DE2920198C2

DE2920198C2 - Pulver zum Auftragen auf ein Metallsubstrat zur Ausbildung eines Überzugs mit hoher Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit

Info

Publication number: DE2920198C2
Application number: DE2920198A
Authority: DE
Inventors: Merle Howard Indianapolis Ind. Weatherly
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1978-05-23
Filing date: 1979-05-18
Publication date: 1987-01-29
Also published as: IT7949125A0; CH639698A5; HK59883A; DE2954305C2; MX154316A; ATA375479A; LU81305A1; FR2426744B1; RO80890B; FI791606A; RO80890A; MY8600050A; ES480784A1; DK210579A; IT1120420B; DE2920198A1; NO163413B; NL7904026A; PT69644A; GB2021641B

Description

Die Erfindung betrifft ein Pulver zum Auftragen auf ein Metallsubstrat zur Ausbildung eines Überzugs mit hoher Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit.
Bei vielen industriellen Anwendungen besteht ein wachsender Bedarf an Oberflächen mit verbesserter Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Dies gilt insbesondere für den Fall von Verschleiß durch Schleifwirkung in korrodierender Umgebung. Massive Sinterstoffe aus Wolframkarbid und Kobalt oder dergleichen wurden bei einigen Anwendungen mit Erfolg als massive Komponenten oder Einlagen von sehr hoher Härte benutzt. Oft scheidet ihr Einsatz aber wegen mangelnder Zähfestigkeit, hoher Kosten oder Fertigungsschwierigkeiten aus. In solchen Fällen ist die einzige praktische Lösung ein Auftrag oder ein Überzug auf einem Metallsubstrat. Durch Schweißen aufgebrachte Hartauftragsstoffe stellen die verbreitetste Art von Aufträgen dar, die in Umgebung benutzt werden, wo es zu Verschleiß durch Schleifwirkung kommt. Häufig wird mit dem Sauerstoff-Acetylen-Schweiß- oder Flammspritzverfahren gearbeitet, wobei Drähte, Stäbe oder Pulver benutzt werden. Es ist bekannt, die Stoffe in einer oder mehreren Schweißlagen auszutragen und den Auftrag dann umzuschmelzen.
Die am häufigsten verwendeten Hartauftragsstoffe sind von der American Society for Metals (ASM) in Metal Progress, Bd. 1 12, Nr. 6, November 1977, Seite 49, zusammengestellt. Die Hartauftragsstoffe der ASM-Klasse 5, die 75 bis 96 Gew.% (alle Zusammensetzungen sind im folgenden in Gew.% angegeben) Wolframkarbid als ungeschmolzene Kristalle oder Körner in einer Kobaltbasislegierung enthalten, sind die verschleißfestesten Stoffe. Sie sind jedoch in der Regel spröde und haben geringe mechanische Stoßfestigkeit. Es ist schwierig, sie ohne Rißbildung und übermäßige Oxidation aufzubringen. Die hinsichtlich ihrer Verschleißfestigkeit an zweiter Stelle stehenden Hartauftragsstoffe sind die Legierungen der ASM-Klasse 4, die aus Nickel- und Kobaltbasislegierungen bestehen. Die Co-Basislegierungen der Unterklasse 4 A enthalten in Lösung Wolfram und Kohlenstoff; sie können einen beschränkten Volumenanteil an Wolframkarbid durch Ausscheidung während des Abkühlens bilden. Diese Stoffe werden ebenso wie diejenigen der Klasse 5 in der Regel unter Verwendung eines Flußmittels, einer Inertgasumhüllung oder anderer Mittel aufgebracht, um eine Oxidation während des Auftragens und des anschließenden Schmelzens zu minimieren. Die Ni-Basislegierungen der Unterklasse 4 B werden als &min;&min;selbstgehende&min;&min; Legierungen bezeichnet und enthalten Bor und Silicium zur Eigenbildung von Flußmittel. Während des anfänglichen Auftragens oder des späteren Umschmelzens vereinigen sich die meisten der FlußmitteleIemente mit den Metalloxiden; sie steigen zu der Oberfläche des Auftrags auf und bilden eine Schlacke. Selbstgehende Legierungen werden normalerweise für sich eingesetzt; gelegentlich liegen sie aber auch in einem Gemisch mit ungeschmolzenen Wolframkarbidkörnern vor, um die Zähigkeit der Hartauftragslegierungen der Klasse 5 zu verbessern. Beispiele dafür sind aus den US-PSn 40 13 453 und 40 75 371 bekannt. So offenbart die US-PS 40 13 453 ein im Flammspritzverfahren aufzubringendes Pulvergemisch, das zum einen aus einem Pulver in Form von unter Verwendung eines organischen Bindemittels (Harzes) hergestellten Agglomeraten aus 70 bis 90% Wolframkarbid und 30 bis 10% Nickel sowie zum anderen aus einem Nickellegierungspulver aus 2,5 bis 20% Chrom, 0,5 bis 6% Silicium, 0,5 bis 5% Bor, 0 bis 10% Eisen, Rest Nickel besteht. Das Mischungsverhältnis ist so gewählt, daß das Pulvergemisch 10 bis 30% und vorzugsweise 12 bis 24% Wolframkarbid enthält.
Die am meisten verwendeten selbstgehenden Legierungen enthalten bis zu 3,5% B und bis zu 4,5% Si. Ni-Basislegierungen mit bis zu 6% B und Si sind aus der US-PS 28 75 043 für den Spezialfall bekannt, daß die Legierungen zusätzlich 3 bis 10 Gew.% Molybdän und 3 bis 8 Gew.% Kupfer enthalten. Die letztgenannten Zusatze dürften die Fließähigkeit der im übrigen in konventioneller Weise eingesetzten selbstgehenden Legierungen erhöhen. Es finden sich keine Hinweise darauf, diese Legierungen mit einer Karbid-Hartphase zu verwenden.
Aus der US-PS 33 41 337 ist es bekannt, einem Ni-, Co- oder Fe-Basis-Flammspritzpulver für das Sauerstoff- Acetlyen-Hartauftragschweißen Borsäure zusammen mit oder ohne Wolframkarbidkörnern zuzumischen, um eine Oxidation während des Aufbringes zu verhindern. Der größte Teil der Borsäure geht durch Verdampfung oder als Schlacke absichtlich verloren. Es ist nicht beabsichtigt, daß die Borsäure mit dem Auftrag reagiert oder einen Teil desselben bildet.
Die US-PS 30 25 182 beschreibt die Ausbildung eines nichtporösen, korrosionsbeständigen Überzugs durch Sauerstoff-Acetylen-Flammspritzen eines Gemischs aus einem Metall und 2 bis 40 Gew.% Bor oder einer borhaltigen Verbindung. Beide Komponenten haben einen Schmelzpunkt von über 1300°C, und der größte Teil des Bors verflüchtigt sich aufgrund der Flußmittelwirkung als Borsäure. Dies sei, wie dort angegeben, besonder wichtig, weil Bor für die erhaltenen Überzüge häufig schädlich ist.
Aus Nippon Tungsten Review, Bd. 1 (September 1974), Seiten 54 bis 58 ist eine Variante des selbstgehenden Wolframkarbid-Gemischs für das Sauerstoff-Acetylen-Spritzverfahren in Form eines vorlegierten Pulvers bekannt, das mehr als 25% WC, 8 bis 12% Cr, 2 bis 4% Fe, 5 bis 6% (B + Si + C), Rest Ni enthält. Die Einzelanteile an B, Si und C sind nicht genannt. Obwohl über dichte Überzüge berichtet wird, deren Verschleißfestigkeit besser ist als diejenigen von selbstgehenden Legierungen, die mit WC gemischt sind, ist die Härte der Uberzüge (Vickershärte HV₃₀₀ weniger als 1000) (alle Härtewerte sind vorliegend als Vickershärten in kg/mm², gemessen auf der Diamantpyramiden-Härteskala bei einer Last von 300 g, angegeben) noch immer niedriger als diejenigen von konventionellen Explosionsbeschichtungs-Überzügen aus WC und Co.
Trotz aller Bemühungen konnte bei im Hartauftrag-Schweißverfahren hergestellten Überzügen die Verschleißfestigkeit von gesinterten Wolframkarbiden auch nicht näherungsweise erreicht werden. Dessen ungeachtet werden solche Überzüge im großen Umfang dort benutzt, wo Sinterwerkstoffe nicht angewendet werden können.
Im Plasma- und Explosionsbeschichtungsverfahren aufgebrachte Überzüge aus Wolframkarbid und Kobalt (in der Regel mit 10 bis 25 Gew.% Kobalt) wurden bei Anwendungen verwendet, die nur relativ dünne, für gewöhnlich 0,05 bis 0,5 mm dicke, verschleißfeste Uberzüge von mäßiger Härte bis zu einer Vickershärte HV₃₀₀ von etwa 1200, gewöhnlich aber weniger als 1000, erfordern. Wie alle nicht nachbehandelten Plasma- und Explosionsbeschichtungsüberzüge weisen diese Wolframkarbid-Kobaltüberzüge in gewissem Umfang untereinander verbundene Poren auf. Die Porosität setzt die Korrosionsbeständigkeit des Überzuges und in gewissem Maße auch dessen Verschleißfestigkeit, insbesondere bei schleifender Beanspruchung, herab.
Werkstoffe ähnlich den selbstgehenden Hartauftragschweißlegierungen wurden für ein Aufbringen im Plasmaverfahren angepaßt, wobei der Überzug nach dem Aufbringen in der Regel nicht aufgeschmolzen wird. Solche Werkstoffe enthalten Bor, Silicium oder Phosphor als Reduktionsmittel (Flußmittel) sowie zum Senken des Schmelzpunktes und zur Erhöhung der Fließfähigkeit der benutzten Metalle wie im Fall von selbstgehenden Hartauftragsschweißlegierungen. Bor ist für gewöhnlich bis zu etwa 3,5 Gew.% vorhanden, während sich Silicium bis zu ungefähr 4 Gew.% findet. Phosphor wird weniger häufig als Bor oder Silicium vorgesehen. Die genannten Werkstoffe sorgen einfach für eine Steigerung der Fließfähigkeit oder geschmolzenen Pulverteilchen, wenn sie auf die zu überziehende Oberfläche auftreffen, und sie machen unter Umständen eine Teilchen/ Teilchen-Bindung durch lokalisierte Flußmittelwirkung möglich. Es dürfen ein dichterer, festerer Überzug mit weniger untereinander verbundenen Poren erhalten werden. Ein vollkommenes Dichten ist aber nicht zu erreichen; es wurde auch keine wesentliche Erhöhung der Festigkeit aufgrund der Bildung von neuen Phasen festgestellt, die Silicium oder Bor enthalten.
Die Verwendung der gleichen selbstgehenden Legierung, gemischt mit einem Wolframkarbid-Kobaltpulver, für das Aufbringen eines Überzuges im Plasmaverfahren ist ebenfalls bekannt. Die selbstgehende Komponente hat wiederum die Aufgabe, die Fließfähigkeit zu steigern und dadurch die Porosität herabzusetzen; sie soll ferner als lokalisiertes Reduktionsmittel wirken. Ein Plasmaspritzüberzug bestehend aus einer Wolframkarbid-Co- Komponente (15 bis 39 Gew.%), Nickel-Aluminium-(0 bis 10,5 Gew.%) und Nikkel-Molybdän-(26,7 bis 85 Gew.%) Legierungen sowie aus einer selbstgehenden Legierung (0 bis 47,8 Gew.%) ist in der US-PS 39 36 295 beschrieben. Wesentlich ist dabei das Vorhandensein der exotherm reagierenden Ni-Al- und Ni-Mo- Komponenten. Die selbstgehende Legierung, die dort keine wesentliche Komponente darstellt, enthält, falls vorgesehen, 2,75 bis 4,75 Gew.% B und 3,0 bis 5,0 Gew.% Si, wobei diese Elemente die übliche Flußmittelwirkung übernehmen.
Aus den US-PSn 29 42 970, 25 81 252 und 27 52 666 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Karbidkörpers (nicht eines Überzuges) bekannt, bei dem zunächst ein poröses Skelett (30 bis 70% Porosität) aus dem Karbid mit einem geringen Anteil an metallischem Bindemittel gebildet und dieses Skelett dann mit einer duktilen, wärme- und korrosionsbeständigen Ni-, Co- oder Fe-Basislegierung infiltriert wird. Es findet sich kein Hinweis auf die Verwendung von B, Si oder P im Infiltrationsmittel. Nennenswerte Mengen solcher Stoffe müssen dort auch vermieden werden, um Wärmebeständigkeit und hohe Duktilität zu gewährleisten. Aus der US-PS 26 12 442 ist ein korrosionsbeständiger Überzug aus Cr, Zr, Al oder Si für die vorstehend genannten infiltrtierten Karbidkörper bekannt. Es ist auch bekannt (US-PS 28 99 338), solche infiltrierten Karbidkörper zunächst mit einer Unterschicht aus einer Fe-, Co- oder Ni-Basislegierung mit 0 bis 20% MG, 0 bis 5% B, 0 bis 12% P, 0 bis 4% Si, 0 bis 2% Mn und 0 bis 2% C zu versehen, wobei die Legierungselemente 20% der Gesamtzusammensetzung nicht überschreiten. Die Unterschicht wird dann mit einem Ni-Cr-Primärüberzug überdeckt, der 4 bis 10 mal so dick wie die Unterschicht ist. Anschließend wird das beschichtete Bauteil wärmebehandelt, umd die Unterschicht in den Primärüberzug und den Grundwerkstoff eindiffundieren zu lassen. B, Si und P sind in erster Linie vorgesehen, um den Schmelzpunkt der Unterschicht herabzusetzen und eine Diffusion/Infiltration des Primärüberzuges zu gestatten, ohne diesen zu schmelzen. Es wird keine Reaktion mit dem Primärüberzug oder dem Grundwerkstoff gelehrt; es finden sich auch keine Hinweise darauf, B, Si oder P für einen anderen Zweck als die Herabsetzung des Schmelzpunktes vorzusehen. Der B-, Si- oder P-Gehalt ist nur insofern kritisch, als er ausreichen muß, um den Schmelzpunkt zu erniedrigen.
Aus der US-PS 37 43 556 ist es bekannt, zunächst eine Fe-, Ni- oder Co-Basislegierung auf ein Substrat aufzubringen und dann eine Schicht aus "Füllstoff" (Diamant, WC, TaC, Hartlegierungen, Boride und dergleichen) aufzutragen, wobei beide Schichten mittels eines organischen Bindemittels an Ort und Stelle gehalten werden. Beim Erhitzen zersetzt sich das organische Bindemittel; die erste Schicht schmilzt und infundiert die Außenschicht. Es sind keine Daten für die Härte und die Verschleißfähigkeit des Endproduktes genannt. Diesseits durchgeführte Versuche mit ähnlichen Verfahren führten zu einem Überzug mit einer Vickershärte HV₃₀₀ von weniger als 1000.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein zum Auftragen auf ein Metallsubstrat geeignetes Pulver zu schaffen, das es erlaubt, einen Uberzug auszubilden, der völlig dicht ist und damit für einen wirkungsvollen Korrosionsschutz sorgt, und der eine ausgezeichnete Verschleißfähigkeit hat, die derjenigen von gesintertem, massiven Wolframkarbid nahe- oder gleichkommt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Pulver zum Auftragen auf einMetallsubstrat zur Ausbildung eines Überzugs mit hoher Verschleißfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit bestehend aus einer ersten Komponenten, die aus mindestens einem Metallkarbid aus Wolfram, Chrom, Vanadium, Hanium, Titan, Zirkonium, Niob, Molybdän und/oder Tantal und aus 0 bis 25% (Angabe in Gew.%) einer Legierung aus Kobalt, Eisen und/oder Nickel besteht; und einer zweiten Komponenten mit einer Gesamtzusammensetzung von 6,0 bis 18,0% Bor, 0 bis 6% Silicium, 0 bis 20% Chrom, 0 bis 5% Eisen und Nickel als Rest, wobei die erste Komponente 40 bis 75 Gew.% des Gesamtpulvers ausmacht.
Die Erfindung beruht auf der Feststellung, daß mittels des erfindungsgemäßen Pulvers extrem verschleißfeste und korrosionsbeständige Überzüge erhalten werden können, weil die die zweite Komponente bildende Nickelbasislegierung mit der karbidhaltigen ersten Komponente beim Ausbilden des Uberzuges in situ reagiert. Hinzu kommt die Feststellung, daß die Struktur und Härte des Uberzuges maßgeblich von dem Borgehalt abhängen, wie dies im folgenden näher erläutert ist. Nachdem bei dem erfindungsgemäßen Pulver die erste Pulverkomponente mindestens 75% Karbid enthält und mindestens 40% des gesamten Pulvers ausmacht, liegt die Untergrenze des Karbidgehaltes des Pulvers bei 30%, d. h. bei einem Wert, der die Obergrenze des Karbidanteils des aus der oben erörterten US-PS 40 13 453 bekannten Pulvers darstellt. Außerdem kommt es vorliegend wesentlich auf den erhöhten Borgehalt (mindestens 6% gegenüber höchstens 5% bei dem Pulver gemäß der US-PS 40 13 453) der zweiten Pulverkomponenten an.
Das erfindungsgemäße Pulver eignet sich insbesondere für ein Auftragen im Plasma- oder Explosionsbeschichtungsverfahren, weil dadurch eine Anfangsdichte des Überzuges von mehr als 75% der theoretischen Dichte erreicht wird, was eine im wesentlichen porenfreie Endstruktur mit der erforderlichen Härte gewährleistet. Ein Auftragen des Pulvers im Aufschlämm- oder Elektrophoreseverfahren führt nicht zu einer derart hohen Dichte. Karbide lassen sich nicht physikalisch aufdampfen. Eine Kathodenzersträubung ist zwar möglicherweise technisch durchführbar, aber unpraktisch. Vorzugsweise wird der beschichtete Gegenstand nach dem Aufbringen des Überzuges wärmebehandelt, so daß das reaktionsfähige Metall schmilzt und mit der Metallkarbidkomponente reagiert. Als Substrate eigenen sich insbesondere Fe-, Ni- oder Co-Basislegierungen. Ein begrenztes Maß an Diffusion und/oder Reaktion mit dem Substrat tritt ein und erhöht die Bindefestigkeit des Überzuges.
Die Mikrogefüge der bei Verwendung des vorliegenden Pulvers erhaltenen Überzüge sind sehr komplex und hängen von der speziellen Zusammensetzung sowie dem Anteil an Metallkarbid, reaktionsfähigem Metall und dem Substrat ab. Sie werden noch nicht voll verstanden. Allgemein ist zu beobachten, daß die verwendeten reaktionsfähigen Metalle die Metallkarbide nicht nur benetzen, sondern auch mit den Metallkarbiden reagieren und dabei die Zusammensetzung und die Morphologie des gesamten Uberzuges drastisch ändern. Diese Reaktion kann die Form einer Auflösung des Metallkarbid mit anschließender Ausscheidung von neuen Phasen, oder in gewissem Umfang der gleichen Phase in einer neuen Morphologie annehmen, oder es kann zu einer Feststoffreaktion kommen. Es wird nicht nur eine gleichförmige Verteilung der Karbide erhalten, sondern auch eine gleichförmige Verteilung von Boriden und/oder komplexen Metall-Bor-Karbiden. Außerdem wird der Überzug praktisch in vollem Umfang dicht; ein gegebenenfalls verbleibender kleiner Volumenanteil an Porosität wird vollständig eingekapselt. Infolgedessen ist das Substrat gegen Korrosion wirksam geschützt. Eine Korrosion des Überzuges ist auf die Außenfläche beschränkt.
Die Feststellung, daß solche Reaktionen von Nutzen sind, ist im Hinblick auf die allgemein üblichen Art der Infiltration von porösen Körpern oder Überzügen überraschend, wo bewußt verursacht wird, Reaktionen zu vermeiden oder minimal zu halten (US-PSn 13 42 801, 24 01 221, 26 12 442, 37 43 556, 40 13 453, 40 75 371). Die vorliegend verwendete reaktionsfähige, metallische zweite Pulverkomponente unterscheidet sich aufgrund ihres hohen Borgehaltes wesentlich von den selbstgehenden Legierungen, wie sie in Verbindung mit Metallkarbiden für Plasmaauftragsschweißen oder Sauerstoff-Acetylen-Spritzverfahren bekannt sind. Die Beibehaltung und Ausnutzung einer hohen Konzentration an Bor weicht auch entscheidend von den Lehren der US-PS 30 25 182 und der US-PS 33 41 337 ab, wo versucht wird, das Bor während des Auftragens zu beseitigen, um schädliche Wirkungen zu verhindern. Wesentliche Unterschiede liegen ferner im Vergleich zu der oben geschilderten Anwendung von selbstgehenden Legierungen vor, weil das Bor als Bestandteil der reaktionsfähigen metallischen zweiten Pulverkomponenten harte Phasen, beispielsweise Boride und komplexe Borkarbide, bildet, und nicht als Flußmittels verbraucht wird.
Es wurde gefunden, daß unter Verwendung des vorliegenden Pulvers extrem dicke Überzüge aufgetragen werden können, die oft dicker als 2,5 mm sein können.
Wenn Wolframkarbid als Metallkarbid vorgesehen wird, wird im Plasma- oder Explosionsbeschichtungsverfahren ein Überzug in Form eines Gemisches aus zwei oder mehr Komponenten aufgebracht, von denen die eine Komponente im wesentlichen aus Wolframkarbid und 0 bis 15 Gew.% Co besteht. Bei dieser Komponente kann es sich um ein Gemisch von Phasen von WC, W ₂C und M₆C (Co₃W₃C usw.) handeln, wobei der Rest des Kobalts in metallischer Form vorliegt. Eine kleine Menge an Eisen oder anderen Elementen kann in dieser Komponente vorhanden sein. Der spezifische Kohlenstoffgehalt kann zwischen etwa 4,60 und 6,13 Gew.% liegen, wenn stöchiometrisches WC benutzt wird; wenn ein Teil des Karbids nicht stöchiometrisch ist, kann er zwischen etwa 3,20 und 6,13 Gew.% liegen. Es können bis zu 2,0 Gew.% Fe und in vernünftigen Grenzen Spurenverunreinigungen vorhanden sein.
Die zweite Komponente kann eine einzige Legierung oder ein Gemisch von Legierungen mit einer Gesamtzusammensetzung von 6,0 bis 18,0 Gew.% B, 0 bis 6,0 Gew.% Si, 0 bis 20 Gew.% Cr und 0 bis 5,0 Gew.% Fe sein. Ein Beispiel für ein Gemisch von Legierungen ist 40 bis 60 Gew.% einer Legierung aus 14,0 bis 19,0 Gew.% B, 0 bis 3,5 Gew.% Fe, 0 bis 1,0 Gew.% Si, Rest Nickel und 60 bis 40 Gew.% einer Legierung aus 2,0 bis 4,0 Gew.% B, 2,0 bis 6,0 Gew.% Si, 1,0 bis 5,0 Gew.% Fe, 0 bis 20 Gew.% Cr, Rest Nickel. Das Gemisch der Komponenten besteht vorzugsweise aus 75 bis 55 Gew.% der ersten (Wolframkarbid-)Komponente und 25 bis 45 Gew.% der zweiten Komponente (reaktionsfähiges Metall). Der Uberzug kann auf ein Substrat aus einer beliebigen Eisen-, Nickel- oder Kobaltbasislegierung ausgebracht werden.
Nach dem Auftragen des Überzuges erfolgt eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur von mehr als 950°C für eine ausreichende Zeitdauer, um eine Reaktion und/oder Diffusion zwischen den Komponenten des Uberzuges zu bewirken. Ein begrenztes, gleichwohl aber wichtiges Maß an Diffusion/Reaktion findet mit dem Substrat statt.
Der äußere größere Teil des nach der Wärmebehandlung erhaltenen Uberzuges besteht aus einer Dispersion von recht groben, eckigen, harten Teilchen, vermutlich WC, und einer sehr dichten feineren Dispersion von verschiedenen Arten von Teilchen, die alle in eine metallische Matrix eingebettet sind. Eine schmalere Innenzone besteht zu einem wesetnlichen Teil aus einer harten Phase, die in Form von großen Blöcken von fast konitnuierlichen Teilchen oder einer feinen Dispersion von Teilchen vorliegen kann, was von der speziellen Zusammensetzung und der verwendeten Wärmebehandlung abhängt. Schließlich befindet sich eine schmale Interdiffusionszone zwischen dem Überzug und dem Substrat. Typische Härtewerte für die äußere Zone sind Vickershärten HV₃₀₀ von 1000 bis 1800.
Für die vorliegenden Zwecke eignet sich auch eine Vielzahl anderer Karbidsysteme. Beispielsweise wurden ausgezeichnete Mikrogefüge und Härtewerte mit den TiC- und VC/WC-Systemen erzielt. Die optimale Auswahl der Karbide hängt von den speziellen Verschleiß- und Korrosionsbedingungen an der betreffenden Anwendungsstelle sowie von wirtschaftlichen Erwägungen hinsichtlich der Überzugssysteme ab.
Die Erfindung ist im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Die in den Beispielen genannten Legierungen 1 bis 6 hatten in Gew.% folgende Zusammensetzung.

Beispiel 1

25,4×76,2×12,7 mm große Stahlproben (AISI 1018) werden mit Gemischen der Legierungen 1, 3 und 4 entsprechend der Tabelle I plasmagespritzt. Die Proben wurden dann im Vakuum bei Temperaturen von 1065 bis 1160°C zwischen 5 und 240 min lang wärmebehandelt. Das Mikrogefüge des Überzuges A war recht poros und das des Überzuges C nicht sehr gleichförmig. Der Überzug B hatte jedoch ein sehr gleichförmiges Mikrogefüge, nur eine minimale geschlossene Porösität und eine Vickershärte HV₃₀₀ von 1200 bis 1500 in der äußeren Zone sowie von 1113 bis 1374 in der inneren Zone. Diese Überzüge konnten in ungewöhnlich großer Dicke auf einer flachen Oberfläche (mehr als 0,76 mm) aufgebracht werden, ohne sich abzuheben. Ein Abriebsversuch mit trockenem Sand ergab für den Überzug B etwa die Hälfte der Verschleißrate eines explosionsbeschichteten WC-Co-Überzuges sowie einen etwas größeren Wert als die Verschleißrate von Carboloy 883, einem gepreßtem und gesinterten WC-Co. Tabelle I

Beispiel 2

Proben aus AISI 1018-Stahl wurden mit Gemischen der Legierung 1 und der Legierung 2 in den in der Tabelle II angegebenen Verhältnissen in einer Dicke von 1,52 bis 160 mm im Plasmaspritzverfahren beschichtet. Dann erfolgte eine Wärmebehandlung im Vakuum bei 1050 bis 1060°C während einer Dauer von 30 min. Die Härte der äußeren Zone der Uberzüge ist in der Tabelle II angegeben. Der Uberzug D war etwas porös. Die Porosität des Überzuges E war geringer. Die Überzüge F, G und H hatten nur sehr wenige kleine Poren. Alle diese Poren waren geschlossen. Tabelle II

Beispiel 3

12,7×25,4×76,2 mm große Proben aus 1018 AISI-Stahl wurden auf einer 25,4×76,2 mm großen Stirnseite mit einer Mischung aus 63,5% Legierung 1 und 36,5% Legierung 5 in einer Dicke von 0,76 mm beschichtet. Die Proben wurden dann bei 1060°C 30 min lang im Vakuum wärmebehandelt. Die erhaltene Vickershärte HV₃₀₀ betrug 1542. Dies zeigt, daß Si keinen notwendigen Bestandteil darstellt.

Beispiel 4

Proben aus AISI 1018-Stahlrohren mit einem Durchmesser von 102 mm und einer Länge von 152 mm wurden mit Gemischen der Legierungen 1, 3 und 4 in einer Dicke von 1,63 bis 1,98 mm entsprechend der Tabelle III beschichtet. Die Proben wurden dann bei 1060°C im Vakuum 30 min lang wärmebehandelt. Die Härtewerte für die äußere Zone der erhaltenen Überzüge sind in der Tabelle III zusammengestellt. Tabelle III

Beispiel 5

12,7×25,4×76,2 mm große Proben aus AISI 1018-Stahl wurden auf einer 25,4×76,2 mm großen Stirnseite im Plasmaverfahren mit einem Gemisch aus 18,25% der Legierung 3, 18,25% Kohlenstoff, Rest Wolfram ohne metallisches Bindemittel beschichtet. Es wurde ein dichtes Mikrogefüge erhalten, wenn die Proben bei 1040°C im Vakuum 1 h lang wärmebehandelt wurden. Die Vickershärte HV₃₀₀ des Überzugs betrug 1010.

Beispiel 6

6,35×25,4×50,8 mm große Proben einer Nickelbasislegierung (22% Cr; 18,5% Fe; 9% Mo; 1,5% Co; 0,6% W; 1,0% Si; 1,0% Mn; 0,10% C; Rest Nickel) und einer Kobaltbasislegierung (22% Cr; 22% Ni; 14,5% W; 1,25% Mn; 0,35% Si; 0,10% C; 3,0% Fe; 0,9% La; Rest Kobalt) wurden im Plasmaverfahren auf einer 25,4×50,8 mm großen Stirnseite mit einem Gemisch aus 18,25% Legierung 3, 18,25% Legierung 4, Rest Legierung 6, beschichtet. Die Proben wurden im Vakuum bei 1040°C 30 min Iang, bei 1060°C 10 min lang und bei 1060°C 30 min lang wärmebehandelt. Die Vickershärtewerte HV₃₀₀ waren 1160, 1177 bzw. 1 126 für die Überzüge auf der Nickelbasislegierung und 12I9, 1 187 bzw 1228 auf der Kobaltbasislegierung. Die Mikrogefüge waren ähnlich denjenigen, wie sie auf Stahlsubstraten erhalten wurden.

Beispiel 7

12,7×25,4×76,2 mm große Proben aus AISI 1018-Stahl wurden in Plasmaverfahren mit Gemischen aus (75%/25%VC/WC) + 2% Ni + 2% Mo und einem Gemisch aus 50 Gew.% Legierung 3 und 50 Gew.% Legierung 4 beschichtet und dann für verschiedene Zeitspannen und bei unterschiedlichen Temperaturen wärmebehandelt. Überzüge, die 50 bis 55 Gew.% des Gemischs der Legierungen 3 und 4 enthielten, führten zu relativ feinen Mikrogefügen und zu Vickershärtewerten HV₃₀₀ von 1150 bis 1250, wenn eine 10-minütige Wärmebehandlung bei 1050 oder 1060°C erfolgte.

Beispiel 8

12,7×25,4×76,2 mm große Proben aus AISI 1018-Stahl wurden im Plasmaverfahren mit Gemischen aus TiC und einem Gemisch von 50 Gew-% Legierung 3 und 50 Gew.% Legierung 4 beschichtet. Überzüge, die 45 oder 50 Gew.% TiC enthielten und bei 1020 oder 1030°C im Vakuum 0,5 h lang wärmebehandelt wurden, hatten Vickershärtewerte HV₃₀₀ von 1050 bis 1200.

Claims

1. Pulver zum Auftragen auf ein Metallsubstrat zur Ausbildung eines Überzugs mit hoher Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit bestehend aus einer ersten Komponente, die aus mindestens einem Metallkarbid aus Wolfram, Chrom, Vanadium, Hafnium, Titan, Zirkonium, Niob, Molybdän und/oder Tantal und aus 0 bis 25% (Angabe in Gew.%) einer Legierung aus Kobalt, Eisen und/oder Nickel besteht; und einer zweiten Komponenten mit einer Gesamtzusammensetzung von 6,0 bis 18,0% Bor, 0 bis 6% Silicium, 0 bis 20% Chrom, 0 bis 5% Eisen und Nickel als Rest, wobei die erste Komponente 40 bis 75 Gew.% des Gesamtpulvers ausmacht.

2. Pulver nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Metallkarbid Wolframkarbid vorgesehen ist.

3. Pulver nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Metallkarbid Titankarbid vorgesehen ist.

4. Pulver nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Metallkarbid Vanadiumkarbid vorgesehen ist.

5. Pulver nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallkarbid aus einem Gemisch und/oder einer Verbindung von Vanadiumkarbid und Wolframkarbid besteht.

6. Pulver nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wolframkarbid aus 3,20 bis 6,13 Gew.% Kohlenstoff, Rest Wolfram besteht.

7. Pulver nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wolframkarbid 75 bis 55 Gew.% der Gesamtzusammensetzung ausmacht.

8. Pulver nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Borgehalt der zweiten Komponente 6 bis 11 Gew.% beträgt.