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WO1982001897A1 - Material allowing the stratification of machining parts,the latter having then an improved resistance to abrasion and hammering - Google Patents

Material allowing the stratification of machining parts,the latter having then an improved resistance to abrasion and hammering Download PDF

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WO1982001897A1
WO1982001897A1 PCT/EP1981/000185 EP8100185W WO8201897A1 WO 1982001897 A1 WO1982001897 A1 WO 1982001897A1 EP 8100185 W EP8100185 W EP 8100185W WO 8201897 A1 WO8201897 A1 WO 8201897A1
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Sa Castolin
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Castolin SA
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    • 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
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    • C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
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    • Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12181—Composite powder [e.g., coated, etc.]

Definitions

  • a tungsten melting carbide alloy with the composition 3.0% C, 1.5% Fe, 1.0% Mo, 0.5% V, 0.2% Nb, remainder W was melted in an arc furnace and then by a customary method Broken.
  • the powder thus obtained was sieved to a grain size of less than 62 ⁇ m and coated with 2% Ni by the CVD method.

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Description

BESCHICHTUNGSWERKSTOFF ZUR HERSTELLUNG VON ABRIEB- UND SCHLAGFESTEN SCHICHTEN AUF WERKSTUECKEN
Die Erfindung betrifft einen pulverförmigen Beschichtungswerkstoff zum thermischen Beschichten von Werkstücken, der ein mechanisches Gemisch von Metallpulver und Hartstoffpulver enthält. Es ist bekannt, starkem Verschleiss unterworfene Machinenteile durch thermische Beschichtungsverfahren mit einer Schicht zu versehen, in der zur Erhöhung der Abriebund Schlagfestigkeit Hartstoffe eingelagert sind. Beispielsweise wird kobaltgebundenes Wolframkarbid WC bzw. W2C zusammen mit einer Metalllegierung in Pulverform aufgespritzt und die Schicht gleichzeitig oder anschliessend eingeschmolzen. Dabei neigen jedoch die Karbide zur Oxydation und zur
Bildung von intermetallischen Phasen der Form M6C in der
Übergangszone zwischen den Karbidteilen und der Matrixlegierung, in der sie eingelagert sind. Diese intermetallischen Phasen sind sehr spröde und führen bei Stoss- oder Schlagbelastung zum Ausbrechen der Karbidteilchen. Ferner stellt sich heraus, dass beim Auftragen solcher Schichten, unabhängig vom spezifischen Gewicht der Wolframkarbide und der Kornverteilung, eine starke Tendenz zum Absinken der Karbidteilchen besteht, so dass bei dickeren Schichten von beispielsweise 1,0 mm Dicke aufwärts, die Karbidteilchen in der Bindezone zwischen dem Grundmaterial des Werkstücks und der Auftragung angereichert sind. Dadurch erhält die Schicht ungleichmässige physikalische Eingenschaften und weist insbesondere eine karbidärmere Oberfläche auf, die nicht ausreichend schlag- und abriebbeständig ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Werkstoff zu schaffen, der es ermöglicht, Schichten von sehr hoher Abrieb- und Schlagfestigkeit herzustellen und insbesondere Schichten, die auch bei grösserer Dicke gleichbleibende Eigenschaften in ihrer ganzen Dicke aufweisen.
Dies wird bei einem Beschichtungswerkstoff der eingangs genannten Art dadurch erreicht, dass das Metall pulver aus einer selbstfliessenden Legierung auf Ni-, Fe- oder Co- Basis besteht, der Hartstoff aus einer Wolframschmelz-karbid-Legierung mit, in Gewichtsprozent, 3 - 7 % C, 0 - 3 %
Fe, maximal 2% anderen Legierungselementen, Rest W besteht und die Hartstoffkörner eine Ummantelung aus einem Metall mit höherem Schmelzpunkt als demjenigen der genannten selbstfliessenden Legierung aufweisen, wobei die Korngrσsse der ummantelten Hartstoffkörner kleiner als 75 um ist und der
Hartstoffpulveranteil in dem Gemisch mit dem Metallpulver zwischen 10 und 95 Gewichtsprozent liegt.
Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass durch die Verwendung von insbesondere mit Ni, Fe oder Co ummanteltem
Wolframschmelzkarbid-Legierungspulver in den angegebenen
Verhältnissen und in der gewählten Korngrösse,ein Absinken der Hartstoffteilchen beim Auftragen vermieden wird und die
Bildung von M6C-Verbindungen praktisch vo-llständ.ig verhindertwird. Eine gegebenenfalls vorhandene FiederStruktur derWoiframschmelzkarbide führt ferner zu einer Erhöhung der Zähigkeit der Schicht und damit zu einer weiteren Verbesserung der Widerstandsfähigkeit gegenüber Schlag- und Stossbelastungen,
Die Ummantelung der Hartstoffkörner erfolgt vorzugsweise nach einem der an sich bekannten chemischen, elektrochemischen,CVD-, PVD-,oder Agglomerationsverfahren oder einem Agglomerationsverfahren mit nachträglichem Sintern.
Die Korngrösse der ummantelten Hartstoffkörner ist vorzugsweise kleiner als 62 pm und der Hartstoffpulveranteil in dem Gemisch mit dem Metallpulver liegt vorzugsweise zwichen 40 und 80 %.
Die nachstehenden Beispiele geben verschiedene Ausführungs- und Anwendungsformen der Erfindung an, die sich jedoch in jedem gegebenen Fall in vielfältiger Weise entsprechend den Besonderheiten der jeweiligen Beanspruchung abwandeln lassen.
Beispiel 1
In einem Induktionsofen wurde eine Wolframschmelz- karbid-Legierung mit der Zusammensetzung 4,0 % C, 0,3 % Fe, Rest W erschmolzen, anschliessend in einer Hammermühle gebrochen und auf eine Korngrösse von weniger als 75 μm abgesiebt. Nach dem Sieben wurden die Hartstoffkörner mit 10 % Nickel unter Verwendung eines elektrochemischen Verfahrens überzogen.
Das so erhaltene Hartstqffpulver wurde anschliessend im Verhältnis 60 % zu 40 % mit einer Legierung der Zusammensetzung 0,2 % C, 3,0 % Si, 1,5 % Cr, 1,0 % Fe, Rest Ni gemischt. Dieses Pulvergeraisch wurde mit einem Flammspritzbrenner auf ein Maschinenteil aufgespritzt und anschliessend eingeschmolzen. Bei der darauffolgenden Bearbeitung durch Schleifen und Polieren, sowie beim Einsatz in der Maschine konnte kein Ausbrechen der harten Bestandteile aus der Schicht festgestellt werden. Die mikroskopische Untersuchung zeigte in der Übergangszone zwischen der gebildeten metallischen Matrix und den Wolframschmelzkarbid-Legierungsteilchen keinerlei spröde intermetallische Phase. Die Standzeit des Maschinenteils wurde gegenüber einem mit einer üblichen Beschiσhtung versehenen Teil um das Dreifache erhöht.
Beispiel 2
Eine im Induktionsofen erschmolzene Wolframschmelzkarbid-Legierung mit der Zusammensetzung 5,5 % C, 2,8 % Fe, 1,0 % V, Rest W wurde in einer Kugelmühle gebrochen und anschliessend mit 20 % Kobaltpulver, Korngrösse 1 bis 10 um, und einem Stearat durch Agglomerieren ummantelt. Danach wurde das Stearat im Ofen abgedampft und das Hartstoffpulver bei einer Temperatur von 1300-1400°C unter reduzierender Atmosphäre gesintert. Anschliessend wurde das so hergestellte Pulver auf eine Korngrösse von weniger als 45 um gesiebt und mit einer Legierung der Zusammensetzung 1,0 % C, 25,0 % Cr, 15,0 % Ni, 5,0 % Mo, Rest Co im Verhältnis 30 % Hartstoffpulver zu 70 % Metalllegierung gemischt.
Mit diesem Pulvergemisch wurde ein Verschleissteil nach dem Flammspritzverfahren mit gleichzeitigem Einschmelzen beschichtet. Nach längerem Einsatz unter Stoss-und Schlagbelastung konnten keine Risse und Ausbrüche festgestellt werden. Bei der mikroskopischen Untersuchung wurde eine gleichmässige Verteilung der Hartstoff-Teilchen in der Schicht festgestellt.
Beispiel 3
In einem Lichtbogenofen wurde eine Wolframschmelzkarbid-Legierung mit der Zusammensetzung 3,0 % C, 1,5 % Fe, 1,0 % Mo, 0,5 % V, 0,2 % Nb, Rest W erschmolzen und anschliessend nach einem üblichen Verfahren gebrochen. Das so erhaltene Pulver wurde auf eine Korngrösse von weniger als 62 um gesiebt und nach dem CVD-Verfahren mit 2 % Ni überzogen.
Dieses Hartstoffpulver wurde in einem Verhältnis von 80 % zu 20 % mit einem Metallpulver einer selbstfliessenden Legierung der Zusammensetzung 1,0 % C, 17,0 % Cr, 3,1 % B, 4,2 % Si, 5,0 % Fe, Rest Ni gemischt.
Dieses Gemisch wurde in einer Plasmaspritzanlage auf einen Ventilatorflügel in einer Schichtdicke von 1,0 mm aufgebracht und anschliessend im Ofen unter Schutzgas eingeschmolzen. Die so hergestellte Schicht zeigte nach dem Bearbeiten keine Ausbrüche und Risse. Auch nach längerem Einsatz wurden keinerlei Fehler festgestellt, die auf Bildung einer spröden Phase hinweisen könnten.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Pulverförmiger Beschichtungswerkstoff zum thermischen Beschichten von Werkstücken , der ein mechanisches Gemisch von Metallpulver und Hartstoffpulver enthält, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallpulver aus einer selbstfliessenden Legierung auf Ni-, Fe- oder Co- Basis besteht, der Hartstoff aus einer Wolframschmelzkarbid-Legierung mit, in Gewichtsprozent, 3 - 7 % C, 0 - 3 % Fe, maximal 2 % anderen Legierungselementen, Rest W besteht und die Hartstoffkörner eine Ummantelung aus einem Metall mit höherem Schmelzpunkt als demjenigen der genannten selbstfliessenden Legierung aufweisen, wobei die Korngrösse der ummantelten Hartstoffkörner kleiner als 75 μm ist und der Hartstoffpulveranteil in dem Gemisch mit dem Metallpulver zwischen 10 and 95 Gewichtsprozent liegt.
2. Beschichtungswerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die selbstfliessende Legierung aus, in Gewichtsprozent/ 0,2 - 18 % Cr, 1,5 - 4,5 % B, 1,0 - 4,5 % Si, 0,1 - 1,5 % C, 0,2 - 20,0 % Fe, Rest Ni besteht.
3. Beschichtungswerkstoff nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die selbstfliessende Legierung aus, in Gewichtsprozent, 10 - 35 % Cr, 0,2 - 30,0 % Ni, 0,05 - 1,5 % C, 0 - 1,5 % W, 0 - 10,0 % Mo, Rest Co besteht.
4. Beschichtungswerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Unmantelung der Hartstoffkörner aus, in Gewichtsprozent des Hartstoffpulvers, 2,0 - 20,0 % Ni, Fe oder Co besteht.
5. Beschichtungswerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wolfraraschmelzkarbid - Legierung aus, in Gewichtsprozent, 3,5 - 5,5 % C, maximal 0,2 % Fe, maximal 0,1 % anderen Elementen, Rest W besteht.
6. Beschichtungswerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Korngrösse der ummantelten Hartstoffkörner kleiner als 62 μm ist.
7. Beschichtungswerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hartstoffpulveranteil in dem Gemisch mit dem Metallpulver zwichen 40 und 80 % liegt.
PCT/EP1981/000185 1980-12-05 1981-11-20 Material allowing the stratification of machining parts,the latter having then an improved resistance to abrasion and hammering Ceased WO1982001897A1 (en)

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