DE1521387A1

DE1521387A1 - Verfahren zum Flammspritzen

Info

Publication number: DE1521387A1
Application number: DE1966M0068362
Authority: DE
Inventors: Dittrich Ferdinand J; Shepard Arthur P
Original assignee: Metco Inc
Current assignee: Metco Inc
Priority date: 1965-03-25
Filing date: 1966-02-11
Publication date: 1970-08-20
Also published as: DE1796342A1; SE331404B; DE1796342C2; NL151922B; NL6603745A; US3322515A; DE1521387B2; BE678178A

Description

PATENTANWALT ' —"—" "— DR.-ING.VON KREISLER DR.-ING. SCHÖNWALD 1521387

DR.-ING. TH. MEYER DR. FUES 11XIBQt KÖLN1, DEICHMANNH

KpIn, denlO.2.1966 Mr/Breu/Schw

Anmelder:

Firma Metco, Inc., 1101 Prospect Avenue West bury, New York / USA

Verfahren zum Flammspritzen

(Zusatz zu Patent ... _β (Patentanmeldung M 50 689 VIb/48 b)

Im Patent (Patentanmeldung M 50 689 VIb/48 b)

ist ein Verfahren zum Flammspritzen beschrieben, bei welchem in der Hitze schmelzbares Material- in einer Heizzone mindestens bis zum Weichwerden erhitzt und unter den vorliegenden Bedingungen in feinverteilter Form aus der Heizzone herausgeschleudert wird, wobei das Material der Heizzone in Form solcher Körper zugeführt wird, die mindestens zwei bei den in der Heizzone entwickelten Temperaturen exotherm unter Ausbildung einer intermetallischen Verbindung miteinander reagierende Bestandteile aufweisen. Dabei können die zugeführten Körper in Form einzelner umkleideter Pulverteilchen vorliegen, bei den ein Bestandteil den Kern und mindestens eine den Kern umhüllende Schicht den anderen Bestandteil darstellt. Vorzugsweise besteht die Kernmasse aus Aluminium und die Hülle aus Nickel, wobei zweckmäßig 10 bis 45 & Aluminium, bezogen auf die Gesamtmenge an Nickel und Aluminium, vorliegen.

Nach einer Ausführungaform dieses Verfahrens wird das hitzeschmelzbare Material in Form von Drähten oder Stäben zugeführt, Auoh in diesen Fällen soll der Draht eine Seele aus Aluminium und eine Hülle aus Nickel aufweisen.

009834/0105

Das beim Verfahren eingesetzte Flammspritzpulver muß aus umhüllten Körnern bestehen« die synergistisch miteinander reagierenden Komponenten aufweisen, wobei eine Komponente den Kern und eine stofflich abweichende Komponente die Hülle bildet, die bei den in der Heizzone entwickelten Temperaturen unter Ausbildung einer intermetallischen Verbindung exotherm mit der Kernmasse reagiert. Derartige Flammspritzmassen können in Mischung mit anderen üblichen Flammspritzmassen verwendet werden. Bei Anwendung von k Flammspritzdrähten müssen die gleichen Forderungen erfüllt sein, sie müssen also auch aus zwei stofflich voneinander verschiedenen Komponenten bestehen, die befähigt sind, bei den in der Heizzone entwickelten Temperaturen exotherm unter Ausbildung einer intermetallischen Verbindung miteinander zu reagieren. Dabei können die Komponenten in Form von Draht aufbauenden Drahtsträngen vorliegen.

Das geschilderte Flammspritzverfahren liefert nun bei einer bestimmten Auswahl der Infrage kommenden Komponenten besonders gute Ergebnisse. Es wurde gefunden, daß das Verfahren zum Flammspritzen nach Patent (Patentanmeldung M 50 689 VIb/48b) dann in allen Fällen vorzügliche ) überzüge ergibt, wenn die miteinander reagierenden Bestandteile mindestens 3 000 Grammkalorien je Grammatom abgeben, vorzugsweise mindestens 7 500 Grammkalorien. Die aufgespritzten Einzelteilchen sollen in esster Linie aus den nachstehend aufgeführten Metallpaaren bestehen, deren Komponenten dieser Forderung entsprechen und unter Ausbildung einer intermetallischen Verbindung exotherm miteinander reagieren. '

009834/0105

tafel I

Ag	Ce	T	B Hf	Ce In	Mg	Sb	. Ta Be
Al	As	Ca	B Nb	Ce Mg	Mg	Sn	V Be
Al	Au	Cr	B ffs	Ce Pb *	Na	Pb	Ti Be
Al	B	B Th	Ce Si	Na	Sb	Cr Si
Al	Ba	B Ti	Ce Sn	Na	Se	Cr Ti
Al	Ca	B Y	Ce Tl	Na	Sn	Cr Zr
Al	Ce	B ¥	Ce Zn	Na	Te	Mg Te
Al	Co	B Zr	Ga Na	Na	Tl	Ni Te
Al	Cr	Ba Bi	Ga Pr	Nb	Si	Si Th
Al	La	Ba Pb	Ga Sb	Ni	Th	Si ¥
Al	Li	Ba Sb	Ga Te ·	Pb	Pr	Co Si
Al	Mo	Be Co	Ga U	Pb	Pu	Mo -Si
Al	Nb	Be Cr	Ge Mg	Pb	Se	Ni Si
Al	Ni	Be Ni	Ge Nb	Pb	Tl	Si Ta
Al	Pr	Be Np	Ge Zr	Pd	U
Al	Ti	Be Pu	Li In	Pr	Sn
Al	Zr	Be U	In Te	Pr	Tl
A3	Sb	Be Zr	In Ru	Sb	Zr
Al	Se	Bi Ca	K Sb	Se	Sn
Al	Ta	Bi Ce	K Se	Se	Th
Al	Te -	Bi K	K Sn	Se	Tl
Al	π	Bi Li	K Tf	Cu	Te
Al	Y	Bi Mg	La Pb	Si	Ti
Al	¥	- Bi Na	La Sb	Si	Ü
As	Cd	Bi Se	La Sn	Si	V
As	Ga	Bi Te	La Tf	Si	Zr
As	In	Bi Th	La Zn	Sn	Te
As	Mg	Ca Pb	Li Pb	Sn	U
As	Zs	Ca Sn	Li Sb	Sn	Zr
B	Ca Tl	Li Sn	Te	Zn
B	Cd Li	Li Tl	Mo	Be
B	Cd Na	Li Zn	Nb	Be

009834/0105

Die aufgespritzte Masse kann zusätzlich noch mindestens ein weiteres Flammspritzmaterial enthalten. Naoh einer Ausführungsform des neuen Flammspritzverfalniens liegen die Einzelteilchen in Form von Pulverkörhern vor, deren Kern den einen Bestandteil und deren Hülle den anderen Bestandteil enthält, wobei die Hülle aus feinverteilten Einzelteilchen besteht, die durch ein Bindemittel mit dem Kern vereinigt «ind.

Soll das hitzeschmelzbare Material in Form von die Bestandteile enthaltenden Drähten oder Stäben zugeführt werden, so 1st darauf zu achten, daß man solche Komponenten auswählt, die beim Zusammenschmelzen keine Hohlräume oder Blasen bilden· Es hat sich bewährt, einen Draht einzusetzen, dessen Hülle aus dem einen Bestandteil, insbesondere aus Aluminium, besteht, die ein Pulver aus mindestens einem weiteren Bestandteil, insbesondere Nickel, umhüllt, wobei die Hüllensubstanz niedriger schmelzen muß als die Pulversubstanz, Die Drähte können natürlich auch aus Einzelsträngen von zwei verschiedenen Bestandteilen bestehen.

Von großer Wichtigkeit für das Verfahren der Erfindung sind Materialien, die zusätzlich ein Metallhydrid enthalten, man kann aber auch Materialien aufspritzen, dessen einer metallischer Bestandteil mindestens teilweise in Form seines Metallhydrids vorliegt. Nach einer weiteren Ausführungsform enthält das aufzuspritzende Metall zusätzlich Bor und/oder Silicium.

009834/0106

Pig. 1 zeigt im Querschnitt ein Einzelteilchen des neuen Flammspritzpulvers der Erfindung.

Pig. 2 gibt einen diagrammartigen Schnitt einer Ausführungsform eines neuen Flammspritzdrahtes im Sinne der Erfindung wieder.

Pig. j5 zeigt eine weitere Ausführungsform eines neuen Flammspritzdrahtes.

Soweit nachstehend von Körpern gesprochen wird, sind darunter strukturell aus einem Stück bestehende Einheiten zu verstehen, während reine Mischungen der Komponenten, die auf physikalischem Wege ohne Zerstörung der Teilchen ' voneinander getrennt werden können, nicht gemeint sind. Pur den Fall der Anwendung von Pulvern ist bei den erfindungsgemäßen Maßen oder Körpern nicht etwa an eine einfache Mischung von Einzelkörnern der verschiedenen

e Komponenten gedacht, sondern es ist zwingend /Voraussetzung, daß jedes Einzelkorn die verschiedenen Komponenten enthält, die exotherm unter Ausbildung intermetallischer Verbindungen miteinander reagieren. Bei Drähten müssen die einzelnen Komponenten in einem einzigen Draht vereinigt gemeinsam vorliegen. In den Körpern nach der Erfindung müssen die Bestandteile also miteinander in innigem Kontakt stehen.

Beim Aufspritzen erfindungsgemäßer Drähte sollen die Körper in Form eines Drahtes vorliegen, der eine Hülle des einen Materials und eine Seele des anderen Materials aufweist. Es können auch unterschiedlich zusammengesetzte Hüllen mehrerer Bestandteile und ein Kern aus einem dritten Material vorhanden sein, weiterhin kann der Draht durch Zusammenflechten oder Zusammenfalten verschiedener, aus den Einzelkomponenten bestehenden Drahtstränge entstanden sein; nach einer weiteren AusfUhrungsform der Erfindung

009834/0105

kann der Draht aus einer Hülle der einen Komponenten und einer Seele bestehen, die die andere Komponente in Pulveroder kompakter Form enthält. Nach einer weiteren AusfUhrungsform besteht der Draht aus einer Hülle der einen Komponente und einem Kern, der eine kompakte Pulvermischung derselben Komponente und einer oder mehrerer anderer Komponenten enthält. Schließlich kann der Draht aus einer Hülle aus einer plastischen Masse und einer Seele bestehen, die eine kompakte Pulvermischung der anderen Komponente aufweist usw. Die für die Erfindung mit guten Ergebnissen aufzuspritzenden Drähte dürfen an der Spitze beim Erhitzen keine Hohlraum- oder Blasenbildung zeigen, sie sollen Vorzugs-. weise befähigt sein, ein spitz zulaufendes oder leicht abgeschrägtes Ende auszubilden, wenn sie zusammengeschmolzen und aufgespritzt werden. Haben die Drähte also eine äußere Schicht oder Hülle aus der einen Komponente und eine Seele aus der anderen Komponente, so darf die Seele nicht einen niedrigen Schmelzpunkt haben als die Außenhülle, da im anderen Fall die Seele zunächst aufschmilzt und an der Drahtspitze Hohlräume und Blasen ausgebildet werden. Ist der Draht beispielsweise aus Nickel und Aluminium als exotherm reagierenden Bestandteilen aufgebaut und stellt eine umhüllte Drahtseele dar, so muß letztere aus Nickel und die Umhüllung aus Aluminium bestehen, da anderenfalls während des Aufspritzens die Seele zunHühst ausschmilzt und Blasen- und Hohlraumbildung verursacht", die sich mit einem befriedigenden Aufspritzverfahren nicht in Übereinstimmung bringen läßt. Nachstehend sind jene Drähte, die > hinsichtlich ihrer charakteristischen Schmelzpunkte so eingestellt sind, daß sie ein Aufschmelzen an der Spitze ohne Blasenbildung sicherstellen, als "nichtblasenbildende Drähte" bezeichnet.

009834/0105

Als Komponenten kommen alle Metallpaare in Frage, die bei exothermer Reaktion unter Ausbildung einer intermetallischen Verbindung aufgeschmolzen werden könnten. Die Komponenten sollen pro Grammatom etwa ^OOvQrammkalorien freigeben, vorzugsweise mindestens 7500 Grammkalorien unter Ausbildung der intermetallischen Verbindung. Der Ausdruck "Grammkalorie je Grammatom¹¹ bezeichnet die Zahl an Grammkalorien, welche das durchschnittliche Atomgewicht in Gramm der gebildeten intermetallischen Verbindung bei der Bildung erzeugt. Obgleich die Komponenten vorzugsweise in den für die Bildung der intermetallischen Verbindung erforderlichen stöchiometrischen Verhältnissen vorliegen sollen, ist es auch möglich, einen Überschuß der einen über die andere anzuwenden, vorausgesetzt, daß die relativen Mengen ausreichen, um die angegebenen Wärmemengen zu erzeugen, die zur Bildung der intermetallischen Verbindung erforderlich sind. Es gibt eine sehr große Anzahl von Metal!komponenten, die in exothermer Reaktion unter Ausbildung einer intermetallischen Verbindung zusammengeschmolzen werden können. Alle diese Komponenten lassen sich für die Erfindung einsetzen, wobei lediglich zwingende Voraussetzung ist, daß sie sich zu den für das Aufspritzen geeigneten Körpern verarbeiten lassen und daß die durch Aufspritzen dieser Körper entstandenen intermetallischen Verbindungen die erforderlichen Wärmemengen bei ihrer Bildung in Freiheit setzen. Außerdem ist Voraussetzung, daß die Komponenten an sich für aufgespritzte Überzüge in Frage kommen. Als allgemeine Regel kann gelten, daß Komponenten, die intermetallische Verbindungen mit einem höheren Schmelzpunkt bilden, genügend Wärme entwickeln, um erfindungsgeraäß einsetzbar zu sein. Unter bestimmten Verhältnissen erzeugen jedoch auch Komponenten, die intermetallische Verbindungen mit nicht so hohem Schmelzpunkt haben, gleichfalls ausreichend Wärme bei der exothermen Reaktion und sind

dementsprechend anwendbar. Bevorzugte Komponenten sind 009834/0105

Aluminium mit mindestens einem der Metalle« Kobalt, Chrom, Molybdän, Wolfram, Tantal, Niob, Titan, ganz besonders bevorzugt Nickel^ gute Ergebnisse wurden auch erhalten mit Silicium, mit mindestens einem der Metalle Titan, Niob, Chrom, Wolfram, Kobalt, Molybdän, Nickel oder Tantal.

Obgleich Elsen an sich kein brauchbare Ergebnisse liefernder Bestandteil 1st, läßt es sich zusätzlich zu einer anderen Komponente anwenden, die selbst befriedigende Ergebnisse liefert, beispielsweise in Form einer Legierung mit einer anderen Verbindung« Die andere Komponente muß dann jedoch in Mengen vorliegen, die ausreichen, um die intermetallische Komponente mit der dritten Komponente zu bilden, wobei ausreichende Wärmemengen entstehen, um das Spritzverfahren zu unterstützen. Dementsprechend kann-beispielsweise Bisen, das gerade genug legiertes Nickel enthält, um korrosionsbeständig geworden zu sein, nicht genug Nickel enthalten, um In wirksamer Welse mit Aluminium exotherm zu reagieren. Im allgemeinen muß eine für diesen Zweck geeignete Niokel/Eisen-Legierung mlndeetene 12 % Nickel enthalten. Im Pulverkorn entsprechend Pig* I bezeichnet das Bezugszeichen 1 Nickel und 2 Aluminium. In Flg. 2 kennzeichnet 3 Nickelstränge und 4 Alurainiumstränge, die zu einem Draht vereinigt sind; hier liegen z.B. l8 Stränge Nickel mit einem Durchmesser von 0,48 mm und 19 Stränge Aluminium mit einem Durchmesser von 0,48 mm vor* Flg. j5 veranschaulicht eine Aluminiumhülle 5, die mit IpBi Nickel- und Aluminlumkörner gefüllt 1st. Ist eine der Komponenten als Metallhydrid verfügbar, so sollte sie.besser in dieser Form wie als Metall als solches angewandt werden. Beim Flammspritzen erzeugt nämlich das vom Hydrid entwickelte Wasserstoffgas eine reduzierende

00983A/0105 original inspected

Atmosphäre, die ihrerseits die Oxydation der intermetallischen Verbindungen während und unmittelbar nach ihrer Bildung unterdrückt. So kann beispielsweise anstelle von Titan besser Titanhydrid als eine der Komponenten angewandt werden.

Man kann auch zwecks Verminderung der Oxydation ein Metallhydrid, wie Titanhydrid den anderen Komponenten in geringen Mengen beimischen. Beispielsweise können 1 bis 10 % und vorzugsweise 1 bis 5 #, bezogen auf die Gesamtmasse, an Hydrid und den anderen Komponenten angewandt werden.

Die Pulverkörner und der Draht können zusätzlich andere übliche, beim Flammspritzverfahren verwendete Komponenten enthalten, aber auch lediglich in Mischung oder in Verbindung mit diesen aufgespritzt werden. Dementsprechend können beispielsweise die beschichteten Pulver zusätzlich andere Hüllen anderer Flammspritzkomponenten aufweisen, sie können aber auch einen Kern eines anderen Flammspritzmaterials mit unterschiedlichen Hüllen der Komponenten enthalten, die exotherm unter Bildung einer intermetallischen Verbindung reagieren. In gleicher Weise können die Aggregate oder Drähte weitere Flammspritzkomponenten enthalten, bei Verwendung von Pulvern können diese zusätzlich vermischt sein mit irgend welchen erstrebenswerten anderen Flammspritzpulvern.

Eine bevorzugte und sehr einfache Methode zur Ausbildung der umhüllten Pulver der Erfindung besteht darin, die eine Komponente in Form eines Anstrichs als Hülle auf die andere Komponente aufzubringen» Zu diesem Zweck kann man eine der Komponenten, die die Hülle bilden soll,

009834/0105

in feinverteilter Form in einem Bindemittel oder Lack dispergieren^ um eine echte Anstrichmasse zu bilden, in welcher diese Komponente einem Pigmentfarbstoff entspricht. Diese Anstriehmasse wird dann dazu verwendet, Kernteilchen der anderen Komponente zu beschichten, wonach das Bindemittel oder der Lack erstarren oder trocknen gelassen wird. Das Bindemittel besteht vorzugsweise,aus. einem Harz, das keine Verdampfung des Lösungsmittels/um einen getrockneten oder erstarrten Film auszubilden, wobei der Film sich

" zersetzt oder zusammenbricht in der Hitze des Spritzverfahrens. Das Bindemittel kann beispielsweise ein phenolischer Lack oder irgendein anderer bekannter oder üblicher Lack . sein, der vorzugsweise ein Harz als Lackfeststoff enthält. Die zunächst mit lern Bindemittel oder Lack zu vermischende Komponente sollte vorzugsweise in möglichst feinverteilter Form vorliegen, beispielsweise in Teilchengrößen von 44 Mikron, Die andere, den Kern bildende Komponente sollte etwa der Teilchengröße, die letzten Endes für das Spritzpulver verlangt wird, entsprechen oder nur leicht unterhalb dieser Größe liegen. Die Beschichtung der Kernkomponente mit der "Anstriehmasse" kann in bekannter oder gewünschter V/eise erfolgen, es ist lediglieh erforderlich, die beiden Materialien zusammenzumischen und den Binder zum Trocknen oder Erstarren zu bringen, wobei ein fast freifließendes Pulver entsteht, das aus der den Kern bildenden Komponente besteht, umhüllt mit der anderen Komponente, die im Binder verteilt vorliegt.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird eine der Komponenten zu einem Rohr oder zu einer Hülle ausi? und mit einem Pulver der andere - Komponente oder sinern Pulver, das eine Mischung der bilden Komponenten oder

009834/0105

zusätzliche Komponenten enthält, gefüllt. Die Enden des Röhrohens werden dann versohlossen und der Draht durch Einschnüren, Auswalzen oder Ziehen auf den gewünschten Querschnitt gebracht. Vorzugsweise wird dabei das Pulver oder die Pulvermischung zunächst zu zylindrischen Briketten verprefit, bevor sie in die Umhüllung gelegt wird· Das Versohllefien der Rohrenden nach der Füllung mit dem Pulver oder der Pulvermisohung kann beispielsweise durch Einsatz eines Stopfens, der z.B. aus den Netall der Hülle besteht, durch Verschweißen, Umbiegen, Anwürgen usw. erfolgen.

Obgleich die Pulver vorzugsweise als solche mit einer Pulve^r-Flammspritspistole aufgespritzt werden, ist es auch möglich, sie in Form eines Drahtes oder Stabes zu kombinieren unter Verwendung eines Kunststoffes oder eines ähn-1 lohen Bindemittels, das «loh in der Erhitzungszone der Pistole zersetzt. In gewissen Fällen kann man die Pulver auch verdichten und/oder in Form eines Stabes oder eines Drehte« zusammen rersinterh. Die Drähte müssen die Üblichen für FlammspritJRdrlhte festgelegten Abmessungen und Genauigkeltstoleransen aufweisen. Ihre Abmessungen kühnen beispieleweise zwischen 6,4 mm und Spritzdraht-Nr. 20. variieren, sie liegen vorzugsweise bei folgenden Werten:

4,8 mn «· 0,0013 • 0,06*

3,2 mm + 0,013 mm - 0,064

und Draht-Nr. 15 + 0,025 mm.

Die Drähte müssen an ihrer Oberfläche glatt und sauber sein und keine Striche, Flecken oder andere Fehler aufweisen. Sie werden in üblicher Weise unter Verwendung von Drahtflammspritzpistolen aufgespritzt.

009834/0105 bad original

Beispiel 1

Ein Aluminiumpulver mit einer Teilchengröße zwischen 44 und 105 Mikron wurde in bekannter Weise mit Kobalt überzogen, indem eine ammonlakalische Kobalt und Ammoniumsulfat enthaltende Lösung bei Anwesenheit von Anthrachinon als Katalysator mit Wasserstoff reduziert wurde. Reduziert wurde bei Temperaturen zwischen 148 und 176⁰· in einem unter mechanischer Rührung betriebenen Autoklaven. Eingesetzt wurden Lösungen, die im Liter 40 bis 50 g Kobalt, 10 bis 400 g Ammonsulfat (NHh)₂SOn sowie 20 bis 50 g NH, enthielten. Als Katalysator wurden 0,2 g/l Anthrachinon zugegeben, der Autoklav wurde mit einem Wasserstoffdruck von etwa 21 kg/cm betrieben. Nach Erschöpfung der Kob.altlösung und Beschichtung des Aluminiums mit einem ersten Kobaltüberzug wurde die Lösung dem Autoklaven entnommen und frische Lösung eingefüllt, die aber keinen weiteren Anthrachinonkatalysator mehr zu enthalten braucht, da der zu Beginn gebildete Kobalttiberzug selbst als Katalysator wirkt. Der Kreislauf wurde kontinuierlich wiederholt, bis sich eine Pulvermischung ausgebildet hatte, die etwa l6 bis l8 # Aluminium und 82 bis 84 % Kobalt enthielt. Teilchengröße: 55 bis 149 Mikron.

Das auf diese Weise erhaltene Pulver wurde nach dem Flammspritz-Verfahren auf eine an ihrer Oberfläche mit Schmirgeltuch gereinigte Flußstahlplatte aufgespritzt. Das Aufspritzen erfolgte unter Benutzung einer Pulverspritzpistole entsprechend der USA-Patentschrift 2 96I 355 (Warenbezeichnung: Thermospray-PulVerspritzpistole) unter Einhaltung eines Abstandes 23 cm. Aufgespritzt wurden 2,72 bis 4,O8 kg Pulver/Std. unter Verwendung von Acetylengas als Brennstoff bei einem Druck von 0,7 kg/cm . Durchströjnungsgeschwindigkeit: 48l bis 710 1/Std. Sauerstoff wurde unter

einem Druck von 0,84 kg/cm und einer Durchströmungsgeschwindigkeit von 820 bis 990 l/Std. als Oxydationsgas verwendet.

009834/0105

Die Kobalthülle und der Aluminiumkern vereinigten sich in der Flammenhitze unter starker Wärmeabgabe und Bildung einer intermetallischen Kobalt/Aluminium-Verbindung, die sich auf der Unterlage in Form eines dichten, hochwertigen Überzuges ablagerte, der selbstbindende Eigenschaften aufwies. Auf die beschriebene Weise konnte eine Schicht von 0,05 bis 0,10 mm Dicke aufgebaut werden. Der Belag kann als Grundlage für das Aufspritzen weiterer Schichten aus verschiedenen Metallen usw. benutzt werden, er stellt eine ausgezeichnete verbindende Zwischenschicht dar.

Man kann den Belag auch zu einer dickeren Schicht aufbauen, beispielsweise zu einem Überzug von 0,25 bis 0,5 mm Dicke, der als eine als Sauerstoffsperre dienende Unterlage dienen kann. Es lassen sich, wie beschrieben, sogar Schichten mit einer Dicke von 0,5 bis 1,0 mm und mehr als verschleißfeste und oxydationsbeständige Oberflächen aufbringen. Dank seiner selbstbindenden Eigenschaften haftet der aufgespritzte Überzug ohne die übliche Oberflächenvorbereitung oder Aufrauhung auf der Unterlage. Entsprechend den natürlichen Eigenschaften einer aufgespritzten Masse ermöglicht der Belag das Aufspritzen weiterer Flammspritzmassen unter guter Bindung. Sogar bei hohen Temperaturen und in oxydierender Umgebung besitzt der mit Hilfe des Pulvers aufgespritzte Belag noch eine ausgezeichnete Oxydationsbeständigkeit, so daß eine Oxydation des Grundlagenmaterials, das beispielsweise aus Molybdän usw. besteht, verhindert wird. Die aufgespritzten Überzüge können als Verkleidungen von Metallschmelztiegeln oder Vorrichtungen zur Behandlung geschmolzener Metalle dienen, sie werden durch viele geschmolzene Metalle, einschließlich der selbstfließenden Legierungen, nicht durchfeuchtet oder durchdrungen. Auch bewähren sich die gebildeten Überzüge als bei hoher Temperatur verschleißfeste Belags*

009834/0105

Bei Wiederholung der Arbeitsweise dieses Beispiels unter Verwendung eines Molybdänstabes von 4,8 mm Durchmesser, wobei ein 0,25 bis 0,30 mm dicker überzug aufgespritzt wurde, läßt sich der beschichtete Stab wiederholt unter Verwendung eines Schweißbrenners aus der Luft auf etwa 1100° erhitzen, wobei nach Abkühlung auf Raumtemperatur keine Oxydation feststellbar ist.

Ähnliche Ergebnisse können auch erhalten werden, wenn das Pulver 10 - 45 Gew.-% Aluminium und 55 bis 90 Gew.-# Kobalt enthält.

b) Die Arbeitsweise a) wurde wiederholt, dabei jedoch Titanhydrid (TiH₂)-Pulver anstelle des Aluminiums in Mengen von 25 bis 85 Gew.-^ angewandt, vorzugsweise in Mengen von 60 bis 85 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse. Der beim Spritzen ausgebildete Überzug ist hart und dicht; bringt man ihn auf eine glatte, gepreßte und gesinterte AIpO,-Unterlage auf, so wird eine ausgezeichnete Bindung erreicht. Das Aufspritzen kann mit einer Sauerstoff-Wasserstoff- oder einer Sauerstoff-Acetylen-Flamme erfolgen.

Beispiel 2

Ein aus Siliciumpulver bestehender Kern wurde mit Nickel unter Ausbildung eines nickelumhüllten Plammspritzpulvers beschichtet. (Teilchengröße des Pulvers: 44 bis 150 Mikron; Nickelgehalt, bezogen auf die Gesamtmenge an Silicium und Nickel : 75 bis 85 %.) Das Pulver wurde mit der in Beispiel 1 erwähnten Flammspritzpistole nach den Angaben dieses Beispiels auf eine durch leichte Sandstrahlbehandlung vorbereitete Stahl-Unterlage aufgespritzt. Während des Aufspritzens vereinigten sich Silicium und Nickel unter exothermer Reaktion, wodurch die thermische Wirksamkeit des Spritzverfahrens stark verbessert wurde und wonach ein ausgezeichneter Belag vorlag.

009834/0105

Beispiel ?

TitÄnpulver mit einem Teilchengrößen-Bereich zwischen 44 und 105 Mikron wurde in bekannter Weise mit Silicium umhüllt und ein aus umhüllten Einzelteilchen bestehendes Pulver ausgebildet, das etwa 35 bis 65 % Titan und 35 bis 65 % Silicium enthielt und eine Teilchengröße zwischen 53 und 150 Mikron aufwies.

Das auf diese Weise hergestellte Pulver wurde auf eine durch leichte Sandstrahlbehandlung vorbereitete Grundlage flammgespritzt. Das Aufspritzen erfolgte im Abstand von " 12,7 cm von der Platte unter Verwendung einer Pulver-Plasmaflammsprltzpistole (Hersteller: Metco Inc. of Westbury, Long Island, New York; Handelsname: Type 2 MB-Plasmaflammsprltzpistole). Aufgespritzt wurden 2,72 bis 4,O8 kg Pulver/Std. unter Verwendung von Argon als Plas-

magas mit einem Druck von 7jO kg/cm und einer Durchströmungsfeeschwindigkeit von 3IOO 1/Std. Argon wurde unter

einem Druck von 7 kg/cm und einer Durchströmungsgeschwindigkeit von 425 l/Std. als Pulver-Trägergas vei./endet. Gearbeitet wurde mit einer Standard-Elektrode und einer Argondüse Type ^MD^M. Verwendet wurde Bogenstrom von 400 bis 500 Ampdre und 57 bis 62 Volt. Die Bestandteile des aus Titan und Silicium aufgebauten Pulvers vereinigten sich in der Flammenhitze unter Ausbildung einer intermetallischen Titan-Silicium-Verbindung, die sich auf der Grundlage in Form eines dichten, hochwertigen Überzugs ablagerte. Dieser Belag zeigte ausgezeichnete Oxydationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen und schützte die Grundlage gegen Oxydation.

Beispiel 4

Feinverteiltes Aluminiumpulver mit einer Teilchengröße bis 44 Mikron wurde mit einem phenolisehen Lack vermischt, der etwa 50 % Feststoffgehalt aufwies. Die Vermischung erfolgte derart, daß eine Mischung mit einer etwa der

Kosistenz von schwerem Sirup entsprechenden Konsistenz 009834/0105

BAD

ausgebildet wurde, die 60 % metallisches Aluminium enthielt.

100.g dieser Mischung aus Lack und Aluminiumpulver wurden zu 24-0 g Nickelpulver gegeben, das mit einer Teilchengröße zwischen 44 und 74 Mikron vorlag. Die beiden Substanzen wurden kräftig durchmischt und das Durchmischen fortgesetzt, bis der Lack unter ZurUcklassung eines halbwegs freifließenden Pulvers eingetrocknet war, in welchem alle Nickelkernteilchen mit einem trockenen Film umhüllt vorlagen. Der Film bestand aus Aluminiumteilchen, die miteinander und mit dem Kernmaterial durch das phenolische Bindemittel verbunden waren. Das Pulver wurde dann auf 120° angewärmt, um eine vollständige Trocknung sicherzustellen. Es lagen einige Agglomerate vor, die ausgesiebt und dann durch Handvermahlung auf eine Teilchengröße von 150 Mikron zerkleinert wurden. Das endgültig^ vorliegende Pulver bestand zu etwa 15 % aus Aluminium und zu 85 % aus Nickel, bedingt durch den Verlust an etwas Aluminium während der Vermahlung. Das Pulver wurde, wie im Beispiel 1 beschrieben, aufgespritzt und lieferte einen gleichen überzug, der jedoch mehr als die doppelte Zugfestigkeit aufwies als der entsprechend Beispiel 1 erzeugte Belag.

Beispiel g

a) Eine Mischung von 6 # Aluminium- und 94 % IJj ekel pulver wurden kräftig durchmischt und in Form zyliirlr-i scher Brikettchen r.-usanmongepreßt, die dann in eine AlurnJniuM·- röhre von C,'j^l3 cm äußerem Durchmesser cii^efül J t" wurden, wonach die hom-enden KUkfj.'iebvroifit: vmr<i»;:i. ίχν Di π ·ο hm ^ .ν - r uurdf- üUl;?icii:-i cuf -,<-3 <-*ΐπ cit^i-; ΔλΜ .■'., ■<;;.·.ü auf 0. ¹J ₍ ■:::,

BAD

und schließlich auf einen Enddurchmesser von 0,52 cm gebracht, der dem fertigen Draht entsprach. Der Draht wurde nunmehr entspannt und aufgerollt. Anschließend wurde er unter Verwendung der üblichen Draht-Flammspritzpistole (Herstellerϊ Metco Inc., Vertriebsname: Metco Typ 4-E-Pistole) aufgespritzt. Das Aufspritzen erfolgte unter Ver-

Wendung von Acetylen bei einem Druck von etwa 1,05 kg/cm und einer Strömungsgeschwindigkeit von 1,05 obm pro Stunde. Sauerstoff wurde als Oxydationsgas bei einem Druck von

2,67 kg/cm und einer Strömungsgeschwindigkeit von 2,10 cbm/Std. zugeführt. Luft wurde als Blasegas unter einem Druck von 3*87 kg/cm zugeführt bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,85 cbm/Min. Der Draht wurde mit einer Geschwindigkeit von 2,5 cm/sec. aufgespritzt. Das Material wurde auf der Oberfläche eines vorgeschliffenen und maschinell nachgeschliffenen, kalt gewalzten Stahls mit einer

Zugfestigkeit von 270 kg/cm abgelagert. Der aufgespritzte Überzug ist hart und dicht. Er ist verschleiß- und oxydationsbeständig und kann auch als Unterlage für das Aufspritzen weiterer Beläge dienen.

b) Die Arbeitsweise a) wurde wiederholt, dabei jedoch anstelle des Nickelpulvers Chrom angewandt, und zwar in Mengen von 24 bis 95 $>* bezogen auf die Gesamtmenge von Aluminium und Chrom. Das Aufspritzen lieferte einen Belag von hoher Qualität, der selbstbindende Eigenschaften aufwies und bei hohen Temperaturen oxydationsbeständig war.

c) Die Arbeitsweise a) wurde wiederholt unter Verwendung von Columbiumpulver anstelle von Nickelpulver, und zwar In Mengen von 40 bis 90, vorzugsweise 50 bis 55 %» bezogen auf den Gesamtgehalt an Columbium und Aluminium.

009834/0105

Der aufgespritzte Überzug stellte einen Belag von hoher Qualität dar, der bei hohen Temperaturen oxydationsbeständig ist und dazu benutzt werden kann, Grundlagen aus Tantal und Molybdän gegen Oxydation zu schützen.

d) Die Arbeitsweise a) wurde wiederholt, wobei Tantalpulver anstelle des Nickelpulvers angewandt wurde, und zwar in Mengen von 4-0 bis 90 %, vorzugsweise 65 bis 75 %» Tantal, bezogen auf die Gesamtmenge von Tantal und Aluminium. Erhalten wurde ein dichter, hochqualifizierter Belag mit selbstbindenden Eigenschaften, der gegenüber Oxydation bei hohen Temperaturen beständig war.

e) Die Arbeitsweise a) wurde wiederholt, wobei anstelle des Nickelpulvers nunmehr Borpulver in Mengen von 40 bis 90 %, bezogen auf die Gesamtmenge an Bor und Aluminium, angewandt wurde. Der aufgespritzte Belag hatte selbstbindende Eigenschaften und war bei hohen Temperaturen oxydationsbeständig.

f) Die Arbeitsweise c) wurde wiederholt, dabei jedoch ein Pulver aufgespritzt, das zusätzlich 0,5 bis 5 % Bor und/oder 0,5 bis 5 % Silicium enthielt, bezogen auf die Gesamtmenge der Komponenten. Der ausgebildete Belag glich dem Überzug nach c), ausgenommen, daß beim Erhitzen auf hohe Temperaturen an der Luft an der Oberfläche der ausgebildeten intermetallischen Verbindung ein sehr dünner, dichter, festhaftender schützender Oxydfilm entstanden war. Dieser ist infolge Wärmeschook splitterfest und arscheint von selbstausgleichender Natur zu sein.

g) Die Arbeitsweise a) wurde wiederholt, dabei jedoch Wolframcarbid, das 12 % Bindemittel enthielt und in einer Teilchengröße unterhalb 105 Mikron vorlag, angewandt, und zwar in Mengen von 5 bis 70 %, bezogen auf die Gesamtmenge der Komponenten, Der erhaltene Belag ist dicht,

009834/0105

extrem Yersohleißfest und von seibetbindender Art. Die Arbeitsweise kann noch wiederholt werden, wobei anstelle von Wolframcarbid der beschriebenen Art kristallines Wolframcarbid, Aluminiumoxyd, Diamant- oder andere verschleißfeste Substanzen eingesetzt werden.

h) Die Arbeitsweise entsprechend a) wurde wiederholt, dabei Jedooh 1 bis 10 % und vorzugsweise 1 bis 5 £, bezogen auf die Gesamtmenge der Komponenten, Titanhydrid mit einer Teilchengröße unterhalb 150 Mikron, vorzugsweise unterhalb 44 Mikron, dem Kernmaterial zugesetzt. Die Ergebnisse entsprachen der Arbeltsweise a), ausgenommen, daß der ausgebildete überzug eine verbesserte physikalische Festigkeit aufweist und erheblich weniger auf Oxydation zurückgehende Einflüsse enthält. Anstelle des Titanhydrids können andere Metallhydride angewandt werden.

i) Die Arbeltsweise a) wurde wiederholt, dabei Jedooh das Niokelpulver durch ein Niokel-Chrom-Pulver ersetzt, das aus einer Chromlegierung bestand, die 80 % Nickel und 20 % Chrom enthielt. Der Schweißdraht lieferte einen dichten, selbstbindenden Belag von äußerster Oxydationsbeständigkeit.

k) Die Arbeitsweise a) wurde wiederholt, dabei jedoch das Nickelpulver durch eine FuIVermischung ersetzt, die aus 80 % Nickel und 20 % Chrom bestand. Nach dem Aufspritzen war ein dichter, selbstbindender Belag mit hoher Oxydationsbeständigkeit entstanden.

Beispiel 6

Die In der vorstehenden Tafel 1 aufgeführte» Paare von Kontinenten lassen si oh für die Irlindmig in Form von Pulvern und/oder Drähten oder iJUii-.oj: i

9 β 3 4 / P · C!: _{BAD 0H1G1NAL}

Jedes der aufgeführten Komponentenpaare reagiert beim Flammspritzen exotherm unter Ausbildung einer intermetallischen Verbindung und eines sehr guten Überzuges* Die Komponentenpaare lassen sich entsprechend Beispiel 4 in umhüllte Pulver verwandeln und, wie beschrieben, aufspritzen oder entsprechend Beispiel 5 zu Drahtzusammensetzungen verarbeiten und aufspritzen.

BAD OFiIGiNAL

Claims

Paten tansprüche

1.) Verfahren zum Flammspritzen, bei dem das aufzuspritzende Material der Heiζzone in Form solcher Körper zugeführt wird, die mindestens zwei bei den in der Heizzone entwickelten Temperaturen exotherm unter Ausbildung einer intermetallischen Verbindung miteinander reagierende Bestandteile aufweisen, nach Patent (Patentanmeldung M 50 689 VIb/48 b), dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander reagierenden Bestandteile mindestens 3000 Grammkalorien je Grammatom abgeben, vorzugsweise mindestens 7 500 Grammkalorien·

2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgespritzten Einzelteilchen aus den nachstehend aufgeführten Metallpaaren, bestehen, deren Komponenten unter Ausbildung einer intermetallischen Verbindung exotherm miteinander reagieren:

Ag Oe Al Zr B Hf Be U Ce In In Te Al As Al Sb B Nb Be Zr Ce Mg In Ru Al Au Al Se B Ts Bi Ca Ce Pb K Sb Al B Al Ta B Th Bi Ce Ce Si K Se Al Ba Al Te B Ti Bi K Ce Sn K Sn Al Oa Al Ü B V Bi Li Ce Tl K Tf Al Oe Al V B V Bi Mg Ce Zn La Pb Al Oo Al W B Zr Bi Na Ga Na La Sb Al Or As Od Ba Bi Bi Se Ga Pr La Sn Al La As Ga Ba Pb Bi Te Ga Sb La Tf Al Li As In Ba Sb Bi Th Ga Te La Zn Al Mo Ab Mg Be Co Oa Pb Ga ti Li Pb Al Nb As Zn Be Cr Ca Sn Ge Mg Li Sb Al Ni * * B Y Be Nl Ca Tl Ge Nb Li Sn Al Pr B Ca Be Np Cd Li Ge Zr Li Tl Al Ti B Or Be Pu Cd Na Li In Li Zn

009834/0105

Sb Pb • Se Th Sn Zr 1521387 Mg ^n Pb Pr Se Tl Te Zn Cr Zr Mg Pb Pb Pu Cu Te Mo Be Mg Te Na Sb Pb Se Si Ti Nb Be Ni Te Na Se Pd Tl Si U Ta Be Si Th Na Sn Pr U Si Y V Be Si W Na Te Pr Sn Si Zr Ti Be Co Si Na Tl Sb Tl Sn Te Cr Si Mo Si Na Si Se Zr Sn U Cr Ti Ni Si Nb Th Sn Si Ta Ni

3.5 Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgespritzte Masse zusätzlich noch mindestens ein weiteres Flammspritzmaterial enthält·

4.) Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, bei dem die Einzelteilchen in Form von Pulverkörnern aufgespritzt werden, deren Kern den einen Bestandteil und deren Hülle den anderen Bestandteil enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle aus feinverteilten Einzelteilchen besteht, die durch ein Bindemittel mit dem Kern vereinigt sind,

5.) Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man das hitzeschmelzbare Material in Form von die Bestandteile enthaltenden Drähten oder Stäben zuführt, die beim Zusammenschmelzen keine Hohlräume oder Blasen bilden»

6.) Verfahren nach Anspruch 1 bis 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Draht einsetzt, dessen Hülle aus dem einen Bestandteil, insbesondere Aluminium, besteht, die ein Pulver aus mindestens einem weiteren Bestandteil, insbesondere Nickel, umhüllt, wobei die Hüllensubstanz niedriger schmilzt als die Pulversubstanz.

009834/0105

7.) Verfahren nach Anspruch 1 bis 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte aus Einzelsträngen von zwei verschiedenen Bestandteilen bestehen.

8.) Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das aufzuspritzende hitzeschmelzbare Material zusätzlich ein Metallhydrid enthält.

9.) Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Bestandteile mindestens zum Teil ein Metallhydrid darstellt.

10.) Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das aufzuspritzende Material zusätzlich Bor und/oder Silicium enthält»

Leerseite