DE19836392A1

DE19836392A1 - Low cost wear resistant coating, used as a plasma sprayed coating for tools such as screwdrivers, comprises hard metal grains in a binder metal matrix

Info

Publication number: DE19836392A1
Application number: DE19836392A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Wiesener
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-08-12
Filing date: 1998-08-12
Publication date: 2000-02-17
Also published as: WO2000009774A1; ATE254674T1; AU6462699A; EP1117849B1; DE59907817D1; DE19981545D2; EP1117849A1

Abstract

A surface coating comprises hard metal grains in a binder metal matrix. Independent claims are also included for the following: (i) a granular mixture containing hard metal grains and binder metal particles for plasma coating; and (ii) a surface coating process comprising application of hard metal grains and a binder by plasma coating. Preferred Features: The binder metal comprises \} 14 vol.% total (less than 7 vol.% each) of brass and cobalt. The hard metal grains comprise sintered, especially recycled hard metal.

Description

Die Erfindung betrifft eine Oberflächenbeschichtung, eine körnige Mischung zur Zufuhr zu einer Plasmabeschichtung sowie ein Verfahren zum Beschichten einer Oberfläche.The invention relates to a surface coating, a granular Mixture for delivery to a plasma coating and method for coating a surface.

Es ist beispielsweise aus der DE 41 12 156 A1 eine Oberflächen beschichtung bekannt, bei welcher Diamantpartikel in eine Matrix als Nutzschicht eingelagert sind. Eine derartige Oberflächenbeschichtung wird dadurch hergestellt, daß einem Plasmabrenner geeignete Pulver zugeführt werden, die durch den Plasmabrenner auf ein Substrat aufgespitzt werden. Um die Diamantpartikel bereitzustellen, werden dem Plasmabrenner als Ausgangsmaterial kohlenstoffhaltiges Gas bzw. eine kohlenstoffhaltige Flüssigkeit zugeführt. Darüber hinaus werden mit dem Pulver starke Karbidbildner zugeführt, die in der Matrix Karbide aus überschüssigen Kohlenstoff bilden. Die Beschichtung eignet sich unter anderen für ein Beschichten von Werkzeugen, wie beispielsweise Schraubendreher, und zeichnet sich durch hervorragende Verschleißeigenschaften aus.It is, for example, a surface from DE 41 12 156 A1 coating known in which diamond particles in a matrix as Wear layer are stored. Such a surface coating is manufactured by supplying suitable powder to a plasma torch which are pointed onto a substrate by the plasma torch. To provide the diamond particles, the plasma torch is called Starting material carbon-containing gas or a carbon-containing Liquid supplied. In addition, the powder will be strong Carbide formers supplied, which carbides from excess in the matrix Form carbon. The coating is suitable for a Coating tools, such as screwdrivers, and is characterized by excellent wear properties.

Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung, eine Oberflächenbeschichtung bereitzustellen, die in kostengünstiger Weise herstellbar ist und ebenso hervorragende Verschleißeigenschaften aufweist. The object of the present invention is a surface coating To provide that is inexpensive to manufacture and also has excellent wear properties.

Als Lösung schlägt die Erfindung eine Oberflächenbeschichtung mit einer Hartmetallkörnung in einer ein Bindemittel umfassenden Matrix vor.As a solution, the invention proposes a surface coating with a Carbide grit in a matrix comprising a binder.

Hierbei wird unter dem Begriff einer Hartmetallkörnung jede partikel förmige Erscheinungsform von Hartmetall verstanden, welches aus einem oder mehreren Hartstoffen, wie beispielsweise Wolfram-, Titan-, Chrom-, Molybdän- und Tantalkarbit, mit einem Bindemetall, vorzugsweise der Eisengruppe, wie Kobalt, Nickel und Eisen, besteht.Here, under the term of a hard metal grain, every particle understood shape of hard metal, which consists of a or several hard materials, such as tungsten, titanium, chrome, Molybdenum and tantalum carbite, with a binding metal, preferably the Iron group, such as cobalt, nickel and iron.

Die Hartmetallkörnung kann hierbei aus jeden bekannten Verfahren, wie beispielsweise Sintern oder Gießen gewonnen werden. Insbesondere sind auch recycelte Hartmetalle verwendbar.The hard metal grain can be from any known method, such as for example sintering or casting. In particular are recycled hard metals can also be used.

Die erfindungsgemäße Oberflächenbeschichtung zeichnet sich dadurch aus, daß sie mindestens zwei verschiedene Phasen aufweist. Die eine Phase umfaßt Hartmetallkörner, während die zweite Phase vornehmlich Bindemittel aufweist. Hierbei können in dem Bindemittel einzelne Hartmetalle gelöst sein. Ebenso versteht es sich, daß die Hartmetallkörner ansich noch das zu ihrer Bildung notwendige Bindemetall aufweisen. Während erstere Phase somit vornehmlich einen körnig, hartmetallischen Charakter aufweist, ist die zweite Phase dadurch erkennbar, daß sie die Form eines erstarrten Bindemittels besitzt.The surface coating according to the invention is characterized in that that it has at least two different phases. The one phase includes carbide grains, while the second phase primarily Has binder. Here, individual can in the binder Hard metals have to be solved. It is also understood that the hard metal grains still have the binding metal necessary for their formation. During the first phase, it is primarily a granular, hard-metallic Has character, the second phase is recognizable by the fact that it Form of a solidified binder.

Eine derartige Oberflächenbeschichtung kann durch ein Beschichtungs verfahren hergestellt werden, bei welchem mittels eines Plasma beschichtungsverfahrens eine Hartmetallkörnung sowie ein Bindemittel auf die Oberfläche aufgebracht werden.Such a surface coating can be done by coating process are produced, in which by means of a plasma coating process a hard metal grain and a binder the surface to be applied.

Einerseits kann hierbei das notwendige Bindemittel zur Gänze aus der zugeführten Hartmetallkörnung bereitgestellt werden. Hierzu kann beispielsweise während des Beschichtungsvorganges ein Teilbereich der zugeführten Hartmetallkörnung aufgeschmolzen und somit Bindemittel zur Verfügung gestellt werden. Ebenso ist es möglich, das erfindungsgemäße Bindemittel durch Aufschmelzen der beschichteten bzw. zu beschichtenden Oberfläche zu gewinnen.On the one hand, all of the necessary binder can be obtained from the supplied carbide grit are provided. This can for example, a portion of the coating process supplied carbide grain melted and thus binders for Will be provided. It is also possible to use the invention Binder by melting the coated or to be coated Surface to gain.

Die Eigenschaften der auf dieser Weise erzeugte Oberflächenbeschichtung lassen sich verhältnismäßig einfach beherrschen, wenn der Plasma beschichtungsvorrichtung neben der Hartmetallkörnung das Bindemittel in Partikelform zugeführt wird. Insbesondere kann der Plasmabeschichtungs vorrichtung eine körnige Mischung mit einem Gehalt an einer Hartmetall körnung sowie an Bindemittelpartikeln zugeführt werden.The properties of the surface coating produced in this way can be controlled relatively easily if the plasma Coating device next to the hard metal grain in the binder Particle shape is supplied. In particular, the plasma coating device a granular mixture containing a hard metal grain and binder particles.

Bei all diesen Verfahren wird das Bindemittel während des Beschichtungs vorganges zumindest teilweise verflüssigt, so daß die Hartmetallkörnung ausreichend in dem Bindemittel eingebettet wird.In all of these processes, the binder is applied during coating process at least partially liquefied, so that the hard metal grain is sufficiently embedded in the binder.

Andererseits kann die Hartmetallkörnung dem Beschichtungsvorgang derart aufgegeben werden, daß sie nicht bzw. nicht zur Gänze aufschmilzt. Hierbei können kleinere Hartmetallkörner sowie ein gewisser Oberflächen randbereich in Schmelze übergehen und Bindemittel liefern. Dabei kann durch geeignete Wahl der Verweilzeit sowie der Position, an welcher die Hartmetallkörnung der Plasmabeschichtungsvorrichtung aufgegeben wird, die Charakteristik der in der Oberflächenbeschichtung eingebetteten Hartmetallkörnung beeinflußt werden. Die beschichtete bzw. die unbeschichtete Oberfläche wird vorzugsweise nicht über 120° erhitzt, so daß diese Oberfläche in ihrer ursprünglichen Härte erhalten bleibt. Diese kann durch eine geeignete Kühlung, beispielsweise durch Kühldüsen, gewährleistet werden.On the other hand, the hard metal grain can do the coating process in this way be given up so that it does not melt or does not melt entirely. Smaller carbide grains as well as a certain surface can be used Edge area melt and deliver binder. It can through suitable choice of the dwell time and the position at which the Carbide grain of the plasma coating device is given, the characteristics of those embedded in the surface coating Carbide grit can be affected. The coated or the uncoated surface is preferably not heated above 120 °, so that this surface is retained in its original hardness. This can be suitably cooled, for example by cooling nozzles, be guaranteed.

Vorzugsweise umfaßt das Bindemittel ein Bindemetall. Dieses kann insbesondere Messing bzw. Kobalt sein. Je nach verwendeter Hartmetall körnung sind allerdings auch andere Mittel denkbar. Insbesondere können dieses für die Hartmetallbildung verwendete Bindemittel sein.Preferably the binder comprises a binder metal. This can especially brass or cobalt. Depending on the carbide used other means are also conceivable. In particular can this binder used for the formation of hard metal.

Eine gute Einbettung der Hartmetallkörnung folgt, wenn die Summe der Gehalte an Kobalt und Messing in den der Plasmabeschichtungsvorrichtung zugeführten Materialien 14 Vol.-% nicht übersteigt. Besonders vorteilhaft ist ein Wert von 12 Vol.-%.A good embedding of the carbide grit follows if the sum of the Levels of cobalt and brass in the plasma coater supplied materials do not exceed 14% by volume. Particularly advantageous is a value of 12% by volume.

Je nach verwendeten Hartmetall bzw. in Abhängigkeit von der Korngröße der Hartmetallkörnung erweist sich ein Messinggehalt von unter 7 Vol.-% als vorteilhaft, um eine ausreichend harte Oberflächenbeschichtung zu erreichen.Depending on the carbide used or the grain size the hard metal grain has a brass content of less than 7% by volume as advantageous to provide a sufficiently hard surface coating to reach.

Aus Kostengründen kann auch der Gehalt an Kobalt unter 7 Vol.-% gewählt werden. For cost reasons, the cobalt content can also be below 7% by volume. to get voted.

Sehr gute Materialeigenschaften lassen sich unter vertretbare Kosten erreichen, wenn der Kobaltgehalt und der Messinggehalt in etwa gleich, beispielsweise bei 6 Vol.-%, gewählt werden.Very good material properties can be achieved at reasonable costs if the cobalt content and the brass content are approximately the same, for example at 6% by volume.

Die körnige Mischung bzw. die erfindungsgemäße Oberflächenbeschichtung kann einen Wolframgehalt von 90 Vol.-% bis 80 Vol.-% vorzugsweise von 88 Vol.-% bis 87 Vol.-%, aufweisen. Dieser Wolframgehalt wird vorteilhafterweise durch die Hartmetallkörnung bereitgestellt.The granular mixture or the surface coating according to the invention can have a tungsten content of 90% by volume to 80% by volume, preferably of 88 vol% to 87 vol%. This tungsten content will advantageously provided by the hard metal grain.

Die vorbeschriebenen Überlegungen betreffen neben der körnigen Mischung auch die gebildete Oberflächenbeschichtung selbst. Diese weist, wenn die genannten Stoffe in den vorbeschriebenen Mengen vorhanden sind, die entsprechenden Eigenschaften auf.The considerations described above relate to the granular Mix also the surface coating itself. This shows if the substances mentioned are present in the quantities described above are the corresponding properties.

Als Hartmetallkörnung kann gesintertes Hartmetall Verwendung finden. Dieses schmiegt sich in überraschend guter Weise in das Bindemittel ein und bildet auf dieser Weise eine verhältnismäßig harte Oberflächenbeschichtung.Sintered hard metal can be used as the hard metal grain. This nestles surprisingly well into the binder and in this way forms a relatively hard one Surface coating.

Insbesondere kann auch recyceltes Hartmetall Verwendung finden. Hierdurch lassen sich die Gesamtkosten für die Oberflächenbeschichtung reduzieren. Darüber hinaus ist ein derartiges Recycling auch in umwelt technischer Hinsicht vorteilhaft.In particular, recycled hard metal can also be used. This allows the total cost of surface coating to reduce. In addition, such recycling is also environmentally technically advantageous.

Weist das verwendete Hartmetall einen Gehalt an Kobalt auf, so kann zumindest ein Teil dieses Kobalts zur Bildung des Bindemittells genutzt werden. Hierdurch reduzieren sich die Gesamtkosten für die Oberflächen beschichtung, da ohnehin vorhandenes Kobalt verwendet wird. Diese Kostenreduktion ist besonders bei recyceltem Hartmetall besonders vorteilhaft.If the hard metal used contains cobalt, it can at least part of this cobalt is used to form the binder become. This reduces the total cost of the surfaces coating, since existing cobalt is used anyway. This Cost reduction is particularly special with recycled carbide advantageous.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders für die Verwendung einer Hartmetallkörnung, bei welcher die Körnung kleiner 90 µm ist. Insbesondere eignet es sich für eine Körnung, die kleiner 45 µm ist. Bei einer derartigen Körnung werden in der Oberflächenbeschichtung ausreichend große Körner eingelagert, die eine hohe Verschleißfestigkeit der Oberflächenbeschichtung garantieren. Dieses insbesondere im Zusammenhang mit Temperaturen von max. 120°C, wie bereits vorstehend beschrieben. Hierdurch läßt sich beispielsweise eine Oberflächen beschichtung von 25 µm gewährleisten.The inventive method is particularly suitable for Use of a hard metal grit in which the grit is smaller Is 90 µm. It is particularly suitable for a grain size smaller than 45 µm is. With such a grain, the surface coating Sufficiently large grains stored, which have a high wear resistance guarantee the surface coating. This especially in Connection with temperatures of max. 120 ° C, as above described. This allows, for example, a surface Ensure coating of 25 µm.

Eine gleichmäßige und einstellbare Beschichtungsgüte kann dadurch gewährleistet werden, daß vor dem Beschichten der Kobaltgehalt der Hartmetallkörnung ermittelt und dem Beschichtungsvorgang zusätzlich Kobalt aufgegeben wird, um einen gewünschten Kobaltgehalt der Beschichtung zu erreichen. Insbesondere der Kobaltgehalt des Bindemittels läßt sich auf diese Weise einstellen. Es versteht sich, daß eine derartige Vorgehensweise auch bei anderen Bindemittelmaterialien vorteilhaft ist.This enables a uniform and adjustable coating quality ensure that the cobalt content of the Carbide grit determined and the coating process in addition Cobalt is abandoned to a desired cobalt content To achieve coating. In particular the cobalt content of the binder can be adjusted in this way. It is understood that such The procedure is also advantageous for other binder materials.

Weitere Vorteile, Ziele und Eigenschaften einer erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtung sowie eines erfindungsgemäßen Beschichtungs verfahrens und einer entsprechenden körnigen Mischung werden anhand des nachfolgend erläuterten Ausführungsbeispieles verdeutlicht.Further advantages, goals and properties of an inventive Surface coating and a coating according to the invention process and a corresponding granular mixture are based on of the exemplary embodiment explained below.

Einer Plasmabeschichtungsvorrichtung wird eine körnige Mischung aus einer Hartmetallkörnung und Messingpulver aufgegeben. Die Hartmetallkörnung enthält 5,70% Kohlenstoff, 0,01% Schwefel, 0,07% Nickel, 0,01% Eisen, 0,02% Titan, 0,04% Niob, 0,13% Tantal sowie 6,89% Kobalt in Wolfram. Diese Prozentangaben beziehen sich auf die Gesamtmenge an Wolfram. Die Körnung ist zur Gänze kleiner 45 µm.A granular mixture is formed from a plasma coating device a hard metal grit and brass powder. The Carbide grit contains 5.70% carbon, 0.01% sulfur, 0.07% Nickel, 0.01% iron, 0.02% titanium, 0.04% niobium, 0.13% tantalum as well 6.89% cobalt in tungsten. These percentages refer to the Total amount of tungsten. The grain size is entirely smaller than 45 µm.

Das Messingpulver umfaßt 78,5% Kupfer und den Rest Zink bei etwa 0,2% Verunreinigungen. Eine Siebanalyse ergab das 0,5% des Pulvers größer 160 µm und 55,05% größer 40 µm waren.The brass powder contains 78.5% copper and the rest zinc at about 0.2% impurities. A sieve analysis showed that 0.5% of the powder were larger than 160 µm and 55.05% larger than 40 µm.

Der körnigen Mischung wurde Kobalt beigegeben, so daß die körnige Mischung insgesamt 6% Kobalt, 6% Messing und als Rest die übrigen Bestandteile der Hartmetallkörnung aufwies.Cobalt was added to the granular mixture so that the granular Mix a total of 6% cobalt, 6% brass and the rest the rest Components of the hard metal grain had.

Diese körnige Mischung wurde einer Plasmabeschichtungsvorrichtung aufgegeben.This granular mixture was subjected to a plasma coater given up.

Mit Hilfe der Plasmabeschichtungsvorrichtung wurde auf Schraubendreher- Bits eine Oberflächenbeschichtung von exakt 25 µm aufgebracht, wobei Material entsprechender Stärke zuvor von diesen Schraubendreher-Bits entfernt wurde, so daß nach den Auftragen die notwendigen Dimensionen der Schraubendreher-Bits eingehalten sind. Hierbei wurde darauf geachtet, daß die Oberfläche der Schraubendreher-Bits nicht über 120°C erhitzt wurde.With the help of the plasma coating device, screwdriver Bits applied a surface coating of exactly 25 µm, whereby Material of appropriate thickness beforehand from these screwdriver bits was removed so that the necessary dimensions after application the screwdriver bits are observed. Care was taken here that the surface of the screwdriver bits does not exceed 120 ° C has been.

Das Verfahren ermöglicht es, eine Oberflächenbeschichtung mit einer Härte von ca. 61 Rockwell bzw. 2000 Vickers zu erreichen.The process enables a surface coating with a hardness 61 Rockwell or 2000 Vickers.

Claims

1. Surface coating with a hard metal grit in one Binding metal comprising matrix.

2. Surface coating according to claim 1, characterized in that the binding metal comprises brass and / or cobalt.

3. Surface coating according to claim 2, characterized in that the sum of the cobalt and brass contents is not 14% by volume exceeds.

4. Surface coating according to claim 2 or 3, characterized due to a brass content of less than 7% by volume.

5. Surface coating according to one of claims 2 to 4, characterized by a cobalt content of less than 7% by volume.

6. Granular mix for delivery to a plasma coating with a content of a hard metal grain as well as Binder particles.

7. Granular mixture according to claim 6, characterized in that the binder particles comprise cobalt and / or brass particles.

8. Granular mixture according to claim 7, characterized in that the sum of the cobalt and brass contents is not 14% by volume exceeds.

9. Granular mixture according to claim 7 or 8, characterized by a brass content of less than 7% by volume.

10. Granular mixture according to one of claims 7 to 9, characterized is characterized by a cobalt content of less than 7% by volume.

11. Granular mixture according to one of claims 6 to 10, characterized characterized in that the hard metal grain sintered, preferably recycled hard metal.

12. Granular mixture according to claim 11, characterized in that the hard metal has a cobalt content.

13. Granular mixture according to one of claims 6 to 12, characterized characterized in that the carbide grit is one grit smaller 90 microns, preferably less than 45 microns.

14. A method for coating a surface, in which means a plasma coating process a carbide grain and a Binding agents are applied to the surface.

15. Coating method according to claim 14, characterized in that the binder at least during the coating process is partially liquefied.

16. Coating method according to claim 14 or 15, characterized characterized in that the hard metal grain the coating operation is given up in such a way that it does not or not entirely melts.

17. Coating method according to one of claims 14 to 16, characterized in that the surface does not exceed 120 ° C is heated.

18. Coating method according to one of claims 14 to 17, characterized in that a cobalt content before coating the hard metal grain determined and the coating process additionally cobalt is added to a desired one To achieve the cobalt content of the coating.