Verfahren zum Flammspritzen
Im Schweizer Patent Nr. 439 909 ist ein Verfahren zum Flammspritzen beschrieben, bei welchem in der Hitze schmelzbares Material in einer Heizzone mindestens bis zum Weichwerden erhitzt und unter den vorliegenden Bedingungen in feinverteilter Form aus der Heizzone herausgeschleudert wird, wobei das Material der Heizzone in Form solcher Körper zugeführt wird, die mindestens zwei bei den in der Heizzone entwickelten Temperaturen exotherm unter Ausbildung einer intermetallischen Verbindung miteinander reagierende Bestandteile aufweisen. Dabei können die zugeführten Körper in Form einzelner umkleideter Pulverteilchen vorliegen, bei denen ein Bestandteil den Kern u. mindestens eine den Kern umhüllende Schicht den anderen Bestandteil darstellt.
Vorzugsweise besteht die Kernmasse aus Aluminium und die Hülle aus Nickel, wobei zweckmässig 10 bis 45% Aluminium, bezogen auf die Gesamtmenge an Nickel und Aluminium, vorliegen.
Nach einer Ausführungsform dieses Verfahrens wird das hitzeschmelzbare Material in Form von Drähten oder Stäben zugeführt. Auch in diesen Fällen soll der Draht eine Seele aus Aluminium und eine Hülle aus Nickel aufweisen.
Das beim Verfahren eingesetzte Flammspritzpulver muss aus umhüllten Körnern bestehen, die synergistisch miteinander reagierende Komponenten aufweisen, wobei eine Komponente den Kern und eine stofflich abweichende Komponente die Hülle bildet, die bei den in der Heizzone entwickelten Temperaturen unter Ausbildung einer intermetallischen Verbindung exotherm mit der Kernmasse reagiert. Derartige Flammspritzmassen können in Mischung mit anderen üblichen Flammspritzmassen verwendet werden. Bei Anwendung von Flammspritzdrähten müssen die gleichen Forderungen erfüllt sein, sie müssen also auch aus zwei stofflich voneinander verschiedenen Komponenten bestehen, die befähigt sind, bei den in der Heizzone entwickelten Temperaturen exotherm unter Ausbildung einer intermetallischen Verbindung miteinander zu reagieren.
Dabei können die Komponenten in Form von Draht aufbauenden Drahtsträngen vorliegen.
Das geschilderte Flammspritzverfahren liefert nun bei einer bestimmten Auswahl der in Frage kommenden Komponenten besonders gute Ergebnisse. Es wurde gefunden, dass das Verfahren zum Flammspritzen nach Schweizer Patent Nr. 439 909 dann in allen Fällen vorzügliche Überzüge ergibt, wenn die miteinander reagierenden Bestandteile mindestens 3000 Grammkalorien je Grammatom, bezogen auf das durchschnittliche Atomgewicht der in die Reaktion eingesetzten Metalle nach der Massgabe ihres Gewichtsverhältnisses, vorzugsweise mindestens 7500 Grammkalorien, abgeben. Metallpaare, deren Komponenten dieser Forderung entsprechen und die unter Ausbildung einer intermetallischen Verbindung exotherm miteinander reagieren, sind in Tafel I aufgeführt.
Die aufgespritzte Masse kann zusätzlich noch mindestens ein weiteres Flammspritzmaterial enthalten. Nach einer Ausführungsform des neuen Flammspritzverfahrens liegen die Einzelteilchen in Form von Pulverkörnern vor, deren Kern den einen Bestandteil und deren Hülle den anderen Bestandteil enthält, wobei die Hülle aus feinverteilten Einzelteilchen besteht, die durch ein Bindemittel mit dem Kern vereinigt sind.
Soll das hitzeschmelzbare Material in Form von die Bestandteile enthaltenden Drähten oder Stäbe zugeführt werden, so ist darauf zu achten, dass man solche Komponenten auswählt, die beim Zusammenschmelzen keine Hohlräume oder Blasen bilden. Es hat sich bewährt, einen Draht einzusetzen, dessen Hülle aus dem einen Bestandteil, insbesondere aus Aluminium besteht, die ein Pulver aus mindestens einem weiteren Bestandteil, insbesondere Nickel, umhüllt, wobei die Hüllensubstanz niedriger schmelzen muss als die Pulversubstanz. Die Drähte können natürlich auch aus Einzelsträngen von zwei verschiedenen Bestandteilen bestehen.
Von grosser Wichtigkeit für das Verfahren der Erfindung sind Materialien, die zusätzlich ein Metallhydrid enthalten, mann kann aber auch Materialien aufspritzen, dessen einer metallischer Bestandteil mindestens teilweise in Form seines Metallhydrids vorliegt. Nach einer weiteren Ausführungsform enthält das aufzuspritzende Metall zusätzlich Bor und/oder Silicium.
TAFEL I Ag Ce B Hf Ce In Mg Sb Ta Be Al As B Nb Ce Mg Mg Sn V Be Al Au B Ss Ce Pb Na Pb Ti Be Al B B Th Ce Si Na Sb Cr Si Al Ba B Ti Ce Sn Na Se Cr Ti Al Ca B V Ce Tl Na Sn Cr Zr Al Ce B W Ce Zn Na Te Mg Te Al Co B Zr Ga Na Na Tl Ni Te Al Cr Ba Bi Ga Pr Nb Si Si Th Al La Ba Pb Ga Sb Ni Th Si W Al Li Ba Sb Ga Te Pb Pr Co Si Al Mo Be Co Ga U Pb Pu Mo Si Al Nb Be Cr Ge Mg Pb Se Ni Si Al Ni Be Ni Ge Nb Pb Tl Si Ta Al Pr Be Np Ge Zr Pd C Al Ti Be Pu Li In Pr Sn Al Zr Be U In To Pr Tl Al Sb Be Zr In Ru Sb Zr Al Se Bi Ca K Sb Se Sn Al Ta Bi Ce K Se Se Th Al Te Bi K K Sn Se Tl Al U Bi Li K Tl Cu Te Al V Bi Mg La Pb Si Ti Al W Bi Na La Sb Si U As Cd Bi Se La Sn Si V As Ga Bi Te La Tl Si Zr As In Bi Th La Zn Sn Te As Mg Ca Pb Li Pb Sn U As Zn Ca Sn Li Sb Sn Zr B Y Ca Tl Li Sn Te Zn B Ca Cd Li Li Th Mo Be B Cr Cd Na Li Zn Nb Be
Fig.
1 zeigt im Querschnitt ein Einzelteilchen des neuen Flammspritzpulvers der Erfindung.
Fig. 2 gibt einen diagrammartigen Schnitt einer Ausführungsform eines neuen Flammspritzdrahtes im Sinne der Erfindung wieder.
Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines neuen Flammspritzdrahtes.
Soweit nachstehend von Körpern gesprochen wird, sind darunter strukturell aus einem Stück bestehende Einheiten zu verstehen, während reine Mischungen der Komponenten, die auf physikalischem Wege ohne Zerstörung der Teilchen voneinander getrennt werden können, nicht gemeint sind. Für den Fall der Anwendung von Pulvern ist bei den erfindungsgemässen Massen oder Körpern nicht etwa an eine einfache Mischung von Einzelkörnern der verschiedenen Komponenten gedacht, sondern es ist zwingende Voraussetzung, dass jedes Einzelkorn die verschiedenen Komponenten enthält, die exotherm unter Ausbildung intermetallischer Verbindungen miteinander reagieren. Bei Drähten müssen die einzelnen Komponenten in einem einzigen Draht vereinigt gemeinsam vorliegen. In den Körpern nach der Erfindung müssen die Bestandteile also miteinander in innigem Kontakt stehen.
Beim Aufspritzen erfindungsgemässer Drähte sollen die Körper in Form eines Drahtes vorliegen, der eine Hülle des einen Materials und eine Seele des anderen Materials aufweist. Es können auch unterschiedlich zusammengesetzte Hüllen mehrerer Bestandteile und ein Kern aus einem dritten Material vorhanden sein, weiterhin kann der Draht durch Zusammenfiechten oder Zusammenfalten verschiedener, aus den Einzelkomponenten bestehenden Drahtstränge entstanden sein; nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der Draht aus einer Hülle der einen Komponenten und einer Seele bestehen, die die andere Komponente in Pulver- oder kompakter Form enthält. Nach einer weiteren Ausführungsform besteht der Draht aus einer Hülle der einen Komponente und einem Kern, der eine kompakte Pulvermischung derselben Komponente und einer oder mehrerer anderer Komponenten enthält.
Schliesslich kann der Draht aus einer Hülle aus einer plastischen Masse und einer Seele bestehen, die eine kompakte Pulvermischung der anderen Komponente aufweist usw. Die für die Erfindung mit guten Ergebnissen aufzuspritzenden Drähte dürfen an der Spitze beim Erhitzen keine Hohlraumoder Blasenbildung zeigen, sie sollen vorzugsweise befähigt sein, ein spitz zulaufendes oder leicht abgeschrägtes Ende auszubilden, wenn sie zusammengeschmolzen und aufgespritzt werden. Haben die Drähte also eine äussere Schicht oder Hülle aus der einen Komponente und eine Seele aus der anderen Komponente, so darf die Seele nicht einen niedrigeren Schmelzpunkt haben als die Aussenhülle, da im anderen Fall die Seele zunächst aufschmilzt und an der Drahtspitze Hohlräume und Blasen ausgebildet werden.
Ist der Draht beispielsweise aus Nikkel und Aluminium als exotherm reagierenden Bestandteilen aufgebaut und stellt eine umhüllte Drahtseele dar, so muss letztere aus Nickel und die Umhüllung aus Aluminium bestehen, da anderenfalls während des Aufspritzens die Seele zunächst ausschmilzt und Blasen- und Hohlraumbildung verursacht, die sich mit einem befriedigenden Aufspritzverfahren nicht in Übereinstimmung bringen lässt. Nachstehend sind jene Drähte, die hinsichtlich ihrer charakteristischen Schmelzpunkte so eingestellt sind, dass sie ein Aufschmelzen an der Spitze ohne Blasenbildung sicherstellen, als enichtblasenbilden- de Drähten bezeichnet.
Als Komponenten kommen alle Metallpaare in Frage, die bei exothermer Sektion unter Ausbildung einer intermetallischen Verbindung aufgeschmolzen werden könnten. Die Komponenten sollen pro Grammatom etwa 3000 Grammkalorien freigeben, vorzugsweise mindestens 7500 Grammkalorien unter Ausbildung der intermetallischen Verbindung. Der Ausdruck eGrammkalorie je Grammatom bezeichnet die Zahl an Grammkalorien, welche das durchschnittliche Atomgewicht in Gramm der gebildeten intermetallischen Verbindung bei der Bildung erzeugt.
Obgleich die Komponenten vorzugsweise in den für die Bildung der intermetallischen Verbindung erforderlichen stöchiometrischen Verhältnissen vorliegen sollen, ist es auch möglich, einen Überschuss der einen über die andere anzuwenden, vorausgesetzt, dass die. relativen Mengen ausreichen, um die angegebenen Wärmemengen zu erzeugen, die zur Bildung der intermetallischen Verbindung erforderlich sind. Es gibt eine sehr grosse Anzahl von Metallkomponenten, die in exothermer Reaktion unter Ausbildung einer intermetallischen Verbindung zusammengeschmolzen werden können.
Alle diese Komponenten lassen sich für die Erfindung einsetzen, wobei lediglich zwingende Voraussetzung ist, dass sie sich zu den für das Aufspritzen geeigneten Körpern verarbeiten lassen und dass die durch Aufspritzen dieser Körper entstandenen intermetallischen Verbindungen die erforderlichen Wärmemengen bei ihrer Bildung in Freiheit setzen. Ausserdem ist Voraussetzung, dass die Komponenten an sich für aufgespritzte Überzüge in Frage kommen.
Als allgemeine Regel kann gelten, dass Komponenten, die intermetallische Verbindungen mit einem höheren Schmelzpunkt bilden, genügend Wärme entwickeln, um erfindungsgemäss einsetzbar zu sein. Unter bestimmten Verhältnissen erzeugen jedoch auch Komponenten, die intermetallische Verbindungen mit nicht so hohem Schmelzpunkt haben, gleichfalls ausreichend Wärme bei der exothermen Reaktion und sind dementsprechend anwendbar. Bevorzugte Komponenten sind Aluminium mit mindestens einem der Metalle, Kobalt, Chrom, Molybdän, Wolfram, Tantal, Niob, Titan, ganz besonders bevorzugt Nickel; gute Ergebnisse wurden auch erhalten mit Silicium, mit mindestens einem der Metalle Titan, Niob, Chrom, Wolfram, Kobalt, Molybdän, Nickel oder Tantal.
Obgleich Eisen an sich kein brauchbare Ergebnisse liefernder Bestandteil ist, lässt es sich zusätzlich zu einer anderen Komponente anwenden, die selbst befriedigende Ergebnisse liefert, beispielsweise in Form einer Legierung mit einer anderen Verbindung. Die andere Komponente muss dann jedoch in Mengen vorliegen, die ausreichen, um die intermetallische Komponente mit der dritten Komponente zu bilden, wobei ausreichende Wärmemengen entstehen, um das Spritzverfahren zu unterstützen. Dementsprechend kann beispielsweise Eisen, das gerade genug legiertes Nickel enthält, um korrosionsbeständig geworden zu sein, nicht genug Nickel enthalten, um in wirksamer Weise mit Aluminium exotherm zu reagieren. Im allgemeinen muss eine für diesen Zweck geeignete Nickel/Eisen-Legierung mindestens 12% Nikkel enthalten.
Im Pulverkorn entsprechend Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 Nickel und 2 Aluminium.
In Fig. 2 kennzeichnet 3 Nickelstränge und 4 Aluminiumstränge, die zu einem Draht vereinigt sind; hier liegen z. B. 18 Stränge Nickel mit einem Durchmesser von 0,48 mm und 19 Stränge Aluminium mit einem Durchmesser von 0,48 mm vor. Fig. 3 veranschaulicht eine Aluminiumhülle 5, die mit Nickel- und Aluminiumkörner gefüllt ist. Ist eine der Komponenten als Metallhydrid verfügbar, so sollte sie besser in dieser Form wie als Metall als solcher angewandt werden. Beim Flammspritzen erzeugt nämlich das vom Hydrid entwickelte Wasserstoffgas eine reduzierende Atmosphäre, die ihrerseits die Oxydation der intermetallischen Verbindungen während und unmittelbar nach ihrer Bildung unterdrückt.
So kann beispielsweise anstelle von Titan besser Titanhydrid als eine der Komponenten angewandt werden.
Man kann auch zwecks Verminderung der Oxydation ein Metallhydrid, wie Titanhydrid den anderen Komponenten in geringen Mengen beimischen. Beispielsweise können 1 bis 10% und vorzugsweise 1 bis 5%, bezogen auf die Gesamtmasse, an Hydrid und den anderen Komponenten angewandt werden.
Die Pulverkörner und der Draht können zusätzlich andere übliche, beim Flammspritzverfahren verwendete Komponenten enthalten, aber auch lediglich in Mischung oder in Verbindung mit diesem aufgespritzt werden.
Dementsprechend können beispielsweise die beschichteten Pulver zusätzlich andere Hüllen anderer Flammspritzkomponenten aufweisen, sie können aber auch einen Kern eines anderen Flammspritzmaterials mit unterschiedlichen Hüllen der Komponenten enthalten, die exotherm unter Bildung einer intermetallischen Verbindung reagieren. In gleicher Weise können die Aggregate oder Drähte weitere Flammspritzkomponenten enthalten, bei Verwendung von Pulvern können diese zusätzlich vermischt sein mit irgend welchen erstrebenswerten anderen Flammspritzpulvern.
Eine bevorzugte und sehr einfache Methode zur Ausbildung der umhüllten Pulver der Erfindung besteht darin, die eine Komponente in Form eines Anstrichs als Hülle auf die andere Komponente aufzubringen. Zu diesem Zweck kann man eine der Komponenten, die die Hülle bilden soll, in feinverteilter Form in einem Bindemittel oder Lack dispergieren, um eine echte Anstrichmasse zu bilden, in welcher diese Komponente einem Pigmentfarbstoff entspricht. Diese Anstrichmasse wird dann dazu verwendet, Kernteilchen der anderen Komponente zu beschichten, wonach das Bindemittel oder der Lack erstarren oder trocknen gelassen wird. Das Bindemittel besteht vorzugsweise aus einem Harz, das keine Verdampfung des Lösungsmittels bedingt, um einen getrockneten oder erstarrten Film auszubilden, wobei der Film sich zersetzt oder zusammenbricht in der Hitze des Spritzverfahrens.
Das Bindemittel kann beispielsweise ein phenolischer Lack oder irgendein anderer bekannter oder üblicher Lack sein, der vorzugsweise ein Harz als Lackfeststoff enthält. Die znächst mit dem Bindemittel oder Lack zu vermischende Komponente sollte vorzugsweise in möglichst feinverteilter Form vorliegen, beispielsweise in Teilchengrössen von 44 Mikron. Die andere, den Kern bildende Komponente sollte etwa der Teilchengrösse, die letzten Endes für das Spritzpulver verlangt wird, entsprechen oder nur leicht unterhalb dieser Grösse liegen.
Die Beschichtung der Kernkomponente mit der An strichmasse kann in bekannter oder gewünschter Weise erfolgen, es ist lediglich erforderlich, die beiden Materialien zusammenzumischen und den Binder zum Trocknen oder Erstarren zu bringen, wobei ein fast freifliessendes Pulver entsteht, das aus der den Kern bildenden Komponente besteht, umhüllt mit der anderen Komponente, die im Binder verteilt vorliegt.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird eine der Komponenten zu einem Rohr oder zu einer Hülle ausgeformt und mit einem Pulver der anderen Komponente oder einem Pulver, das eine Mischung der beiden Komponenten oder zusätzliche Komponenten enthält, gefüllt. Die Enden des Röhrchens werden dann verschlossen und der Draht durch Einschnüren, Auswalzen oder Ziehen auf den gewünschten Querschnitt gebracht. Vorzugsweise wird dabei das Pulver oder die Pulvermischung zunächst zu zylindrischen Briketten verpresst, bevor sie in die Umhüllung gelegt wird. Das Verschliessen der Rohrenden nach der Füllung mit dem Pulver oder der Pulvermischung kann beispielsweise durch Einsatz eines Stopfens, der z. B. aus dem Metall der Hülle besteht durch Verschweissen, Umbiegen, Anwürgen usw. erfolgen.
Obgleich die Pulver vorzugsweise als solche mit einer Pulver-Flammspritzpistole aufgespritzt werden, ist es auch möglich, sie in Form eines Drahtes oder Stabes zu kombinieren unter Verwendung eines Kunststoffes oder eines ähnlichen Bindemittels, das sich in der Erhitzungszone der Pistole zersetzt. In gewissen Fällen kann man die Pulver auch verdichten und/oder in Form eines Stabes oder eines Drahtes zusammen versintern. Die Drähte müssen die üblichen für Flammspritzdrähte festgelegten Abmessungen und Genauigkeitstoleranz aufweisen.
Ihre Abmessungen können beispielsweise zwischen 6,4 mm und Spritzdraht-Nr. 20 variieren, sie liegen vorzugsweise bei folgenden Werten:
4,8 mm + 0,0013 mm - 0,064 mm,
3,2 mm + 0,013 mm - 0,064 mm,
Draht-Nr. 11 + 0,012 mm - 0,025 mm und
Draht-Nr. 15 + 0,025 mm.
Die Drähte müssen an ihrer Oberfläche glatt und sauber sein und keine Striche, Flecken oder andere Fehler aufweisen. Sie werden in üblicher Weise unter Verwendung von Drahtflammspritzpistolen aufgespritzt.
Beispiel I a) Ein Aluminiumpulver mit einer Teilchengrösse zwischen 44 und 105 Mikron wurde in bekannter Weise mit Kobalt überzogen, indem eine ammoniakalische Kobalt und Ammoniumsulfat enthaltende Lösung bei Anwesenheit von Anthrachinon als Katalysator mit Wasserstoff reduziert wurde. Reduziert wurde bei Temperaturen zwischen 148 und 1760 in einem unter mechanischer Rührung betriebenen Autoklaven. Eingesetzt wurden Lösungen, die im Liter 40 bis 50 g Kobalt, 10 bis 400 g Ammonsulfat (MH4)5SO4 sowie 20 bis 30g NHs enthielten. Als Katalysator wurden 0,2gel Anthrachinon zugegeben, der Autoklav wurde mit einem Wasserstoffdruck von etwa 21 kg/cm2 betrieben.
Nach Erschöpfung der Kobaltlösung und Beschichtung des Aluminiums mit einem ersten Kobaltüberzug wurde die Lösung dem Autoklaven entnommen und frische Lösung eingefüllt, die aber keinen weiteren Anthrachinonkatalysator mehr zu enthalten braucht, da der zu Beginn gebildete Kobalt überzug selbst als Kataysator wirkt. Der Kreislauf wurde kontinuierlich wiederholt, bis sich eine Pulvermischung ausgebildet hatte, die etwa 16 bis 18% Aluminium und 82 bis 84% Kobalt enthielt. Teilchengrösse: 53 bis 149 Mikron.
Das auf diese Weise erhaltene Pulver wurde nach dem Flammspritz-Verfahren auf eine an ihrer Oberfläche mit Schirmgeltuch gereinigte Flussstahlplatte aufgespritzt.
Das Aufspritzen erfolgte unter Benutzung einer Pulverspritzpistole entsprechend der USA-Patentschrift Nummer 2961 335 (Warenbezeichnung: Thermospray-Pulverspritzpistole) unter Einhaltung eines Abstandes 23 cm.
Aufgespritzt wurden 2,72 bis 4,08 kg Pulver/Std. unter Verwendung von Acetylengas als Brennstoff bei einem Druck von 0,7 kg/cm5. Durchströmungsgeschwindigkeit: 481 bis 7101/Std. Sauerstoff wurde unter einem Druck von 0,84 kg/cm2 und einer Durchströmungsgeschwindigkeit von 820 bis 9901/Std. als Oxydationsgas verwendet.
Die Kobalthülle und der Aluminiumkern vereinigten sich in der Flammenhitze unter starker Wärmeabgabe und Bildung einer intermetallischen Kobalt/Aluminium Verbindung, die sich auf der Unterlage in Form eines dichten, hochwertigen Überzuges ablagerte, der selbstbindende Eigenschaften aufwies. Auf die beschriebene Weise konnte eine Schicht von 0,05 bis 0,10 mm Dicke aufgebaut werden. Der Belag kann als Grundlage für das Aufspritzen weiterer Schichten aus verschiedenen Metallen usw. benutzt werden, er stellt eine ausgezeichnete verbindende Zwischenschicht dar.
Man kann den Belag auch zu einer dickeren Schicht aufbauen, beispielsweise zu einem Überzug von 0,25 bis 0,5 mm Dicke, der als eine als Sauerstoffsperre dienende Unterlage dienen kann. Es lassen sich, wie beschrieben, sogar Schichten mit einer Dicke von 0,5 bis 1,0 mm und mehr als verschleissfeste und oxydationsbeständige Oberflächen aufbringen. Dank seiner selbstbindenden Eigenschaften haftet der aufgespritzte Überzug ohne die übliche Oberflächenvorbereitung oder Aufrauhung auf der Unterlage. Entsprechend den natürlichen Eigenschaften einer aufgespritzten Masse ermöglicht der Belag das Aufspritzen weiterer Flammspritzmassen unter guter Bindung.
Sogar bei hohen Temperaturen und in oxydierender Umgebung besitzt der mit Hilfe des Pulvers aufgespritzte Belag noch eine ausgezeichnete Oxydationsbeständigkeit, so dass eine Oxydation des Grundlagenmaterials, das beispielsweise aus Molybdän usw. besteht, verhindert wird. Die aufgespritzten Überzüge können als Verkleidungen von Metallschmelztiegeln oder Vorrichtungen zur Behandlung geschmolzener Metalle dienen, sie werden durch viele geschmolzene Metalle, einschliesslich der selbstfliessenden Legierungen, nicht durchfeuchtet oder durchdrungen. Auch bewähren sich die gebildeten Überzuge als bei hoher Temperatur verschleissfeste Beläge.
Bei Wiederholung der Arbeitsweise dieses Beispiels unter Verwendung eines Molybdänstabes von 4,8 mm Durchmesser, wobei ein 0,25 bis 0,30mm dicker Überzug aufgespritzt wurde, lässt sich der beschichtete Stab wiederholt unter Verwendung eines Schweissbrenners aus der Luft auf etwa 11000 erhitzen, wobei nach Abkühlung auf Raumtemperatur keine Oxydation feststellbar ist.
Ähnliche Ergebnisse können auch erhalten werden, wenn das Pulver 10 bis 45 Gew.-% Aluminium und 55 bis 90 Gew.-% Kobalt enthält.
b) Die Arbeitsweise a) wurde wiederholt, dabei jedoch Titanhydrid (TiM5)-Pulver anstelle des Aluminiums in Mengen von 25 bis 85 Gew.- % angewandt, vorzugsweise in Mengen von 60 bis 95 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse. Der beim Spritzen ausgebildete Überzug ist hart und dicht; bringt man ihn auf eine glatte, gepresste und gesinterte Al2OÖ-Unteralge auf, so wird eine ausgezeichnete Bindung erreicht. Das Aufspritzen kann mit einer Sauerstoff-Wasserstoff- oder einer Sauerstoff Acetylen-Flamme erfolgen.
Beispiel 2
Ein aus Siliciumpulver bestehender Kern wurde mit Nickel unter Ausbildung eines nickelumhüllten Flammspritzpulvers beschichtet. (Teilchengrösse des Pulvers: 44 bis 150 Mikron; Nickelgehalt, bezogen auf die Gesamtmenge an Silicium und Nickel: 75 bis 85%.) Das Pulver wurde mit der in Beispiel 1 erwähnten Flammspritzpistole nach den Angaben dieses Beispiels auf eine durch leichte Sandstrahlbehandlung vorbereitete Stahl Unterlage aufgespritzt. Während des Aufspritzens vereinigten sich Silicium und Nickel unter exothermer Reaktion, wodurch die thermische Wirksamkeit des Spritzverfahrens stark verbessert wurde und wonach ein ausgezeichneter Belag vorlag.
Beispiel 3
Titanpulver mit einem Teilchengrössen-Bereich zwischen 44 und 105 Mikron wurde in bekannter Weise mit Silicium umhüllt und ein aus umhüllten Einzelteilchen bestehendes Pulver ausgebildet, das etwa 35 bis 65% Titan und 35 bis 65% Silicium enthielt und eine Teilchengrösse zwischen 53 und 150 Mikron aufwies.
Das auf diese Weise hergestellte Pulver wurde auf eine durch leichte Sandstrahlbehandlung vorbereitete Grundlage flammgespritzt. Das Aufspritzen erfolgte in Abstand von 12,7 cm von der Platte unter Verwendung einer Pulver-Plasmaflammspritzpistole (Hersteller: Metco Inc. of Westbury, Long Island, New York; Handelsname: Type 2 MB-Plasmaflammspritzpistole). Aufgespritzt wurden 2,72 bis 4,08 kg Pulver/Std. unter Verwendung von Argon als Plasmagas mit einem Druck von 7,0kg/cm2 und einer Durchströmungsgeschwindigkeit von 31001/Std. Argon wurde unter einem Druck von 7 kg/cm2 und einer Durchströmungsgeschwindigkeit von 425 1/Std. als Pulver-Trägergas verwendet. Gearbeitet wurde mit einer Standard-Elektrode und einer Argondüse Type D . Verwendet wurde Bogenstrom von 400 bis 500 Ampere und 57 bis 62 Volt.
Die Bestandteile des aus Titan und Silicium aufgebauten Pulvers vereinigten sich in der Flammenhitze unter Ausbildung einer intermetallischen Titan-Silicium-Verbindung, die sich auf der Grundlage in Form eines dichten, hochwertigen Überzugs ablagerte. Dieser Belag zeigte ausgezeichnete Oxydationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen und schützte die Grundlage gegen Oxydation.
Beispiel 4
Feinverteiltes Aluminiumpulver mit einer Teilchengrösse bis 44 Mikron wurde mit einem phenolischen Lack vermischt, der etwa 50% Feststoffgehalt aufwies.
Die Vermischung erfolgte derart, dass eine Mischung mit einer etwa der Konsistenz von schwerem Sirup entsprechenden Konsistenz ausgebildet wurde, die 60% metallisches Aluminium enthielt.
100 g dieser Mischung aus Lack und Aluminiumpulver wurden zu 240 g Nickelpulver gegeben, das mit einer Teilchengrösse zwischen 44 und 74 Mikron vorlag. Die beiden Substanzen wurden kräftig durchmischt und das Durchmischen fortgesetzt, bis der Lack unter Zurücklassung eines halbwegs freifliessenden Pulvers eingetrocknet war, in welchem alle Nickelkernteilchen mit einem trockenen Film umhüllt vorlagen. Der Film bestand aus Aluminiumteilchen, die miteinander und mit dem Kernmaterial durch das phenolische Bindemittel verbunden waren. Das Pulver wurde dann auf 1200 angewärmt, um eine vollständige Trocknung sicherzustellen. Es lagen einige Agglomerate vor, die ausgesiebt und dann durch Handvermahlung auf eine Teilchengrösse von 150 Mikron zerkleinert wurden.
Das endgültig vorliegende pul ver bestand zu etwa 15% aus Aluminium und zu 85% aus Nickel, bedingt durch den Verlust an etwas Aluminium während der Vermahlung. Das Pulver wurde, wie im Beispiel 1 beschrieben, aufgespritzt und lieferte einen gleichen Überzug, der jedoch mehr als die doppelte Zugfestigkeit aufwies als der entsprechend Beispiel 1 erzeugte Belag.
Beispiel 5 a) Eine Mischung von 6% Aluminium- und 94% Nickelpulver wurden kräftig durchmischt und in Form zylindrischer Brikettchen zusammengepresst, die dann in eine Aluminiumröhre von 0,95 cm äusserem Durchmesser eingefüllt wurden, wonach die Rohrenden zugeschweisst wurden. Der Durchmesser wurde zunächst auf 0,63 cm eingeschnürt, dann auf 0,47 cm und schliesslich auf einen Enddurchmesser von 0,32 cm gebracht, der dem fertigen Draht entsprach. Der Draht wurde nunmehr entspannt und aufgerollt. Anschliessend wurde er unter Verwendung der üblichen Draht-Flammspritzpistole (Hersteller: Metco Inc., Vertriebsname: Metco Typ 4-E-Pistole) aufgespritzt. Das Aufspritzen erfolgte unter Verwendung von Acetylen bei einem Druck von etwa 1,05 kg/cm2 und einer Strömungsgeschwindigkeit von 1,05 cbm pro Stunde.
Sauerstoff wurde als Oxydationsgas bei einem Druck von 2,67 kg/cm2 und einer Strömungsgeschwindigkeit von 2,10 cbm/Std. zugeführt. Luft wurde als Blasegas unter einem Druck von 3,87 kg/ cm2 zugeführt bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,85 cbm/Min. Der Draht wurde mit einer Geschwindigkeit von 2,5 cm/Sek. aufgespritzt. Das Material wurde auf der Oberfläche eines vorgeschliffenen und maschinell nachgeschliffenen, kalt gewalzten Stahl mit einer Zugfestigkeit von 270kg/cm2 abgelagert. Der aufgespritzte Überzug ist hart und dicht. Er ist verschleiss- und oxydationsbeständig und kann auch als Unterlage für das Aufspritzen weiterer Beläge dienen.
b) Die Arbeitsweise a) wurde wiederholt, dabei jedoch anstelle des Nickelpulvers Chrom angewandt, und zwar in Mengen von 24 bis 95%, bezogen auf die Gesamtmenge von Aluminium und Chrom. Das Aufspritzen lieferte einen Belag von hoher Qualität, der selbstbindende Eigenschaften aufwies und bei hohen Temperaturen oxydationsbeständig war.
c) Die Arbeitsweise a) wurde wiederholt unter Verwendung von Columbiumpulver anstelle von Nickelpulver, und zwar in Mengen von 40 bis 50, vorzugsweise 50 bis 55%, bezogen auf den Gesamtgehalt an Columbium und Aluminium. Der aufgespritzte Überzug stellte einen Belag von hoher Qualität dar, der bei hohen Temperaturen oxydationsbeständig ist und dazu benutzt werden kann, Grundlagen aus Tantal und Molybdän gegen Oxydation zu schützen.
d) Die Arbeitsweise a) wurde wiederholt, wobei Tantalpulver anstelle des Nickelpulvers angewandt wurde, und zwar in Mengen von 40 bis 90%, vorzugsweise 65 bis 75%, Tantal, bezogen auf die Gesamtmenge von Tantal und Aluminium. Erhalten wurde ein dichter, hochqualifizierter Belag mit selbstbindenden Eigenschaften, der gegenüber Oxydation bei hohen Temperaturen beständig war.
e) Die Arbeitsweise a) wurde wiederholt, wobei anstelle des Nickelpulvers nunmehr Borpulver in Mengen von 40 bis 90%, bezogen auf die Gesamtmenge an Bor und Aluminium, angewandt wurde. Der aufgespritzte Belag hatte selbstbindende Eigenschaften und war bei hohen Temperaturen oxydationsbeständig.
f) Die Arbeitsweise c) wurde wiederholt, dabei jedoch ein Pulver aufgespritzt, das zusätzlich 0,5 bis 5% Bor und/oder 0,5 bis 5% Silicium enthielt, bezogen auf die Gesamtmenge der Komponenten. Der ausgebildete Belag glich dem Überzug nach c), ausgenommen, dass beim Erhitzen auf hohe Temperaturen an der Luft an der Oberfläche der ausgebildeten intermetallischen Verbindung ein sehr dünner, dichter, festhaftender schützender Oxydfilm entstanden war. Dieser ist infolge Wärme schock splitterfest und erscheint von selbstausgleichen- der Natur zu sein.
g) Die Arbeitsweise a) wurde wiederholt, dabei jedoch Wolframcarbid, das 12% Bindemittel enthielt und in einer Teilchengrösse unterhalb 105 Mikron vorlag, angewandt, und zwar in Mengen von 5 bis 70%, bezogen auf die Gesamtmenge der Komponenten. Der erhaltene Belag ist dicht, extrem verschleissfest und von selbstbindender Art. Die Arbeitsweise kann noch wiederholt werden, wobei anstelle von Wolframcarbid der beschriebe nen Art kristallines Wolframcarbid, Aluminiumoxyd, Diamant- oder andere verschleissfeste Substanzen eingesetzt werden.
h) Die Arbeitsweise entsprechend a) wurde wiederholt, dabei jedoch 1 bis 10% und vorzugsweise 1 bis 5%, bezogen auf die Gesamtmenge der Komponenten, Titanhydrid mit einer Teilchengrösse unterhalb 150 Mikron, vorzugsweise unterhalb 44 Mikron, dem Kernmaterial zugesetzt. Die Ergebnisse entsprachen der Arbeitsweise a), ausgenommen, dass der ausgebildete Überzug eine verbesserte physikalische Festigkeit aufweist und erheblich weniger auf Oxydation zurückgehende Einflüsse enthält. Anstelle des Titanhydrids können andere Metallhydride angewandt werden.
i) Die Arbeitsweise a) wurde wiederholt, dabei jedoch das Nickelpulver durch ein Nickel-Chrom-Pulver ersetzt, das aus einer Chromlegierung bestand, die 80% Nickel und 20% Chrom enthielt. Der Schweissdraht lieferte einen dichten, selbstbindenden Belag von äusserster Oxydationsbeständigkeit.
k) Die Arbeitsweise a) wurde wiederholt, dabei jedoch das Nickelpulver durch eine Pulvermischung ersetzt, die aus 80% Nickel und 20% Chrom bestand. Nach dem Aufspritzen war ein dichter, selbstbindender Belag mit hoher Oxydationsbeständigkeit entstanden.
Beispiel 6
Die in der vorstehenden Tafel 1 aufgeführten Paare von Komponenten lassen sich für die Erfindung in Form von Pulvern und/oder Drähten oder Stäben anwenden.
Jedes der aufgeführten Komponentenpaare reagiert beim Flammsspritzen exotherm unter Ausbildung einer intermetallischen Verbindung und eines sehr guten Überzuges. Die Komponentenpaare lassen sich entsprechend Beispiel 4 in umhüllte Pulver verwandeln und, wie be schrieben, aufspritzen oder entsprechend Beispiel 5 zu Drahtzusammensetzungen verarbeiten und aufspritzen.
Method of flame spraying
In Swiss Patent No. 439 909 a method for flame spraying is described in which heat-meltable material in a heating zone is heated at least until it softens and, under the present conditions, is thrown out of the heating zone in finely divided form, the material of the heating zone being in shape such body is supplied which have at least two components which react exothermically with one another at the temperatures developed in the heating zone to form an intermetallic compound. The supplied body can be in the form of individual coated powder particles, in which a component of the core u. at least one layer enveloping the core represents the other component.
The core mass is preferably made of aluminum and the shell is made of nickel, advantageously 10 to 45% aluminum, based on the total amount of nickel and aluminum, being present.
According to one embodiment of this method, the heat-fusible material is supplied in the form of wires or rods. In these cases too, the wire should have an aluminum core and a nickel sheath.
The flame spray powder used in the process must consist of coated grains that have components that react synergistically with one another, with one component forming the core and a materially different component forming the shell, which reacts exothermically with the core mass at the temperatures developed in the heating zone to form an intermetallic compound . Such flame spraying compounds can be used in a mixture with other conventional flame spraying compounds. When using flame spray wires, the same requirements must be met, so they must also consist of two materially different components that are capable of reacting exothermically with the formation of an intermetallic compound at the temperatures developed in the heating zone.
The components can be in the form of wire strands.
The described flame spraying process now delivers particularly good results with a certain selection of the components in question. It has been found that the process for flame spraying according to Swiss Patent No. 439 909 then results in excellent coatings in all cases if the components that react with one another have at least 3000 gram calories per gram atom, based on the average atomic weight of the metals used in the reaction according to their specifications Weight ratio, preferably at least 7500 gram calories. Metal pairs whose components meet this requirement and which react exothermically with one another to form an intermetallic compound are listed in Table I.
The sprayed-on mass can additionally contain at least one further flame spraying material. According to one embodiment of the new flame spraying process, the individual particles are in the form of powder grains, the core of which contains one component and the shell of which the other component, the shell consisting of finely divided individual particles which are united with the core by a binder.
If the heat-fusible material is to be supplied in the form of wires or rods containing the constituent parts, care must be taken to select components that do not form cavities or bubbles when they melt together. It has proven useful to use a wire whose sheath consists of one component, in particular aluminum, which envelops a powder composed of at least one further component, in particular nickel, the sheath substance having to melt less than the powder substance. The wires can of course also consist of individual strands of two different components.
Materials which additionally contain a metal hydride are of great importance for the process of the invention, but it is also possible to spray on materials whose one metallic component is at least partially in the form of its metal hydride. According to a further embodiment, the metal to be sprayed on additionally contains boron and / or silicon.
TAFEL I Ag Ce B Hf Ce In Mg Sb Ta Be Al As B Nb Ce Mg Mg Sn V Be Al Au B Ss Ce Pb Na Pb Ti Be Al BB Th Ce Si Na Sb Cr Si Al Ba B Ti Ce Sn Na Se Cr Ti Al Ca BV Ce Tl Na Sn Cr Zr Al Ce BW Ce Zn Na Te Mg Te Al Co B Zr Ga Na Na Tl Ni Te Al Cr Ba Bi Ga Pr Nb Si Si Th Al La Ba Pb Ga Sb Ni Th Si W Al Li Ba Sb Ga Te Pb Pr Co Si Al Mo Be Co Ga U Pb Pu Mo Si Al Nb Be Cr Ge Mg Pb Se Ni Si Al Ni Be Ni Ge Nb Pb Tl Si Ta Al Pr Be Np Ge Zr Pd C Al Ti Be Pu Li In Pr Sn Al Zr Be U In To Pr Tl Al Sb Be Zr In Ru Sb Zr Al Se Bi Ca K Sb Se Sn Al Ta Bi Ce K Se Th Al Te Bi KK Sn Se Tl Al U Bi Li K Tl Cu Te Al V Bi Mg La Pb Si Ti Al W Bi Na La Sb Si U As Cd Bi Se La Sn Si V As Ga Bi Te La Tl Si Zr As In Bi Th La Zn Sn Te As Mg Ca Pb Li Pb Sn U As Zn Ca Sn Li Sb Sn Zr BY Ca Tl Li Sn Te Zn B Ca Cd Li Li Th Mo Be B Cr Cd Na Li Zn Nb Be
Fig.
Figure 1 shows in cross section a single particle of the novel flame spray powder of the invention.
Fig. 2 shows a diagrammatic section of an embodiment of a new flame spray wire in the sense of the invention.
Fig. 3 shows a further embodiment of a new flame spray wire.
As far as bodies are mentioned below, these are to be understood as structural units consisting of one piece, while pure mixtures of the components that can be physically separated from one another without destroying the particles are not meant. In the case of the use of powders, the compositions or bodies according to the invention are not intended to be a simple mixture of individual grains of the various components, but an imperative that each individual grain contains the various components that react exothermically with the formation of intermetallic compounds. In the case of wires, the individual components must be combined in a single wire. In the bodies according to the invention, the components must therefore be in intimate contact with one another.
When the wires according to the invention are sprayed on, the bodies should be in the form of a wire which has a casing of one material and a core of the other material. There can also be differently composed sheaths of several components and a core made of a third material, furthermore the wire can be created by braiding or folding together different wire strands consisting of the individual components; According to a further embodiment of the invention, the wire can consist of a sheath of the one component and a core which contains the other component in powder or compact form. According to a further embodiment, the wire consists of a sheath of the one component and a core which contains a compact powder mixture of the same component and one or more other components.
Finally, the wire can consist of a sheath made of a plastic mass and a core which has a compact powder mixture of the other component, etc. The wires to be sprayed on with good results for the invention must not show any cavities or bubbles at the tip when heated, they should preferably be capable be to form a tapered or slightly beveled end when they are melted together and sprayed on. If the wires have an outer layer or sheath made of one component and a core made of the other component, the core must not have a lower melting point than the outer sheath, since in the other case the core first melts and forms cavities and bubbles at the wire tip will.
For example, if the wire is made of nickel and aluminum as exothermic reacting components and represents a coated wire core, the latter must be made of nickel and the coating of aluminum, otherwise the core will melt out during the spraying process and cause bubbles and cavities to form can not be brought into agreement with a satisfactory spray-on process. In the following, those wires which are set with regard to their characteristic melting points in such a way that they ensure melting at the tip without the formation of bubbles are referred to as non-bubble-forming wires.
All metal pairs that could be melted with the formation of an intermetallic compound in the event of an exothermic section can be used as components. The components should release about 3000 gram calories per gram atom, preferably at least 7500 gram calories with formation of the intermetallic compound. The term egram calories per gram atom denotes the number of gram calories which the average atomic weight in grams of the intermetallic compound produced during formation.
Although the components should preferably be present in the stoichiometric proportions required for the formation of the intermetallic compound, it is also possible to use an excess of one over the other, provided that the. relative amounts are sufficient to generate the specified amounts of heat required to form the intermetallic compound. There is a very large number of metal components which can be melted together in an exothermic reaction to form an intermetallic compound.
All these components can be used for the invention, the only imperative being that they can be processed into bodies suitable for spraying and that the intermetallic compounds created by spraying these bodies release the required amounts of heat when they are formed. In addition, it is a prerequisite that the components themselves are suitable for sprayed-on coatings.
As a general rule, components which form intermetallic compounds with a higher melting point develop enough heat to be usable according to the invention. Under certain conditions, however, components which have intermetallic compounds with a lower melting point also generate sufficient heat in the exothermic reaction and are accordingly applicable. Preferred components are aluminum with at least one of the metals, cobalt, chromium, molybdenum, tungsten, tantalum, niobium, titanium, very particularly preferably nickel; good results have also been obtained with silicon, with at least one of the metals titanium, niobium, chromium, tungsten, cobalt, molybdenum, nickel or tantalum.
Although iron is not in itself a useful component, it can be used in addition to another component that provides satisfactory results in itself, for example in the form of an alloy with another compound. However, the other component must then be present in amounts sufficient to form the intermetallic component with the third component, with sufficient amounts of heat arising to support the spraying process. Accordingly, for example, iron containing just enough alloyed nickel to become corrosion resistant may not contain enough nickel to effectively exotherm with aluminum. Generally, a suitable nickel / iron alloy for this purpose must contain at least 12% nickel.
In the powder grain according to FIG. 1, the reference number 1 denotes nickel and 2 denotes aluminum.
In Fig. 2 denotes 3 strands of nickel and 4 strands of aluminum which are combined into a wire; here are z. B. 18 strands of nickel with a diameter of 0.48 mm and 19 strands of aluminum with a diameter of 0.48 mm. Fig. 3 illustrates an aluminum shell 5 filled with nickel and aluminum grains. If one of the components is available as a metal hydride, it should better be used in this form than as a metal as such. During flame spraying, the hydrogen gas evolved by the hydride creates a reducing atmosphere which in turn suppresses the oxidation of the intermetallic compounds during and immediately after their formation.
For example, instead of titanium, it is better to use titanium hydride as one of the components.
A metal hydride, such as titanium hydride, can also be mixed with the other components in small amounts in order to reduce oxidation. For example, 1 to 10% and preferably 1 to 5%, based on the total mass, of hydride and the other components can be used.
The powder grains and the wire can additionally contain other conventional components used in the flame spraying process, but they can also be sprayed on merely as a mixture or in conjunction with this.
Accordingly, for example, the coated powders can additionally have other shells of other flame spray components, but they can also contain a core of another flame spray material with different shells of the components, which react exothermically to form an intermetallic compound. In the same way, the units or wires can contain further flame spraying components; if powders are used, these can additionally be mixed with any other desirable flame spraying powders.
A preferred and very simple method of forming the coated powders of the invention is to apply one component to the other component in the form of a coat of paint. For this purpose, one of the components that is to form the shell can be dispersed in finely divided form in a binder or lacquer in order to form a real paint composition in which this component corresponds to a pigment. This paint is then used to coat core particles of the other component, after which the binder or varnish is allowed to set or dry. The binder is preferably made of a resin that does not require evaporation of the solvent to form a dried or solidified film, which film decomposes or collapses in the heat of the spraying process.
The binder can be, for example, a phenolic lacquer or any other known or customary lacquer, which preferably contains a resin as the lacquer solid. The component to be mixed first with the binder or lacquer should preferably be in the finest possible form, for example in particle sizes of 44 microns. The other component, which forms the core, should roughly correspond to the particle size that is ultimately required for the wettable powder, or be only slightly below this size.
The coating of the core component with the paint can be done in a known or desired manner, it is only necessary to mix the two materials together and to bring the binder to dry or solidify, whereby an almost free-flowing powder is formed, which consists of the component forming the core , enveloped with the other component, which is present distributed in the binder.
According to one embodiment of the invention, one of the components is shaped into a tube or a casing and filled with a powder of the other component or a powder which contains a mixture of the two components or additional components. The ends of the tube are then closed and the wire is brought to the desired cross-section by constriction, rolling or pulling. Preferably, the powder or the powder mixture is first pressed into cylindrical briquettes before it is placed in the casing. The closing of the pipe ends after filling with the powder or powder mixture can be done, for example, by using a stopper which, for. B. consists of the metal of the shell by welding, bending, choking, etc. take place.
Although the powders are preferably sprayed as such with a powder flame spray gun, it is also possible to combine them in the form of a wire or rod using a plastic or similar binder which will decompose in the heating zone of the gun. In certain cases, the powders can also be compacted and / or sintered together in the form of a rod or wire. The wires must have the usual dimensions and accuracy tolerance specified for flame spray wires.
Their dimensions can be between 6.4 mm and spray wire no. 20 vary, they are preferably at the following values:
4.8 mm + 0.0013 mm - 0.064 mm,
3.2 mm + 0.013 mm - 0.064 mm,
Wire no. 11 + 0.012 mm - 0.025 mm and
Wire no. 15 + 0.025 mm.
The surface of the wires must be smooth and clean, with no lines, spots or other defects. They are sprayed on in the usual way using wire flame spray guns.
Example I a) An aluminum powder with a particle size between 44 and 105 microns was coated with cobalt in a known manner by reducing a solution containing ammoniacal cobalt and ammonium sulfate in the presence of anthraquinone as a catalyst with hydrogen. Reduction was carried out at temperatures between 148 and 1760 in an autoclave operated with mechanical stirring. Solutions were used which contained 40 to 50 g cobalt, 10 to 400 g ammonium sulfate (MH4) 5SO4 and 20 to 30 g NHs per liter. 0.2 gel of anthraquinone was added as a catalyst, and the autoclave was operated with a hydrogen pressure of about 21 kg / cm2.
After the cobalt solution had been exhausted and the aluminum was coated with a first cobalt coating, the solution was removed from the autoclave and fresh solution was poured in, which, however, does not need to contain any further anthraquinone catalyst, since the cobalt coating formed at the beginning itself acts as a catalyst. The cycle was repeated continuously until a powder mixture was formed which contained about 16 to 18% aluminum and 82 to 84% cobalt. Particle size: 53 to 149 microns.
The powder obtained in this way was sprayed by the flame spraying method onto a mild steel plate cleaned on its surface with an umbrella cloth.
The spraying was carried out using a powder spray gun according to the USA patent specification number 2961 335 (trade name: Thermospray powder spray gun) while maintaining a distance of 23 cm.
2.72 to 4.08 kg of powder / hour were sprayed on. using acetylene gas as fuel at a pressure of 0.7 kg / cm5. Flow rate: 481 to 7101 / hour. Oxygen was released under a pressure of 0.84 kg / cm2 and a flow rate of 820 to 9901 / hour. used as an oxidizing gas.
The cobalt shell and the aluminum core combined in the heat of the flame with strong heat dissipation and the formation of an intermetallic cobalt / aluminum compound, which was deposited on the base in the form of a dense, high-quality coating with self-binding properties. A layer 0.05 to 0.10 mm thick could be built up in the manner described. The covering can be used as a basis for spraying on further layers of different metals, etc., it is an excellent connecting intermediate layer.
The covering can also be built up into a thicker layer, for example a covering 0.25 to 0.5 mm thick, which can serve as an underlay serving as an oxygen barrier. As described, layers with a thickness of 0.5 to 1.0 mm and more can even be applied as wear-resistant and oxidation-resistant surfaces. Thanks to its self-binding properties, the sprayed-on coating adheres to the base without the usual surface preparation or roughening. In accordance with the natural properties of a sprayed mass, the covering enables further flame spraying masses to be sprayed on with good bonding.
Even at high temperatures and in an oxidizing environment, the coating sprayed on with the aid of the powder still has excellent resistance to oxidation, so that oxidation of the basic material, which consists of molybdenum, etc., is prevented. The sprayed-on coatings can serve as cladding for metal crucibles or devices for treating molten metals; many molten metals, including self-fluxing alloys, do not moisten or penetrate them. The coatings that are formed also prove to be wear-resistant coverings at high temperatures.
When the procedure of this example is repeated using a molybdenum rod 4.8 mm in diameter with a 0.25 to 0.30 mm thick coating sprayed on, the coated rod can be repeatedly heated to about 11,000 from the air using a welding torch, wherein after cooling to room temperature no oxidation can be detected.
Similar results can also be obtained when the powder contains 10 to 45% by weight of aluminum and 55 to 90% by weight of cobalt.
b) Procedure a) was repeated, except that titanium hydride (TiM5) powder was used instead of aluminum in amounts of 25 to 85% by weight, preferably in amounts of 60 to 95% by weight, based on the total mass. The coating formed during spraying is hard and dense; if you apply it to a smooth, pressed and sintered Al2OÖ sub-algae, an excellent bond is achieved. The spraying can be done with an oxygen-hydrogen or an oxygen-acetylene flame.
Example 2
A core made of silicon powder was coated with nickel to form a nickel-coated flame spray powder. (Particle size of the powder: 44 to 150 microns; nickel content, based on the total amount of silicon and nickel: 75 to 85%.) The powder was applied to a steel base prepared by light sandblasting using the flame spray gun mentioned in Example 1 according to the information in this example sprayed on. During the spraying process, silicon and nickel combined with an exothermic reaction, which greatly improved the thermal effectiveness of the spraying process and resulted in an excellent coating.
Example 3
Titanium powder with a particle size range between 44 and 105 microns was coated with silicon in a known manner and a powder consisting of coated individual particles was formed which contained about 35 to 65% titanium and 35 to 65% silicon and had a particle size between 53 and 150 microns .
The powder produced in this way was flame-sprayed on a base prepared by light sandblasting. The spraying was carried out at a distance of 12.7 cm from the plate using a powder plasma flame spray gun (manufacturer: Metco Inc. of Westbury, Long Island, New York; trade name: Type 2 MB plasma flame spray gun). 2.72 to 4.08 kg of powder / hour were sprayed on. using argon as the plasma gas with a pressure of 7.0 kg / cm2 and a flow rate of 31001 / h. Argon was under a pressure of 7 kg / cm2 and a flow rate of 425 l / h. used as a powder carrier gas. A standard electrode and an argon nozzle type D were used. Arc currents of 400 to 500 amperes and 57 to 62 volts were used.
The constituents of the powder, made up of titanium and silicon, combined in the heat of the flame to form an intermetallic titanium-silicon compound, which was deposited on the base in the form of a dense, high-quality coating. This covering showed excellent resistance to oxidation at high temperatures and protected the base against oxidation.
Example 4
Finely divided aluminum powder with a particle size of up to 44 microns was mixed with a phenolic varnish that had about 50% solids content.
The mixing was carried out in such a way that a mixture with a consistency roughly equivalent to the consistency of heavy syrup was formed and which contained 60% metallic aluminum.
100 g of this mixture of paint and aluminum powder was added to 240 g of nickel powder, which was present with a particle size between 44 and 74 microns. The two substances were mixed vigorously and the mixing continued until the paint had dried, leaving a halfway free-flowing powder in which all nickel core particles were encased in a dry film. The film consisted of aluminum particles bonded to each other and to the core material by the phenolic binder. The powder was then warmed to 1200 to ensure complete drying. There were some agglomerates that were sieved out and then hand-milled to a particle size of 150 microns.
The final powder consisted of about 15% aluminum and 85% nickel, due to the loss of some aluminum during the grinding. The powder was sprayed on as described in Example 1 and produced an identical coating, which, however, had more than twice the tensile strength than the coating produced according to Example 1.
Example 5 a) A mixture of 6% aluminum and 94% nickel powder was vigorously mixed and pressed together in the form of cylindrical briquettes, which were then filled into an aluminum tube with an outer diameter of 0.95 cm, after which the tube ends were welded shut. The diameter was initially reduced to 0.63 cm, then to 0.47 cm and finally to a final diameter of 0.32 cm, which corresponded to the finished wire. The wire has now been relaxed and rolled up. It was then sprayed on using the customary wire flame spray gun (manufacturer: Metco Inc., sales name: Metco Type 4-E gun). The spraying was carried out using acetylene at a pressure of about 1.05 kg / cm2 and a flow rate of 1.05 cbm per hour.
Oxygen was used as the oxidizing gas at a pressure of 2.67 kg / cm2 and a flow rate of 2.10 cbm / hour. fed. Air was supplied as a blowing gas under a pressure of 3.87 kg / cm2 at a flow rate of 0.85 cbm / min. The wire was fed at a speed of 2.5 cm / sec. sprayed on. The material was deposited on the surface of pre-ground and machine re-ground, cold-rolled steel with a tensile strength of 270 kg / cm2. The sprayed-on coating is hard and tight. It is wear and oxidation resistant and can also serve as a base for spraying on other coatings.
b) The procedure a) was repeated, but instead of the nickel powder, chromium was used, namely in amounts of 24 to 95%, based on the total amount of aluminum and chromium. Spraying provided a high quality covering that had self-binding properties and was resistant to oxidation at high temperatures.
c) The procedure a) was repeated using columbium powder instead of nickel powder, namely in amounts of 40 to 50, preferably 50 to 55%, based on the total content of columbium and aluminum. The sprayed-on coating was a high-quality coating that is resistant to oxidation at high temperatures and can be used to protect bases made of tantalum and molybdenum against oxidation.
d) Procedure a) was repeated, using tantalum powder instead of nickel powder, in amounts of 40 to 90%, preferably 65 to 75%, of tantalum, based on the total amount of tantalum and aluminum. The result was a dense, high-quality covering with self-binding properties that was resistant to oxidation at high temperatures.
e) Procedure a) was repeated, but instead of nickel powder, boron powder was used in amounts of 40 to 90%, based on the total amount of boron and aluminum. The sprayed-on covering had self-binding properties and was resistant to oxidation at high temperatures.
f) Procedure c) was repeated, but a powder was sprayed on which additionally contained 0.5 to 5% boron and / or 0.5 to 5% silicon, based on the total amount of the components. The formed coating was similar to the coating according to c), except that when heated to high temperatures in air on the surface of the formed intermetallic compound, a very thin, dense, firmly adhering protective oxide film was formed. This is shockproof due to heat and appears to be of a self-balancing nature.
g) Procedure a) was repeated, but using tungsten carbide, which contained 12% binder and was present in a particle size below 105 microns, in amounts of 5 to 70%, based on the total amount of the components. The coating obtained is dense, extremely wear-resistant and of a self-binding nature. The procedure can still be repeated, with crystalline tungsten carbide, aluminum oxide, diamond or other wear-resistant substances being used instead of tungsten carbide of the type described.
h) The procedure according to a) was repeated, but 1 to 10% and preferably 1 to 5%, based on the total amount of the components, titanium hydride with a particle size below 150 microns, preferably below 44 microns, added to the core material. The results corresponded to the procedure a), with the exception that the coating formed has an improved physical strength and contains considerably fewer influences due to oxidation. Instead of the titanium hydride, other metal hydrides can be used.
i) Procedure a) was repeated, but replacing the nickel powder with a nickel-chromium powder consisting of a chromium alloy containing 80% nickel and 20% chromium. The welding wire provided a dense, self-binding coating of extreme resistance to oxidation.
k) Procedure a) was repeated, but replacing the nickel powder with a powder mixture consisting of 80% nickel and 20% chromium. After spraying, a dense, self-binding coating with high resistance to oxidation was created.
Example 6
The pairs of components listed in Table 1 above can be used for the invention in the form of powders and / or wires or rods.
Each of the listed pairs of components reacts exothermically during flame spraying with the formation of an intermetallic compound and a very good coating. The pairs of components can be converted into coated powders according to Example 4 and, as described, sprayed on or processed into wire compositions according to Example 5 and sprayed on.