DE1483483A1

DE1483483A1 - Powder for welding or coating metal pieces

Info

Publication number: DE1483483A1
Application number: DE19651483483
Authority: DE
Inventors: Sunnen Jean Albert Francois
Original assignee: SOUDURE AUTOGENE ELECT
Current assignee: SOUDURE AUTOGENE ELECT
Priority date: 1964-12-30
Filing date: 1965-12-28
Publication date: 1969-03-13
Also published as: BE674204A; FR1419307A

Description

Pulver zum Schweißen oder Überziehen von Metallstücken Die Erfindung betrifft ein Pulver zur Bildung einer aus in einem metallischen Bindemittel eingebetteten harten Körnern bestehenden Schicht, die mittels Spritzen auf zu überziehende oder zwischen miteinander zu verschweißende metallische Teile aufgetragen wird. Wenn ein Pulver dieser Art auf Metallteile aufgespritzt wird, sucht man im allgemeinen diese Teile mittels einer sehr harten verschleißfesten Schicht zu erneuern, die unter allen Umständen die gleiche Härte wie die Teile selbst aufweist. Leider erzielt man nicht immer dieses Ergebnis, insbesondere dann, wenn das Pulver aus einer chemischen Verbindung, z.B. Karbiden oder Oxyden, besteht. In diesem Falle tritt nämlich häufig während des Auftragens ein Zerfall (Dekomposition) auf. Das ist beispielsweise auch bei Wolframkarbid der Fall, das während des Auftragenszerfällt, wobei Kohlenstoff nach der Gleichung und sogar entweicht. Dies bringt es dann mit sich, daß die erzielte Auftrags. schicht nicht die gewünschte Zusammensetzung und Härte aufweist. Um diesen Mangel zu beheben, hat man bereits versucht, die Körner von Wolframkarbid gemischt mit Körnern eines Metalles, z.B. Kobalt, zu verwenden, das als Bindemittel dient. Die erzielten Ergebnisse waren jedoch nicht zufriedenstellend, da sich dabei nicht nur ein Zerfall des Wolframkarbids ergab, sondern, auch noch große Unregelmäßigkeiten hinsichtlich des Verhältnisses zwischen dem Kobalt und dem Wolframkarbid an verschiedenen Stellen der Auftragzone festgestellt wurden, die sichlaus Entmischungen der Mischung in dem Pulververteiler ergaben. Powder for welding or coating metal pieces The invention relates to a powder for forming a layer consisting of hard grains embedded in a metallic binder, which is applied by spraying onto metallic parts to be coated or between metallic parts to be welded together. When a powder of this type is sprayed onto metal parts, one generally seeks to renew these parts by means of a very hard, wear-resistant layer which, under all circumstances, has the same hardness as the parts themselves. Unfortunately, this result is not always achieved, especially when the powder consists of a chemical compound such as carbides or oxides. In this case, disintegration (decomposition) often occurs during application. This is also the case, for example, with tungsten carbide, which disintegrates during deposition, with carbon according to the equation and even escapes. This then entails that the job achieved. layer does not have the desired composition and hardness. In order to remedy this deficiency, attempts have already been made to use the grains of tungsten carbide mixed with grains of a metal, for example cobalt, which serves as a binder. The results obtained, however, were not satisfactory, since not only did the tungsten carbide break down, but also large irregularities in the ratio between the cobalt and the tungsten carbide were found at various points in the application zone, which resulted in segregation of the mixture in the powder distributor revealed.

Das Pulver gemäß der Erfindung vermeidet diese Nachteile dadurch, daß das Bindemittel eine Überzugschicht im die harten Körner bildet, bevor das Pulver verwendet wird. Es wurde festgestellt) daß bei Benutzung eines solchen Pulvers die die harten Körner umgebendE Schicht sich während des Aufspritzens teilweise verflüchtigt, daß aber die harten Körner nicht zerfallen, wie dies der Fall ist, wenn daa#Pulver allein aus diesen Körnern bestehen würde, oder wie es bei einer Mischung von harten Körnern und Bindemittelkörnern der Fall ist.The powder according to the invention avoids these disadvantages in that that the binder forms a coating in the hard grains before the powder is used. It has been found that when using such a powder the The layer surrounding the hard grains partially evaporates during spraying, but that the hard grains do not disintegrate, as is the case when there is powder would consist of these grains alone, or as is the case with a mixture of hard ones Grains and binder grains is the case.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Bindemittelschicht ausschließlich die harten Körner umhüllt. Diese Ausführungsform. ist dann anzuraten, wenn die Korngröße der festen Körner eine Mehrzahl von Mikron beträgt. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die harten Körner durch Agglomeration mit den Körnern des metallischen Bindemittels Teilchen bilden. Außerdem sieht diese Ausgestaltung vor, daß eine metallische Bindemittelschicht diese Teilnhen umhüllt. Diese Ausführungsform eignet sich dann am besten, wenn die harten Körner eine Korngröße von etwa 1 Mikron besitzen, In diesem Falle ist es im übrigen vorteilhaft, die harten Körner mit den Körnern des metallischen Bindemittels so zu agglomerieren, daß die gebildeten Teilchen eine Korngröße von 5 bis 10 Mikron erhalten. Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnung, die in schematischer Weise Ausführungsbeispiele des Pulvers gemäß der Erfindung wiedergibt.According to one embodiment of the invention it is provided that the binder layer exclusively envelops the hard grains. This embodiment. is advisable when the grain size of the solid grains is a plurality of microns. According to a further embodiment of the invention it is provided that the hard grains form particles by agglomeration with the grains of the metallic binder. In addition, this embodiment provides that a metallic binder layer envelops these parts. This embodiment is best suited when the hard grains have a grain size of about 1 micron. In this case it is also advantageous to agglomerate the hard grains with the grains of the metallic binder so that the particles formed have a grain size of 5 to 10 microns. Further features and details of the invention emerge from the following description with reference to the accompanying drawing, which shows exemplary embodiments of the powder according to the invention in a schematic manner.

In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 ein mit einer Bindemittelschicht umgebenes hartes Korn, Fig. 2 ein Teilchen bestehend aus einer Agglomeration harter Körner mit Metallkörnern, die als Bindemittel dienen, und Fig. 3 ein Teilchen gemäß Fig. 2, das zusätzlich noch von einer Schicht aus Bindemittel umgeben ist. 1 is a surrounded by a binder layer hard grain, Figure 2 is a particle consisting of an agglomeration of hard particles with metal grains that are used as binders, and Figure 3 is a particle of Figure 2, which additionally by: In the drawing,.... surrounded by a layer of binder.

In den verschiedenen Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente.In the various figures, the same reference symbols denote the same Elements.

In Fig. 1 ist ein hartes Korn 2, z.B. aus Wolframkarbid, dargestellt. Dieses Korn 2 ist von einer Bindemittelschicht 3 umgeben, die das harte Korn vor einem Zerfall unter Wärmeeinwirkung während des Spritzens auf ein Metallteil schützen soll, das erneuert oder geschweißt werden soll, wobei das Spritzen bei hoher Temperatur, z.B. in einem elektrischen Lichtbogen, erfolgt.In Fig. 1 , a hard grain 2, for example made of tungsten carbide, is shown. This grain 2 is surrounded by a binder layer 3 , which is intended to protect the hard grain from disintegration under the action of heat during spraying onto a metal part that is to be renewed or welded, the spraying being carried out at a high temperature, e.g. in an electric arc.

Das erfindungsgemäße Pulver kann ausschließlich aus komplexen Körnern 4 dieser Art bestehen, wenn die harten Körner 2 eine Korngröße von mehreren Mikron haben. Das in Fig. 1 dargestellte Korn 4 entspricht beispielsweise einem Wolframkarbidkorn von etwa 30 Mikron, das von einer Kobaltschicht umhüllt ist. Der Kobaltant#ell beträgt bei diesem Korn beispielsweise etwa 30 % des Gesamtgewichts. Nach dem Aufspritzen eines aus komplexen Körnern oder Teilchen diesr Art bestehenden Pulvers auf ein Metallteil mit Hilfe eines elektrischen Lichtbogens findet man beispielsweise' 2/3 des Kobalts in der Auftragsschicht, während das Wolframkarbidpraktisch nicht zerfallen und vollständig vorhanden ist.The powder according to the invention can consist exclusively of complex grains 4 of this type if the hard grains 2 have a grain size of several microns. The grain 4 shown in FIG. 1 corresponds, for example, to a tungsten carbide grain of about 30 microns, which is coated by a cobalt layer. The cobalt tantalum for this grain is, for example, about 30% of the total weight. After spraying a powder consisting of complex grains or particles of this kind onto a metal part with the aid of an electric arc, for example, 2/3 of the cobalt is found in the coating layer, while the tungsten carbide is practically not disintegrated and is completely present.

In Fig. 2 sind Wolflpkarbidkörner oder Aluminiumoxydkörner 2 dargestellt, deren Korngröße wesentlich kleiner ist, als diejenige der harten Körner gemäß Fig. 1. Diese Körner 2 haben beispielsweise eine Korngröße von einem Mikron. Sie sind mit Körnern 3t aus Metall agglomeriert, das als Bindemittel in der aufgespritzten Auftraksschicht dienen soll. Die Teilchen 5, die sich durch diese Agglomerierung ergeben, sind außerdem von einer Bindemittels:hicht 3 umhüllt, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Man erhält auf diese Weise ein Teilchen 4t. Die Agglomerierung der Körner 2 und 3,v gemäß Fig. 2 kann beispielsweise durch Sintern der Körner 37 erfolgen. Letztere bestehen aus Kobalt, Kupfer oder Nickel oder aus Legierungen dieser Metalle.2 shows tungsten carbide grains or aluminum oxide grains 2, the grain size of which is significantly smaller than that of the hard grains according to FIG. 1. These grains 2 have, for example, a grain size of one micron. They are agglomerated with grains 3t made of metal, which is intended to serve as a binding agent in the sprayed-on coating. The particles 5 that result from this agglomeration are also covered by a binding agent 3 , as shown in FIG. 3 . In this way a particle 4t is obtained. The agglomeration of the grains 2 and 3, v according to FIG. 2 can take place , for example, by sintering the grains 37. The latter consist of cobalt, copper or nickel or of alloys of these metals.

Die auf diese Weise gebildeten,Teilchlen besitzen eine mittlere Korngröße zwischen 5 und 10 Mikron. Die harten Körner mit einer Korngröße von etwa 1 Mikron können außerdem beispielsweise mit Hilfe eines Metalles der Gruppe, die Nickel, Chrom, Bor und Silizium oder eine ,Legierung dieser Metalle,enthält, durch Sintern agglomeriert werden. Die auf diese Weise erhaltenen Teilchen können anschließend mit Nickel in einem Verhältnis umhüllt werden, bei welchem das Bindemittel insgesamt 50 bis 80 % Nickel enthält, während der Rest des Bindemittels aus mindestens einem der drei Metalle Chrom, Bor und Silizium besteht.The particles formed in this way have an average grain size between 5 and 10 microns. The hard grains with a grain size of about 1 micron can also be agglomerated by sintering, for example with the aid of a metal from the group comprising nickel, chromium, boron and silicon or an alloy of these metals. The particles obtained in this way can then be coated with nickel in a ratio at which the binder contains a total of 50 to 80% nickel, while the remainder of the binder consists of at least one of the three metals chromium, boron and silicon.

Die harten.Körner können außerdem aus Titankarbid oder Tantalkarbid allein oder gemischt mit Wolframkarbid bestehen. Als harte Körner können ferner Diamantkörner verwendet werden* Diese werden von Bindemitteln umhüllt, wie sie in der Herstellung von Diamanten bestückten Werkzeugen verwendet werden. Ein solches Bindemittel beruht beispielsweise auf der Basis.von Kobalt.The hard grains can also be made from titanium carbide or tantalum carbide exist alone or mixed with tungsten carbide. As hard grains can also Diamond grains are used * These are encased in binders, as in diamond tipped tools are used. One such Binder is based, for example, on cobalt.

Der Bindemittelanteil in dem Pulver gemäß der Erfindung beträgt vorteilhaft 5 bis 50 % des Gesamtgewichts.The proportion of binder in the powder according to the invention is advantageously 5 to 50% of the total weight.

Das Aufbringen einer Bindemittelschicht auf die harten Körner oder die in Frage stehenden Teilchen kann unter Verwendung an sich bekannter Verfahren erfolgen. Beispielsweise kann man zur Ausbildung einer regelmäßigen Metallschicht, die jedes Korn umhüllt, auf diese Körner Metalldämpfe aufkondensieren, einen elektrolytischen Auftrag durchführen, die Schichtbildung durch den Zerfall von Salzen unter Anwendung eines Autoklaven vornehmen oder das Kobalt oder Nickel durch Dekomposition eines Karbonyls wie z.B. des Co (Co) 4 oder Ni (CO) 4 auftragen.The application of a binder layer to the hard grains or the particles in question can be carried out using methods known per se. For example, to form a regular metal layer that envelops each grain, metal vapors can be condensed onto these grains, an electrolytic application can be carried out, the layer formation can be carried out by the decomposition of salts using an autoclave or the cobalt or nickel can be removed by decomposition of a carbonyl such as Co Apply (Co) 4 or Ni (CO) 4.

Der zur Erzeugung von Nßtalldämpfen, die dazu bestimmt sind, die harten Körner zu umhüllen, verwendete Ofen, kann unter Vakuum oder atmosphärischen Druck arbeiten. Im letzten Falle wird empfohlen» einen Plasmabrenner zu verwenden, in welchen das zu verdampfende Metall in den heißesten Zonen der Rohrleitung eingeführt wird, während die zu umhüllenden Körner in den Dampfstrahl an einer Stelle und während einer Zeit eingeführt-werden, wo .-ein Zerfall dieser Körner während des Aufkondensierens der Metalldämpfe auf jedes Korn nicht eintreten kann. In dem Falle, in welchem Körner mit einer Korngröße von etwa einem Mikron agglomeriert uder gesintert werden, ist es vorteilhaft, das Verfahren unter Bedingungen durchzuführen, bei denen die erhaltenen Teilchen eine Korngröße von 5 bis 10 Mikron und praktisch genau sphärische Form erhalten, um hierdurch den Durchgang des Pulvers durch die Verteilgeräte zu begünstigen. Diese Teilchen können nach einem der vorstehend beschriebenen Verfahren mit Metall überzogen werden.The furnace used to generate wet stalls intended to coat the hard grains can operate under vacuum or atmospheric pressure. In the latter case it is recommended to use a plasma torch into which the metal to be vaporized is introduced into the hottest areas of the pipeline, while the grains to be coated are introduced into the steam jet at a point and during a time where these grains cannot enter during the condensation of the metal vapors on each grain. In the case where grains with a grain size of about one micron are agglomerated or sintered, it is advantageous to carry out the process under conditions in which the particles obtained have a grain size of 5 to 10 microns and are practically exactly spherical in shape, thereby to facilitate the passage of the powder through the distributors. These particles can be coated with metal by any of the methods described above.

Gemäß einer anderen Ausgestaltung des Verfahrens können die harten Körner zum Uberziehen derselben während einer sehr kurzen Zeit auf eine über dem Schmelzpunkt des Metalles oder der Legierung, das bzw. die die Karbid- oder Oxydkörner umgeben soll, liegenden Temperatur gebracht werden, derart, daß nur der äußere Teil der Körner geschmolzen wird. Dieser Vorgang kann dadurch verwirklicht werden, daß das Pulver durch eine Plasmaflamme oder einen Plasmastrahl geführt wird.According to another embodiment of the method, the hard Grains for coating the same for a very short time one above the melting point of the metal or alloy containing the carbide or oxide grains should be brought to a lying temperature, such that only the outer part of the grain is melted. This process can thereby be realized be that the powder is passed through a plasma flame or a plasma jet.

Claims

, P atentans p r ü che powder to form a group consisting of embedded in a metallic binder hard grains layer is applied by spraying on to be coated, or between each other to be welded metal parts, d a d u rch. "- ta (1 g e k ennzeichnet that the binder (3) forms a hard grains (2) enveloping layer before. use of the powder. 2.Pulver according to claim 1, characterized in that the binder layer (3) encloses only the hard grains (2) 3. Powder according to claim 2, characterized in that the hard grains (2) have a grain size of several microns 4. Powder according to claim 1, characterized in that the hard grains (2) by agglomeration with grains Ot) of the metallic Binder particles (5) which are encased by a layer (3) of metallic binding agent 5. Powder according to Claim 4, characterized in that the grains (37) of the metallic binding agent, which with de n hard grains (2) are agglomerated to form the particles (5) , at least of one metal from the group comprising nickel, chromium, boron or silicon, or of an alloy of these metals. 6. Powder according to claim 4 or 5, characterized in that the hard grains (2) have a grain size of about 1 micron and agglomerated with grains (31) of binder to form particles (5) with a grain size of about 5 to 10 microns are. 7. Powder according to one of claims 1 to 6, characterized in that the hard grains (2) consist of carbides of one or more metals of the group comprising tungsten, titanium and tantalum. 8. Powder according to one of claims 1 to 6, characterized in that. that the hard grains. (2) consist of aluminum oxide. 9. Powder according to one of claims 1 to 6, characterized in that the hard grains (2) or particles (5) are coated by a binder layer (3) which consists of cobalt, copper and nickel. 10. Powder according to claims 5 and 8 or 5 and 9, characterized in that the particles (5) formed by agglomeration of hard grains (2) with grains (31) of nickel, chromium, boron or silicon or an alloy thereof Metals are formed, are encased by a layer (3) of nickel, the layer thickness of which is selected so that the total binder content comprises 50 to 80% nickel, while the remainder consists of at least one of the three metals chromium, boron or silicon. 11. Pulifer according to one of claims 4 to 10, characterized in that the particles (4, 4t) have an approximately exactly spherical shape. 12. Powder according to one of claims 1 to 6, characterized in that the hard grains (2) consist of diamond. 13. Powder according to one of claims 1 to 12, characterized in that the binder content makes up 5 to 50% of the total weight of the particle (4, 41).