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DE3523003A1 - Process for surface-coating metals - Google Patents

Process for surface-coating metals

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Publication number
DE3523003A1
DE3523003A1 DE19853523003 DE3523003A DE3523003A1 DE 3523003 A1 DE3523003 A1 DE 3523003A1 DE 19853523003 DE19853523003 DE 19853523003 DE 3523003 A DE3523003 A DE 3523003A DE 3523003 A1 DE3523003 A1 DE 3523003A1
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Germany
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coated
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DE19853523003
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SCHMETZ KG
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SCHMETZ KG
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
    • C23C2/04—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor characterised by the coating material

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
  • Coating With Molten Metal (AREA)

Abstract

The invention relates to a process for coating metals in order to improve the service properties, which process comprises the application of a molten metallic coating material to a solid metallic material. The metallic coating material is present as a solution in a metallic carrier material, 1. the carrier material used being a metallic material whose melting point is lower than that of the material to be coated, 2. the carrier material used being a metal which in the molten state has a limited solubility for the material to be coated and a solubility for the coating material, 3. the coating material used being a metallic material whose melting point is higher than that of the carrier material and may be higher or lower than that of the material to be coated, and 4. the coating material used being a material which forms a mixed crystal with the material to be coated at temperatures which are below the melting point of the carrier material.

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.The invention relates to a method for coating treatment of metals to improve their own use with a solid metallic material, in particular a component, one in the molten state located metallic coating material is brought.

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.The coating of metallic materials with others Metals or metal alloys to improve the Ge utility properties, e.g. B. wear, the corro sion resistance, the sliding properties, the optical Properties, heat resistance and the like, ge belongs to the state of the art. The metals or metal alloy In general, stanchions are electro-chemical, physical or also purely mechanically on the work to be coated fabric applied. It is also known e.g. B. in the fire galvanizing and tinning, the material to be coated into a melt consisting of the coating material to dip liquid bath. These procedures are going on bring a corrosion-resistant layer on steel, e.g. B. by galvanizing or to improve wear properties and optical properties, e.g. B. by Chrome plating, used. The known methods have ne their advantages have specific negative characteristics, which, for example, results in poor adhesion, cracked or porosity of the coating stand that there is a Bela in galvanic processes of the material to be coated with hydrogen is coming.

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.The object on which the invention is based exists in devising a method of surface coating wrap in which the aforementioned specific negative properties of the known methods largely be avoided or not at all and with which it is possible to apply coating materials to a  to apply metallic material with which previously a Coating with a satisfactory result is not possible has been.

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:Based on a process for coating metal len to improve the performance, where on a solid metallic material in melt metallic coating in liquid state material is applied, the invention consists in that the metallic coating material in solution in there is a metallic carrier material with the proviso that:

  • 1. als Trägermaterial ein metallischer Werkstoff verwendet wird, dessen Schmelzpunkt niedriger liegt als der des zu beschichtenden Werkstoffes,1. a metallic material as the carrier material is used, its melting point is lower lies than that of the material to be coated,
  • 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,2. a metal is used as the carrier material is a be in the molten state limited solubility for that to be coated Material and solubility for coating has material,
  • 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 und3. a metallic coating material Material is used, its melting point is higher than that of the carrier material and higher or can be deeper than that of the coating the material and
  • 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.4. be a coating material is used with the work to be coated material at temperatures a mixed crystal bil det that is below the melting point of the carrier materials.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unter­ ansprüchen. Further features of the invention emerge from the sub claims.  

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.To carry out the inventive method for Application of a metallic coating on a metallic cal component made of a metal or an alloy can exist, for example, in a melt be immersed, which consists of a carrier material, in which the coating material to be deposited is dissolved is. This can be made of a metal or an alloy stand. Prerequisite for performing the procedure is that the material from which the component is made with the metal to be deposited or the alloy to be deposited tion forms a mixed crystal that is significantly higher has a melting point than the metal from which the melt is made of the carrier material. Surprisingly, parting there is a coating on the metallic component from, which consists of the mixed crystal, which consists of the metallic material of the component and the metal or forms the metal alloy from which the coating material exists. The coating differs at Solidify the carrier material, its melt only has a carrier function.

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.Another way to apply the coating, be is the carrier on the component to be coated material together with the coating material in the solid Condition as a powder, paste, film or the like place and heat to a temperature above the melting point of the carrier material. Also at In this variant, the coating differs as a mixture crystal off. Upon completion of the process, the carrier can material, if it is undesirable, removed as a melt or mechanically or chemically after solidification will wear. It can also be used as a thin layer over the actual coating are left.

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.The coating can also be carried out in such a way that the component to be coated in a melt of the carrier  materials immersed and in addition the coating material is introduced into the melt in solid form. According to the solvency of the carrier melt for the metal of the component and the coating material the melt dissolves these components and separates them immediately in the form of the desired coating as a mixture crystal on the component. This procedure continues that the coating material is constantly fresh is set, otherwise the mixed crystal also the Be Layering material "sealed" and for further re action makes useless. The thickness of the to be deposited Layer can be determined both by the amount of Be layering material as well as the reaction temperature be controlled because the solvent power of the carrier materials for the coating material and the material of the workpiece to be coated is temperature-dependent.

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.The method according to the present invention offers one Range of applications, for example in the Repair of engine parts of missiles, to their Coating for the purpose of improving the hot gas corrosion resistance, for corrosion protection of parts from ship and apparatus engineering and elements for the Fastening technology and in the coating of elec tronic components and wear parts in the machine and vehicle construction to improve the tribological properties create.

Ausführungsbeispiele:Examples: 1. Aufbringen einer aus Kobalt bestehenden Beschichtung auf ein Stahlteil:1. Application of a coating consisting of cobalt on a steel part:

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.A copper melt containing about 6% cobalt is heated to a temperature of about 1130 ° C. In the A steel component is immersed in the melt. To  a short time a Fe-Co- Mixed crystal in the form of a compact, dense, adhere well the coating. The mixed crystal has the property to verbes the high temperature resistance of the substrate and the substrate against further dissolution to seal liquid metals.

2. Beschichtung eines Bauteils aus Stahl mit einer Si-Cr-Legierung:2. Coating a steel component with a Si-Cr alloy:

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.A melt of copper, which contains approx. 10% silicon and approx. Contains 5% chromium, is at a temperature of approximately 1100 ° C heated. A steel component is inserted into the melt submerged; after a short time a very com forms compact, high silicon coating that consists of one Fe-Si-Cr mixed crystal.

Claims (8)

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.
1. A method for coating metals to improve the performance properties, in which a metallic coating material in a molten state is applied to a solid metallic material, in particular a component, characterized in that the metallic coating material in solution in a metallic Trä Germ material exists with the proviso that:
  • 1. a metallic material is used as the carrier material, the melting point of which is lower than that of the material to be coated,
  • 2. a metal is used as the carrier material, which in the molten state has a limited solubility for the material to be coated and a solubility for the coating material,
  • 3. a metallic material is used as the coating material, the melting point of which is higher than that of the carrier material and can be higher or lower than that of the material to be coated and
  • 4. a coating material is used which forms a mixed crystal with the material to be coated at temperatures below the melting point of the carrier material.
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.2. The method according to claim 1, characterized in that that the material to be coated and / or the loading Layering material and / or the carrier material from one Alloy. 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.3. The method according to claims 1 and 2, characterized ge indicates that the material to be coated Steel, the copper base material and the coating material made of cobalt. 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.4. The method according to claims 1 and 2, characterized ge indicates that the material to be coated Steel, the copper base material and the coating consist of a silicon-chromium alloy. 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.5. The method according to claims 1 to 4, characterized ge indicates that the component to be coated in a Melt is immersed, which is made of a carrier material consists in the coating material to be deposited is solved. 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.6. The method according to claims 1 to 4, characterized ge indicates that on the component to be coated Backing material together with the coating material in the solid state as powder, paste, foil or the like applied and heated to a temperature above is half the melting point of the carrier material. 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.7. The method according to claims 1 to 4, characterized ge indicates that the component to be coated in a  Melt the carrier material and immersed in the In addition, melt the coating material in a solid Form, preferably as a powder, is introduced. 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.8. The method according to claim 7, characterized in that that the coating material after immersing the Component running into the melt of the carrier material freshly added, adding strength and together settlement of the layer to be deposited both by the amount of the coating material added as well as by the Reaction temperature and time is controlled.
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