DE2115358C2

DE2115358C2 - Verfahren zur Herstellung von Schichten aus in einer Metallmatrix dispergiertem fein-dispersem Füllstoff

Info

Publication number: DE2115358C2
Application number: DE2115358A
Authority: DE
Inventors: John Taylor Wilmington Del. Bailey; Ernest Joseph Wilmington Del. Breton; Jack Dallas Kennett Square Pa. Wolf; Dexter Newark Del. Worden
Original assignee: TETI JUN JOSEPH A; TETI WILLIAM C PHILADELPHIA PA US
Current assignee: TETI JUN JOSEPH A; TETI WILLIAM C PHILADELPHIA PA US
Priority date: 1970-03-30
Filing date: 1971-03-30
Publication date: 1983-01-05
Also published as: DE2115358A1; FR2107014A5; JPS5319540B1; US3743556A; GB1354262A; SE373519B; CA952661A

Description

In gewissen Fällen soll ein Träger, insbesondere ein metallischer Träger, mit einem Überzug mit besonderen Eigenschaften, beispielsweise Abnützung^· oder Karrossionsfestigkeit. versehen werden. Abnützungsfestigkeit kann dem Träger durch einen Überzug aus einer Dispersion eines harten, abnüt/ungsfesten Materials, wie Wolframcarbidpulver, in einem harten Metall verliehen werden. Korrosions- und Abnützungsfestigkeit können einem Träger durch einen entsprechenden Überzug verliehen werden, wenn das Dispersionsmedium ein korrisionsfestes Metall oder eine korrisionsfeste Legierung ist.

Es war bisher aber schwierig, solche Überzüge

herzustellen, insbesondere wenn der Träger eine komplizierte Form hatte. Mit den bekannten Verfahren,

wie Plasma- und Flammspritzen, können nur schwer gleichmäßige Überzüge auf einen Träger, insbesondere

einen Träger von kompliziert geformter Oberfläche, aufgebracht werden. Ähnliche Schwierigkeiten ergeben sich beim Aufstäuben des Metalls und des abriebfesten

Materials auf den Träger. Aus der DE-AS 12 80 020 ist es bekannt, auf

ίο metallischen Unterlagen eine harte Oberflächenschicht aufzubringen, indem man ein feines Pulver aus einem hitzefesten Metall, einer hitzefesten Legierung, einem hitzefesten Metalloxid oder Gemischen dieser Komponenten auf die metallische Unterlage aufbringt und den Überzug dann sintert, vobei die aufgebrachte Pulverschicht ein sich beim Sintern zersetzendes Bindemittel enthalten kann, um das Pulver an der Oberfläche des zu beschichtenden Stückes zu halten. Nach dem Sintern kann eine weitere, aus dem gleichen oder einem anderen Material bestehende Schicht in der gleichen Weise aufgebracht werden.

Wenn versucht wird, nach diesem bekannten Verfahren eine Schicht aus einem in einer Metallmatnx dispergierten fein-dispersen Füllstoff herzustellen, in dem Füllstoff und metallisches Matrixmaterial zusam men in der selben Schicht auf den Träger aufgebracht werden und diese Schicht dann gesintert wird, wird wegen des Volumenverlustes bei der Zersetzung des organischen Bindemittels eine Schicht von ungleichmä ßiger, nicht vorherbestimmbarer Dicke, die Poren und/oder Sprünge gleich denen in getrocknetem Schlamm aufweist, erhalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das aus der erwähnten DE-AS 12 80 020 bekannte Verfahren in der

j5 Weise zu vereinfachen, daß in nur einem Arbeitsgang, d. h. ohne daß nacheinander zwei Schichten auf den Träger aufgesintert werden müssen, eine sehr einheitliche Schicht hoher Qualität aus einem in einer Metallmatrix dispergierten Füllstoff erhalten wird.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Ansprüchen gelöst.

Überraschenderweise wurde nämlich gefunden, daß eine riß- und porenfreie Schicht gleichmäßiger und vorherbestimmbarer Dicke aus einem gleichmäßig in einer Metallmatrix dispergierten Füllstoff erhalten wird, wenn zwei Schichten, von denen die eine den feinteiligen Füllstoff und ein organisches Bindemittel und die andere das Matrixmaterial und vorzugsweise ebenfalls ein Bindemittel enthält, auf den Träger aufgebracht werden und dann der Träger mit den aufgebrachten Schichten auf eine Temperatur, bei der das Matrixmaterial schmilzt und die Füllstoffteilchen abbindet, erhitzt wird.

Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung werden die

Füllstoffteilchen vor dem Sintern der Metallmatnx nur durch das Bindemittel voneinander getrennt gehalten. Während des Schmelzens des Matrixmaterials und nachdem das Bindemittel entfernt ist. fließt das Matrixmaterial um die Füllstoffteilchen, ohne deren Abstand voneinander wesentlich zu verändern. Dadurch können sehr hohe Füllstoffkonzentrationen erzielt werden, die besonders erwünscht sind, weil die Abriebfestigkeit der erhaltenen Schicht auf der Anwesenheit des Füllstoffs beruht.

Insbesondere wenn als organisches Bindemittel Polytetrafluorethylen verwendet wird, können die beiden Schichten als selbsttragende Folien, die den Füllstoff oder das Matrixmaterial enthalten, hergestellt

und aufgebracht weruti;. Solche Folien können wie Textilmaterial gehandhabt und so hergestellt werden, daß sie der Oberfläche des Trägers angepaßt sind. Auf diese Weise können gleichmäßige Überzüge auf horizontalen, vertikalen und gekrümmten Oberflächen hergestellt werden.

Wenn de"· Füllstoff aus einem harten, abnutzungstesten Material, wie Wolframcarbid, besteht und das Matrixmaterial korrosionsfest ist, ist der so hergestellte Metallüberzug abrieb- und korrosionsfest. Gegenstände, die mit einem solchen Überzug versehen werden kön'.;:rL, ü.:J beispielsweise Turbinenschaufeln, Werkzeuge, Werkstücke oder verschiedene Bauteile. Bei vielen Gegenständen müssen nur die einer Abnützung oder Korrosion besonders ausgesetzten Kanten oder Oberflächenteile mit einem Überzug versehen werden, um ihnen an diesen Stellen die erforderliche Abnützungs- oder Korrosionsfestigkeit zu verleihen.

Nach uem Verfahren gemäß der Erfindung können aber auch Formkörper aus einer Schicht aus einer Dispersion eines fein-dispersen Füllstoffs in einem Metall hergestellt werden. Für diesen Zweck wird ein Träger, an dem die Schicht nicht haftet, verwendet

Der in dem Verfahren verwendete Träger kann aus einem Metall, wie Eisen. Nickel, Kobalt, Kupfer oder Titan oder einer Legierung davon bestehen. Dieses Metall muß eine Schmelz- oder Erstarrungstemperatur haben, die höher ist als diejenige des das Dispersionsmedium bildenden Metalls oder der Legierung und auch höher als die Zersetzungstemperatur des organischen Bindemittels.

Wenn die Schicht nicht an dem Träger haften soll, so kann als Trägermaterial ein Stahl von niedrigem Kohlenstoffgehalt, der mit einer wäßrigen Lösung oder Suspension von Magnesiumhydroxid behandelt und dann auf 300 bis 1000° C erhitzt wurde, verwendet werden.

Das als Dispersionsmedium verwendete Metall oder die Legierung kann irgendeine Substanz sein, deren Schmelz- oder Erstarrungstemperatur niedriger ist als diejenige de Trägers und die in geschmolzenem Zustand den Füllstoff benetzt. Vorzugsweise wird eine Legierung, vorzugsweise auf Grundlage von Eisen, Nickel oder Kobalt, verwendet. Hierfür geeignete Legierungen sind solche, die 0 bis 12% Silicium. 0 bis 5% Bor. 0 bis 24% Chrom, 0 bis 10% Eisen, 0 bis 2% Kohlenstoff 0 bis !5Gew.-% Phosphor, Rest Nickel oder Kobalt oder ein Gemisch davon, enthalten. Eine besonders bevorzugte Legierung enthält 5% Silicium. 33% Bor. 15% Chrom. 4% Eisen und 0,6% Kohlenstoff. Rest Nickel. Eine andere geeignete Legierung besteht aus 33% Bor. 15% Chrom. 4% Eisen, Rest Nickel.

Der FüMstoff kann e^;n Schleifmittel, wie ein Metallcarbid. beispielsweise Wolframcarbid, Tantalcarbid. Chromcarbind, Titancarbid oder Siliciumcarbid; ein Metallborid; ein Nietallsilicid; ein Metallnitrid; oder Diamant: oder ein Gemisch davon oder auch ein anderes Metall oder eine andere Legierung sein.

Die das als Dispersionsmedium dienende Metall oder die Legierung enthaltende Schicht kann die Form einer selbsttragenden Folie, die entweder eine im wesentlichen aus dem Metall oder der Legierung bestehende feste Folie oder eine Folie aus dem Metall oder der Legierung in der Form eines Pulvers in einem organischen Bindemittel ist, haben.

Der Mengenanteil an Bindemittel in der Füllstoff-Schicht und gegebenenfalls der Metallschicht kann bis zu 25 Volum-% betragen jM beträgt vorzugsweise 1 bis 15Volum-% und insbesondere 2 bis 10Volum-%. Geeignete Bindemittel sind Klebstoffe, wie Schellack, Kautsehukkitt, nepalische Kftsunge^ eint-.· Polyacrylate oder Polymethacrylate oder anderer Polymerer, ei.t Polyvinylalkohol oder ein Polytetrafluorethylen. Das Bindemittel muß flüchtig sein oder sich beim Erhitzen Versetzen, ohne wesentliche Rückstände zu bildcrt. Das Bindemittel und seine Zersetzungsprodukte dürfen den Träger, den Füllstoff und das das Dispersionsmedium ίο bildende Metall nicht angreifen.

Besonders bevorzugt als Bindemittel ist Polytetrafluoräthylen. Wenn die Füllstoffschicht und die Metallschicht in der Form selbsttragender Folien verwendet werden, so können diese hergestellt werden, indem man ein Gemisch des zerkleinerten Füllstoffs oder des pulverisierten Metalls oder der pulverisierten Legierung mit beispielsweise 2 bis 15 Volum-% Polytelrafluoräthylen mechanisch verarbeitet und das so erhaltene Gemisch auf Kalandern zu selbsttragenden Folien verarbeitet Die mechanische Verarbeitung kann in einer Kugelmühle, durch Kreuzwalzen, durch Vermischen im Kollergang oder durch Vci pressen oder eine Kombination dieser Methoden erfolgen. Derartige Verfahren sind in der Patentanmeldung DE-OS 20 19 766 näher beschrieben. Ein Kreuzwalzver'ahren ist in der US-PS 32 81511 beschrieben. Um die Herstellung der Folie zu erleichtern, kann dem Gemisch noch eine geringe Menge an einem Gleitmittel zugesetzt werden. Alternativ kann eine selbsttragende Folie erhalten werden, indem man das Überzugsmaterial etwa 30 Minuten in einer Kugelmühle mechanisch verarbeitet und dann bis zu der gewünschten Dicke kalandert. Das als Bindemittel verwendete pulvrige Polytetrafluoräthyien kann durch Polymerisation von Tetrafluoräthylen in wäßriger Emulsion unter Verwendung eines Peroxidkatalysa'.ors und eines Emulgiermittels hergestellt werden, wie in US-PS 26 85 707, 26 80 417,25 93 582 und 25 86 357 beschrieben.

Die Dicke einer das Bindemittel und den Füllstoff enthaltenden Folie kann in einem weiten Bereich variieren. Sie soll derart sein, daß der auf den Träger

aufgebrachte Überzug aus der Dispersion des Füllstoffs in dem Metall oder der Legierung nicht rissig ist.

Beispielsweise kann die Dicke der Folie und des

*5 erhaltenen Überzugs 0,013 cm oder wenig-τ bis zu 0,64 cm oder darüber betragen Vorzug'weise beträgt die Dicke der verwendeten Folie und des erhaltenen Überzugs 0.013 bis 0.32 cm. Die Dicke der das Metall oder die Legierung enthaltenden Schicht kann ebenso groß oder davon verschieden sein.

Das Metall oder die Legierung und der Füllstoff können aber auch in anderer Weise auf den Träger aufgebracht werden. Beispielsweise kann das pulverför· mige Metall oder die pulverförmige Legierung mit ei;;em Bindemittel oder einem Flußmittel vermischt und das Gemisch dann als gleichförmige Schicht auf den Träger aufgestrichen werden. Dieses Verfahren wird dann unter Verwendung eines Gemisches von Füllstoff und Bindemittel wiederholt.

Das Verfahren »emäß der Erfindung kann auch insoweit modifiziert werden, als das Kühlen von einer Wärmebehandlung des Trägers begleitet ist. Bei dieser Modifikation kann die Kühlgeschwindiitkeit in der Weise gesteuert werden, daß der Träger durch eine an f>5 sich bekannte Wärmebehandlung gehärtet oder getempert wird.

Wenn als Träger ein reines Metall verwendet wird, so ist die gemäß der Erfindung auf diesen Träger

aufgebrachte Schicht metallurgisch daran gebunden. Die metallurgische Bindung besteht in einer dünnen Schicht oder Zone zwischen Träger und Überzug, in der die Bestandteile des das Dispersionsmedium für den Füllstoff bildenden Materials mit denjenigen des , Trägers legiert sind. Durch eine solche metallurgische Bindung wird eine besonders feste Haftung des Überzugs aus fein-verteiltem Füllstoff an dem Träger erzielt. In dieser Weise mit einem Überzug versehene Metallgegenstände können dort verwendet werden, wo m sie extremen Beanspruchungen durch Abnützung und Erosion ausgesetzt sind.

Die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung erzeugten Schichten aus einer Dispersion eines fein-dispersen Füllstoffs in einem Metall sind frei von r, Hohlräumen und Rissen und enthalten kein Bindemittel. Die Abwesenheit von Bindemittel ist erkennbar, wenn man den mit dem Überzug versehenen Teil des Gegenstandes zerschneidet und unter dem Mikroskop pi'üf ΐ.

Die Füllstoffschichten enthalten 5 bis 85 Volum-%, vorzugsweise 30 bis 60 oder 70 Volum-% Füllstoff. Es kann aber auch noch mehr Füllstoff anwesend sein. Die Füllstoffteilchen haben vorzugsweise einen mittleren Durchmesser von 5 bis 150 μπι. Jedoch können auch >■> gröbere oder feinere Materialien oder Gemische davon verwendet werden.

Gemäß einer bevorzugten Durchführungsform des Verfahrens der Erfindung wird zunächst eine Folie A aus der als Dispersionsmedium dienenden Legierung jo oder dem Metall in der Form eines Pulvers, das in Polytetrafluorethylen als Bindemittel dispergiert ist, hergestellt. Dies kann erfolgen, indem man die pulverisierte Legierung mit 1 bis 15 Volum-% pulverförmigem Polytetrafluorethylen vermischt. Die Teil- r, chengröße der pulverisierten Legierung kann in einem weiten Bereich variieren. Sie kann beispielsweise von weniger als 0,044 bis weniger als 0,297 cm, beispielsweise weniger als 0,297, weniger als 0,149, weniger als 0,074 oder weniger als 0,044 cm betragen, oder es können Gemische von Teilchen verschiedener Größen in diesem Bereich verwendet werden. Auch noch kleinere Teilchen, beispielsweise solche mit Korngrößen über 1,0 μσι können verwendet werden. Auch Gemische verschiedener Teilchen können mit Vorteil verwendet v-, werden, um die Menge an Füllstoff in dem fertigen Überzug zu erhöhen. Das Gemisch wird dann mechanisch verarbeitet, vorzugsweise indem man es durch Kreuzwalzen zu einer selbsttragenden Folie verarbeitet, wie in der US-PS 32 81 511 beschrieben. Bei w der mechanischen Verarbeitung werden vermutlich die Porytetrafluoräth}ienteilchen zerfasert und die so gebildeten Fasern mit den Metall- oder Legierungsteilchen verfilzt Die so hergestellte Folie wird dann durch entsprechend eingestellte Quetschwalzen geführt

In gleicher Weise wird eine Folie B aus fein-verteiltem Füllstoff, vorzugsweise einem pulverisierten Schleifmittel, in Polytetrafluorethylen als Bindemittel hergestellt, indem man den pulverförmigen Füllstoff, wie WC oder WC₂, mit beispielsweise 1 bis 15 Volum-% to pulverförmigem Polytetrafluorethylen vermischt, das Gemisch mechanisch verarbeitet und dann zu einer Folie der gewünschten Dicke verformt, indem man es durch entsprechend eingestellte Quetschwalzen führt Die Folie B wird dann mit der Folie A vereinigt, indem t>5 man sie übereinander legt und durch Quetschwalzen führt Alternativ werden beide Folien mittels eines Klebstoffs, wie einem Acryl- oder Kautschukkiit oder Schellack, miteinander verklebt. Das Laminat wird dann, beispielsweise mittels einer geringen Menge eines Klebstoffs, vorzugsweise so auf den Träger aufgebracht, daß die Folie Λ dem Triiger zugewandt is:. Dann wird der Träger mit dem Laminat auf eine Temperatur über dem Erstarrungspunkt des als Dispersionsmedium dienenden Metalls erhitzt, bei welcher Temperatur das Polytetrafluorethylen sich zu flüchtigen Produkten zersetzt. Das geschmolzene Metall oder die geschmolzene Legierung dringt durch Kapillarwirkung in das pulverförmige Schleifmittel ein, so daß sich beim Kühlen ein Überzug aus einer Dispersion der Schleifmittelteilchen in der Legierung auf dem Gegenstand bildet.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Durchführungsform des Verfahrens der Erfindung wird ein Träger mit einem Überzug aus einem Gemisch der als Dispersionsmedium dienenden Legierung oder des Metalls und eines Bindemittels versehen. Das Gemisch kann in der Form einer Folie A, wie oben beschrieben, vorliegen cdcr es ksriri einfsch sin ^r*ü!verförrni^cies OernWc^ vr»n Legierung oder Metall und Bindemittel sein. Auf diesen Überzug wird dann ein zweiter Überzug aus Füllstoff und Bindemittel aufgebracht. Dieser zweite Überzug kann die Form einer Folie B, wie oben beschrieben, haben oder kann ein pulverförmiges Gemisch aus Schleifmittel und Bindemittel sein. Der Träger mit den beiden Überzügen wird dann euf eine Temperatur über dem Erstarrungspunkt der als Dispersionsmedium dienerr.'.'n Legierung erhitzt und anschließend gekühlt, wobei ein harter Überzug aus einer Dispersion des Schleifmittels in der Legierung auf dem Träger gebildet wird. In den Zeichnungen sind

Fig. 1. 3, 4, 6, 7, 9, Il und 12 Querschnitte durch verschiedene Anordnungen, die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung erhitzt und dann gekühlt werden, und

Fig. 2, 5, 8, 10 und 13 Querschnitte durch mit einem gemäß der Erfindung erzeugten Überzug versehenen Trägern.

F ι g. 1 zeigt einen Träger 15 mit einer Schicht 14, die aus einer Folie aus einer pulverförmigen Legierung in einer organischen polymeren Bindemittel besteht, und einer Schicht 13, die aus einer Folie eines pulverförmigen Schleifmittels in einem organischen polymeren Bindemittel besteht. Fig.2 zeigt den Träger mit einem Überzug aus dem Schleifmittel in der Legierung, der durch Erhitzen der in Fig. 1 gezeigten Anordnung erhalten ist Das Erhitzen kann durch Erhöhen der Temperatur der Anordnung in einem Ofen, vorzugsweise in einer reduzierenden Atmosphäre, erfolgen. In dem Endprodukt ist der Träger 15 mit einem Überzug 16 aus einer Dispersion des Schleifmittels in der Legierung versehen. Der Überzug ist porenfrei und über eine Zwischenschicht 17 metallurgisch an den Träger gebunden. F i g. 3 veranschaulicht eine weitere Durchführungsform des Verfahrens der Erfindung, bei der die aus Schleifmittel und Bindemittel bestehende Schicht 13 und die aus Legierung und Bindemittel bestehende Schicht 14 nebeneinander liegen. Wenn die Anordnung von Fig.3 erhitzt wird, wird ein mit einem Oberzug versehener Träger, wie in F i g. 2 gezeigt, erhalten.

Fig.4 veranschaulicht eine weitere Durchführungsform des Verfahrens der Erfindung, bei der die Bodenfläche eines Trägers mit einem Überzug versehen werden kann. Bei dieser Durchführungsform wird die Schicht 13 aus Schleifmittel und Bindemittel an der Bodenfläche des Trägers 15 angeordnet Auf dieser Schicht 13 und längs ihrer Seiten werden Schichten 14

aus Legierung und Bindemittel angeordnet. Durch Erhitzen dieser Anordnung wird der in F i g. 5 ge/eigle, mi; Einern Überzug versehene Träger erhalten, bei dem der Überzug 16 ebenfalls durch eine Zwischenschicht 17 metallurgisch an dei. Träger 15 fest gebunden ist.

Eine weitere Durchführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung wird durch F i g. 6 veranschaulicht. Eine Schicht 20 aus der festen, als Dispersionsmedium dienend.'i Legierung wird direkt an dem Träger 15 angeordntt, und auf diese Schicht wird eine Schleifmittelschicht 13 aufgebracht. Durch Erhitzen der Anordnung von F i g. 6 wird ein Träger mit einen Überzug gleich dem in F i g. 2 gezeigten erhalten. Der Überzug ist porenfrei und über eine Bindeschicht 17 metallurgisch an den Träger gebunden.

Fig. 7 veranschaulicht eine bevorzugte Anordnung der Schichten 13 und 14 zur Bildung eines Überzugs an einer vertikalen Fläche des Trägers 15. Die Schicht 14 ist auf einer horizontalen Fläche des Trägers 15 dicht

Aar Qnhiohl

Aie

an Ainpr

Pia

haftet, angeordnet. Die Schichten 13 und 14 können in Berührung miteinander stehen, oder sie können einen Abstand von 0,64 bis 1,27 cm oder mehr voneinander haben. Durch Erhitzen dieser Anordnung wird ein an einer vertikalen Fläche mit einem Überzug 16 versehener Gegenstand, wie durch Fig.8 veranschaulicht, erhalten.

Die Fig. 9, Il und 12 zpigen Anordnungen von Schichten 13und 14auf J-förmigen(Fig.9und II)oder U-förmigen (Fig. 12) Trägern. Durch die gezeigte Anordnung der Schichten 13 und 14 auf den Trägern 21 bzw. 2* werden Überzüge erhalten, wie sie in den Fig. 10 bzw. 13 veranschaulicht sind. Gemäß Fig. 9 wird eine Schleifmittel/Bindemittel-Schicht 13 im Innenbogen des J-förmigen Trägers 21 angeordnet. Dicht neben dieser Schicht wird eine Schicht 14 aus Legierung und Bindemittel angeordnet. Durch Erhitzen dieser Anordnung wird der in Fig. 10 veranschaulichte Überzug 16 aus einer Dispersion des Schleifmittels in der Legierung, der porenfrei und bei 17 metallurgisch an den Träger gebunden ist, erhalten. Eine Modifikation dieses Verfahrens ist in Fig. 11 veranschaulicht. Dabei wird eine weitere Schicht 14 unmittelbar über die Schleifmittelschicht H gelegt und dient der Lieferung von Legierung, um die Schleifmittelschicht an Ort und Stelle zu halten.

Einige der Bindemittel und Klebstoffe können für beide Schichten verwendet werden. So können Schellack und auch Lösungen von Polymethacrylat und Polyacrylat für jede der beiden Schichten verwendet werden.

Die folgenden Beispiele veranschaulichen die Erfindung. Angaben in Prozent beziehen sich auf das Gewicht, sofern nicht anders angegeben.

Beispiel 1

A) Ein Gemisch aus 5 Volum-% Polytetrafluorethylen und 95 Volum-% einer Nickellegierung aus 5% Silicium, 3^% Bor, 15% Chrom, 4% Eisen, 0,6% Kohlenstoff, Rest Nickel, mit einer Teilchengröße unter 0,044 mm wird 30 Minuten in einer Kugelmühle verarbeitet und dann zwischen Quetschwalzen zu einer flexiblen Folie von 0,51 mm Dicke verpreßt Aus dieser Folie wird ein Ring von 5,1 cm Außendurchmesser un 13 cm Innendurchmesser geformt Dieser Ring wird auf eine Platte aus Stahl von geringem Kohlenstoffgehalt gelegt

B) Ein Gemisch aus 5 Volum-% Polytetrafluorethylen und 95 Volum-% Wolframcarbid (WC) mit einer Teilchengröße unter 0,044 mm wurde etwa 30 Minuten in einer Kugelmühle verarbeitet und dann mittels Quetschwalzen zu einer flexiblen zusammenhängenden Folie von 0.76 mm Dicke verpreßl. Aus dieser Folie ι wurde ein kreisförmiger Ring mit einem Außendurchmesser von 5,1 cm und einem Innendurchmesser von 1,9 cm geschnitten. Dieser Ring wurde direkt auf den Ring von Teil A) auf der Stahlplatte gelegt, und die beiden Schichten und der Träger wurden leicht

in zusammengepreßt.

Die Anordnung wurde in einem V/asserstoff enthaltenden Ofen, wobei der Wasserstoff vorzugsweise weniger als 0,06 Volum-% Wasserdampf enthielt, auf 1070 bis IO8O"C erhitzt. Nach etwa fünfminütigem

ι > Erhitzen wurde die Platte aus der Heizzone genommen und in einer reduzierenden Atmosphäre abkühlen gelassen. Eine Untersuchung der Platte ergab, daß ein Wolframcarbid enthaltender Ring von 5,1 cm Außendurchmesser und 1,9 cm Innendurchmesser mit einer Dicks von siwss mehr sis C 76 mm metallurgisch fest sn die Stahlplatte gebunden war.

Beispiel 2 Eine Platte aus Stahl von niedrigem Kohlenstoffge-

halt wurde zur Form eines »J« gebogen. Der halbkreisförmige Teil des »J« hatte einen Durchmesser von etwa 1,27 cm. Ein Stück der wie in Beispiel 1, Teil B) hergestellten. Wolframcarbid enthaltenden flexiblen Folie mit einer Dicke von 2,3 mm wurde unter

in Verwendung von Schellack als Klebstoff an die Innenseite des halbkreisförmigen Teils des »J« geklebt. Ein Teil der wie in Beispiel 1, Teil A) hergestellten flexiblen Folie aus Legierung und Bindemittel wurde dann so neben die erste Folie gelegt, daß beide Folien in

ti Kontakt miteinander standen, wie in Fig.9 gezeigt. Diese Anordnung wurde dann in einem von Wasserstoff durchspülten Ofen 3V₂ Minuten auf 980⁰C, 5 Minuten auf 1015⁰C, 7 Minuten auf 1025°C. 10 Minuten auf 1050°C und 15 Minuten auf 1062°C erhitzt und dann in

4i einer Wasserstoffatmosphäre abkühlen gelassen. Das Metall der die Legierung enthaltenden Folie war in die das Wolframcarbid enthaltende Folie eingedrungen, und in dem Bogen des »J« hatte sich eine Schicht mit einer Dicke von etwa 23 mm gebildet. Die Prüfung

'■' unter dem Mikroskop ergab, daß diese Schicht metallurgisch an die Stahlplatte gebunden war.

Beispiel 3 Das Verfahren von Beispiel 2 wurde wiederholt mit

>" der Abweichung, daß auf die Stahlplatte ein Blech aus der Nickellegierung von 0,64 mm Dicke und auf dieses ein Stück der Wolframcarbid enthaltenden Folie gelegt wurde, wie in F i g. 6 gezeigt. Die Anordnung wurde in einem mit Wasserstoff gespülten Ofen 3 Minuten auf 980°C, 5 Minuten auf 1031⁰C, 10 Minuten auf 1O57°C und 15 Minuten auf 1067° C erhitzt und dann in einer

Wasserstoffatmosphäre abkühlen gelassen.

In dem so erhaltenen Produkt war eine Schicht aus einer Dispersion des Schleifmittels in der Legierung metallurgisch an die Stahlplatte gebunden.

Beispiel 4

Ein Stück der wie in Teil B) von Beispiel 1 beschrieben hergestellten, Wolframcarbid enthaltenden flexiblen Folie wurde mit Schellack an eine Seite einer Platte aus Stahl von niedrigem Kohlenstoffgehalt geklebt wie in Fig.7 gezeigt Auf die horizontale Oberfläche der Stahlplatte wurde in einem Abstand von

21 \5 358

ίο

0,64 cm von dieser Folie die pulverförmige Nickellegierung aufgebracht. Die Anordnung wurde auf einTemperatur über dem Schmelzpunkt der NicKellegierung erhitzt. Die geschmolzene Legierung drang in die flexible Folie ein. Das erhaltene Produkt ist in F i g. 8 veranschaulicht. Es bestand aus einer Dispersion des Wolframcarbid¹; in der Nickellegierung, die metallurgisch an die Stahlplatte gebunden war.

Beispiel 5

Das durch F i g. 3 veranschaulichte Verfahren wurde durchgeführt, indem ein Stück der wie in Beispiel I beschrieben hergestellten Folie aus pulverförmigem Wolframcarbid und zerfasertem Polytetrafluorethylen von 5 g und einer Dicke von 1,5 mm mit Schellack auf eine Platte aus Stahl von niedrigem Kohlenstoffgehalt geklebt wurde. Neben diese Folie, jedoch nicht in Berührung damit, wurde ein Stück der wie in Beispiel 1 beschrieben hergestellten Folie aus der Nickellegierung und fasrigpm Polytplrafliinräthylpn gplegt. Die Anordnung wurde in einer Wasserstoffatmosphäre bis über den Verflüssigungspunkt der Nickellegierung erhitzt. wobei ein 1,5 mm dicker Überzug aus einer Dispersion von Wolframcarbid in der Nickellegierung, der metallurgisch an die Stahlplatte gebunden war, gebildet wurde.

Beispiel 6

Beispiel 1 wurde wiederholt mit der Abweichung, daß der Stahlträger mit einer wäßrigen Suspension von 20 Gew. % Magnesiumhydroxid überzogen und 10 Minuten bei 540⁰C gebrannt und dann auf Zimmertemperatur abkühlen gelassen war. Man erhielt einen Ring aus einer Dispersion von Wolframcarbid in der Nickellegierung, der von der Oberfläche der Stahlplatte entfernt werden konnte. Die Abmessungen des Ringes waren durchweg 10% kleiner als diejenigen des nicht-gebrannten Ringes. Der Ring hatte eine ausgezeichnete Abnützungsfestigkeit. Er konnte als Dichtung in ein-r Pumpe verwendet werden.

Nach dem Verfahren von Beispiel 6 können auf einem ppfnrmtpn Träger anders geformte, ein Srhleifmitlpl als Füllstoff enthaltende Gegenstände hergestellt werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen einer Schicht aus einem in einer Metallmatrix dispergierten fein-dispersen Füllstoff durch Aufbringen einer Beschichtung aus einem fein-dispersen Füllstoff, einem organischen Bindemittel und einem Metall oder einer Legierung auf einen Träger, wobei das Metall oder die Legierung eine niedrigere Erstarrungstemperatur als der Füllstoff hat und in geschmolzenem Zustand die Füllstoffteilchen benetzt, Erhitzen des Trägers mit der aufgebrachten Schicht auf eine Temperatur über der Erstarrungstemperatur des Metalls oder der Legierung, jedoch unter der Erstarrungstemperatur des Füllstoffs, so daß das Bindemittel zersetzt wird und die Füllstoffteilchen in einer geschmolzenen Matrix aus dem Metall oder der Legierung dispergiert werden, und Abkühlen des Metalls oder der Legierung, dadurch gekennzeichnet, daß der fein-disperse Füllstoff und das Metall oder die Legierung in zwei Schichten, von denen die eine den Füllstoff und organisches Bindemittel und die andere das Metall oder die Legierung enthält, aufgebracht werden.

2. Verfahren nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die das Metall oder die Legierung enthaltende Schicht in der Form einer selbsttragenden Folie aus einem pulverisierten Metall oder einer pulverisierten Legierung in einem organischen Bindemittel aufgebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die den Füllstoff als auch die das Metall oder die Legierung enthaltende Schicht in der Form selbsttragender Fa.cn mit einem Gehalt von 1 bis 25 VoIum-% ».. e^;.nem Polytetrafluoräthylenbindemittel. die durch mechs isches Verarbeiten eines Gemisches, das entweder den fein-dispersen Füllstoff oder das pulverisierte Metall bzw. die pulverisierte Legierung und Polytetrafluoräthylenpulver enthält, und Kalander des mechanisch verarbeiteten Gemisches zu einer selbsttragenden Folie erhalten sind, aufgebracht werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Träger ein Stahr mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, der mit einer wäßrigen Lösung oder Suspension von Magnesiumhydroxid behandelt und dann auf 300 bis 1000° C erhitzt worden ist. so daß die Schicht aus fein-dispersem Füllstoff in der metallischen Matrix nicht haftet und nach Abkühlen vom Träger entfernt werden kann, verwendet wird.