NO173946B - Fremgangsmaate ved fremstilling av et beskyttende belegg paa metalloverflater - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte som angitt i krav l's ingress for påføring av korrosjons-bestandige og mekanisk slitesterke belegg på metalloverfla-ter og spesielt påføring av aluminium matriks komposittbelegg på stålstrukturer.

Dannelse av aliuminiumsbelegg på stålstrukturer for å oppnå beskyttelse mot korrosjon og mekanisk slitasje er kjent. Slike belegg anvendes i alle miljøer hvor marin, industriell eller urban korrosjon skjer sammen med mekanisk slitasje. Slike belegg påføres typisk ved termiske sprøyteprosesser og det har vært benyttet sink- og rene aluminiumstråder til dette formål, spesielt i marine områder, hvor aluminium utviser en sterk motstand mot saltvann. Denne prosessen anvendes pr. idag.

Selv om aluminium har en viss katodisk beskyttelse, er det hovedsakelig et grensesjikt med relativt lav styrke og slitemotstand. For å løse dette problemet har det vært benyttet aluminium matriks komposittblandinger som belegg på stålsubstrater for både å gi en høy grad av katodisk beskyttelse og også for å gi stålstrukturen en god slitestyrke. Slike belegg ble tidligere påført ved teknikker som f.eks.flammesprøyting (flame spraying) av et smeltet metall på substratet som skal dekkes, hvor partikulære refraksjons-materialer eller keramiske partikler er ført inn sprayen. Flammesprøyting av metallpulver sammen med refraksjonsmaterialet eller keramiske partikler har også vært benyttet. Det er også.kjent å benyttet termisk sprøyting eller plasmasprøyting i stedenfor flammesprøyting.

De nevnte teknikker er meget vanskelige å kontrollere ved kommersiell bruk og det er vanskelig å oppnå en jevn fordeling av refraksjonsmaterialet eller keramiske partikler i belegget. Det har spesielt vært problemer med dårlig festeevne, høy porøsitet i belegget og generelt dårlig struktur i belegget.

Hensikten med foreliggende oppfinnelse er å fremskaffe en fremgangsmåte ved påføring av aluminium matriks komposittbelegg med forbedret kvalitet på metallstrukturer.

I henhold til oppfinnelsen påføres et metallsubstrat et belegg av aluminium-matriks komposittbelegg ved direkte flammesprøyting eller buesprøyting (are spray) av et preformet aluminium-matriks komposittmateriale. Det preformede materiale er fortrinnsvis i form av en tråd eller stang, som tjener som føde for flammesprøytings- eller buesprøytingsprosessen.

Metall-matriks kompositter er vel kjent som sådan og fremstilles av en metallmatriks hvori det er fordelt fast fyllstoff, dvs. et fibrøst eller partikulært materiale som kan innbefattes og fordeles i metallmatriksen og som hovedsak beholder sin egenart som innbefattet i stedenfor å miste sin form eller identitet ved oppløsning eller kjemisk reaksjon med metallet.

Det er kjent at styrken til aluminium eller aluminiumslegeringer kan økes vesentlig ved innblanding av fibrøse eller partikulære faste fyllmidler i form av korte, diskontinuelige, mer eller mindre tilfeldig orienterte partikler. For mange anvendelser er det kjent å fordele fibrene stort sett jevnt gjennom hele metallartikkelen.

Som eksempler på faste fyllmidler som er blitt brukt til dette formål, kan nevnes aluminiumoksyd, titandiborid, silika, zirkoniumoksyd, silisiumkarbid, silisiumnitrid etc. Aluminium-TiB2 kompositter har f.eks. vært anvendt til formål med høye styrkekrav og/eller høy slitestyrke.

Aluminium-matriks komposittmaterialene som benyttes som utgangsmateriale for fremgangsmåten i oppfinnelsen er fremstilt ved kjente metoder og inneholder typisk 5-60 vol-% av ildfaste materialer eller keramiske fyllmidler. Det foretrekkes 5-40 vol-% fyllmidler og spesielt 10-20 vol-%. Belegget påføres fortrinnsvis i en tykkelse i området 50-5000 ym.

Fremgangsmåten er særpreget ved det som er angitt i krav 1's karakteriserende del. Ytterligere trekk fremgår av kravene 2-10.

Substratet som behandles er typisk en jernholdig metallstruktur, dvs. stål. Andre substrater som kan belegges i henhold til oppfinnelsen inkluderer strukturer av aluminiumslegeringer med høy styrke som kan varmbehandles, dvs. legeringer i serien AA 7000. Slike aluminiumslegeringer blir av og til utsatt for påkjenningskorrosjon når de benyttes.

Substratets overflate forbehandles fortrinnsvis ved sandblåsing med aluminiumoksyd. Det er også funnet fordelaktig, men ikke avgjørende, å forvarme substratet til minst 120 °C for å fjerne overflatefuktighet før påføring av belegget. Dette er ikke alltid mulig å utføre, spesielt ved marine anvendelser. I enkelte tilfeller kan det også være fordelaktig å belegge substratet med aluminium ved kon-vensjonell metallisering før påføring av aluminium-matriks komposittbelegget.

Det er overraskende funnet at komposittbelegget fremstilt ved fremgangsmåten i oppfinnelsen generelt er overlegne de som er oppnådd ved tidligere metoder. Spesielt har belegget i foreliggende oppfinnelse forbedret vedheft, lav porøsitet og generelt god struktur.

Kort beskrivelse av figurene:

Fig.l er et mikrofotografi som viser en del av et belegg fra kjent teknikk. Fig. 2 er et mikrofotografi som viser et belegg fremstilt i henhold til oppfinnelsen. Fig.3 er et mikrofotografi som viser et annet belegg fremstilt i henhold til oppfinnelsen. Fig. 4 er mikrofotografi som viser nok et belegg fremstilt i

henhold til oppfinnelsen.

Følgende eksempler illustrerer enkelt foretrukne anvendelser av oppfinnelsen.

Eksempel 1.

En støpebarre inneholdende AA 1350 aluminium inneholdende ca. 15 vol-% silisiumkarbid partikler jevn fordelt. Barren ble fremstilt i henhold til fremgangsmåten beskrevet i PCT-søknad W087/06624, publisert 5. november 1987. Barren ble ekstrudert og trukket til en tråd med diameter ca. 2.3 mm og denne ble føden for buesprøytingsprosessen.

Stålsubstratet var i form av en stålsylinder og buen ble dannet mellom to fødetråder av aluminiummatriks kompositt-materialet over. Buen ble holdt med en avstand på ca. 10 cm fra sylinderen mens sylinderen roterte og buestrømmen var ca. 150 A. Det ble avsatt et belegg på sylinderen med tykkelse ca. 3000 >im.

Det erholdte produkt ble undersøkt metallografisk og hadde god vedheft og generelt god struktur.

Eksempel 2.

Det ble utført forsøk for å sammenligne komposittbelegg fremstilt ved fremgangsmåten i oppfinnelsen med komposittbelegg fremstilt ved kjent teknikk.

A. Oppfunnet metode.

Prosedyren i eksempel 1 ble fulgt og det ble fremstilt en støpebarre som inneholdt ca. 10 vol-% silisiumkarbid partikler jevnt fordelt i en AA 6061 aluminiumslegering.

Barren ble ekstrudert og trukket til en tråd med diameter ca. 2.3 mm, og denne ble brukt som føde for en buesprøyt-ingsprosess.

Det ble brukt et stålsubstrat i form av en flat stang og det ble dannet en bue mellom to tråder fremstilt fra barren over. Buen ble holdt med en avstand på ca. 10 cm fra stålstangen og det ble benyttet en buestrøm på ca. 150 A. Det erholdte belegg hadde en tykkelse på ca. 3000 ym. Produktet ble undersøkt metallografiski og resultatet er vist i figur 2.

B. Kjent teknikk.

Av en AA 6061 aluminiumslegering ble det fremstilt en tråd med diameter ca. 2.3 mm og denne ble brukt som føde for en buesprøytingsprosess.

Det ble benyttet et stålsubstrat i form av en flat stang og buen ble dannet mellom to av trådene fremstilt fra lege-ringen over. Buen ble holdt i en avstand på ca. 10 cm fra stålstangen med en buestrøm på ca. 150 A. Samtidig ble det ført silisiumkarbid partikler inn mellom trådene, slik at disse ble avsatt sammen med aluminiumet. Silisiumkarbid-partiklene ble tilført i en mengde på ca. 10 vol-% i forhold til tilført aluminiumslegering. Belegget som ble avsatt på stålstangen hadde en tykkelse på ca. 5000 ym.

Produktet ble undersøkt metallografisk og resultatet er vist i figur 1.

Ved å sammenligne figur 1 med figur 2 er det lett å se at fremgangsmåten i oppfinnelsen gir et meget mer jevnt belegg med færre hulrom (vist som svarte områder) enn belegget fremstilt ved kjent teknikk.

Eksempel 3.

Ved å følge prosedyren i eksempel 1, ble det fremstilt en støpebarre av AA 1060 aluminium inneholdende ca. 15 vol-% aluminiumoksydpartikler. Barren ble ekstrudert og trukket til tråder med diametre på henholdsvis 3.2 og 2.4 mm som ble

benyttet som føde i en flammesprøytingsprosess.

Før flammesprøyting ble flatstålet avfettet og deretter sandblåst med No. 16 aluminiumoksyd. Det ble dannet et 75 -

80 ym ankertann-mønster på stålet.

Stålprøvene ble flammesprøytet med enten 3.2 eller 2.4 mm kompositt-tråd innen 10 minutter etter sandblåsing.

Flammesprøytingen skjedde med en oksygeninnstilling på 2.45 kp/cm<2> og 1.4 m<3>/h, acetylengass 1.4 kp/cm<2> og 1.1 m<3>/h og luftinnstilling på 4.55 kp/cm<2> og 1.6 m<3>/h.

Sprøytepistolen ble holdt i en avstand på ca. 15 cm fra stålprøvene. De belagte prøvene ble undersøkt metallografisk er resultatene er vist i figur 3 og 4. Figur 3 er med 2.4 mm tråd og figur 4 er med 3.2 mm tråd. Begge mikrofotografiene viser jevne belegg med få tomrom.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte ved fremstilling av et korrosjonsbestandig og slitesterkt belegg på en metalloverflate som skal beskyttes, karakterisert ved å

(a) fremstille en stang eller tråd av en aluminiummatriks inneholdende fibrøst eller partikulært ildfast fyllmateriale, og (b) påføre et belegg av denne aluminiummatriks kompositt på en metalloverflate som skal beskyttes ved hjelp av flamme-sprøytings- eller buesprøytingsprosesser.

2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at matriksen inneholder 5 - 60 volum-% fyllmateriale.

3. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at matriksen inneholder 5 - 4 0 volum-% av fyllmaterialet.

4. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at matriksen inneholder 10 - 2 0 volum-% fyllmateriale.

5. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at metalloverflaten er overflaten til en jernholdig metallstruktur.

6. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at metalloverflaten er overflaten til en varmebehandelbar aluminiumslegering-struktur med høy styrke.

7. Fremgangsmåte i henhold til krav 5, karakterisert ved at fyllmaterialet velges fra aluminiumoksyd, titandiborid, silika, zirkoniumoksyd, silisiumkarbid og silisiumnitrid.

8. Fremgangsmåte i henhold til krav 5, karakterisert ved at fyllmaterialet er aluminiumoksyd.

9. Fremgangsmåte i henhold til krav 7, karakterisert ved at aluminiummatriksen er legert aluminium.

10. Fremgangsmåte i henhold til krav 7, karakterisert ved at det beskyttende belegg påføres til en tykkelse på 50 - 5000 ym.