DE661185C - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von metallischen UEberzuegen aus mittels eines Lichtbogens in einer Kammer verdampften Metallen - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von metallischen Überzügen aus mittels eines Lichtbogens in einer Kammer verdampften Metallen Es ist hereits ein Verfahren zur Herstellung von metallischen Überzügen aus mittels eines Lichtbogens in einer Kammer verdampften Metallen bekanntgeworden, bei dem die Verdampfungskammer in eine Düse ausläuft, die von einer zweiten durch Druckluft betriebenen Saugdüse zum Absaugen der in der Kammer entwickelten Metalldämpfe umgeben ist. Dieses bekannte Verfahren eignet sich .aber nur für relativ niedrigschmelzende Metallre, während es zur Verdampfung von hochschmelzenden Metallen, wie Wolfram, Chrom, Titan, Hafnium, Molybdän, Tantal, Vanadium, Zirkon u. dgl., nicht geeignet ist.
• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von metallischen Überzügen aus mittels eines Lichthogens in einer Kammer verdampften Metallen, welches sich dadurch auszeichnet, daß die Verdampfung in einer Druckkammer geschieht, in welcher ein erhöhter Druck durch Zufuhr eines Hilfsdruckmittels, z. B. eines Gases, Dampfes oder Gas-Dampf-Gemisches, aufrechterhalten wird, und daß das im verdampfte Metall durch eine oder mehrere in der einen Elektrode :angebrachte Öffnung, z. B. eine Bohrung, .aus der Druckkammer durch das abströmende Hilfsdruckmittel herausgeführt wird. Das zu verdampfende Metall kann dabei. in an sich bekannter Weise in den Lichtbogen ,eingeführt werden. Die Elektroden können dabei aus Efektrodenkohle bestehen.. In vielen Fällen ist es vorteilhaft, daß das zu verdampfende Metall oder die Legierung die Elektrode, z. B. die positive Elektrode, bildet. Als positive Elektrodekann auch eine Elektrodenkohle mit Metallseele dienen.
• Die mit einer Biohrung versehene, z. B. negative Elektrode kann aus dem gleichen Metall wie .die positive Elektrode, z. B. aus einem hochschmelzenden Metall, wie Wolfram, bestehen. Es ist auf jeden Fall erwünscht, daß die durchbohrte Elektrode, meistens die negative, nicht abgeschmiolzen bzw. verdampft wird, weshalb sie vorteilhaft aus Hartmetallen oder aus hochschmelzenden Metallcarbiden, wie Tit,ancarbid, Zirk oncarhid, Hafniumcarbid, Niobiumcarbid, Tantalcarbid, Wolframcarbid, Molybdäncarbid oder auch aus hochschmelzenden Nitriden, wie Tantalni.trid oder Zirkonnitrid, Titannitrid, hergestellt wird. Es können aber auch Gemische dieser Stoffe verwendet werden, gegebenenfalls in Mischung mit Graphit. Um zu verhindern, daß sich die durchbohrte Elektrode über den Schmelzpunkt des Elektrodenmaterials erhitzt, ist eine Kühlung der durchbohrten Elektrode, z. B. eine Wasserkühlung, vorgesehen.
• Der in der Druckkammer herrschende Druck wird durch die Regelung der Zufuhr des Hilfsdruckmittels und durch die entsprechende Wahl der Größe der Abflußöfinung in der Elektrode eingestellt. Als Hilfsdruckmittel kann man vorteilhaft Gase, wie Wasserstoff, Stickstoff, Helium o. dgl., verwenden, welche den aus der Elektnodenöffnung austretenden Metalldampfstrahl vor der Oxydation durch die Luft schützen. Das Hilfsdruckmittel kann aber ,auch ganz oder teilweise aus Gasmoder Dämpfen, z. B. Kohlenwasserstoffeen, wie Methan, Athan, Acetylen o.,dgl., bestehen, die mit dem Metalldampf unter Bildung von hochbeständigen Metall-Metalloid-Verbindungen, wie Carbiden, in. Reaktion treten. Der Acetylenzusatz wird dabei vorteilhaft so geregelt, daß er unterhalb 'der Explosionsgrenzen bleibt.
• Das Verfahren nach der Erfindung bietet den. Vorteil, daß durch die Anwendung eines erhöhten Druckes in der Druckkammer die Temperatur des Lichtbogens und der Verdampfungselektrode erheblich gesteigert werden kann. Man kann so je nach der Höhe dies Druckes Temperaturen, die weit über der bekannten Temperatur des Lichtbogens unter normalen Bedingungen liegt, erreichen. Durch das zugeführte Hilfsdruckmittel kann die Temperatur so hoch gewählt werden, d.aß das austretende Metalldampf-Gas-Gemisch an den zu überziehenden Gegenstand genügend Wärme ;abzugeben in der Lage ist, um mit dem aufzubringenden Metall eine Legierung einzugehen. Man kann so in manchen Fällen schon mit 5 bis 30 atm auskommen, in anderen Fällen kann man den Druck auch bis ioo, ja Zoo atm -oder mehr steigern. Durch die Drucksteigerung in der Verdampfungskammer ist es möglich, die hochschmelzenden Metalle, wie Wolfram, Chrom, M,olybdän, Tantal, Zirkon, Hafnium, Vanadium, in erheblicher Menge zu verdampfen. Die Abführung des Metalldampfes durch ,die eine mit einer Bohrung versehene Elektrodie direkt ins Freie, bietet .den Vorteil eines ununterbrochenen Dampfstrahles, wobei das austretende Gas etwa die Temperatur des Lichtbogens annimmt.
• Durch entsprechende Kühlung der Elektroden, kann man auch erreichen, daß in .der Hauptsache nur auf die Lichtbogentemperatur gebrachtes Gas, z. B. Wasserstoff oder Stickstoff, ausströmt, welches infolge .der extrem hohen Temperatur ;allein zur Schweißjung angewendet werden kann.
• Das die Schweißnaht ausfüllende Material wird wie bei der normalen Gasschweißung in bekannter Weise zugebracht.
• In der Abbildung ist die Erfindung an einem schematisch gehaltenen Ausführungsbeispiel näher erläutert, und zwar stellt die Abbildung einen waagerechten Schnitt durch die Druckkammer dar. In der Abbildung ist i die Druckkammer, die durch einen abnehmbaren Decke12 Verschließbar ist. An dem Deckel ist eine Führungsschiene 3 befestigt, auf der eine Haltevorrichtung 4, für die eine, z. B. die positive Elektrode 5, durch ein Handrad 6 mittels einer Welle 7, die eine Schraubenspindel 8 trägt, von ,außen verstellbar ist. 9 ist eine im Deckel angeordnete Kühlvorrichtung, i o ist ein eingeschliffener Dichtungskörper, i i eine Anpreßvorrichtung für den Dichtungskörper, 12 ist die Stromzuführung. In der Wandung der Druckkammer i ist eine Zuführungsleitung 13 für das Hilfsdruckmittel angeordnet sowie ein mit einem Schauglas 14 verschlossener Stutzen 15. 16 ist ein Dichtungsring. Die im Deckel 2 gegenüberliegende Wandung i,^. der Druckkammer ist mit einer mittleren öffnimg 18 und zwei seitlichen Öffnungen i 9 und 20 versehen. Vor der mittleren Öffnung ist in der Druckkammer ein Einsatz- bzw. TragtCil 2 i, der die auswechselbare andere Elektrode 22, die mit einer Bohrung 23 versehen ist, trägt. 24 ist ein an die Elektrode sich anschließender, gleichfalls mit einer Bohrung versehener Körper, der vorteilhaft aus hochschmelzendem Material besteht. Die Elektrode 22 ist gleichfalls aus hochschmelzendem Material, z. ß. aus Metallen, wie Wolfram, oder Hartmetallcarbiden o. dgl. hergestellt. Ferner ist in dem Tragteil 2 i eine Kühlvorrichtung 25 für die Elektrode 22 und den Körper 24 angeordnet, deren Zuleitiuigsrohr 26 -und Ableitungsrohr 27 durch die öffnungen i9 und 2o hindurchgeführt sind. Der Tragteil 2 i ist unter Zwischenschaltung einer wärmebeständigen Isolierschicht 28 an der Wandung dies Druckgefäßes gasdicht befestigt. Die Befestigung geschieht z. B. durch je eine Schraubenmutter 29 und 30, .die auf einem Gewinde sitzt, das sich auf der KühlleitUng 26 und 27 befindet, und die unter Zwischenschaltung je einer Isolierscheibe 31 und 32 an den. Teil 17 der Druckkammer angepreßt wird. Der Strom wird von der durchhohrten Elektrode z. B. durch die Kühlleitung 27 und die Stromleitung 33 abgeführt. 34 ist der Lichtbogen und 35 der aus der Bohrung der z. B. negativen Elektrode austretende Dampfstrahl. 36 ist der zu behandelnde Körper.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCIiE: i. Verfahren zur Herstellung von metallischem überzügen aus mittels eines Lichtbogens in einer Kammer verdampften Metallen, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfung in einer Druckkammer geschieht, in welcher ein erhöhter Druck durch Zufuhr eines Hilfsdruckmittels, z. B. eines Gases, Dampfes oder Gas-Dampf-Gemisches, aufrechterhalten wird, und daß das im Lichtbogen verdampfte Metall durch eine in der einen Elektrode angebrachte Öffnung, z. B. einer Bohrung; aus der Druckkammer durch das .abströmende Hilfsdruckmittel herausgeführt wird.
2. 2. Verfahren ,nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das zu verdampfende Metall die Elektrode bildet.
3. 3. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Druckkammer herrschende Druck durch die Regelung der Zufuhr,des Hilfsdruckmittels und durch die entsprechende Wahl der Größe der Abflußöffnung in der Elektrode eingestellt wird. q.. Verfahren nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hilfsdruckmittel, wie z. B. Wasserstoff, Stickstoff o. dg1., verwendet wird, welches den aus der Elektrodenöffnung austretenden Metalldampfstrahl vor der Oxydation schützt. 5. Verfahren nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsdruckmittel ganz oder teilweise aus Gasen oder Dämpfen, z. B. Kohlenwasserstoffen, wie Methan, Äthan, Acetylen o, dgl., besteht, die mit dem Metalldampf unter Bildung von hochbeständigen Metall-Metalloi:d-Verbindungen4 wie Carbiden, in Reaktion treten. 6. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch i bis q., gekennzeichnet durch eine Druckkammer mit Zuführungsleitung für das Druckmittel und mit darin angeordneter einstellbarer Lichtbogen-Metall-Verdampfungsvorrichtung nebst Stromzuführungen, deren eine Elektrode, mit einer Öffnung versehen, so an der gleichfalls mit einer öffnung versehenen Wandung dies Druckgefäßes angeordnet ist, daß die Elektrodenöffnung ins Freie führt. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine auf einer Führungsschiene bewegbar angeordnete, von außen durch ein Handrad einstellbare Elektrode. B. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Kühlverrichtung für die mit der Öffnung versehene Elektrode. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Kühlvorrichtung für die Gegenelektrode.