DE69605270T2

DE69605270T2 - Kompositpulver auf Molybdänbasis zum thermischen Sprühbeschichten

Info

Publication number: DE69605270T2
Application number: DE69605270T
Authority: DE
Inventors: Sanjay Sampath; Jack E. Vanderpool
Original assignee: Osram Sylvania Inc
Current assignee: Global Tungsten and Powders LLC
Priority date: 1995-10-03
Filing date: 1996-10-02
Publication date: 2000-04-13
Anticipated expiration: 2016-10-03
Also published as: EP0769568A1; EP0769568B1; US5641580A; US6376103B1; CA2186924A1; DE69605270D1; CA2186924C

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein thermisches Spritzpulver. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auch auf thermische Spritzpulver auf Molybdänbasis, die zum Herstellen von abnutzungsbeständigen Beschichtungen auf Gleitkontaktreiboberflächen von Maschinenteilen, wie beispielsweise Kolbenringen, Zylinderlaufbuchsen, Papierwalzwerkwalzen und Getriebekästen, nützlich sind.
Thermisch aufgespritzte Molybdänbeschichtungen sind aufgrund deren einzigartigen, tribologischen Eigenschaften in der Automobil-, in der Luftfahrt-, der Pulpe und Papier und Kunststoff verarbeitenden Industrie nützlich. Molybdänbeschichtungen schaffen eine Oberfläche mit niedriger Reibung und eine Widerstandsfähigkeit gegen einen Verschleiß unter Gleitkontaktbedingungen.
Beschichtungen, die von Molybdändrahtquellen mittels Flamme aufgespritzt sind, werden weit verbreitet in der Kraftfahrzeugindustrie verwendet, zum Beispiel als Laufoberflächen auf Kolbenringen in Brennkraftmaschinen. Die hohe Härte dieser Beschichtungen ist der Bildung während des Aufspritzens von MoO&sub2; zuschreibbar, das als ein Dispersionsverfestiger dient. Allerdings ist das Verfahren von Flammenspritzbeschichtungen von einem Molybdändraht nicht ausreichend für komplexere Anwendungen, die für Molybdänbeschichtungen entwickelt werden, diversifizierbar. Einige dieser Anwendungen erfordern höhere Verbrennungsdrücke und -temperaturen, eine Turboaufladung und eine erhöhte Komponentenhaltbarkeit. Die mittels Molybdändraht hergestellten Beschichtungen erfüllen nicht diese Erfordernisse. Weiterhin ist ein erhöhtes Erfordernis für die Anpassung von Beschichtungseigenschaften basierend auf periodisch sich ändernden Design- Erfordernissen vorhanden. Auf Pulver basierende Beschichtungstechnologien, z. B. ein Plasmapulverspritzen, bieten eine Flexibilität beim Anpassen von Material/Beschichtungseigenschaften durch kompensationsmäßige Kontrolle, was nicht leicht unter Verwendung von Drahtausgangsmaterial erreichbar ist.
Beschichtungen, die mittels Plasma aus Molybdänpulver aufgespritzt werden, sind stärker diversifizierbar als Beschichtungen von einem Draht, allerdings sind sie relativ weich und zeigen keinen adäquaten Durchbruch und keine Abnutzungsbeständigkeit für Kraftfahrzeug- und andere Anwendungen, die vorstehend beschrieben sind. Das Molybdän tendiert dazu, während eines Spritzens zu oxidieren, was zu weichen bzw. schwachen Zwischenflächen unter den Lamellen bzw. Schichten der Beschichtung und zu einer Delaminierungsabnutzung führt. Auch sind Feuchtkorrosionscharakteristika von Molybdänbeschichtungen schlecht.
Das Molybdänpulver kann mit einem auf Nickel basierenden, selbstgängigen Legierungspulver gemischt werden, zum Beispiel Pulver, das Nickel, Chrom, Eisen, Bor und Silizium enthält, um ein Mo/NiCrFeBSi-Dual-Phasen-Pulver zu bilden (auch im Stand der Technik als Pseudolegierung bezeichnet). Die verbesserten Abnutzungscharakteristika einer Flammenbeschichtung, die aus der Mischung aufgespritzt ist, führt zu einer abnutzungsbeständigen Beschichtung mit erwünschten, niedrigen Reibungseigenschaften und einer Verschleißbeständigkeit.
Wenn diese Pseudo-Legierungs-Pulvermischung mittels Plasmagespritzt wird, tendieren allerdings die Molybdän-Partikel und die NiCrFeBSi-Partikel dazu, diskrete Inseln in der Beschichtung zu bilden. Obwohl die gesamte Härte größer ist, sind, in mikroskopischem Maßstab, die Molybdän-Inseln noch weich und sind für einen Durchbruch und eine Fehlstelle anfällig. Wenn einmal der Abnutzungsvorgang initiiert ist, erfährt oder zeigt die Beschichtung eine schnelle Verschlechterung mit einem erhöhten Reibungskoeffizienten, einer Partikelherauslösung und einer Delaminierung.
Eine andere Verbesserung in mit Plasma gespritzten Molybdänbeschichtungen ist in der Veröffentlichung von S. Sampath et al. "Microstructure and Properties of Plasma-Sprayed Mo-Mo&sub2;C Composites" (J. Thermal Spray Technology 3 (3), September 1994, Seiten 282- 288), beschrieben. Eine dispersionsgehärtete Beschichtung wird mittels Plasma aus einem Mo-Mo&sub2;C-Komposit-Pulver aufgespritzt. Die Mo&sub2;C-Partikel, die in dem Molybdän dispergiert sind, erhöhen die Härte der Beschichtung. Auch tendiert der Kohlenstoff als ein Opfersauerstoffgetter, das die Bildung von Oxidablagerungen zwischen Molybdänschichten und der Beschichtung während eines Spritzens reduziert und ein Delaminieren der Beschichtung verringert. Allerdings ist die Härte, die Abnutzungsbeständigkeit und die Feuchtkorrosionsbeständigkeit der Beschichtung nicht für einige Anwendungen ausreichend.
Eine weitere Verbesserung in mit Plasma gespritzten Molybdänbeschichtungen ist in der EP-A1-0 701 005 beschrieben. Die Dual-Phasen-Pulver-Mischung, die offenbart ist, fügt ein NiCrFeBSi-Pulver zu dem vorstehend beschriebenen Mo-Mo&sub2;C-Komposit-Pulver hinzu. Die Beschichtung, die aus dieser Pulvermischung hergestellt ist, zeigt diskrete Inseln ähnlich zu denjenigen, die vorstehend für die Mo-NiCrFeBSi-Beschichtung beschrieben sind. Die NiCrFeBSi-Inseln besitzen ähnliche vorteilhafte Eigenschaften wie diejenigen, die vorstehend beschrieben sind; allerdings erhöhen die Mo&sub2;C-Partikel, die in dem Molybdän dispergiert sind, die Härte der Molybdän-Inseln, was die Verschlechterung der Beschichtung verlangsamt. Auch wirkt der Kohlenstoff als Opfersauerstoffgetter, was die Bildung von Oxidablagerungen auf den Molybdän-Inseln der Beschichtung während eines Spritzens reduziert und ein Delaminieren der Beschichtung verringert, wie dies vorstehend beschrieben ist. Allerdings ist die Feuchtkorrosionsbeständigkeit und/oder die Härte der Beschichtung noch nicht ausreichend für einige Anwendungen.
Die EP 114 232 A1 offenbart eine Mischung aus Molybdän, aus Molybdänkarbid und einer niedrig schmelzenden Legierung. Die die Reibung reduzierenden Beschichtungen sind aus der US 4,756,841 bekannt, die auch Molybdän aufweisen.
Die vorliegende Erfindung ist auf Pulver gerichtet, die noch weiter die Eigenschaften von Molybdänbeschichtungen verbessern können, ob sie nun mittels Plasma aufgespritzt oder mittels Flamme aufgespritzt sind.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile im Stand der Technik von auf Molybdän basierenden, thermischen Spritzpulvern und -beschichtungen zu beseitigen.
Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung, auf Molybdän basierende, thermische Spritzpulver zu schaffen, ebenso wie Pulvermischungen, die solche Pulver umfassen, zum Aufspritzen verbesserter Beschichtungen mit einer hohen Feuchtkorrosionsbeständigkeit, mit einer hohen kohäsiven Festigkeit und gleichförmigen Abnutzungscharakteristika ohne wesentlichen Verlust der Spritzfähigkeit der Pulver oder von niedrigen Reibungscharakteristika der Beschichtungen, die daraus hergestellt sind.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen von hoch festen Beschichtungen mit niedriger und stabiler Reibung, die eine hohe Feuchtkorrosionsbeständigkeit, eine hohe kohäsive Festigkeit und gleichförmige Abnutzungscharakteristika zeigen, während die nachfolgend erwähnten Komposit-Pulver verwendet werden, zu schaffen.
Demgemäß ist in einer Ausführungsform der Erfindung ein Komposit-Pulver auf Molybdänbais für thermische Spritzanwendungen, das Komposit-Pulver, das eine Legierung umfaßt, ausgewählt aus einer Molybdän-Chrom-, Molybdän-Wolfram- und Molybdän- Wolfram-Chrom-Legierungs-Dispersion, verfestigt mit Molybdänkarbid-Niederschlägen, umfaßt. In einer konkreteren Ausführungsform umfaßt das auf Molybdän basierende Komposit-Pulver ungefähr 10-30 Gewichtsprozent Chrom und/oder 1-3 Gewichtsprozent Kohlenstoff, der Rest Molybdän.
In einer anderen Ausführungsform ist die Erfindung ein Mischpulver für thermische Spritzanwendungen, wobei das Mischpulver eine Mischung umfaßt aus (a) einer auf Molybdän basierenden Legierung, ausgewählt aus einer Molybdän-Chrom-, Molybdän-Wolfram- und Molybdän-Wolfram-Chrom-Legierungs-Dispersion, verfestigt mit Molybdänkarbid- Niederschlägen, und (b) einer auf Nickel basierenden oder einer auf Kobalt basierenden Legierung. In einer konkreteren Ausführungsform besteht das Mischpulver im wesentlichen aus ungefähr 10-50 Gewichtsprozent der auf Nickel basierenden oder der auf Kobalt basierenden Legierung, der Rest ist die die Dispersion verfestigende, auf Molybdän basierende Legierung.
In noch konkreteren Ausführungsformen kann die auf Nickel basierende oder auf Kobalt basierende Legierung eine selbstgängige, auf Nickel basierende Legierung sein, die Nickel, Chrom, Eisen, Bor und Silizium aufweist, oder eine Hastelloy® (auf Nickel basierende) Legierung oder eine Tribaloy® (auf Kobalt basierende) Legierung. (Hastelloy und Tribaloy sind jeweils registrierte Marken der Haynes International und Stoody Deloro Stellite.) In einer weiteren Ausführungsform ist die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer thermischen Spritzbeschichtung, die die vorstehend spezifizierten Pulver verwendet. Die thermische Spritzbeschichtung umfaßt weiterhin Schichten einer auf Nickel basierenden oder einer auf Kobalt basierenden Legierung. Die auf Nickel oder auf Kobalt basierende Legierung kann eine selbstgängige, auf Nickel basierende Legierung sein, die Nic kel, Chrom, Eisen, Bor und Silizium, oder eine Hastelloy-Legierung oder eine Tribaloy- Legierung, aufweist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

In einer beispielhaften Ausführungsform des Komposit-Pulvers gemäß der Erfindung werden die Eigenschaften einer auf Molybdän basierenden Beschichtung durch die Hinzufügung zu dem Molybdän von Chrom und einer kleinen Menge von Kohlenstoff verbessert. Das Chrom bildet mit dem Molybdän eine auf Molybdän basierende Legierung als feste Lösung, während der Kohlenstoff mit dem Molybdän reagiert, um Molybdänkarbid-(Mo&sub2;C)- Niederschläge, dispergiert über die gesamte Molybdän-Chrom-Legierung hinweg, zu bilden, um die Legierung dispersionsmäßig zu verfestigen. Der Ausdruck "auf Molybdän basierend", wie er hier verwendet ist, ist dazu vorgesehen, daß er eine Legierung oder ein Komposit bedeutet, die bzw. das mindestens 50 Gewichtsprozent gesamtes Molybdän (reagiert und elementar) umfaßt. Die Menge an Kohlenstoff wird basierend auf der Menge von Mo&sub2;C ausgewählt, die in dem Komposit-Pulver erwünscht ist, die typischerweise ungefähr 20-60 Volumenprozent des Komposit-Pulvers beträgt. Vorzugsweise umfaßt die dispersions-verfestigte Legierung ungefähr 10-30 Gewichtsprozent Chrom, ungefähr 1-3 Gewichtsprozent Kohlenstoff, der Rest Molybdän.
Die Chromkomponente in der Legierung ist so enthalten, um eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit gegenüber einem Mo-Mo&sub2;C-Pulver zu schaffen, während das Vorhandensein des Kohlenstoffs in dem Komposit-Pulver eine gewisse Dispersionsverfestigung liefert. Das Chrom liefert auch eine gewisse zusätzliche Verfestigung der Beschichtung. Eine Oxidation des Karbids während eines thermischen Spritzens liefert einen zusätzlichen Vorteil dahingehend, daß während des Spritzvorgangs der Kohlenstoff als ein Opfergetter für Sauerstoff wirkt, was die Oxidation des Molybdäns reduziert. Mit einem solchen Gettern können oxidfreie Schichtflächen produziert werden, was zu einer verbesserten Anbindung der Molybdän-Chrom-Legierungsschichten aneinander liefert. Demzufolge wird eine Delaminierung während eines Gleitkontakts reduziert, was zu einem stabilen Reibungskoeffizienten und zu einer verbesserten Abnutzungsbeständigkeit führt.
In einem anderen, ähnlichen, auf Molybdän basierenden Komposit-Pulver wird das Chrom durch Wolfram ersetzt. Das Wolfram und eine kleine Menge von Kohlenstoff werden zu dem Molybdän hinzugefügt, um eine Festlösungslegierungsdispersion, verfestigt mit Mo&sub2;C, zu bilden. Wiederum wird die Menge an Kohlenstoff basierend auf der Menge an Mo&sub2;C, die erwünscht ist, ausgewählt, typischerweise ungefähr 20-60 Volumenprozent, in dem Komposit-Pulver. Vorzugsweise umfaßt die dispersions-verfestigte bzw. dispersionsgehärtete Legierung ungefähr 10-30 Gewichtsprozent Wolfram, ungefähr 1-3 Gewichtsprozent Kohlenstoff, der Rest Molybdän.
Die Legierung aus Molybdän und Wolfram liefert eine Festlösungsverfestigung an der Komposit-Beschichtung und kann verbesserte Hochtemperatureigenschaften liefern, während das dispergierte Karbid die Dispersionsverfestigung und Schichtbindungsvorteile, die vorstehend beschrieben sind, liefert. Die Beschichtung zeigt einen stabilen Reibungskoeffizienten, eine verbesserte Abnutzungsbeständigkeit und eine hohe Temperaturfestigkeit.
Alternativ können sowohl Chrom- als auch Wolfram-Pulver mit dem Kohlenstoffpulver zu dem Molybdän-Pulver hinzugefügt werden, um die auf Molybdän basierende Legierung zu bilden. Wiederum wird die Menge an Kohlenstoff basierend auf der Menge an Mo&sub2;C, die in dem Komposit-Pulver erwünscht ist, ausgewählt. Vorzugsweise umfaßt die dispersionsverfestigte Legierungsbeschichtung ungefähr 10-30 Gewichtsprozent einer Kombination aus Chrom und Wolfram, ungefähr 1-3 Gewichtsprozent Kohlenstoff, der Rest Molybdän. Die Chrom-Komponente in der Legierung liefert eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit und Härte, die Wolfram-Komponente liefert eine zusätzliche Härte und Festigkeit und das Karbid trägt zu einer gewissen Verfestigung und der vorstehend beschriebenen, verbesserten Anbindung der Molybdän-Chrom-Wolfram-Legierungsschichten aneinander bei. Die optimalen Verhältnisse von Chrom zu Wolfram und von Chrom oder Wolfram zu Molybdän in der Mischung, um die erwünschte Verfestigung und Korrosionsbeständigkeit für eine bestimmte Anwendung zu erzielen, kann empirisch bestimmt werden.
Die auf Molybdän basierenden Komposit-Pulver können, z. B., durch ein Verfahren ähnlich zu demjenigen, das in dem US-Patent Nr. 4,716,019 zum Herstellen einer Molybdän- Pulverdispersion, verfestigt mit dem Molybdänkarbid (Mo-Mo&sub2;C-Pulver), beschrieben sind, hergestellt werden.
Das Verfahren umfaßt ein Bilden einer gleichförmigen Mischung von feinen Pulvern aus Molybdän und Chrom und/oder Wolfram mit einem Kohlenstoffpulver, das eine Partikelgröße nicht größer als diejenige der Metallpulver besitzt. Die Menge des Kohlenstoffpulvers wird basierend auf der Menge des Molybdänkarbids ausgewählt, die in dem Komposit-Pulver erwünscht ist. Alternativ kann eine Molybdän-Chrom- oder Molybdän-Wolfram- oder Molybdän-Chrom-Wolfram-Legierung mit dem Kohlenstoffpulver gemischt werden. Wiederum ist die Menge an Kohlenstoffpulver proportional zu der Menge an Molybdänkarbid, die in dem Komposit-Pulver erwünscht ist.
Eine Schlämme wird aus einer dieser Pulvermischungen, einem organischen Bindemittel und Wasser gebildet, wobei die Menge des Bindemittels typischerweise nicht größer als ungefähr 2 Gewichtsprozent der Pulvermischung ist. Die Pulver werden dann aus der Schlämme agglomeriert, z. B. durch Sprühtrocknen. Vorzugsweise werden die agglomerierten Pulver so klassifiziert, um den Hauptteil der Agglomerate so auszuwählen, daß sie eine Größe nicht größer als ungefähr 170 mesh und weniger als ungefähr 325 mesh haben. Die ausgewählten Agglomerate werden bei einer Temperatur nicht größer als ungefähr 1400ºC in einem nicht-kohlenstoffhaltigen Gefäß in einer reduzierenden Atmosphäre für eine Zeit zur Reaktion gebracht, um agglomerierte Komposit-Pulver zu bilden. Das (Mo, Cr)Mo&sub2;C, (Mo, W)Mo&sub2;C oder (Mo, Cr, W)Mo&sub2;C-Pulver, das so hergestellt ist, behält die erwünschte Spritzfähigkeit bei und kann in Plasma- oder Flammenspritzvorgängen verwendet werden, um Beschichtungen zu produzieren, die eine hohe, kohäsive Festigkeit, eine hohe Feuchtkorrosionsbeständigkeit, einen stabilen Reibungskoeffizienten und gleichförmige Abnutzungscharakteristika zeigen.
Eine noch weiter verbesserte Beschichtung kann aus einer Dual-Phasen-Pulvermischung eines der vorstehend beschriebenen, auf Molybdän basierenden Komposit-Pulver mit einer auf Nickel basierenden oder einer auf Kobalt basierenden Legierung hergestellt werden. Der Ausdruck "auf Nickel basierend" oder "auf Kobalt basierend", wie er hier verwendet ist, wird dazu vorgesehen, daß er Legierungen oder Pulvermischungen bedeutet, in denen Nickel oder Kobalt jeweils die Hauptkomponente ist. Ein typisches Beispiel einer solchen Dualphasen-Pulvermischung ist eine Mischung von ungefähr 50-60 Gewichtsprozent der vorstehend beschriebenen Dispersion, gehärtet mit einer Molybdän-Wolfram-, Molybdän-Chrom- oder Molybdän-Chrom-Wolfram-Legierung, mit ungefähr 10-50 Gewichtsprozent einer selbstgängigen Nickel-Bor-Silizium-Legierung. Das Nickel-Bor-Silizium kann solche anderen Komponenten, wie Chrom, Eisen und/oder Kohlenstoff, enthalten. Typischerweise sind solche Legierungen die selbstgängigen NiCrFeBSi Legierungspulver, die vorstehend beschrieben sind. Eine typische Zusammensetzung für eine solche selbstgängige Legierung ist, in Gewichtsprozent, 0 bis ungefähr 20% Chrom, 0 bis ungefähr 4% Eisen, ungefähr 2-5% Bor, ungefähr 2-5% Silizium, 0 bis ungefähr 2% Kohlenstoff, der Rest Nickel. Ein Beispiel einer bevorzugten Zusammensetzung für eine solche selbstgängige Legierung ist, in Gewichtsprozent, 13,6% Chrom, 4,4% Eisen, 3,3% Bor, 4,4% Silizium, 0,8% Kohlenstoff, der Rest Nickel. Die Beschichtung zeigt eine verbesserte Spritzfähigkeit, eine Kohäsionsfestigkeit, eine Härte und Abnutzungsbeständigkeit gegenüber dem auf Molybdän basierenden Komposit-Pulver alleine und führt zu einer Beschichtung, die eine gleichförmige Abnutzung, einen niedrigen Reibungskoeffizienten und eine gute Kohäsionsfestigkeit zeigt.
Alternativ kann ein ähnliches Dualphasen-Pulver durch Mischen der vorstehend beschriebenen, dispersionsgehärteten Molybdän-Chrom-, Molybdän-Wolfram- oder Molybdän- Chrom-Wolfram-Legierung mit einer kommerziell erhältlichen Hochtemperatur-, korrosionsbeständigen, auf Nickel basierenden Legierung mit moderater Härte, wie beispielsweise eine Hastelloy C oder eine Hastelloy D Legierung, oder einer kommerziell erhältlichen Hochtemperatur-, korrosionsbeständigen, auf Kobalt basierende Legierung mit hoher Härte, wie beispielsweise eine Tribaloy Legierung, hergestellt werden. Die bevorzugten Verhältnisse für eine solche Mischung sind ungefähr 50-90 Gewichtsprozent der auf Molybdän basierenden Legierung und ungefähr 10-50 Gewichtsprozent der auf Nickel oder Kobalt basierenden Legierung. Die Hastelloy-Legierungskomponente liefert eine weitere Verbesserung in der Korrosionsbeständigkeit der gespritzten Beschichtung, während die Tribaloy-Legierungskomponente eine Kombination einer weiter verbesserten Abnutzungs- und Korrosionsbeständigkeit liefert. Die Dualphasen-Pulvermischung kann so zugeschnitten werden, um eine Beschichtung einer ausgewählten Härte, einer Abnutzungsbeständigkeit, einer Korrosionsbeständigkeit, eines Reibungskoeffizienten, usw., durch Auswahl der dispersionsverfestigten, auf Molybdän basierenden Legierungskomponenten, der auf Nickel oder Kobalt basierenden Komponenten, und deren Verhältnis, durch empirische Mittel, zu schaffen.
Die vorstehend beschriebenen, gemischten Pulver, die die dispersionsverfestigte, auf Molybdän basierende Legierung mit einer auf Nickel oder Kobalt basierenden Legierung kombinieren, können durch Erstellen des dispersionsgehärteten, auf Molybdän basierenden Legierungspulvers, wie dies vorstehend beschrieben ist, dann Mischen dieses Pulvers mit einem auf Nickel oder Kobalt basierenden Legierungspulvers, gemäß einer kommerziell akzeptierten Metallpulver-Mischtechnologie, hergestellt werden. Typischerweise werden die auf Nickel oder Kobalt basierenden Legierungspulver aus den Legierungen durch Gasverdüsung hergestellt. Alternativ kann ein kommerziell erhältliches, auf Nickel oder Kobalt basierendes Legierungspulver in der Mischung verwendet werden.
Um die vorstehend beschriebenen Beschichtungen zu bilden, werden die Komposit- oder gemischten Pulver thermisch gespritzt, z. B. durch bekannte Plasmaspritz- oder Flammenspritztechniken, auf das Lager oder die Reibungsoberflächen eines Metallmaschinenteils, das einer Gleitreibung unterworfen ist, was eine abnutzungsbeständige Oberfläche mit niedriger Reibung bildet.
Das folgende Beispiel wird angegeben, um Fachleuten auf dem betreffenden Fachgebiet zu ermöglichen, besser die vorliegende Erfindung zu verstehen und in die Praxis umzusetzen. Dieses Beispiel sollte nicht als Einschränkung des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung verstanden werden, sondern nur als dafür erläuternd und repräsentativ.

BEISPIEL

Drei experimentelle und zwei thermische Spritzpulvermischungen zur Kontrolle wurden aus einem auf Molybdän basierenden Pulver, angegeben als Komponente 1, und aus einem auf Nickel oder Kobalt basierenden Legierungspulver, angegeben als Komponente 2, präpariert. Die zwei Kontrollproben umfaßten ein NiCrFeBSi-Pulver, wie dies nachfolgend angegeben ist, erhältlich von Culox Technologies (Naugatuck, CT) oder von Sulzer Plasma-Technik (Troy, Ml). Probe 3 umfaßte ein ähnliches NiCrFeBSi-Pulver, wie dies auch nachfolgend angegeben ist, erhältlich von derselben Bezugsquelle. Proben 4 und 5 umfaßten ein Tribaloy-Kobalt-Legierungspulver und ein Hastalloy-Nickel-Legierungspulver jeweils, beide erhältlich von Thermadyne Stellite (Kokomo, IN). Eine Kontrollprobe enthielt weiterhin ein Chrom-Karbid/Nichrom-Legierungsmischpulver, erhältlich als SX-195 von Osram Sylvania lncorporated (Towanda, PA), angegeben als Komponente 3. Alle Prozente sind als Gewichtsprozente angegeben, ohne daß dies anders angezeigt ist. Das Mo/Mo&sub2;C-Pulver wurde gemäß dem Verfahren hergestellt, wie es im Detail in der US- 4,716,019 beschrieben ist, und ist als SX-276 von Osram Sylvania Incorporated (Towanda, PA) erhältlich. Das (Mo, Cr)/Mo&sub2;C-Pulver wurde in einer ähnlichen Art und Weise hergestellt, Mischen von Molybdän-, Chrom- und Kohlenstoffpulver und Verarbeiten der gemischten Pulver gemäß dem Verfahren, das in der US-4,716,019 beschrieben ist.
Die Unterkomponenten der Komponenten 1, 2 und 3 sind in Tabelle I dargestellt und sind in Gewichtsprozent (w/o) oder im Gewichtsverhältnis, ohne daß dies in anderer Weise angegeben ist, angegeben. Die Verhältnisse der Komponenten 1, 2 und 3 in den Mischun gen, angegeben in Gewichtsprozent, sind in Tabelle II dargestellt. Auch sind in Tabelle II andere Charakteristika der Pulvermischungen dargestellt: die Probengröße, die Korngrößenfraktion (angegeben in mesh Größen) des Hall-Flusses bzw. des Auslaufmassenstroms (in Sekunden/50 g) und der Schüttdichte.
Die Pulver wurden auf entfettete und strahlgezunderte, halbweiche Stahlsubstrate unter Verwendung eines Metco-Plasmaspritzsystems mit Dicken von 15-20 mils (381-508 Mikrometern) aufgespritzt, unter Verwendung der Parameter:
Modell der thermischen Spritzpistole: Metco 9MB
Düse: #732
Strom: 500 A
Spannung: 68 V
Argon-Fluß: 80*
Wasserstoff-Fluß: 15*
Träger-Argon-Fluß: 37*
Pulveröffnung: #2
Zufuhrrate: 30 g/min
Spritzabstand: 10 cm
* Metco-Konsoleneinheiten
Alle Pulver zeigten eine gute Benetzung bei der Bildung der Beschichtungen und eine gute Beschichtungsintegrität. TABELLE I
* berechnet TABELLE II
Die Beschichtungen wurden in Bezug auf deren Phasenstruktur unter Verwendung einer Röntgenbeugung unter Verwendung von Cu Kα Strahlung analysiert. Die Molybdän- Gitterparameter wurden auch aus den Diffraktionsdaten bei 3 Molybdän-Peaks bestimmt. Diese Daten wurden analysiert, um die Effekte von Kohlenstoff in den Molybdän-Gittern der Beschichtungen zu bestimmen. Die Interpretationen dieser Daten sind in Tabelle III nachfolgend angegeben. TABELLE III
*s. s. = feste Lösung
Die Beschichtungen von den Proben 1 und 3-5 wurden in Bezug auf deren durchschnittlicher Oberflächenhärte und durchschnittlicher Mikrohärte getestet. Die Mikrohärte wurde unter Verwendung einer Eindringmeßeinrichtung Rockwell 15 N Brale gemessen, während die Mikrohärtemessungen auf Beschichtungsquerschnitten durchgeführt wurden unter Verwendung einer Diamantpyramiden-Härtetesteinrichtung unter einer Last von 300 gf. (Der Ausdruck "gf" bezieht sich auf Gramm Kraft, eine Einheit der Kraft.) Die Daten sind in Tabelle IV angegeben.
Die Oberflächenhärten der Beschichtungen 3-5 liegen alle gut innerhalb eines akzeptierbaren Bereichs, wobei diejenige der Beschichtung 3 höher als diejenige der Beschichtung der Probe 1 ist, und solche der Beschichtungen 4 und 5 nahe zu derjenigen der Beschichtung 1 liegen. Weiterhin ist die Standardabweichung der Oberflächenhärte der neuen Beschichtungen kleiner als diejenige der Probe 1, was eine Beschichtung einer gleichförmigeren Härte anzeigt.
Der Effekt von Chrom und Kohlenstoff in dem (Mo, Cr)Mo&sub2;C, verwendet für die Beschichtung der Probe 3, gegenüber der Molybdän-Beschichtung, verwendet für Probe 1, ist gut ersichtlich dahingehend, daß die Beschichtung von Probe 3 eine erhöhte Härte zeigt. Die Proben 1 und 3 besaßen identische Mischungsverhältnisse ebenso wie ähnliche Zusammensetzungen, die eine NiCrFeBSi-Pseudolegierung umfassen. Der einzige Unterschied ist das Vorhandensein von Chrom in Probe 3.
Demzufolge kann die verbesserte Härte auf das Vorhandensein von der (Mo, Cr)Mo&sub2;C der Legierung der festen Lösung zurückgeführt werden. (Die Variation in der Standardabweichung der Mikrohärtewerte ist typisch für solche Beschichtungen und kann Variationen in der lokalen Mikrostruktur zugeschrieben werden.)
Die Beschichtungen von den Proben 4 und 5 sind etwas weicher als diejenige von Probe 3, da die sekundären Tribaloy- und Hastelloy-Legierungen etwas weicher als die NiCrFeBSi-Legierung von Probe 3 sind, zeigen allerdings noch eine ausreichende Härte für viele Anwendungen. Weiterhin sind die Beschichtungen der Proben 3-5 korrosionsbeständiger als diejenige von Probe 1, wobei die Beschichtungen der Proben 4 und 5 noch korrosionsbeständiger sind als diejenige der Probe 3. TABELLE IV
Reibungs- und Abnutzungsmessungen wurden auch in Bezug auf die Beschichtungen der Proben 1 und 3 unter Verwendung einer Konfiguration mit Kugel auf einer Platte und Verfahren durchgeführt, wie sie in dem VAMAS Programm (H. Czichos et al., Wear. Vol. 114, (1987), Seiten 109-130) eingerichtet sind. Kinetische Reibungskoeffizienten und Abnutzungskratzer wurden auf nicht geschmierten Beschichtungen unter Verwendung der Konfiguration mit Kugel auf Platte und dem Verfahren, das in der Konfiguration und dem Verfahren, das der vorstehend angegebenen Publikation von Sampath et al. (Fig. 1 und Seite 284 der Publikation) erläutert und beschrieben ist. Die Ergebnisse sind nachfolgend in Tabelle V dargestellt. (Niedrigere Werte zeigen eine ausgezeichnete Reibungs- und Abnutzungseigenschaft an.) TABELLE V
Ein Vergleich der zwei Proben, die unter der Last von 10 N getestet sind, die weniger kritische Kraft, zeigte die Verbesserung in den Beschichtungsreibungs- und Abnutzungscharakteristika, die durch die (Mo, Cr)-C Phase gegenüber der Mo-Phase in den ähnlichen Dualphasen-Beschichtungen erzielt sind. Bei einer Last von 10 N und 0,02 mls Gleitgeschwindigkeit ist die Beschichtung der Probe 3 deutlich besser zu der Beschichtung der Probe 1. Die Testbedingungen mit 40 N waren allerdings zu stark für jede Beschichtung, um dagegen Standzuhalten. Demzufolge war die Funktion bzw. Eigenschaft nahezu dieselbe für die Beschichtungen der Proben 1 und 3 bei dieser Last.
Alle vorstehenden Ergebnisse zeigen, daß die Kombination von Molybdän, Chrom und Molybdänkarbid stark die Abnutzungscharakteristika von auf Molybdän basierenden Beschichtungen gegenüber solchen von Molybdän alleine verbessern. Die Mischung der auf Molybdän basierenden Legierung, die Chrom und Kohlenstoff mit auf Nickel oder Kobalt basierenden Legierung umfaßt, liefert eine noch weitere Verbesserung in den Beschichtungen.
Die Erfindung, die hier beschrieben ist, liefert in Bezug auf den Stand der Technik neue, verbesserte, auf Molybdän basierende Komposit-Pulver und Pulvermischungen, die solche auf Molybdän basierende Komposit-Pulver umfassen, die zur Verwendung bei dem Aufbringen von korrosionsbeständigen Beschichtungen mit hoher Härte, niedriger Reibung auf den Lager- oder Reiboberflächen von Maschinenteilen, die einer Gleitreibung unterworfen werden, geeignet sind. Das Pulver ist für eine Vielzahl von Anwendungen in, zum Beispiel der Kraftfahrzeug-, der Luftfahrt-, der Pulpe und Papier und Kunststoff verarbeitenden Industrie geeignet. Die Beschichtungen liefern Oberflächen mit niedriger Reibung und einer ausgezeichneten Widerstandsfähigkeit gegen Kratzer und eine Delaminierung unter Gleitkontaktzuständen, eine verbesserte Hochtemperaturbeständigkeit und Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit. Die Pulver können so zugeschnitten werden, um Beschichtungen zu liefern, die optimale Eigenschaften für verschiedene Anwendungen zeigen, und zwar durch geeignete Auswahl der Komponenten und Verhältnisse. Aller Pulver der Zusammensetzungen, die vorstehend angegeben sind, verbessern die mechanischen und chemischen Eigenschaften von Molybdänbeschichtungen ohne dafür die einzigartigen Charakteristika einer niedrigen Reibung von Molybdän oder der Spritzfähigkeit der Pulver zu opfern.
Während dasjenige dargestellt und beschrieben worden ist, das derzeit als die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung angesehen wird, wird für Fachleute auf dem betreffenden Fachgebiet ersichtlich werden, daß Modifikationen und Änderungen dabei vorgenommen werden können, ohne den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, zu verlassen.

Claims

1. Komposit-Pulver auf Molybdänbasis für thermische Spritzanwendungen, wobei das Komposit-Pulver eine Legierung aufweist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer Molybdän-Chrom-, Molybdän-Wolfram- und Molybdän-Wolfram-Chrom- Legierungsdispersion, gehärtet mit Molybdänkarbid-Niederschlägen, besteht.

2. Komposit-Pulver auf Molybdänbasis nach Anspruch 1, wobei das Komposit-Pulver ungefähr 10-30 Gewichtsprozent mindestens eines Metalls aufweist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Chrom und Wolfram, ungefähr 1-3 Gewichtsprozent Kohlenstoff, der Rest Molybdän, besteht.

3. Komposit-Pulver auf Molybdänbasis nach Anspruch 2, wobei das Komposit-Pulver im wesentlichen aus ungefähr 10-30 Gewichtsprozent Chrom, ungefähr 1-3 Gewichtsprozent Kohlenstoff, der Rest Molybdän, besteht.

4. Komposit-Pulver auf Molybdänbasis nach Anspruch 2, wobei das Komposit-Pulver im wesentlichen aus ungefähr 10-30 Gewichtsprozent Wolfram, ungefähr 1-3 Gewichtsprozent Kohlenstoff, der Rest Molybdän, besteht.

5. Gemischtes Pulver für thermische Spritzanwendungen, wobei das gemischte Pulver eine Mischung aus (a) einer auf Molybdän basierenden Legierung, ausgewählt aus der Gruppe, die aus einer Molybdän-Chrom-, Molybdän-Wolfram- und Molybdän-Wolfram- Chrom-Legierungsdispersion, gehärtet mit Molybdänkarbid-Niederschlägen, besteht, und (b) einer auf Nickel basierenden oder auf Kobalt basierenden Legierung aufweist.

6. Gemischtes Pulver nach Anspruch 5, das im wesentlichen aus ungefähr 10-50 Gewichtsprozent der auf Nickel basierenden oder der auf Kobalt basierenden Legierung besteht, wobei der Rest die die dispersions-verfestigende, auf Molybdän basierende Legierung ist.

7. Gemischtes Pulver nach Anspruch 6, wobei die die dispersions-verfestigende, auf Molybdän basierende Legierung ungefähr 10-30 Gewichtsprozent mindestens eines Metalls, ausgewählt aus der Gruppe, die aus Chrom und Wolfram besteht, ungefähr 1-3 Gewichtsprozent Kohlenstoff, der Rest Molybdän, aufweist.

8. Gemischtes Pulver nach Anspruch 7, wobei die auf Nickel basierende oder auf Kobalt basierende Legierung eine selbstgängige, auf Nickel basierende Legierung ist, die Nickel, Chrom, Eisen, Bor und Silizium aufweist.

9. Gemischtes Pulver nach Anspruch 8, wobei die auf Nickel basierende Legierung im wesentlichen aus, in Gewichtsprozent, 0 bis ungefähr 20% Chrom, 0 bis ungefähr 4% Eisen, ungefähr 2-5% Bor, ungefähr 2-5% Silizium, 0 bis ungefähr 2% Kohlenstoff, der Rest Nickel, besteht.

10. Gemischtes Pulver nach Anspruch 8, wobei die auf Nickel basierende Legierung eine Hastelloy-Legierung ist.

11. Gemischtes Pulver nach Anspruch 7, wobei die auf Nickel basierende oder auf Kobalt basierende Legierung eine auf Kobalt basierende Legierung ist, die im wesentlichen aus, in Gewichtsprozent, 0 bis ungefähr 20% Chrom, 0 bis ungefähr 4% Eisen, ungefähr 2-5% Bor, ungefähr 2-5% Silizium, 0 bis ungefähr 2% Kohlenstoff, der Rest Kobalt, besteht.

12. Gemischtes Pulver nach Anspruch 11, wobei die auf Kobalt basierende Legierung eine Tribaloy®-Legierung ist.

13. Verfahren zum Herstellen einer thermischen Spritzbeschichtung unter Verwendung der Pulver nach den Ansprüchen 1-12.