WO2004003296A1 - Verfahren zum beschichten einer fläche eines gleisbauteils sowie gleisbauteil - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a method for coating a surface of a track component with an aluminum-containing layer by means of arc spraying.
  • the invention also relates to a track component such as a switch component with a layer containing aluminum applied by arc spraying.
  • a sliding chair in which a lubricant is applied by plasma or flame spraying processes, which contains molybdenum or ternary or quaternary alloys based on Co or Ni, optionally with additives such as Mo, Cr and / or Si ,
  • a profile rail for a monorail with a running surface which is horizontal in cross section and onto which a metal coating is applied by flame spraying or arc spraying can be found in DE 38 41 044 C2.
  • the metal covering consists of an adhesive layer and a wear layer that contains 10% to 25% chromium.
  • the adhesive layer itself is preferably composed of 60% to 90% nickel and 10% to 40% aluminum.
  • the thickness of the metal covering can be between 0.3 mm and 5 mm.
  • a disadvantage of a corresponding metal coating applied by arc spraying is that it has a two-layer design, the sliding and abrasion wear not being significantly increased in comparison to those layers of molybdenum which are applied by flame spraying but are single-layered.
  • the present invention is based on the problem of developing a method for coating a surface of a track component and such itself in such a way that a layer which has a high resistance to sliding and abrasion wear and, in particular, a high level of corrosion resistance can be formed in a simple manner in terms of production technology against atmospheric electrolytes such as B. shows salt water or deicing agent. Good adhesive strength should also be provided.
  • the problem is essentially solved by a method of the type mentioned at the outset in that aluminum and silicon are applied to the surface in a ratio of 3: 2 ⁇ AI: Si ⁇ 4: 1 by arc spraying.
  • aluminum to silicon is applied in a ratio of 3: 1.
  • the thickness of the layer consisting or containing aluminum and silicon should be between 0.2 mm and 2 mm, in particular in the range between 0.8 mm and 1.5 mm. Good adhesive strength has been shown when the layer is applied to a high-strength steel such as St 52.
  • the layer thicknesses are only between 0.8 mm and 1.5 mm.
  • a track component such as a switch component or switch closure parts with a layer containing aluminum applied by arc spraying is characterized in that the layer consists of or contains aluminum and silicon with a ratio of 3: 2 ⁇ AI: Si ⁇ 4: 1, in particular aluminum to silicon behaves like 3: 1.
  • a sheathed wire with a casing made of aluminum and powdered silicon absorbed by it is preferably used as a spray wire for the arc spraying.
  • the melted aluminum and silicon should also be applied to the surface at a delivery pressure of 2 to 4 bar above atmospheric pressure in order to achieve the desired adhesion.
  • the layer should be applied to the surface with a thickness d of 0.2 mm ⁇ d ⁇ 2 mm, preferably 0.8 mm ⁇ d ⁇ 1.5 mm.
  • the sheath wire as the spray wire is with a wire feed V at 1 m / sec. ⁇ V ⁇ 15 m / sec, preferably 6 m / sec. ⁇ V ⁇ 8 m / sec, conveyed to the arc, a voltage difference U of 30 V ⁇ U ⁇ 50 V, in particular U «40 V, should be set between the spray wires.
  • a current I with 200 A ⁇ I ⁇ 600 A, in particular 250 A ⁇ I ⁇ 500 A, should flow between the spray wires.
  • FIG. 1 a basic illustration of a device for applying a spray layer on a track part in the form of a sliding chair 10 is shown.
  • a device 12 is aligned with the sliding chair 10, in which spray wires 18, 20 are brought together with respect to the sliding chair 10 via wire feed devices 14, 16. Since there is a voltage V between 30 V and 50 V, in particular approximately 40 V, between the spray wires 18, 20, an arc 22 can form between the spray wires 18 and 20 in order to melt the arc material.
  • the spray wires 18, 20 are sheathed wires with an aluminum sheath that receives powdered silicon.
  • the ratio of aluminum to silicon is set such that the spray jet 26 has a composition of aluminum to silicon in a ratio between 3: 2 and 4: 1, in particular 3: 1.
  • the jacket wires or spray wires 18, 20 are fed via the feed device 14, 16 at a speed of in particular 30 mm / sec ⁇ V ⁇ 100 mm / sec. promoted to arc 22.

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Beschichten einer Fläche eines Gleisbauteils mit einer Aluminium enthaltenden Schicht mittels Lichtbogenspritzens. Um auf herstellungstechnisch einfachem Weg eine Schicht auszubilden, die einen hohen Widerstand gegen Gleit- und Abrasionsverschless aufweist, wird vorgeschlagen, dass auf die Fläche Aluminium und Silizium in einem Verhältnis 3:2 ≤ Al : Si ≤ 4:1 durch Lichtbogenspritzen aufgebracht wird.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Beschichten einer Fläche eines Gleisbauteils sowie Gleisbaυteil
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Beschichten einer Fläche eines Gleisbauteils mit einer Aluminium enthaltenden Schicht mittels Lichtbogenspritzens. Auch nimmt die Erfindung Bezug auf ein Gleisbauteil wie Weichenbauteil mit einer durch Lichtbogenspritzen aufgetragenen Aluminium enthaltenden Schicht.
Aus der DE 38 05 963 AI ist ein Gleitstuhl bekannt, bei der durch Plasma- oder Flammspritzverfahren ein Gleitmittel aufgebracht ist, das Molybdän oder ternäre oder quaternäre Legierungen auf Co- oder Ni-Basis gegebenenfalls mit Zusätzen wie Mo, Cr und/oder Si beinhaltet.
Eine Profilschiene für eine Einschienenbahn mit im Querschnitt horizontaler Lauffläche, auf die durch Flammspritzen oder Lichtbogenspritzen ein Metallbelag aufgebracht ist, ist der DE 38 41 044 C2 zu entnehmen. Dabei besteht der Metallbelag aus einer Haftschicht und einer Verschleißschicht, die 10% bis 25% Chrom enthält. Die Haftschicht selbst setzt sich vorzugsweise aus 60% bis 90% Nickel und 10% bis 40% Aluminium zusammen. Die Dicke des Metallbelages kann zwischen 0,3 mm und 5 mm liegen. Nachteilig eines entsprechenden durch Lichtbogenspritzen aufgebrachten Metallbelags ist es, dass dieser zweischichtig ausgebildet ist, wobei der Gleit- und Abrasionsverschleiß im Vergleich zu solchen Schichten aus Molybdän, die durch Flammspritzen aufgebracht sind, jedoch einschichtig sind, nicht wesentlich erhöht ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zu Grunde, ein Verfahren zum Beschichten einer Fläche eines Gleisbauteils sowie ein solches selbst derart weiterzubilden, dass auf herstellungstechnisch einfachem Weg eine Schicht ausgebildet werden kann, die einen hohen Widerstand gegen Gleit- und Abrasionsverschleiß aufweist und insbesondere eine hohe Korrosionsfähigkeit gegenüber atmosphärischen Elektrolyten wie z. B. Salzwasser oder Enteisungsmittel zeigt. Auch soll eine gute Haftfestigkeit gegeben sein.
Erfindungsgemäß wird das Problem durch ein Verfahren der eingangs genannten Art im Wesentlichen dadurch gelöst, dass auf die Fläche Aluminium und Silizium in einem Verhältnis 3:2 < AI : Si < 4 : 1 durch Lichtbogenspritzen aufgebracht ist. Insbesondere wird Aluminium zu Silizium im Verhältnis von 3 : 1 aufgetragen.
Die Dicke der aus Aluminium und Silizium bestehenden bzw. enthaltenden Schicht sollte zwischen 0,2 mm und 2 mm, insbesondere im Bereich zwischen 0,8 mm und 1,5 mm liegen. Eine gute Haftfestigkeit hat sich gezeigt, wenn die Schicht auf einem hochfesten Stahl wie St 52 aufgebracht wird.
Erfindungsgemäß wird durch Lichtbogenspritzen Aluminium und Silizium auf insbesondere Weichenteile wie Gleitstühle oder Weichenverschlüsse, wie diese z. B. der EP 0739804 zu entnehmen sind, aufgebracht, wobei die gewünschten höheren Widerstände gegen Gleit- und Abrasionsverschleiß sowie hohe Korrosionsfähigkeit bereits bei überaus geringen Dicken erzielbar sind. Somit ergeben sich insbesondere gegenüber dem bisher bekannten Beschichtungswerkstoff wie Molybdän und Bronze erhebliche Vorteile. Aber auch gegenüber dem Mehrschichtaufbau nach der DE 38 41 044 C2 zeigen sich Vorteile insoweit, als dass nur eine Schicht benötigt wird, die auch dann sämtlichen D
Anforderungen genügt, wenn sich die Schichtdicken nur zwischen 0,8 mm und 1 ,5 mm belaufen.
Auch ergeben sich kostenmäßige Vorteile gegenüber z. B. Nickel und Aluminium bzw. Molybdänwerkstoffen, die nach dem Stand der Technik zum Einsatz gelangen.
Ein Gleisbauteil wie Weichenbaυteil oder Weichenverschlussteile mit einer durch Lichtbogenspritzen aufgetragenen Aluminium enthaltenden Schicht zeichnet sich dadurch aus, dass die Schicht aus Aluminium und Silizium mit einem Verhältnis 3:2 < AI : Si < 4:1 besteht oder dieses enthält, wobei insbesondere Aluminium zu Silizium sich verhält wie 3:1.
Dabei wird vorzugsweise ein Manteldraht mit einer Hülle aus Aluminium und von dieser aufgenommenem pulverisiertem Silizium als Spritzdraht für das Lichtbogenspritzen verwendet. Das aufgeschmolzene Aluminium und Silizium sollten des Weiteren mit einem Förderdruck von 2 bis 4 bar über Atmosphärendruck auf die Fläche aufgebracht werden, um die gewünschte Haftung zu erzielen. Dabei sollte die Schicht auf die Fläche mit einer Dicke d mit 0,2 mm < d < 2 mm, vorzugsweise 0,8 mm < d < 1 ,5 mm aufgetragen.
Der Manteldraht als der Spritzdraht wird mit einem Drahtvorschub V mit 1 m/sec. < V < 15 m/sec, vorzugsweise 6 m/sec. < V < 8 m/sec, zum Lichtbogen hin gefördert, wobei zwischen den Spritzdrähten eine Spannungsdifferenz U mit 30 V < U < 50 V, insbesondere U « 40 V eingestellt werden sollte. Zum Aufschmelzen des Aluminium und Silizium sollte zwischen den Spritzdrähten ein Strom I mit 200 A < I < 600 A, insbesondere 250 A < I < 500 A fließen.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen -für sich und/oder in Kombination-, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispiels. In der einzigen Figur ist eine Prinzipdarstellung einer Vorrichtung zum Auftragen einer Spritzschicht auf ein Gleisteil in Form eines Gleitstuhls 10 dargestellt. Auf den Gleitstuhl 10 ist eine Vorrichtung 12 ausgerichtet, in der über Drahtvorschubvorrichtungen 14, 16 Spritzdrähte 18, 20 gegenüber dem Gleitstuhl 10 zusammengeführt werden. Da zwischen den Spritzdrähten 18, 20 eine Spannung V zwischen 30 V und 50 V, insbesondere in etwa 40 V herrscht, kann sich zwischen den Spritzdrähten 18 und 20 ein Lichtbogen 22 ausbilden, um das Lichtbogenmaterial zu schmelzen. Dies erfolgt dann, wenn sich zwischen den Spritzdrähten 18, 20, die im Spitzenbereich 22 aufgrund ihrer unterschiedlichen Potentiale die Funktion einer Anode und Kathode aufweisen, in Folge der herrschenden Spannungsdifferenz ein Lichtbogen ausbildet. Dabei fließt ein Strom I zwischen 200 A und 600 A mit der Folge, dass eine Temperatur von ca. 4000 °C entsteht, die zu dem gewünschten Schmelzen der Spritzdrähte führt. Gleichzeitig wird zwischen den Spritzdrähten 18, 20 über einen Kanal 24 Gas zum Lichtbogen 22 mit einem Druck von vorzugsweise 3 bis 4 bar geführt, so dass sich ein Spritzstrahl 26 ausbildet, der sich als Schicht 28 auf dem Gleitstuhl 10 niederschlägt.
Um die Schicht 28 im gewünschten Umfang und gleichmäßig auszubilden, werden die Vorrichtung 12 in Richtung des Pfeils 30 und/oder der Gleitstuhl 10 in Richtung des Pfeils 32 mit gewünschter Geschwindigkeit VQ mit 600 mm/sec < VG ≤ 1300 mm/sec. relativ zueinander bewegt.
Bei den Spritzdrähten 18, 20 handelt es sich um Manteldrähte mit einer aus Aluminium bestehenden Hülle, die pulverisiertes Silizium aufnimmt. Dabei ist das Verhältnis von Aluminium und Silizium derart eingestellt, dass der Spritzstrahl 26 eine Zusammensetzung von Aluminium zu Silizium im Verhältnis zwischen 3:2 und 4:1, insbesondere 3:1 aufweist.
Hierdurch erhält die Schicht 28 einen hohen Widerstand gegen Gleit- und Abrasionsverschleiß sowie eine hohe Korrosionsfähigkeit auch gegenüber atmosphärischen Elektrolyten wie Salzwasser und Enteisungsmittel. Ferner ergibt sich eine hohe Haftfestigkeit auf der Gleitstuhloberfläche. Die Manteldrähte bzw. Spritzdrähte 18, 20 werden über die Vorschubvorrichtung 14, 16 mit einer Geschwindigkeit von insbesondere 30 mm/sec < V < 100 mm/sec. zum Lichtbogen 22 hin gefördert.

Claims

PatentansprücheVerfahren zum Beschichten einer Fläche eines Gleisbauteils sowie Gleisbaυteil
1. Verfahren zum Beschichten einer Fläche eines Gleisbauteils mit einer Aluminium enthaltenden Schicht mittels Lichtbogenspritzens, d a d urc h g ek ennze i c hn et, dass auf die Fläche Aluminium und Silizium in einem Verhältnis 3:2 < AI : Si <
4:1 durch Lichtbogenspritzen aufgebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d ad urch g ek ennz ei c hn et, dass das Aluminium und Silizium im Verhältnis von AI : Si « 3:1 aufgetragen wird
3. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u rch g e k ennze i chn et, dass ein Manteldraht mit einer Hülle aus Aluminium und von dieser aufgenommenem pulverisiertem Silizium als Spritzdraht für das Lichtbogenspritzverfahren verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, d a d urch g e k ennz e i c hn et, dass das aufgeschmolzene Aluminium und Silizium mit einem Förderdruck von 2 bis 4 bar über Atmosphärendruck auf die Fläche aufgetragen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1. d a d u rc h g ek en n z e i c hn e t, dass die Schicht auf die Fläche mit einer Dicke d mit 0,2 mm < d < 2 mm, vorzugsweise 0,8 mm < d < 1,5 mm aufgetragen wird.
6. Verfahren nach Ansprach 3, d ad u rc h g ek ennz ei chn et, dass die Manteldrähte als die Spritzdrähte mit einer Drahtvorschubgeschwindigkeit von 1 m/sec. < V < 15 m/sec, vorzugsweise 6m/sec. < V < 8m/sec, zum Lichtbogen hin gefördert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 3, d adu rch g ek enn zei chne t, dass zwischen den Spritzdrähten eine Spannungsdifferenz U mit 30 V < U < 50 V, insbesondere U ^ 40 V eingestellt wird.
8. Verfahren nach Ansprach 3, d ad u rch g ekennz e i c hnet, dass zum Aufschmelzen der Spritzdrähte zwischen diesen ein Strom I mit 200 A < I < 600 A, insbesondere 250 A < I < 500 A fließt.
9. Gleisbauteil (10) wie Weichenbauteile mit einer durch Lichtbogenspritzen aufgetragenen Aluminium enthaltenden Schicht (28), d a d u rc h gek ennz e i chnet, dass die Schicht (28) aus Aluminium und Silizium mit einem Verhältnis 3:2 < AI :
Si < 4:1 besteht oder diese enthält.
10. Gleisbauteil nach Anspruch 9, d a d u rc h g ek ennz e i c hn et. dass das Gleisbauteil (10) ein Gleitstuhl oder Weichenverschluss ist.
11. Gleisbauteil nach Ansprach 9, d a d u rch g ek enn ze i c h n e t, dass die Schicht aus Aluminium und Silizium im Verhältnis 3:1 auf das Gleisbauteil (10) aufgetragen ist.
12. Gleisbauteil nach Anspruch 9, d a d urch g ek e nn ze i c hn e t, dass die Schicht (28) eine Dicke d mit 0,2 mm < d < 2 mm, vorzugsweise 0,8 mm < d < 1.5 mm aufweist.
13. Gleisbauteil nach Anspruch 9, d ad u rch g ek enn ze i c hn et, dass die Schicht (28) auf einem hochfesten Stahl St 52 aufgetragen ist.
14. Gleisbauteil nach Anspruch 9, d a d u rch g ek e n nz e i c hn et, dass die Schicht (28) einschichtig ist.
PCT/EP2003/006782 2002-06-27 2003-06-26 Verfahren zum beschichten einer fläche eines gleisbauteils sowie gleisbauteil WO2004003296A1 (de)

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