DE2401817A1 - FLAME SPRAY POWDER - Google Patents
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Description
DR.-ING. VON KREISLE* DR.-ING. SCHG'i WALD DR.-ING. TH. MEYER DR. FUES DIPL.-CHEM. ALEK VON KREISLER DIPL.-CHEM. CAROLA KELLER DR.-ING. KLOPSCH DIPL-ING. SELTINGDR.-ING. FROM KREISLE * DR.-ING. SCHG'i FOREST DR.-ING. TH. MEYER DR. FUES DIPL.-CHEM. ALEK VON KREISLER DIPL.-CHEM. CAROLA KELLER DR.-ING. KLOPSCH DIPL-ING. SELTING
Köln, den 15.1.1974 . - Hr/BreuCologne, January 15, 1974 . - Mr. / Breu
METCO, Incorporated, 1101 Prospect Avenue, Westbury, New York 11 590, USAMETCO, Incorporated, 1101 Prospect Avenue, Westbury, New York 11 590, USA
Plammsprit zpulverOxygen fuel powder
Die Erfindung betrifft eine Flammspritzpulvermischung, die ein Pulver einer selbstfließenden Legierung und ein Molybdän enthaltendes Pulver enthält. Beim Flammspritzen dieser Mischung v/erden festhaftende, poröse 3eläge mit ausgezeichneter Verschleißfestigkeit und sehr gutem Belastungsv.-iderstand erhalten.The invention relates to a flame spray powder mixture which contains a self-fluxing alloy powder and a molybdenum-containing powder. When flame spraying this Mixture v / earth firmly adhering, porous 3 layers with excellent Wear resistance and very good load resistance obtain.
In der Flammspritztechnik ist eine Pulvergattung bekannt, die im allgemeinen als spritzschweißbare, selbstfließende Netallpulver oder auch einfach, als, selbstfl-ieSende Legierungspulver bezeichnet werden. Derartige Pulver beschreiben die USA-Patentschriften, 2 875 043 und 2 936 229- Sie enthalten ein Grundmetall, beispielsweise Nickel oder Kobalt, und einen die Fließeigenschaften liefernden Bestandteil, wie Bor oder vorzugsweise Bor plus Silicium. Man wendet sie meistens an, um zusammengeschmolzene Beläge auf Unterlagen sis Stahl oder Stahllegierungen mit Hilfe des bekannten Spritzschweißverfahrens aufzubringen. Beim Spritzschweißverfahren wird zunächst das Pulver auf die zu überziehende unterlage aufgespritzt, wobei man sich üblicher Flammspritzmethoden bedient, wonach der vorliegende Überzug an Ort und Stelle verschmolzen wird. Das Verschmelzen wird beispielsweise in einem Ofen, mit Hilfe einer Induktionsheizung oder auf ähnlichanWege durchgeführt, erfolgt aber häufig durch unmittelbares Erhitzen der aufgespritzten Oberfläche mit einem Schweißbrenner.In flame spraying technology, a type of powder is known which is generally known as spray-weldable, self-fluxing Metal powder or simply as, self-fluxing alloy powder are designated. Such powders are described in U.S. Patents 2,875,043 and 2,936,229 contain a base metal, for example nickel or cobalt, and a component that provides the flow properties, like boron or preferably boron plus silicon. They are mostly used to remove melted deposits on substrates sis steel or steel alloys with the help of the known spray welding process. In the spray welding process First, the powder is sprayed onto the surface to be coated, which is more common Flame spraying methods are used, after which the present coating is fused in place. The merging is carried out, for example, in an oven, with the aid of induction heating or in a similar way but often by immediately heating the sprayed-on Surface with a welding torch.
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Beim Spritzschweißverfahren stellt das Flammspritzen selbst im einfacher Weise einei Weg dar,.um das Legierungspulver auf der zu überziehenden Unterlage abzulagern, um durch den anschließenden Schmelzvorgang die Ausbildung eines zusammengeschmolzenen Belages zu ermöglichen. Der auf diese Weise vor do.:? Schmelzvorgan=? aufgespritzte überzug ist po- ' rö's, haftet nicht fest an ^rt und Steile und ist nicht in derselben Weise brauchbar wie die anschließend noch verschmolzenen Beläge, d.h. er stellt keinen harten, dichten, verschleißfesten Belag dar. Die Teilchen eines durch Schleifen nachgearbeiteten, unmittelbar in aufgespritzter Form vorliegenden Überzuges lassen sich beispielsweise mit einem Klebband, wie einem schottischen Klebband, von der Unterlage abziehen.In the case of the spray welding process, flame spraying represents is even a simple way of depositing the alloy powder on the substrate to be coated in order to to enable the formation of a fused-together coating through the subsequent melting process. The one on this Way before do.:? Melting process =? sprayed on coating is po- ' rö's, does not adhere firmly to ^ rt and steep and is not in usable in the same way as those that were subsequently fused Deposits, i.e. it is not a hard, dense, wear-resistant lining. The particles of a sanding reworked, directly present in sprayed form coating can be, for example, with a Tape, like Scottish tape, from the backing pull off.
Aus den USA-Patentschriften 3 313 633 und 3 378 '392 sind Flammspritzpulvermischungen bekannt, die ein Pulver einer selbst fließenden Legierung enthalten und die sich unter speziellen. Temperaturbedingungen unter Ausbildung dichter, kohärenter überzüge aufspritzen lassen, die in gewisser . Hinsicht den verschmolzenen 3elägen .des SpritzschweiS-verfahrens ähneln, ohne daß ein nachfolgendes Verschmelzen bzw. Verschweißen erforderlich ist. In diesen bekannten Pulvermischungen liegen neben der selbstfließenden Legierung etwa 5 bis 95 Gew.-# und vorzugsweise 15 bis- 30 Gew.-$6 oder äLternativ 70 bis 90 Gew. -% eines Ketallpulvers aus Wolfram, 2henium, Tantal, Molybdän, Niob und Legierungen ' dieser Metalle vor. Mit Hilfe eines Plasma-Flammspritzverfahrens lassen sich mit diesen Pulvermischungen dichte, kohärente Beläge herstellen, die in gewisser Beziehung den zusammengeschmolzenen, nach dem Spritzschweißverfahren hergestellten "überzügen entsprechen, wobei aber auch hier der Arbeitsgang des Zusammenschmelzen entfällt. Die aufgespritzten überzüge besitzen überlegen-3 Eigenschaften als Lagerflächen und andere verschleißfeste und belastungs— widerstanisfähige Oberflächen.Flame spray powder mixtures are known from US Patents 3,313,633 and 3,378,392 which contain a powder of a self-flowing alloy and which are classified under special Temperature conditions with the formation of denser, more coherent coatings can be sprayed on in a certain way. Similar to the fused layers of the spray welding process without a subsequent fusing or welding being necessary. In these known powder mixtures are adjacent to the self-fluxing alloy is about 5 to 95 wt .- #, and preferably from 15 bis 30 wt .- $ 6 or older natively 70 to 90 wt -.% Of a Ketallpulvers of tungsten, 2henium, tantalum, molybdenum, niobium, and alloys 'of these metals. With the help of a plasma flame spraying process, dense, coherent coatings can be produced with these powder mixtures, which in a certain respect correspond to the fused coatings produced by the spray welding process, although here, too, the melting process is omitted. The sprayed coatings have superior 3 properties as storage areas and other wear-resistant and load-resistant surfaces.
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Die auf diese V/eise erhaltenen Beläge genügen den meisten Zwecken, ihre Herstellung erfordert aber verhältnismäßig hohe Kosten und bedingt sehr hohe Temperaturen, die oft oberhalb 2 2CM-0C und in Sonderfällen sogar oberhalb ' · 3 326°C liegen. Für einseine Verwendungszwecke' v.rird jedoch eine größere Verschleißfestigkeit gefordert, als mit diesen bekannten Flammspritzmasεcn erreichbar ist, außerdem wird für bestimmte Anwendungsgebiete ein gewisses Ausmaß-an Porosität gefordert.The coverings obtained in this way are sufficient for most purposes, but their production requires relatively high costs and requires very high temperatures, which are often above 22 cm- 0 C and in special cases even above 3326 ° C. For one of its uses' v. However, r ird called for greater wear resistance than achievable with these known Flammspritzmasεcn, also a certain degree-of porosity is required for certain applications.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Flammspritzpulver anzugeben, das Beläge liefert, die unmittelbar im aufgespritzten Zustand, also ohne nachfolgendes Aufschmelzen, einwandfrei sind und sich durch Eärte und wesentliche Dichte auszeichnen, aber auch porös genug sind, um öl festzuhalten. Aufgäbe der Erfindung ist es weiterhin, entsprechende Flammspritzpulver zu beschreiben, die verhältnisinäSig preisgünstig sind, Beläge von sehr guter Verschleißfestigkeit und hoher Belastungswiderstandsfähigkeit aufweisen und in der Pulvermischung der Flammspritzmasse eine selbstfließen-" de Legierung enthalten. Die neuen Flamespritζmassen sollen entsprechend der Erfindung bei niedrigeren Temperaturen flammspritsbar sein als das bisher möglich war und unabhängig davon Beläge mit den vorstehend herausgestellten Eigenschaften ausbilden können.The object of the invention is to provide a flame spray powder that delivers coatings that are directly sprayed on Condition, i.e. without subsequent melting, flawless are and are characterized by hardness and substantial density, but are also porous enough to hold oil in place. Abandonment the invention is also to describe corresponding flame spraying powders that are relatively inexpensive are, have coverings with very good wear resistance and high load resistance and are in the powder mixture of the flame spray compound contain a self-flowing alloy. The new flame fuel compounds should be flame-sprayable according to the invention at lower temperatures than was previously possible and independent of which can form coverings with the properties highlighted above.
Die Erfindung geht aus von einem Flammspritzpulver aus einem eine selbstfließende Legierung enthaltenden Gemisch, das unmittelbar im aufgespritzten Zustand auf einer Unterlage einen Belag mit gutem Belastungswiderstand ausbildet. Kennzeichnendn ist, daß das Gemisch 5 bis 95 Gevr.-S» einer Eisen-Kolybdäii-Legierung enthält, bezogen auf da.s Gesamtgewicht aus selbst fließender Legierung und Eisen-Kolybdän-Legierun?:, wobei in dieser etwa 50 bis 75 Gew.-je Molybdän und etwa 50 bis 25 Gew.-?» Eisen vorliegen.The invention is based on a flame spray powder a mixture containing a self-fluxing alloy, which is applied directly to a base in the sprayed-on state forms a covering with good load resistance. It is characteristic that the mixture 5 to 95 Gevr.-S »one Iron-Kolybdenum alloy contains, based on the total weight made of self-flowing alloy and iron-colybdenum alloy?:, in this about 50 to 75 wt. per molybdenum and about 50 to 25 wt. Iron present.
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Die Erfindung stellt also eine wesentliche Verbesserung gegenüber der. SpritzschweiBverfahren der USA-Patentschriften 3 313 633 und 3 378 392 dar, bei denen ein Pulver einer selbstfließenden Legierung zusammen mit einem hochschmelzenden Pulver auf eine Unterlage flammgespritzt wird, das 5 bis 95 Gew.-$-a der'selbstfließenden Legierung und ein hocbschmelsendes Pulver enthält. Kach der Erfindung wird als ein hochschmelzendes Pulver eine Eisen-Molybdän-Legierung verwendet, die etwa 50 bis 73 % Molybdän und etwa 50 bis Eisen enthält und einen festhaftenden, porösen Belag auf der Unterlage ausbildet.The invention thus represents a substantial improvement over that. Spray welding process of US Patents 3,313,633 and 3,378,392, in which a powder of a self-fluxing alloy is flame-sprayed onto a substrate together with a high-melting powder, the 5 to 95% by weight of the self-flowing alloy and a high-melting powder contains. According to the invention, an iron-molybdenum alloy is used as a high-melting powder which contains about 50 to 73% molybdenum and about 50 to 50% iron and forms a firmly adhering, porous coating on the base.
Hach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Eisen-Molybdän-Legierung -:.etwa 58 bis 65 ¥> Molybdän,· bis 3 Gew.-% und vorzugsweise weniger als etwa 2,5 ^ Kohlenstoff, weniger als etwa 5 % Fremdstoffe, wie Silicium, Kupfer, Schwefel und/oder Phospür auf, während der Rest aus Eisen besteht. Die Kosten einer solchen Eisen-Molybdän-Legierung machen nur einen Bruchteil der Kosten des Molybdäns allein aus, beispielsweise etwa 1/3 "bis 1/4 des Preises, obgleich die Qualität der Beläge im allgemeinen vergleichbar und in Sonderfällen sogar überlegen ist. In Abhängigkeit von der besonderen Zusammensetzung kann der Schmelzpunkt der Eisen-Molybdän-Legierung 1 93O°C überschreiten, leicht unterhalb dieser !Temperatur oder sogar 55° oder 110°C niedriger liegen, wenn der Molybdängehalt an der unteren Grenze des Bereichs liegt.Hach a preferred embodiment of the invention, the iron-molybdenum alloy -: .Approximately 58 to 65 ¥> molybdenum, 3 wt .-% · up, and preferably less than about 2.5 ^ carbon, less than about 5% impurities, such as Silicon, copper, sulfur and / or phosphorous, while the rest consists of iron. The cost of such an iron-molybdenum alloy is only a fraction of the cost of molybdenum alone, for example about 1/3 "to 1/4 of the price, although the quality of the linings is generally comparable and in special cases even superior Due to the special composition, the melting point of the iron-molybdenum alloy can exceed 1,930 ° C., be slightly below this temperature or even 55 ° or 110 ° C. lower if the molybdenum content is at the lower limit of the range.
Der Belag ist nicht selbstschmelzend, aber ziemlich dicht, obgleich nicht so dicht wie ein mit unlegiertem Molybdän hergestellter Belag. Die Porosität des Belags mag bis etwa 10 -p ausmachen oder sogar noch mehr, liegt aber vorzugsweise um etwa 5 >". Dann ist der 3-=lag in der Lage, öl festzuhalten und damit für spezielle Anwendungen besonders geeignet, beispielsweise für mit einem Belag ausgestattete Maschinenteile, Kolbenringe usw., wie nachstehend noch ausgeführt.The coating is not self-fusing, but is fairly dense, although not as dense as a coating made with unalloyed molybdenum. The porosity of the covering may be up to about 10 -p or even more, but is preferably about 5 ". Then the 3- = lag is able to hold oil and is therefore particularly suitable for special applications, for example with a Machine parts with lining, piston rings, etc., as detailed below.
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Wie in den USA-Patentschriften 3 313 633. und 3 378 392-beschrieben, sollen die im Rahmen der Erfindung angewandten selbstfließenden Legierungspulver den bekannten und üblicherweise angewandten Pulvern selbstfließender Legierungen entsprechen, beispielsweise kommen alle in den USA-Patentschriften 2 875 043 und 2 936 229 beschriebenen Pulver infrage. Diese Pulver werden oft als selbstfließende Spritzschweißpulver oder, als spritzschweißbare Pulver bezeichnet, jedoch soll der allgemein hier gebrauchte Ausdruck ''selbstfließende Legierungspulver1 diese Materialien bezeichnen. Besonders bevorzugt sind .selbstfließende Legierungspulver des ITickel- oder I-Tickel/Chrom-Typs, die Bor und Silicium enthalten. Zusätzlich zum Grundmetall, d.h. Nickel und/oder Kobalt, und den fließenden Bestandteilen können die Pulver noch zusätzliche Legierungsbestandteile enthalten, beispielsweise bis 20 % Chrom, um Korrosionsbeständigkeit und Oxidationsbeständigkeit sicherzustellen, Kohlenstoff in Mengen von wenigen Gewichtsprozenten, Eisen bis höchstens 10 Gew.-% und vorzugsweise höchstens 5 Gew.-yj, bezogen auf das Gesamtgewicht der Legierung.As described in U.S. Patents 3,313,633 and 3,378,392, the self-fluxing alloy powders used in the context of the invention are said to correspond to the known and commonly used self-fluxing alloy powders, for example, all of them come in U.S. Patents 2,875,043 and 2,936 229 in question. These powders are often referred to as self-fluxing spray-welding powders or, as spray-weldable powders, but the term “self-fluxing alloy powder 1 ”, which is generally used here, is intended to denote these materials. Self-flowing alloy powders of the I-nickel or I-nickel / chromium type which contain boron and silicon are particularly preferred. In addition to the base metal, i.e. nickel and / or cobalt, and the flowing constituents, the powders can also contain additional alloy constituents, for example up to 20 % chromium, in order to ensure corrosion resistance and oxidation resistance, carbon in amounts of a few percent by weight, iron up to a maximum of 10% by weight and preferably at most 5 percent by weight, based on the total weight of the alloy.
Ein charakteristisches selbstfließendes Legierun~spulver des Bor/Hickel-Typs besteht aus 0,7 bis 1 Gew.-;& Kohlenstoff, 3,5 bis 4,5 Gew.-# Silicium, 2,75 bis 3,75 Gew.-% Bor, 3 bis 5 Gev;.-$ö Eisen und bis 18 Gew.-^ Chrom, beispielsweise 16 bis 18 Gew.-fa, wobei Nickel den Rest ausmacht.A characteristic self-flowing alloy prof ~ spulver of boron / Hickel type consists of 0.7 to 1 wt .-; & carbon, 3.5 to 4.5 wt .- # silicon, 2.75 to 3.75 wt -%. Boron, 3 to 5 percent by weight iron and up to 18 percent by weight chromium, for example 16 to 18 percent by weight, with nickel making up the remainder.
Eine charakteristische Spritzschweißlegierung auf Kobaltbasis enthält beispielsweise 1,5 bis 3 Gew.-# Bor, 0 bis 4,5 fo Silicium, 0 bis 3 Gew.-% Kohlenstoff, 0 bis 20 % Chrom, 0 bis 30 c/o Nickel, 0 bis 20 % Molybdän, 0 bis 20 % Wolfram, Rest: Kobalt.A typical injection welding cobalt-based alloy containing for example, 1.5 to 3 wt .- # boron, 0 to 4.5 silicon fo, 0 to 3 wt .-% carbon, 0 to 20% chromium, 0 to 30 c / o nickel, 0 up to 20 % molybdenum, 0 to 20 % tungsten, remainder: cobalt.
Die selbstfleießenden und die Eisen-Molybdän-Legierungspulver sollen im allgemeinen eine Teilchengröße unterhalb 175 Mikron· biöitzen. Spritzt man entsprechend einer besonderen Ausführungsfortn der Erfindung mit einer Plasmaflamme'The self-fluxing and the iron-molybdenum alloy powder should generally have a particle size below 175 microns. If you spray according to a special one Implementation of the invention with a plasma flame '
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auf, so soll die Teilchengröße zwischen 0,5 und 175 Mikron liegen. Wie bei Flammspritzpulvern üblich, wird ein engerer Teilchengrößenbereich bevorzugt, uno. zwar innerhalb des feineren oder gröberen Anteils dieses weiten Bereichs. Die s.elbstfüeßende Legierung soll vorzugsweise eine -Teilchengröße von 15 bis 62 Mikron besitzen, die Eisen-Molybdän-Legierung Vorzugs v/eise eine solche zwischen 15 und 88 Mikron. Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Teilchengröße beider Pulver in einer Mischung 5 bis 20 Mikron ausmacht.the particle size should be between 0.5 and 175 microns lie. As is customary with flame spray powders, a narrower particle size range is preferred, uno. within the finer or coarser portion of this wide range. The self-supporting alloy should preferably have a particle size from 15 to 62 microns, the iron-molybdenum alloy Preferably between 15 and 88 microns. It is particularly useful if the particle size of both powders in a mixture is 5 to 20 microns.
Das hochschmelzende, Molybdän enthaltende Pulver soll vorzugsweise in Mengen von 15 bis 3Ö Gew.-iä oder alternativ 70 bis 90 Gev;.-/'j vorliegen, bezogen auf das Gesamtgewicht der Mischung aus 'hochschmelzendem Pulver und selbstfliessendem Legierun^spulver. Die Pulvermischung der Erfindung wird vorzugsweise als solche aufgespritzt, man kann sie aber auch in Mischung oder gemeinsam mit anderen hochschmelzenden Pulvern anwenden, wie mindestens einem der Metalle wolfram, Hhenium, Tantal, iriob und/oder deren Legierungen, Molybdän allein oder in anderer Veise, wie vorstehend beschrieben cit Eisen legiert. Als Zusätze eignen sich auch Aluminium oder feuerbeständige Carbide, wie Wolframcarbid, lantalcarbid, Titancarbid usw. mit oder ohne eine aus Kobalt und/oder liickel bestehende Einbettmasse, außerdem feuerbeständige Oxide, wie Aluminiumoxid oder Zirkonoxid, Molybdändisilicid, Pulver aus exotherm miteinander reagierenden Bestandteilen zusammengesetzter Einzelteilchen, wie sie in der USA-Patentschrift 3 322 515 beschrieben sind, usw. Die Pulvermischung der Erfindung kann beispielsweise aufgespritzt werden in Mengen von 5 Dis 95 Gew.-/j oder vorzugsweise 10 bis 90 Gew.-;S, bezogen auf das Gesamtgewicht der Mischung, wobei- der liest aus dem zugesetzten anderen Flammspritzmaterial besteht.The refractory powder containing molybdenum should preferably be in quantities of 15 to 30 wt% or alternatively 70 to 90 Gev; .- / 'j are present, based on the total weight the mixture of 'high-melting powder and self-flowing Alloy powder. The powder mixture of the invention is preferably sprayed on as such, it can be used but also use in a mixture or together with other high-melting powders, such as at least one of the Metals tungsten, hhenium, tantalum, iriobium and / or their Alloys, molybdenum alone or in other Veise, as described above cit iron alloyed. As additives Aluminum or fire-resistant carbides such as tungsten carbide, lantalum carbide, titanium carbide, etc. are also suitable or without an investment made of cobalt and / or liickel, also fire-resistant oxides, such as aluminum oxide or zirconium oxide, molybdenum disilicide, powder from exothermic reacting constituents of composite individual particles, as described in the United States patent 3 322 515 are described, etc. The powder mixture of the Invention can, for example, be sprayed on in quantities of 5 Dis 95 wt .- / j or preferably 10 to 90 wt .-; S, based on the total weight of the mixture, whereby the reading consists of the other added flame spray material.
Die PuIvermischung wird vorzugsweise jiit Hilfe einer PuI-ver-Flamir.apritzpistole aufgespritzt, beispielsweise ein Verbrennungsgas arbeitenden Flamnspritzpistole, wobei £ The powder mixture is preferably sprayed on with the aid of a powder spray gun, for example a flame spray gun that works with combustion gas, where £
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doch Teraperaturbedingungen eingehalten werden müssen, de das Aufschmelzen des hochschmelzendcn Ketallpulverbestandteils sicherstellen. Aus diesem Grund muß die Temperatur in der Heizzone oberhalb 2 2040C ujid vorzugsweise oberhalb 3 8710G liegen. Hach einer bevorzugten AU-sführungsform der Erfindung spritzt man mit Hilfe einer Plasmaflamnspritspistole, beispielsweise ^enes Typs, bei welchem eine Plasnaflanme erzeugt wird, indem man einen elektrischen Lichtbogen in einer Düse mit einem plasmabildenden Gas zusammenfaßt, beispielsweise mit Stickstoff oder Argon allein oder in Mischung mit Wasserstoff.however, temperature conditions must be adhered to in order to ensure the melting of the high-melting ketallic powder component. For this reason, the temperature in the heating zone must be above 2 204 0 C and preferably above 3 871 0 G. A preferred embodiment of the invention is used to spray with the aid of a plasma flame spray gun, for example a type in which a plasma flame is generated by combining an electric arc in a nozzle with a plasma-forming gas, for example with nitrogen or argon alone or in a mixture with hydrogen.
Die USA-Patentschrift 2 960 594 beschreibt Spritzpistolen, die auf diese Art eine Plasmaflamme erzeugen.U.S. Patent 2,960,594 describes spray guns, which create a plasma flame in this way.
Das Aufspritzen läßt sich auch unter Anwendung einer Draht-Flammspritzpistole durchführen, wobei die Pulvermischung in Form eines Spritzdrahtes oder Spritzstabes durch ein Bindemittel zusammengehalten wird, beispielsweise einen synthetischen Kunststoff. (Vgl. USA-Patentschrift 2 570 649).. Bei der Beschreibung der Erfindung soll der Ausdruck "Pulver" allgemein nicht nur in loser Form vorliegendes Pulver bezeichnen, sondern auch in gebundener Form vorliegendes Fulver. In letzterem Fall muß die Draht spritzpistole eine !Plannte von ausreichender Temperatur liefern, um das hochschmelzende Metall aufzuschmelzen, beispielsweise eine Pljasmaflamme. Außer dem Aufspritzen von einfachen Mischungen der in Pulverform vorliegenden Einzelbestandteile kann man auch zusammengesetzte Einzelteilchen aufspritzen, die sowohl die Eisen-Molybdän-Legierung als auch die selbstfließende Legierung enthalten, wobei dann ein aus solchen Eiiizelteilchen bestehendes Pulver angewandt wird. Zum Beispiel kann man Eisen-Molybdän-Teilchen der beschriebenen Art anwenden, die jedoch mit einem aus feineren Teilchen der selbstfließenden Legierung bestehenden Teilchen umhüllt sind. Bei dieser Ausführungform können die Teilchen der selbstfließenden Legierung in Fonn eines sehr feinen PulversSpraying can also be done using a wire flame spray gun perform, with the powder mixture in the form of a spray wire or spray rod through a Binder is held together, for example a synthetic plastic. (See U.S. Patent 2,570,649). In describing the invention, the term "powder" is generally not intended to mean just powder in bulk refer to, but also Fulver present in bound form. In the latter case, the wire spray gun must have a ! Supply a plan of sufficient temperature to melt the refractory metal, for example a Plasma flame. Except for spraying simple mixtures the individual components present in powder form can also be sprayed on with composite individual particles which both the iron-molybdenum alloy and the self-fluxing one Alloy, in which case a powder consisting of such egg particles is used. For example iron-molybdenum particles of the type described can be used, but with one of finer particles of the self-fluxing alloy existing particles are encased. In this embodiment, the particles can self-fluxing alloy in the form of a very fine powder
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oder Staiibs von einer Teilchengröße zwischen 0,5 und. 25 Mikron, Vorzugspreise zwischen 1 und 10 Mikron, angewandt v;erden. Diese feinen Teilchen lassen sich auf die Oberfläche der Teilchen der Eisen-Molybdän-Legierung beispielsweise mit einem Bindemittel, v/ie einem phenolischen Harz, aufbringen. Auch andere organische Bindemittel lassen sich anwenden, desgleichen ist eine einfache thermische Bindung oder eine auf irgendeine andere Art sichergestellte Bindung auf den Einzelteilchen der Eisen-Molybdän-Legierung möglich.or staiibs of a particle size between 0.5 and. 25 microns, preferential prices between 1 and 10 microns, applied v; ground. These fine particles can be applied to the surface of the particles of iron-molybdenum alloy for example with a binder, v / ie a phenolic Resin. Other organic binders can also be used, as is a simple thermal one Bond or any other type of bond on the individual particles of the iron-molybdenum alloy possible.
Alternativ können auch die Einzelteilchen aus Teilchen einer seibstfließenden Legierung von geeigneter Teilchengröße bestehen, die mit feineren Teilchen der Eisen-Molybdän-Legierung umschichtet sind. In diesem Fall nüssen die letzteren Teilchen in Form eines sehr feinen Pulvers oder Staubes vorliegen und eine Teilchengröße von 0,5 bis 25 Hikron und vorzugsweise 1 und 10 Mikron besitzen. Als gegebenenfalls anzuwendende Bindemittel kommen die vorstehend erwähnten infrage.Alternatively, the individual particles can also consist of particles of a self-flowing alloy of suitable particle size exist, which are coated with finer particles of the iron-molybdenum alloy. In this case nuts the latter particles are in the form of a very fine powder or dust and have a particle size of 0.5 to 25 microns, and preferably 1 and 10 microns. As binders to be used, if applicable, come the question mentioned above.
Das Pulver kann auch aus zusammengesetzten einzelnen Körnern bestehen, die Unterteilchen sowohl aus der selbstfließenden Legierung als auch aus der Eisen-Molybdän-Legierun^ enthalten. Diese Pulverteilchen können in Form eines sehr feinen Pulvers oder Staubes mit einer Teilchengröße zwischen 0,5 und 25 Mikron, vorzugsweise 1 und 10 Mikron, vorliegen. Die zusammengesetzten Körner können nach in der Pulvermetallurgietechnik üblichen Methoden verformt, brikettiert oder tablettiert worden sein, wobei mit oder ohne Bindemittel gearbeitet wurde. Sie lassen sich aber auch durch Spritζtrocknung entsprechend der USA-Patentschrift 3 617 358 erhalten.The powder can also be composed of individual Grains consist of subparticles from both the self-flowing Alloy as well as from the iron-molybdenum alloy contain. These powder particles can be in the form of a very fine powder or dust with a particle size between 0.5 and 25 microns, preferably 1 and 10 microns. The compound grains can be deformed, briquetted or tabletted according to methods customary in powder metallurgy technology, whereby was worked with or without a binder. But they can also be dried by spraying according to the U.S. Patent 3,617,358 obtained.
In allen übrigen Beziehungen wird d^s Aufspritzen in bekannter and üblicher weise durchgeführt, insbesondere, soweit das Aufspritzen mit Hilfe einer Plasmaflammspritzpistole erfolgt.In all other respects the spraying becomes more familiar and usually carried out, especially as far as the spraying with the help of a plasma flame spray gun he follows.
409830/0&27 - 9 -409830/0 & 27 - 9 -
Die Beläge lassen sich auf übliche Unterlagen aufbringen, beispielsweise solche aus Eisen- und Stahllegierungen für alle Zwecke, bei denen eine verschleißfeste und/oder belastungSiiiderstandsfähige Oberfläche erforderlich ist. Beläge mit einer Stärke von 12,7 Mikron bis 3> 17-5 cm und vorzugsweise zwischen 51 und 762 Mikron lassen sich ausbilden und sind äußerst brauchbar als verschleißfeste Oberflächen, beispielsweise für Kolbenringe von Verbrennungskraftmaschinen. Die entsprechend der Erfindung aufgebrachten Beläge haben sich auch sehr bewährt für Kurbelwellen, UaIζenzapf „en, Lagerhülsen, Laufradwellen, Zahnradzapfen, ölpumpenlaufräder, Förderschnecken, Draht- oder Seilkapseln, 3r'emstrommeln, Aus£rückgabeln, Abstreifmesser, Fadenführer, Ackerbauwerkzeüge, Motorwellen, Drehbankbahnen, Drehbankspitzen und.SchleifZentrierungen, Stößel," Zylinderauskleidungen. Die zu überziehende Oberfläche sollte in,an sich bekannter und üblicher V/eise vorbehandelt werden, beispielsweise durch Aufstrahlen von Stahlgrieß mit Luft unter einem Druck von 7 kg/cm oder durch Oberflächenbehandlung auf anderen bekannten Vegen, beispielsweise durch Aufrauhen, Beschichten usw. Man kann auch ein übliches, die 3indung zwischen Belag und Unterlage verstärkendes Material anwenden, wie flammgespritztes Molybdän, eine Molybdänlegierung oder Kickelaluminid, wie in der USA-Patentschrift 3 322 515 beschrieben. Außer Eisen und Stahl können auch Kupfer, Messing, Aluminium, Titan, Molybdän oder andere Materialien, deren Oberfläche sich für das Flammspritzen nach bekannten"Methoden eignet, mit dem -Flammspritzpulver und unter Anwendung der Arbeitsweise der Erfindung überzogen werden.The coverings can be applied to common substrates, for example those made of iron and steel alloys for all purposes for which a wear-resistant and / or load-resistant Surface is required. Deposits with a thickness of 12.7 microns to 3> 17-5 cm and preferably between 51 and 762 microns can be formed and are extremely useful as wear-resistant Surfaces, for example for piston rings in internal combustion engines. The applied according to the invention Linings have also proven very useful for crankshafts, UaIζenzapf "s, bearing sleeves, impeller shafts, gear journals, oil pump impellers, screw conveyors, wire or Rope capsules, 3-arm drums, return forks, scraper knives, Yarn guides, farming tools, motor shafts, lathe tracks, lathe centers and grinding centers, Plungers, "cylinder linings. The surface to be coated should be pretreated in a conventional manner known per se , for example by blasting steel shot with air under a pressure of 7 kg / cm or by surface treatment on other known Vegen, for example by roughening, coating, etc. One can also use a common material that reinforces the bond between the base and the base, such as flame-sprayed Molybdenum, a molybdenum alloy or kickelaluminide, such as in U.S. Patent 3,322,515. Except Iron and steel can also be copper, brass, aluminum, titanium, molybdenum or other materials whose surface is suitable for flame spraying according to known "methods, with the flame spraying powder and using the procedure of the invention are covered.
Obgleich die erfindungsgemäß erhaltenen Beläge unmittelbar in dem aufgespritzten Zustand an die Stelle der nach dem Spritsschweiiverfahren unter Anwendung von zwei Arbeitsstufen erhaltenen Beläge treten können, sind sie doch mit diesen verschmolzenen Belägen niuht identisch und in ge-Although the coverings obtained according to the invention are immediate in the sprayed-on state can take the place of the coverings obtained after the spray welding process using two work stages, they are with these fused coverings are not identical and
- IO 409830/0827 - IO 409830/0827
- ίο -- ίο -
wisser Hinsicht diesen sogar überlegen. Sie unterscheiden sich strukturell darin,, daß die Einzslteilchen des hochschiaelsenden Metalls gewöhnlich in metallographisch präparierten Bereichen individuell identifiziert werden können, und daß außerdem die Porosität höher liegt. Obgleich die Überzüge entsprechend der Erfindung keine anschließende Verschmelzung erfordern und im allgemeinen ohne eine solche angewandt werden, kann man sie doch in manchen Fällen noch zusammenschmelzen oder durch Hitze nachbehandeln, um einen gewünschten hochschmelzenden Legierungsbelag zu erzielen.in some respects even superior to these. They make a difference structurally in the fact that the individual particles of the Hochschiaelsenden Metal can usually be individually identified in metallographically prepared areas, and that the porosity is also higher. Although the No subsequent coatings according to the invention Merging, and generally used without it, may in some cases be used still melt together or post-treat with heat in order to to achieve a desired refractory alloy coating.
Die nachstehenden Beispiele veranschaulichen die Erfindung, wobei alle Kengenangaben als Gewichtsangaben anzusehen sind, soweit nichts anderes anregeben ist.The following examples illustrate the invention, all specifications being taken as weight specifications unless otherwise indicated.
Es wurden Flammspritzpulver hergestellt aus 25 % eines selbstfließenden Legierungspulvers und 75 ?j verschiedener hochschaelzender Pulver, wonach die Mischungen unter besonderen Bedingungen auf eine Flußeisenplatte aufgespritzt wurden unter Erzeugung von Belägen, die dann untersucht wurden.Were prepared from 25% of a self-fluxing alloy powder and 75? J different hochschaelzender powder flame spray powder, after which the mixtures were sprayed under particular conditions to a Flußeisenplatte to produce coatings, which were then examined.
Die genaue Zusammensetzung der verschiedenen angewandten Pulver ist nachstehend angegeben:The exact composition of the various applied Powder is given below:
Selbstfließende Legierung, Teilchengröße 15 bis 22Self-fluxing alloy, particle size 15 to 22
Mikron.Micron.
Gewichts-%Weight%
3 · 5,53 x 5.5
Si 4-Si 4-
Je 4- depending 4-
Cr 17Cr 17
C ' 1,0C '1.0
Restrest
- 11 409830/0827 - 11 409830/0827
-.11 Hocfeschrnelsende Pulver -.11 Hocfeschrnelsende powder
a) Sinen-I'iolybdän-Legierung; Teilchengröße: 44 bisa) sine-i-olybdenum alloy; Particle size: 44 to
14Q. riikron.14Q. riikron.
Ho ^62,5Ho ^ 62.5
C ' ". 0,075C '". 0.075
Si 0,83Si 0.83
Cu 0,09Cu 0.09
S 0,11S 0.11
p 0,032p 0.032
Pe Rest b) Eisen-Chrom-Legierung; ShieldalloyPe remainder b) iron-chromium alloy; Shieldalloy
Cr 66,7Cr 66.7
C 6,4C 6.4
Si 2Si 2
Pe RestPe rest
c) Chromc) chromium
Cr 99,9Cr 99.9
d) Molybdän . 44 bis 88 Mikron.d) molybdenum. 44 to 88 microns.
Die Pulver wurden, wie angegeben, miteinander vermischt und unter den in der nachstehenden Tafel I angegebenen Bedingungen aufgespritzt, wobei Beläge erhalten wurden, die hinsichtlich der Abriebbeständigkeit wie folgt getestet wurden:The powders were mixed together as indicated and among those indicated in Table I below Sprayed on conditions to obtain coverings which were tested for abrasion resistance as follows became:
1.) Man mißt die Dicke der Prüfknöpf0 (einschließlich Belag) an vier Stellen unter Verwendung eines Supermikrometers und notiert die Heßwerte. (Man kennzeichnet die vier Stellen1.) Measure the thickness of the test buttons (including the covering) in four places using a super micrometer and noted the measured values. (The four places are marked
- 12 409830/0827 - 12 409830/0827
240181?240181?
für eine anschließende Messung durch Anbringen von Markierungen oder Zahlen am Umfang des Knopfes).for a subsequent measurement by adding markings or numbers to the circumference of the button).
2.) Man wiegt jeden Knopf genau mit einer Analysenwaage und notiert das Gewicht.2.) Each button is weighed exactly with an analytical balance and notes the weight.
3.) Man setzt einen Antriebsmechanismus in die Spindel einer Bohrmaschine ein.3.) A drive mechanism is inserted into the spindle of a drilling machine.
4.) Man stellt eine Tafelwaage auf den Tisch der Bohrmaschine, zieht den Arm (Handgriff) der Bohrmaschine nach unten in eine waagerechte Lage und legt ihn in dieser Lage fest.'4.) You put a table balance on the table of the drill, pull the arm (handle) of the drill down into a horizontal position and fixes it in this position. '
5.) Man hebt den Tisch der Bohrmaschine bis der Antriebsmechanismus eine Belastung von 11,34· kg auf der Tafelwaage anzeigt.5.) Lift the table of the drill up to the drive mechanism a load of 11.34 kg on the table scales indicates.
6.) Man entriegelt die Spindel der Bohrmaschine, hängt an deren Arm ein Gewicht an einer solchen Stelle, daß die Skala 11,34- kg anzeigt, und markiert die Stelle, wo die Skala diesen Wert anzeigt am Arm der Bohrmaschine.6.) You unlock the spindle of the drill, a weight hangs on its arm in such a place that the The scale shows 11.34 kg and marks the point where the scale shows this value on the arm of the drill.
7.) Man entfernt die Waage.7.) You remove the scales.
8.) Man hebt die Spindel an unlersetzt den Einstellstift durch einen Blindstift von 31»75 mm.8.) The spindle is lifted and the setting pin is replaced with a blind pin of 31 »75 mm.
9·) Man stellt zwei Prüfknöpfe auf eine Schleißspur, senkt die Spindel, bis die Mitnehmerstifte in die Mitnehmerlöcher in den Knöpfen greifen, und verriegelt ohne Belastung der Knöpfe-9 ·) You put two test buttons on a wear track, lowers the spindle until the driver pins engage in the driver holes in the buttons, and locks without loading the Buttons-
10.) Man schaltet die Bohrmaschine ein, gießt in die Schale eine gut gemischte Aufschlämmung von Aluminiumoxidschleifpulver (Metco 101), Teilchengröße 15 bis 53 Mikron, in einer Aufschlämmung von 25 g Schleifmittel in 200 ml10.) Turn on the drill, pour a well mixed slurry of alumina abrasive powder into the bowl (Metco 101), particle size 15 to 53 microns, in a slurry of 25 g abrasive in 200 ml
4CT9830/08 27 - 13 -4CT9830 / 08 27 - 13 -
leichtern Maschinenöl und löst die Verriegelung der Spindel , so daß die Belastung von 11,34 kg auf den Prüfknöpfen ruht. Dabei notiert man die Anfangszeit.Lighten machine oil and release the lock of the spindle, so that the load of 11.34 kg on the test buttons rests. The starting time is noted.
11.) Man läßt den Test 20 Min. ablaufen.11.) The test is allowed to run for 20 minutes.
12.) Man entfernt die Prüfknöpfe und wäscht sie in einem Lösungsmittel. Man wiegt sie, mißt die Dicke und notiert die Meßwerte zum Vergleich mit den ursprünglichen Werten.12.) Remove the test buttons and wash them in one Solvent. Weigh it, measure its thickness and record the readings for comparison with the original values.
Die Härtezahlen werden nach der Rockwell-Standard-Härteprüfmethode (Ra-Maßstab) oder dem Härteprüfverfahren nach Knoop bei 50 g Belastung (KHITj-q) ermittelt. Die Messung der Porosität erfolgte mit Hilfe einer in der · metallographischen Technik bekannten Standard-Methode. Die Testergebnisse sind gleichfalls in Tafel I aufge- . führt.The hardness numbers are determined using the Rockwell standard hardness test method (Ra scale) or the hardness test method determined according to Knoop at 50 g load (KHITj-q). the The porosity was measured with the aid of a metallographic technology known standard method. The test results are also shown in Table I. leads.
Obgleich eine verhältnismäßig hohe Porosität von 5,5 % vorliegt, ist ersichtlich, daß die Verschleißfestigkeitsergebnisse unter Verwendung des Pulvers (a), das der Erfindung entspricht, überraschenderweise den anderen ausgeprüften Substanzen weit überlegen sind. Die Eisen/ Molybdän enthaltende Mischung war die einzige, die eine gewünschte Kombination von Porosität bei ausgezeichneter Verschleißfestigkeit zeigte.Although there is a relatively high porosity of 5.5 % , it can be seen that the wear resistance results using the powder (a) according to the invention are surprisingly far superior to the other substances tested. The iron / molybdenum containing mixture was the only one that showed a desired combination of porosity with excellent wear resistance.
Die zum Aufspritzen benutzte Spritzpistole vom Typ Metco 3 MB ist eine übliche Plasma-Flammspritzpistole, die ein Gehäuse mit axialer Kathode aufweist, die von einer als Düse ausgebildeten Ringanode umgeben ist. Ein hoher Lichtbogenstrom wird zwischen den Elektroden ausgebildet und ein erstes Gas durchströmt die" Pistole und aus der Düse heraus, das durch den Lichtbogen zum Plasma erhitzt wird. Unmittelbar hinter dem Düsenaustritt wird aus-einem Vorratsgefäß in einem zweiten Gas (Trägergas) Pulver etwa radial in dieses erste Gas eingeführt, um durch Plasma erhitzt und aufgeschleudert zu werden. ■The Metco 3 MB type spray gun used for spraying is a common plasma flame spray gun that uses a Has housing with an axial cathode which is surrounded by a ring anode designed as a nozzle. A high one Arc current is established between the electrodes and a first gas flows through and out of the gun Nozzle, which is heated to plasma by the arc. Immediately behind the nozzle outlet, one becomes Storage vessel in a second gas (carrier gas) powder introduced approximately radially into this first gas in order to through plasma to be heated and centrifuged. ■
A 0*9 830/0827 -A 0 * 9 830/0827 -
Tafel IPanel I.
Mischungen aus 75 % cLes hochschmelzenden Pulvers und 25 ^o des Pulvers der selbstfließenden LegierungMixtures of 75 % cLes high-melting powder and 25 % of the powder of the self-fluxing alloy
Chrom• iron /
chrome
dän m. etwas
KohlenstoffIron / molyb
Danish something
carbon
Typ Metco 3 MB)(SOritz pistol
Type Metco 3 MB)
schwindigkeitNo / lLj flow rate
speed
digkeit des zwei
ten Trägergases
(1/Std.)Flow velocity
age of two
th carrier gas
(1 H.)
Auftragsgeschwindigkeit (kg/Std.) 2,72-3,63 2,72-3,63 4,54-9,07 5,44-5,9 Spritzabstand (cm) 5,1 - 7,6 5,1 - 7,6 5,1 - 7,6 10,2 Meßrad S S .S SApplication speed (kg / hour) 2.72-3.63 2.72-3.63 4.54-9.07 5.44-5.9 Spray distance (cm) 5.1 - 7.6 5.1 - 7.6 5.1 - 7.6 10.2 Measuring wheel S S .S S
KHITO150 ) Phase
^ kleine
PhaseMicro hardness e,) large e
KHITO 150 ) phase
^ small
phase
858646
858
735963
735
krohärte ) Sr-™ase
KHN50 ) kl. ft Powder / mi) p .
hardness) S r - ™ ase
KHN 50 ) kl. ft
9121563
912
11981129
1198
% der StandardprobeWeight loss,
% of the standard sample
der StandardprobeLoss of thickness, %
the standard sample
409830/0827409830/0827
- 15 -- 15 -
Die Bezeichnung "Pulveraustritt Nr. 2" charakterisiert bei der angewandten Metco-Plasinaflammspritzpistole 3 MB die Lage des Austritts des zweiten Trägergases und des Pulvers in Längsrichtung der Kathode.The designation "powder outlet no. 2" characterizes it with the applied Metco plasma flame spray gun 3 MB shows the position of the outlet of the second carrier gas and the powder in the longitudinal direction of the cathode.
Die Härteprüfungen erfolgten nach Standardmethoden, die beschrieben sind inr "Research Laboratory Report" Kr. 106, "Evalution methods and equipment for flame spray coatings", der von der Metco Inc., Vestbury/ New York 1150, veröffentlicht worden ist.The hardness tests were carried out according to standard methods, which are described in the "Research Laboratory Report" Kr. 106, "Evaluation methods and equipment for flame spray coatings," available from Metco Inc., Vestbury / New York 1150, has been published.
BeiSOiel 2At Soiel 2
Anstelle der Eisen-MoIybdän-Legierung des Beispiels 1 wurde eine hoch-kohlenstoffhaltige Eisen-Molybdän-Legierung von etwa derselben ^älchengrößenverteilung und Kosten angewandt, die jedoch nachstehender Analyse entsprach:Instead of the iron-molybdenum alloy of Example 1 became a high carbon iron-molybdenum alloy of about the same elbow size distribution and cost applied, which however corresponded to the following analysis:
Der aufgespritzte Belag hatte eine Verschleißfestigkeit, die fast gleich gut derjeniger eines Belages war, in dem Molybdän allein als hochschmelzende Substanz vorlag. Es war eine leichte Neigung zum Anfressen im trocknen Zustand festzustellen, die offensichtlich das Ergebnis einer in einer größeren Partikel enthaltenden Karbidphase darstellte; es wird angenommen, daß diese Tendenz ausgeschaltet sein würde, wenn die Karbidphase in kleineren Teilchen vorliegt.The sprayed-on coating had a wear resistance that was almost as good as that of a coating in which Molybdenum was present alone as a high-melting substance. There was a slight tendency to seize when dry note which was apparently the result of a carbide phase contained in a larger particle; it is believed that this tendency would be eliminated if the carbide phase were present in smaller particles.
AO9830/0827AO9830 / 0827
In Vergleichcversuchen ohne die selbstfließende Legierung
zeigten die Beläge aus einer hoch-kohlenstoffhaltigen Eisen-Molybdän-Legierung eine hohe Makrohärte
(Eo 65 - 72) und waren verhältnismäßig porös. Sie enthielten
carbidartige Teilchen mit einer Mikrohärte von 174Ό bis 2 503 KHIi50. Bei der Prüfung in wässrigem Schlamm
verschlissen sie zweimal so schnell als die Beläge aus 75 % Molybdän und 25 % selbstfließender Legierung. Die
Prüfung auf Anfressen in der Trockene zeigte tiefe Risse in der gegossenen Eisenplatte.In comparative tests without the self-fluxing alloy, the coatings made of a high-carbon iron-molybdenum alloy showed a high macro-hardness
(Eo 65 - 72) and were relatively porous. They contained carbide-like particles with a microhardness of 174Ό to 2,503 KHIi 50 . When tested in aqueous mud, they wear out twice as quickly as the linings made of 75 % molybdenum and 25% self-fluxing alloy. The test for pitting in the dry showed deep cracks in the cast iron plate.
Beläge aus aufgespritztem Eisen/Molybdän mit niedrigem
Kohlenstoffgehalt, d.h. solche, die keine selbstfließende Legierung enthielten, zeigten bei der Prüfung einen wesentlich
schnelleren Abrieb in wässrigem Schlamm als die
Mischung.Deposits made of sprayed-on iron / molybdenum with a low carbon content, ie those that did not contain a self-fluxing alloy, showed significantly faster abrasion in aqueous sludge than that in the test
Mixture.
409830/08 2 7409830/08 2 7
Claims (8)
daß man den aufgespritzten Belag anschließend noch durch Erhitzen zusammenschmilzt.9.) Method according to claim 8, characterized in that
that the sprayed-on coating is then melted together by heating.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| 8141 | Disposal/no request for examination |