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EP0389959A1 - Verfahren zum Herstellen von verschleiss- und korrosionsbeständigen Schutzschichten - Google Patents

Verfahren zum Herstellen von verschleiss- und korrosionsbeständigen Schutzschichten Download PDF

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EP0389959A1
EP0389959A1 EP90105401A EP90105401A EP0389959A1 EP 0389959 A1 EP0389959 A1 EP 0389959A1 EP 90105401 A EP90105401 A EP 90105401A EP 90105401 A EP90105401 A EP 90105401A EP 0389959 A1 EP0389959 A1 EP 0389959A1
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EP
European Patent Office
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layer
layers
alloy
sprayed
hard material
Prior art date
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EP90105401A
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English (en)
French (fr)
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EP0389959B1 (de
Inventor
Hans-Theo Steine
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ECG Immobilier SA
Original Assignee
Castolin SA
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Publication date
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Application granted granted Critical
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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING 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
    • C23C4/00Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/18After-treatment

Definitions

  • the invention relates to a method for producing wear-resistant and corrosion-resistant protective layers of variable composition by thermal spraying.
  • thermally sprayed wear and corrosion resistant layers has been known for a long time.
  • metals, alloys, hard materials and their mixtures are used.
  • the disadvantage of these layers is that the composition and the hard material content are determined by the spray material.
  • the purpose of the invention is now to produce wear-resistant and corrosion-resistant coatings in a wide range with regard to the composition and the stress, in which the position of the hard materials can be influenced in a certain range.
  • two or more thin layers of materials of different compositions with a predetermined layer thickness are sprayed on and then diffused at temperatures between 600 to 1200 ° C. to form a layer of a certain composition in the solid state and as a function of time.
  • the coating according to the invention is thus produced by layer-wise spraying on two or more layers of alloys based on Ni, Co and / or Fe with or without hard material intermediate layers, which are subsequently diffused with a heat treatment in a solid or partially liquid state to form a coating with the desired composition .
  • the variation in the composition of the coating is controlled via the layer thickness of the individual sprayed-on layers.
  • the range for the layer thickness must be between 0.02 to 0.5 mm, preferably 0.05 to 0.3 mm.
  • carbides, borides and / or silicides are used for the hard material intermediate layers.
  • the hard material layers mentioned can be constructed in such a way that different hard materials are used per layer.
  • the base and top layers An alloy of Ni, Co and / or Fe is used for the base and top layers;
  • the sprayed-on alloy layer (s) advantageously consist of a Ni-based alloy or a Co-based alloy.
  • the sprayed-on alloy layers in a coating should consist of different alloys of Ni, Co and / or Fe base.
  • the intermediate layers from metals such as chromium, molybdenum and / or tungsten.
  • the diffusion process can be carried out in a vacuum furnace or in a muffle furnace with or without protective gas in the temperature range from 600 to 1200 o C depending on the layer structure and alloy.
  • a protective coating against fretting should be applied to a machine part.
  • the diffusion process was carried out in a vacuum oven at a negative pressure of 10 ⁇ 2 Torr in the temperature range from 900 to 1100 o C for about 30 minutes.
  • Example I The same preparations and coatings as in Example I were selected, with the difference that the spraying was carried out with a plasma flame spray gun and the diffusion process was carried out in a muffle furnace with protective gas for 10 minutes.

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Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen von verschleiß- und korrosionsbeständigen Schutzschichten durch thermisches Spritzen soll dadurch verbessert werden, daß zwei oder mehrere dünne Schichten aus Werkstoffen verschiedener Zusammensetzung mit vorbestimmter Schichtstärke aufgespritzt sowie anschließend bei Temperaturen zwischen 600 bis 1200<o> C zur Bildung einer Schicht bestimmter Zusammensetzung diffundiert werden. Dabei sollen die Schichtdicken im Bereich von 0,02 bis 0,5 mm, bevorzugt 0,05 bis 0,3 mm, liegen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von verschleiß- und korrosionsbeständigen Schutzschichten variabler Zusammensetzung durch thermisches Spritzen.
  • Das Herstellen von thermisch gespritzten verschleiß- und korrosionsbeständigen Schichten ist seit längerer Zeit bekannt. Hierbei werden Metalle, Legierungen, Hartstoffe und deren Gemische eingesetzt.
  • Der Nachteil dieser Schichten besteht darin, daß die Zusammensetzung sowie der Hartstoffanteil durch den Spritzwerkstoff vorgegeben ist.
  • Für Schichten, die nachträglich eingeschmolzen werden, können für die herkömmlichen Beschichtungsverfahren nur Legierungen auf der NiBSi-, NiCrBSi- und CoNiCrWBSI-Basis mit und ohne Hartstoffen verwendet werden.
  • Bei Schichten, die mit einem Legierung-Hartstoff-Gemisch hergestellt werden, besteht bislang keine Möglichkeit, die Lage der Hartstoffe in der Schicht zu beeinflussen.
  • Zweck der Erfindung ist es nun, verschleiß- und korrosionsbeständige Beschichtungen in einem weiten Bereich in Hinsicht auf die Zusammensetzung und die Beanspruchung herzustellen, bei denen die Lage der Hartstoffe in einem bestimmten Bereich beeinflußt werden kann.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe führt, daß zwei oder mehrere dünne Schichten aus Werkstoffen verschiedener Zusammensetzung mit vorbestimmter Schichtstärke aufgespritzt sowie anschließend bei Temperaturen zwischen 600 bis 1200o C zur Bildung einer Schicht bestimmter Zusammensetzung in festem Zustand sowie in Abhängigkeit von der Zeit diffundiert werden.
  • Die Herstellung der erfindungsgemäßen Beschichtung erfolgt also durch schichtweises Aufspritzen von zwei oder mehreren Schichten aus Legierungen auf Ni, Co und/oder Fe Basis mit oder ohne Hartstoffzwischenschichten, die nachträglich mit einer Wärmebehandlung in festen oder teilweise flüssigem Zustand zu einer Beschichtung mit gewünschter Zusammensetzung diffundiert werden.
  • Die Variation der Zusammensetzung der Beschichtung wird über die Schichtstärke der einzelnen aufgespritzten Schichten gesteuert. Der Bereich für die Schichtstärke muß zwischen 0,02 bis 0,5 mm, vorzugsweise 0,05 bis 0,3 mm, liegen.
  • Um eine gute Verschleißbeständigkeit zu erreichen, werden für die Hartstoffzwischenschichten Karbide, Boride und/oder Silicide verwendet. Außerdem können erfindungsgemäß die erwähnten Hartstoffschichten so aufgebaut werden, daß pro Schicht verschiedene Hartstoffe eingesetzt werden.
  • Für die Grund- und die Deckschicht wird eine Legierung aus Ni, Co und/oder Fe herangezogen; vorteilhafterweise bestehen die aufgespritzte/n Legierungsschicht/en aus einer Ni Basis Legierung oder aus einer Co Basis Legierung.
  • Im Rahmen der Erfindung liegt es zudem, daß die aufgespritzten Legierungsschichten in einer Beschichtung aus verschiedenen Legierungen aus Ni, Co und/oder Fe Basis bestehen sollen.
  • Auch ist es vorgesehen, die Zwischenschichten aus Metallen wie Chrom, Molybdän und/oder Wolfram zu fertigen. Der Diffusionsvorgang kann in einem Vakuumofen oder in einem Muffelofen mit oder ohne Schutzgas im Temperaturbereich von 600 bis 1200o C je nach Schichtaufbau und Legierung durchgeführt werden.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben ich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Beispiele.
  • Beispiel I
  • Auf ein Maschinenteil soll eine Schutzbeschichtung gegen Reibverschleiß aufgebracht werden.
  • Auf die durch Strahlen vorbereitete Oberfläche wurden mit einem Flammspritzgerät fünf Schichten einer Schichtstärke für die Legierungsschichten von 0,1 mm und die Hartstoffschichten von 0,2 mm in der Reihenfolge Legierungsschicht - Hartstoffschicht - Legierungsschicht - Hartstoffschicht - Legierungsschicht aufgespritzt. Als Legierungsschicht wurde für die Grund- und Deckschicht eine NiCrBSI Legierung verwendet. Und für die Zwischenschicht eine NiCr Legierung. Die zwei Hartstoffschichten bestanden aus Wolframkarbid.
  • Der Diffusionsvorgang wurde im Vakuumofen bei einem Unterdruck von 10⁻² Torr im Temperaturbereich von 900 bis 1100o C während etwa 30 min durchgeführt.
  • Beispiel II
  • Es wurden die gleichen Vorbereitungen und Beschichtungen wie im Beispiel I gewählt mit dem Unterschied, daß das Aufspritzen mit einer Plasmaflammspritzpistole erfolgte und der Diffusionsvorgang in einem Muffelofen mit Schutzgas während 10 min durchgeführt wurde.

Claims (11)

1. Verfahren zum Herstellen von verschleiß- und korrosions­beständigen Schutzschichten durch thermisches Spritzen,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwei oder mehrere dünne Schichten aus Werkstoffen verschiedener Zusammensetzung mit vorbestimmter Schicht­stärke aufgespritzt sowie anschließend bei Temperaturen zwischen 600 bis 1200o C zur Bildung einer Schicht be­stimmter Zusammensetzung in festem Zustand sowie in Ab­hängigkeit von der Zeit diffundiert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Diffusionszeit von zumindest 10 min, bevorzugt 30 min.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Schichtdicken im Bereich von 0,02 bis 0,5 mm, bevorzugt 0,05 bis 0,3 mm.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei der aufgespritzten Schichten aus einer Legierung und eine Schicht aus einem Hartstoff bestehen
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartstoffschicht zwischen den Legierungsschichten angeordnet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß für die Hartstoffschichten pro Schicht verschiedene Hartstoffe verwendet werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine ausgespritzte Hartstoffschicht aus Karbiden, Boriden und/oder Siliciden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Grund- und die Deckschicht aus einer Ni, Co und/oder Fe Legierung bestehen.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgespritzte/n Legierungsschicht/en aus einer Ni Basis Legierung oder aus einer Co Basis Legierung besteht/bestehen.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgespritzten Legierungsschichten in einer Beschichtung aus verschiedenen Legierungen aus Ni, Co und/oder Fe Basis bestehen.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch wenigstens eine Zwischenschicht aus Metallen wie Chrom, Molybdän und/oder Wolfram.
EP19900105401 1989-03-28 1990-03-22 Verfahren zum Herstellen von verschleiss- und korrosionsbeständigen Schutzschichten Expired - Lifetime EP0389959B1 (de)

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