DE10324713A1

DE10324713A1 - Spritzwerkstoff zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit

Info

Publication number: DE10324713A1
Application number: DE2003124713
Authority: DE
Inventors: Erhard Dipl.-Ing. Scholz; René Dipl.-Ing. Scholz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-05-30
Filing date: 2003-05-30
Publication date: 2004-12-16

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Spritzwerkstoff in Form von Fülldrähten oder Füllbändern zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit von auf Verschleiß und Korrosion beanspruchten Funktionsoberflächen im Leichtbau, bestehend aus einem metallischen Mantel und einem darin befindlichen pulverförmigen Füllmaterial, wobei dem Mantelwerkstoff und/oder dem Füllmaterial bis zu 50 Gewichtsprozent, vorzugsweise 5 bis 35 Gewichtsprozent, Si-Verbindungen oder reines Silizium zugesetzt sind, wobei das Füllmaterial aus Siliziumkarbid, Borkarbid, Titankarbid, Niobkarbid, Vanadiumkarbid, Wolframschmelzkarbid oder Chromkarbid in einem Kornbereich von 3,5 bis 400 mum einzeln oder als Gemisch besteht.

Description

Die Erfindung betrifft einen Spritzwerkstoff in Form von Fülldrähten oder Füllbändern zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit von auf Verschleiß und Korrosion beanspruchten Funktionsoberflächen im Leichtbau.

Die moderne Leichtbauweise, wie zum Beispiel der Motoren- und Getriebebau im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik, aber auch der Bau von Walzanlagen verlangt nach Leichtmetall-Legierungen, wobei die Gewichtseinsparung im Vordergrund steht. Die zyklische Belastung der Berührungsflächen führt daher zu Verschleißbeanspruchungen, denen Leichtmetall-Legierungen aufgrund ihrer spezifischen Eigenschaften nicht standhalten. Gemeint ist hier die Gefügeart und die fehlende Härte. Im Falle von Walzanlagen kann neben dem Verschleiß auch die korrosive Beanspruchung eine entscheidende Rolle spielen.

Leichtmetall-Werkstoffe besitzen außerdem eine geringe Beständigkeit gegen Abrasion oder Erosion / Kavitation.

Eine Möglichkeit des Verschleißschutzes ist das thermische Auftragsschweißen mittels Hartstoffen. Für Leichtmetalle können die in der Schweißtechnik üblicherweise verwendeten Karbide (Wolframschmelzkarbide, Chromkarbide, Niobkarbide oder Vanadiumkarbide) aufgrund ihrer hohen Dichte nicht eingesetzt werden, da diese Karbide stark seigern und sich am Grund der Beschichtung ablagern. Die Beschichtungen werden stark inhomogen und führen außerdem zu einer unerwünschten Gewichtszunahme.

Spritzwerkstoffe, die aus einer metallischen Komponente und Hartstoffen in Form von Karbiden bestehen, sind als homogene Legierung nicht verfügbar. Sie können aber als Fülldrähte in verschiedenen Ausführungen, wie zum Beispiel formgeschlossen, nahtlos als Rohr sowie auch als Flachfülldraht (Flachfüllband) hergestellt werden. Die Zusammensetzungen der Fülldrähte prägen die Eigenschaften und das Schweißverhalten bzw. das Auftragsverhalten.

Fülldrähte bzw. Füllbänder bestehen üblicherweise aus einem metallischen Mantel und einem in diesen eingebrachten Füllmaterial in Pulverform. Nachdem das Pulver in den metallischen Mantel, beispielsweise einem Rohr eingerüttelt und somit verdichtet wurde, wird der Mantel durch Ziehen oder Walzen auf einen vorgegebenen Enddurchmesser reduziert.

Das Aufbringen der Beschichtung kann bevorzugt mittels eines thermischen Spritzverfahrens, zum Beispiel durch ein autogenes Flammspritzverfahren oder Lichtbogen-Spritzverfahren, erfolgen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Spritzwerkstoff strukturell dahingehend zu verbessern, daß er über eine höhere Matrixhärte verfügt und durch eingelagerte Hartstoffe bezüglich der Verschleißfestigkeit verbessert wird.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß dem Mantelwerkstoff und / oder dem Füllmaterial bis zu 50 Gewichtsprozent, vorzugsweise 5 bis 35 Gewichtsprozent, Si-Verbindungen oder reines Silizium zugesetzt sind, wobei als Füllmaterial Siliziumkarbid, Borkarbid, Titankarbid, Niobkarbid, Vanadiumkarbid, Wolframschmelzkarbid oder Chromkarbid in einem Kornbereich von 3,5 bis 400 μm einzeln oder als Gemisch Verwendung findet.

Der Mantelwerkstoff besteht aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung oder einer Magnesium-Aluminium-Legierung.

Aus korrosions-chemischer Sicht kann dieser Mantelwerkstoff auch aus Kupfer, Chrom-, Chrom-Nickel oder Chrom-Nickel-Molybdän-Stahl bzw. Nickel bestehen. Die Härtesteigerung bzw. die Zugabe von Hartstoffen erfolgt über die Füllung des Mantels. Als Hartstoffe kommen die vorgenannten Karbide in Pulverform in Betracht. Das Füllmaterial kann als Gemenge, Agglomerat oder als Vorlegierung ausgeführt sein. Um eine bessere Fluß- und Benetzungsfähigkeit des Spritzwerkstoffes zu erzielen, wird ein höherer Si-Gehalt (bis 35 Gewichtsprozent) angestrebt, was sowohl über den Mantelwerkstoff als auch über das Füllmaterial (oder auch beides) realisiert werden kann.

Eine Gefahr der Inhomogenität durch Seigerung (Sedimentation) der schweren Karbide – wie vergleichsweise beim Schweißen – besteht infolge der Erstarrungsverhältnisse beim thermischen Spritzen nicht. Die schmelzflüssigen, kleinen Tropfen erzeugen kein Schweißbad, das heißt sie erstarren unmittelbar nach dem Auftreten auf den Grundwerkstoff.

Es ist dabei unerheblich, ob die Füllstoffe als Vorlegierung, Agglomerat oder Gemenge zum Einsatz gelangen. Neben den Füllstoffen in Pulverform können auch ein oder mehrere Drähte aus legierten Werkstoffen in den Mantel eingebracht werden.

Als Karbidgröße kommen solche von 3,5 bis 300 μm in Betracht. Hierbei richtet sich der Kornbereich nach den Einsatzbedingungen, das heißt je nach Art der mechanischen Nachbearbeitung (Drehen bzw. Hornen) kann unter Umständen die maximale Korngröße auf etwa 20 oder 30 μm eingeengt werden.

Die Korngrenze des Füllstoffes hingegen ist im Interesse der Verformbarkeit (Ziehen und / oder Walzen) auf maximal 400 μm zu begrenzen.

Die analytische Einstellung eines Fülldrahtes erfolgt unter Berücksichtigung von Füllstoff- und Mantelmaterial. Der Füllgrad beträgt im Minimum etwa 10% und je nach Herstellungsmethode bis etwa 50%.

Der zur Verbesserung der Benetzungsfähigkeit höhere Si-Gehalt ≥ 12,0% kann dem Füllstoff ganz oder teilweise als Ferrosilizium zugeführt werden. Im Falle einer Zugabe von FeSi 65 oder FeSi 75 werden bei einem Füllanteil von 28% (Mantel Al 99,5%) ein bemerkenswert feinkörniges und dichtes Substrat bei vergleichsweise höherer Härte erzielt.

Anhand eines Ausführungsbeispieles soll die Erfindung näher beschrieben werden.
Der Spritzwerkstoff in Form eines Fülldrahtes zur Erhöhung der Verschleiß und Korrosionsflächen von Walzen in Walzgerüsten besteht zum einen aus einem rohrförmigen Mantel und zum anderen aus einem darin befindlichen Füllmaterial.
Die Walze besteht aus Gründen des Leichtbaus aus einem Mantel aus einer Aluminiumlegierung. Da dieser Werkstoff verschleiß- und korrosionsanfällig ist, wird die Mantelfläche mit einer thermisch aufgespritzten Schutzschicht versehen.
Der dazu verwendete Fülldraht weist einen rohrförmigen Mantel auf, der aus einer Aluminiumlegierung mit einem Zusatz von 30 Gewichtsprozent Ferrosilizium mit einem Si-Gehalt von 75 Gewichtsprozent besteht.
Befüllt wird dieser Mantel mit einem Gemenge von Titankarbid, Vanadiumkarbid, Wolframschmelzkarbid und Chromkarbid, wobei die Karbide in Pulverform mit einer Körnung von 30 μm und in gleichen Teile vorliegen.
Nach dem Befüllen und Verdichten des Füllmaterials wird auf den Enddurchmesser gezogen. Mit dem so erhaltenen Fülldraht wird mittels einer Lichtbogen-Spritzpistole die Schutzschicht auf die Manteloberfläche der Walze aufgebracht.
Die durch den Lichtbogen entstehenden kleinen Tropfen erstarren unmittelbar nach dem Auftreffen auf den Grundwerkstoff, wodurch ein Absinken der Hartstoffe sicher vermieden wird.

Claims

Spritzwerkstoff in Form von Fülldrähten oder Füllbändern zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit von auf Verschleiß und Korrosion beanspruchten Funktionsoberflächen im Leichtbau, bestehend aus einem metallischen Mantel und einem darin befindlichen pulverförmigen Füllmaterial, dadurch gekennzeichnet, daß dem Mantelwerkstoff und / oder dem Füllmaterial bis zu 50 Gewichtsprozent, vorzugsweise 5 bis 35 Gewichtsprozent, Si-Verbindungen oder reines Silizium zugesetzt sind, wobei das Füllmaterial aus Siliziumkarbid, Borkarbid, Titankarbid, Niobkarbid, Vanadiumkarbid, Wolframschmelzkarbid oder Chromkarbid in einem Kornbereich von 3,5 bis 400 μm einzeln oder als Gemisch besteht.
Spritzwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Si-Verbindung vorzugsweise Ferrosilizium mit einem Si-Gehalt größer 60% Verwendung findet.
Spritzwerkstoff nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantelwerkstoff aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung oder einer Aluminium-Magnesium-Legierung besteht.
Spritzwerkstoff nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantelwerkstoff aus Kupfer, Chrom-, Chrom-Nickel- oder Chrom-Nickel-Molybdän-Stahl oder aus Nickel besteht.
Spritzwerkstoff nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllmaterial als Gemenge, Agglomerat oder als Vorschmelzlegierung ausgeführt ist.
Spritzwerkstoff nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß neben dem Füllmaterial in Pulverform ein oder mehrere Drähte aus legierten Werkstoffen in den Mantel eingebracht sind.
Spritzwerkstoff nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Spritzwerkstoff in Form von Fülldrähten oder Füllbändern im thermischen Spritzverfahren auf die zu schützende Oberfläche aufbringbar ist.