enn prøvene 6-8 som ikke er innenfor rammen av foreliggende oppfinnelse.

Eksempel II

Overflatehardheten for forskjellige materialer ble bedømt ved hjelp av en Vickers hardhetstest gjennomført med en Leco M-4 00 hardhetstester under anvendelse av forskjellige inn-trykningsbelastninger, som vist i den følgende tabell. Prøvene 1 og 2 er de samme prøver som er beskrevet i eksempel I, og testblokken av stål er en standard-blokk med en spesifisert Knoop-hardhet på 741.

For prøvene 1 og 2 øker overflatehardheten betydelig med minskende inntrykningsbelastning, men overflatehardheten øker bare marginalt for ståltest-blokken med endret belastning. Effekten av en minsket inntrykningsbelastning er at det område som prøves blir mindre og ligger nærmere overflaten med minskende belastning. Det vil si at det antas at belastningen på 10 gram bare tester hardheten for det aller ytterste overflatelag av belegget, mens belastningen på 100 gram ikke bare tester det omvandlede aller ytterste lag, men også et relativt stort volum av det ikke-omvandlede belegg. Belastningen på 10 gram prøver derfor et volum på tilnærmelsesvis volumet av det aller ytterste omvandlede overflatelag, mens belastningene på 25 og 100 gram trenger dypere inn slik at det ytterste lag og økende mengder av det uomvandlede belegg testes. Disse resultater sammen med røntgenstråle-studier som beskrevet ovenfor og mikroskopi ifølge eksempel X, viser nærværet av den amorfe omvandling i de aller ytterste lag av belegget.

Ek- sempel III

Den indre åpning hos en sylindrisk ståldyse ble laser-belagt med en legering av 46 vekt% jern, 21 vekt% kobolt, 14,4 vekt% niob, 10,9 vekt% krom, 5,5 vekt% nikkel o,g 2,2 vekt%

bor, slik at den indre diameter belagt på denne måte, var 1,0 mm. Beleggets hardhet ble målt som 900 VHN, før enhver utsettelse for slitasje. Denne dyse ble anvendt til befordring av en fin oppslemning av aluminiumoksyd-silisiumdioksyd-sand under høyt trykk og høy strømningshastighet. Munningen, som opprinnelig hadde en diameter på 1,0 mm, ble forstørret til diameter 1,03 mm etter 122 timer. Wolframkarbid-kobolt-dyser ble forøket til en gjennomsnittlig diameter på 1,07 mm etter 122 timers lignende slitasje. Dette resultat er overraskende og illustrerer ytterligere beskaffenheten av den amorfe omvandling av belegget, siden hardheten av wolframkarbid-kobolt-

dysen før en hver slitasje er mye større, i størrelsesordenen ca. 1800 VHN.

Eksempler IV-V anvender både ASTM-G-65-testen med tørr, abrasiv slitasje som er beskrevet tidligere og dessuten en våtoppslemnings-testfremgangsmåte som er beskrevet nedenfor,

og Eksempler VI og VII anvender bare våtoppslemningstesten.

I våtoppslemningstest-fremgangsmåten roterer en skive av flexan-60-uretangummi med diameter 7,6 cm, horisontalt i en beholder hvori det er en oppslemning. Et skovlhjul omrører oppslemningen uavbrutt. Et prøvestykke med diameter ca. 9,5

mm eller mindre med kjent vekt presses mot uretangummiskiven ved hjelp av en leddinnretning belastet med en dødvekt på

1,36 kg. Skiven roteres over prøvestykket, typisk med ca.

70 omdreininger pr. minutt, ved hjelp av en motor i et tidsrom på 30 minutter. Prøvestykket veies deretter og vekttapet under testen beregnes. Vekter måles nøyaktig i alle tilfeller under anvendelse av en vekt som er nøyaktig inntil 0,00001

gram. En relativ slitasje-motstandsdyktighet ("wear resistance"} WR beregnes deretter som:

Ws er vekttapet for en prøve av rustfritt stål standard 302 testet under de samme betingelser; Wr er vekttapet for materialet som er under vurdering; Ds er densiteten for rustfritt stål 302; og Dr er densiteten hos materialet som er under vurdering.

Oppslemningen fremstilles som en blanding av 200 deler kvartssand på 200 mesh med 94 deler vann, idet blandingen stabiliseres ved en tilsetning på 0,025 deler xantangummi. Oppslemningen og gummiskiven skiftes ved slutten av hver dag med utprøvning, og ikke mer enn fire tester på 30 minutter ut-føres hver dag. En rustfri stålstandard 302 måles ved begynnelsen eller slutten av hver dag med utprøvning, og resultatene av denne test tilveiebringer en basis for sikring av reprodu-serbarhet av resultatene fra dag til dag.

Eksempel IV

Et lag av materiale ble påført på overflaten av et stål-underlag ved laser-cladding av en legering med en sammensetning på 59 vekt% jern, 36 vekt% krom og 5 vekt% bor. En slik prøve ble testet med hensyn til slitasje under anvendelse av ASTM-G-65-fremgangsmåte B som beskrevet ovenfor, og volumtapet ble bestemt å være 21,6 kubikkmillimeter. Slitasje-motstandsdyktigheten WR målt på våtoppslemnings-testinnretningen ble bestemt til å være 16,7 ganger slitasje-motstandsdyktigheten hos den rustfrie stålstandard 302 med full hardhet. Disse resultater illustrerer at denne foretrukkede komposisjon lett omvandles både under usmurt slipeslitasje i ASTM-G-65-fremgangsmåten og dessuten under oppslemningsslitasje-fremgangsmåten, når belegget er fullstendig kompakt og har god kohesjonsfast-het.

Eksempel V

En legering som i det vesentlige besto av 59 vekt% jern, 36 vekt% krom og 5 vekt% bor ble smeltet på et bløtstål-underlag ved elektronstrålesmelting og testet i våtoppslemnings-slipeoppslemningstesten som beskrevet tidligere. Slitasje-motstandsdyktigheten WR hos belegget i forhold til rustfritt stål 302 med full hardhet var 25,5. En annen prøve av det samme belagte materiale hadde et volumtap på 21,6 kubikkmillimeter i ASTM-G-65-testen beskrevet tidligere.

Eksempel VI

En legering som i det vesentlige besto av 75 vekt% jern,

22 vekt% krom og 3 vekt% bor ble smeltet ved elektronstrålesmelting på et bløttstål-underlag. Prøven hadde en slitasje-motstandsdyktighet WR som var 7 ganger slitasje-motstandsdyktigheten hos rustfritt stål 302 med full hardhet når den ble testet i våtoppslemningstesten beskrevet tidligere. Jern-og krominnholdet i denne prøve er ved eller nær henholdsvis de øvre og nedre grenser for drivbarhet.

Eksempel VII

Et belegg som i det vesentlige besto av 58,8 vekt% jern, 36,5 vekt% krom og 4,7 vekt% bor ble plasmasprøytet på et bløttstål-underlag. Tre slike prøver ble testet i våtoppslemnings-slitasjetesteren beskrevet tidligere, og slitasjemotstands-dyktigheten WR ble funnet å være henholdsvis 2,2, 2,6 og 3,8 ganger slitasje-motstandsdyktigheten hos rustfritt stål 302

med full hardhet. En annen belagt prøve ble slipt uten smøring i en overflate-slipemaskin under fjerning av ca. 0,13 mm materiale idet det ble tilbake et belegg med tykkelse ca. 0,38 mm på bløttstålplaten. Slitasje-motstandsdyktigheten WR hos denne slipte prøve ble funnet å være 17 ganger slitasje-motstandsdyktigheten hos rustfritt stål 302 med full hardhet.

Eksempel VIII

En blanding av element-pulvere med en sammensetning på

41,2 jern, 20,9 krom, 25,3 molybden, 9,8 kobolt og 2,8 bor pluss karbon ble laser-belagt på et stykke bløtt stål. Belegget ble testet under anvendelse av ASTM-G-65-standardfremgangs-måten beskrevet tidligere. Volumtapet etter 2000 omdreininger var 12,1 kubikkmillimeter.

Eksempel IX

Ringformede, formede elementer ble fremstilt for en aksial-lagertest for bestemmelse av de belagte prøvers friksjons-egenskaper. Gnidings-overflåtene hos skivene hadde en ytre diameter på ca. 25 og 16 mm med en åpen midtdel med diameter ca. 22 mm. Én skive var verktøystål-belagt med et amorft lag av wolfram-kobolt-bor med en tykkelse på ca. 0,038 mm. Den annen skive var av lavlegert stål, med høy styrke, og laser-belagt med en legering i henhold til oppfinnelsen omfattende 47 vekt% jern, 23,7 vekt% kobolt, 26,8 vekt% niob og 2,5 vekt% bor. Wolfram-kobolt-bor-skiven ble holdt stasjonært og den annen skive ble rotert idet den vendte mot den første skive med 100 omdreininger pr. minutt. De to skiver ble presset sammen under en påført belastning på 3629 kg, med fettsmøring.

Som sammenligningsstandard ble identisk dimensjonerte prøver av verktøystål og karburisert lavlegert stål med høy styrke kjørt mot hverandre under nøyaktig de samme betingelser.

Etter to timers kjøringstid ble torsjonen og temperatur-stigningen for de to tester målt som følger:

Som angitt ved disse resultater, resulterer kjøringen av de amorfe materialer mot hverandre i denne aksiallager-test,

i en lavere fordret torsjon for rotering av elementene i lage-ret og resulterer også i en mindre temperaturstigning under drift. Disse fordeler antyder en lavere friksjonskoeffisient i de amorfe materialer sammenlignet med standardene. Minskede torsjonsfordringer og reduserte temperaturøkninger er viktige utformnings-fordeler for anvendelse av slike materialer i lagre.

Eksempel X

Et stålstykke ble laserbelagt til en tykkelse på ca. 0,5 mm med en legering omfattende 47 vekt% jern, 23,7 vekt% kobolt, 26,8 vekt% niob og 2,5 vekt% bor. Den således belagte prøve ble,før utsettelse for friksjonsslitasje, seksjonert, polert og kraftig etset. Fig. 6 er et scanning-elektronmikroskopibilde av belegget, som oppviser trekantede etsfordypninger gjennom hele belegget. Slike trekantede etsfordypninger er karakteristisk for de krystallografiske atomordener i et ikke-amorft materiale, hvilket angir at belegget er fullstendig ikke-amorft.

Prøvens belagte overflate ble deretter brakt i kontakt med et slipehjul for at overflaten skulle utsettes for usmurt, kraftig slipeslitasje. Ca. 0,13 mm av belegget ble fjernet. Sideoverflaten ble polert om igjen og etset kraftig på nytt.

Fig. 7 er et scanning-elektronmikroskopibilde av belegget, som illustrerer de ringformede etsfordypninger som ble obser-vert på noen deler av belegget. De ringformede etsfordypninger er karakteristisk for et amorft materiale, hvilket angir tilstedeværelse av dette i det slitte belegg. Fig. 8 er et scanning-elektronmikroskopibilde med mindre forstørrelse av det samme belegg vist på fig. 7, hvilket illustrerer tilstedeværelse av ringformede etsfordypninger (pil A) nærmere den slitte overflate, og trekantede etsfordypninger (pil B) lenger vekk fra overflaten. I dette materiale viser dybden av det amorfe lag seg å være ca. 8 ym, som påvist ved ringformede etsfordypninger ved denne dybde. Det laserbelagte belegg er derfor ikke-amorft når det påføres, men omvandles til den amorfe tilstand til en dybde på ca. 8 ym når det blir kraftig slitt.

Det er å foretrekke at hele volumet av det ytterste lag av det påførte ikke-amorfe belegg omvandles til den amorfe tilstand. I noen tilfeller omvandles imidlertid bare en del av det ytterste lag til den amorfe tilstand, såsom for eksempel 75 prosent av volumet av det ytterste lag. En slik delvis omvandling er innenfor rammen av den foreliggende oppfinnelse, så lenge i det minste en del av det ytterste lag omvandles til den amorfe tilstand under påvirkning av det slitasjefrem-bringende miljø.

Materialer som kan omvandles ved friksjon i henhold til den foreliggende oppfinnelse, kan anvendes i mange forskjellige typer maskineri og andre anvendelser. Noen eksempler på slike anvendelser finnes i de følgende US-patenter, hvis beskrivelser er medtatt i det foreliggende som referanse: 2 761 711, 3 008 429, 3 207 181, 3 243 067, 3 334 428, 3 462 861, 3 896 569, 3 915 459, 3 971 412, 4 207 658, 4 248 485, 4 262 761, 4 285 638 og 4 293 287. Det understre-kes at de anvendelser som er omtalt i disse patenter, er illustrative snarere enn inngående og at anvendelsene ikke

er begrenset til de utførelsesformer som er illustrert i patentene. I stedet er patentene presentert for å vise anvende1sestypene.

Materialer som kan omvandles ved friksjon, anvendes med fordel i forseglinger og andre elementer som utsettes for gnidning og friksjon ved elementer som roterer eller beveges frem og tilbake. Eksempler innbefatter de slitende overflater hos det par av ringformede forseglingselementer 16 og 17 som er i kontakt med en roterende aksel 10 i US-patent 2 761 711. Likeledes kan kontaktdeler såsom overflaten 20 og de ringformede flenser 38 på forseglingen 12 illustrert i US-patent 3 915 459, som illustrerer en annen type akselfor-segling, være belagt med eller fremstilt av et materiale som kan omvandles ved friksjon. I disse eksempler anvendes det materiale som kan omvandles ved friksjon, i forbindelse med roterende aksler. Det materiale som kan omvandles ved friksjon, kan også med fordel anvendes i forbindelse med stempler som går frem og tilbake, såsom for eksempel ved den slitende overflate på sylinderffiringen 11 eller stemplet 21, som illustrert i US-patent 3 008 429.

Materialer som kan omvandles ved friksjon, kan også anvendes ved forskjellige ventil-anvendelser, både i forbindelse med elementer som er i drift og til å motstå slitasje på det materiale som strømmer gjennom ventilen. Eksempler på anvendelse av amorfe materialer som kan omvandles ved friksjon, innbefatter deres anvendelse på overflatene av de skiver 19 som er illustrert i US-patent 3 207 181, og forskjellige elementer i den ventil som er illustrert i US-patent 3 971 412, innbefattende overflatene på innlegget 7, ventilhodet 9, innleggene 92 og 94 og glideskiver 98 og 99. De amorfe materialer som kan omvandles ved friksjon, kan også anvendes til å motstå

den slitende virkning av det materiale som strømmer gjennom ventilen, såsom for eksempel ved anvendelse på slitasjeoverflåtene på dysehylsen 52 og dysetuppen 54 beskrevet i US-patent 4 285 638.

Materialer som kan omvandles ved friksjon, anvendes også på kontaktoverflåtene hos lagre, som illustrert tidligere i forbindelse med Eksempel IX. Et annet eksempel er tilveiebrakt ved slitasjeoverflåtene på de forskjellige bøssinger 33, 34 og 35 beskrevet i US-patent 4 207 658. Likeledes kan de amorfe materialer anvendes på lager-overflåtene 23, 24, 34, 38, 32, 35 og 35A, på trykkflensoverflåtene 56 og 57, og på innlegget 58 i borekronen som er beskrevet i US-patent 4 248 485. De andre overflater på borekronen som utsettes for slitasje og friksjonsbelastninger, kan også beskyttes med et materiale som kan omvandles ved friksjon.

Man regner med at én av de høyeste volumanvendelser av materialer som kan omvandles ved friksjon, er i elementer som kutter, skraper eller sliper under anvendelse og som derved tilsiktet underkastes høye slitasjebelastninger. Eksempler på slike potensielle anvendelser innbefatter kutterbladet 42 i US-patent 3 243 067; ledekant-kutteinnretningen 20 i US-patent 3 334 428; ledekantene på skovlbladet 14 og punktet 16 beskrevet i US-patent 3 462 861; ledekantene på tannmontasjene 13 og kantdelene 15 på jordbearbeidningsredskapet beskrevet i US-patent 3 896 569; overflatene pa tennene 32 på den roterende steinbor som er beskrevet i US-patent 4 262 761; og de utsatte overflater på kutterhylsen 19 som understøtter kuttestrukturene 15 på den roterende borekrone som er beskrevet i US-patent 4 207 658.

Det vil nå forstås at ved fremgangsmåten ifølge denne oppfinnelse påføres det på overflaten av en del et slitasje-motstandsdyktig belegg hvis ytterste lag omvandles under slitasje til en hard, slitasje-motstandsdyktig amorf tilstand. Påføringen av belegget i ikke-amorf tilstand og den påfølgende omvandling av det ytterste lag til den amorfe tilstand gir be-tydelige fordeler ved redusert påføring og materialomkost-ninger såvel som forbedret effektivitet, pålitelighet og varighet hos den belagte del. Faste gjenstander fremstilt fullstendig eller delvis av det omvandlingsbare materiale kan også fremstilles, og overflatene på slike gjenstander undergår den samme omvandling i et slitasje-frembringende miljø.

Claims

1. Fremgangsmåte for fremstilling av en slitasje-motstandsdyktig gjenstand, karakterisert ved at det tilveiebringes et ikke-amorft materiale som kan omvandles ved friksjon, over i det minste en del av gjenstandens overflate, idet det ikke-amorfe materiale i hovedsak består av en første komponent valgt fra gruppen bestående av jern og kombinasjoner av jern og kobolt, idet første komponent er til stede i en mengde på fra 4 0 til 75 vekt%; en andre komponent valgt fra gruppen bestående av wolfram, molybden, krom, niob, vanadium og kombinasjoner av wolfram, molybden, krom, niob, vanadium og titan, idet den andre komponent er til stede i en mengde på mer enn 2 0 vekt%, og en tredje komponent valgt fra gruppen bestående av bor, karbon og kombinasjoner av disse, idet tredje komponent er til stede i en mengde på fra 2 til 6 vekt%, og at i det minste en del av det ytterste lag av det ikke-amorfe materiale som kan omvandles ved friksjon, omvandles til amorf tilstand ved at materialet utsettes for friksjonskrefter med tilstrekkelig stor grad av kraft.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at tilveiebringelses-trinnet utføres ved at et underlag belegges med det materiale som kan omvandles ved friksjon.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at tilveiebringelses-trinnet utføres ved at gjenstanden formes av det materiale som kan omvandles ved friksjon.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at tilveiebringelses-trinnet utføres ved laser-cladding av gjenstandens overflate.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at omvandlingstrinnet utføres ved usmurt slipeslitasje av den belagte overflate.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den etter omvandlingstrinnet omfatter tilleggstrinn hvor en del av det amorfe materiale slipes av, og samtidig omvandles ytterligere ikke-amorft materiale til den amorfe tilstand, idet mengden av det amorfe materiale suppleres, ved at gjenstandens overflate utsetts for friksjonskrefter.

7. Fremgangsmåte for fremstilling av en slitasje-motstandsdyktig gjenstand ifølge krav 1, karakterisert ved at det tilveiebringes et ikke-amorft materiale som kan omvandles ved friksjon, over i det minste en del av gjenstandens overflate, idet det ikke-amorfe materiale i det vesentlige består av ca. 59 vekt% jern, ca. 36 vekt% krom og ca. 5 vekt% bor og at i det minste en del av det ytterste lag av det ikke-amorfe materiale som kan omvandles ved friksjon, omvandles til amorf tilstand ved at materialet utsettes for friksjonskrefter med tilstrekkelig stor grad av kraft.