DE2432061C2

DE2432061C2 - Flammspritzwerkstoff

Info

Publication number: DE2432061C2
Application number: DE19742432061
Authority: DE
Inventors: Ferdinand J. Massapequa N.Y. Dittrich; George J. Farmingdale N.Y. Durmann; Herbert S. Northport N.Y. Ingham jun.
Original assignee: Metco Inc
Current assignee: Metco Inc
Priority date: 1973-07-06
Filing date: 1974-07-04
Publication date: 1983-07-07
Also published as: IT1013258B; FR2236015A1; DE2432061A1; FR2236015B1; GB1460086A; CA1036841A; JPS5536066B2; JPS5021942A

Description

A) Eine erste Komponente einer Legierung, die wenigstens zu 40% ihres Gewichts aus wenigstens einem der Metalle Nickel und Cobalt und zu 1 bis 6 Gew.-% aus Bor besteht,

B) eine zweite Komponente, die aus Aluminiumpulver besteht,

wobei die erste Komponente in einer Menge von 66 bis 99 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten A) und B) vorliegt, und daß jedes einzelne Korn des Verbundmaterials die verschiedenen Komponenten als strukturelle Einheit enthält, wobei auf der ersten Komponente die zweite Komponente aufgebracht ist

2. Flammspritzwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Komponente 85 bis 95% des Gesamtgewichts ausmacht und die erste Komponente wenigstens 60 Gew.-% Nickel und/oder Cobalt enthält

3. Flammspritzwerkstoff nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet daß die erste Komponente jo außerdem

bis 6% Silicium,
bis 20% Chrom,
bis 8% Kupfer,
bis 10% Molybdän und
bis 5% Aluminium

enthält

4. Flammspritzwerkstoff nach Anspruch t bis 3, dadurch gekennzeichnet daß die zweite Komponente mit einem Bindemittel festhaftend auf die den Kern bildende erste Komponente aufgebracht ist.

5. Flammspritzwerkstoff nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß er als Bindemittel einen Lack enthält

6. Flammspritzwerkstoff nach Anspruch 1 bis 5 in Form eines Gemisches mit bis zu 20 Gew.-% eines zweiten Verbundwerkstoffs, der Nickel und wenigstens eines der Metalle Aluminium und Molybdän enthält wobei das Nickel 66 bis 97,5% des Gewichts so des zweiten Verbundwerkstoffs ausmacht

7. Flammspritzwerkstoff nach Anspruch 6 in Form eines Pulvergemisches, dadurch gekennzeichnet daß ir; Verbundwerkstoff die als Kern dienende erste Komponente mit der mit einem Lack aufgebrachten zweiten Komponente umhüllt ist und das Gemisch 5 bis 15% eines zweiten Verbundwerkstoffs enthält, der 2 bis 18 Gew.-% Aluminium, 0,5 bis 16 Gew.-% Molybdän und 66 bis 973 Gew.-% Nickel enthält, wobei das Nickel als Pulver vorhanden ist, dessen Teilchen mit dem Aluminium und Molybdän mit Hilfe eines Lackes umhüllt sind.

8. Flammspritzwerkstoff nach Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß er zusätzlich mit bis zu der gleichen Gewichtsmenge eines Metallcarbide &s oder Molybdän gemischt ist.

35 Die Erfindung betrifft Flammspritzwerkstoffe in Form eines Verbundmaterials, das aus wenigstens zwei Komponenten besteht und die Metalle Nickel und/oder Cobalt sowie Bor und Aluminium enthält, wobei sich die Werkstoffe durch ausgezeichnete Verwachsung und Verschweißung und sehr gute Bearbeitbarkeit der beschichteten Oberflächen auszeichnen.

Es ist üblich. Metalloberflächen mit anderen Metallen, die andere hervorragende mechanische Eigenschaften aufweisen, zu überziehen, um die besten Eigenschaften der beiden Metalle zu erzielen. Als Beispiel sind Zylinder in Motorblöcken aus Aluminium zu nennen, die mit Eisenblechen ausgekleidet sind, um die Vorteile des niedrigen Gewichts von Aluminium und der Verschleißeigenschaften von Eisen zu erzielen. Eine Verbesserung dieser Methode ist der Auftrag der Verschleißschicht auf die aufnehmende Oberfläche durch Flammspritzen. Um einwandfreies Verschweißen zwischen Werkstück und Spritzmetall zu gewährleisten, war es üblich, die Werkstückoberfläche durch mechanisches Aufrauhen vorzubereiten. Eine weitere Verbesserung dieser Methode beschreiben die US-Patentschriften 25 88 421 und 25 88 422. Hier wird Molybdän zuerst durch Flammspritzen auf das Werkstück aufgebracht ohne daß eine besondere Vorbereitung des Werkstücks erforderlich ist Anschließend kann eine harte Verschleißschicht beispielsweise aus kohlenstoffreichem Stahl aufgespritzt werden. Das Laminat wird fest und einwandfrei zusammengehalten.

Die US-PS 28 75 043 beschreibt Spritzschweißlegierungen, auch als selbstfließende Legierungen bekannt, die Nickelblasen enthalten und verspritzt werden können und aufgrund eines Gehalts an Bor und/oder Silicium als Flußmittel für die Legierung und für die während des anschließenden Verschweißen einer aufgespritzten Schicht zu legierende Oberfläche des Werkstücks wirksam sind. Andere Metallkomponenten, z. B. Chrom, Eisen, Kohlenstoff, Kupfer und Molybdän, können ebenfalls vorhanden sein. In der US-PS 29 36 229 wird festgestellt, daß solche selbstfließenden Legierungen außerdem etwa 0,2 bis 5% Aluminium enthalten können, und daß das Nickel ganz oder teilweise durch Cobalt ersetzt werden kann. Durch diese Modifikationen wird die Bildung kleiner Poren in der Spritzschicht weitgehend ausgeschaltet. Auch andere Elemente können in geringen Mengen vorhanden sein.

Für gewisse Zwecke war es erwünscht, daß die flammgespritzte Oberfläche eine intermetallische Verbindung bildet. In der US-PS 33 05 326 wird ein Pulvergemisch aus einem Pulver, wie es in den US-PS 28 75 043 und 29 36 229 beschrieben wird, mit umhüllten Pulverteilchen beschrieben, die aus einem Metallkern und einer Meta'lhülle, die bei den Flammspritztemperaturen damit reaktionsfähig ist, wobei eine intermetallische Verbindung gebildet wird, bestehen. Das umhüllte Pulvermaterial macht das Gemisch selbstverschweißend, d. h. beim Verspritzen bildet sich automatisch eine aufgeschweißte und verschmolzene Schicht ohne einen gesonderten Arbeitsgang zum Aufschmelzen und Verschmelzen.

Die US-PS 33 22 515 beschreibt modifizierte Flammspritz-Verbundwerkstoffe, deren Bestandteile exotherm so miteinander in Wechselwirkung treten, daß sie diese intermetallische Verbindung bilden, die auf das Werkstück aufgetragen wird. Die durch die exotherme Reaktion erzeugte Hitze trägt zum Verschweißen und Verwachsen bei. Diese Materialien stellen eine Verbesserung gegenüber Molybdän dar, um andere Flamm-

Spritzmaterialien auf das Werkstück zu verschweißen.

Der Verbundwerkstoff kann aus getrennten Strängen oder Adern der be.ien Komponenten, beispielsweise aus einem Nickelstrang und einem Aluminiumstrang bestehen, wobei die Stränge gleichzeitig einer Flammspritzpistole zugeführt werden. Bei einer bevorzugten Arbeitsweise kann eine der Komponenten auf die andere geschichtet werden, wobei beispielsweise ein Draht mit einem Nickelkern und einer Aluminiumhülle gebildet wird.

Diese Verbundwerkstoffe bewähren sich im allgemeinen gutrjedoch haben sie gewisse starke Begrenzungen und Nachteile. Beispielsweise haftet das selbstverschweißende und -verschmelzende Gemisch der US-PS 33 05 326 nicht sehr gut an der Werkstückoberfläche und erfordert entweder eine besondere Vorbehandlung des Werkstücks beispielsweise durch Aufrauhen durch Sandstrahlen oder durch Aufbringen einer Unterschicht aus einem verankernden Werkstoff, z. B. Bolybdän oder einem der vorstehend beschriebenen exotherm reagie, renden Verbundwerkstoffe.

Die Spritzschiehien haben zwar für die meisten Zwecke ausreichende Haftfestigkeit, setzten jedoch der Bearbeitung, der die Spritzschichten unterworfen werden konnten, Grenzen.

Die Erfindung stellt sich demgemäß die Aufgabe, Flammspritzwerkstoffe verfügbar zu machen, die selbstverschweißend und selbstverwachsend sind und Spritzschichten ergeben, die sich leicht bearbeiten lassen, ohne sich vom Werkstück zu lösen.

Die Aufgabe wird durch einen Flammspritzwerkstoff in Form eines Verbundmaterials gelöst, das aus wenigstens zwei Komponenten besteht und die Metalle Nickel und/oder Cobalt sowie Bor und Aluminium enthält und dadurch gekennzeichnet ist, daß das Verbundmaterial folgende Zusammense iung hat:

B) eine zweite Komponente, die aus Aluminiumpulver besteht,

Die erhaltenen Spritzschichten zeichnen sich durch ausgezeichnete Haftfestigkeit und Verschweißung und hervorragende Lager- und Verschleißflächen aus. Sie lassen sich leicht, im allgemeinen durch Schleifen, bearbeiten.

Die erste Komponente, die 66 bis 99%, insbesondere 85 bis 95% des Gesamtgewichts der ersten und der zweiten Komponente ausmacht, kann aus beliebigen spritzschweißbaren selbstfließenden Legierungswerkstoffen bestehen, die in den vorstehend genannten US-PS 28 75 043 und 29 36 229 besehrieben werden. Die erste Komponente kann somit, bezogen auf ihr Gewicht, außerdem I bis 6% Silicium, vorzugsweise 4 bis 5% Silicium, bis 20% Chrom, gegebenenfalls bis 8%, im allgemeinen wenigstens 3% und vorzugsweise 5 bis 6% Kupfer und, falls vorhanden, bis 10%, im allgemeinen wenigstens 3% und vorzugsweise 4,5 bis

'■"

5,5% Molybdän sowie Aluminium zweckmäßig in einer Menge von 0,2 bis 5%, vorzugsweise bis 2% enthalten. Geringe Mengen Eisen und Kohlenstoff können ebenfalls vorhanden sein.

Bevorzugt enthält die erste Komponente wenigstens 60% Nickel und/oder Cobalt,

Die zweite Komponente besteht aus Aluminium und wird vorzugsweise als feines Pulver verwendet, das in einem Bindemittel auf Teilchen der ersten Komponente aufgebracht ist

Das Aluminium wird in möglichst feinteiliger Form, z. B, mit einer Teilchengröße bis 44 μιτι, verwendet und mit einem Bindemittel oder Lack gemischt, so daß in Wirklichkeit ein Anstrichmittel gebildet wird, in dem die Aluminiumteilchen dem Pigment entsprechen. Das Anstrichmittel wird dann zum Umhüllen der Kernteilchen verwendet und dem Erhärten oder Trocknen überlassen.

Beliebige bekannte oder übliche Bindemittel können verwendet werden, um eine Umhüllung zu bilden oder die Teilchen miteinander oder an einer Werkstückoberfläche abzubinden. Als Bindemittel dient vorzugsweise ein Lack, der ein Harz als Lackfestkörper enthält und ein Harz enthalten kann, das zur Bildung eines getrockneten oder gehärteten Films nicht vom Abdampfen oder Verdunsten eines Lösungsmittels abhängL Der Lack kann beispielsweise ein katalysiertes Harz als Lackfestkörper enthalten. Als Bindemittel eignen sich beispielsweise die üblichen phenolischen Epoxy- oder Alkydharze, Lacke, die trocknende öle, z. B. Tungöl und Leinöl, enthalten, Kautschuk- und Latexbinder.

Das Umhüllen der ersten Komponente, die aus dem nickelreichen Nickel-Cobalt-Kern besteht, mit dem das Aluminium enthaltenden »Anstrichmittel« kann in beliebiger bekannter oder gewünschter Weise erfolgen. Es ist lediglich notwendig, die beiden Materialien zu mischen und das Bindemittel erhärten oder trocknen zu lassen, wobei ein ziemlich freifließendes Pulver erhalten wird, das aus dem mit Aluminium umhüllen Nickel-Cobalt-Kern besteht

Die Pulver werden in üblicher Weise unter Verwendung einer Pulverflammspritzpistole verspritzt, jedoch ist es auch möglich, sie unter Verwendung eines Kunststoffs oder ähnlichen Bindemittels, z. B. mit Polyäthylen, das sich in der Heizzone der Pistole zersetzt, in die Form eines Drahts oder Stabes zu bringen. Wenn sie zu Drähten geformt werden, können diese übliche Größen und Genauigkeitstoleranzen für Flammspritzdrähte haben und beispielsweise in der Größe zwischen 6,35 mm und 0,95 mm variieren.

Das Metallspritzen kann in jeder Hinsicht in üblicher Weise vorgenommen werden, wie es bisher für selbstverschweißende und -verwachsende Flammspritzwerkstoffe, insbesondere für Nickel-Aluminium-Verbundspritzwerkstoffe üblich war. Aufgrund der Eigenschaften der Selbstverschweißung und Selbstverwachsung ist eine besondere Oberflächenvorbereitung außer sorgfältiger Reinigung nicht erforderlich, jedoch kann, falls gewünscht, die Werkstückoberfläche in üblicher Weise vorbereitet werden. Das Pulver gemäß der Erfindung kann durch Flammspritzen als Vef ankerungsschicht für anschließend aufgebrachte Flammspritzwerkstoffe aufgebracht werden. Die Verbundwerkstoffe können ferner in Verbindung mit anderen üblicherweise verwendeten Flammspritzwerkstoffen oder zusätzlich dazu verspritzt werden.

Es wird angenommen, daß Nickel und/oder Cobalt

und Aluminium während des Spritzen« unter Bildung einer intermetallischen Verbindung aus Nickel und/oder Cobaltaluminid exotherm reagieren. Komplexe Aluminide und Legierungen mit gegebenenfalls vorhandenen anderen Metallen können gebildet werden,

Der hier gebrauchte Ausdruck »Verbundflammspritzwerkstoff« bezeichnet eine strukturell integrale Einheit und umfaßt keine bloßen Gemische der Bestandteile, die physikalisch ohne Zerstörung der Struktur getrennt werden können. So bedeutet der Ausdruck »Verbundwerkstoff« im Falle eines Pulvers nicht ein einfaches Gemischt einzelner Körner der getrennten Komponenten, sondern er setzt voraus, daß jedes einzelne Korn die getrennten Komponenten enthält, die unter Bildung von intermetallischen Verbindungen exotherm reagieren. Im Falle eines Drahtes müssen die einzelnen Komponenten in einen einzigen Draht eingearbeitet sein. In den Verbundwerkstoffen müssen die Komponenten in inniger Berührung miteinander vorliegen.

Bei Pulvern kann jedes Korn aus einem Aggregat bestehen, das die Komponenten enthält, die unter Bildung der intermetallischen Verbindung exotherm reagieren, jedoch liegen die Einzelkörner des Pulvers vorzugsweise in Form eines umhüllten Verbundwerkstoffs vor, der aus einem Kern aus einer der Komponenten und wenigstens einer umhüllenden Schicht aus den anderen Komponenten besteht. Der Verbundwerkstoff kann auch aus getrennten konzentrischen umhüllenden Schichten von wenigstens zwei der Komponenten und einem Kern aus dem dritten oder sogar einem vierten Werkstoff bestehen.

Im Falle von Drähten können die Verbundwerkstoffe als Draht, der eine äußere Hülle aus einem Werkstoff und einem Kern aus den anderen Werkstoffen oder abwechselnde umhüllende Schichten aus zwei der Komponenten und einen Kern aus dem dritten oder einem vierten Werkstoff aufweist, als Draht, der durch Verdrallen oder Walzen von getrennten Einzeldrähten der Komponenten gebildet worden ist, als Draht, der aus einer aus der einen Komponente gebildeten Hülle und eine'-n die anderen Komponenten in Pulverform oder verdichteter Form enthaltenden Kern besteht, als Draht, der aus einer aus einer Komponente gebildeten Hülle und einem ein verdichtetes Pulvergemisch der gleichen Komponente und anderer Komponente enthaltenden Kern besteht, als Draht, der aus einer Kunststoffhülle und einem ein verdichtetes Pulvergemisch der Komponenten enthaltenden Kern besteht, usw. vorliegen.

Damit die Drähte sich einwandfrei verspritzen lassen, dürfen sie beim Erhkien keinen Krater an der Spitze bilden. Vorzugsweise sollten sie ein zugespitztes oder leicht konisches Ende haben, wenn sie geschmolzen und verspritzt werden, Wenn somit die Drähte eine äußere Hülle aus einer Komponente und einen inneren Kern se aus einer anderen Komponente aufweisen, darf der innere Kern keinen niedrigeren Schmelzpunkt ais die äußere Hülle haben, da andernfalls der innere Kern zuerst schmilzt und Kraterbildung an der Spitze verursacht Wenn beispielsweise der Draht aus einem t>o Kern mit äußerer Hülle besteht, muß die Hülle aus Aluminium bestehen, da der Draht andernfalls während des Spritzvorganges zuerst ausschmilzt und die Kraterbildung verursacht, die kein einwandfreies Verspritzen gestattet. Ein Draht, der solche Schmelz- oi Punktcharakteristiken hat, daß die Spitze ohne diese Kraterbildung abschmelzen kann, wird hier als »kraterfreier Draht« bezeichnet.

Die Komponenten können in den stöchiometrischen Mengenanteilen vorliegen, die für die Bildung 4er intermetallischen Verbindung erforderlich sind, jedoch ist es auch möglich, daß die eine oder andere Komponente im Oberschuß vorliegt, vorausgesetzt, daß die relativen Mengen genügen, um die für die Bildung der intermetallischen Verbindungen erforderlichen Wärmemengen zu erzeugen.

Die erfindungsgemäßen Spritzpulver, deren Teilchen aus Kern und Hülle bestehen, können in beliebiger bekannter oder gewünschter Weise hergestellt werden. Hierzu gehören bekannte chemische Beschichtungsverfahren, bei denen der Werkstoff der Hülle auf einen Kern aus einem anderen Werkstoff aufgebracht wird, oder bei denen mehrere Schichten aus verschiedenen Werkstoffen auf dem Werkstoff des Kerns aufgebaut werden, oder bei denen verschiedene Werkstoffe gleichzeitig als Einzelschicht auf den Kernwerkstoff aufgebracht werden.

Bei einem möglichen Verfahren zur Herstellung der aus umhüllten Kernen bestehenden Pulver wird ein Metall aus einer Lösung durch reduktion auf einen Kern aufgebracht Beispielsweise kann der Auftrag durch eine durch Zusatz von Anthrachinon katalysierte Reduktion von ammoniakaüschen Lösungen von Nickel und/oder Kupfer und Ammoniumsulfat mit Wasserstoff auf '-en pulverförmigen Kerr.werkstoff erfolgen. Es ist ferner möglich, die Hülle nach anderen Verfahren zu bilden, z. B. durch Aufdampfen, durch thermische Zersetzung von Metallcarbonylen, durch Reduktion von Metallhalogeniddämpfen mit Wasserstoff, durch thermische Abscheidung von Halogeniden, Hydriden, Carbonylen, Organometallen oder anderen flüchtigen Verbindungen oder durch Verdrängungsgasplattierung.

Bei einem bevorzugten und stark vereinfachten Verfahren zur Bildung der aus umhüllten Teilchen bestehenden Pulver gemäß der Erfindung werden die beiden Komponenten als Überzug in Form eines Anstrichmittels auf die dritte Komponente aufgebracht Beispielsweise können zwei der Komponenten, die die Hülle bilden sollen, in feinteiliger Form in einem Bindemittel oder Lack unter Bildung eines Anstrichmittels, in dem diese Komponente dem Pigment entspricht, dispergiert werden. Das Anstrichmittel wird dann zum Beschichten der aus der dritten Komponente bestehenden Kernteilchen verwendet, worauf man das Bindemittel oder den Lack härten oder trocknen läßt Als Bindemittel wird vorzugsweise ein Harz verwendet, das nicht von dem Abdampfen oder Verdunsten eines Lösungsmittels abhängt, um einen getrockneten oder gehärteten Film zu bilden, der sich in der Hitze des Spritzprozesses zersetzt. Als Bindemittel eignen sich beispielsweise Phenolharzlacke oder beliebige andere bekannte oder übliche Lacke, die vorzugsweise ein Harz aij Lackfestkörper enthalten. Die Komponenten, die zu Beginn mit dem Bindemittel oder Lack gemischt werden, sollten vorzugsweise möglichst feinteilig sein und beispielsweise eine Größe unter 44 μπι haben. Die den Kern bildende andere Komponente sollte ungefähr die gleiche Teilchengröße oder nur eine etwas geringere Teilchengröße haben, die schließlich für das Spritzpulver gewünscht wird. Die Umhüllung der Kernkompo· nente mit dem »Anstrichmittel« kann nach beliebigen bekannten oder gewünschten Verfahren erfolgen. Εε ist lediglich notwendig, die beiden Materialien zu mischen und üas Binderp'ttel trocknen oder erhärten zu lassen, wobei ein ziemlich frei-fließendes oder rieselfähiges Pulver erhalten wird, das aus der Kernkomponente

besteht, die mit der im Bindemittel abgebundenen anderen Komponente umhüllt ist.

Die Aggregate können nach beliebigen anderen bekannten Verfahren, z. B. durch Verdichten oder Brikettieren der verschiedenen Komponenten zu den einzelnen Körnern oder zu größeren Aggregaten und anschließendes Zerkleinern dieser Aggregate zu den Körnern hergestellt werden.

Die Drähte können nach bekannten üblichen Verfahren zur Herstellung von Drähten mit verschiedenen Komponenten beispielsweise durch Aufschrumpfen einer Hülle aus einem Kern, durch Formen des Kerns mit Pulver, Verdrallen der Einzeldrähte und anschließendes Walzen, Ziehen, Strecken od. dgl. hergestellt werden.

Bei einem der bekannten Herstellungsverfahren wird eine der Komponenten zu einem Rohr oder einer Hülle geformt, die mit einem Pulver der anderen Komponente oder einem Pulver, das aus einem Gemisch der beiden

besieht odc" 7

USaiz!iCnC Komponenten

enthält, gefüllt wird. Die Rohrenden werden dann verschlossen, worauf der Draht durch Strecken, Walzen oder Ziehen auf den jiewünschten Durchmesser verjüngt wird. Vorzugsweise wird das Pulver oder Pulvergemisch zuerst zu zylindrischen Briketts gepreßt, bevor es in die Hülle oder den Kern gebracht wird. Das Verschließen der Rohrenden nach dem Füllen mit dem Pulver oder Pulvergemisch kann beispielsweise durch Einsetzen eines Stopfens beispielsweise aus dem Metall, aus dem die Hülle besteht, durch Schweißen, Verdrehen oder Anwürgen, erfolgen.

Die Pulver gemäß der Erfindung solhon die allgemeine Gesamtform und -größe übücher Rammspritzpulver haben. Ihre Größe sollte beispielsweise zwischen 3 und 250 μπι, vorzugsweise 10 und 105 μιη liegen. Besonders bevorzugt wird eine möglichst gleichmäßige Korngröße des Pulvers, wobei die Einzelkörner um nicht mehr als 250 um. vorzugsweise um nicht mehr als 75 μηι variieren.

In Abhängigkeit von dem jeweiligen Flammspritzverfahren und dem gewünschten Zweck können die Mehrkomponentenpulver allein oder in Kombination mit anderen verschiedenen Mehrkomponentenpulvern oder in Kombination mit anderen üblichen Flammspritzpulvern oder Pulverkomponenten verspritzt werden.

Die Pulver werden vorzugsweise als solche mit einer Pulverflammsprilzpistole verspritzt, jedoch ist es auch möglich, das Pulver in Form eines Drahts oder Stabes unter Verwendung eines Kunststoffs oder ähnlichen Bindemittels, das sich in der Heizzone der Spritzpistole zersetzt, abzubinde-.,. In gewissen Fällen können die Pulver auch in Form eines Stabes oder Drahtes gepreßt und/oder zusammengesintert werden. Die Drähte müssen die üblichen Größen und Genauigkeitstoleranzen für Flammspritzdrähte haben und können beispielsweise in der Größe zwischen 635 mm und 0,95 mm variieren und haben vorzugsweise die folgenden Größen: 4,76 mm (+12,7 μπι bis 633 μπι), 3,2 mm (+12,7 μηι bis 633 μπι), 3,18 mm (+ 12.7 μπι bis 633 μπι) und 1.79 mm ( + 23 μπι). Sie müssen eine glatte, saubere Oberfläche haben, die frei von Narben, Fehlern oder Defekten ist. Die Drähte werden in üblicher Weise unter Verwendung üblicher Drahtflammspritzpistoien verspritz L

Bei der Vereinigung in der exothermen Reaktion unter Bildung der intermetallischen Verbindung erzeugen die Komponenten Wanne in situ im eigentlichen Werkstoff, der wenigstens einen Teil der Spritzschicht bilden soll. Dies ist zu unterschieden von Flammspritzverfahren und -Werkstoffen, bei denen die Hitze beispielsweise durch eine Oxydationsreaktion erzeugt wird, in die ein fremdes und nicht-metallisches Element eingeführt wird, und in der unerwünschte Komponenten gebildet werden können. Die bei der Bildung der intermetallischen Verbindung in situ erzeugte Wärme trägt nicht nur stark zum thermischen Wirkungsgrad

ίο des Prozesses bei, sondern bringt auch neue Ergebnisse hervor, wobei in vielen Fällen eine dichtere, fester haftende Spritzschicht gebildet wird, die die Eigenschaften eines wenigstens loilweise geschweißten Überzuges hat. In vielen Fällen hat die Spritzschicht selbstver-

Ii schweißende oder -verwaeiisende Eigenschaften, so daß eine spezielle Vorbereitung der Oberfläche außer guter Reinigung nicht erforderlich ist. In jeder anderen Hinsicht erfolgt das Spritzen in üblicher bekannter Weise unter Verwendung üblicher Flammspritzgeräte.

2" GCftCbcricnfsüs ksnri die üblich? Vorbereitung Ηργ Oberfläche des Werkstücks vorgenommen werden. Die Verbundspritzwerkstoffe gemäß der Erfindung können in Verbindung mit anderen üblicherweise verwendeten Flammspritzwerkstoffen oder zusätzlich zu diesen oder

2; in Kombination oder in Verbindung mit den anderen verspritzt werden.

Die Vervendung der Nickel- und/oder Cobalt-Aluminium-Werkstoffe führt zu einer allgemeinen Verbesserung der ! iaftbefestigung und Verbindung des insge-

/i samt aufgespritzten Werkstoffs und damit auch der anderen Komponente oder Komponenten am Werkstück, so daß das Gemisch in gewissen Fällen selbstverschweißend und -aufschmelzend wird. Die Verbindung der Teilchen untereinander wird verbessert,

η und die Spritzschicht wird dichter, so daß ihre Porosität verringert werden kann. Im allgemeinen genügen bereits 5 Gew.-% der Verbundwerkstoffe gemäß der Erfindung, um die Fähigkeit anderer Flammspritzwerkstoffe, z. B. üblicher Ffammspritzmetaile, -legierungen oder Keramikstoffe, sich untereinander und mit der Werkstückoberfläche zu verbinden, wesentlich zu verbessern und ihre Porosität zu verringern. Die Menge ist natürlich nach oben nicht ibegrenü., da der Verbundwerkstoff als solcher verspritzt werden kann.

4"i Ein besonders gut geeignetes Gemisch enthält den neuen Verbundwerkstoff und einen anderen Verbundspritzwerkstoff in einer Menge von 20%, vorzugsweise 5 bis 15% des Gewichtes des Gemisches. Der andere Verbundwerkstoff kann einfach aluminium-beschichte-

·" tes Nickel sein, jedoch wird vorzugsweise mit Aluminium und Molybdän beschichtetes Nickel verwendet, das ausführlicher in der DE-OS 24 32 .25 beschrieben ist
Bezogen auf das Gewicht von Nickel, Aluminium und Molybdän, ist bei diesem anderen Verbundwerkstoff das Nickel in einer Menge von 66 bis 97,5%, das Aluminium in einer Menge von 2 bis 18% und das Molybdän in einer Menge von 03 bis 16% vorhanden. Vorzugsweise beträgt der Anteil des Nickels 72 bis 89%, der Anteil des Aluminiums 5 bis 15% und der Anteil des Molybdäns 6 bis 12%. Dieser andere Verbundwerkstoff, der vorzugsweise aus einem Kern mit Hülse besteht, wird im allgemeinen in der gleichen Weise hergestellt, wie vorstehend für den Verbundwerkstoff gemäß der Erfindung beschrieben. Diese Gemische ergeben Spritzschichten, die bei der Bearbeitung nicht reißen, auch wenn sie extrem dick sind und beispielsweise eine Dicke von mehr als 1,27 mm und sogar mehr als 234 mm

haben.

Zu den Werkstoffen, mit denen die neuen Verbundwerkstoffe vor dem Flammspritzen gemischt werden können, gehören Carbide, wie in der US-PS 33 05 326 beschrieben. Wenn ein feuerfestes Carbid, z. B. Wolframcarbid, Titanoarbid, Zirkoniumcarbid, Tantalcarbid, Niobcarbid, Hafniumcarbid, Chromcarbid zugemischt wird, werden äußerst hochwertige Spritzschichten errw^en, die in verschiedener Hinsicht üblichen Carbidüberzügen überlegen sind.

Die bei dieser Ausführungsform verwendeten Carbide sollten eine Teilchengröße zwischen .3 und 105 um. vorzugsweise zwischen 15 und 53 μπι haben, wobei die Menge der Carbide zwischen 5 und 95%, vorzugsweise zwischen 25 und 85%, insbesondere zwischen 45 und 55 Gew.-% bezogen auf das Gesamtpulvergemisch, liegt.

Wenn das feuerfeste Carbidpulver in einer Form verwendet wird, bei der das feuerfeste Carbid in einer Matrix eingebettet ist, z.B. in einer Cobalt- oder Nickc'.rnatrix, die 5 bis 20 Ge».-% Cobalt nrlpr Nickel enthält, werden ungewöhnlich harte und verschleißfeste Spritzschichten gebildet, bei denen nicht die einzelnen Carbidteilchen in einer verschweißten Matrix eingebettet sind, sondern die statt dessen Legierungsphasen enthalten, die tatsächlich eine wesentlich höhere Mikrohärte haben, als sie gewöhnlich mit einem verschweißten Carbid erzielt wird.

Wenn das erfindungsgemäße Pulver, das dieses in der Matrix abgebundene feuerfeste Carbid enthält, nach dem Plasmaspritzverfahren verspritzt wird, ist es selbstverschweißend oder -verwachsend, so daß die übliche Vorbereitung der Werkstückoberfläche für das Flammspritzen, t. B. tiefes Aufrauhen der Oberfläche, nicht erforderlich ist.

Die in der vorstehend beschriebenen Weise gebildeten Carbidüberzüge sind äußerst hart und verschleißfest und eignen sich als Lagerflächen, Schleifflächen und für beliebige andere Zwecke, bei denen eine Arbeitsfläche einen äußerst verschleißfesten Überzug benötigt.

Das feuerfeste Carbid braucht nicht in einer Matrix abgebunden zu sein, sondern sollte ein reines kristallines Carbid sein, das außerdem die vorstehend genannte Teilchengröße haben und in den obengenannten Mengen verwendet werden sollte. Die gemäß der Erfindung gebildeten, das kristalline Carbid enthaltenden Spritzschichten haben dank der Carbidteilchen, die in der verschweißten Spritzschicht dispergiert und fest ahgphiinrlrn sind, eine extrem hohe Verschleißfestigkeit. Die Spritzschichten können für die gleiche Art von Anwendungen, wie sie vorstehend im Zusammenhang mit den Spritzschichten genannt wurden, die mit dem in der Matrix abgebundenen Carbid gebildet werden, verwendet werden.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele weiter erläutert. In diesen Beispielen verstehen sich alle Teile als Gewichtsteile, falls nicht anders angegeben.

Beispiel 1

Feines Aluminiumpulver (bis 44 μίτι) wurde mit einem üblichen Phenolharzlack mit 10% Festkörpergehalt in einer solchen Menge gemischt, daß ein Gemisch, das die Konsistenz eines schweren Sirups hatte und 60 Gew.-% Metallteilchen enthielt, erhalten wurde. 100 g des Gemisches von Lack und Pulver wurden dann zu 900 g eines selbstfließenden Legierungspulvers aus 44 bis 74 μίτι großen Teilen der Zusammensetzung 0,15% Kohlenstoff, 2.5% Silicium, 2,5% Bor, 2,5% Eisen, 10% Chrom, Rest Nickel, gegeben. Die beiden Bestandteile wurden gut gemischt. Das Mischen wurde fortgesetzt, bis der Lack trocken war und ein ziemlich freifließendes Pulver zurückblieb, dessen Kernteilchen sämtlich mit einem trockenen Film, der die Aluminiumteilchen enthielt, umhüllt waren. Das Pulver wurde dann auf etwa 121°C erhitzt, um vollständiges Trocknen zu gewährleisten. Es wurde dann gesiebt und von Hand gemahlen, um ein Pulver mit einer Teilchengröße bis 149 μηι zu bilden. Es wurde dann auf eine Flußstahlplatte flammgespritzt, die vorher durch Blankschleifen gereinigt worden war. Das Metallspritzen wurde unter verschiedenen Bedingungen unter Verwendung von zwei verschiedenen Flammspritzpistolen (hergestellt von der Anmelderin), die in Tabelle I genannt sind, durchgeführt Die Arbeitsbedingungen und die Ergebnisse sind in Tabelle II zusammen mit den Bedingungen und Ergebnissen für einen der besten bisher verfügbaren schleifbaren Spritzwerkstoffe genannt, der jedoch nicht selbstverschweißend und selbstverwachsend ist Die neuen Spritzschichten sind hart, schleifbar und haltbar.

Tabelle I

Flammspritzbedingungen für selbstverschweißende und selbstverwachsende schleifbare Spritzschichten

4-, Spritzpistole nach
US-PS 29 61 335

Plasmaspritzpistole nach
US-PS 31 45 287

Düse nach

US-PS 31 71 599, Fig. 3

O_rDurchfluß: 708 1

Acetylen-Durchfluß:

11331

Träger = O₂
Vibrator

Spritzabstand: 24,5 cm
Spritzmenge: 4,082 kg/h

Abscheidungswirkungsgrad: 75%

Rockwell-Härte: 37

Düse: Bohrung von
0,635 cm Durchmesser,
nach außen auf 0,78 cm
divergierend; externer
Pulver-Aufgabekopf
Gas: N₂/H₂

Druck (bar): 3,45/3,45
Durchfluß: 100/10

Strom: 500 A
Spannung: 73 V

Träger = 37

Spritzabstand: 15,24 cm
Spritzmenge: 4,54 kg/h

Rockwell-Härte: 47 bis 49

Il

Tabelle II

Spritzverfahren

Einstel lung der

Sprit/-menge

kg/h

Gas-Verhiiltnis

.Spritzabstand llaftrestifckeit')

hoch nieürig

Mittelwert

Rockwell- Härte⁴)

bar N/mm

Oberflächen- beschaflenheit m. SiC-Sand 6O⁵)

um

Spritzpistole nach
US-PS 29 61 335, SpritzwerkstofT A¹)

Spritzpistole nach
US-PS 29 61 335, selbstverschweißender schleifbarer Werkstoff (B)²)

P!asmaspritzpi?to|p rmrh
US-PS 31 45 287, SpritzwerkstofTA¹)

Plasmaspritzpistole nach
US-PS 31 45 287. selbstverschweißender schleifbarer Werkstoff (B)²)

O₂: 3,34 CH,: 3.34

Ο,: 2.75 CII,: 3,73

Πηςρ

(viii. Tabelle I) N,: 7,85 H₂: 2.01

Düse

(vgl. Tabelle I) N,: 7,85 H,: 2.01 1,02-1.78

0.25-0.38 0.23 -0.33

15-20 23

25

25.4 38.8 33,5 36,3 37

!Q-M 33

15,2 48,2 41.9 45,5 47-49 0.46-0,56

Werkstoff Λ ist ein Gemisch von 15% aluminiurn-beschichtetem Nickel. 7% Vorlegierung von SO Ni. 20 Cr und 78% selbstverschweißender Legierung (2.5 Si. 10.0 Cr. 2.5 B. 2.5 Fe. 0.15 C. Rest Ni).

Der Werkstoff B besteht aus 90% mit 8% Aluminum umhülller. selbstfließender Legierung 0,5 Si. 10.0 Cr. 2.5 B. 2.5 Fe. 0.15 C. Rest Ni) und 10% Ni. das mit 9 . Al und 87» Mo beschichtet ist.

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Arithmetische mittlere Abweichung von der Mittellinie.

Beispiel 2

-IK

90% des in Beispiel 1 genannten Verbundwerkstoffes aus aluminium-beschichteter selbstverschweißender Legierung wurden mit 10% Verbundpulver, dessen Teilchen aus einem Nickelkern und einer Aluminium-Molybdän-Hülle bestanden (Beispiel 1, DE-OS 4", 24 32 125) gemischt. Das Gemisch wurde auf die in Beispiel 1 beschriebene Weise verspritzt. Hierbei wurde eine harte schleifbare Spritzschicht gebildet, die selbst bei extremer Dicke beim Bearbeiten nicht riß. Die Spritzschicht hatte eine Haftfestigkeit von 36.3 N/mm² (Tabelle II).

Beispiel 3

Wenn 50% des Gemisches aus 90% Verbundwerkstoff aus mit Aluminium beschichteter selbstverschwei-Bender Legierung und 10% Verbundwerkstoff aus Aluminium-Molybdän-Nickel-Pulver mit 50% Molybdänpulver (siehe US-PS 33 13 633, Beispiel 5, 50% Molybdän mit einer Rockwell-Härte Rc von 35—40 und eine Haftfestigkeit von 34,7 N/mm²) gemischt wurden und das Gemisch auf die in Beispiel 1 beschriebene Weise aufgespritzt wurde, bildete sich eine harte, schleifbare, verschleißfeste Spritzschicht.

Beispiel 4

Wenn 50% des Gemisches von 90% Verbundwerkstoff von mit Aluminium beschichteter selbstverschweißender Legierung und 10% Verbundwerkstoff aus Aluminium-Molybdän-Nickel-Pulver mit 50% eines Wolframcarbidpulvers (siehe US-PS 33 05 326, Beispiel 3) gemischt werden und das Gemisch aufgespritzt wird, entsteht eine harte schleifbare Spritzschicht, die eine Rockwell-Härte von Rc 53-55 und eine Haftfestigkeit von 44,4 N/mm² hat

Beispiel 5

Bei einer Wiederholung des in Beispiel 4 beschriebenen Versuchs unter Verwendung von 50% des in Beispiel 1 beschriebenen pulverförmigen Verbundspritzwerkstoffs (ohne Zusatz des Aluminium-Molybdän-Nickel-PuIvers) werden ähnliche Ergebnisse erhalten.

Claims

Patentansprüche:

1. Flammspritzwerkstoff in Form eines Verbundmaterials, das aus wenigstens zwei Komponenten besteht und die Metalle Nickel und/oder Cobalt sowie Bor und Aluminium enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbundmaterial folgende Zusammensetzung hat: