WO2024051897A1 - Main body comprising a coating system - Google Patents

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WO2024051897A1
WO2024051897A1 PCT/DE2023/100671 DE2023100671W WO2024051897A1 WO 2024051897 A1 WO2024051897 A1 WO 2024051897A1 DE 2023100671 W DE2023100671 W DE 2023100671W WO 2024051897 A1 WO2024051897 A1 WO 2024051897A1
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coating system
layer
base body
carbide particles
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PCT/DE2023/100671
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Tobias Phillip Utsch
Dominik DOBRZANSKI
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HPL Technologies GmbH
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    • C23C28/02Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings only including layers of metallic material
    • C23C28/027Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings only including layers of metallic material including at least one metal matrix material comprising a mixture of at least two metals or metal phases or metal matrix composites, e.g. metal matrix with embedded inorganic hard particles, CERMET, MMC.
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    • C23C4/04Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
    • C23C4/06Metallic material
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    • B22F3/24After-treatment of workpieces or articles
    • B22F2003/241Chemical after-treatment on the surface
    • B22F2003/242Coating
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    • B23K2103/00Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/02Iron or ferrous alloys
    • B23K2103/04Steel or steel alloys
    • B23K2103/05Stainless steel

Definitions

  • the invention relates to a base body with a coating system, a powder material mixture with such a base body for a coating system of a base body, and a method with such a powder material mixture for coating a base body.
  • Brake discs are known in the prior art, for example, as inexpensive components made of gray cast iron.
  • a problem with cast brake discs is that they tend to corrode and do not have sufficient abrasion resistance, which contributes to increased particulate matter pollution.
  • the braking process of uncoated cast brake discs causes around 15% of a vehicle's total fine dust emissions.
  • These negative properties can be reduced by coating the brake disc base body.
  • Laser coating processes have generally prevailed over paint coatings because, for example, a functional layer can be created that achieves higher abrasion resistance, improved corrosion protection and a reduction in fine dust emissions.
  • a method known in the art for coating base bodies, for example brake discs, is flame spraying.
  • a welding filler material made of wire or powder is introduced into a nozzle.
  • the powder material used is conveyed uniformly from a powder container and guided by a conveying gas stream through the burner nozzle to the burner flame. This will ensures that melted or partially melted particles adhere to the surface to be coated, accelerated by the burning flame.
  • Flame spraying is a comparatively simple and inexpensive process, but the resulting coatings can have a relatively high porosity, there is no melt metallurgical connection to the base body and gas consumption is high.
  • LA laser deposition welding
  • LA is a welding process that uses laser radiation to melt the welding filler material used, supplied in powder form or wire form.
  • a powdery welding filler material is supplied, this powder material is guided to a processing point using carrier gas under a protective gas atmosphere.
  • the processing point is aligned with the base body surface.
  • a laser beam is focused on the processing point and melts the substrate and the powder material passing through the processing point. Powder particles of the powder material that have not been melted are completely melted in the melt pool.
  • the powder nozzle is moved over the surface using movable axes and creates weld beads.
  • a coating is created which essentially (i.e.
  • the so-called mixing zone consists of the powder material. This means that, for example, the composition of the powder material can be drawn directly from material tests on the finished coating. Underneath the coating is the mixing zone, which consists of additional material and substrate material. The melted powder material collects above the mixing zone and forms the coating system.
  • melt-metallurgical composite is formed regardless of the layer thickness and/or number of layers, thereby resulting in a technical improvement to, for example, thermally sprayed layers.
  • the melt metallurgical bond leads to a mixing between the coating and the substrate.
  • the mixing zone in LA is minimal compared to other welding processes be inferred accordingly from the coating to the coating material.
  • High-speed laser deposition welding [HVLA: High-Velocity Laser Application] emerged from the LA.
  • HVLA High-Velocity Laser Application
  • the welding filler material provided as a powder
  • the welding filler material is melted or melted using laser energy before it arrives on the substrate, i.e. above the substrate surface. This is achieved by crossing the powder streams to be melted in a so-called powder focus one or several millimeters above the substrate surface.
  • the HVLA is preferably carried out with the welding device in the earth's gravity field above the substrate. However, this may differ in some applications. Above means at least only at a distance from the substrate surface.
  • the powder focus is superimposed with a laser beam so that powder particles pass through the laser beam and shade it.
  • the ratio of the total laser power [LI] to the laser power reaching the substrate is usually calculated by those skilled in the art as the transmittance.
  • HVLA extreme high-speed laser deposition welding
  • the invention relates to a base body with a coating system, the coating system comprising at least one layer with a matrix alloy, at least one of the layers comprising at least the following elements in weight percent of the matrix alloy:
  • the coating system further comprising separately added carbide particles in at least one of the layers with the matrix alloy in a proportion of the total in question Location of at least 20% by volume to 70% by volume.
  • the weight percent does not refer to the finished coating system with the separately added carbide particles.
  • the separately added carbide particles correspond to the reinforcing material, while the matrix alloy forms the matrix in which the separately added carbide particles are embedded.
  • the carbide particles are classified as so-called hard material particles.
  • the separately added carbide particles are not only formed during the welding process using the so-called carbide formers, but rather as carbide particles (for example elementary pure and / or in a chemical composite), for example as titanium carbide [TiC], tungsten carbide [WC], vanadium carbide [VC], chromium carbide [Cr x C y ] or others can be added to the coating system.
  • the mass of the carbide particles varies greatly, for example titanium carbides are much lighter than tungsten carbides. These are therefore given in percent by volume [% by volume] with reference to the respective layer or to the entire coating system.
  • the mixing zone is free of separately added carbide particles, so no separately added carbide particles are contained there.
  • Percentages used in the preceding and following description are to be understood as percent by weight of the specified matrix alloy of a relevant layer, unless another definition (for example volume percent [vol.-%]) is explicitly stated.
  • the alloy of the coating system itself that can be formed using the matrix alloy of the welding material shown here (i.e. without the separately added carbide particles) already has excellent wear resistance and/or abrasion resistance.
  • carbide formers especially niobium, titanium and/or vanadium
  • this welding material it is possible to form the coating system by applying the welding material directly to the base body during deposition welding.
  • an intermediary primer a so-called adhesive layer, binding layer or buffer layer
  • a layer means an area of material with the same chemical composition or an application (possibly multiple layers) of chemically identical welding filler material. In the latter case, the areas of the respective mixing zones with adjacent material are ignored, for example a layer is defined up to the middle of a respective mixing zone.
  • a layer is formed one order in one pass from the beginning to the end, for example in the case of a friction surface of a brake disc from radially inside to outside or vice versa. Interruptions in the order between the beginning and the end due to the process or a result to be achieved are not significant.
  • a single layer is an application that is applied to a surface that is cold from a welding point of view and cools to a new surface (without further input of welding energy).
  • a single layer is not necessarily formed to cover a surface.
  • a single layer is not necessarily formed by a single welding device.
  • carbide particles and, if necessary, other hard material particles are added to the coating system (preferably as a component of the powder material). It was found that these hard material particles do not take part in the welding process and are therefore not melted. It should be noted that if the grain size is very small, hard material particles will melt or even evaporate. However, this proportion is negligible. For example, such hard material particles of a desired grain size are only melted on the surface or heated only in the deposition welding process.
  • hard material particles are additionally added depending on the position of a plurality of layers (forming the coating system).
  • the lowest layer i.e. closest to the base body
  • a plurality of (adjacent) lowest layers including the very lowest layer is free of separately added carbide particles, preferably free of hard material particles, i.e. no carbide particles or hard material particles are embedded.
  • the top (i.e. outside) layer or a plurality of (preferably adjacent) top layers, preferably including the very top layer is preferably free of separately added carbide particles, preferably free of hard material particles, i.e. no carbide particles or hard material particles embedded.
  • the carbide particles make up a proportion of the entire relevant layer of at least 20% by volume [twenty percent by volume] to 70% by volume, preferably from at least 35% by volume to 70% by volume or 20 % by volume to 60% by volume, particularly preferably from 40% by volume to 50% by volume, added separately.
  • the separately added carbide particles are larger than 1 m [one micrometer], particularly preferably greater than 1.5 pm [fifteen tenths of a micrometer],
  • the volume percent is measured according to the amount of welding filler material added. In one embodiment, the volume percent is measured according to the microscopically detectable number and its volume fraction in a micrograph of a coating system formed, with preference being given to separately added carbide particles only those having a grain size greater than 1 pm, particularly preferably greater than 1.5 pm, exhibit.
  • Metallographic analyzes known from the prior art are used here. In particular, after preparation and etching under the light microscope, the number of carbide particles, and preferably the surface area, can be determined directly by visual inspection, if necessary with computer-aided image recognition. The area percentage corresponds to the volume percent.
  • the volume percents are measured after a (preferably microscopic) examination of an external surface of a finished coating system.
  • the area proportion is equated to the volume proportion, at least when the layer forming the outer surface is provided with separately added carbide particles. If the layer forming the outer surface is free of separately added carbide particles, the protruding carbide particles and elevations in the otherwise smooth outer surface are counted and multiplied by an area factor, the area factor being multiplied, for example, by the square of the mean grain diameter with TT/2 [half the circle number].
  • the area factor is alternatively a different mathematical-statistical approximation of the area or volume of an average carbide particle.
  • the manufacturer's information is used as the mean grain diameter.
  • individual carbide particles are released from the coating system and they themselves and/or the remaining hole or holes that have already formed as a result of use (by releasing particles) are measured for their diameter and/or their respective area. Of the diameters or areas of the random The agent is formed using selected carbide particles and/or holes. The calculated product corresponds to the volume fraction. This method for determining the volume percent can be used regardless of the type of layer forming the outer surface.
  • the material of the coating system described here or the matrix alloy in the welding filler material is provided as an alloy of the welding material, for example as a wire or powder, whereby the powder material does not necessarily have to have the described composition in every powder particle, if necessary even varies greatly if different base materials are put together to form a powder mixture or are put together in-situ.
  • the desired separate carbide particles are added to the welding filler material, which, however, are not added to the welding material as particles that do not take part in the welding process, but are referred to as separately added particles.
  • Powder material or powder material mixture as used conceptually herein preferably refers to the welding material with which the coating system of the base body is produced. It should be understood that the welding material is preferably kept for deposition welding as a powder material for powder deposition welding.
  • Balanced as used conceptually herein preferably means that the amount of iron is adjusted accordingly (filling up to 100%) in order to achieve the specified weight percent of other components, so that the main component of a coating system proposed herein is an iron-based alloy.
  • This coating system represents a cost-effective coating system for a base body compared to a coating known from the prior art. This is achieved primarily through the use of niobium, titanium and/or vanadium, and preferably by avoiding relatively expensive ones Components, and a very small amount of them compared to previously known coatings.
  • the coating system proposed here additionally has properties that are advantageous for their use and is not excessively prone to cracking and/or pore formation, has a generally high corrosion resistance and good bonding of the weld layers, as well as a hardness that is advantageous for their use having.
  • the matrix alloy of the coating system comprises: iron; and preferably from 0.5 to 15.0% by weight vanadium; and preferably at most 4.0% by weight niobium; and further preferably at most 0.35% by weight titanium; and further preferably at most 0.3% by weight nickel; and more preferably from 0.3 to 3.0 wt% carbon; and more preferably from 10 wt% to 26 wt% chromium; and more preferably from 1.0 to 10% by weight of manganese; and more preferably from 0.05 to 1.0% by weight of molybdenum; and more preferably from 0.25 to 1.25% by weight of silicon; and more preferably at most 0.75% by weight tungsten; and more preferably at most 0.15% by weight phosphorus; and more preferably at most 0.25% by weight sulfur; and more preferably from 0.01 to 0.5% by weight nitrogen; and more preferably 0.01 to 0.09% by weight of oxygen.
  • Vanadium [V] is a relatively inexpensive component compared to tungsten [W], niobium [Nb] and/or titanium [Ti]. Vanadium, titanium and/or niobium serve primarily as so-called carbide formers in the coating system.
  • the welding material preferably contains no niobium and no titanium, at least not beyond usual impurities.
  • Vanadium carbide has a hardness of 2950 HVo,oi [two thousand nine hundred and fifty hardness Vickers], with 0.102 kp [one hundred and two thousandths of a kilopond] test force and a standard loading time of 10 s [ten seconds] to 15 s and a melting point of 2830 ° C [two thousand eight hundred and thirty degrees Celsius].
  • the resulting mixed carbides of type (Cr, Fe) 7C3 have a hardness of 1700 HV10 [one thousand seven hundred hardness Vickers] to 2100 HV10. From a content of around 0.6%, boron leads to a hardening of the (Cr, Fe) 7C3 carbides.
  • the most important hard materials besides Cr7C3 are the chromium carbides Cr3C2 and Cr23C6.
  • an increased hardness of the coating system can be achieved through a higher proportion of vanadium.
  • too high a proportion of vanadium can cause the grid to become too tense.
  • vanadium is used, the more additional carbide formers can be dispensed with, such as niobium and titanium, but also molybdenum. It should be noted that it is not necessary to replace the other carbides in the same amount because vanadium carbide occurs in a very finely divided form and is one of the very high-quality carbides due to its high hardness and high melting point.
  • Such a coating system preferably comprises at least 0.75% by weight, more preferably at least 1.0% by weight, more preferably at least 1.6% by weight, more preferably at least 2.5% by weight, and more preferably at least 5.0% by weight vanadium.
  • a relatively low proportion of vanadium is advantageous because it reduces the tendency to crack. Too little vanadium can However, it can be disadvantageous because a sufficiently high hardness may not be achieved.
  • the matrix alloy of the coating system comprises at most 15% by weight, preferably at most 12.5% by weight, more preferably at most 12% by weight and more preferably at most 10% by weight. % vanadium.
  • the matrix alloy of the coating system comprises: preferably from 0.5 to 15.0% by weight, more preferably from 0.75 to 15.0% by weight, more preferably from 1.0 to 15.0% by weight, more preferably from 1.6 to 15.0% by weight, more preferably from 2.5 to 15.0% by weight, more preferably from 5.0 to 15.0% by weight, more preferably from 0.5 to 12.5% by weight, more preferably from 0.75 to 12.5% by weight, more preferably from 1.0 to 12.5% by weight.
  • -% more preferably from 1.6 to 12.5% by weight, more preferably from 2.5 to 12.5% by weight, more preferably from 5.0 to 12.5% by weight, more preferred from 0.5 to 12.0% by weight, more preferably from 0.75 to 12.0% by weight, more preferably from 1.0 to 12.0% by weight, more preferably from 1.6 to 12.0% by weight, more preferably from 2.5 to 12.0% by weight and more preferably from 5.0 to 12.0% by weight, preferably from 0.5 to 10.0% by weight , more preferably from 0.75 to 10.0% by weight, more preferably from 1.0 to 10.0% by weight, more preferably from 1.6 to 10.0% by weight, more preferably from 2 .5 to 10.0% by weight and more preferably from 5.0 to 10.0% by weight of vanadium.
  • the coating system comprises a proportion of niobium.
  • a proportion of niobium is present in the coating system as a carbide former.
  • niobium is advantageous in order to keep the costs of the coating system low.
  • the matrix alloy of the coating system further comprises at most 4.0% by weight of niobium.
  • the matrix alloy of the coating system comprises: preferably at most 3.5% by weight, more preferably at most 3.0% by weight, more preferably at most 2.0% by weight , more preferably at most 1.0% by weight, more preferably at most 0.75% by weight, more preferably at most 0.5% by weight, more preferably at most 0.25% by weight, more preferably at most 0, 1% by weight and more preferably at most 0.01% by weight of niobium.
  • the coating system comprises a proportion of titanium.
  • a proportion of titanium is present in the coating system as a carbide former and/or corrosion protection element. At the same time, a relatively low proportion of titanium is advantageous in order to keep the costs of the coating system low.
  • the matrix alloy of the coating system further comprises at most 0.4% by weight of titanium.
  • the matrix alloy of the coating system comprises: preferably at most 0.35% by weight, more preferably at most 0.25% by weight, more preferably at most 0.1% by weight. % and more preferably at most 0.01% by weight of titanium.
  • the coating system comprises a proportion of nickel.
  • Nickel [Ni] in the coating system serves in particular to provide increased corrosion protection. A higher proportion of nickel also improves weldability. At the same time, a relatively low proportion of nickel is advantageous in order to reduce the proportion of substances that are harmful to health to a minimum can, or also in order to comply with more modern standards, such as the so-called REACH regulation.
  • the matrix alloy of the coating system further comprises at most 0.5% by weight of nickel, preferably at most 0.3% by weight, further at most 0.2% by weight, more preferably at most 0.1% by weight and more preferably at most 0.01% by weight of nickel.
  • the coating system comprises a proportion of carbon [C].
  • Carbon in the coating system serves in particular as a so-called carbide former.
  • a higher proportion of carbon can be detrimental to weldability.
  • the hardness can be advantageously increased through a higher proportion of carbon.
  • a relatively low proportion of carbon is advantageous in order to improve weldability.
  • a relatively low proportion of carbon also advantageously reduces the formation of cracks.
  • the matrix alloy of the coating system preferably further comprises at least 0.3% by weight of carbon.
  • the matrix alloy of the coating system preferably further comprises at least 0.5% by weight, more preferably at least 0.75% by weight, more preferably at least 1.0% by weight and more preferably at least 1.5% by weight of carbon.
  • Such a high proportion of carbon is beneficial for austenite formation. It should be noted that a high proportion of the carbon in the powder material reacts during deposition welding and does not arrive in the alloy of the coating system, for example with atmospheric oxygen that has penetrated into it. For example, in the alloy of the coating system with the The aforementioned amount in the welding material achieves a proportion of carbon in percent by weight of 0.5% to 1.5%.
  • the matrix alloy of the coating system more preferably comprises at most 4.5% by weight, more preferably at most 3.0% by weight, more preferably at most 2.5% by weight. and more preferably at most 2.0% by weight of carbon.
  • the matrix alloy of the coating system comprises: more preferably from 0.3 to 5% by weight, more preferably from 0.5 to 5% by weight, more preferably from 0, 75 to 5% by weight, more preferably from 1.0 to 5% by weight, more preferably from 1.5 to 5% by weight, more preferably from 0.3 to 4.5% by weight, further preferably from 0.5 to 4.5% by weight, more preferably from 0.75 to 4.5% by weight, more preferably from 1.0 to 4.5% by weight, more preferably from 1.5 to 4.5% by weight, more preferably from 0.3 to 3.0% by weight, more preferably from 0.5 to 3.0% by weight, more preferably from 0.75 to 3.0% by weight .-%, more preferably from 1.0 to 3.0% by weight, more preferably from 1.5 to 3.0% by weight, more preferably from 0.3 to 2.5% by weight, further preferably from 0.5 to 2.5% by weight, more preferably from 0.75 to 2.5% by weight, more preferably from 1.0 to 2.5% by weight, more preferably from 1.0 to 2.5% by weight, more preferably from
  • the coating system comprises a proportion of chromium.
  • Chromium is an important component for corrosion resistance, especially in water-containing solutions, such as (salt-added) rainwater. In combination with molybdenum it is particularly effective against pitting corrosion. The lower the proportion, the cheaper the welding material is. However, too little chromium can impair corrosion resistance dramatically. Chromium in the coating system prevents this, especially in the case of one (low) exposure to oxygen effectively leads to the formation of iron oxide - especially when processing under a protective gas atmosphere. A proportion of chromium in the coating system advantageously serves to increase corrosion protection and as a carbide former. In addition, chromium in the proposed welding material represents a component for the formation of hard phases.
  • a higher proportion of chromium increases the corrosion resistance of the coating system in particular.
  • the chromium is present freely in the matrix. This is particularly advantageous in order to be able to guarantee corrosion protection. Bound chromium in the form of chromium carbides may not contribute to corrosion protection.
  • vanadium is used as a sacrifice (sufficiently high) in the coating system proposed here, so that carbon is advantageously bound to vanadium and not to chromium.
  • the matrix alloy of the coating system more preferably comprises at least 10% by weight, more preferably at least 12.5% by weight, more preferably at least 13% by weight and more preferably at least 15.0% by weight chromium.
  • a proportion of at least 12.0% by weight of chromium in the coating system is particularly preferred.
  • the matrix alloy of the coating system more preferably comprises at most 25% by weight, more preferably at most 20% by weight of chromium.
  • the matrix alloy of the coating system more preferably comprises from 10% by weight to 25% by weight, more preferably from 12.5% by weight to 25% by weight, more preferably from 13% by weight to 25% by weight, more preferably from 15.0% by weight to 25% by weight, more preferably from 10% by weight to 20% by weight .-%, more preferably from 12.5% by weight to 20% by weight, more preferably from 13% by weight to 20% by weight, more preferably from 15.0% by weight to 20% by weight. -% chrome.
  • the coating system comprises a proportion of manganese.
  • Manganese [Mn] in the coating system is used in particular to improve weldability, strength and wear resistance, as well as to optimize hardenability. A pronounced balance of manganese is advantageous in order to avoid higher proportions of brittle phases.
  • the carbon together with the manganese supports the formation of austenite (face-centered cubic lattice structure of an iron alloy) and thus the desired toughness of the coating system.
  • the proportion of manganese is also an effective work hardening agent.
  • the matrix alloy of the coating system more preferably comprises at least 1.0% by weight, more preferably at least 1.25% by weight and more preferably at least 1.4% by weight , manganese.
  • the matrix alloy of the coating system more preferably comprises at most 10% by weight, more preferably at most 7.5% by weight and more preferably at most 6.5% by weight of manganese.
  • the matrix alloy of the coating system more preferably comprises from 1.0 to 10% by weight, more preferably from 1.25 to 10% by weight, more preferably from 1.4 to 10% by weight, more preferably from 1.0 to 7.5% by weight, more preferably from 1.25 to 6.5% by weight, more preferably from 1.4 to 6.5% by weight % and more preferably from 1.4 to 6.5% by weight, manganese.
  • the coating system comprises a proportion of molybdenum.
  • Molybdenum [Mo] in the coating system is particularly advantageous for improving weldability and fine grain formation.
  • molybdenum has the property of providing corrosion resistance to non-oxidizing solutions, such as hydrochloric acid, which also occur in the environment in non-negligible quantities.
  • Molybdenum is also another carbide former. A higher proportion of molybdenum increases the corrosion resistance in particular.
  • the matrix alloy of the coating system more preferably comprises at least 0.05% by weight, more preferably at least 0.1% by weight and more preferably at least 0.25% by weight Molybdenum.
  • the matrix alloy of the coating system more preferably comprises at most 1.0% by weight, more preferably at most 0.75% by weight and more preferably at most 0.6% by weight. Molybdenum.
  • the matrix alloy of the coating system more preferably comprises from 0.05 to 1.0% by weight, more preferably from 0.1 to 1.0% by weight, more preferably from 0.25 to 1.0% by weight, more preferably from 0.05 to 0.75% by weight, more preferably from 0.1 to 0.75% by weight, more preferably from 0.25 to 0.75% by weight, more preferably from 0.05 to 0.6% by weight, more preferably from 0.1 to 0.6% by weight and more preferably from 0.25 to 0.6% by weight.
  • -% molybdenum is preferably comprises from 0.05 to 1.0% by weight, more preferably from 0.1 to 1.0% by weight, more preferably from 0.25 to 1.0% by weight, more preferably from 0.05 to 0.75% by weight, more preferably from 0.1 to 0.75% by weight, more preferably from 0.25 to 0.75% by weight, more preferably from 0.05 to 0.6% by weight, more preferably from 0.1 to 0.6% by weight and more preferably from 0.25 to 0.6% by weight.
  • the coating system comprises a proportion of silicon.
  • the matrix alloy of the coating system further preferably comprises at least 0.1% by weight of silicon. In a further preferred embodiment of the base body with the coating system, the matrix alloy of the coating system more preferably comprises at least 0.25% by weight, more preferably at least 0.3% by weight, and more preferably at least 0.5% by weight. % silicon.
  • the matrix alloy of the coating system more preferably comprises at most 1.25% by weight, more preferably at most 1.0% by weight and more preferably at most 0.7% by weight. Silicon.
  • the matrix alloy of the coating system more preferably comprises from 0.25 to 1.25% by weight, more preferably from 0.3 to 1.25% by weight, more preferably from 0.5 to 1.25% by weight, more preferably from 0.25 to 1.0% by weight, more preferably from 0.3 to 1.0% by weight, more preferably from 0.5 to 1.0% by weight, more preferably from 0.25 to 0.7% by weight, more preferably from 0.3 to 0.7% by weight, and more preferably from 0.5 to 0.7% by weight .-% silicon.
  • the coating system comprises a proportion of tungsten.
  • tungsten [W] is advantageous as a carbide former (for example for a highly friction-resistant and/or highly heat-resistant surface).
  • it is particularly advantageous in small quantities as a mixed crystal solidifier and for the high-temperature resistance of the coating system.
  • Tungsten carbides have proven to be an effective hard material additive in the state of the art, especially in so-called dual-layer systems. They significantly increase the hardness of a welded layer. The disadvantage is that they make the welding process more difficult because an even distribution of the carbides in the melt must be ensured. In addition, melting of the carbides should be prevented in order to utilize the technological advantage of the carbides and reduce the risk of the matrix becoming brittle. In addition, their high price is a problem for economic viability. A higher proportion of tungsten in particular advantageously increases the high-temperature strength of the coating system. Tungsten also serves advantageously as a carbide former. However, a high proportion of tungsten can be uneconomical due to high material costs.
  • the matrix alloy of the coating system more preferably comprises at most 0.75% by weight, more preferably at most 0.6% by weight, more preferably at most 0.5% by weight , more preferably at most 0.25% by weight, more preferably at most 0.05% by weight, and more preferably at most 0.01% by weight of tungsten.
  • the coating system comprises a proportion of phosphorus.
  • a relatively low proportion of phosphorus [P] is advantageous because phosphorus is a disadvantage as a steel pest.
  • the matrix alloy of the coating system more preferably comprises at most 0.15% by weight, more preferably at most 0.1% by weight, more preferably at most 0.05% by weight , and more preferably at most 0.25% by weight of phosphorus.
  • the coating system comprises a proportion of sulfur.
  • the matrix alloy of the coating system more preferably comprises at most 0.25% by weight, more preferably at most 0.1% by weight and more preferably at most 0.01% by weight , sulfur.
  • the coating system comprises a proportion of nitrogen.
  • Nitrogen can be used as an alloying component.
  • the matrix alloy of the coating system more preferably comprises at most 0.5% by weight, more preferably at most 0.25% by weight, and more preferably at most 0.1% by weight. % nitrogen.
  • the matrix alloy of the coating system more preferably comprises at least 0.01% by weight, more preferably at least 0.02% by weight and more preferably at least 0.05% by weight Nitrogen.
  • the matrix alloy of the coating system more preferably comprises from 0.01 to 0.5% by weight, more preferably from 0.02 to 0.5% by weight, more preferably from 0.05 to 0.5% by weight, more preferably from 0.01 to 0.25% by weight, more preferably from 0.02 to 0.25% by weight, more preferably from 0.05 to 0.25% by weight, more preferably from 0.01 to 0.1% by weight, more preferably from 0.02 to 0.1% by weight, more preferably from 0.05 to 0.1% by weight. -% nitrogen.
  • the coating system comprises a proportion of oxygen.
  • a relatively low proportion of (elemental) oxygen [O] is advantageous because this can lead to embrittlement and other negative properties. It is worth mentioning that some of the other alloy components described can also have a deoxidizing effect. The person skilled in the art will recognize that oxygen should advantageously be avoided, and other alloy components can also be designed to counteract oxygen contamination.
  • the matrix alloy of the coating system further preferably comprises 0.01 to 0.09% by weight of oxygen.
  • the coating system according to the present invention can be suitable for coating any base body that requires wear protection and corrosion protection.
  • base body preferably refers to a component that requires wear protection and corrosion protection.
  • the coating system proposed here can be used in the form of a single-layer coating system, i.e. can be applied directly to the base body. This significantly simplifies the process for producing coated base bodies and therefore makes it more cost-effective.
  • the coating system is designed as a single layer.
  • the single-layer coating system as used conceptually herein preferably refers to a coating system which is applied as a layer to the surface of the base body to be coated, with no primer being used.
  • the presence of a single-layer coating can be determined using a cross-sectional image.
  • Metallographic analyzes known from the prior art are used here.
  • the number of layers can be determined directly by visual inspection.
  • the single-layer coating consists of the actual functional layer, which is usually referred to as a friction layer when used in a brake disc and similar applications, and is not applied to a primer.
  • One criterion is the carbon content of the material. In general, the higher the carbon content, the harder a material is to weld.
  • a binding layer made of a material that can be easily welded is placed between the substrate (surface of the base body to be coated) and the weld seam that actually forms or enables the desired properties of the newly formed outer surface.
  • the material of the binding layer is selected so that it achieves both a melt metallurgical bond to the substrate and can also create a bond to the layer above.
  • the coating system is designed in multiple layers, with at least a first layer being formed without separately added carbide particles, and with at least one layer arranged higher up, preferably a penultimate and/or last layer the matrix alloy is formed with the separately added carbide particles.
  • the at least one first layer, and optionally a last layer is formed from the matrix alloy, wherein more preferably the matrix alloys of the first layer and the layer with the separately added carbide particles, particularly preferably all layers, are identical .
  • no primer is preferably provided or such a primer (at the bottom) is provided from a first layer the above description.
  • This (at least one) first layer is preferably formed with a matrix alloy according to the description here, particularly preferably without separately added carbide particles.
  • the matrix alloy of this at least one first layer and the further layer containing carbide particles is not necessarily identical.
  • the proportion of chromium [Cr], carbide formers or other elements that tend to become brittle is lower than in the layer containing carbide particles.
  • the first layer and/or third layer is omitted, i.e. only a first layer and a second layer or only a second layer and a third layer or only a second layer is formed, preferably in each case without a primer.
  • the base body it is further proposed in an advantageous embodiment of the base body that at least the layer with the matrix alloy and the separately added carbide particles of the coating system is applied by means of high-speed laser deposition welding, preferably with an area rate of at least 500 cm 2 /min to a reference - Layer thickness of 100 pm.
  • the coating system is provided by means of a method for coating a base body with a coating system according to the preceding description and/or a powder material mixture according to the following description, by means of deposition welding, for example LA and/or HVLA an area rate of at least 500 cm 2 /min [five hundred square centimeters per minute],
  • an area rate of at least 500 cm 2 /min, preferably at least 850 cm 2 /min makes the coating process particularly economical.
  • An area rate is preferably normalized herein to a layer height of 100 pm [one hundred micrometers]. This means that if a lower layer height is desired, a higher area rate is achieved, for example, by increasing the feed rate while the process parameters are otherwise the same.
  • the coating system is designed as a single-layer coating system, a significant increase in economic efficiency can be achieved compared to a two-layer system with similar area rates, because the production of two-layer coatings known in the prior art is due to the correspondingly larger number of layers and / or a necessary Converting the device for a different powder material takes longer.
  • the coating system proposed here is not limited to being designed as a single-layer coating.
  • the coating system has a hardness of 300 HVo.oi to 1100 HVo.oi.
  • the coating system preferably has a hardness of at least 350 HVo.oi, more preferably at least 400 HVo.oi, more preferably at least 450 HVo.oi and more preferably at least 500 HVo.oi. In one embodiment, the coating system preferably has a hardness of at most 700 HVo.oi, and more preferably at most 600 HVo.oi.
  • the values given relate to the pure welding material, i.e. the matrix alloy without separately added carbide particles of the stated hardness having.
  • high values for example the 1100 HVo.oi, are determined statistically averaged, with the hardness measured on a carbide particle and the hardness measured on the matrix alloy being calculated weighted according to the area fraction and/or the volume percent.
  • a proportion of separately added carbide particles comprises at least 35% by volume, preferably at least 40% by volume, more preferably at least 50% by volume.
  • the separately added carbide particles are selected from titanium carbides and/or tungsten carbides, with particularly preferably the separately added carbide particles being exclusively titanium carbides.
  • Titanium carbides are particularly cost-effective. Tungsten carbides are suitable for higher temperatures, for example for a coating system on a brake disc for a sports car braking system.
  • the base body is a gray cast iron base body and/or a brake disc.
  • the person skilled in the art will immediately recognize that such a base body can benefit from the coating system, which is exposed to increased wear, friction or other mechanical stress.
  • the coating system is particularly advantageous for base bodies that serve as braking devices, for example brake discs. Brake discs are particularly high Exposed to wear and corrosion.
  • the coating system proposed here counteracts wear and corrosion in a particularly advantageous manner and protects the base body.
  • the coating system advantageously achieves a base body which also achieves a particularly advantageous reduction in fine dust, such as that required in ELIRO7.
  • the carbide particles have a grain size window of 6 pm to 120 pm, preferably comprising at least one, particularly preferably exclusively one, of the following separate grain size windows:
  • the grain size window specified here is a trade-off between the required layer thickness or total thickness of the coating system and a good solidification effect. If the grain size window is too large, statistically some carbide particles can no longer be integrated well into the matrix alloy and will detach from the matrix alloy under load. This in turn can lead to opposite results, for example when used as a friction surface of a brake disc, if such dissolved carbide particles eat into a brake pad and thus lead to the formation of grooves in the friction surface of the brake disc. If the grain size window is too small, the desired wear resistance results will not be achieved.
  • a powder material mixture is proposed for a coating system of a base body according to an embodiment according to the above description, wherein the powder material mixture contains the elements of the matrix alloy and the carbide particles to be added separately.
  • the powder material mixture proposed here makes it possible to create the coating system proposed above. At the same time, it is particularly simple and therefore cost-effective for the powder material mixture to already contain the carbide particles to be added separately, so that they do not have to be added separately.
  • a method for coating a base body according to an embodiment according to the above description and / or a powder material mixture according to an embodiment according to the above description is proposed, wherein at least one, preferably all, of the layers by means of deposition welding, preferably laser deposition welding, particularly preferably high-speed - Laser deposition welding is applied, preferably with an area rate of at least 500 cm 2 /min to a reference layer thickness of 100 pm.
  • deposition welding preferably laser deposition welding, particularly preferably high-speed - Laser deposition welding is applied, preferably with an area rate of at least 500 cm 2 /min to a reference layer thickness of 100 pm.
  • laser deposition welding requires less energy, but at the same time the energy intensity of, for example, high-velocity flame spraying [HVOF] can reach similar values and is therefore suitable for producing a coating system, for example using the powder material mixture described above.
  • HVOF high-velocity flame spraying
  • the advantages of laser deposition welding, especially high-speed laser deposition welding [HVLA], is the quality and lower achievable layer thickness of the coating system, so that not only less energy is required for the respective welding process, but also less material and possibly can also be achieved in a shorter time and thus also requires less energy.
  • the respective advantages depend heavily on the application at hand.
  • Fig. 1 a coating device with a base body
  • Fig. 2 a section of a schematic micrograph of a coated base body
  • Fig. 3 a micrograph of an embodiment according to Example No. 3;
  • Fig. 4 Example No. H according to Table 1;
  • Fig. 5 Example No. W according to Table 1;
  • Fig. 6 a coating system on a brake disc
  • Fig. 7 an alternative coating system on a brake disc
  • Fig. 8 an enlargement of the micrograph from Fig. 3;
  • Fig. 9 a hardness measurement according to Vickers
  • Fig. 10 first brake discs before and after a corrosion resistance test
  • Fig. 11 second brake discs before and after a corrosion resistance test
  • Fig. 12 a micrograph through the right brake disc according to Fig. 11.
  • a coating device 10 with a base body 1, for example a brake disc 7, is shown in a schematic view.
  • the coating device 10 shown here includes (here two) storage containers 15 for the welding material, for example for a powder mixed from two powder components.
  • the powder is, for example, partly metallic and partly an additive, for example hard material particles, which are used, for example, in a friction coating of a brake disc 7.
  • a supply line 16 is connected to the storage container 15 and opens into one Feed device 12, here an annular gap nozzle.
  • a flow measurement 17 is arranged at a bypass line 18 and thus the flow in the supply line 16 (extrapolated from the data of the bypass line 18) can be detected by means of the flow measurement 17.
  • the feed device 12 (here annular gap nozzle) is aligned in such a way that the (here powdery) welding material can be fed into a focus and the focus can be moved in a defined manner by means of a feed actuator 13 (here indicated only schematically for a single feed direction in the image plane from right to left).
  • the coating device 10 further comprises a welding device 11, here for example a laser for LA, preferably for HVLA.
  • the welding device 11 is set up in such a way that the welding material (here by the laser) is melted or melted in the focus, so that the welding material (preferably in a melt pool) in the region (as shown) below the focus in the surface 21 of the base body to be coated 1 hits and thus (after curing) a coating is formed on the workpiece.
  • FIG. 2 a section of a micrograph of a coated base body 1, for example a brake disc 7, is shown schematically.
  • a coating system 2 is formed with several (purely optionally two) layers 3,4.
  • the lowest (first) layer 3 is formed solely from the matrix alloy 5.
  • the upper or outer (second) layer 4 is formed from a matrix alloy 5 and separately added carbide particles 6, which are shown here in different grain sizes as a representation of the grain size window 8.
  • the second layer 4 is preferably produced directly from a premixed powder material mixture 9 as a welding filler material.
  • the powder material is used in an HVLA process using a device, as shown schematically in FIG. 1, and applied as a coating to a gray cast iron base body.
  • the hard material particles used which improve wear protection, should be replaced by naturally hard materials.
  • the iron-based alloy is intended to replace the tungsten carbide used in the prior art as a hard material.
  • a matrix alloy is used, for example, as described above. It should be noted that the powder material mentioned here can be applied directly to the surface of the gray cast iron base body to be coated or to a previously applied PS (also referred to as HS). It is irrelevant whether the respective layer is formed in a single pass or in several passes (i.e. in multiple layers).
  • the weld layers and therefore their number can no longer be identified in a layer with a single powder material.
  • the number of layers in a layer is determined for a required minimum thickness and/or for a guaranteed coverage due to the track width of the weld beads, which are laterally rounded due to the process.
  • Table 1 Chemical analysis of welding material applied as a coating to a base body in percent by weight
  • Table 1 embodiments No. 1 to No. 9 of the present invention and No. W and No. H are shown as demarcations and not belonging to the invention, which were examined for their composition by chemical analysis.
  • Table 1 shows the composition by element and in percent by weight. Iron (Fe) is present in a balanced (bal) amount.
  • coatings according to the present invention are applied to the PS (also referred to as HS) as a functional layer (in this case designed as a friction layer), which comprise a high proportion of titanium carbides.
  • the PS here is an AISI 316 steel.
  • the friction layer is the coating proposed herein, namely in this example according to Example No. 2 above (see Table 1).
  • Table 2 shows various examples (No. 10 to No. 13) and compares them with regard to their properties when used with a gray cast iron brake disc.
  • Table 2 describes the layers and shows the carbide content and the grain size of the carbides in the carbide content.
  • the carbide content in Table 2 refers to those carbides that are added during the welding process (using HVLA) in addition to the powder material, which is applied as a friction layer. It should be understood that this does not refer to the carbides as present in the powder material or formed during the welding process as described above. It should be noted that these additional carbides entered the powder focus and are therefore entered directly into the liquid material.
  • the carbides themselves, provided they have the specified grain size, are not melted because the respective intrinsic melting temperature is significantly above the process temperatures.
  • the carbides are available as powder material with the specified grain size or grain size window.
  • PS in Table 2 stands for buffer layer, which is formed from the AISI 316 steel specified below.
  • RS stands for the functional layer, i.e. here the friction layer, which is mixed with the respective carbide, i.e. 50% by weight in the respective layer or (in example no. 10 and no. 11)
  • the carbides are TiC [titanium carbide].
  • WC tungsten carbide
  • the grain size windows can be viewed approximately as a Gaussian distribution, in which a negligible amount of the powder is smaller than the minimum value and larger than the maximum value of the grain size window.
  • the grain size windows are usually achieved by manufacturers through sieving. Example product from manufacturers such as Durum Wear Protection GmbH, HC Starck Tungsten GmbH, Deutschen für Wolfram Industries mbH or Höganäs Germany GmbH.
  • the PS is formed from a material commonly referred to as austenitic stainless steel.
  • the alloy 1.4404 also known as 316L or AISI 316, which has very good corrosion resistance due to its high chromium content and high molybdenum content in conjunction with a low carbon content.
  • the annealed strength is approximately 600 MPa [six hundred mega-pascals] for large diameters, but can be increased by cold working for small sections.
  • the friction layer is referred to as RS_1, which consists of stainless steel, here more precisely the alloy 1.4016 or 430L.
  • the friction layer which is made of the same material as the PS, is designated as RS_2 (in examples No. 11 and No. 12). The values are given according to DIN EN 10095:2018, Appendix D.
  • the friction layer (in Example No. 13) is designated as RS_3, which is formed from the material from Example No. 2 (see Table 1).
  • WLTP Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedure
  • Table 3 shows the results of the performance test.
  • the symbol O stands for average performance, symbol - for poor performance, symbol -- for very poor performance and symbol + for good to very good performance.
  • Evaluation criteria for the performance of the brake disc are the abrasion in the form of a profile height variance over the radius of the brake disc, i.e. the distance between the highest and lowest points on the surface of the brake disc.
  • a profile height variance of less than 3 pm [three micrometers] is considered good, and 7 pm is considered poor.
  • An average coefficient of friction of 0.48 [forty-eight hundredths] is rated as very good, with a pressure of 20 bar [twenty bar], 30 bar and 40 bar on a piston with a diameter of 57 mm [fifty-seven millimeters] on a brake disc with 330 mm [three hundred and thirty millimeters] has been abandoned.
  • An average coefficient of friction of less than 0.45 is rated as poor.
  • the evaluation criteria for the performance of the brake pads is whether grains have eaten into the brake disc, which lead to the formation of grooves in the surface of the brake disc, and whether grooves have formed on the brake pads themselves. This is done after a visual inspection. For comparison, a condition of a brake pad that is rated as poor in this context is shown in FIG. 6 (Example No. 12). A condition of a brake pad rated as very good in this context is shown in Fig. 7 (Example No. 13).
  • Example No. 3 shows a micrograph of an embodiment according to Example No. 3 according to Table 1 above of the coating proposed herein, in which the following parameters were achieved:
  • Beam intensity about 1300 W/mm 2 [one thousand three hundred watts per square millimeter]
  • Powder mass density 0.2 mg/mm 3 mg/mm 3 [one hundred and twelve tenths of a milligram per cubic millimeter]
  • 4 and 5 show an embodiment of the coating, which is made from a powder material.
  • 4 shows the result of Example No. H according to Table 1, an increased hard phase due to an increased chromium content compared to the coating from FIG. or chipping. Due to the increased hard phase, the layer hardness increases to > 450 HVo,oi.
  • Fig. 5 shows an embodiment of the coating according to Example No. W according to Table 1, which is made from a powder material. As a result, Fig. 5 shows a reduced hard phase with a high-quality coating result. Due to the reduced hard phase, the hardness is around 350 HVo.oi.
  • Fig. 6 shows photographs of brake disc 7 and brake pad (each on a brake pad) in a brake system.
  • the two rows of illustrations in Fig. 6 and Fig. 7 show the result on the inside (bottom row) and outside (top row), with the right image showing the brake disc 7 and the left image showing the side of the brake disc shown on the right 7 associated brake pads.
  • a driving cycle test can be carried out over 7 days.
  • a coating according to Example 12 and Examples 3 according to Table 2 essentially the following results can be achieved:
  • Fig. 7 shows the result on the inside and outside when using a coating according to Example No. 13.
  • the suitability of the coating according to Example No. 13 is significantly improved compared to the coating according to Example 12 (see circled and arrow-caused damage in Fig. 4a ).
  • the comparisons after visual evaluation of the coatings tested in Example 12 and Example 13 clearly show that the coating according to Example 13 is superior to the examples shown in the prior art in all tested parameters.
  • Fig. 8 is an enlargement of the micrograph from Fig. 3 with the same material combination and with respect to a display of the length of 100 pm shown.
  • the cross-sectional sample was analyzed using energy dispersive X-ray spectroscopy EDX [according to DIN ISO 22309 as of November 2015].
  • EDX energy dispersive X-ray spectroscopy
  • the measurement took place in the axial direction of the brake disc 7, from top to bottom to the base body 1 (compare the middle illustration).
  • An almost defect-free coating and a melt metallurgical bond were found within the coated surface 21, and an inhomogeneity was also found using EDX analysis.
  • the spectroscopic analysis is shown on the right and illustrates the transition from base body 1 to the coating.
  • FIG. 9 shows a hardness measurement according to Vickers [according to EN ISO 6507-1:2018] on a cross section of a brake disc 7 with a coated surface 21 according to FIG. 3 with respect to a display of the length of 30 pm in a scanning electron microscope representation.
  • a section of the polished cross section is shown at the bottom left.
  • the indentations of the Vickers test specimen can be seen in a cross shape on the cross sections at the bottom left and right.
  • the hardness test here ran axially through the coating and orthogonally, approximately in the middle within the coating.
  • the test parameters here were 10 ponds of indentation force with a 15 second increase in force and a hold time of 20 seconds.
  • the Vickers hardness determined over the horizontal series of measurements is shown at the top left of the illustration.
  • the Vickers hardness is almost constant along the horizontal with a value of 400 HVo,oi.
  • Fig. 10 and Fig. 11 two brake discs 7 are shown from both sides before and after a corrosion resistance test [according to the draft of ISO/DIS 9227:2021], with the outside shown at the top and the inside shown at the bottom.
  • a brake disc 7 is shown with a coating which is not based on the invention (two-layer structure, with PS [buffer layer] and RS [friction layer] made of AISI 316).
  • the pot of the brake disc 7 is free of a coating.
  • the pot is subject to significantly more corrosion than the contact surface of the brake disc 7.
  • 11 shows a brake disc 7 with a coating based on the invention, namely in a single-layer structure without PS [buffer layer] and with RS [friction layer] (i.e. applied directly to the base body 1) according to Example No. 3 in Table 1 .
  • Analogous to the left brake disc 7, the pot here is also free of a coating, so that it is also subject to similar or the same corrosion as the left brake disc 7. Both contact surfaces of the brake discs 7 only show little to no corrosion in this view.
  • FIG. 12 shows a microscopic close-up of a microscopic image through the right brake disc 7 according to FIG. 11.
  • the coating only has surface rust 19 at its upper end (see upper arrow), but this has not spread into the coating or only to a very small extent.
  • the edge area of the brake disc 7 is not coated and has underlying corrosion there, so that the base body 1 has been attacked (see lower arrow).
  • this undercorrosion is within an acceptable target range, which is below the standards at the time of the corrosion resistance test, and within the requirements required by the market.
  • Base body Coating system first layer second layer Matrix alloy Carbide particles Brake disc Grain size window Powder material mixture Coating device Welding device Feed device Feed actuator Brake medium Storage container Supply line Flow measurement Bypass line Surface rust Welding beam Surface to be coated

Abstract

The invention relates to a main body (1) comprising a coating system (2), the coating system (2) comprising at least one layer (3, 4) having a matrix alloy (5), at least one of the layers (3, 4) comprising at least the following elements in wt.% of the matrix alloy (5): iron; from 10 wt.% to 26 wt.% chromium; from 0.3 wt.% to 5 wt.% carbon; and from 0.5 wt.% to 15 wt.% the sum of niobium, titanium and vanadium, wherein the coating system (2), in at least one of the layers (4) having the matrix alloy (5), also comprises separately added carbide particles (6) in a proportion of at least 20 vol.% to 70 vol.% of the entire layer (4). The proposed main body comprising a coating system makes it possible to achieve an outstandingly corrosion-resistant and wear-resistant surface, especially for the friction surface of a brake disc.

Description

Grundkörper mit einem Beschichtunqssystem Base body with a coating system
Die Erfindung betrifft einen Grundkörper mit einem Beschichtungssystem, eine Pulverwerkstoffgemisch mit einem solchen Grundkörper für ein Beschichtungssystem eines Grundkörpers, sowie ein Verfahren mit einer solchen Pulverwerkstoffgemisch zum Beschichten eines Grundkörpers. The invention relates to a base body with a coating system, a powder material mixture with such a base body for a coating system of a base body, and a method with such a powder material mixture for coating a base body.
In der Industrie, beispielsweise der Automobilindustrie, ist die Abwägung von Qualitätskriterien von Bauteilen unter einem hohen Kostenbewusstsein eine immerwährende Herausforderung. Zunehmend gewinnen auch Fragen der Nachhaltigkeit in dieser Gleichung an Relevanz. Auf dem Gebiet der Bremsscheiben, oder anderer beschichteter Teile, welche hohen Beanspruchungen ausgesetzt sind, wird dieses Problem besonders deutlich. In industry, for example the automotive industry, balancing the quality criteria of components with a high level of cost awareness is a constant challenge. Sustainability issues are also becoming increasingly relevant in this equation. This problem becomes particularly evident in the area of brake discs or other coated parts that are exposed to high stress.
Bremsscheiben sind im Stand der Technik beispielsweise als kostengünstige Bauteile aus Grauguss gefertigt bekannt. Ein Problem von Gussbremsscheiben ist jedoch, dass sie zu Korrosion neigen und eine nicht ausreichende Abriebfestigkeit zeigen, was zu einem Beitrag erhöhter Feinstaubbelastung führt. Durch den Bremsvorgang von unbeschichteten Gussbremsscheiben werden beispielsweise etwa 15 % der gesamten Feinstaubemission eines Fahrzeugs verursacht. Diese negativen Eigenschaften können durch eine Beschichtung der Bremsscheibengrundkörper vermindert werden. Dabei haben sich Laserbeschichtungsverfahren im Allgemeinen gegenüber Lackbeschichtungen durchgesetzt, weil hierdurch beispielsweise eine Funktionsschicht erzeugbar ist, welche eine höhere Abriebfestigkeit, einen verbesserten Korrosionsschutz und eine Verringerung der Feinstaubemission erreicht. Brake discs are known in the prior art, for example, as inexpensive components made of gray cast iron. However, a problem with cast brake discs is that they tend to corrode and do not have sufficient abrasion resistance, which contributes to increased particulate matter pollution. For example, the braking process of uncoated cast brake discs causes around 15% of a vehicle's total fine dust emissions. These negative properties can be reduced by coating the brake disc base body. Laser coating processes have generally prevailed over paint coatings because, for example, a functional layer can be created that achieves higher abrasion resistance, improved corrosion protection and a reduction in fine dust emissions.
Ein im Stand der Technik bekanntes Verfahren zum Beschichten von Grundkörpern, beispielsweise Bremsscheiben, ist das Flammspritzen. Hierbei wird ein Schweißzusatzwerkstoff aus Draht oder Pulver in eine Düse eingeführt. Bei einer Zufuhr von einem pulverförmigen Schweißzusatzwerkstoff wird das verwendete Pulvermaterial aus einem Pulverbehälter gleichmäßig gefördert und von einem Fördergasstrom durch die Brennerdüse zur Brennerflamme geführt. Hierdurch wird erreicht, dass geschmolzene oder angeschmolzene Partikel zudem von der Brennflamme beschleunigt auf der zu beschichtenden Oberfläche anhaften. Das Flammspritzen ist ein vergleichsweise einfaches und kostengünstiges Verfahren, wobei die resultierenden Beschichtungen jedoch eine relativ hohe Porosität aufweisen können, eine schmelzmetallurgische Verbindung mit dem Grundkörper fehlt und der Gasverbrauch hoch ist. A method known in the art for coating base bodies, for example brake discs, is flame spraying. Here, a welding filler material made of wire or powder is introduced into a nozzle. When a powdery welding filler material is supplied, the powder material used is conveyed uniformly from a powder container and guided by a conveying gas stream through the burner nozzle to the burner flame. This will ensures that melted or partially melted particles adhere to the surface to be coated, accelerated by the burning flame. Flame spraying is a comparatively simple and inexpensive process, but the resulting coatings can have a relatively high porosity, there is no melt metallurgical connection to the base body and gas consumption is high.
Eine Alternative stellt das Laserauftragschweißen [LA] dar, bei welchem beispielsweise eine geringere Porosität bei vermindertem Gasverbrauch erreichbar ist. Das LA ist ein Schweißverfahren, welches mittels Laserstrahlung den verwendeten Schweißzusatzwerkstoff, zugeführt in Pulverform oder Drahtform, aufschmelzt. Bei einer Zufuhr von einem pulverförmigen Schweißzusatzwerkstoff wird dieser Pulverwerkstoff mittels Trägergas unter Schutzgasatmosphäre zu einem Bearbeitungspunkt geführt. Der Bearbeitungspunkt ist dabei auf die Grundkörperoberfläche ausgerichtet. Ein Laserstrahl wird auf den Bearbeitungspunkt fokussiert und schmelzt das Substrat sowie den Bearbeitungspunkt passierende Pulverwerkstoff auf. Nicht aufgeschmolzene Pulverpartikel des Pulverwerkstoffs werden im Schmelzbad komplett aufgeschmolzen. Die Pulverdüse wird mittels verfahrbarer Achsen über die Oberfläche bewegt und erzeugt dabei Schweißraupen. Es entsteht eine Beschichtung, welche im Wesentlichen (also unter technischer Toleranz vollständig abgesehen von einem Übergangsbereich, der sogenannten Aufmischungszone) aus dem Pulverwerkstoff besteht. Hierdurch kann beispielsweise auch bei Matenaluntersuchungen an der fertigen Beschichtung unmittelbar auf die Zusammensetzung des Pulverwerkstoffs geschlossen werden. Unter der Beschichtung befindet sich die Aufmischungszone die aus Zusatzmaterial und Substratmaterial besteht. Der aufgeschmolzene Pulverwerkstoff sammelt sich über der Aufmischungszone und bildet das Beschichtungssystem. An alternative is laser deposition welding [LA], in which, for example, lower porosity can be achieved with reduced gas consumption. LA is a welding process that uses laser radiation to melt the welding filler material used, supplied in powder form or wire form. When a powdery welding filler material is supplied, this powder material is guided to a processing point using carrier gas under a protective gas atmosphere. The processing point is aligned with the base body surface. A laser beam is focused on the processing point and melts the substrate and the powder material passing through the processing point. Powder particles of the powder material that have not been melted are completely melted in the melt pool. The powder nozzle is moved over the surface using movable axes and creates weld beads. A coating is created which essentially (i.e. completely within technical tolerance apart from a transition area, the so-called mixing zone) consists of the powder material. This means that, for example, the composition of the powder material can be drawn directly from material tests on the finished coating. Underneath the coating is the mixing zone, which consists of additional material and substrate material. The melted powder material collects above the mixing zone and forms the coating system.
Ein Fachmann wird dabei unmittelbar anerkennen, dass sich unabhängig von der Schichtdicke und/oder Lagenanzahl ein schmelzmetallurgischer Verbund ausbildet, wobei hierdurch eine technische Verbesserung zu beispielsweise thermisch gespritzten Schichten entsteht. Der schmelzmetallurgische Verbund führt dabei zu einer Aufmischung zwischen Beschichtung und Substrat. Weil die Aufmischungszone jedoch beim LA, im Vergleich zu anderen Schweißverfahren, minimal ist, kann entsprechend an der Beschichtung auf den Beschichtungswerkstoff geschlossen werden. A person skilled in the art will immediately recognize that a melt-metallurgical composite is formed regardless of the layer thickness and/or number of layers, thereby resulting in a technical improvement to, for example, thermally sprayed layers. The melt metallurgical bond leads to a mixing between the coating and the substrate. However, because the mixing zone in LA is minimal compared to other welding processes be inferred accordingly from the coating to the coating material.
Aus dem LA ist das Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen [HVLA: High- Velocity Laser Application] hervorgegangen. Um höhere Vorschubgeschwindigkeiten als beim LA zu erreichen, wird beim HVLA der Schweißzusatzwerkstoff, bereitgestellt als Pulver, bereits vor Eintreffen auf dem Substrat, also über der Substratoberfläche, mittels der Laserenergie aufgeschmolzen oder angeschmolzen. Dies wird erreicht, indem die zu schmelzenden Pulverströme in einem sogenannten Pulverfokus ein oder mehrere Millimeter oberhalb der Substratoberfläche gekreuzt werden. Es sei darauf hingewiesen, dass das HVLA bevorzugt mit der Schweißeinrichtung im Erdschwerefeld oberhalb des Substrats ausgeführt wird. Dies kann aber in einigen Anwendungen abweichen. Oberhalb bedeutet also zumindest lediglich mit Abstand zu der Substratoberfläche. Der Pulverfokus wird mit einem Laserstrahl überlagert, sodass Pulverpartikel den Laserstrahl passieren und dabei abschatten. Hierdurch erreicht nicht die gesamte Energie des Lasers die Oberfläche des Substrates. Das Verhältnis der gesamten Laserleistung [LI] zu derjenigen das Substrat erreichenden Laserleistung wird vom Fachmann üblicherweise als Transmissionsgrad berechnet. Durch Einstellen verschiedener Verfahrensparameter und des resultierenden Transmissionsgrades ist mittels HVLA eine Beschichtung als schmelzmetallurgischer Verbund erreichbar. High-speed laser deposition welding [HVLA: High-Velocity Laser Application] emerged from the LA. In order to achieve higher feed speeds than with LA, with HVLA the welding filler material, provided as a powder, is melted or melted using laser energy before it arrives on the substrate, i.e. above the substrate surface. This is achieved by crossing the powder streams to be melted in a so-called powder focus one or several millimeters above the substrate surface. It should be noted that the HVLA is preferably carried out with the welding device in the earth's gravity field above the substrate. However, this may differ in some applications. Above means at least only at a distance from the substrate surface. The powder focus is superimposed with a laser beam so that powder particles pass through the laser beam and shade it. As a result, not all of the energy from the laser reaches the surface of the substrate. The ratio of the total laser power [LI] to the laser power reaching the substrate is usually calculated by those skilled in the art as the transmittance. By adjusting various process parameters and the resulting transmittance, a coating as a melt-metallurgical composite can be achieved using HVLA.
Ein spezielles HVLA-Verfahren ist (dort als Extremhochgeschwindigkeits- Laserauftragschweißen [EHLA] bezeichnet) beispielsweise beschrieben in Schopphoven et. al („Experimentelle und modelltheoretische Untersuchungen zum Extremen Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen“, Dissertation am Fraunhofer Institut für Lasertechnik ILT, 2019, online publiziert auf den Internetseiten der Universitätsbibliothek), sowie DE 102011 100 456 A1 . A special HVLA process (referred to there as extreme high-speed laser deposition welding [EHLA]) is described, for example, in Schopphoven et. al (“Experimental and model-theoretical investigations into extreme high-speed laser deposition welding”, dissertation at the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT, 2019, published online on the university library website), and DE 102011 100 456 A1.
Die Dokumente WO 2021/007 209 A1 und WO 2021/126 518 A1 offenbaren Beschichtungen. Bei diesen werden die teuren Karbidbildner Titan und Niob und teilweise auch Chrom in großen Mengen verwendet. Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Die erfindungsgemäßen Merkmale ergeben sich aus den unabhängigen Ansprüchen, zu denen vorteilhafte Ausgestaltungen in den abhängigen Ansprüchen aufgezeigt werden. Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, welche ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen. The documents WO 2021/007 209 A1 and WO 2021/126 518 A1 disclose coatings. The expensive carbide formers titanium and niobium and sometimes also chromium are used in large quantities. Proceeding from this, the present invention is based on the object of at least partially overcoming the disadvantages known from the prior art. The features according to the invention result from the independent claims, to which advantageous embodiments are shown in the dependent claims. The features of the claims can be combined in any technically sensible manner, for which the explanations from the following description and features from the figures, which include additional embodiments of the invention, can also be consulted.
Die Erfindung betrifft einen Grundkörper mit einem Beschichtungssystem, das Beschichtungssystem umfassend zumindest eine Lage mit einer Matrix-Legierung, wobei zumindest eine der Lagen in Gew.-% anteilig an der Matrix-Legierung zumindest die folgenden Elemente umfasst: The invention relates to a base body with a coating system, the coating system comprising at least one layer with a matrix alloy, at least one of the layers comprising at least the following elements in weight percent of the matrix alloy:
Eisen; und von 10 Gew.-% bis 26 Gew.-% Chrom; und von 0,3 Gew.-% bis 5 Gew.-% Kohlenstoff; und die Summe aus Niob, Titan und Vanadium 0,5 Gew.-% bis 15 Gew.-%, wobei das Beschichtungssystem in zumindest einer der Lagen mit der Matrix- Legierung weiterhin separat beigegebene Karbid-Partikel umfasst zu einem Anteil an der gesamten betreffenden Lage von mindestens 20 Vol.-% bis 70 Vol.-%. Iron; and from 10% to 26% by weight chromium; and from 0.3 wt% to 5 wt% carbon; and the sum of niobium, titanium and vanadium 0.5% by weight to 15% by weight, the coating system further comprising separately added carbide particles in at least one of the layers with the matrix alloy in a proportion of the total in question Location of at least 20% by volume to 70% by volume.
In der vorhergehenden und nachfolgenden Beschreibung verwendete Ordinalzahlen dienen, sofern nicht explizit auf das Gegenteilige hingewiesen wird, lediglich der eindeutigen Unterscheidbarkeit und geben keine Reihenfolge oder Rangfolge der bezeichneten Komponenten wieder. Eine Ordinalzahl größer eins bedingt nicht, dass zwangsläufig eine weitere derartige Komponente vorhanden sein muss. Ordinal numbers used in the preceding and following descriptions, unless explicitly stated to the contrary, only serve to clearly distinguish them and do not reflect the order or ranking of the designated components. An ordinal number greater than one does not mean that another such component must necessarily be present.
Es soll zunächst verstanden werden, dass alle Mengenangaben mit Hinblick auf den verwendeten Pulverwerkstoff beziehungsweise das Pulverwerkstoffgemisch, sowie des Beschichtungssystems nach der vorliegenden Erfindung in den genannten Mengen in Gewichtsprozent [Gew.-%] bezogen auf ein Gesamtgewicht des entsprechenden Pulverwerkstoffs, beziehungsweise der Matrix-Legierung des Beschichtungssystems verstanden werden sollen. Es soll auch verstanden werden, dass in dem Beschichtungssystem Eisen als Grundmaterial des Pulverwerkstoffes dient, und bevorzugt jeweils in ausbalancierter Form umfasst ist. It should first be understood that all quantities with regard to the powder material used or the powder material mixture, as well as the coating system according to the present invention, are in the quantities mentioned in percent by weight [% by weight] based on a total weight of the corresponding powder material or the matrix. Alloy of the coating system should be understood. It should also be understood that iron serves as the base material of the powder material in the coating system and is preferably included in a balanced form.
Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Gew.-% sich nicht auf das fertiggestellte Beschichtungssystem mit den separat beigegebenen Karbid-Partikeln bezieht. Die separat beigegebenen Karbid-Partikel entsprechen im Vergleich zu einem (beispielsweise Glasfaser-) verstärkten Kunststoff dem Verstärkungsstoff, während also von der Matrix-Legierung eben die Matrix gebildet ist, in welche die separat beigegebenen Karbid-Partikel eingebettet sind. Die Karbid-Partikel werden den sogenannten Hartstoffpartikeln zugeordnet. It should be expressly pointed out that the weight percent does not refer to the finished coating system with the separately added carbide particles. In comparison to a (for example glass fiber) reinforced plastic, the separately added carbide particles correspond to the reinforcing material, while the matrix alloy forms the matrix in which the separately added carbide particles are embedded. The carbide particles are classified as so-called hard material particles.
Weiterhin sei darauf hingewiesen, dass die separat beigegebenen Karbid-Partikel nicht erst beim Schweißvorgang mittels der sogenannten Karbidbildner gebildet werden, sondern bereits als Karbid-Partikel (beispielsweise elementar rein und/oder in einem chemischen Verbund), beispielsweise als Titankarbid [TiC], Wolframkarbid [WC], Vanadiumkarbid [VC], Chromkarbid [CrxCy] oder andere dem Beschichtungssystem beigegeben werden. Die Masse der Karbid-Partikel ist stark unterschiedlich, beispielsweise Titankarbide sehr viel leichter als Wolfram karbide. Diese sind daher in Volumenprozent [Vol.-%] mit Bezug auf die jeweilige Lage oder auf das gesamte Beschichtungssystem angegeben. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Aufmischungszone frei von separat beigegebenen Karbid- Partikeln, es sind also dort dann keine separat beigegebenen Karbid-Partikel enthalten. Furthermore, it should be noted that the separately added carbide particles are not only formed during the welding process using the so-called carbide formers, but rather as carbide particles (for example elementary pure and / or in a chemical composite), for example as titanium carbide [TiC], tungsten carbide [WC], vanadium carbide [VC], chromium carbide [Cr x C y ] or others can be added to the coating system. The mass of the carbide particles varies greatly, for example titanium carbides are much lighter than tungsten carbides. These are therefore given in percent by volume [% by volume] with reference to the respective layer or to the entire coating system. In a preferred embodiment, the mixing zone is free of separately added carbide particles, so no separately added carbide particles are contained there.
In der vorhergehenden und nachfolgenden Beschreibung verwendete Prozentangaben sind als Gewichtsprozent der angegebenen Matrix-Legierung einer betreffenden Lage zu verstehen, sofern nicht explizit eine andere Definition (beispielsweise Volumenprozent [Vol.-%]) angegeben ist. Percentages used in the preceding and following description are to be understood as percent by weight of the specified matrix alloy of a relevant layer, unless another definition (for example volume percent [vol.-%]) is explicitly stated.
Die mittels der hier aufgezeigten Matrix-Legierung des Schweißmaterials bildbare Legierung des Beschichtungssystems selbst (also ohne die separat beigegebenen Karbid-Partikel) weist bereits eine hervorragende Verschleißfestigkeit und/oder Abrasionsfestigkeit auf. Hierzu sind in dem Beschichtungssystem infolge von den vorhandenen Karbidbildnern (vor allem Niob, Titan und/oder Vanadium) ausgebildete Karbide, teilweise auch Boride, maßgeblich verantwortlich. Zugleich ist es mit diesem Schweißmaterial möglich, das Beschichtungssystem zu bilden, indem das Schweißmaterial beim Auftragschweißen unmittelbar auf den Grundkörper aufgetragen wird. Der bekannte Standard ist bisher, dass zunächst eine vermittelnde Grundierung (eine sogenannte Haftschicht, Bindeschicht oder Pufferschicht) vorgesehen werden muss. Mit einem einzigen Schweißmaterial beziehungsweise einer einzigen Schicht auf dem Grundkörper können geringere Prozesszeiten, geringere Fehleranfälligkeiten, dünnere Schichtstärken und gegebenenfalls eine geringere Anzahl von Lagen, also weniger häufig wiederholtes Aufträgen, zum Erzeugen der (einzigen) Schicht des Beschichtungssystems erzielt werden. The alloy of the coating system itself that can be formed using the matrix alloy of the welding material shown here (i.e. without the separately added carbide particles) already has excellent wear resistance and/or abrasion resistance. For this purpose, carbide formers (especially niobium, titanium and/or vanadium) are present in the coating system Carbides, and sometimes borides, are largely responsible. At the same time, with this welding material it is possible to form the coating system by applying the welding material directly to the base body during deposition welding. The known standard so far is that an intermediary primer (a so-called adhesive layer, binding layer or buffer layer) must first be provided. With a single welding material or a single layer on the base body, shorter process times, lower susceptibility to errors, thinner layer thicknesses and possibly a smaller number of layers, i.e. less frequently repeated applications, can be achieved to produce the (single) layer of the coating system.
Es sei darauf hingewiesen, dass eine Schicht gemäß der hiesigen Verwendung einen Materialbereich gleicher chemischer Zusammensetzung bedeutet beziehungsweise einen (gegebenenfalls mehrlagigen) Auftrag von chemisch gleichem Schweißzusatzwerkstoff. In letzterem Falle sind die Bereiche der jeweiligen Aufmischungszonen mit angrenzendem Material ignoriert, beispielsweise eine Schicht bis zur Mitte einer jeweiligen Aufmischungszone definiert. It should be noted that, as used here, a layer means an area of material with the same chemical composition or an application (possibly multiple layers) of chemically identical welding filler material. In the latter case, the areas of the respective mixing zones with adjacent material are ignored, for example a layer is defined up to the middle of a respective mixing zone.
Weiterhin sei darauf hingewiesen, dass eine Lage jeweils einen Auftrag in einem Durchgang vom Beginn bis zum Ende, beispielsweise bei einer Reibfläche einer Bremsscheibe von radial innen nach außen oder umgekehrt, gebildet ist. Bedingt durch den Prozess oder ein zu erzielendes Ergebnis ausgeführte Unterbrechungen des Auftrags zwischen dem Anfang und dem Ende sind dabei nicht beachtlich. In einer anderen Definition ist eine einzelne Lage ein solcher Auftrag, welcher auf eine schweißtechnisch kalte Oberfläche aufgebracht wird und (ohne weitere Zufuhr von Schweißenergie) zu einer neuen Oberfläche erkaltet. In einer Ausführungsform ist eine einzelne Lage nicht zwangsläufig eine Oberfläche abdeckend gebildet. In einer Ausführungsform ist eine einzelne Lage nicht zwangsläufig von einer einzigen Schweißeinrichtung gebildet. Furthermore, it should be noted that a layer is formed one order in one pass from the beginning to the end, for example in the case of a friction surface of a brake disc from radially inside to outside or vice versa. Interruptions in the order between the beginning and the end due to the process or a result to be achieved are not significant. In another definition, a single layer is an application that is applied to a surface that is cold from a welding point of view and cools to a new surface (without further input of welding energy). In one embodiment, a single layer is not necessarily formed to cover a surface. In one embodiment, a single layer is not necessarily formed by a single welding device.
Erzielt wird also ein Beschichtungssystem in Form einer korrosionsbeständigen naturharten Legierung, wobei also die Eigenschaften Korrosionsschutz und Verschleißschutz miteinander kombiniert sind. Mittels des Einsatzes unterschiedlicher Karbidbildner mit unterschiedlicher Ausscheidungskinetik und damit auch unterschiedlicher Verteilungen führt zu einer guten Beständigkeit gegenüber Verschleißpartikeln (beispielsweise Schmutz oder ausgelöste Karbid-Partikel zwischen Bremsscheibe und Bremsklotz) unterschiedlichster Größe. What is achieved is a coating system in the form of a corrosion-resistant, naturally hard alloy, whereby the properties of corrosion protection and wear protection are combined. By using different carbide formers with different precipitation kinetics and thus Different distributions also lead to good resistance to wear particles (e.g. dirt or released carbide particles between the brake disc and brake pad) of different sizes.
Hier ist also vorgeschlagen, dass dem Beschichtungssystem weiterhin (bevorzugt als Bestandteil des Pulverwerkstoffs) Karbid-Partikel, und gegebenenfalls andere Hartstoffpartikel, beigegeben werden. Es wurde festgestellt, dass diese Hartstoffpartikel an dem Schweißprozess nicht teilnehmen, also nicht aufgeschmolzen werden. Es sei darauf hingewiesen, dass bei einer sehr geringen Korngröße, durchaus Hartstoffpartikel aufgeschmolzen oder sogar verdampft werden. Dieser Anteil ist aber vernachlässigbar. Beispielsweise werden solche Hartstoffpartikel einer gewünschten Korngröße im Prozess des Auftragschweißens einzig oberflächlich angeschmolzen oder einzig erwärmt. It is therefore proposed here that carbide particles and, if necessary, other hard material particles are added to the coating system (preferably as a component of the powder material). It was found that these hard material particles do not take part in the welding process and are therefore not melted. It should be noted that if the grain size is very small, hard material particles will melt or even evaporate. However, this proportion is negligible. For example, such hard material particles of a desired grain size are only melted on the surface or heated only in the deposition welding process.
In einer ergänzenden Ausführungsform werden Hartstoffpartikel abhängig von der Lage von einer Mehrzahl von (das Beschichtungssystem bildenden) Lagen zusätzlich beigegeben. In diesem Fall ist in unterschiedlichen Lagen eine unterschiedliche Menge an beziehungsweise ausschließlich in zumindest einer der Lagen. Bevorzugt ist die unterste (also Grundkörper-nächste) Lage oder eine Mehrzahl von (benachbarten) untersten Lagen inklusive der aller untersten Lage frei von separat beigegebenen Karbid-Partikeln, bevorzugt frei von Hartstoffpartikeln, also keine Karbid-Partikel beziehungsweise Hartstoffpartikel eingebettet. Alternativ oder zusätzlich ist bevorzugt die oberste (also außenseitige) Lage oder einer Mehrzahl von (bevorzugt benachbarten) obersten Lagen, bevorzugt inklusive der aller obersten Lage, frei von separat beigegebenen Karbid-Partikeln, bevorzugt frei von Hartstoffpartikeln, also keine Karbid-Partikel beziehungsweise Hartstoffpartikel eingebettet. In a supplementary embodiment, hard material particles are additionally added depending on the position of a plurality of layers (forming the coating system). In this case, there is a different amount of or exclusively in at least one of the layers in different layers. Preferably, the lowest layer (i.e. closest to the base body) or a plurality of (adjacent) lowest layers including the very lowest layer is free of separately added carbide particles, preferably free of hard material particles, i.e. no carbide particles or hard material particles are embedded. Alternatively or additionally, the top (i.e. outside) layer or a plurality of (preferably adjacent) top layers, preferably including the very top layer, is preferably free of separately added carbide particles, preferably free of hard material particles, i.e. no carbide particles or hard material particles embedded.
Die Karbid-Partikel ist in einer Ausführungsform zu einem Anteil an der gesamten betreffenden Lage von mindestens 20 Vol.-% [zwanzig Volumenprozent] bis 70 Vol.- %, bevorzugt von mindestens 35 Vol.-% bis 70 Vol.-% oder 20 Vol.-% bis 60 Vol.-%, besonders bevorzugt von 40 Vol.-% bis 50 Vol.-% separat beigegeben. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die separat beigegebenen Karbid-Partikel größer als 1 m [ein Mikrometer], besonders bevorzugt größer als 1 ,5 pm [fünfzehn zehntel Mikrometer], In one embodiment, the carbide particles make up a proportion of the entire relevant layer of at least 20% by volume [twenty percent by volume] to 70% by volume, preferably from at least 35% by volume to 70% by volume or 20 % by volume to 60% by volume, particularly preferably from 40% by volume to 50% by volume, added separately. In a preferred embodiment, the separately added carbide particles are larger than 1 m [one micrometer], particularly preferably greater than 1.5 pm [fifteen tenths of a micrometer],
Die Volumenprozent sind gemäß einer Ausführungsform nach der Zugabemenge von Schweißzusatzwerkstoff bemessen. In einer Ausführungsform sind die Volumenprozent nach der mikroskopisch erfassbaren Anzahl und deren Volumenanteil in einem Schliffbild einem gebildeten Beschichtungssystem bemessen, wobei bevorzugt als separat beigegebene Karbid-Partikel ausschließlich solche angesehen sind, welche eine Korngröße größer 1 pm, besonders bevorzugt größer 1 ,5 pm, aufweisen. Hierbei kommen im Stand der Technik bekannte metallografische Analysen zum Einsatz. Insbesondere kann nach einer Präparation und Ätzung unter dem Lichtmikroskop durch Inaugenscheinnahme unmittelbar auf eine Anzahl der Karbid-Partikel, und bevorzugt auf den Flächenanteil, geschlossen werden, gegebenenfalls mit computergestützter Bilderkennung. Der Flächenanteil entspricht dem Volumenprozent. According to one embodiment, the volume percent is measured according to the amount of welding filler material added. In one embodiment, the volume percent is measured according to the microscopically detectable number and its volume fraction in a micrograph of a coating system formed, with preference being given to separately added carbide particles only those having a grain size greater than 1 pm, particularly preferably greater than 1.5 pm, exhibit. Metallographic analyzes known from the prior art are used here. In particular, after preparation and etching under the light microscope, the number of carbide particles, and preferably the surface area, can be determined directly by visual inspection, if necessary with computer-aided image recognition. The area percentage corresponds to the volume percent.
In einer Ausführungsform sind die Volumenprozent nach einer (bevorzugt mikroskopischen) Untersuchung einer Außenoberfläche eines fertiggestellten Beschichtungssystems bemessen. Dabei ist der Flächenanteil dem Volumenanteil gleichgesetzt, zumindest dann wenn diejenige die Außenoberfläche bildende Lage mit separat beigegebenen Karbid-Partikeln versehen ist. Wenn diejenige die Außenoberfläche bildende Lage frei von separat beigegebenen Karbid-Partikeln ist, werden die herausstehenden Karbid-Partikel und Erhebungen in der im Übrigen glatten Außenoberfläche gezählt mit einem Flächen-Faktor multipliziert, wobei der Flächen-Faktor beispielsweise dem Quadrat aus dem mittleren Korndurchmesser multipliziert mit TT/2 [der Hälfte der Kreiszahl] entspricht. Der Flächen-Faktor ist alternativ eine andere mathematisch-statistische Annährung an die Fläche beziehungsweise das Volumen eines durchschnittlichen Karbid-Partikels. In einer Ausführungsform wird als mittlerer Korndurchmesser die Herstellerangabe genutzt. In einer Ausführungsform werden einzelne Karbid-Partikel aus dem Beschichtungssystem gelöst und sie selbst und/oder das verbleibende Loch beziehungsweise bereits infolge einer Verwendung entstandene Löcher (durch Auslösen von Partikeln) auf ihren Durchmesser und/oder auf ihre jeweilige Fläche vermessen. Von den Durchmessern beziehungsweise Flächen der zufällig ausgewählten Karbid-Partikel und/oder Löcher wird das Mittel gebildet. Das berechnete Produkt entspricht dem Volumenanteil. Diese Methode zum Bestimmen der Volumenprozent ist unabhängig von der Art derjenigen die Außenoberfläche bildenden Lage einsetzbar. In one embodiment, the volume percents are measured after a (preferably microscopic) examination of an external surface of a finished coating system. The area proportion is equated to the volume proportion, at least when the layer forming the outer surface is provided with separately added carbide particles. If the layer forming the outer surface is free of separately added carbide particles, the protruding carbide particles and elevations in the otherwise smooth outer surface are counted and multiplied by an area factor, the area factor being multiplied, for example, by the square of the mean grain diameter with TT/2 [half the circle number]. The area factor is alternatively a different mathematical-statistical approximation of the area or volume of an average carbide particle. In one embodiment, the manufacturer's information is used as the mean grain diameter. In one embodiment, individual carbide particles are released from the coating system and they themselves and/or the remaining hole or holes that have already formed as a result of use (by releasing particles) are measured for their diameter and/or their respective area. Of the diameters or areas of the random The agent is formed using selected carbide particles and/or holes. The calculated product corresponds to the volume fraction. This method for determining the volume percent can be used regardless of the type of layer forming the outer surface.
Es sei darauf hingewiesen, dass in einer Ausführungsform das hier beschriebene Material des Beschichtungssystems beziehungsweise die Matrix-Legierung im Schweißzusatzwerkstoff als Legierung des Schweißmaterials beispielsweise als Draht oder Pulver bereitgestellt ist, wobei der Pulverwerkstoff nicht zwangsläufig in jedem Pulverpartikel die beschriebene Zusammensetzung aufweisen muss, gegebenenfalls sogar stark abweichend, sofern verschiedene Grundmaterialien zu einer Pulvermischung zusammengesetzt sind, beziehungsweise in-situ zusammengesetzt werden. In einer Ausführungsform werden die erwünschten separaten Karbid-Partikel (und gegebenenfalls weitere Hartstoffpartikel) dem Schweißzusatzwerkstoff beigemengt, welche aber als nicht an dem Schweißprozess teilnehmende Partikel nicht zu dem Schweißmaterial hinzugerechnet werden, sondern eben als separat beigegebene Partikel bezeichnet werden. It should be noted that in one embodiment, the material of the coating system described here or the matrix alloy in the welding filler material is provided as an alloy of the welding material, for example as a wire or powder, whereby the powder material does not necessarily have to have the described composition in every powder particle, if necessary even varies greatly if different base materials are put together to form a powder mixture or are put together in-situ. In one embodiment, the desired separate carbide particles (and possibly further hard material particles) are added to the welding filler material, which, however, are not added to the welding material as particles that do not take part in the welding process, but are referred to as separately added particles.
Pulverwerkstoff oder Pulverwerkstoffgemisch wie hierin begrifflich verwendet, bezeichnet bevorzugt das Schweißmaterial mit dem das Beschichtungssystem des Grundkörpers erzeugt wird. Dabei soll verstanden werden, dass das Schweißmaterial bevorzugt für ein Auftragschweißen als Pulverwerkstoff für ein Pulver-Auftragschweißen vorgehalten ist. Powder material or powder material mixture as used conceptually herein preferably refers to the welding material with which the coating system of the base body is produced. It should be understood that the welding material is preferably kept for deposition welding as a powder material for powder deposition welding.
Ausbalanciert wie hierin begrifflich verwendet, bezeichnet bevorzugt, dass die Menge an Eisen entsprechend (die 100 % auffüllend) angepasst ist, um die angegebenen Gew.-% Angaben weiterer Bestandteile zu erreichen, so dass der Hauptbestandteil eines hierin vorgeschlagenen Beschichtungssystems eine Eisenbasislegierung darstellt. Balanced as used conceptually herein preferably means that the amount of iron is adjusted accordingly (filling up to 100%) in order to achieve the specified weight percent of other components, so that the main component of a coating system proposed herein is an iron-based alloy.
Dieses Beschichtungssystem stellt ein gegenüber einem aus dem Stand der Technik bekannten Beschichtung eine kostengünstiges Beschichtungssystem für einen Grundkörper dar. Dies wird vor allem durch die Verwendung von Niob, Titan und/oder Vanadium, und bevorzugt das Vermeiden von verhältnismäßig teuren Bestandteilen, und eine im Vergleich zu vorbekannten Beschichtungen sehr geringe Menge davon erreicht. This coating system represents a cost-effective coating system for a base body compared to a coating known from the prior art. This is achieved primarily through the use of niobium, titanium and/or vanadium, and preferably by avoiding relatively expensive ones Components, and a very small amount of them compared to previously known coatings.
Die vorliegenden Erfinder haben überraschenderweise gefunden, dass das hier vorgeschlagene Beschichtungssystem dabei zusätzlich für ihre Verwendung vorteilhafte Eigenschaften aufweist und nicht übermäßig zur Rissbildung und/oder Porenbildung neigt, eine im Allgemeinen hohe Korrosionsbeständigkeit und gute Anbindung der Schweißlagen zeigt, sowie eine für ihre Verwendung vorteilhafte Härte aufweist. The present inventors have surprisingly found that the coating system proposed here additionally has properties that are advantageous for their use and is not excessively prone to cracking and/or pore formation, has a generally high corrosion resistance and good bonding of the weld layers, as well as a hardness that is advantageous for their use having.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Grundkörpers mit das Beschichtungssystem, umfasst die Matrix-Legierung des Beschichtungssystems: Eisen; und bevorzugt von 0,5 bis 15,0 Gew.-% Vanadium; und bevorzugt höchstens 4,0 Gew.-% Niob; und bevorzugt weiter höchstens 0,35 Gew.-% Titan; und bevorzugt weiter höchstens 0,3 Gew.-% Nickel; und weiter bevorzugt von 0,3 bis 3,0 Gew.-% Kohlenstoff; und weiter bevorzugt von 10 Gew.-% bis 26 Gew.-% Chrom; und weiter bevorzugt von 1 ,0 bis 10 Gew.-% Mangan; und weiter bevorzugt von 0,05 bis 1 ,0 Gew.-% Molybdän; und weiter bevorzugt von 0,25 bis 1 ,25 Gew.-% Silizium; und weiter bevorzugt höchstens 0,75 Gew.-% Wolfram; und weiter bevorzugt höchstens 0,15 Gew.-% Phosphor; und weiter bevorzugt höchstens 0,25 Gew.-% Schwefel; und weiter bevorzugt von 0,01 bis 0,5 Gew.-% Stickstoff; und weiter bevorzugt 0,01 bis 0,09 Gew.-% Sauerstoff. In a preferred embodiment of the base body with the coating system, the matrix alloy of the coating system comprises: iron; and preferably from 0.5 to 15.0% by weight vanadium; and preferably at most 4.0% by weight niobium; and further preferably at most 0.35% by weight titanium; and further preferably at most 0.3% by weight nickel; and more preferably from 0.3 to 3.0 wt% carbon; and more preferably from 10 wt% to 26 wt% chromium; and more preferably from 1.0 to 10% by weight of manganese; and more preferably from 0.05 to 1.0% by weight of molybdenum; and more preferably from 0.25 to 1.25% by weight of silicon; and more preferably at most 0.75% by weight tungsten; and more preferably at most 0.15% by weight phosphorus; and more preferably at most 0.25% by weight sulfur; and more preferably from 0.01 to 0.5% by weight nitrogen; and more preferably 0.01 to 0.09% by weight of oxygen.
Die vorliegenden Erfinder haben überraschenderweise gefunden, dass das hierin vorgeschlagene Beschichtungssystem mit Vanadium darstellbar ist. Dabei stellt Vanadium [V] im Vergleich zu Wolfram [W], Niob [Nb] und/oder Titan [Ti] einen relativ kostengünstigen Bestandteil dar. Vanadium, Titan und/oder Niob dienen in dem Beschichtungssystem vornehmlich als sogenannte Karbidbildner. The present inventors have surprisingly found that the coating system proposed herein can be produced with vanadium. Vanadium [V] is a relatively inexpensive component compared to tungsten [W], niobium [Nb] and/or titanium [Ti]. Vanadium, titanium and/or niobium serve primarily as so-called carbide formers in the coating system.
Mit dem Einsatz von Vanadium sind teurere Komponenten wie beispielsweise Niob und Titan in deutlich geringerer Menge einsetzbar. Bevorzugt umfasst das Schweißmaterial kein Niob und kein Titan, zumindest nicht über übliche Verunreinigungen hinaus. With the use of vanadium, more expensive components such as niobium and titanium can be used in significantly smaller quantities. The welding material preferably contains no niobium and no titanium, at least not beyond usual impurities.
Es wurde überraschend festgestellt, dass sich das Eigenschaftsprofil entsprechender Legierungen durch die abgestimmte Zugabe von Monokarbidbildnern wie Vanadium zielgenau anpassen lässt. Durch eine feine Verteilung (feindisperse Ausscheidung von primären Vanadiumkarbid), in Verbindung mit Kornfeinungseffekten, ist die Risslänge der oftmals stark rissbehafteten Schweißschichten verkürzbar. Eine schlagende Verschleißbeanspruchung führt damit nicht mehr zu sofortigen Ausbrüchen. Somit ergeben sich Vorteile bei abrasiv und schlagenden Verschleißbeanspruchungen. Ein weiterer Vorteil liegt in der enorm hohen Härte und dem hohen Schmelzpunkt von Vanadiumkarbid, welche im Bereich von Titankarbid und oberhalb von Wolframkarbid rangiert. Vanadiumkarbid weist eine Härte von 2950 HVo,oi [zweitausend neunhundertfünfzig Härte-Vickers], mit 0,102 kp [einhundertzwei tausendstel Kilopond] Prüfkraft und einer normgemäßen Belastungszeit von 10 s [zehn Sekunden] bis 15 s und einen Schmelzpunkt bei 2830 °C [zweitausend achthundertdreißig Grad Celsius] auf. It was surprisingly found that the property profile of corresponding alloys can be precisely adjusted through the coordinated addition of monocarbide formers such as vanadium. Through fine distribution (finely dispersed precipitation of primary vanadium carbide), in conjunction with grain refinement effects, the crack length of the weld layers, which are often heavily cracked, can be shortened. Impacting wear and tear no longer leads to immediate breakouts. This results in advantages in the event of abrasive and impact wear. Another advantage is the extremely high hardness and high melting point of vanadium carbide, which is in the range of titanium carbide and above tungsten carbide. Vanadium carbide has a hardness of 2950 HVo,oi [two thousand nine hundred and fifty hardness Vickers], with 0.102 kp [one hundred and two thousandths of a kilopond] test force and a standard loading time of 10 s [ten seconds] to 15 s and a melting point of 2830 ° C [two thousand eight hundred and thirty degrees Celsius].
Die entstehenden Mischkarbide vom Typ (Cr, Fe) 7C3 weisen eine Härte von 1700 HV10 [eintausendsiebenhundert Härte-Vickers] bis 2100 HV10 auf. Bor führt ab einem Gehalt von etwa 0,6 % zu einer Härtung der (Cr, Fe) 7C3-Karbide. Die wichtigsten Hartstoffe neben Cr7C3 sind die Chromkarbide Cr3C2 und Cr23C6. Unter Abrasionsverschleiß haben sich vor allem die Cr7C3-Karbide und Cr23C6- Karbide bewährt, welche eine nadelförmige bis plattenförmige Gefügeausbildung aufweisen. The resulting mixed carbides of type (Cr, Fe) 7C3 have a hardness of 1700 HV10 [one thousand seven hundred hardness Vickers] to 2100 HV10. From a content of around 0.6%, boron leads to a hardening of the (Cr, Fe) 7C3 carbides. The most important hard materials besides Cr7C3 are the chromium carbides Cr3C2 and Cr23C6. The Cr7C3 carbides and Cr23C6 carbides, which have a needle-shaped to plate-shaped structure, have proven particularly useful under abrasion wear.
Darüber hinaus führt das Hinzulegieren von Mangan [Mn] und Silizium [Si] (neben einer typischerweise deutlichen Verbesserung der Schweißeigenschaften infolge der hohen Sauerstoffaffinität und damit zu einer Desoxidation) zu einer Erhöhung der Verschleißbeständigkeit des aufgetragenen Beschichtungssystems. In addition, the addition of manganese [Mn] and silicon [Si] (in addition to a typically significant improvement in welding properties as a result of the high oxygen affinity and thus deoxidation) to increase the wear resistance of the applied coating system.
Durch einen höheren Anteil an Vanadium ist insbesondere eine gesteigerte Härte des Beschichtungssystems erzielbar. Ein zu hoher Anteil an Vanadium kann jedoch dazu führen, dass das Gitter zu stark verspannt. In particular, an increased hardness of the coating system can be achieved through a higher proportion of vanadium. However, too high a proportion of vanadium can cause the grid to become too tense.
Es sei darauf hingewiesen, dass die hierin aufgeführten Vergleiche zu einer Zusammensetzung mit einem Weniger beziehungsweise einem Mehr von dem jeweiligen Element in dem Beschichtungssystem gezogen ist. Dabei ist zumindest richtig, dass ein Weniger oder Mehr von diesem Element durch ein entsprechendes Mehr oder Weniger von dem Eisen [Fe] als Basis vorhanden ist. Alternativ oder zusätzlich ist ein Mehr oder ein Weniger von einem anderen der genannten Elemente in einer im Rahmen der genannten Größenordnungen beachtlichen Menge vorhanden. Darauf ist bei einigen Beispielen explizit hingewiesen, sofern das jeweilige Element als Ersatzstoff einsetzbar ist. Es liegt aber auch im fachmännischen Können, zumindest auf Basis der hierin aufgeführten Erläuterungen, eine geeignete Legierung im Rahmen der hier vorgeschlagenen Erfindung zu verwenden, bei welchen die Elemente in einer Kombination vorhanden sind, die hier nicht als explizites Beispiel aufgeführt sind. It should be noted that the comparisons listed herein are made to a composition with less or more of the respective element in the coating system. It is at least true that a less or more of this element is present due to a corresponding more or less of the iron [Fe] as a base. Alternatively or additionally, more or less of another of the elements mentioned is present in a considerable quantity within the scope of the quantities mentioned. This is explicitly stated in some examples, provided that the respective element can be used as a substitute. However, it is also within the skill of the art, at least based on the explanations given herein, to use a suitable alloy within the scope of the invention proposed here, in which the elements are present in a combination that are not listed here as an explicit example.
Je mehr Vanadium eingesetzt wird, auf desto mehr zusätzliche Karbidbildner kann verzichtet werden, wie beispielsweise Niob und Titan, aber auch Molybdän. Es sei darauf hingewiesen, dass hier nicht ein Ersatz der anderen Karbide in gleicher Menge erforderlich ist, weil Vanadiumkarbid sehr fein verteilt auftritt und aufgrund seiner hohen Härte und seines hohen Schmelzpunktes zu den sehr hochwertigen Karbiden zählt. The more vanadium is used, the more additional carbide formers can be dispensed with, such as niobium and titanium, but also molybdenum. It should be noted that it is not necessary to replace the other carbides in the same amount because vanadium carbide occurs in a very finely divided form and is one of the very high-quality carbides due to its high hardness and high melting point.
Bevorzugt umfasst eine solche Beschichtungssystem mindestens 0,75 Gew.-%, weiter bevorzugt mindestens 1 ,0 Gew.-%, weiter bevorzugt mindestens 1 ,6 Gew.-%, weiter bevorzugt mindestens 2,5 Gew.-%, und weiter bevorzugt mindestens 5,0 Gew.-% Vanadium. Such a coating system preferably comprises at least 0.75% by weight, more preferably at least 1.0% by weight, more preferably at least 1.6% by weight, more preferably at least 2.5% by weight, and more preferably at least 5.0% by weight vanadium.
Gleichsam ist ein verhältnismäßig niedriger Anteil an Vanadium vorteilhaft, weil dadurch die Rissneigung reduzierbar ist. Ein zu geringer Anteil an Vanadium kann jedoch nachteilhaft sein, weil eine ausreichend hohe Härte gegebenenfalls nicht erreicht wird. At the same time, a relatively low proportion of vanadium is advantageous because it reduces the tendency to crack. Too little vanadium can However, it can be disadvantageous because a sufficiently high hardness may not be achieved.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Grundkörpers mit dem Beschichtungssystem, umfasst die Matrix-Legierung des Beschichtungssystems höchstens 15 Gew.-%, bevorzugt höchstens 12,5 Gew.-%, weiter bevorzugt höchstens 12 Gew.-% und weiter bevorzugt höchstens 10 Gew.% Vanadium. In a further preferred embodiment of the base body with the coating system, the matrix alloy of the coating system comprises at most 15% by weight, preferably at most 12.5% by weight, more preferably at most 12% by weight and more preferably at most 10% by weight. % vanadium.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Grundkörpers mit dem Beschichtungssystem, umfasst die Matrix-Legierung des Beschichtungssystems: bevorzugt von 0,5 bis 15,0 Gew.-%, weiter bevorzugt von 0,75 bis 15,0 Gew.-%, weiter bevorzugt von 1 ,0 bis 15,0 Gew.-%, weiter bevorzugt von 1 ,6 bis 15,0 Gew.- %, weiter bevorzugt von 2,5 bis 15,0 Gew.-%, weiter bevorzugt von 5,0 bis 15,0 Gew.-%, weiter bevorzugt von 0,5 bis 12,5 Gew.-%, weiter bevorzugt von 0,75 bis 12,5 Gew.-%, weiter bevorzugt von 1 ,0 bis 12,5 Gew.-%, weiter bevorzugt von 1 ,6 bis 12,5 Gew.-%, weiter bevorzugt von 2,5 bis 12,5 Gew.-%, weiter bevorzugt von 5,0 bis 12,5 Gew.-%, weiter bevorzugt von 0,5 bis 12,0 Gew.-%, weiter bevorzugt von 0,75 bis 12,0 Gew.-%, weiter bevorzugt von 1 ,0 bis 12,0 Gew.-%, weiter bevorzugt von 1 ,6 bis 12,0 Gew.-%, weiter bevorzugt von 2,5 bis 12,0 Gew.-% und weiter bevorzugt von 5,0 bis 12,0 Gew.-% bevorzugt von 0,5 bis 10,0 Gew.-%, weiter bevorzugt von 0,75 bis 10,0 Gew.-%, weiter bevorzugt von 1 ,0 bis 10,0 Gew.-%, weiter bevorzugt von 1 ,6 bis 10,0 Gew.-%, weiter bevorzugt von 2,5 bis 10,0 Gew.-% und weiter bevorzugt von 5,0 bis 10,0 Gew.-% Vanadium. In a further preferred embodiment of the base body with the coating system, the matrix alloy of the coating system comprises: preferably from 0.5 to 15.0% by weight, more preferably from 0.75 to 15.0% by weight, more preferably from 1.0 to 15.0% by weight, more preferably from 1.6 to 15.0% by weight, more preferably from 2.5 to 15.0% by weight, more preferably from 5.0 to 15.0% by weight, more preferably from 0.5 to 12.5% by weight, more preferably from 0.75 to 12.5% by weight, more preferably from 1.0 to 12.5% by weight. -%, more preferably from 1.6 to 12.5% by weight, more preferably from 2.5 to 12.5% by weight, more preferably from 5.0 to 12.5% by weight, more preferred from 0.5 to 12.0% by weight, more preferably from 0.75 to 12.0% by weight, more preferably from 1.0 to 12.0% by weight, more preferably from 1.6 to 12.0% by weight, more preferably from 2.5 to 12.0% by weight and more preferably from 5.0 to 12.0% by weight, preferably from 0.5 to 10.0% by weight , more preferably from 0.75 to 10.0% by weight, more preferably from 1.0 to 10.0% by weight, more preferably from 1.6 to 10.0% by weight, more preferably from 2 .5 to 10.0% by weight and more preferably from 5.0 to 10.0% by weight of vanadium.
Das Beschichtungssystem umfasst in einer vorteilhaften Ausführungsform einen Anteil an Niob. Ein Anteil an Niob ist in dem Beschichtungssystem als Karbidbildner vorhanden. In an advantageous embodiment, the coating system comprises a proportion of niobium. A proportion of niobium is present in the coating system as a carbide former.
Gleichsam ist ein verhältnismäßig niedriger Anteil an Niob vorteilhaft, um die Kosten des Beschichtungssystems gering zu halten. At the same time, a relatively low proportion of niobium is advantageous in order to keep the costs of the coating system low.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Grundkörpers mit dem Beschichtungssystem, umfasst die Matrix-Legierung des Beschichtungssystems weiter höchstens 4,0 Gew.-% Niob. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Grundkörpers mit dem Beschichtungssystem, umfasst die Matrix-Legierung des Beschichtungssystems: bevorzugt höchstens 3,5 Gew.-%, weiter bevorzugt höchstens 3,0 Gew.-%, weiter bevorzugt höchstens 2,0 Gew.-%, weiter bevorzugt höchstens 1 ,0 Gew.-%, weiter bevorzugt höchstens 0,75 Gew.-%, weiter bevorzugt höchstens 0,5 Gew.-%, weiter bevorzugt höchstens 0,25 Gew.-%, weiter bevorzugt höchstens 0,1 Gew.-% und weiter bevorzugt höchstens 0,01 Gew.-% Niob. In a further preferred embodiment of the base body with the coating system, the matrix alloy of the coating system further comprises at most 4.0% by weight of niobium. In a further preferred embodiment of the base body with the coating system, the matrix alloy of the coating system comprises: preferably at most 3.5% by weight, more preferably at most 3.0% by weight, more preferably at most 2.0% by weight , more preferably at most 1.0% by weight, more preferably at most 0.75% by weight, more preferably at most 0.5% by weight, more preferably at most 0.25% by weight, more preferably at most 0, 1% by weight and more preferably at most 0.01% by weight of niobium.
Das Beschichtungssystem umfasst in einer vorteilhaften Ausführungsform einen Anteil an Titan. In an advantageous embodiment, the coating system comprises a proportion of titanium.
Ein Anteil an Titan ist in dem Beschichtungssystem als Karbidbildner und/oder Korrosionsschutzelement vorhanden. Gleichsam ist ein verhältnismäßig niedriger Anteil an Titan vorteilhaft, um die Kosten des Beschichtungssystems gering zu halten. A proportion of titanium is present in the coating system as a carbide former and/or corrosion protection element. At the same time, a relatively low proportion of titanium is advantageous in order to keep the costs of the coating system low.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Grundkörpers mit dem Beschichtungssystem, umfasst die Matrix-Legierung des Beschichtungssystems weiter höchstens 0,4 Gew.-% Titan. In a further preferred embodiment of the base body with the coating system, the matrix alloy of the coating system further comprises at most 0.4% by weight of titanium.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Grundkörpers mit dem Beschichtungssystem, umfasst die Matrix-Legierung des Beschichtungssystems: bevorzugt weiter höchstens 0,35 Gew.-%, weiter bevorzugt höchstens 0,25 Gew.-%, weiter bevorzugt höchstens 0,1 Gew.-% und weiter bevorzugt höchstens 0,01 Gew.- % Titan umfasst. In a further preferred embodiment of the base body with the coating system, the matrix alloy of the coating system comprises: preferably at most 0.35% by weight, more preferably at most 0.25% by weight, more preferably at most 0.1% by weight. % and more preferably at most 0.01% by weight of titanium.
Das Beschichtungssystem umfasst in einer vorteilhaften Ausführungsform einen Anteil an Nickel. In an advantageous embodiment, the coating system comprises a proportion of nickel.
Dabei dient Nickel [Ni] in dem Beschichtungssystem insbesondere einem erhöhten Korrosionsschutz. Durch einen höheren Anteil an Nickel ist auch die Schweißbarkeit verbessert. Gleichsam ist ein verhältnismäßig niedriger Anteil an Nickel vorteilhaft, um den Anteil gesundheitsbedenklicher Stoffe auf ein Minimum reduzieren zu können, beziehungsweise auch, um moderneren Standards, wie beispielsweise der sogenannten Reach-Verordnung, zu entsprechen. Nickel [Ni] in the coating system serves in particular to provide increased corrosion protection. A higher proportion of nickel also improves weldability. At the same time, a relatively low proportion of nickel is advantageous in order to reduce the proportion of substances that are harmful to health to a minimum can, or also in order to comply with more modern standards, such as the so-called REACH regulation.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Grundkörpers mit dem Beschichtungssystem, umfasst die Matrix-Legierung des Beschichtungssystems weiter höchstens 0,5 Gew.-% Nickel, bevorzugt weiter höchstens 0,3 Gew.-%, weiter höchstens 0,2 Gew.-%, weiter bevorzugt höchstens 0,1 Gew.-% und weiter bevorzugt höchstens 0,01 Gew.-% Nickel. In a further preferred embodiment of the base body with the coating system, the matrix alloy of the coating system further comprises at most 0.5% by weight of nickel, preferably at most 0.3% by weight, further at most 0.2% by weight, more preferably at most 0.1% by weight and more preferably at most 0.01% by weight of nickel.
Das Beschichtungssystem umfasst in einer vorteilhaften Ausführungsform einen Anteil an Kohlenstoff [C]. In an advantageous embodiment, the coating system comprises a proportion of carbon [C].
Dabei dient Kohlenstoff in dem Beschichtungssystem insbesondere als sogenannter Karbidbildner. Ein höherer Anteil an Kohlenstoff kann nachteilig für die Schweißbarkeit sein. Gleichzeitig kann durch einen höheren Anteil an Kohlenstoff die Härte vorteilhaft angehoben werden. Gleichsam ist ein verhältnismäßig niedriger Anteil an Kohlenstoff vorteilhaft, um die Schweißbarkeit zu verbessern. Ebenfalls senkt ein verhältnismäßig niedriger Anteil an Kohlenstoff vorteilhaft die Rissbildung. Carbon in the coating system serves in particular as a so-called carbide former. A higher proportion of carbon can be detrimental to weldability. At the same time, the hardness can be advantageously increased through a higher proportion of carbon. At the same time, a relatively low proportion of carbon is advantageous in order to improve weldability. A relatively low proportion of carbon also advantageously reduces the formation of cracks.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Grundkörpers mit dem Beschichtungssystem, umfasst die Matrix-Legierung des Beschichtungssystems bevorzugt weiter mindestens 0,3 Gew.-% Kohlenstoff. In a further preferred embodiment of the base body with the coating system, the matrix alloy of the coating system preferably further comprises at least 0.3% by weight of carbon.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Grundkörpers mit dem Beschichtungssystem, umfasst die Matrix-Legierung des Beschichtungssystems bevorzugt weiter mindestens 0,5 Gew.-%, weiter bevorzugt mindestens 0,75 Gew.- %, weiter bevorzugt mindestens 1 ,0 Gew.-% und weiter bevorzugt mindestens 1 ,5 Gew.-% Kohlenstoff. In a further preferred embodiment of the base body with the coating system, the matrix alloy of the coating system preferably further comprises at least 0.5% by weight, more preferably at least 0.75% by weight, more preferably at least 1.0% by weight and more preferably at least 1.5% by weight of carbon.
Ein derart hoher Anteil von Kohlenstoff ist vorteilhaft für die Austenitbildung. Es sei darauf hingewiesen, dass ein hoher Anteil von dem Kohlenstoff im Pulverwerkstoff beim Auftragschweißen reagiert und nicht in der Legierung des Beschichtungssystems ankommt, beispielsweise mit eingedrungenem Luftsauerstoff. Beispielsweise wird in der Legierung des Beschichtungssystems mit der vorgenannten Menge in dem Schweißmaterial ein Anteil von Kohlenstoff in Gewichtsprozent von 0,5 % bis 1 ,5 % erzielt. Such a high proportion of carbon is beneficial for austenite formation. It should be noted that a high proportion of the carbon in the powder material reacts during deposition welding and does not arrive in the alloy of the coating system, for example with atmospheric oxygen that has penetrated into it. For example, in the alloy of the coating system with the The aforementioned amount in the welding material achieves a proportion of carbon in percent by weight of 0.5% to 1.5%.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Grundkörpers mit dem Beschichtungssystem, umfasst die Matrix-Legierung des Beschichtungssystems weiter bevorzugt höchstens 4,5 Gew.-%, weiter bevorzugt höchstens 3,0 Gew.-%, weiter bevorzugt höchstens 2,5 Gew.-% und weiter bevorzugt höchstens 2,0 Gew.-% Kohlenstoff. In a further preferred embodiment of the base body with the coating system, the matrix alloy of the coating system more preferably comprises at most 4.5% by weight, more preferably at most 3.0% by weight, more preferably at most 2.5% by weight. and more preferably at most 2.0% by weight of carbon.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Grundkörpers mit dem Beschichtungssystem, umfasst die Matrix-Legierung des Beschichtungssystems: weiter bevorzugt von 0,3 bis 5 Gew.-%, weiter bevorzugt von 0,5 bis 5 Gew.-%, weiter bevorzugt von 0,75 bis 5 Gew.-%, weiter bevorzugt von 1 ,0 bis 5 Gew.-%, weiter bevorzugt von 1 ,5 bis 5 Gew.-%, weiter bevorzugt von 0,3 bis 4,5 Gew.-%, weiter bevorzugt von 0,5 bis 4,5 Gew.-%, weiter bevorzugt von 0,75 bis 4,5 Gew.-%, weiter bevorzugt von 1 ,0 bis 4,5 Gew.-%, weiter bevorzugt von 1 ,5 bis 4,5 Gew.-%, weiter bevorzugt von 0,3 bis 3,0 Gew.-%, weiter bevorzugt von 0,5 bis 3,0 Gew.-%, weiter bevorzugt von 0,75 bis 3,0 Gew.-%, weiter bevorzugt von 1 ,0 bis 3,0 Gew.-%, weiter bevorzugt von 1 ,5 bis 3,0 Gew.-%, weiter bevorzugt von 0,3 bis 2,5 Gew.-%, weiter bevorzugt von 0,5 bis 2,5 Gew.-%, weiter bevorzugt von 0,75 bis 2,5 Gew.-%, weiter bevorzugt von 1 ,0 bis 2,5 Gew.-%, weiter bevorzugt von 1 ,5 bis 2,5 Gew.-%, weiter bevorzugt von 0,3 bis 2,0 Gew.-%, weiter bevorzugt von 0,5 bis 2,0 Gew.-%, weiter bevorzugt von 0,75 bis 2,0 Gew.-%, weiter bevorzugt von 1 ,0 bis 2,0 Gew.-% und weiter bevorzugt von 1 ,5 bis 2,0 Gew.-% Kohlenstoff. In a further preferred embodiment of the base body with the coating system, the matrix alloy of the coating system comprises: more preferably from 0.3 to 5% by weight, more preferably from 0.5 to 5% by weight, more preferably from 0, 75 to 5% by weight, more preferably from 1.0 to 5% by weight, more preferably from 1.5 to 5% by weight, more preferably from 0.3 to 4.5% by weight, further preferably from 0.5 to 4.5% by weight, more preferably from 0.75 to 4.5% by weight, more preferably from 1.0 to 4.5% by weight, more preferably from 1.5 to 4.5% by weight, more preferably from 0.3 to 3.0% by weight, more preferably from 0.5 to 3.0% by weight, more preferably from 0.75 to 3.0% by weight .-%, more preferably from 1.0 to 3.0% by weight, more preferably from 1.5 to 3.0% by weight, more preferably from 0.3 to 2.5% by weight, further preferably from 0.5 to 2.5% by weight, more preferably from 0.75 to 2.5% by weight, more preferably from 1.0 to 2.5% by weight, more preferably from 1.5 to 2.5% by weight, more preferably from 0.3 to 2.0% by weight, more preferably from 0.5 to 2.0% by weight, more preferably from 0.75 to 2.0% by weight .-%, more preferably from 1.0 to 2.0% by weight and more preferably from 1.5 to 2.0% by weight of carbon.
Das Beschichtungssystem umfasst in einer vorteilhaften Ausführungsform einen Anteil an Chrom. In an advantageous embodiment, the coating system comprises a proportion of chromium.
Chrom ist ein wichtiger Bestandteil für die Korrosionsbeständigkeit gegenüber vor allem wasserhaltigen Lösungen, beispielsweise (salzversetztem) Regenwasser. In Verbindung mit Molybdän ist es besonders effektiv gegen Lochfraßkorrosion. Je niedriger der Anteil, desto kostengünstiger ist das Schweißmaterial. Ein zu geringer Anteil von Chrom kann die Korrosionsbeständigkeit jedoch immens verschlechtern. Dabei verhindert Chrom in dem Beschichtungssystem insbesondere bei einer (geringen) Sauerstoffexposition effektiv eine Eisenoxid-Bildung - zumal bei der Verarbeitung unter einer Schutzgasatmosphäre. Ein Anteil an Chrom dient in dem Beschichtungssystem vorteilhaft einem erhöhten Korrosionsschutz und als Karbidbildner. Daneben aber stellt Chrom in dem vorgeschlagenen Schweißmaterial eine Komponente zur Hartphasenbildung dar. Chromium is an important component for corrosion resistance, especially in water-containing solutions, such as (salt-added) rainwater. In combination with molybdenum it is particularly effective against pitting corrosion. The lower the proportion, the cheaper the welding material is. However, too little chromium can impair corrosion resistance immensely. Chromium in the coating system prevents this, especially in the case of one (low) exposure to oxygen effectively leads to the formation of iron oxide - especially when processing under a protective gas atmosphere. A proportion of chromium in the coating system advantageously serves to increase corrosion protection and as a carbide former. In addition, chromium in the proposed welding material represents a component for the formation of hard phases.
Durch einen höheren Anteil an Chrom wird insbesondere die Korrosionsbeständigkeit des Beschichtungssystems erhöht. A higher proportion of chromium increases the corrosion resistance of the coating system in particular.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Grundkörpers mit dem Beschichtungssystem, liegt das Chrom frei in der Matrix vor. Dies ist besonders vorteilhaft, um den Korrosionsschutz gewährleisten zu können. Gebundenes Chrom in Form von Chromkarbiden trägt unter Umständen nicht zum Korrosionsschutz bei. Der Fachmann wird dabei erkennen, dass Vanadium in der hier vorgeschlagenen Beschichtungssystem somit gleichzeitig als Opfer (ausreichend hoch) eingesetzt ist, sodass vorteilhaft Kohlenstoff an Vanadium und nicht an Chrom gebunden wird. In a further preferred embodiment of the base body with the coating system, the chromium is present freely in the matrix. This is particularly advantageous in order to be able to guarantee corrosion protection. Bound chromium in the form of chromium carbides may not contribute to corrosion protection. The person skilled in the art will recognize that vanadium is used as a sacrifice (sufficiently high) in the coating system proposed here, so that carbon is advantageously bound to vanadium and not to chromium.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Grundkörpers mit dem Beschichtungssystem, umfasst die Matrix-Legierung des Beschichtungssystems weiter bevorzugt mindestens 10 Gew.-%, weiter bevorzugt mindestens 12,5 Gew.-%, weiter bevorzugt mindestens 13 Gew.-% und weiter bevorzugt mindestens 15,0 Gew.-% Chrom. In a further preferred embodiment of the base body with the coating system, the matrix alloy of the coating system more preferably comprises at least 10% by weight, more preferably at least 12.5% by weight, more preferably at least 13% by weight and more preferably at least 15.0% by weight chromium.
Besonders bevorzugt ist ein Anteil an mindestens 12,0 Gew.-% Chrom in dem Beschichtungssystem. A proportion of at least 12.0% by weight of chromium in the coating system is particularly preferred.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Grundkörpers mit dem Beschichtungssystem, umfasst die Matrix-Legierung des Beschichtungssystems weiter bevorzugt höchstens 25 Gew.-%, weiter bevorzugt höchstens 20 Gew.-% Chrom. In a further preferred embodiment of the base body with the coating system, the matrix alloy of the coating system more preferably comprises at most 25% by weight, more preferably at most 20% by weight of chromium.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Grundkörpers mit dem Beschichtungssystem, umfasst die Matrix-Legierung des Beschichtungssystems weiter bevorzugt von 10 Gew.-% bis 25 Gew.-%, weiter bevorzugt von 12,5 Gew.-% bis 25 Gew.-%, weiter bevorzugt von 13 Gew.-% bis 25 Gew.-%, weiter bevorzugt von 15,0 Gew.-% bis 25 Gew.-%, weiter bevorzugt von 10 Gew.-% bis 20 Gew.-%, weiter bevorzugt von 12,5 Gew.-% bis 20 Gew.-%, weiter bevorzugt von 13 Gew.-% bis 20 Gew.-%, weiter bevorzugt von 15,0 Gew.-% bis 20 Gew.-% Chrom. In a further preferred embodiment of the base body with the coating system, the matrix alloy of the coating system more preferably comprises from 10% by weight to 25% by weight, more preferably from 12.5% by weight to 25% by weight, more preferably from 13% by weight to 25% by weight, more preferably from 15.0% by weight to 25% by weight, more preferably from 10% by weight to 20% by weight .-%, more preferably from 12.5% by weight to 20% by weight, more preferably from 13% by weight to 20% by weight, more preferably from 15.0% by weight to 20% by weight. -% chrome.
Das Beschichtungssystem umfasst in einer vorteilhaften Ausführungsform einen Anteil an Mangan. In an advantageous embodiment, the coating system comprises a proportion of manganese.
Dabei dient Mangan [Mn] in dem Beschichtungssystem insbesondere der Verbesserung der Schweißbarkeit, der Festigkeit und Verschleißbeständigkeit, sowie zur Optimierung der Härtbarkeit. Vorteilhaft ist ein ausgeprägtes Gleichgewicht and Mangan, um höhere Anteile von spröden Phasen zu vermeiden. Der Kohlenstoff zusammen mit dem Mangan unterstützt die Ausbildung von Austenit (kubischflächenzentrierte Gitterstruktur einer Eisen-Legierung) und damit eine gewünschte Zähigkeit der des Beschichtungssystems. Der Anteil von Mangan ist zudem ein effektiver Kaltverfestiger. Manganese [Mn] in the coating system is used in particular to improve weldability, strength and wear resistance, as well as to optimize hardenability. A pronounced balance of manganese is advantageous in order to avoid higher proportions of brittle phases. The carbon together with the manganese supports the formation of austenite (face-centered cubic lattice structure of an iron alloy) and thus the desired toughness of the coating system. The proportion of manganese is also an effective work hardening agent.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Grundkörpers mit dem Beschichtungssystem, umfasst die Matrix-Legierung des Beschichtungssystems weiter bevorzugt mindestens 1 ,0 Gew.-%, weiter bevorzugt mindestens 1 ,25 Gew.-% und weiter bevorzugt mindestens 1 ,4 Gew.-%, Mangan. In a further preferred embodiment of the base body with the coating system, the matrix alloy of the coating system more preferably comprises at least 1.0% by weight, more preferably at least 1.25% by weight and more preferably at least 1.4% by weight , manganese.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Grundkörpers mit dem Beschichtungssystem, umfasst die Matrix-Legierung des Beschichtungssystems weiter bevorzugt höchstens 10 Gew.-%, weiter bevorzugt höchstens 7,5 Gew.-% und weiter bevorzugt höchstens 6,5 Gew.-% Mangan. In a further preferred embodiment of the base body with the coating system, the matrix alloy of the coating system more preferably comprises at most 10% by weight, more preferably at most 7.5% by weight and more preferably at most 6.5% by weight of manganese.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Grundkörpers mit dem Beschichtungssystem, umfasst die Matrix-Legierung des Beschichtungssystems weiter bevorzugt von 1 ,0 bis 10 Gew.-%, weiter bevorzugt von 1 ,25 bis 10 Gew.-%, weiter bevorzugt von 1 ,4 bis 10 Gew.-%, weiter bevorzugt von 1 ,0 bis 7,5 Gew.-%, weiter bevorzugt von 1 ,25 bis 6,5 Gew.-%, weiter bevorzugt von 1 ,4 bis 6,5 Gew.-% und weiter bevorzugt von 1 ,4 bis 6,5 Gew.-%, Mangan. In a further preferred embodiment of the base body with the coating system, the matrix alloy of the coating system more preferably comprises from 1.0 to 10% by weight, more preferably from 1.25 to 10% by weight, more preferably from 1.4 to 10% by weight, more preferably from 1.0 to 7.5% by weight, more preferably from 1.25 to 6.5% by weight, more preferably from 1.4 to 6.5% by weight % and more preferably from 1.4 to 6.5% by weight, manganese.
Das Beschichtungssystem umfasst in einer vorteilhaften Ausführungsform einen Anteil an Molybdän. Dabei dient Molybdän [Mo] in dem Beschichtungssystem insbesondere vorteilhaft der Verbesserung der Schweißbarkeit und Feinkornbildung. Über die vorhergehend beschriebenen Eigenschaften hinaus hat Molybdän die Eigenschaft, dass eine Korrosionsbeständigkeit gegenüber nicht oxidierenden Lösungen, wie beispielsweise Salzsäure geschaffen ist, welche auch in der Umwelt in nicht zu vernachlässigenden Mengen vorkommen. Molybdän ist zudem ein weiterer Karbidbildner. Durch einen höheren Anteil an Molybdän ist demnach insbesondere die Korrosionsbeständigkeit erhöht. In an advantageous embodiment, the coating system comprises a proportion of molybdenum. Molybdenum [Mo] in the coating system is particularly advantageous for improving weldability and fine grain formation. In addition to the properties described above, molybdenum has the property of providing corrosion resistance to non-oxidizing solutions, such as hydrochloric acid, which also occur in the environment in non-negligible quantities. Molybdenum is also another carbide former. A higher proportion of molybdenum increases the corrosion resistance in particular.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Grundkörpers mit dem Beschichtungssystem, umfasst die Matrix-Legierung des Beschichtungssystems weiter bevorzugt mindestens 0,05 Gew.-%, weiter bevorzugt mindestens 0,1 Gew.-% und weiter bevorzugt mindestens 0,25 Gew.-%Molybdän. In a further preferred embodiment of the base body with the coating system, the matrix alloy of the coating system more preferably comprises at least 0.05% by weight, more preferably at least 0.1% by weight and more preferably at least 0.25% by weight Molybdenum.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Grundkörpers mit dem Beschichtungssystem, umfasst die Matrix-Legierung des Beschichtungssystems weiter bevorzugt höchstens 1 ,0 Gew.-%, weiter bevorzugt höchstens 0,75 Gew.-% und weiter bevorzugt höchstens 0,6 Gew.-% Molybdän. In a further preferred embodiment of the base body with the coating system, the matrix alloy of the coating system more preferably comprises at most 1.0% by weight, more preferably at most 0.75% by weight and more preferably at most 0.6% by weight. Molybdenum.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Grundkörpers mit dem Beschichtungssystem, umfasst die Matrix-Legierung des Beschichtungssystems weiter bevorzugt von 0,05 bis 1 ,0 Gew.-%, weiter bevorzugt von 0,1 bis 1 ,0 Gew.-%, weiter bevorzugt von 0,25 bis 1 ,0 Gew.-%, weiter bevorzugt von 0,05 bis 0,75 Gew.- %, weiter bevorzugt von 0,1 bis 0,75 Gew.-%, weiter bevorzugt von 0,25 bis 0,75 Gew.-%, weiter bevorzugt von 0,05 bis 0,6 Gew.-%, weiter bevorzugt von 0,1 bis 0,6 Gew.-% und weiter bevorzugt von 0,25 bis 0,6 Gew.-% Molybdän. In a further preferred embodiment of the base body with the coating system, the matrix alloy of the coating system more preferably comprises from 0.05 to 1.0% by weight, more preferably from 0.1 to 1.0% by weight, more preferably from 0.25 to 1.0% by weight, more preferably from 0.05 to 0.75% by weight, more preferably from 0.1 to 0.75% by weight, more preferably from 0.25 to 0.75% by weight, more preferably from 0.05 to 0.6% by weight, more preferably from 0.1 to 0.6% by weight and more preferably from 0.25 to 0.6% by weight. -% molybdenum.
Das Beschichtungssystem umfasst in einer vorteilhaften Ausführungsform einen Anteil an Silizium. In an advantageous embodiment, the coating system comprises a proportion of silicon.
Durch einen höheren Anteil an Silizium [Si] wird insbesondere die Verschleißfestigkeit und die Festigkeit des Beschichtungssystems vorteilhaft erhöht. A higher proportion of silicon [Si] in particular advantageously increases the wear resistance and strength of the coating system.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Grundkörpers mit dem Beschichtungssystem, umfasst die Matrix-Legierung des Beschichtungssystems weiter bevorzugt mindestens 0,1 Gew.-% Silizium. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Grundkörpers mit dem Beschichtungssystem, umfasst die Matrix-Legierung des Beschichtungssystems weiter bevorzugt mindestens 0,25 Gew.-%, weiter bevorzugt mindestens 0,3 Gew.- %, und weiter bevorzugt mindestens 0,5 Gew.-% Silizium. In a further preferred embodiment of the base body with the coating system, the matrix alloy of the coating system further preferably comprises at least 0.1% by weight of silicon. In a further preferred embodiment of the base body with the coating system, the matrix alloy of the coating system more preferably comprises at least 0.25% by weight, more preferably at least 0.3% by weight, and more preferably at least 0.5% by weight. % silicon.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Grundkörpers mit dem Beschichtungssystem, umfasst die Matrix-Legierung des Beschichtungssystems weiter bevorzugt höchstens 1 ,25 Gew.-%, weiter bevorzugt höchstens 1 ,0 Gew.-% und weiter bevorzugt höchstens 0,7 Gew.-% Silizium. In a further preferred embodiment of the base body with the coating system, the matrix alloy of the coating system more preferably comprises at most 1.25% by weight, more preferably at most 1.0% by weight and more preferably at most 0.7% by weight. Silicon.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Grundkörpers mit dem Beschichtungssystem, umfasst die Matrix-Legierung des Beschichtungssystems weiter bevorzugt von 0,25 bis 1 ,25 Gew.-%, weiter bevorzugt von 0,3 bis 1 ,25 Gew.- %, weiter bevorzugt von 0,5 bis 1 ,25 Gew.-%, weiter bevorzugt von 0,25 bis 1 ,0 Gew.-%, weiter bevorzugt von 0,3 bis 1 ,0 Gew.-%, weiter bevorzugt von 0,5 bis 1 ,0 Gew.-%, weiter bevorzugt von 0,25 bis 0,7 Gew.-%, weiter bevorzugt von 0,3 bis 0,7 Gew.-%, und weiter bevorzugt von 0,5 bis 0,7 Gew.-% Silizium. In a further preferred embodiment of the base body with the coating system, the matrix alloy of the coating system more preferably comprises from 0.25 to 1.25% by weight, more preferably from 0.3 to 1.25% by weight, more preferably from 0.5 to 1.25% by weight, more preferably from 0.25 to 1.0% by weight, more preferably from 0.3 to 1.0% by weight, more preferably from 0.5 to 1.0% by weight, more preferably from 0.25 to 0.7% by weight, more preferably from 0.3 to 0.7% by weight, and more preferably from 0.5 to 0.7% by weight .-% silicon.
Das Beschichtungssystem umfasst in einer vorteilhaften Ausführungsform einen Anteil an Wolfram. In an advantageous embodiment, the coating system comprises a proportion of tungsten.
Wolfram [W] ist bereits in sehr geringen Mengen vorteilhaft als Karbidbildner (beispielsweise für eine hoch-reibfeste und/oder hoch-warmfeste Oberfläche). Besonders aber ist es in bereits geringen Mengen als Mischkristall-Verfestiger und für die Hochtemperatur-Beständigkeit des Beschichtungssystems vorteilhaft. Even in very small amounts, tungsten [W] is advantageous as a carbide former (for example for a highly friction-resistant and/or highly heat-resistant surface). However, it is particularly advantageous in small quantities as a mixed crystal solidifier and for the high-temperature resistance of the coating system.
Wolfram karbide haben sich hier im Stand der Technik, insbesondere bei sogenannten Dual-Layer Systemen, als effektiver Hartstoffzusatz erwiesen. Sie erhöhen die Härte einer aufgeschweißten Schicht signifikant. Nachteil ist, dass sie den Schweißprozess erschweren, weil für eine gleichmäßige Verteilung der Karbide in der Schmelze gesorgt werden muss. Zusätzlich sollte ein Aufschmelzen der Karbide verhindert werden, um den technologischen Vorteil der Karbide zu nutzen und die Gefahr einer Versprödung der Matrix zu reduzieren. Außerdem ist ihr hoher Preis ein Problem für die Wirtschaftlichkeit. Durch einen höheren Anteil an Wolfram wird insbesondere die Warmfestigkeit des Beschichtungssystems vorteilhaft erhöht. Wolfram dient zudem vorteilhaft als Karbidbildner. Ein hoher Anteil an Wolfram kann jedoch aufgrund hoher Materialkosten unwirtschaftlich sein. Tungsten carbides have proven to be an effective hard material additive in the state of the art, especially in so-called dual-layer systems. They significantly increase the hardness of a welded layer. The disadvantage is that they make the welding process more difficult because an even distribution of the carbides in the melt must be ensured. In addition, melting of the carbides should be prevented in order to utilize the technological advantage of the carbides and reduce the risk of the matrix becoming brittle. In addition, their high price is a problem for economic viability. A higher proportion of tungsten in particular advantageously increases the high-temperature strength of the coating system. Tungsten also serves advantageously as a carbide former. However, a high proportion of tungsten can be uneconomical due to high material costs.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Grundkörpers mit dem Beschichtungssystem, umfasst die Matrix-Legierung des Beschichtungssystems weiter bevorzugt höchstens 0,75 Gew.-%, weiter bevorzugt höchstens 0,6 Gew.-%, weiter bevorzugt höchstens 0,5 Gew.-%, weiter bevorzugt höchstens 0,25 Gew.-%, weiter bevorzugt höchstens 0,05 Gew.-%, und weiter bevorzugt höchstens 0,01 Gew.-% Wolfram. In a further preferred embodiment of the base body with the coating system, the matrix alloy of the coating system more preferably comprises at most 0.75% by weight, more preferably at most 0.6% by weight, more preferably at most 0.5% by weight , more preferably at most 0.25% by weight, more preferably at most 0.05% by weight, and more preferably at most 0.01% by weight of tungsten.
Das Beschichtungssystem umfasst in einer vorteilhaften Ausführungsform einen Anteil an Phosphor. In an advantageous embodiment, the coating system comprises a proportion of phosphorus.
Dabei ist ein verhältnismäßig niedriger Anteil an Phosphor [P] vorteilhaft, weil Phosphor als Stahlschädling nachteilig ist. A relatively low proportion of phosphorus [P] is advantageous because phosphorus is a disadvantage as a steel pest.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Grundkörpers mit dem Beschichtungssystem, umfasst die Matrix-Legierung des Beschichtungssystems weiter bevorzugt höchstens 0,15 Gew.-%, weiter bevorzugt höchstens 0,1 Gew.-%, weiter bevorzugt höchstens 0,05 Gew.-%, und weiter bevorzugt höchstens 0,25 Gew.-% Phosphor. In a further preferred embodiment of the base body with the coating system, the matrix alloy of the coating system more preferably comprises at most 0.15% by weight, more preferably at most 0.1% by weight, more preferably at most 0.05% by weight , and more preferably at most 0.25% by weight of phosphorus.
Das Beschichtungssystem umfasst in einer Ausführungsform einen Anteil an Schwefel. In one embodiment, the coating system comprises a proportion of sulfur.
Dabei ist ein verhältnismäßig niedriger Anteil an Schwefel [S] vorteilhaft. Der Fachmann wird dabei erkennen, dass Schwefel durch Mangan gebunden wird. A relatively low proportion of sulfur [S] is advantageous. The expert will recognize that sulfur is bound by manganese.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Grundkörpers mit dem Beschichtungssystem, umfasst die Matrix-Legierung des Beschichtungssystems weiter bevorzugt höchstens 0,25 Gew.-%, weiter bevorzugt höchstens 0,1 Gew.-% und weiter bevorzugt höchstens 0,01 Gew.-%, Schwefel. Das Beschichtungssystem umfasst in einer Ausführungsform einen Anteil an Stickstoff. In a further preferred embodiment of the base body with the coating system, the matrix alloy of the coating system more preferably comprises at most 0.25% by weight, more preferably at most 0.1% by weight and more preferably at most 0.01% by weight , sulfur. In one embodiment, the coating system comprises a proportion of nitrogen.
Im Stand der Technik kommen vermehrt stickstofflegierte Stähle zum Einsatz. Der Fachmann wird im Allgemeinen Stickstoff jedoch als Stahlschädling betrachten und den Anteil an Stickstoff [N] möglichst gering halten. Stickstoff kann als Legierungsbestandteil verwendet werden. In the state of the art, nitrogen-alloyed steels are increasingly being used. However, the expert will generally consider nitrogen to be a steel pest and will keep the proportion of nitrogen [N] as low as possible. Nitrogen can be used as an alloying component.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Grundkörpers mit dem Beschichtungssystem, umfasst die Matrix-Legierung des Beschichtungssystems weiter bevorzugt höchstens 0,5 Gew.-%, weiter bevorzugt höchstens 0,25 Gew.-%, und weiter bevorzugt höchstens 0,1 Gew.-% Stickstoff. In a further preferred embodiment of the base body with the coating system, the matrix alloy of the coating system more preferably comprises at most 0.5% by weight, more preferably at most 0.25% by weight, and more preferably at most 0.1% by weight. % nitrogen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Grundkörpers mit dem Beschichtungssystem, umfasst die Matrix-Legierung des Beschichtungssystems weiter bevorzugt mindestens 0,01 Gew.-%, weiter bevorzugt mindestens 0,02 Gew.- % und weiter bevorzugt mindestens 0,05 Gew.-% Stickstoff. In a further preferred embodiment of the base body with the coating system, the matrix alloy of the coating system more preferably comprises at least 0.01% by weight, more preferably at least 0.02% by weight and more preferably at least 0.05% by weight Nitrogen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Grundkörpers mit dem Beschichtungssystem, umfasst die Matrix-Legierung des Beschichtungssystems weiter bevorzugt von 0,01 bis 0,5 Gew.-%, weiter bevorzugt von 0,02 bis 0,5 Gew.- %, weiter bevorzugt von 0,05 bis 0,5 Gew.-%, weiter bevorzugt von 0,01 bis 0,25 Gew.-%, weiter bevorzugt von 0,02 bis 0,25 Gew.-%, weiter bevorzugt von 0,05 bis 0,25 Gew.-%, weiter bevorzugt von 0,01 bis 0,1 Gew.-%, weiter bevorzugt von 0,02 bis 0,1 Gew.-%, weiter bevorzugt von 0,05 bis 0,1 Gew.-% Stickstoff. In a further preferred embodiment of the base body with the coating system, the matrix alloy of the coating system more preferably comprises from 0.01 to 0.5% by weight, more preferably from 0.02 to 0.5% by weight, more preferably from 0.05 to 0.5% by weight, more preferably from 0.01 to 0.25% by weight, more preferably from 0.02 to 0.25% by weight, more preferably from 0.05 to 0.25% by weight, more preferably from 0.01 to 0.1% by weight, more preferably from 0.02 to 0.1% by weight, more preferably from 0.05 to 0.1% by weight. -% nitrogen.
Das Beschichtungssystem umfasst in einer Ausführungsform einen Anteil an Sauerstoff. In one embodiment, the coating system comprises a proportion of oxygen.
Dabei ist ein verhältnismäßig niedriger Anteil an (elementarem) Sauerstoff [O] vorteilhaft, weil dieser zu einer Versprödung und weiteren negativen Eigenschaften führen kann. Erwähnenswerter Weise können einige der weiteren beschriebenen Legierungsbestandteile gegebenenfalls auch desoxidierend wirken. Der Fachmann wird insoweit anerkennen, dass Sauerstoff vorteilhaft vermieden werden sollte, und andere Legierungsbestandteile auch darauf ausgelegt sein können, Sauerstoffverunreinigungen entgegenzuwirken. A relatively low proportion of (elemental) oxygen [O] is advantageous because this can lead to embrittlement and other negative properties. It is worth mentioning that some of the other alloy components described can also have a deoxidizing effect. The person skilled in the art will recognize that oxygen should advantageously be avoided, and other alloy components can also be designed to counteract oxygen contamination.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Grundkörpers mit dem Beschichtungssystem, umfasst die Matrix-Legierung des Beschichtungssystems weiter bevorzugt 0,01 bis 0,09 Gew.-% Sauerstoff. In a further preferred embodiment of the base body with the coating system, the matrix alloy of the coating system further preferably comprises 0.01 to 0.09% by weight of oxygen.
Es soll verstanden werden, dass sich das Beschichtungssystem nach der vorliegenden Erfindung zum Beschichten eines jeden Grundkörpers eignen kann, welcher einen Verschleißschutz und Korrosionsschutz benötigt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung betrifft der Begriff Grundkörper bevorzugt ein Bauteil, welches einen Verschleißschutz und Korrosionsschutz benötigt. It should be understood that the coating system according to the present invention can be suitable for coating any base body that requires wear protection and corrosion protection. In the context of the present invention, the term base body preferably refers to a component that requires wear protection and corrosion protection.
Die vorliegenden Erfinder haben weiter überraschend gefunden, dass das hierin vorgeschlagene Beschichtungssystem als einschichtiges Beschichtungssystem ausgebildet verwendbar, also unmittelbar auf dem Grundkörper auftragbar, ist. Hierdurch wird das Verfahren zur Herstellung von beschichteten Grundkörpern deutlich vereinfacht und damit kostengünstiger. The present inventors have further surprisingly found that the coating system proposed here can be used in the form of a single-layer coating system, i.e. can be applied directly to the base body. This significantly simplifies the process for producing coated base bodies and therefore makes it more cost-effective.
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Grundkörpers vorgeschlagen, dass das Beschichtungssystem einschichtig ausgebildet ist. It is further proposed in an advantageous embodiment of the base body that the coating system is designed as a single layer.
Das einschichtige Beschichtungssystem wie hierin begrifflich verwendet, bezeichnet dabei bevorzugt, ein Beschichtungssystem, welches als eine Schicht auf die zu beschichtende Oberfläche des Grundkörpers aufgebracht ist, wobei auf eine Grundierung verzichtet wurde. The single-layer coating system as used conceptually herein preferably refers to a coating system which is applied as a layer to the surface of the base body to be coated, with no primer being used.
Nicht gemeint ist damit (wie bereits oben erklärt), dass eine solche Schicht zwangsläufig in einem einzigen Durchgang aufgeschweißt wird, beziehungsweise worden ist. Es ist dabei dem Fachmann bekannt, dass anhand eines Schnittbildes das Vorliegen einer einschichtigen Beschichtung bestimmbar ist. Hierbei kommen im Stand der Technik bekannte metallografische Analysen zum Einsatz. Insbesondere kann nach einer Präparation und Ätzung unter dem Lichtmikroskop durch Inaugenscheinnahme unmittelbar auf eine Schichtanzahl geschlossen werden. Es soll verstanden werden, dass im Vergleich zu im Stand der Technik beschriebenen Beschichtungssystemen die einschichtige Beschichtung aus der eigentlichen Funktionsschicht, welche im Einsatz bei einer Bremsscheibe und ähnlichen Anwendungen üblicherweise als Reibschicht bezeichnet wird, besteht und diese nicht auf einer Grundierung aufgebracht ist. This does not mean (as already explained above) that such a layer is or has been necessarily welded on in a single pass. It is known to those skilled in the art that the presence of a single-layer coating can be determined using a cross-sectional image. Metallographic analyzes known from the prior art are used here. In particular, after preparation and etching under the light microscope, the number of layers can be determined directly by visual inspection. It should be understood that in comparison to coating systems described in the prior art, the single-layer coating consists of the actual functional layer, which is usually referred to as a friction layer when used in a brake disc and similar applications, and is not applied to a primer.
Dabei weiß der Fachmann, dass Werkstoffe sich in ihrer Schweißeignung unterscheiden. Ein Kriterium dabei ist der Kohlenstoffgehalt des Werkstoffs. Allgemein gilt, je höher der Kohlenstoffanteil, desto schwerer ist ein Werkstoff schweißbar. Um eine Schicht aus oder auf einen schwer schweißbaren Werkstoff zu schweißen, wird deshalb bereits im Stand der Technik empfohlen, zuerst eine Grundierung aufzuschweißen. Dabei wird eine solche Bindeschicht aus einem gut schweißbaren Werkstoff zwischen das Substrat (zu beschichtende Oberfläche des Grundkörpers) und die eigentlich die gewünschten Eigenschaften der neu gebildeten Außenoberfläche bildende beziehungsweise ermöglichende Schweißnaht gesetzt. Das Material der Bindeschicht wird so ausgewählt, dass es sowohl eine schmelzmetallurgische Anbindung an das Substrat erzielt als auch eine Anbindung an die darüber liegende Schicht erzeugen kann. The expert knows that materials differ in their suitability for welding. One criterion is the carbon content of the material. In general, the higher the carbon content, the harder a material is to weld. In order to weld a layer from or onto a material that is difficult to weld, it is already recommended in the prior art to first weld on a primer. Such a binding layer made of a material that can be easily welded is placed between the substrate (surface of the base body to be coated) and the weld seam that actually forms or enables the desired properties of the newly formed outer surface. The material of the binding layer is selected so that it achieves both a melt metallurgical bond to the substrate and can also create a bond to the layer above.
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Grundkörpers vorgeschlagen, dass das Beschichtungssystem mehrschichtig ausgebildet ist, wobei zumindest eine erste Lage ohne separat beigegebene Karbid-Partikel ausgebildet ist, und wobei zumindest eine weiter oben angeordnete, bevorzugt eine vorletzte und/oder letzte, Lage aus der Matrix-Legierung mit den separat beigegebenen Karbid-Partikeln gebildet ist. wobei bevorzugt die zumindest eine erste Lage, und gegebenenfalls eine letzte Lage, aus der Matrix-Legierung gebildet ist, wobei weiter bevorzugt die Matrix-Legierungen der ersten Lage und der Lage mit den separat beigegebenen Karbid-Partikeln, besonders bevorzugt aller Lagen, identisch sind. It is further proposed in an advantageous embodiment of the base body that the coating system is designed in multiple layers, with at least a first layer being formed without separately added carbide particles, and with at least one layer arranged higher up, preferably a penultimate and/or last layer the matrix alloy is formed with the separately added carbide particles. wherein preferably the at least one first layer, and optionally a last layer, is formed from the matrix alloy, wherein more preferably the matrix alloys of the first layer and the layer with the separately added carbide particles, particularly preferably all layers, are identical .
Bei dieser Ausführungsform ist bevorzugt keine Grundierung vorgesehen beziehungsweise eine solche Grundierung (zuunterst) von einer ersten Lage gemäß der obigen Beschreibung gebildet. Bevorzugt ist dabei diese (zumindest eine) erste Lage mit einer Matrix-Legierung gemäß der hiesigen Beschreibung gebildet, besonders bevorzugt ohne separat beigegebene Karbid-Partikel. Nicht zwangsläufig ist dabei die Matrix-Legierung dieser zumindest einen ersten Lage und der weiteren Karbid-Partikel enthaltenden Lage identisch. Beispielsweise ist in der zumindest einen unmittelbar auf die zu beschichtenden Oberfläche des Grundkörpers aufgetragenen, bevorzugt aller, der ersten Lage der Anteil an Chrom [Cr], Karbidbildnern oder anderen zu Versprödung neigende Elemente geringer als in der Karbid-Partikel enthaltenden Lage. In this embodiment, no primer is preferably provided or such a primer (at the bottom) is provided from a first layer the above description. This (at least one) first layer is preferably formed with a matrix alloy according to the description here, particularly preferably without separately added carbide particles. The matrix alloy of this at least one first layer and the further layer containing carbide particles is not necessarily identical. For example, in the at least one, preferably all, first layer applied directly to the surface of the base body to be coated, the proportion of chromium [Cr], carbide formers or other elements that tend to become brittle is lower than in the layer containing carbide particles.
In einer Ausführungsform ist beispielsweise eine erste Schicht als Grundierung (mehrlagig oder einlagig) bestehend aus zumindest einer Lage aus der Matrix- Legierung, dann eine zweite Schicht (mehrlagig oder einlagig) bestehend aus zumindest einer Lage mit separat beigegebenen Karbid-Partikeln mit der (chemisch identischen oder anderen) Matrix-Legierung, und abschließend eine dritte Schicht als äußere Oberfläche (beispielsweise Reibfläche einer Bremsscheibe) bestehend aus zumindest einer Lage aus der (zu der ersten Schicht und/oder zweiten Schicht chemisch identischen oder anderen) Matrix-Legierung frei von separat beigegebenen Karbid-Partikeln gebildet. Alternativ ist auf die erste Schicht und/oder dritte Schicht verzichtet, also einzig eine erste Schicht und eine zweite Schicht oder einzig eine zweite Schicht und eine dritte Schicht oder einzig eine zweite Schicht gebildet, bevorzugt jeweils ohne Grundierung. In one embodiment, for example, a first layer as a primer (multi-layer or single-layer) consisting of at least one layer of the matrix alloy, then a second layer (multi-layer or single-layer) consisting of at least one layer with separately added carbide particles with the (chemical identical or different) matrix alloy, and finally a third layer as an outer surface (for example friction surface of a brake disc) consisting of at least one layer of the matrix alloy (chemically identical or different to the first layer and / or second layer) free of separate added carbide particles are formed. Alternatively, the first layer and/or third layer is omitted, i.e. only a first layer and a second layer or only a second layer and a third layer or only a second layer is formed, preferably in each case without a primer.
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Grundkörpers vorgeschlagen, dass zumindest die Lage mit der Matrix-Legierung und den separat beigegebenen Karbid-Partikeln des Beschichtungssystems mittels Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen aufgebracht ist, bevorzugt mit einer Flächenrate von wenigstens 500 cm2/min zu einer Bezugs- Schichtdicke von 100 pm. It is further proposed in an advantageous embodiment of the base body that at least the layer with the matrix alloy and the separately added carbide particles of the coating system is applied by means of high-speed laser deposition welding, preferably with an area rate of at least 500 cm 2 /min to a reference - Layer thickness of 100 pm.
Das Beschichtungssystem ist mittels eines Verfahrens zum Beschichten eines Grundkörpers mit einem Beschichtungssystem nach der vorhergehenden Beschreibung und/oder einem Pulverwerkstoffgemisch nach der nachfolgenden Beschreibung, mittels Auftragschweißens, beispielsweise LA und/oder HVLA bei einer Flächenrate von wenigstens 500 cm2/min [fünfhundert Quadrat-Zentimeter pro Minute], The coating system is provided by means of a method for coating a base body with a coating system according to the preceding description and/or a powder material mixture according to the following description, by means of deposition welding, for example LA and/or HVLA an area rate of at least 500 cm 2 /min [five hundred square centimeters per minute],
Es soll verstanden werden, dass eine Flächenrate von wenigstens 500 cm2/min, bevorzugt von wenigstens 850 cm2/min den Beschichtungsprozess besonders wirtschaftlich gestaltet. Eine Flächenrate ist hierin bevorzugt auf eine Schichthöhe von 100 pm [einhundert Mikrometer] normiert. Das heißt, wenn eine geringere Schichthöhe angestrebt ist, wird beispielsweise eine höhere Flächenrate erzielt, indem bei ansonsten gleichen Prozessparametern die Vorschubgeschwindigkeit erhöht wird. In Ausführungsformen, bei denen das Beschichtungssystem als einlagiges Beschichtungssystem ausgebildet ist, ist bereits im Vergleich zu einem Zweischichtsystem mit ähnlichen Flächenraten eine deutliche Steigerung der Wirtschaftlichkeit erzielbar, weil die Herstellung im Stand der Technik bekannter zweilagiger Beschichtungen durch die entsprechend größere Lagenanzahl und/oder ein nötiges Umrüsten der Vorrichtung für einen anderen Pulverwerkstoff länger brauchen. Es soll jedoch verstanden werden, dass das hier vorgeschlagene Beschichtungssystem nicht darauf beschränkt ist, als einlagige Beschichtung ausgebildet zu sein. It should be understood that an area rate of at least 500 cm 2 /min, preferably at least 850 cm 2 /min, makes the coating process particularly economical. An area rate is preferably normalized herein to a layer height of 100 pm [one hundred micrometers]. This means that if a lower layer height is desired, a higher area rate is achieved, for example, by increasing the feed rate while the process parameters are otherwise the same. In embodiments in which the coating system is designed as a single-layer coating system, a significant increase in economic efficiency can be achieved compared to a two-layer system with similar area rates, because the production of two-layer coatings known in the prior art is due to the correspondingly larger number of layers and / or a necessary Converting the device for a different powder material takes longer. However, it should be understood that the coating system proposed here is not limited to being designed as a single-layer coating.
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Grundkörpers vorgeschlagen, dass das Beschichtungssystem eine Härte von 300 HVo.oi bis 1100 HVo.oi aufweist. It is further proposed in an advantageous embodiment of the base body that the coating system has a hardness of 300 HVo.oi to 1100 HVo.oi.
In einer Ausführungsform weist das Beschichtungssystem bevorzugt eine Härte von mindestens 350 HVo.oi, weiter bevorzugt von mindestens 400 HVo.oi, weiter bevorzugt mindestens 450 HVo.oi und weiter bevorzugt mindestens 500 HVo.oi auf. In einer Ausführungsform weist das Beschichtungssystem bevorzugt eine Härte von höchstens 700 HVo.oi, und weiter bevorzugt von höchstens 600 HVo.oi auf. In one embodiment, the coating system preferably has a hardness of at least 350 HVo.oi, more preferably at least 400 HVo.oi, more preferably at least 450 HVo.oi and more preferably at least 500 HVo.oi. In one embodiment, the coating system preferably has a hardness of at most 700 HVo.oi, and more preferably at most 600 HVo.oi.
Dabei erreicht eine höhere Härte vorteilhaft eine verbesserte Verschleißbeständigkeit der Beschichtung. Gleichzeitig kann eine zu hohe Härte eine unerwünschte Rissbildung begünstigen. Es sei darauf hingewiesen, dass die angegebenen Werte sich in einer Ausführungsform auf das reine Schweißmaterial beziehen, also die Matrix-Legierung ohne separat beigegebene Karbid-Partikel die genannte Härte aufweist. In einer Ausführungsform sind hohe Werte, beispielsweise die 1100 HVo.oi statistisch gemittelt bestimmt, wobei die Härte gemessen auf einem Karbid-Partikel und die Härte gemessen auf der Matrix-Legierung gemäß dem Flächenanteil und/oder dem Volumenprozent gewichtet berechnet wird. A higher hardness advantageously achieves improved wear resistance of the coating. At the same time, too much hardness can promote undesirable crack formation. It should be noted that in one embodiment the values given relate to the pure welding material, i.e. the matrix alloy without separately added carbide particles of the stated hardness having. In one embodiment, high values, for example the 1100 HVo.oi, are determined statistically averaged, with the hardness measured on a carbide particle and the hardness measured on the matrix alloy being calculated weighted according to the area fraction and/or the volume percent.
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Grundkörpers vorgeschlagen, dass ein Anteil an separat beigegebenen Karbid-Partikeln mindestens 35 Vol.-%, bevorzugt mindestens 40 Vol.-%, weiter bevorzugt mindestens 50 Vol.-% umfasst. wobei bevorzugt die separat beigegebenen Karbid-Partikel ausgewählt sind aus Titankarbiden und/oder Wolframkarbiden, wobei besonders bevorzugt die separat beigegebenen Karbid-Partikel ausschließlich Titankarbide sind. It is further proposed in an advantageous embodiment of the base body that a proportion of separately added carbide particles comprises at least 35% by volume, preferably at least 40% by volume, more preferably at least 50% by volume. wherein preferably the separately added carbide particles are selected from titanium carbides and/or tungsten carbides, with particularly preferably the separately added carbide particles being exclusively titanium carbides.
Je geringer der Volumenanteil von separat beigegebenen Karbid-Partikeln ist, desto kostengünstiger ist das Beschichtungssystem. Je mehr separate Karbid-Partikel beigegeben sind, desto besser ist das Verschleißbeständigkeit einer Reibfläche. Zudem zeigt sich, dass das Bremsverhalten, also ein Ansprechen (die sogenannte Schärfe der Bremsung), mit der zunehmenden Anzahl von separat beigegebenen Karbid-Partikeln verbessert ist. The lower the volume fraction of separately added carbide particles, the more cost-effective the coating system is. The more separate carbide particles are added, the better the wear resistance of a friction surface. It also shows that the braking behavior, i.e. response (the so-called sharpness of the braking), is improved with the increasing number of separately added carbide particles.
Titankarbide sind besonders kostengünstig. Wolfram karbide sind für höhere Temperaturen geeignet, beispielsweise für ein Beschichtungssystem einer Bremsscheibe für ein Bremssystem eines Sportwagens. Titanium carbides are particularly cost-effective. Tungsten carbides are suitable for higher temperatures, for example for a coating system on a brake disc for a sports car braking system.
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Grundkörpers vorgeschlagen, dass der Grundkörper ein Graugussgrundkörper und/oder eine Bremsscheibe ist. It is further proposed in an advantageous embodiment of the base body that the base body is a gray cast iron base body and/or a brake disc.
Dabei wird der Fachmann unmittelbar erkennen, dass ein solcher Grundkörper von dem Beschichtungssystem profitieren kann, welcher erhöhtem Verschleiß, Reibung oder anderen mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt ist. Insbesondere ist das Beschichtungssystem vorteilhaft für Grundkörper, welche als Bremseinrichtungen, beispielsweise Bremsscheiben dienen. Bremsscheiben sind in besonders hohem Maße Verschleiß und Korrosion ausgesetzt. Das hier vorgeschlagene Beschichtungssystem wirkt besonders vorteilhaft Verschleiß und Korrosion entgegen und schützt den Grundkörper. Weiterhin vorteilhaft wird mittels des Beschichtungssystems ein Grundkörper erreicht, welcher auch eine besonders vorteilhafte, wie die beispielsweise in ELIRO7 geforderte, Feinstaubreduktion erreicht. The person skilled in the art will immediately recognize that such a base body can benefit from the coating system, which is exposed to increased wear, friction or other mechanical stress. The coating system is particularly advantageous for base bodies that serve as braking devices, for example brake discs. Brake discs are particularly high Exposed to wear and corrosion. The coating system proposed here counteracts wear and corrosion in a particularly advantageous manner and protects the base body. Furthermore, the coating system advantageously achieves a base body which also achieves a particularly advantageous reduction in fine dust, such as that required in ELIRO7.
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Grundkörpers vorgeschlagen, dass die Karbid-Partikel ein Korngrößenfenster von 6 pm bis 120 pm aufweist, wobei bevorzugt zumindest eines, besonders bevorzugt ausschließlich eines, der folgenden separaten Korngrößenfenster umfasst ist: It is further proposed in an advantageous embodiment of the base body that the carbide particles have a grain size window of 6 pm to 120 pm, preferably comprising at least one, particularly preferably exclusively one, of the following separate grain size windows:
- 15 pm bis 45 pm; und - 3pm to 45pm; and
- 45pm bis 90 pm, bevorzugt bis 106 pm. - 45pm to 90pm, preferably until 106pm.
Die hier angegebene Korngrößenfenster ist eine Abwägung zwischen der geforderten Schichtdicke beziehungsweise Gesamtdicke des Beschichtungssystems und einer guten Verfestigungswirkung. Wenn das Korngrößenfenster zu groß ist, sind statistisch einige Karbid-Partikel nicht mehr gut in der Matrix-Legierung einbindbar und werden sich bei Belastung aus der Matrix-Legierung lösen. Das wiederum kann beispielsweise im Einsatz als Reibfläche einer Bremsscheibe zu gegenteiligen Ergebnissen führen, wenn sich solche gelösten Karbid-Partikel in einen Bremsbelag einfressen und damit in der Reibfläche der Bremsscheibe zu Riefenbildung führen. Wenn das Korngrößenfenster zu klein ist, werden nicht die gewünschten Ergebnisse hinsichtlich der Verschleißbeständigkeit erreicht. The grain size window specified here is a trade-off between the required layer thickness or total thickness of the coating system and a good solidification effect. If the grain size window is too large, statistically some carbide particles can no longer be integrated well into the matrix alloy and will detach from the matrix alloy under load. This in turn can lead to opposite results, for example when used as a friction surface of a brake disc, if such dissolved carbide particles eat into a brake pad and thus lead to the formation of grooves in the friction surface of the brake disc. If the grain size window is too small, the desired wear resistance results will not be achieved.
Es wurde aber zudem festgestellt, dass mit einer zunehmenden Korngröße der Volumenanteil der separat beigegebenen Karbid-Partikel reduzierbar ist. Somit lassen sich damit auch in anderen Anwendungen als Bremsscheiben Kostenvorteile erzielen. However, it was also found that the volume fraction of the separately added carbide particles can be reduced as the grain size increases. This means that cost advantages can also be achieved in applications other than brake discs.
Es wurde auch festgestellt, dass mit einem großen Korngrößenfenster die für eine Reibfläche besonders relevanten Vorteile einer hohen Härte und einem guten Bremsverhalten (vergleiche oben) zugleich sehr gut erreichen lassen. Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Pulverwerkstoffgemisch für ein Beschichtungssystem eines Grundkörpers nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung vorgeschlagen, wobei in dem Pulverwerkstoffgemisch die Elemente der Matrix-Legierung und die separat beizugebenden Karbid-Partikel enthalten sind. It was also found that with a large grain size window, the advantages of high hardness and good braking behavior (compare above) that are particularly relevant for a friction surface can be achieved very well at the same time. According to a further aspect, a powder material mixture is proposed for a coating system of a base body according to an embodiment according to the above description, wherein the powder material mixture contains the elements of the matrix alloy and the carbide particles to be added separately.
Das hier vorgeschlagene Pulverwerkstoffgemisch ermöglicht es, das oben vorgeschlagene Beschichtungssystem zu erzeugen. Zugleich ist es besonders einfach und damit kostengünstig, dass das Pulverwerkstoffgemisch bereits die separat beizugebenden Karbid-Partikel umfasst, sodass diese nicht separat zugeführt werden müssen. The powder material mixture proposed here makes it possible to create the coating system proposed above. At the same time, it is particularly simple and therefore cost-effective for the powder material mixture to already contain the carbide particles to be added separately, so that they do not have to be added separately.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Beschichten eines Grundkörpers nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung und/oder einem Pulverwerkstoffgemisch nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung vorgeschlagen, wobei zumindest eine, bevorzugt alle, der Lagen mittels Auftragschweißen, bevorzugt Laserauftragschweißen, besonders bevorzugt Hochgeschwindigkeits- Laserauftragschweißen aufgebracht ist, bevorzugt mit einer Flächenrate von wenigstens 500 cm2/min zu einer Bezugs- Schichtdicke von 100 pm. According to a further aspect, a method for coating a base body according to an embodiment according to the above description and / or a powder material mixture according to an embodiment according to the above description is proposed, wherein at least one, preferably all, of the layers by means of deposition welding, preferably laser deposition welding, particularly preferably high-speed - Laser deposition welding is applied, preferably with an area rate of at least 500 cm 2 /min to a reference layer thickness of 100 pm.
Es wird auf die vorhergehende Beschreibung des Beschichtungssystems zumindest mit Bezug auf das Verfahren zum Beschichten verwiesen. Es sei darauf hingewiesen, dass das Laserauftragschweißen zwar einen geringeren Energieaufwand bedeutet, aber zugleich die Energieintensität von beispielsweise Hochgeschwindigkeitsflammspritzen [HVOF] ähnliche Werte erreichen kann und somit zum Erzeugen eines Beschichtungssystems, beispielsweise mittels des oben beschriebenen Pulverwerkstoffgemischs, geeignet ist. Vorteile von Laserauftragschweißen, besonders von Hochgeschwindigkeits- Laserauftragschweißen [HVLA], ist die Güte und geringere erzielbare Schichtdicke des Beschichtungssystems, sodass nicht nur weniger Energie für den jeweiligen Schweißvorgang benötigt wird, sondern auch weniger Material und unter Umständen auch in kürzerer Zeit und damit auch wieder weniger Energiebedarf erzielbar ist. Die jeweiligen Vorteile hängen aber stark von dem vorliegenden Anwendungsfall ab. Reference is made to the previous description of the coating system at least with regard to the coating process. It should be noted that laser deposition welding requires less energy, but at the same time the energy intensity of, for example, high-velocity flame spraying [HVOF] can reach similar values and is therefore suitable for producing a coating system, for example using the powder material mixture described above. The advantages of laser deposition welding, especially high-speed laser deposition welding [HVLA], is the quality and lower achievable layer thickness of the coating system, so that not only less energy is required for the respective welding process, but also less material and possibly can also be achieved in a shorter time and thus also requires less energy. However, the respective advantages depend heavily on the application at hand.
Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die Zeichnungen nicht maßhaltig sind und zur Definition von Größenverhältnissen nicht geeignet sind. Es wird dargestellt in The invention described above is explained in detail below against the relevant technical background with reference to the associated drawings, which show preferred embodiments. The invention is in no way limited by the purely schematic drawings, although it should be noted that the drawings are not true to size and are not suitable for defining size relationships. It is presented in
Fig. 1 : eine Beschichtungsvorrichtung mit einem Grundkörper; Fig. 1: a coating device with a base body;
Fig. 2: ein Ausschnitt eines schematischen Schliffbilds eines beschichteten Grundkörpers; Fig. 2: a section of a schematic micrograph of a coated base body;
Fig. 3: ein Schliffbild einer Ausführungsform nach Beispiel Nr. 3; Fig. 3: a micrograph of an embodiment according to Example No. 3;
Fig. 4: Beispiel Nr. H gemäß Tabelle 1 ; Fig. 4: Example No. H according to Table 1;
Fig. 5: Beispiel Nr. W gemäß Tabelle 1 ; Fig. 5: Example No. W according to Table 1;
Fig. 6: ein Beschichtungssystem auf einer Bremsscheibe; Fig. 6: a coating system on a brake disc;
Fig. 7: ein alternatives Beschichtungssystem auf einer Bremsscheibe; Fig. 7: an alternative coating system on a brake disc;
Fig. 8: eine Vergrößerung des Schliffbilds aus Fig. 3; Fig. 8: an enlargement of the micrograph from Fig. 3;
Fig. 9: eine Härtemessung nach Vickers; Fig. 9: a hardness measurement according to Vickers;
Fig. 10: erste Bremsscheiben jeweils vor und nach einer Korrosionsbeständigkeitsprüfung; Fig. 10: first brake discs before and after a corrosion resistance test;
Fig. 11 : zweite Bremsscheiben jeweils vor und nach einer Korrosionsbeständigkeitsprüfung; und Fig. 11: second brake discs before and after a corrosion resistance test; and
Fig. 12: ein Schliffbild durch die rechte Bremsscheibe nach Fig. 11. Fig. 12: a micrograph through the right brake disc according to Fig. 11.
In Fig. 1 ist eine Beschichtungsvorrichtung 10 mit einem Grundkörper 1, beispielsweise einer Bremsscheibe 7, in einer schematischen Ansicht gezeigt. Die hier gezeigte Beschichtungsvorrichtung 10 umfasst (hier zwei) Vorratsbehälter 15 für das Schweißmaterial, beispielsweise für ein Pulver gemischt aus zwei Pulverkomponenten. Das Pulver ist beispielsweise zu einem Teil metallisch und zu einem anderen Teil ein Zuschlagstoff, beispielsweise Hartstoffpartikel, welche beispielsweise in einer Reibbeschichtung einer Bremsscheibe 7 eingesetzt werden. Eine Zuleitung 16 ist an die Vorratsbehälter 15 angeschlossen und mündet in einer Zuführeinrichtung 12, hier einer Ringspaltdüse. Hier ist optional dargestellt, dass eine Durchfluss-Messung 17 bei einer ByPass-Leitung 18 angeordnet ist und somit mittels der Durchfluss-Messung 17 der Durchfluss in der Zuleitung 16 (extrapoliert aus den Daten der ByPass-Leitung 18) erfassbar ist. Die Zuführeinrichtung 12 (hier Ringspaltdüse) ist derart ausgerichtet, dass das (hier pulverförmige) Schweißmaterial in einen Fokus zuführbar ist und mittels einer Zustellaktorik 13 (hier einzig schematisch für eine einzige Vorschubrichtung in der Bildebene von rechts nach links angedeutet) der Fokus definiert bewegbar ist. Die Beschichtungsvorrichtung 10 umfasst weiterhin eine Schweißeinrichtung 11 , hier beispielsweise ein Laser zum LA, bevorzugt zum HVLA. Die Schweißeinrichtung 11 ist derart eingerichtet, dass das Schweißmaterial (hier von dem Laser) in dem Fokus angeschmolzen oder aufgeschmolzen wird, sodass das Schweißmaterial (bevorzugt in einem Schmelzbad) in der Region (darstellungsgemäß) unterhalb des Fokus in der zu beschichtenden Oberfläche 21 des Grundkörpers 1 auftrifft und somit (nach dem Aushärten) eine Beschichtung auf dem Werkstück gebildet wird. In Fig. 1, a coating device 10 with a base body 1, for example a brake disc 7, is shown in a schematic view. The coating device 10 shown here includes (here two) storage containers 15 for the welding material, for example for a powder mixed from two powder components. The powder is, for example, partly metallic and partly an additive, for example hard material particles, which are used, for example, in a friction coating of a brake disc 7. A supply line 16 is connected to the storage container 15 and opens into one Feed device 12, here an annular gap nozzle. Here it is optionally shown that a flow measurement 17 is arranged at a bypass line 18 and thus the flow in the supply line 16 (extrapolated from the data of the bypass line 18) can be detected by means of the flow measurement 17. The feed device 12 (here annular gap nozzle) is aligned in such a way that the (here powdery) welding material can be fed into a focus and the focus can be moved in a defined manner by means of a feed actuator 13 (here indicated only schematically for a single feed direction in the image plane from right to left). . The coating device 10 further comprises a welding device 11, here for example a laser for LA, preferably for HVLA. The welding device 11 is set up in such a way that the welding material (here by the laser) is melted or melted in the focus, so that the welding material (preferably in a melt pool) in the region (as shown) below the focus in the surface 21 of the base body to be coated 1 hits and thus (after curing) a coating is formed on the workpiece.
In Fig. 2 ist schematisch ein Ausschnitt eines Schliffbilds eines beschichteten Grundkörpers 1 , beispielsweise einer Bremsscheibe 7, gezeigt. Dabei ist ein Beschichtungssystem 2 mit mehreren (rein optional zwei) Lagen 3,4 gebildet. Die unterste (erste) Lage 3 ist einzig aus der Matrix-Legierung 5 gebildet. Die obere beziehungsweise äußere (zweite) Lage 4 ist aus einer Matrix-Legierung 5 und separat beigegebenen Karbid-Partikeln 6 gebildet, welche hier in unterschiedlichen Korngrößen als Repräsentation des Korngrößenfensters 8 dargestellt sind. Bevorzugt ist die zweite Lage 4 unmittelbar aus einem vorgemischten Pulverwerkstoffgemisch 9 als Schweißzusatzwerkstoff erzeugt worden. In Fig. 2, a section of a micrograph of a coated base body 1, for example a brake disc 7, is shown schematically. A coating system 2 is formed with several (purely optionally two) layers 3,4. The lowest (first) layer 3 is formed solely from the matrix alloy 5. The upper or outer (second) layer 4 is formed from a matrix alloy 5 and separately added carbide particles 6, which are shown here in different grain sizes as a representation of the grain size window 8. The second layer 4 is preferably produced directly from a premixed powder material mixture 9 as a welding filler material.
Herstellung von Ausführungsformen Production of embodiments
Der Pulverwerkstoff wird mittels einer Vorrichtung, wie bspw. schematisch in Fig. 1 gezeigt, in einem HVLA-Verfahren eingesetzt und als Beschichtung auf einen Grauguss-Grundkörper aufgebracht. Die eingesetzten Hartstoffpartikel, welche den Verschleißschutz verbessern, sollen dabei durch naturharte Materialien ersetzt werden. Die Eisenbasislegierung soll dabei das im Stand der Technik verwendete Wolframcarbid als Hartstoff ersetzen. Für die PS, sofern vorhanden, wird beispielsweise eine Matrix-Legierung gemäß der obigen Beschreibung verwendet. Es sei darauf hingewiesen, dass der hier genannte Pulverwerkstoff unmittelbar auf die zu beschichtende Oberfläche des Grauguss- Grundkörpers aufbringbar ist oder auf eine zuvor aufgebrachte PS (auch als HS bezeichnet). Dabei ist unbeachtlich, ob die jeweilige Schicht in einer einzigen oder in mehreren Durchgängen (das heißt mehrlagig) gebildet ist. Bei einer geeigneten Prozessführung sind die Schweißlagen und damit deren Anzahl in einer Schicht mit einem einzigen Pulverwerkstoff nicht mehr erkennbar. Die Anzahl der Lagen in einer Schicht sind bestimmt für eine geforderte Mindestdicke und/oder für eine garantierte Überdeckung aufgrund der Spurbreite der verfahrensbedingt seitlich gerundeten Schweißraupen. The powder material is used in an HVLA process using a device, as shown schematically in FIG. 1, and applied as a coating to a gray cast iron base body. The hard material particles used, which improve wear protection, should be replaced by naturally hard materials. The iron-based alloy is intended to replace the tungsten carbide used in the prior art as a hard material. For the PS, if present, a matrix alloy is used, for example, as described above. It should be noted that the powder material mentioned here can be applied directly to the surface of the gray cast iron base body to be coated or to a previously applied PS (also referred to as HS). It is irrelevant whether the respective layer is formed in a single pass or in several passes (i.e. in multiple layers). If the process is carried out appropriately, the weld layers and therefore their number can no longer be identified in a layer with a single powder material. The number of layers in a layer is determined for a required minimum thickness and/or for a guaranteed coverage due to the track width of the weld beads, which are laterally rounded due to the process.
Zur Durchführung verschiedener Vergleichsexperimente wurden (Ausführungs-) Beispiele 1 bis 9 der vorliegenden Beschichtung erstellt und auf ihre chemische Zusammensetzung hin analysiert. Die Ergebnisse der chemischen Analyse zeigt Tabelle 1 . To carry out various comparative experiments, (executive) examples 1 to 9 of the present coating were created and analyzed for their chemical composition. The results of the chemical analysis are shown in Table 1.
Tabelle 1 - Chemische Analyse von als Beschichtung auf einem Grundkörper aufgebrachtem Schweißmaterial in Gewichtsprozent
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Table 1 - Chemical analysis of welding material applied as a coating to a base body in percent by weight
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In Tabelle 1 sind die Ausführungsbeispiele Nr. 1 bis Nr. 9 der vorliegenden Erfindung und Nr. W und Nr. H als Abgrenzungen und nicht der Erfindung zugehörig dargestellt, welche durch chemische Analyse auf ihre Zusammensetzung hin untersucht wurden. Die Tabelle 1 zeigt die Zusammensetzung nach Elementen und in Gewichtsprozent. Eisen (Fe) liegt dabei in ausbalancierter (bal) Menge vor. In Table 1, embodiments No. 1 to No. 9 of the present invention and No. W and No. H are shown as demarcations and not belonging to the invention, which were examined for their composition by chemical analysis. Table 1 shows the composition by element and in percent by weight. Iron (Fe) is present in a balanced (bal) amount.
Herstellung von Ausführunqsformen nach Zweischicht-Modell Production of embodiments according to the two-layer model
In einem Zweischicht-Modell werden auf die PS (auch als HS bezeichnet) Beschichtungen nach der vorliegenden Erfindung als Funktionsschicht (in diesem Fall als Reibschicht ausgeführt) aufgebracht, welche einen hohen Anteil an Titankarbiden umfassen. Die PS ist hier ein AISI 316-Stahl. Die Reibschicht ist die hierin vorgeschlagene Beschichtung, nämlich in diesem Beispiel gemäß obigem Beispiel Nr. 2 (vergleiche Tabelle 1 ). In der nachfolgenden Tabelle 2 sind verschiedene Beispiele (Nr. 10 bis Nr. 13) aufgezeigt und nachfolgend hinsichtlich Ihrer Eigenschaften im Einsatz mit einer Grauguss-Bremsscheibe miteinander verglichen. In Tabelle 2 sind die Schichten beschrieben, sowie der Karbidanteil und die Korngröße der Karbide des Karbidanteils dargestellt. Der Karbidanteil der Tabelle 2 bezeichnet dabei solche Karbide, welche zusätzlich zu dem Pulverwerkstoff, welcher als Reibschicht aufgetragen wird, beim Schweißprozess (mittels HVLA) zugegeben werden. Es soll verstanden werden, dass dies also nicht auf die Karbide bezogen ist, wie sie gemäß obiger Beschreibung in dem Pulverwerkstoff vorhanden sind oder sich beim Schweißprozess bilden. Es sei darauf hingewiesen, dass diese zusätzlichen Karbide in den Pulverfokus eingegeben werden und somit unmittelbar in das flüssige Material eingegeben werden. Die Karbide selbst, sofern sie die angegebene Korngröße aufweisen, werden dabei nicht angeschmolzen, weil die jeweilige intrinsische Schmelztemperatur deutlich über den Prozesstemperaturen liegen. Die Karbide sind als Pulvermaterial mit der angegebenen Korngröße beziehungsweise dem Korngrößenfenster erhältlich. In a two-layer model, coatings according to the present invention are applied to the PS (also referred to as HS) as a functional layer (in this case designed as a friction layer), which comprise a high proportion of titanium carbides. The PS here is an AISI 316 steel. The friction layer is the coating proposed herein, namely in this example according to Example No. 2 above (see Table 1). Table 2 below shows various examples (No. 10 to No. 13) and compares them with regard to their properties when used with a gray cast iron brake disc. Table 2 describes the layers and shows the carbide content and the grain size of the carbides in the carbide content. The carbide content in Table 2 refers to those carbides that are added during the welding process (using HVLA) in addition to the powder material, which is applied as a friction layer. It should be understood that this does not refer to the carbides as present in the powder material or formed during the welding process as described above. It should be noted that these additional carbides entered the powder focus and are therefore entered directly into the liquid material. The carbides themselves, provided they have the specified grain size, are not melted because the respective intrinsic melting temperature is significantly above the process temperatures. The carbides are available as powder material with the specified grain size or grain size window.
Tabelle 2 - Liste der Beispiele von Beschichtungen versetzt mit Karbiden
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Table 2 - List of examples of coatings containing carbides
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PS steht in der Tabelle 2 für Pufferschicht, welche aus dem unten angegebenen AISI 316-Stahl gebildet ist. RS steht in der Tabelle 2 für die Funktionsschicht, also hier der Reibschicht, welche mit dem jeweiligen Karbid versetzt ist, also in der jeweiligen Schicht 50 Gew.-% beziehungsweise (in Beispiel Nr. 10 und Nr. 11 )PS in Table 2 stands for buffer layer, which is formed from the AISI 316 steel specified below. In Table 2, RS stands for the functional layer, i.e. here the friction layer, which is mixed with the respective carbide, i.e. 50% by weight in the respective layer or (in example no. 10 and no. 11)
60 Gew.-% ausmacht. Die Karbide sind TiC [Titankarbid]. Alternativ ist teilweise oder teilweise ersetzend WC [Wolfram karbid] eingesetzt. Die Korngrößenfenster sind annähernd als Gaußverteilung anzusehen, bei welchen eine vernachlässigbare Menge des Pulvers kleiner als der minimale Wert und größer als der maximale Wert des Korngrößenfensters ist. Die Korngrößenfenster sind von den Herstellern in der Regel durch Siebung erzielt. Beispiel-Produkt von Hersteller wie Durum Verschleißschutz GmbH, H.C. Starck Tungsten GmbH, Gesellschaft für Wolfram Industries mbH oder Höganäs Germany GmbH. Die PS ist aus einem Werkstoff gebildet, welcher gemeinhin als austenitisch rostfreier Stahl bezeichnet wird. Es handelt sich um die Legierung 1 .4404 auch als 316L beziehungsweise AISI 316 bekannt, der aufgrund seines hohen Chromgehalts und hohen Molybdängehalts in Verbindung mit einem niedrigen Kohlenstoffgehalt eine sehr gute Korrosionsbeständigkeit aufweist. Die Festigkeit im geglühten Zustand beträgt bei großen Durchmessern etwa 600 MPa [sechshundert Mega-Pascal], kann aber bei kleinen Abschnitten durch Kaltverformung erhöht werden. Als RS_1 ist die Reibschicht bezeichnet, welche aus einem Edelstahl besteht, hier genauer die Legierung 1.4016 oder auch als 430L. Als RS_2 (in Beispielen Nr. 11 und Nr. 12) ist die Reibschicht bezeichnet, welche aus dem gleichen Werkstoff wie die PS gebildet ist. Die Werte sind angegeben nach DIN EN 10095:2018, Anhang D. 60% by weight. The carbides are TiC [titanium carbide]. Alternatively, WC [tungsten carbide] is used as a partial or partial replacement. The grain size windows can be viewed approximately as a Gaussian distribution, in which a negligible amount of the powder is smaller than the minimum value and larger than the maximum value of the grain size window. The grain size windows are usually achieved by manufacturers through sieving. Example product from manufacturers such as Durum Wear Protection GmbH, HC Starck Tungsten GmbH, Gesellschaft für Wolfram Industries mbH or Höganäs Germany GmbH. The PS is formed from a material commonly referred to as austenitic stainless steel. It is the alloy 1.4404, also known as 316L or AISI 316, which has very good corrosion resistance due to its high chromium content and high molybdenum content in conjunction with a low carbon content. The annealed strength is approximately 600 MPa [six hundred mega-pascals] for large diameters, but can be increased by cold working for small sections. The friction layer is referred to as RS_1, which consists of stainless steel, here more precisely the alloy 1.4016 or 430L. The friction layer, which is made of the same material as the PS, is designated as RS_2 (in examples No. 11 and No. 12). The values are given according to DIN EN 10095:2018, Appendix D.
Als RS_3 ist die Reibschicht (in Beispiel Nr. 13) bezeichnet, welche aus dem Werkstoff von Beispiel Nr. 2 (vergleiche Tabelle 1 ) gebildet ist. The friction layer (in Example No. 13) is designated as RS_3, which is formed from the material from Example No. 2 (see Table 1).
Versuchserqebnisse Experimental results
Für Ausführungsbeispiele Nr. 10, Nr. 11., Nr. 12 und Nr. 13 gemäß Tabelle 2 nach Zweischicht-Modell wurde ein Performanz-Test durchgeführt. Der Performanz-Test wurde im Einklang mit dem sogenannten WLTP-Standard durchgeführt. WLTP [engl.: Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedure] ist ein internationaler Fahrzyklus-Standard der EU, gültig ab 1. September 2017, in der zum Anmeldetag gültigen aktuellen Fassung durchgeführt werden. Das Ergebnis wird für Ausführungsformen nach der vorliegenden Erfindung positiv sein. A performance test was carried out for exemplary embodiments No. 10, No. 11, No. 12 and No. 13 according to Table 2 according to the two-layer model. The performance test was carried out in accordance with the so-called WLTP standard. WLTP [English: Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedure] is an international driving cycle standard of the EU, valid from September 1, 2017, in the current version valid on the registration date. The result will be positive for embodiments according to the present invention.
Tabelle 3 - Übersicht der Performanz der in Tabelle 2 aufgezeigten Beispiele
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Table 3 - Overview of the performance of the examples shown in Table 2
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In Tabelle 3 sind die Ergebnisse des Performanz-Tests dargestellt. Dabei steht das Symbol O für eine durchschnittliche, Symbol - für eine schlechte, Symbol -- für eine sehr schlechte und Symbol + für eine gute bis sehr gute Performanz. Table 3 shows the results of the performance test. The symbol O stands for average performance, symbol - for poor performance, symbol -- for very poor performance and symbol + for good to very good performance.
Bewertungskriterien für die Performanz der Bremsscheibe sind der Abrieb in Form von einer Profilhöhenvarianz über den Radius der Bremsscheibe, also dem Abstand zwischen dem höchsten und niedrigsten Punkt auf der Oberfläche der Bremsscheibe. Eine Profilhöhenvarianz von weniger als 3 pm [drei Mikrometer] wird als gut bewertet, von 7 pm als schlecht. Ein Durchschnittsreibwert von 0,48 [achtundvierzig Hundertstel] wird hierin als sehr gut bewertet, wobei ein Druck von 20 bar [zwanzig Bar], 30 bar und 40 bar auf einen Kolben mit 57 mm [siebenundfünfzig Millimeter] Durchmesser auf eine Bremsscheibe mit 330 mm [dreihundertdreißig Millimeter] aufgegeben worden ist. Ein durchschnittlicher Reibwert von unter 0,45 wird hierin als schlecht bewertet. Evaluation criteria for the performance of the brake disc are the abrasion in the form of a profile height variance over the radius of the brake disc, i.e. the distance between the highest and lowest points on the surface of the brake disc. A profile height variance of less than 3 pm [three micrometers] is considered good, and 7 pm is considered poor. An average coefficient of friction of 0.48 [forty-eight hundredths] is rated as very good, with a pressure of 20 bar [twenty bar], 30 bar and 40 bar on a piston with a diameter of 57 mm [fifty-seven millimeters] on a brake disc with 330 mm [three hundred and thirty millimeters] has been abandoned. An average coefficient of friction of less than 0.45 is rated as poor.
Bewertungskriterien für die Performanz der Bremsbeläge ist, ob sich dort Körner aus der Bremsscheibe eingefressen haben, welche zu einer Riefenbildung in der Oberfläche der Bremsscheibe führen und ob sich auf den Bremsbelägen selbst Riefen gebildet haben. Dies geschieht nach Sichtprüfung. Zum Vergleich ist ein in diesem Zusammenhang als schlecht bewerteter Zustand eines Bremsbelags in Fig. 6 (Beispiel Nr. 12) gezeigt. Ein in diesem Zusammenhang als sehr gut bewerteter Zustand eines Bremsbelags ist in Fig. 7 (Beispiel Nr. 13) gezeigt. The evaluation criteria for the performance of the brake pads is whether grains have eaten into the brake disc, which lead to the formation of grooves in the surface of the brake disc, and whether grooves have formed on the brake pads themselves. This is done after a visual inspection. For comparison, a condition of a brake pad that is rated as poor in this context is shown in FIG. 6 (Example No. 12). A condition of a brake pad rated as very good in this context is shown in Fig. 7 (Example No. 13).
In Fig. 3 ist ein Schliffbild einer Ausführungsform nach Beispiel Nr. 3 gemäß obiger Tabelle 1 der hierin vorgeschlagenen Beschichtung erzeugt, bei welcher die folgenden Parameter erzielt wurden: 3 shows a micrograph of an embodiment according to Example No. 3 according to Table 1 above of the coating proposed herein, in which the following parameters were achieved:
Verfahrensparameter: Process parameters:
• Strahlintensität: etwa 1300 W/mm2 [eintausend dreihundert Watt pro Quadrat- Millimeter] • Beam intensity: about 1300 W/mm 2 [one thousand three hundred watts per square millimeter]
• Energiedichte: 1 ,3 J/mm3 [dreizehn Zehntel Joule pro Kubik-Millimeter] • Energy density: 1.3 J/mm 3 [thirteen tenths of a joule per cubic millimeter]
• Pulvermassendichte: 0,2 mg/mm3 mg/mm3 [einhundertzwölf zehntel Milligramm pro Kubik-Millimeter] • Powder mass density: 0.2 mg/mm 3 mg/mm 3 [one hundred and twelve tenths of a milligram per cubic millimeter]
• Qualitativ hochwertige Beschichtung ohne Schichtdefekte (Bindung, Poren, Risse)• High-quality coating without layer defects (bonding, pores, cracks)
• Härte etwa 400 bis 440 HVo.oi • Hardness about 400 to 440 HVo.oi
• Cr-Gehalt > 12 Gew.-% • Cr content > 12% by weight
Fig. 4 und Fig. 5 zeigen eine Ausführungsform der Beschichtung, welche aus einem Pulverwerkstoff erstellt ist. Fig. 4 zeigt im Ergebnis Beispiel Nr. H gemäß Tabelle 1 eine erhöhte Hartphase aufgrund eines erhöhten Chromanteils im Vergleich zu der Beschichtung aus Fig. 3, welche zu Spannungen führt, welche zur Rissbildung und / oder Abplatzen führen könnten. Durch die erhöhte Hartphase steigt die Schichthärte auf > 450 HVo,oi. 4 and 5 show an embodiment of the coating, which is made from a powder material. 4 shows the result of Example No. H according to Table 1, an increased hard phase due to an increased chromium content compared to the coating from FIG. or chipping. Due to the increased hard phase, the layer hardness increases to > 450 HVo,oi.
Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform der Beschichtung nach Beispiel Nr. W gemäß Tabelle 1 , welche aus einem Pulverwerkstoff erstellt ist. Fig. 5 zeigt im Ergebnis eine reduzierte Hartphase mit qualitativ hochwertigem Schichtergebnis. Aufgrund der reduzierten Hartphase liegt die Härte bei etwa 350 HVo.oi. Fig. 5 shows an embodiment of the coating according to Example No. W according to Table 1, which is made from a powder material. As a result, Fig. 5 shows a reduced hard phase with a high-quality coating result. Due to the reduced hard phase, the hardness is around 350 HVo.oi.
Fig. 6 zeigt Fotographien von Bremsscheibe 7 und Bremsbelag (jeweils auf einem Bremsklotz) in einem Bremssystem. Die beiden Reihen an Abbildungen der Fig. 6 und Fig. 7 zeigen das Ergebnis innenseitig (untere Reihe) und außenseitig (obere Reihe), wobei das jeweils rechte Bild die Bremsscheibe 7 zeigt und das jeweils linke Bild den zu der rechts gezeigten Seite der Bremsscheibe 7 zugehörigen Bremsbelag. Fig. 6 shows photographs of brake disc 7 and brake pad (each on a brake pad) in a brake system. The two rows of illustrations in Fig. 6 and Fig. 7 show the result on the inside (bottom row) and outside (top row), with the right image showing the brake disc 7 and the left image showing the side of the brake disc shown on the right 7 associated brake pads.
Die Fotographien zeigen das Bremssystem nach einem Fahrzyklus. Ein solcher Fahrzyklustest kann gemäß dem oben genannten WLTP [engl.: Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedure, gültig ab 1. September 2017] durchgeführt werden. Das Ergebnis wird für Ausführungsformen nach der vorliegenden Erfindung positiv sein. The photographs show the braking system after one driving cycle. Such a driving cycle test can be carried out in accordance with the above-mentioned WLTP [Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedure, valid from September 1, 2017]. The result will be positive for embodiments according to the present invention.
Insbesondere kann ein Fahrzyklus-Test über 7 Tage durchgeführt werden. Bei Verwendung einer Beschichtung nach Beispiel 12 und Beispiele 3 gemäß Tabelle 2 werden sich im Wesentlichen die folgenden Ergebnisse erzielen lassen: In particular, a driving cycle test can be carried out over 7 days. When using a coating according to Example 12 and Examples 3 according to Table 2, essentially the following results can be achieved:
Fig. 7 zeigt das Ergebnis innenseitig und außenseitig bei Verwendung einer Beschichtung nach Beispiel Nr. 13. Dabei ist die Eignung der Beschichtung nach Beispiel Nr. 13 gegenüber der Beschichtung nach Beispiel 12 deutlich verbessert (siehe eingekreist und durch Pfeil hervorgerufene Beschädigungen in Fig. 4a). Die Vergleiche nach visueller Bewertung der in Beispiel 12 und Beispiel 13 getesteten Beschichtungen zeigt eindeutig, dass die Beschichtung nach Beispiel 13 in allen getesteten Parametern den im Stand der Technik gezeigten Beispielen überlegen ist. Fig. 7 shows the result on the inside and outside when using a coating according to Example No. 13. The suitability of the coating according to Example No. 13 is significantly improved compared to the coating according to Example 12 (see circled and arrow-caused damage in Fig. 4a ). The comparisons after visual evaluation of the coatings tested in Example 12 and Example 13 clearly show that the coating according to Example 13 is superior to the examples shown in the prior art in all tested parameters.
In Fig. 8 ist eine Vergrößerung des Schliffbilds aus Fig. 3 mit der gleichen Werkstoffkombination und in Bezug auf eine Anzeige der Länge von 100 pm dargestellt. Die Querschnittsprobe wurde mittels Energiedispersive Röntgenspektroskopie EDX (engl. Energy Dispersive X-ray spectroscopy) [nach DIN ISO 22309 nach dem Stand November 2015] analysiert. Dabei verlief die Messung in axialer Richtung der Bremsscheibe 7, von oben nach unten bis zum Grundkörper 1 (vergleiche dazu die mittlere Darstellung). Innerhalb der beschichteten Oberfläche 21 wurde dabei eine nahezu defektfreie Beschichtung und ein Schmelzmetallurgischer Verbund festgestellt, zudem wurde mittels EDX-Analyse eine Inhomogenität festgestellt. Die spektroskopische Analyse ist rechts gezeigt und verdeutlicht den Übergang von Grundkörper 1 zu der Beschichtung. In Fig. 8 is an enlargement of the micrograph from Fig. 3 with the same material combination and with respect to a display of the length of 100 pm shown. The cross-sectional sample was analyzed using energy dispersive X-ray spectroscopy EDX [according to DIN ISO 22309 as of November 2015]. The measurement took place in the axial direction of the brake disc 7, from top to bottom to the base body 1 (compare the middle illustration). An almost defect-free coating and a melt metallurgical bond were found within the coated surface 21, and an inhomogeneity was also found using EDX analysis. The spectroscopic analysis is shown on the right and illustrates the transition from base body 1 to the coating.
In Fig. 9 ist eine Härtemessung nach Vickers [nach EN ISO 6507-1 :2018] auf einem Querschnitt einer Bremsscheibe 7 mit einer beschichteten Oberfläche 21 nach Fig. 3 in Bezug auf eine Anzeige der Länge von 30 pm in einer rasterelektronenmikroskopischen Darstellung gezeigt. Links unten ist ein Ausschnitt des polierten Querschnitts gezeigt. Links unten und rechts sind kreuzförmig auf den Querschnitten die Eindrückungen des Vickers-Prüfkörpers zu erkennen. Die Härteprüfung verlief hier axial durch die Beschichtung hindurch und orthogonal, ungefähr mittig innerhalb der Beschichtung dazu. Die Prüfparameter waren hier 10 Ponds Eindrückkraft mit einem 15-sekündigen Anstieg der Kraft und einer Haltezeit von 20 Sekunden. 9 shows a hardness measurement according to Vickers [according to EN ISO 6507-1:2018] on a cross section of a brake disc 7 with a coated surface 21 according to FIG. 3 with respect to a display of the length of 30 pm in a scanning electron microscope representation. A section of the polished cross section is shown at the bottom left. The indentations of the Vickers test specimen can be seen in a cross shape on the cross sections at the bottom left and right. The hardness test here ran axially through the coating and orthogonally, approximately in the middle within the coating. The test parameters here were 10 ponds of indentation force with a 15 second increase in force and a hold time of 20 seconds.
Die ermittelte Vickershärte über die horizontale Messreihe ist darstellungsgemäß links oben gezeigt. Hierbei verläuft die Vickers-Härte nahezu konstant mit dem Wert 400 HVo,oi entlang der Horizontalen. The Vickers hardness determined over the horizontal series of measurements is shown at the top left of the illustration. The Vickers hardness is almost constant along the horizontal with a value of 400 HVo,oi.
In Fig. 10 und Fig. 11 sind zwei Bremsscheiben 7 jeweils vor und nach einer Korrosionsbeständigkeitsprüfung [nach dem Entwurf der ISO/DIS 9227:2021] von beiden Seiten gezeigt, wobei oben jeweils die Außenseite und unten die Innenseite dargestellt ist. Links in Fig. 10 ist eine Bremsscheibe 7 mit einer Beschichtung, welche nicht auf der Erfindung basiert (zweischichtiger Aufbau, wobei PS [Pufferschicht] und RS [Reibschicht] aus AISI 316 gebildet sind), gezeigt. Der Topf der Bremsscheibe 7 ist dabei frei einer Beschichtung. In Fig. 10 and Fig. 11, two brake discs 7 are shown from both sides before and after a corrosion resistance test [according to the draft of ISO/DIS 9227:2021], with the outside shown at the top and the inside shown at the bottom. On the left in Fig. 10 a brake disc 7 is shown with a coating which is not based on the invention (two-layer structure, with PS [buffer layer] and RS [friction layer] made of AISI 316). The pot of the brake disc 7 is free of a coating.
Es ist hier klar zu erkennen, dass der Topf einer deutlich stärkeren Korrosionsbildung unterliegt als die Kontaktfläche der Bremsscheibe 7. In Fig. 11 ist eine Bremsscheibe 7 mit einer Beschichtung auf Basis der Erfindung, nämlich in einem einschichtigen Aufbau ohne PS [Pufferschicht] und mit RS [Reibschicht] (also unmittelbar auf dem Grundkörper 1 aufgetragen) gemäß Beispiel Nr. 3 in Tabelle 1 gezeigt. Analog zu der linken Bremsscheibe 7 ist auch hier der Topf frei einer Beschichtung, sodass auch diese eine ähnliche oder gleiche Korrosion unterliegt wie die linke Bremsscheibe 7. Beide Kontaktflächen der Bremsscheiben 7 weisen lediglich eine geringe bis keine Korrosion in dieser Ansicht auf. It can be clearly seen here that the pot is subject to significantly more corrosion than the contact surface of the brake disc 7. 11 shows a brake disc 7 with a coating based on the invention, namely in a single-layer structure without PS [buffer layer] and with RS [friction layer] (i.e. applied directly to the base body 1) according to Example No. 3 in Table 1 . Analogous to the left brake disc 7, the pot here is also free of a coating, so that it is also subject to similar or the same corrosion as the left brake disc 7. Both contact surfaces of the brake discs 7 only show little to no corrosion in this view.
In Fig. 12 ist ein Schliffbild durch die rechte Bremsscheibe 7 nach Fig. 11 in einer mikroskopischen Nahaufnahme gezeigt. Hier ist gut ersichtlich, dass die Beschichtung an ihrem oberen Ende lediglich Oberflächenrost 19 aufweist (siehe oberen Pfeil), dieser sich jedoch nicht oder nur zu einem sehr geringen Anteil in die Beschichtung ausgebreitet hat. 12 shows a microscopic close-up of a microscopic image through the right brake disc 7 according to FIG. 11. Here it is clearly visible that the coating only has surface rust 19 at its upper end (see upper arrow), but this has not spread into the coating or only to a very small extent.
Am darstellungsgemäß linken Ende, dem Randbereich der Bremsscheibe 7, ist diese nicht beschichtet und weist dort eine Unterkorrosion auf, sodass der Grundkörper 1 angegriffen wurde (siehe unteren Pfeil). Diese Unterkorrosion ist jedoch in einem akzeptablen Zielbereich, welche unter den Standards zum Zeitpunkt der Korrosionsbeständigkeitsprüfung vorlagen, und innerhalb der vom Markt geforderten Anforderungen liegt. At the left end shown in the illustration, the edge area of the brake disc 7, it is not coated and has underlying corrosion there, so that the base body 1 has been attacked (see lower arrow). However, this undercorrosion is within an acceptable target range, which is below the standards at the time of the corrosion resistance test, and within the requirements required by the market.
Mit dem hier vorgeschlagenen Grundkörper mit Beschichtungssystem ist eine hervorragend korrosionsbeständige und verschleißfeste Oberfläche, vor allem für die Reibfläche einer Bremsscheibe erzielbar. Bezuqszeichenliste With the base body with coating system proposed here, an excellent corrosion-resistant and wear-resistant surface can be achieved, especially for the friction surface of a brake disc. Reference character list
Grundkörper Beschichtungssystem erste Lage zweite Lage Matrix-Legierung Karbid-Partikel Bremsscheibe Korngrößenfenster Pulverwerkstoffgemisch Beschichtungsvorrichtung Schweißeinrichtung Zuführeinrichtung Zustellaktorik Bremsmittel Vorratsbehälter Zuleitung Durchfluss-Messung ByPass-Leitung Oberflächenrost Schweißstrahl zu beschichtende Oberfläche Base body Coating system first layer second layer Matrix alloy Carbide particles Brake disc Grain size window Powder material mixture Coating device Welding device Feed device Feed actuator Brake medium Storage container Supply line Flow measurement Bypass line Surface rust Welding beam Surface to be coated

Claims

Patentansprüche Grundkörper (1 ) mit einem Beschichtungssystem (2), dasClaims Base body (1) with a coating system (2), which
Beschichtungssystem Coating system
(2) umfassend zumindest eine Lage (3,4) mit einer Matrix-Legierung (5), wobei zumindest eine der Lagen (3,4) in Gew.-% anteilig an der Matrix- Legierung (5) zumindest die folgenden Elemente umfasst: (2) comprising at least one layer (3,4) with a matrix alloy (5), at least one of the layers (3,4) comprising at least the following elements in % by weight of the matrix alloy (5). :
Eisen; und von 10 Gew.-% bis 26 Gew.-% Chrom; und von 0,Iron; and from 10% to 26% by weight chromium; and from 0,
3 Gew.-% bis 5 Gew.-% Kohlenstoff; und die Summe aus Niob, Titan und Vanadium 0,5 Gew.-% bis 15 Gew.-%, wobei das Beschichtungssystem (2) in zumindest einer der Lagen (4) mit der Matrix-Legierung (5) weiterhin separat beigegebene Karbid-Partikel (6) umfasst zu einem Anteil an der gesamten betreffenden Lage (4) von mindestens3% by weight to 5% by weight carbon; and the sum of niobium, titanium and vanadium 0.5% by weight to 15% by weight, the coating system (2) further containing separately added carbide in at least one of the layers (4) with the matrix alloy (5). Particles (6) comprise a proportion of the entire relevant layer (4) of at least
20 Vol.-% bis 70 Vol.-%. Grundkörper (1 ) nach Anspruch 1 , wobei das Beschichtungssystem (2) einschichtig ausgebildet ist. Grundkörper (1 ) nach Anspruch 1 , wobei das Beschichtungssystem (2) mehrschichtig ausgebildet ist, wobei zumindest eine erste Lage (3) ohne separat beigegebene Karbid- Partikel (6) ausgebildet ist, und wobei zumindest eine weiter oben angeordnete, bevorzugt eine vorletzte und/oder letzte, Lage (4) aus der Matrix-Legierung (5) mit den separat beigegebenen Karbid-Partikeln (6) gebildet ist. wobei bevorzugt die zumindest eine erste Lage (3), und gegebenenfalls eine letzte Lage (3), aus der Matrix-Legierung (5) gebildet ist, wobei weiter bevorzugt die Matrix-Legierungen (5) der ersten Lage (3) und der Lage (4) mit den separat beigegebenen Karbid-Partikeln (6), besonders bevorzugt aller Lagen (3,4), identisch sind. Grundkörper (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest die Lage (3,20% by volume to 70% by volume. Base body (1) according to claim 1, wherein the coating system (2) is designed in one layer. Base body (1) according to claim 1, wherein the coating system (2) is designed in multiple layers, with at least a first layer (3) being formed without separately added carbide particles (6), and at least one arranged higher up, preferably a penultimate and /or last layer (4) is formed from the matrix alloy (5) with the separately added carbide particles (6). wherein preferably the at least one first layer (3), and optionally a last layer (3), is formed from the matrix alloy (5), further preferably the matrix alloys (5) of the first layer (3) and the layer (4) are identical to the separately added carbide particles (6), particularly preferably all layers (3, 4). Base body (1) according to one of the preceding claims, wherein at least the layer (3,
4) mit der Matrix-Legierung (5) und den separat beigegebenen Karbid-Partikeln (6) des Beschichtungssystems (2) mittels Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen aufgebracht ist, bevorzugt mit einer Flächenrate von wenigstens 500 cm2/min zu einer Bezugs- Schichtdicke von 100 pm. 4) with the matrix alloy (5) and separately added carbide particles (6) of the coating system (2) are applied by means of high-speed laser deposition welding, preferably with an area rate of at least 500 cm 2 /min to a reference layer thickness of 100 pm.
5. Grundkörper (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Beschichtungssystem (2) eine Härte von 300 HVo.oi bis 1100 HVo.oi aufweist. 5. Base body (1) according to one of the preceding claims, wherein the coating system (2) has a hardness of 300 HVo.oi to 1100 HVo.oi.
6. Grundkörper (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Anteil an separat beigegebenen Karbid-Partikeln (6) mindestens 35 Vol.-%, bevorzugt mindestens 40 Vol.-%, weiter bevorzugt mindestens 50 Vol.-% umfasst. wobei bevorzugt die separat beigegebenen Karbid-Partikel (6) ausgewählt sind aus Titankarbiden und/oder Wolframkarbiden, wobei besonders bevorzugt die separat beigegebenen Karbid-Partikel (6) ausschließlich Titankarbide sind. 6. Base body (1) according to one of the preceding claims, wherein a proportion of separately added carbide particles (6) comprises at least 35% by volume, preferably at least 40% by volume, more preferably at least 50% by volume. wherein preferably the separately added carbide particles (6) are selected from titanium carbides and/or tungsten carbides, with particularly preferably the separately added carbide particles (6) being exclusively titanium carbides.
7. Grundkörper (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Grundkörper (1 ) ein Graugussgrundkörper und/oder eine Bremsscheibe (7) ist. 7. Base body (1) according to one of the preceding claims, wherein the base body (1) is a gray cast iron base body and / or a brake disc (7).
8. Grundkörper (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Karbid-Partikel (6) ein Korngrößenfenster (8) von 6 pm bis 120 pm aufweist, wobei bevorzugt zumindest eines, besonders bevorzugt ausschließlich eines, der folgenden separaten Korngrößenfenster (8) umfasst ist: 8. Base body (1) according to one of the preceding claims, wherein the carbide particles (6) has a grain size window (8) of 6 pm to 120 pm, preferably at least one, particularly preferably exclusively one, of the following separate grain size windows (8) includes:
- 15 pm bis 45 pm; und - 3pm to 45pm; and
- 45pm bis 90 pm, bevorzugt bis 106 pm. - 45pm to 90pm, preferably until 106pm.
9. Pulverwerkstoffgemisch (9) für ein Beschichtungssystem (2) eines Grundkörpers (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in dem Pulverwerkstoffgemisch (9) die Elemente der Matrix-Legierung (5) und die separat beizugebenden Karbid-Partikel (6) enthalten sind. Verfahren zum Beschichten eines Grundkörpers (1 ) nach einem von Anspruch 1 bis Anspruch 8 und/oder einem Pulverwerkstoffgemisch (9) nach Anspruch 9, wobei zumindest eine, bevorzugt alle, der Lagen (3,4) mittels Auftragschweißen, bevorzugt Laserauftragschweißen, besonders bevorzugt Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen aufgebracht ist, bevorzugt mit einer Flächenrate von wenigstens 500 cm2/min zu einer Bezugs- Schichtdicke von 100 pm. 9. Powder material mixture (9) for a coating system (2) of a base body (1) according to one of the preceding claims, wherein the powder material mixture (9) contains the elements of the matrix alloy (5) and the carbide particles (6) to be added separately are. Method for coating a base body (1) according to one of claims 1 to claim 8 and / or a powder material mixture (9) according to claim 9, wherein at least one, preferably all, of the layers (3, 4) by means of deposition welding, preferably laser deposition welding, particularly preferred High-speed laser deposition welding is applied, preferably with an area rate of at least 500 cm 2 /min to a reference layer thickness of 100 pm.
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