DE8716743U1

DE8716743U1 - Fülldraht zum Erzeugen von Schmelz-Verbundschichten

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Publication number: DE8716743U1
Application number: DE8716743U
Authority: DE
Original assignee: SPRAYTEC - GESELLSCHAFT fur OBERFLAECHENTECHNIK MBH 5900 SIEGEN DE
Current assignee: SPRAYTEC - GESELLSCHAFT fur OBERFLAECHENTECHNIK MBH 5900 SIEGEN DE
Priority date: 1987-12-19
Filing date: 1987-12-19
Publication date: 1988-02-18

Description

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Beschreibung
Fülldraht zum Erzeugen von Schmelz-Verbundschichten

Die Erfindung betrifft Fülldrähte zum Erzeugen von |

Schmelz-Verbundschichten, insbesondere für das ther- |

mische Spritzen und Auftragschweißen. &iacgr;

Es ist bekannt, das durch thermisches Spritzen und

1Oi Auftragschweißen insbesondere durch Flammspritzen und !

Plasma-Pulver-Auftragschweißen "korrosions- und ver- {

schleißbeständige Schraslz-Verbundschichten {selbst- jj

fließende Legierungen) auf Nickel- oder Kobaltbasis "■

aufgetragen werden Können {deutsche Patentschrift Nr. f

02432061; Berichtsband "DVS Berichte 47", Deutscher '

Verlag für Schweißtechnik, Düsseldorf, Jahrgang 1977, |

Seiten 51 bis 59; Killing, R.: Handbuch der Schweiß- I

verfahren, Bd. I, Deutscher Verlag für Schweißtechnik, I

1. Auflage Düsseldorf, 1984, Seiten 134 bis 148). f

Die zum Erzeugen von Schinelz-Verbundschichten verwen- i

deten Legierungen mit "selbstfließenden Effekt" auf |

Nickelbasis weisen in der Regel 65 - 85 Gew. % j

Nickel, 8 - 20 Gew. % Chrom, 2-6 Gew. % Bor, bis zu 10 Gew. % Eisen und Silizium sowie bis rd. 1 Gew.

% Kohlenstoff auf. Demgegenüber bestehen Kobaltbasislegierungen zum Erzeugen von Schmelz-Verbundschichten
meist aus 40 - 70 Gew. % Kobalt, 10 - 30 Gew. %
Chrom, 2-4 Gew. % Bor, 2-4 Gew. % Eisen, 2-4
Gew. % Silizium, 0,5 - 3 Gew. % Kohlenstoff und bis

zu 40 Gew. % Nickel.

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Kennzeichnend für alle diese Legierungen ist der
Borgehalt. Dieser erfüllt zwei Aufgaben, zum einen
bildet Bor zusammen mit Chrom sehr harte korrosions- und verschleißbeständige Chromboride, zum anderen bewirkt Bor zusammen mit dem Silizium den "selbstfließenden Effekt" (Berichtsband "DVS Berichte 47", Deutscher Verlag für Schweißtechnik, Düsseldorf, Jahrgang 1977, Seiten 51 bis 59). Legierungen mit Borgehalten ab rd. 2 Gew. % und mehr als rd. 10 Gew. % Chrom sind sowohl sehr verschleiß- als auch korrosionsbeständig.

Zum Auftragen von rißfreien, porenarmen, hoch bor- und chromhaltigen (ab rd. 3 Gew. % Bor und rd. 15 Gew. % Chrom) Schmelz-Verbundschichten durch thermisches Spritzen und Auftragschweißen ist es allerdings nötig, diese Legierungen in Pulverform zu verarbeiten.

So ist Untersuchungen zum Lichtbogenspritzen von mit verschiedenen gemischten Pulvern aus Vorlegierungen und reinen Metallen, wie FeB, NiB, FeCrC, FeSi, Cr, Mn, Si und Ni gefüllten Hohldrähten zu entnehmen {Tagungsband "2nd Int. Conference on Surface Engineering", Stratford-upon-Avon, England, 19S7, paper 22} , daß die erzeugten Schutzscl- ich ten einen sich hinsichtlich der Oberflächengüte, Korrosions- und Verschleißwiderstand ungünstig auswirkenden hohen Anteil von Rissen und Poren aufweisen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, rißfreie.

porenarme, hoch verschleiß- und korrosionsbeständige Schifcelz-Verbundschichten insbesondere mit hohen Bor- und Chromgehalten durch das thermische Spritzen und Auftragschweißen von Fülldrähten herzustellen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsmäßig dadurch gelöst, daß zur Fällung des fiohlärahtes ein aus mehreren Komponenten bestehendes Verbundpulver verwendet wird, das entweder aus einem durch Verdüsung hergestellten Aus-

iö gangspuiver, weiches nachfolgend durch mechanische' und/oder chemische Agglomeration mit anderen pulverförmigen Werkstoffen verbunden wird oder durch Sprühtrocknung hergestellt wird, so daß sich durch die metallurgische Umsetzung des Pulvers mit dem metallischen Fülldrahtmantel während des thermischen Spritzens oder Auftragschweißens rißfreie, porenarme, hoch verschleiß- und korrosionsbeständige Schutzschichten mit selbstfließenden Eigenschaften ergeben.

Um solche Schichten herstellen zu können, eignen sich besonders Fülldrähte, deren Mantel aus einer Nickeloder Kobaltbasislegierung besteht und mindestens einen Gehalt von 75 Gew. % der Elemente Kobalt oder Nickel aufweist.

Damit der Kobalt- und Nickelgehalt infolge der metallurgischen Umsetzung des Fülldraiitsantels mit der Pulverfüllung in der Schinelz-Verbundschicht nicht zu groß wird und verschleißbeständige Schichten hoher Härte

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erhalten werden können, ist es notwendig, daß das in den Hohldraht gefüllte Verbundpulver weniger als 40 Gew. % des Metalles Nickel oder Kobalt enthält und der Gesamtgehalt beider Elemente an der pulverförmigen
Füllung 60 Gew. % unterschreitet.

Zusi Erreichen einer &idigr;&idigr;&ogr;&iacgr;&khgr;&thgr;&pgr; Härte und Korrosionsbeständigkeit bei gleichzeitiger Freiheit vor Rissen und Poren sowie zum Erhalt der selbstfließenden Eigenschäften der Schmelz-Verhundschiehten muß das Verbundpulver mehr als 6 Gew. % Silizium, mehr als 0,1 Gew. % Kohlenstoff, mehr als 6 Gew. % Bor,mehr als 2 Gew. % Eisen und 15 - 60 Gew. % Chrom aufweisen.

Durch die Zugabe von 5 bis 20 Gew. % der Elemente Al, B, C, Cu, Mo, Nb, Si, Ta, Ti, V, W, Zr, vorzugsweise durch mechanische und/oder chemische Agglomeration zu dem durch Verdüsen hergestellten Ausgangspulver, kann sowohl die Korrosions- als auch Verschleißbeständigkeit der Schmelz-Verbundschichten durch die gezielte Bildung von Lokalelementen und Karbiden, Boriden und Oxiden sowie zusätzlich die Haftfestigkeit der Schichten gesteigert werden.

Zudem kann die Verschleißbeständigkeit der Schichten durch Anteile bis zu 65 Gew. % an metallischen und nichtmetallischen Hartstoffen im Verbundpulver, wie

B₄C, CrB₂, NbC, SiC, TiB₂, TiC, TiN, VC, WC und
beträchtlich, erhöht werden.

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Ferner ist es vorzugsweise durch mechanische oder chemische Agglomeration dieser pulverföraigen Hartstoffe möglich, den Gehalt an Bor, Silizium und Kohlenstoff des Verbundpulvers in einfacher Weise zu steigern.

Die Gehalte an B, C, Co, Fe, Cr, Mn, Mo, Nb, Ni, Si, W in der Schmelz-Verbundschicht können in wirtschaftlicher Weise auch dadurch erhöht werden, daß ein Teil | des Verbundpulvers aus Vorlegierungen auf Eisen- und i Nichteisenbasis wie CoB,CrB, FeB, FeCr, FeCrC, FeMn, [

FeMo, FeNb, FeSi, FeW, MoNi, NbCr, NiB besteht-

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß ausgehend von Fülldrähten durch thermisches Spritzen, z.B. Lichtbogenspritzen oder durch Auftragschweißen, z.3- Plasma-Heißdrahtschweißen, rißfreie, porenarme, hoch verschleiß- und korrosionsbeständige Schiaslz-Verbundschichten erzeugt werden können.

Hierdurch ist erstmals, im Gegensatz zum Verarbeiten von Pulvern, aufgrund der durch den Einsatz von Fülldrähten erzielbaren wesentlich höheren Auftragsraten, die Beschichtung von großen hochbelasteten Bauteilen, wie Papier-, Druck- und Kaltarbextswalzen, mit hochwertigen selbstfließenden Schutzschichten in kostengünstiger Weise möglich.

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Die Erfindung wird durch die folgenden. Beispiele weiter erläutert:

Beispiel 1

Durch Verdüsen unter Schutzgas wurde zunächst ein legiertes Ausgangspulver mit 0,3 Gew. % C, ö,6 eew. % B, 1,3 Gew. * Si, 2,7 Gew. % Cr, 0,9 Gew. % Fe und 94,2 Gew. % Ni in der Korngröße von 36 bis 106 um hergestellt. Dieses Ausgangspulver wurde nachfolgend durch Agglomeration unter Verwendung von Polyvinylalkohol mit CrB , Korngröße 2 - 10 um und der Vorlegierung FeSi, Korngröße 5 - 10 um, verbunden. Hierdurch ergab i sich eine mittlere chemische Zusammensetzung des zur Füllung der Hohldrähte verwendeten Verbundpulvers von 0,4 Gew. % C, 10,5 Gew. % Bor, 8,8 Gew. % Si, 42,4 Gew. % Chrom, 7,4 Gew. % Fe und 30,5 Gew. % Ni. Nach der Fertigung des Fülldrahtes aus reinem Nickelband wiesen die durch Lichtbogenspritzen und Plasma-Heißdrahtschweißen erzeugten riß- und porenfreien Schmelz-Verbundschichten eine mittlere Härte von HV 10 = 7600

bis 8100 MPa auf. Beim Lichtbogenspritzen wurde eine Ij

Auftragsrate von 28 kg/h und durch Plasma-Heißdraht- |

schweißen eine Auftragsrate von 22 kg/h erreicht.

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Beispiel 2

Durch. Sprühtrocknung wurde ein Ausgangspulver mit 0,4 Gew. % C, 10 Gew. % B, 9 Gew. % Si, 35,7 Gew. % Cr₁ 9,7 Gew. % Fe und 35,2 Gew. % Ni mit einer Korngröße von 45 - 150 um erzeugt. Dieses Ausgangspulver wurde nachfolgend mit 30 Gew. % TiC, Korngröße 2-10 um, durch Agglomeration unter Verwendung von Polyvinylalkohol verbunden. Die nach dem Lichtbogenspritzen des hiermit gefüllten Hohldrahtes (Mantel 85 Gew. % Nickel, 15 Gew. % Chrom) eingeschmolzene Schicht wies eine Makrohärte von HV 10 = 7600 - 7900 ViPa und eine Mikrohärte HV 0,05 von bis zu 29500 MPa auf. Die Auftragsrate betrug während des Lichtbogenspritzens 26,5 kg/h.

Beispiel 3

Durch Verdüsen unter Schutzgas wurde zunächst ein legiertes Ausgangspulver mit 0,05 Gew. % C, 4 Gew. % B, 4 Gew. % Si, 17 Gew. % Cr, 4,1 Gew. % Fe, 15 Gew. % Ni und 55,85 Gew. % Co mit einer Korngröße von 36 - 106 pm hergestellt. Dieses Ausgangspulver wurde nachfolgend durch Agglomeration unter Verwendung von Polyvinylalkohol mit CrB , Korngröße 2-10 um, der Vorlegierung FeSi, Korngröße 2 - 10 pm und Titan, Korngröße 20 - 45 &mgr;&kgr;&igr;, verbunden.

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Die mittlere Zusammensetzung des zur Füllung der Hohl-(?rähte verwendeten Palvers war nach dem Agglomerieren 0,2 Gew. % C₁. 10,5 Gew. % B, 8,7 Gew. % Si, 36 Gew. % Cr, 8,6 Gew. % Fe, 6,3 Gew. % Ni und 29,7 Gew. % Co. Der Mantel des gefertigten Fülldrahtes bestand aus einer Kobalteisenlegierung mit 95,5 Gew. % Co und 4,5 Gew. % Eisen. Durch. Plasma-Heißdrahfcschweißen dieses Fülldrahtes wards sine riß- und pcreafrei«, icarrosions- und verschleißbeständige Schient mit einer mittleren Härte von HV 10 = 5650 MPa erzeugt. Aufgrund von sich während des Schweißens bildender Titanborlde (TiB &rgr; ) erreichte cLL« Mikrohärte der Schichten bin zu HV 0,05 - 32800 MPa. Die Auftragsrate betrug 18,5 kg/h.

Das Beispiel 3 ist zur näheren Erläuterung in der nachstehenden Zeichnung beschrieben.

Fig. 1 zeigt beispielhaft einen Querschnitt durch das für die Füllung der Hohidrähte erzeugte Verbundpulver-Das durch Verdüsen unter Schutzgas hergestellte Ausgangsp^lver 1 ist durch Agglomeration unter Verwendung von Polyvinylalkohol mit Chromborid (CrB ) 2, der pul-

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verförmigen Vorlegierung F2S.I 3 und Titanteilchen &Lgr; verbunden.

Fig. 2 zeigt einen stark vergrößerten Ausschnitt des aus einer Kobalt-Eisen-Legierung bestehenden Hohldrahtes 5, welcher mit dem in Fig. 1 dargestellten Verbundpulver 6 gefüllt ist»

Zusammenfassung

Um rißfreie, porenarme, hoch verschleiß- und korrosionsbeständige Schmelz-Verbundschichten durch thermisches Spritzen oder Auftragschweißen mit hohen Auftragsraten kostengünstig erzeugen zu können, werden mit Verbundpulver gefüllte Hohldrähte verwendet.

Das Verbundpulver wird entweder aus einem durch Verdüsen hergestellten Ausgangspulver, welches nachfolgend durch mechanische und/oder chemische Agglomeration mit anderen pulverförmigen Werkstoffen verbunden wird oder durch Sprühtrocknung hergestellt- Infolge der metallurgischen Umsetzung des Pulvers mit dent metallischen Fülldrahtmantel während des thermischen Spritzens oder Auftragschweißens weist die erzeugte Schutzschicht selbstfließende Eigenschaften auf.

Claims

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1. Fülldraht zum Erzeugen von Schmelz-Verbundschichten insbesondere für das thermische Spritzen und Auftr ags chweiß en,

dadurch gekennzeichnet, daß zur Füllung des Hohldrahtes ein aus mehreren Komponenten bestehendes Verbundpulver verwendet wird, das entweder aus einem durch Verdüsung hergestellten Ausgangspulver,

IG welches nachfolgend durch mechanisch« und/oder chemische Agglomeration mit anderen pulverförmigen Werkstoffen verbunden wird oder durch Sprühtrocknung hergestellt wird, so daß sich durch die metallurgische Umsetzung des Pulvers mit dem metaltischen Fülldrahtmantel während des thermischen Spritzens oder Auftragschweißens rißfreie, porenarme, hoch verschleiß- und korrosionsbeständige Schutzschichten mit selbstfließenden Eigenschaften ergeben.

2. Fülldraht nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Mantel des Fülldrahtes aus einer Nickel- oder Kobaltbasislegierung besteht, welche mindestens einen Gehalt von 75 Gew. % der Elemente Kobalt oder Nickel aufweist.

3. Fülldraht nach Anspruch 1-2,

dadurch gekennzeichnet, daß das in den Hohldraht gefüllte Verbundpulver weniger als 40 Gew. % der Metalle Nickel oder Kobalt enthält und der Gesamt-

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gehalt beider Elemente an dei: pulverfSrmigen Füllung 60 Gew. % unterschreitet.

A.. Fül!draht nach Anspruch 1-3,

dadurch gekennzeichnet, daß das zur Füllung des Hohldrahtes verwendete Verbundpulver neben Kobalt und/oder Nickel
sehr als 6 Gew. % Silizium,
mehr als 0,1 Gew. % Kohlenstoff,
sehr als 6 Gs». % Bor,

mehr als 2 Gew. % Eisen,

und 15 bis 60 Gew. % Chrom aufweist.

5. Fülldraht nach Anspruch 1-4,

dadurch gekennzeichnet, daß das zur Füllung verwendete Verbundpulver einen Anteil von 5 bis 20 Gew. % der Elements Al, B, C, Cu, Mo, Nb, Si, Ta, Ti, V, W, Zr enthalten kann.

6. Fülldraht nach Anspruch 1-5,

dadurch gekennzeichnet, daß das zur Füllung der Hohldrähte verwendete Verbundpulver aus bis zu 65 Gew. % der metallischen und nichtmetallischen Hartstoffe, wie BC, CrB, NbC, SiC, TiB, TiC, TiN, VC, WC, W₂C besteht.

7. Fülldraht nach Anspruch 1 - 6,

dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Verbundpulvers aus Vorlegierungen auf Eisen- und Niehteisenbasis, wie CrB, CoB, FeB, FeCr, FeCrC, FeMo, FeNb, FeMn, FeSi, FeW, MoNi, NbCr, NiB besteht.