DE3523003A1

DE3523003A1 - Verfahren zur oberflaechenbeschichtung von metallen

Info

Publication number: DE3523003A1
Application number: DE19853523003
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: SCHMETZ KG
Current assignee: SCHMETZ KG
Priority date: 1985-06-27
Filing date: 1985-06-27
Publication date: 1987-01-02

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Beschich tung von Metallen zur Verbesserung der Gebrauchseigen schaften, bei dem auf einen festen metallischen Werkstoff, insbesondere ein Bauteil, ein in schmelzflüssigem Zustand befindliches metallisches Beschichtungsmaterial aufge bracht wird.

Die Beschichtung von metallischen Werkstoffen mit anderen Metallen oder Metallegierungen zur Verbesserung der Ge brauchseigenschaften, z. B. des Verschleißes, der Korro sionsbeständigkeit, der Gleiteigenschaften, der optischen Eigenschaften, der Hitzebeständigkeit und dergleichen, ge hört zum Stand der Technik. Die Metalle oder Metallegie rungen werden im allgemeinen elektro-chemisch, physikalisch oder auch rein mechanisch auf den zu beschichtenden Werk stoff aufgebracht. Es ist ferner bekannt, z. B. beim Feuer verzinken und Verzinnen, den zu beschichtenden Werkstoff in ein aus dem Beschichtungsmaterial bestehendes schmelz flüssiges Bad zu tauchen. Diese Verfahren werden zum Auf bringen einer korrosionsbeständigen Schicht auf Stahl, z. B. durch Verzinken oder zur Verbesserung der Verschleiß eigenschaften und der optischen Eigenschaften, z. B. durch Verchromen, eingesetzt. Die bekannten Verfahren haben ne ben ihren Vorteilen spezifische negative Eigenschaften, die sich beispielsweise in einer schlechten Haftung, Rißig keit, Porosität der Beschichtung äußern oder darin be stehen, daß es bei galvanischen Prozessen zu einer Bela dung des zu beschichtenden Werkstoffes mit Wasserstoff kommt.

Die Aufgabe, die der Erfindung zugrundeliegt, besteht darin, ein Verfahren zur Oberflächenbeschichtung zu ent wickeln, bei dem die vorstehend erwähnten spezifischen negativen Eigenschaften der bekannten Verfahren weitgehend vermieden werden oder gar nicht zur Auswirkung kommen und mit dem es möglich ist, Beschichtungsmaterialien auf einen metallischen Werkstoff aufzubringen, mit dem bisher eine Beschichtung mit zufriedenstellendem Ergebnis nicht mög lich gewesen ist.

Ausgehend von einem Verfahren zur Beschichtung von Metal len zur Verbesserung der Gebrauchseigenschaften, bei dem auf einen festen metallischen Werkstoff ein in schmelz flüssigem Zustand befindliches metallisches Beschichtungs material aufgebracht wird, besteht die Erfindung darin, daß das metallische Beschichtungsmaterial in Lösung in einem metallischen Trägermaterial vorliegt mit der Maßgabe, daß:

1. als Trägermaterial ein metallischer Werkstoff verwendet wird, dessen Schmelzpunkt niedriger liegt als der des zu beschichtenden Werkstoffes,
2. als Trägermaterial ein Metall verwendet wird, das in schmelzflüssigem Zustand eine be grenzte Löslichkeit für das zu beschichtende Material und eine Löslichkeit für das Beschich tungsmaterial aufweist,
3. als Beschichtungsmaterial ein metallischer Werkstoff verwendet wird, dessen Schmelzpunkt höher ist als der des Trägermaterials und höher oder tiefer sein kann als der des zu beschichten den Werkstoffes und
4. als Beschichtungsmaterial ein Werkstoff be nutzt wird, der mit dem zu beschichtenden Werk stoff bei Temperaturen einen Mischkristall bil det, die unterhalb des Schmelzpunktes des Träger materials liegen.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unter ansprüchen.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Aufbringen einer metallischen Beschichtung auf ein metalli sches Bauteil, das aus einem Metall oder einer Legierung bestehen kann, kann dieses beispielsweise in eine Schmelze getaucht werden, die aus einem Trägermaterial besteht, in dem das abzuscheidende Beschichtungsmaterial gelöst ist. Dieses kann aus einem Metall oder einer Legierung be stehen. Voraussetzung für die Durchführung des Verfahrens ist, daß der Werkstoff, aus dem das Bauteil besteht, mit dem abzuscheidenden Metall bzw. der abzuscheidenden Legie rung einen Mischkristall bildet, der einen deutlich höhe ren Schmelzpunkt als das Metall hat, aus dem die Schmelze des Trägermaterials besteht. Überraschenderweise scheidet sich dabei auf dem metallischen Bauteil eine Beschichtung ab, die aus dem Mischkristall besteht, der sich aus dem metallischen Werkstoff des Bauteils und dem Metall oder der Metallegierung bildet, aus dem das Beschichtungs material besteht. Über der Beschichtung scheidet sich beim Erstarren das Trägermaterial ab, dessen Schmelze lediglich eine Trägerfunktion zukommt.

Eine andere Möglichkeit, die Beschichtung vorzunehmen, be steht darin, auf das zu beschichtende Bauteil das Träger material zusammen mit dem Beschichtungsmaterial im festen Zustand als Pulver, Paste, Folie oder dergleichen aufzu legen und auf eine Temperatur zu erhitzen, die oberhalb des Schmelzpunktes des Trägermaterials liegt. Auch bei dieser Variante scheidet sich die Beschichtung als Misch kristall ab. Nach Beendigung des Prozesses kann das Träger material, wenn es unerwünscht ist, als Schmelze entfernt oder nach der Erstarrung mechanisch oder chemisch abge tragen werden. Es kann auch als dünne Schicht über der eigentlichen Beschichtung belassen werden.

Die Beschichtung kann auch in der Weise erfolgen, daß das zu beschichtende Bauteil in eine Schmelze des Träger materials eingetaucht und zusätzlich das Beschichtungs material in fester Form in die Schmelze eingebracht wird. Entsprechend dem Lösungsvermögen der Trägerschmelze für das Metall des Bauteils und des Beschichtungsmaterials löst die Schmelze diese Bestandteile und scheidet sie umgehend in Form der gewünschten Beschichtung als Misch kristall auf dem Bauteil ab. Diese Verfahrensweise setzt voraus, daß das Beschichtungsmaterial laufend frisch nach gesetzt wird, da sonst der Mischkristall auch das Be schichtungsmaterial "versiegelt" und für die weitere Re aktion unbrauchbar macht. Die Dicke der abzuscheidenden Schicht kann sowohl durch die Menge des zugegebenen Be schichtungsmaterials als auch durch die Reaktionstempera tur gesteuert werden, da das Lösungsvermögen des Träger materials für das Beschichtungsmaterial und das Material des zu beschichtenden Werkstückes temperaturabhängig ist.

Das Verfahren gemäß vorliegender Erfindung bietet eine Reihe von Anwendungsmöglichkeiten, beispielsweise bei der Reparatur von Triebwerksteilen von Flugkörpern, zu deren Beschichtung zum Zwecke der Verbesserung der Heißgas korrosionsbeständigkeit, zum Korrosionsschutz von Teilen aus dem Schiffs- und Apparatebau und Elementen für die Befestigungstechnik sowie bei der Beschichtung von elek tronischen Bauteilen und Verschleißteilen im Maschinen- und Fahrzeugbau zur Verbesserung der tribologischen Eigen schaften.

Ausführungsbeispiele: 1. Aufbringen einer aus Kobalt bestehenden Beschichtung auf ein Stahlteil:

Eine Schmelze aus Kupfer, die ca. 6% Kobalt enthält, wird auf eine Temperatur von ca. 1130°C erhitzt. In die Schmelze wird ein Bauteil aus Stahl eingetaucht. Nach kurzer Zeit scheidet sich auf dem Bauteil ein Fe-Co- Mischkristall in Form einer kompakten, dichten, gut haften den Beschichtung ab. Der Mischkristall hat die Eigenschaft, die Hochtemperaturbeständigkeit des Substrats zu verbes sern und das Substrat gegen eine weitere Auflösung durch flüssige Metalle zu versiegeln.

2. Beschichtung eines Bauteils aus Stahl mit einer Si-Cr-Legierung:

Eine Schmelze aus Kupfer, die ca. 10% Silizium und ca. 5% Chrom enthält, wird auf eine Temperatur von ca. 1100°C erhitzt. In die Schmelze wird ein Bauteil aus Stahl ein getaucht; es bildet sich nach kurzer Zeit eine sehr kom pakte, hoch siliziumhaltige Beschichtung, die aus einem Fe-Si-Cr-Mischkristall besteht.

Claims

1. Verfahren zur Beschichtung von Metallen zur Verbesse rung der Gebrauchseigenschaften, bei dem auf einen festen metallischen Werkstoff, insbesondere ein Bauteil, ein in schmelzflüssigem Zustand befindliches metallisches Be schichtungsmaterial aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß das metallische Be schichtungsmaterial in Lösung in einem metallischen Trä germaterial vorliegt mit der Maßgabe, daß:

1. als Trägermaterial ein metallischer Werk stoff verwendet wird, dessen Schmelzpunkt niedri ger liegt als der des zu beschichtenden Werk stoffes,
2. als Trägermaterial ein Metall verwendet wird, das in schmelzflüssigem Zustand eine begrenzte Löslichkeit für das zu beschichtende Material und eine Löslichkeit für das Beschichtungsmaterial aufweist,
3. als Beschichtungsmaterial ein metallischer Werkstoff verwendet wird, dessen Schmelzpunkt höher ist als der des Trägermaterials und höher oder tiefer sein kann als der des zu beschichten den Werkstoffes und
4. als Beschichtungsmaterial ein Werkstoff be nutzt wird, der mit dem zu beschichtenden Werk stoff bei Temperaturen einen Mischkristall bil det, die unterhalb des Schmelzpunktes des Trä germaterials liegen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zu beschichtende Werkstoff und/oder das Be schichtungsmaterial und/oder das Trägermaterial aus einer Legierung bestehen.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch ge kennzeichnet, daß der zu beschichtende Werkstoff aus Stahl, das Trägermaterial aus Kupfer und das Beschichtungs material aus Kobalt bestehen.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch ge kennzeichnet, daß der zu beschichtende Werkstoff aus Stahl, das Trägermaterial aus Kupfer und das Beschichtungs material aus einer Silizium-Chrom-Legierung bestehen.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, daß das zu beschichtende Bauteil in eine Schmelze eingetaucht wird, die aus einem Trägermaterial besteht, in dem das abzuscheidende Beschichtungsmaterial gelöst ist.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, daß auf das zu beschichtende Bauteil das Trägermaterial zusammen mit dem Beschichtungsmaterial im festen Zustand als Pulver, Paste, Folie oder dergleichen aufgelegt und auf eine Temperatur erhitzt wird, die ober halb des Schmelzpunktes des Trägermaterials liegt.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, daß das zu beschichtende Bauteil in eine Schmelze des Trägermaterials eingetaucht und in die Schmelze zusätzlich das Beschichtungsmaterial in fester Form, vorzugsweise als Pulver, eingebracht wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsmaterial nach dem Eintauchen des Bauteils in die Schmelze des Trägermaterials laufend frisch nachgesetzt wird, wobei die Stärke und Zusammen setzung der abzuscheidenden Schicht sowohl durch die Menge des zugegebenen Beschichtungsmaterials als auch durch die Reaktionstemperatur und -zeit gesteuert wird.