DE3115675C2 - Process for applying and thermally bonding metal powder alloys in thick layers - Google Patents
Process for applying and thermally bonding metal powder alloys in thick layersInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auftragen jo und thermischen Verbinden von Metallpulverlegierungen in dicker Schicht gemäß Oberbegriff des Hauptanspruchs. The invention relates to a method for applying jo and thermal bonding of metal powder alloys in a thick layer according to the preamble of the main claim.
I nter »dicker« Schicht sind dabei solche von mindestens 0,2 mm Stärke zu verstehen, unter »schwie- H rigen« Oberflächen solche, die schwer zugänglich sind (enge Innenbohrungen) und/oder solche, die so am Werkstück vorhanden sind, daß die Gefahr eines Ablaufens der Auftragsmasse besteht, wenn die Auftragungsschicht relativ dick sein soll.The "thick" layers are those of to be understood as being at least 0.2 mm thick, under »difficult H "Surfaces those that are difficult to access (narrow inner bores) and / or those that are so on Workpiece are present that there is a risk of the application mass running off if the Application layer should be relatively thick.
Unter der allgemein üblichen Bezeichnung »Thermisches Spritzen mit nachfolgendem Einschmelzen« ist es bekannt, auf blankgemachte Trägerflächen von Werkstücken Pulverpartikel mit sogenannten Flammspritzbrennern aufzuspritzen bzw. abzuschleudern. Durch die Brennerflamme nehmen die Pulverteilchen flüssigteigigen Zustand an und können dadurch auf der Trägerfläche haften bleiben. Da diese gewissermaßen noch »lockere« Haftverbindung nicht ausreicht, ist eine thermische Nachbehandlung erforderlich, die mit einer w> Brennerflamme oder in einem geeigneten Ofen durchgeführt wird, um die Pulverteilchen tatsächlich schmelzflüssig mit der Trägerfläche, d. h. im metallurgischen Sinne zu verbinden.Under the commonly used designation "thermal spraying with subsequent melting" it is known to spray or spin off powder particles with so-called flame spray burners onto blank support surfaces of workpieces. As a result of the burner flame, the powder particles take on a paste-like state and can therefore adhere to the carrier surface. Since these certain extent still "loose" adhesive bond is insufficient, a thermal post-treatment is required, which is carried out with a w> burner flame or in a suitable oven to the powder actually molten with the support surface, ie in the metallurgical sense to combine.
Dieses bekannte Beschichtungsverfahren (neben dem ebenfalls üblichen thermischen Spritzen ohne Wärmenachbehandlung) genügt an sich den Forderungen, die an die mit ihm behandelten Werkstücke gestellt werden. Diese Verfahrensweise hat jedoch den beträchtlichen Nachteil, bedingt durch die einzuhaltenden Spritzabstände in Verbindung mit den Abmessungen der üblichen Flammspritzgeräte, daß schwer zugängliche Flächen, d. h. im Bereich beengender räumlicher Gegebenheiten liegend, nicht auf diese Weise beschichtet werden können. So sind bspw. Auftragungen auf *5 Bohrungsinnenflächen mit Innendurchmesser kleiner als 70 mm nicht möglich.This well-known coating process (in addition to the usual thermal spraying without post-heat treatment) is in itself sufficient for the requirements that are placed on the workpieces treated with it. However, this procedure has the considerable disadvantage due to the spray distances that must be maintained in connection with the dimensions of the usual flame spray devices, that difficult to access Areas, d. H. Lying in the area of cramped spatial conditions, not coated in this way can be. For example, plots on * 5 inner bore surfaces with an inner diameter smaller than 70 mm not possible.
allgemein bekannt, Metallpulverpartikel mit gelösten organischen Bindemitteln zu mischen und diese »Aufschlämmung« zu verspritzen und dann den Auftrag thermisch nachzubehandeln, um Lösungs- und Bindemittel auszutreiben und dabei gleichzeitig die metallische Verbindung der Metallpulverpartikel mit der zu beschichtenden Werkstücksfläche metallurgisch zu verbinden.well known, metal powder particles with dissolved to mix organic binders and spray this "slurry" and then the job to be thermally treated to drive off solvents and binders and at the same time the metallic Connection of the metal powder particles with the workpiece surface to be coated metallurgically associate.
Dies geschieht aus Gründen, um bspw. poröse Schichten herzustellen, um Oxydationen zu vermeiden od. dgl. Dickere Schichten können mit solchen Pulver-Bindemittelmischungen zwar erzielt werden, dies aber nur unter der Voraussetzung, daß die Auftragsflächen dann im Sinne der obigen Definition nicht »schwierig« sind.This is done for reasons, for example, to produce porous layers in order to avoid oxidation or the like. Thicker layers can be made with such powder-binder mixtures can be achieved, but only provided that the application areas then are not "difficult" in the sense of the above definition.
In dem Moment, wo man solche bekannten Pulver-Bindemittelmischungen in dicker Schicht, also stärker als etwa 0,2 mm auf stark gekrümmte oder vertikal stehende Flächen aufbringen will, was in der Regel der Fall ist, so hilft auch die Vewendung einer Pulveraufschlämmung nicht weiter, da unvermeidbar die aufgetragene bzw. aufgespritzte Aufschlämmung von den nicht horizontalen Flächen abzulaufen beginntAt the moment when you get such well-known powder-binder mixtures in thick layers, that is wants to apply more than about 0.2 mm on strongly curved or vertically standing surfaces, which is in the If this is the case, using one also helps Powder slurry no further, as the applied or sprayed-on slurry is unavoidable begins to run off from the non-horizontal surfaces
Dem bestehenden Bedürfnis, solche schwierigen Oberflächen auch entsprechend dick beschichten zu können, konnte bisher nur in recht umständlicher und aufwendiger Weise genügt werden, nämlich durch Schleuderverfahren oder Kondensatorentladungsverfahren, wobei dem Schleuderverfahren nach unten noch insoweit Grenzen gesetzt sind, als bei sehr kleinen Innendurchmesserverhältnissen in der Regel nicht einmal der erforderliche Schleuderdruck erreicht werden kann.The existing need to coat such difficult surfaces with a correspondingly thick layer can, so far could only be satisfied in a rather cumbersome and costly manner, namely through Spin process or capacitor discharge process, with the spin process down still Insofar as there are limits, as a rule not in the case of very small inner diameter ratios once the required centrifugal pressure can be achieved.
Das Bedürfnis nach Aufbringung dickerer Schichten besteht insofern, als einmal Verschleißbedingungen solche dicke Schichten erfordern können und zum anderen in der Regel Nachbehandlungen (Schleifen, Höhnen od. dgl.) erforderlich sind, die von vornherein dickere Schichtaufträge verlangen.The need for the application of thicker layers exists insofar as, on the one hand, wear conditions may require such thick layers and, on the other hand, usually post-treatment (grinding, Höhnen or the like) are required that require thicker layers from the outset.
Beispielsweise benötigt man an Extruderschneckenzylindern verschleißfeste Beschichtungen in Stärken von 0,5 mm, die dann einer Hohnbearbeitung unterzogen werden müssen.For example, you need extruder screw cylinders wear-resistant coatings in thicknesses of 0.5 mm, which are then subjected to a honing process Need to become.
Im übrigen können auch »schwierige Flächen« schon insofern entstehen, als bspw. bei Massenfertigungen im Zuge der Weiterförderung der Werkstücke deren zu beschichtende Flächen in senkrechter Stellung vorliegen. In addition, "difficult surfaces" can arise insofar as, for example, in mass production in In the course of the further conveyance of the workpieces, the surfaces to be coated are in a vertical position.
Auch mit einem Tauchverfahren nach der GB-PS 12 85 625 ist die Aufbringung dicke/ Schichten auf derart »schwierigen Flächen« nicht möglich, da nach diesem Verfahren die vorerwärmten Werkstücke in ein flüssiges Bad aus Auftragsmetall und Flußmittel eingetaucht werden, ganz abgesehen davon, daß hierbei eine sofortige metallurgische Verbindung zwischen Werkstück und Beschichtungsmaterial erfolgt.Even with a dipping process according to GB-PS 12 85 625, the application is thick / layers Such "difficult surfaces" are not possible, since the preheated workpieces in a liquid bath of application metal and flux are immersed, quite apart from the fact that here there is an immediate metallurgical bond between the workpiece and the coating material.
Gleiches gilt praktisch auch für ein Verfahren nach der DE-OS 19 29153, wobei der Auftrag mittels Sprühen erfolgt, um ein Feuerverzinnen, Feuerverbleien, Feuerkadmieren od. dgl. zu erreichen.The same applies in practice to a method according to DE-OS 19 29153, the order by means of Spraying takes place in order to achieve hot-dip tinning, lead-coating, fire-cadmium coating or the like.
Hierbei wird eine explosionsartige Verdampfung des wäßrigen Anteils der Suspension vorausgesetzt bei gleichzeitiger Erschmelzung bzw. sofortiger metallischer Verbindung der Metallpartikel zu einem Weichlotfilm auf der zu beschichtenden Oberfläche.An explosive evaporation of the aqueous portion of the suspension is assumed here simultaneous melting or immediate metallic Connection of the metal particles to a soft solder film on the surface to be coated.
Beim ebenfalls vorbekannten Verfahren nach der DE-OS 24 48 997 ist vorgesehen, feinkörniges Metall oder Metallkarbid, durch ein Bindemittel zusammenKe-In the likewise previously known method according to DE-OS 24 48 997, fine-grained metal is provided or metal carbide, combined by a binding agent
halten, insbesondere wachsartiges Bindemittel, nicht in Pulverform sondern in fester, vorgegebener Form bspw. eines Stempels aufzutragen.hold, especially waxy binder, not in powder form but in solid, predetermined form, for example. to apply a stamp.
Abgesehen davon, daß man hiermit schwierige Flächen nicht erfassen kann, ist es praktisch möglich, dicke Schichten nur dann herzustellen, wenn die Erwärmung des Werkstücks nur so weit getrieben wird, daß das in fester Form aufgetragene Material gerade anhaftet und nicht seine Form verliert, d. h. auseinanderfließt. Apart from the fact that you cannot cover difficult surfaces with this, it is practically possible to produce thick layers only if the workpiece is only heated to such an extent that that the material applied in solid form just adheres and does not lose its shape, d. H. flows apart.
Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem an »schwierigen Rächen« dicke Verschleißschutzschichten im Sinne der obigen Definition aufgebracht werden können, um den Verschleißanforderungen und/oder den Nachbearbeitungserfordernissen genügen zu können.The invention is accordingly based on the object of creating a method with which to »difficult Revenge «thick wear protection layers within the meaning of the above definition can be applied around the Wear requirements and / or the reworking requirements to be able to suffice.
Wie sich gezeigt hat, ist dies in überraschend einfacher Weise nach der Erfindung durch das im Kennzeichen des Hauptanspruchs Erfaßte gelöst Eine vorteilhafte Weiterbildung dieses Verfahrens ergibt sich nach dem Untera&spruch.As has been shown, this is in a surprisingly simple manner according to the invention by the im Characteristics of the main claim Detected solved An advantageous further development of this method results according to the suba & proverb.
Bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren entsteht also eine in sich standfeste poröse Schicht, in der die Metallpartikel an ihren gegenseitigen Kontaktstellen durch die Bindemittelreste gewissermaßen zugeklebt sind, nachdem der größte Teil des Bindemittels sofort verdampft bzw. verbrannt istIn this method according to the invention, a stable porous layer is created in which the Metal particles, so to speak, stuck up at their mutual contact points due to the binder residue after most of the binder has evaporated or burned immediately
Die dafür wesentlichen Maßnahmen erstrecken sich also weder auf Eingriffe in das Auftragsmaterial noch auf die Auftragstechnik selbst, sondern auf eine einfache Temperiermaßnahme am Werkstück, die dazu führt, daß das aufgetragene Material praktisch sofort in sich erstarrt und in der gewünschten Auftr-.gsstärke auf bzw. an der »schwierigen« Auftrags/lache stehen bleibt und somit nicht verlaufen kann.The essential measures for this neither extend to interventions in the order material nor on the application technology itself, but on a simple temperature control measure on the workpiece, which leads to that the applied material solidifies practically immediately and in the desired application strength. stops at the "difficult" job / pool and thus cannot run.
Auf diese Weise ist es bspw. möglich, selbst dünne Röhrchen mit nur 8—10 mm 0, also sehr starker Krümmung, mit einer Innenbeschichtung zu versehen, was praktisch bisher nur mit dem Kondensatorentladungsverfahren auf weitaus umständlichere Art machbar ist.In this way it is possible, for example, to produce even thin tubes with a diameter of only 8-10 mm, that is to say very thick Curvature to be provided with an inner coating, which was previously only possible with the capacitor discharge process can be done in a much more cumbersome way.
Wesentlich sind also die Maßgaben, daß das Werkstück bzw. die Trägerfläche selbst in einem vorgewärmten Zustand gebracht wird und bei Erreichen der Verdampfungstemperatur unmittelbar der Auftrag erfolgt, wodurch nach dem Auftragen bzw. beim Auftreffen der mit dem Bindemittel umhüllten Metallpartikel das Bindemittel verbrannt bzw. verdampft wird, wobei die Verbrennungs- bzw. Verdampfungsrückstände des Bindemittels dafür sorgen, daß die Partikel tatsächlich haften bleiben, d.h. der Auftrag sofort erstarrt, womit jedoch noch keine metallurgische Verbindung mit der Trägerfläche gegeben ist, die erst durch das nachfolgende Einschmelzen erreicht wird.So the essentials are that the workpiece or the support surface itself in one preheated state is brought and when the vaporization temperature is reached immediately the order takes place, as a result of which after application or when the metal particles coated with the binding agent strike the binder is burned or evaporated, the combustion or evaporation residues of the binding agent ensure that the particles actually adhere, i.e. the application immediately solidifies, which, however, does not yet give a metallurgical connection with the support surface, which is only possible is achieved by the subsequent melting.
Da die primäre Haftauftragung in bezug auf die sonst beim Auftragsschweißen benutzten Temperaturen gewissermaßen »kalt« erfolgt, also keine Brennerflamme erforderlich ist, kann die Auftragsdistanz sehr klein gehalten werden, wodurch sich apparativ die Möglich* keit ergibt, mit der Spritzdüse, die unter den gegebenen Umständen in ihren äußeren Abmessungen entsprechend klein gehalten werden kann, sehr dicht an die Trägerfläche herangehen zu können. Abgesehen davon kann ein Auftrag nach dem erfindungsgemäöen Verfahren auch in einer Wirbelkammer erfolgen.As the primary adhesive application in relation to the temperatures otherwise used in build-up welding, so to speak If it is carried out “cold”, i.e. no burner flame is required, the application distance can be very short are held, which gives the apparatus the opportunity to use the spray nozzle, which is below the given Circumstances can be kept correspondingly small in their external dimensions, very close to the To be able to approach the support surface. Apart from that, an order according to the invention can Procedure can also be carried out in a vortex chamber.
Die erfindungsgemäß aufgebrachten Schichten, d. h. die noch nicht metallurgisch fest mit der Trägerfläche verbunden sind, wiederstehen ohne weiteres leichten Stößen und fallen von der Trägerfläche nicht ab, wie sich gezeigt hau Sie können jedoch durch mechanisches Abstreifen leicht entfernt werden, was vorteilhaft bedeutet, daß es im Bedarfsfall möglich ist, die eigentlich gewünschte Auftragsfläche ganz scharf zu begrenzen, indem man bspw, die insbesondere beim Aufspritzen oder Niederschlagen sich ergebenden Obergangsbereiche vor der thermischen Nachbehandlung einfach wieder abhebt Ein Aufspritzen unter Zwischensrhaltung einer Schablone ist damit ebenfalls möglich, so daß damit ggf. Auftragsflächen mit ganz bestimmter Formgebung hergestellt werden können.The layers applied according to the invention, d. H. which are not yet metallurgically fixed to the support surface are connected, easily withstand light impacts and do not fall off the support surface, such as However, they can easily be removed by mechanical stripping, which is advantageous means that it is actually possible if necessary to delimit the desired application area very sharply by, for example, the in particular when spraying or simply depositing the resulting transition areas before the thermal aftertreatment takes off again A spraying on while holding a template is also possible so that so that, if necessary, application surfaces can be produced with a very specific shape.
Der Bindemittelanteil wird in der Regel im Durchschnitt 20 Gew.-% der Gesamtmischung betragen, richtet sich aber letztlich nach der erforderlichen Viskosität des Bindemittels und kann demgemäß höher oder niedriger eingestellt werden.The proportion of binder will usually be an average of 20% by weight of the total mixture, but ultimately depends on the required viscosity of the binder and can accordingly be higher or lower.
Das eigentliche Einschmelzen des aufgetragenen Metallpulvers wird entweder in einem geeigneten Ofen (ggf. unter Schutzgas oder im Vakuum) oder durch Induktiv- oder Widerstandserwärmung ggf. unter Schutzgas durchgeführtThe actual melting down of the applied metal powder is either done in a suitable furnace (if necessary under protective gas or in a vacuum) or by inductive or resistance heating if necessary under Protective gas carried out
Für weniger anspruchsvolle Oberflächen, die also ggf. relativ porös und oxydiert sein können, kann das Einschmelzen auch in normaler Atmosphäre durchgeführt werden. Hierbei ist jedoch zu beachten, daß die erforderliche Wärmeene/gie indirekt in das Werkstück eingebracht wird, d. Il, es muß ein Wärmeübergang von der Tragfläche zu den aufgebrachten Metallpulverpartikelchen erfolgen, um eine durchgehende Oxydation zu vermeiden.For less demanding surfaces, which may be can be relatively porous and oxidized, the melting can also be carried out in a normal atmosphere will. It should be noted here, however, that the required heat energy enters the workpiece indirectly is introduced, d. Il, there must be a heat transfer from the airfoil to the applied metal powder particles in order to ensure a continuous oxidation avoid.
Das erfindungsgemäße Auftragungsverfahren ist für sämtliche metallische Trägerflächen geeignet, deren Schmelzpunkt höher als ca. 900° C liegtThe application method according to the invention is suitable for all metallic support surfaces, their Melting point is higher than approx. 900 ° C
Als Bindemittel kommen bspw. Hoch- und Niederdruckpolymerisate, insbesondere Polyäthylen und als Lösungsmittel Propan- und Äthandiole in Frage.The binders used are, for example, high and low pressure polymers, in particular polyethylene and propane and ethanediols as solvents.
Als Metallpulverlegierungen kommen insbesondere bekannte Metallpulver auf Ni-, B-, Si-Basis zurIn particular, known metal powders based on Ni, B, Si are used as metal powder alloys
Es wurde ein Hydraulikzylinder mit einem Innendurchmesser von 15 mm bei einer Wandstärke von 5 mm und einer Länge von 300 mm vorbeugend beschichtet und zwar die gesamte Innenfläche des Zylinders.A hydraulic cylinder with an internal diameter of 15 mm and a wall thickness of 5 mm and a length of 300 mm preventively coated, namely the entire inner surface of the Cylinder.
Als Verschleißschutzlegierung wurde eine Nickel-Chrom-Bor-Silizium-Legicrung mit einer Härte von ca. 60 HRC eingesetzt, die folgende Zusammensetzung hatte:A nickel-chromium-boron-silicon alloy was used as a wear protection alloy with a hardness of approx. 60 HRC, which had the following composition:
15 3,5 3,0 3,0 0,7 Rest15 3.5 3.0 3.0 0.7 remainder
Die Metallpulverlegierung wurde mit einem organischen Bindemittel gemischt. Der Anteil des Bindemittels betrug 20 Gew.-%. Als Bindemittel wurde ein Gemisch aus 90 Gew.-% Propandiol und IO Gew,-% Äthandiol verwendet.The metal powder alloy was mixed with an organic binder. The proportion of the binder was 20% by weight. A mixture of 90% by weight propanediol and 10% by weight ethanediol was used as the binder used.
Der Zylinder wurde durch Druckschleifen mit einem keramisch gebundenem Stein im BeschichtungsbereichThe cylinder was pressure sanded with a ceramic bonded stone in the coating area
6'> in einen metallisch blanken Zustand gebracht. Danach wurde der Zylinder auf 18O0C vorgewärmt und in die Transporteinrichtung eines handelsüblichen Rundlakkierautomaten eingesetzt, mit dem das Pulver-Binder-6 '> brought into a metallic bright state. Thereafter, the cylinder was preheated to 18O 0 C and inserted into the transport device of a commercially available Rundlakkierautomaten with which the powder-binder
ernisch aufgetragen wurde.was reassigned.
Die Umdrehungsgeschwindigkeit des Teiles betrug ibej 120 min-'. Nach der Auftragung betrug die ihichtstärke 0,6 mm.The speed of rotation of the part was 120 min- '. After application, the thickness 0.6 mm.
Der Zylinder wurde dann in einem Argon-gefluteten !hutzgasofen zunächst auf 350" C gebracht, um noch •rbleibende Reste des Bindemittels zu entfernen. Die :mperatur von 3500C wurde 15 Min. gehalten. Danach folgte zügiges Aufheizen auf die Einschmelztemperar von 1050°C Diese Temperatur wurde 5 Min.The cylinder was then flooded argon in a hutzgasofen initially to 350 "C brought to still • rbleibende remnants of the binder The remove:.. Mperature was 350 0 C for 15 min held was followed by brisk heating to the Einschmelztemperar of 1050. ° C This temperature was 5 min.
gehalten. Anschließend erfolgte die Abkühlung bis 800° C unter Argon-Atmosphäre, Nach Unterschreiten der Temperatur von 800° C wurde das Teil aus dem Ofen entferm und an der Luft abgekühlt. Die Schichtdicke nach dem Einschmelzen betrug 0,4 mm und war bereits so genau, daß während der abschließenden Nachbearbeitung durch Honen nur wenige lOOstel mm abgetragen werden mußten, um das geforderte Endmaß zu erreichen,held. This was followed by cooling to 800 ° C. under an argon atmosphere, after falling below this the temperature of 800 ° C the part was out of the oven removed and cooled in the air. The layer thickness after melting was 0.4 mm and was already so precisely that only a few 100ths of a mm are removed during the final finishing process by honing had to be in order to achieve the required final dimension,
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19813115675 DE3115675C2 (en) | 1981-04-18 | 1981-04-18 | Process for applying and thermally bonding metal powder alloys in thick layers |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19813115675 DE3115675C2 (en) | 1981-04-18 | 1981-04-18 | Process for applying and thermally bonding metal powder alloys in thick layers |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE3115675A1 DE3115675A1 (en) | 1982-10-28 |
| DE3115675C2 true DE3115675C2 (en) | 1983-02-17 |
Family
ID=6130413
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19813115675 Expired DE3115675C2 (en) | 1981-04-18 | 1981-04-18 | Process for applying and thermally bonding metal powder alloys in thick layers |
Country Status (1)
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Family Cites Families (3)
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| DE2848997C2 (en) * | 1978-11-11 | 1987-02-26 | Eickhorn, geb. Fischer, Annette, 5650 Solingen | Process for strengthening metal wear parts |
-
1981
- 1981-04-18 DE DE19813115675 patent/DE3115675C2/en not_active Expired
Also Published As
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