DE2100237A1

DE2100237A1 - Wolframlegierung und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE2100237A1
Application number: DE19712100237
Authority: DE
Inventors: Herbert Frederick Town & Country; McCormick Harold Edward Ballwin; Mo Prasse (V.St.A.). P
Original assignee: Ramsey Corp
Current assignee: Ramsey Corp
Priority date: 1970-01-07
Filing date: 1971-01-05
Publication date: 1971-07-22
Also published as: CA965448A; FR2075970A1; US3725017A; GB1303798A; JPS5312451B1

Description

Manchester and Weidmen Roads
Manchester, Missouri / V.St.A,

Unser Zeichen: R 761

Wolframlegierung und Verfahren zu ihrer Herstellung

Die Erfindung betrifft eine Wolframlegierung, die zur Herstellung von harten Belägen oder Überzügen für die verschiedensten Substratmaterialien einschließlich solcher auf Basis von Eisen und Stahl geeignet iste Die erfindungsgemäße Legierung ist besonders geeignet als Überzug, für Kolbenringe einschließlich der Dicht- und ölabstreifring© für Kolben von Verbrennungsmotoren.

Kolbenringe, Dichtringe und ülabatreifringe werden normalerweise mit einem harten Metallüberzug versehen. Ein typisches Beispiel dafür ist ein nach einem Flammspritzverfahren aufgebrachtes hartes Molybdänüberzugsmaterial, dae eich für Kolbenringe in hochverdichteten Verbrennungsmotoren* bei deren Betrieb hohe Temperaturen auftreten, ausgezeichnet eignet» Ein anderer überzug für Kolbenringe

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besteht ζ. B, aus einem feuerfesten Metallcarbide wie Wolframcarbid. Bisher nahm man an, daß für den Fall, daß Wolfram den Hauptanteil des Legierungsüberzuges bildet, das Wolfram in Form einer Verbindung, beispielsweise als Wolframcarbid, vorliegen muß. Versuche, einen Kolbenüberzug herzustellen, der Wolfram selbst als getrennte Phase enthält, haben zu keinem Erfolg geführt, da sich das Wolfram als zu weich erwiesen hat und den Kolbenring unter den typischen Betriebsbedingungen nicht in dem gewünschten Maße schützte.

Es wäre daher als wesentlicher technischer Fortschritt anzusehen, wenn es gelänge, eine Legierung anzugeben, die eine wesentliche Menge an Wolfram als getrennte Phase enthält und dennoch ausreichend hart ist, um als Überzug für Kolbenringe in hochverdichteten Verbrennungsmotoren verwendet werden zu können.

Die vorliegende Erfindung liefert nun eine solche Metalllegierung, die sich zur Herstellung von harten Überzügen eignet und die aus einer Legierungsmatrix besteht, die eine getrennte, interstitiell mit Bor gehärtete Wolframphase enthält. Bei der Legierungsmatrix handelt es sich vorzugsweise um eine Nickel-Chrom- oder Nickel-Aluminium-Matrix.

Die oben angegebene Legierung, die als Überzug für Kolbenringe besonders geeignet ist, wird vorzugsweise nach einem Plasmastrahl-Spritzverfahren hergestellt. Die harte Wolframlegierung der Erfindung wird allgemein hergestellt, indem man in einer oxydierenden Flamme eines Plasmalichtbogenbrenners Wolframcarbid in Wolfram überführt und dann das Wolfram zum Härten der Wolframphase mit Bor kombiniert.

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Bei dem üblichen Plasmastrahl-Spritzverfahren verwendet man eine Plasmaflammenspritzpistole, die eine Spritzkammer aufweist, in welche das Plasmagas eingeführt wird. Zur Ionisierung des Gases wird in der Kammer ein elektrischer Lichtbogen erzeugt. An der Kammer ist eine Sprühdüse angebracht, der ein Spritzmetallpulver» vorzugsweise in Form einer Suspension in einem Trägergas,zugeführt wird. Das Metallpulver wird dann geschmolzen und auf ein als Werkstück wirkendes Grundmaterial aufgepreßt, wodurch das Grundmaterial überzogen wird. Der Überzug auf dem Grundmaterial wird dadurch erzeugt, daß man die Spritzpistole gegenüber dem Werkstück oder das Werkstück gegenüber der Spritzpistole oder beide gegeneinander bewegt, um so mehrere dünne Metallschichten nacheinander abzulagern.

Die Verbesserung des oben beschriebenen Verfahrens, die das Wesen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausmacht, besteht nun darin, daß man ein Pulver aus Wolframcarbid, Bor und mindestens eine:;·! weiteren legierenden Element verwendet. Als Plasmagas wird Wasserstoff in Verbindung mit Stickstoff oder Argon verwendet. Der Wasserstoff wird mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,566 bis 0,850 m (20 bis 30 ft. ) Wasserstoff unter Standardbedingungen pro Stunde zugeführt. Eine andere wichtige Variable, die einreguliert werden muß, ist der Abstand der Sptizpistole von dem Werkstück. Dieser kann von 8,9 bis 16,5 cm (3,5 bis 6,5 inches) variiert werden. Unter diesen Bedingungen wird das Grundmaterial mit einem harten Überzug versehen, der aus der oben beschriebenen Legierung besteht, die eine gehärtete Wolframphase enthält.

Ziel der Erfindung ist es daher, eine neue Legierung, insbesondere eine eine getrennte harte Wolframphase enthaltende Metallegierung anzugeben, die zur Herstellung eines harten

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Überzuges auf der Lauffläche eines Kolbenringes verwendet werden kann, der aus einer nach einem Plasmastrahl-Sprit zverfahr en aufgebrachten feuerfesten Legierung besteht. Dieser harte Überzug wird auf dem Kolbenring in situ aus einem Wolfram enthaltenden Pulver mit Hilfe eines Plasmastrahlspritzverfahrens erzeugt.

Ziel der Erfindung ist es ferner, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Wolframlegierung anzugeben, die als harter Überzug verwendbar ist, wobei man ein Plasmastrahlbeschichtungsverfahren anwendet, in dem bestimmte Variable des Verfahrens in ganz spezieller Weise so eingestellt werden, daß der gewünschte harte Wolframmetallegierungsüberzug erzielt wird.

Weitere Merkmale der Erfindung und erfindungsgemäß erzielte Vorteile gehen aus der folgenden Beschreibung bestimmter bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen hervor. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß diese speziellen Ausführungsformen in vielerlei Hinsicht abgeändert und modifiziert werden können, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

In den beiliegenden Zeichnungen bedeuten

Fig. 1 eine Mikrophotographie einer typischen Probe einer erfindungsgemäßen Wolframlegierung;

die Figuren 2 bis 8 Röntgenfluoreszenzmikrophotographien von verschiedenen, in einer typischen erfindungsgemäßen Legierung enthaltenen Komponenten;

Fig. 9 einen seitlichen Aufriß, teilweise im Schnitt, einer Kolbenringzylinderanordnung eines Motors, in der der Kolben Ringnuten aufweist, die mit Dichtringen und ölabstreifringen

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versehen sind, von denen Jeder eine an dem Zylinder anliegende Lauffläche aufweist, die aus in situ hergestellten, nach einem Plasmastrahlspritzverfahren aufgebrachten erfindungsgemäßen Wolframlegierungen besteht; Fig. 10 stellt einen vergrößerten teilweisen Querschnitt durch den oberen Teil des Dichtringes in dem Kolben der Fig. 9 dar;

Fig. 11 ist eine ähnliche Ansicht wie Fig. 10, die jedoch den zweiten Dichtring in dem Kolben der Fig. 9 erläutert; Fig..12 ist eine ähnliche Ansicht wie Fig. 10, erläutert _m Jedoch den ölabstreifring in der dritten Ringnute des ™

Kolbens der Fig. 9»

Fig. 1J ist eine ähnliche Ansicht wie Fig. 10, erläutert Jedoch den ölabstreifring in der vierten Bingnute des Kolbens der Fig. 9; ■· ■

Fig. 14 stellt einen schematischenQuerschnitt durch eine Plasmaflammenspritzpistole dar, wie sie typischerweise zum Überziehen eines Grundmaterials nach dem Verfahren der Erfindung verwendet wird; und

Fig. 15 stellt einen weiteren schematischen Querschnitt durch eine Plasmaflammenspritzpistole dar, der ihre Arbeitsweise mehr im einzelnen zeigt.

Wie bereits oben angegeben, wurde eine neue Wolframmetalllegierung gefunden· Diese Legierung, die als harter Überzug für Kolbenringe besonders geeignet ist, besteht aus einer Iiegierungsmatrix, die eine getrennte, interstitiell mit Bor gehärtete Wolframphase enthält. Diese Legierung ist die erste Legierung, die eine Wolframphase enthält, die eine ausreichende Härte aufweist, so daß daraus ein harter Überzug hergestellt werden kann. Diese Legierung hat beispielsweise eine Vickers-Harte-40 DPN (DPN =» Diamantpenetrationszahl bei einer Belastung von 40 g) von mehr als etwa 2000. Die Härte der Wolframphase liegt im allgemeinen zwischen

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2500 und 5500, häufiger innerhalb des Bereiches von 2700 bis 3200 Vickers· Die erfindungsgemäßen Legierungen enthalten eine verhältnismäßig große Menge Wolfram als getrennte Phase· Die Menge an Wolfram beträgt im allgemeinen mindestens 35 Volumen-$6 der Legierungsprobe und liegt häufiger innerhalb des Bereiches von etwa 35 bis etwa 60 Volumen-^·

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der die Wolframphase enthaltenden Matrix um eine Nickel-Chrom-Matrix. Diese enthält in diesem Falle gewöhnlich freies Nickel· Wenn freies Nickel vorhanden ist, so liegt es gewöhnlich in einer Menge von weniger als etwa 6,0 % vor.

Die Härte der Nickel-Chrom-Matrixphase beträgt gewöhnlich mindestens 800 Vickers (40 DPN), häufiger 850 bis 1600 Vickers und besonders bevorzugt 900 bis 1200 Vickers· Die freie Nickelphase, die normalerweise als verhältnismäßig weich angesehen wird, hat eine Härte von mindestens 400 Vickers (40 DPN). Die freie Nickelhärte liegt normalerweise innerhalb des Bereiches von etwa 400 bis etwa 900 Vickers. In einem bevorzugten Falle beträgt die freie Nickelhärte 500 Vickers·

Bor ist natürlich ein integraler Bestandteil der erfindungsgemäßen Metallegierungen und es liegt gewöhnlich in einer Menge innerhalb des Bereiches von etwa 1 bis etwa 7, häufiger von 1,5 bis 5 6ew.-%, bezogen auf das Gewicht der Überzugslegierung, vor. Das Bor härtet nicht nur die Wolframphase, sondern auch die freie Nickelphase· Die interstitielle Härtung durch Bor erfolgt durch Aufweitung der Gitterstrukturen von Wolfram und Nickel. Das heißt,das Bor

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ersetzt in dem Gitterparameter Wolfram, wodurch die Wolframphase ausreichend gehärtet wird, so daß sie als harter Überzug verwendbar ist.

Wie weiter unten näher beschrieben wird, wird die erfindungsgemäße Legierung vorzugsweise hergestellt durch Plasmastrahlversprühen einer zumindest Wolframcarbid und Bor sowie mindestens ein weiteres legierendes Element enthaltenden Pulvermischung oder Legierung. Ein typisches Wolframcarbidpulver, das versprüht werden kann, besteht aus den folgenden Komponenten:

25 bis 55 Gew.-% Wolframcarbid

4 bis 8 " Kobalt

25 bis 4-5 " Nickel

3 bis 7 ^M Chrom

0,5 bis 7 ⁿ Aluminium

1 bis ~7 " Bor Rest im wesentlichen Eisen

Eine spezielle Legierung enthält die folgenden Bestandteile:

40	Gew	Il	> Wolframcarbid
6		It	Kobalt
38	,8	•I	Nickel
6		Il	Chrom
1		Il	Bor
0	,7	Aluminium

Rest Eisen mit kleinen Verunreinigungen an Silizium und Kohlenstoff.

Außer den oben genannten Metallen Wolfram, Nickel, Chrom, Aluminium, Bor, Kobalt und Silizium können die erfindungsgemäßen Legierungen auch eine Reihe weiterer Metalle und

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Metalloide enthalten, beispielsweise Titan, Tantal, Niob, Vanadin, Zirkonium, Hafnium usw.

Die oben beschriebenen Legierungen können auch zur Herstellung von Überzügen auf den verschiedensten üblichen Oberflächen, beispielsweise auf Eisen- und Stahllegierungen für beliebige Zwecke verwendet werden, in denen eine gegen Verschleiß und/oder Belastung beständige Oberfläche erforderlich ist. So sind beispielsweise die aus den hier beschriebenen Legierungen hergestellten Überzüge außerordentlich wertvoll als Laufflächen für beispielsweise Drillbohrer, die hohen Belastungen ausgesetzt sind. Die erfindungsgemäßen überzüge können auch zur Herstellung von polierten Stablaufbüchsen, Tauchkolben (Plunger), von gegen mittlere bis hohe Temperaturen beständige Stahlrollenlager, Ofenrollen, Motorventiltrimm, Glasformen, Motorkolbenoberteilen und Temperwalzen oder dergleichen verwendet werden.

Wie bereits oben angegeben, sind die erfindungsgemäßen Legierungen besonders geeignet zum Überziehen der Laufflächen von Kolbenringen. Die Kolbenringe werden bevorzugt unter Anwendung eines Plasmastrahlspritzverfahrens, wie es nachfolgend beschrieben wird, mit den erfindungsgemäßen Legierungen in situ überzogen.

Bei der Verwendung zum Überziehen von Kolbenringen hat der Überzug im allgemeinen eine Dicke innerhalb des Bereiches von etwa 0,051 bis etwa 0,203 mm und in einigen Fällen beträgt die Dicke des Überzuges bis zu 0,305 mm. Ein besonders bevorzugtes Verfahren zum Überziehen der Grundmaterialien besteht in der Anwendung eines Spritzverfahrens, das vorzugsweise mit einer Plasmaflammenspritzpistole, beispielsweise eines solchen Typs durchgeführt wird, bei dem

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durch Einschnüren eines elektrischen Lichtbogens in einer Düse mit einem das Plasma bildenden Gas, z. B, Stickstoff oder Argon allein als primärem Gas oder in Mischung mit Wasserstoff als sekundärem Gas,eine Plasmaflamme erzeugt wird. Spritzpistolen, die auf diese Weise eine Plasmaflamme erzeugen, sind beispielsweise in der USA-Patentschrift 2 960 594 beschrieben. Bei diesem Verfahren wird ein Pulver aufgesprüht, das schließlich den Legxerungsüberzug bildet. Der hier verwendete Ausdruck "Pulver" umfaßt im allgemeinen nicht nur ein Pulver in loser Form, sondern auch ein Pulver in einer gebundenen Form. In letzterem Falle muß in der Spritzpistole natürlich eine Flamme mit einer zum Schmelzen des Metalls ausreichend hohen Temperatur verwendet werden* Eine Plasmaflamme ist zu diesem Zwecke außerordentlich gut geeignet.

Das Verfahren zum Überziehen von Gegenständen unter Verwendung eines Plasmastrahlspritzverfahrens besteht im einzelnen darin, daß man ein Plasmagas in die Sprühkammer einer Plasmaflammenspritzpistole einführt. In dieser Kammer wird ein elektrischer Lichtbogen erzeugt, um das Gas zu ionisieren und in eine mit der Kammer in Verbindung stehende Sprühdüse wird ein Spritzmetallpulver eingeführt, das vorzugsweise in einem Trägergas suspendiert ist. Das Metallpulver wird dann geschmolzen und auf ein Grundmaterial aufgebracht, das als Werkstück dient, wodurch dieses Grundmaterial überzogen wird. Der überzug wird im einzelnen dadurch hergestellt, daß man die Spritzpistole gegenüber dem Werkstück und das Werkstück gegenüber der Spritzpistole bewegt, um mehrere dünne Metallschichten darauf niederzuschlagen.

Es wurde nun gefunden, daß das vorstehend allgemein beßchriebene Verfahren auf eine spezielle Art und Weise durch-

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geführt werden sollte, um durch Verwendung eines Wolframcarbidpulvers oder einer Wolframlegierung als Spritzmetallquelle eine Wolframphase in den Überzug einzulagern.

Die Plasmaflamme muß eine oxydierende. Flamme sein, die sich in einem Abstand von etwa 5»^ cm (2 inches) von der Düse der Spritzpistole befindet und die vorzugsweise durch Ansaugen etwa 80 % Luft enthält. Der hohe Luftgehalt und die hohe Temperatur der Plasmaflamme sind erforderlich, um die Wolframcarbidpartikel zu oxydieren und sie entsprechend der folgenden Gleichung zu Wolfram zu reduzieren:

WC + O₂ > CO₂ + W + W₂C

Das W₂C kann in sehr kleinen Mengen vorliegen. Die Partikelgeschwindigkeit bei den angegebenen Gasströmungsgeschwindigkeiten und dem angegebenen Spritzpistolen-Werkstück-Abstand^ist ebenfalls sehr hoch und liegt in der Größenordnung von 122 m (400 ft.) pro Sekunde. Die hohe Geschwindigkeit der geschmolzenen Legierung liefert sehr hohe Abschreckgeschwindigkeiten, wenn die geschmolzene Legierung auf die zu überziehende kühlere Oberfläche auftrifft» Es wurden Abschreckgeschwindigkeiten in der Größenordnung von 0,5 · 10-* ⁰C (10* ⁰F) pro Sekunde ermittelt. Durch die hohen Abschreckgeschwindigkeiten (Spritzabkühlung) härtet die normalerweise weichere Nickel-Aluminium- oder Nickel-Chrom-Legierungsmatrix in dem fertigen Oberzug.

Wenn die folgenden Anweisungen nicht wie angegeben befolgt werden, besteht eine größere Wahrscheinlichkeit, daß eine Wolframcarbidphase anstelle einer reinen Wolframmetallphase gebildet wird.

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Die Verbesserung gegenüber einem konventionellen Plasmastrahlsprit zverfahren besteht darin, daß zuerst Wolframcarbid in Form eines Pulvers (Pulver in seiner allgemeinen Definition) und Bor und mindestens ein weiteres legierendes Element, beispielsweise eines oder mehrere der Metalle Kobalt, Nickel, Chrom, Aluminium usw. verwendet werden. Wasserstoff wird als sekundäres Gas in Verbindung mit Stickstoff oder Argon als primärem Gas zur Herstellung eines Plasmagases verwendet. Es ist wesentlich, daß die Wasserstoffgaszufuhr mit einer ziemlich speziellen Geschwindigkeit, nämlich mit einer Fließgeschwindigkeit von 0,566 bis 0,850 m^.(20 bis 30 ft.⁵), häufiger von 0,651 bis 0,765 m⁵ (23 bis 2? ft.⁵) unter Standardbedingungen pro Stunde erfolgt. Es wurde außerdem festgestellt, daß der Abstand der Spritzpistole von dem Werkstück zur Erzielung der gewünschten Wolframphase wesentlich ist. Der Abstand kann insbesondere zwischen etwa 8,9 und etwa 16,5 cm (3»5 bis 6,5 inches) variiert werden. Bei einem durchschnittlichen Versuch beträgt der Abstand der Spritzpistole von dem Werkstück etwa 10,1 cm (4- inches) oder etwa 15,3 cm (6 inches). Unter diesen Bedingungen wird das Grundmaterial mit einem harten Wolframüberzug, insbesondere mit einer interstitiell mit Bor gehärteten Wolframphase, versehen.

Es wurde festgestellt, daß zur Erzielung des besten erwünschten Legierungsüberzuges und insbesondere zur Einlagerung der gewünschten Wolframphase in die Legierung eine Reihe von anderen Verfahrensvariablen wichtig sind. So ist beispielsweise die Geschwindigkeit des vertikalen Durchgangs, welche die Geschwindigkeit des Gases bestimmt, das sich über das Werkstück hinweg bewegt, von Bedeutung. Es ist höchst erwünscht, die Temperatur des Spritzmaterials und diejenige des Substrats aneinander anzupassen und dies

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wird am besten dadurch erzielt, daß man die Spritzpistole gegenüber dem Werkstück in geeigneter Weise bewegt· Diese zur Erzielung bester Ergebnisse erforderliche Geschwindigkeit liegt im allgemeinen bei etwa 71 »1 bis etwa 81,3 cm . (28 bis 32 inches) pro Minute.

Der Winkel zwischen Spritzpistole und Werkstück ist eine weitere wichtige Verfahrensvariable· Dieser Winkel sollte normalerweise innerhalb des Bereiches von etwa 35 bis etwa 55° liegen, wenn Dichtringe besprüht werden. Im Falle von ölabstreifringen (ölzurückhaltungsringen) beträgt dieser Winkel O⁰, d. h. der Überzug wird rechtwinklig (direkt) aufgesprüht.

Ändere bevorzugte Hilfsmittel zur Durchführung des Plasmastrahlspritzverfahrens bestehen darin, daß man zur Erzeugung des Lichtbogens einen Gleichstrom mit einer Stromstärke in der Größenordnung von etwa 475 bis etwa 550 Ampere verwendet· Eine typische PulverZuführungsgeschwindigkeit liegt innerhalb des Bereiches von etwa 4,54 bis etwa 5*4-4 kg (10 bis 12 pounds) pro Stunde. Die Strömungsgeschwindigkeit von Stickstoff oder Argon als Primärgas sollte schließlich innerhalb des Bereiches von etwa 2,27 bis etwa 2,69 m (80 bis 95 ft· ) unter Standardbedingungen pro Stunde, häufiger 2,41 bis 2,55 m⁵ (85 bis 90 ft.⁵) unter Standardbedingungen pro Stunde betragen. Im allgemeinen wird das Pulver unter Verwendung eines Trägergases, wie z. B. Stickstoff, in die Düse eingeführt. Die Strömungsgeschwindigkeit des Trägergases kann 1,27 bis 1,70 nr (45 bis 60 ft.⁵) unter Standardbedingungen pro Stunde betragen und sie liegt häufiger bei 1,42 bis 1,56 m⁵ (50 bis 55 ft.⁵) unter Standardbedingungen pro Stunde·

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Die Dicke der abgelagerten Schicht kann frei gewählt werden und sie hängt natürlich davon ab, wie oft die Spritzpistole über das zu beschichtende Grundmaterial hinwegstreicht. Bei einem typischen Fall, bei dem ein Kolbenring beschichtet wird, erfolgt dies viermal. Im allgemeinen entsteht bei jeder Besprühung eine Schicht mit einer Dicke von 0,051 mm (0,002 inch).

Es sei darauf hingewiesen, daß dann, wenn das Plasmastrahlspritzverfahren außerhalb der oben angegebenen Grenzen variiert wird, in vielen Fällen eine Wolframcarbidlegierung entsteht, die keine freie Wolframphase enthält. Die oben angegebenen Richtlinien müssen streng eingehalten werden, um sicherzustellen, daß die gewünschte, Wolfram selbst als getrennte Phase enthaltende Legierung erhalten wird.

Zur besseren Erläuterung der erfindungsgemäßen Legierungen und ihrer Herstellung werden nachfolgend die Figuren der beiliegenden Zeichnung näher beschrieben.

Die Fig. 1 stellt eine Mikrophotographie dar, welche die verschiedenen Phasen zeigt, die bei Verwendung einer Elektronenmikrosonde unter Verwendung der Proben-Strombilder erhalten werden. Insbesondere ist ein überzug dargestellt, der eine freie Wolframmetallphase 1, eine Nickel-Ghrom-Matrixphase 2, freies Kickelmetall 3 und Aluminiumoxid 4 als Hauptbestandteile enthält. Die Probe wurde hergestellt, indem man einen Kolbenring unter Anwendung des oben beschriebenen Plasmastrahlspritzverfahrens beschichtete, für die elektronenmikroekopieche Untersuchung wurde dann eia Querschnitt durch den überzogenen Kolbenring verwendet. Bi^ tüv die Mikrountersucüung hergestellten Proben waren rauh und wurden deshalb lediglich unter Verwendung eines Bia»eß.fcsehleifmittels oberf läehenpoliert, um di? Einführung

ORIGiMALINePEOTiO

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' „i :.'V

von Aluminium oder Chrom in den Oberzug zu vermeiden. Die Vergrößerung bei dieser Untersuchung war 1100-fach.

Es wurde festgestellt, daß die Wolframphase der Fig. 1 praktisch frei von Kohlenstoff war, was durch die Böntgen— fluoreszenz-Mikrophotographie der Kohlenstoffverteilung gezeigt wurde. Obwohl es nicht vollständig bestätigt werden konnte, wird angenommen, daß das Wolframcarbid in dem Spritzpulver während des Verspritzens oxydiert wird unter Bildung einer freien Wolframmetallphase. Das Auftreten von Oxydation wurde durch das Erscheinen von Bezirken von freiem Nickelmetall in Verbindung mit partikelförmigem Aluminiumoxyd weiter gestützt, das durch Oxydation der Nickelaluminidfraktion in dem ursprünglichen Spritzpulver erzeugt wurde. Die Verteilung von Bor, Kohlenstoff und Sauerstoff ausschließlich der Aluminiumoxydphasen war gleichmäßig.

Die Anwesenheit von freiem Wolframmetall wurde durch ßöntgenbeugungsuntersuchungen erneut bestätigt, in denen kein Hinweis auf eine WC- oder W^C-Phase in der Struktur gefunden wurde, obwohl geringe Mengen dieser Bestandteile in dem fertigen Überzug nicht als nachteilig angesehen werden müssen.

Bis Figuren 2 bis 8 stellen fiöntgenfluoreszenzmikrophotographien der charakteristischen Strahlung der verschiedenen Elemente dar» In diesem Falle wurde ein überzogener Kolbenring unter Verwendung eines Plaamastrahlapritzverhergestellt und für die Böntgenbeugungaunter-

wurden Längsschnitte verwendet. Die Figuren 2 ■..j £ : lg·er Höntgenfluoree*eiwdiagram»e für jeweils die : later.' .; I erneutet Chrom» Älekel, Wolfram, Aluminium,

ORiGfNAL INSPECTED

Kohlenstoff, Sauerstoff und Bor. Die Vergrößerung war wiederum 1100-fach.

Die oben analysierte Kolbenringprobe wurde als Probe A bezeichnet, Es wurden drei andere Versuche durchgeführt, in denen die Kolbenringe unter Verwendung eines Plasmagasspritzverfahrens überzogen wurden, wobei zur Bestätigung der mit der Probe A erhaltenen Ergebnisse die oben angegebenen Parameter genau eingehalten wurden. Diese Proben wurden als Proben B, C und D bezeichnet. In jedem Falle wurde kein Wolframcarbid, weder bei der Hikrosondenuntersuchung noch bei- der Bontgenbeugung, gefunden und in allen Proben wurde freies Nickel und Alumigefunden.

Die Proben A bis D wurden zur Bestimmung des Volumenanteils der verschiedenen vorhandenen Phasen auch analysiert. Diese sind in der folgenden Tabelle I angegeben. Wie daraus hervorgeht, bildete die freie Wolframphase einen wesentlichen Teil der !legierung und in den meisten Fällen den größten Anteil der Legierung, bezogen auf das Volumen.

Tabelle I Volumenanteil der verschiedenen vorhandenen Phasen

Phase A B C D

Wolfram 57,0 % 44,0 % 50,0 % 5^,6 %

Hickel, Chrom 39,8 49,7 48,9 4-3,6 (Hi-Gr) (32) (38) (44) (34) CHi) ( 7) (10) ( 5) (10)

Aluminiumoxyd 1,6 6,2 ^t¹ 1 »8

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Bei den Proben A bis D wurden auch die Mikrohärtedaten ermittelt. Dabei wurde ein Knoop-Indentor mit einer Last von 25 g verwendet und die dabei erhaltenen Eindrücke wurden bei einer 500-fachen Vergrößerung des Durchmessers gemessen. Wie aus den in der folgenden (Tabelle II angegebenen Daten hervorgeht, war die Wolframphase überraschend hart, was die interstitielie Härtung positiv beweist, da es bekannt ist, daß normalerweise eine Wolframphase per se ein vergleichsweise weiches Material ist.

Tabelle II

.: ' Mikrohärtedaten

Knoop-Härtezahlen (KHN) Probe Nickel-Basis Wolfram-Basis

" A 950-1820 2700 - 3900

B JOO - 1400 2300 - 2500

C -500 - 1000 1600

D 850 - 950 2600 - 2800

Obwohl es keine direkte Umwandlung von Knoop-Werten in Vickers-Werte oberhalb etwa 1000 gibt, entspricht ein Knoop-Wert von etwa 1800 einem Vickers-Wert von etwa 3000, was zeigt, daß die Wolframphase in jedem oben angegebenen Falle eine Vickers-Härte von mindestens 2500 aufweist.

Die Figuren 9 bis 14 zeigen ein mit der oben beschriebenen harten Wolframmetallegierung überzogenes Grundmaterial. Die Kolben- und Zylinderanordnung 10 der Fig. 9 erläutert insbesondere allgemein einen üblichen 4-Ringnut-Verbrennungsmotorkolben, der in einem Motorzylinder arbeitet. Die Anordnung 10 besteht aus einem Kolben 11 und einem Motorzylinder

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mit einer Bohrung 13» die den Kolben 11 aufnimmt. Der Kolben 11 weist einen Kopf 14 mit einem Ringband 15 mit vier am Umfang angebrachten Ringnuten 16, 17» 18 und 19 auf. Der Oberteil der Ringnute 16 weist darinnen einen aufgespaltenen festen Gußeisendichtungs- oder Feuerkolbenring 20 auf. Die zweite Ringnute 17 weist einen aufgespaltenen festen zweiten Dichtungsring 21 auf, der etwas breiter (weiter) ist als der Ring 20. Die dritte Ringnute 18 trägt eine zweiteilige ölabstreifringanordnung 22. Die vierte oder Bodenringnute 19 trägt eine dreiteilige ölabstreifringanordnung 23.

Wie in der Pig. 10 gezeigt, besitzt der obere Dichtungsoder Feuerring 20 einen Hauptkörper 24, der aus "Gußeisen, vorzugsweise kugeligem Graueisen, besteht mit einem Kohlenstoffgehalt von etwa 3»5 Gew.-%. Der äußere Umfang 25 dieses Ringes ist mit einem durch einen Plasmastrahl aufgebrachten erfindungsgemäßen Legierungsüberzug 26 bedeckt.

Wie in der Fig. 11 dargestellt, weist der zweite Dichtring 21 einen Hauptkörper 27 auf, der aus dem gleichen Gußeisen wie der Körper 24 des Ringes 20 besteht. Der äußere Umfang 28 des Körpers 27 ist nach oben und nach innen von der unteren Kante des Ringes geneigt und um diesen geneigten Umfang herum ist eine Umfangsnute 29 vorgesehen. Die Nute ist mit der Legierung 26 gefüllt.

Wie in der Fig. 12 gezeigt, besteht die ölabstreifringanordnung 22 in der dritten Ringnute 18 aus einem einteiligen flexiblen Ringkanal 30 und einem Blattmetall-Spreizring 31 mit Sehenkeln, die sich in den Kanal erstrecken, zum Spreizen des Ringe« 30. Der Ring $0 und der Spreizring sind in der USA-Fatentachrift 3 281 156 näher beschrieben. Der einteilige Ölabstreifring 30 weist ein Fear axial im Abstand von-

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einander angeordneter, radial vorspringender Bandwülste 32 auf. Der !Anfang dieser Bandwülste 32 ist mit dem Oberzug 26 versehen.

In der Fig. 13 weist die ölabstreifringanordnung 23 einen elastischen Abstandspreizring 33 auf, der den aufgespaltenen dünnen Schienenring 34· stützt und spreizt. Die Anordnung 33 ist eine solche vom Typ, wie er in der USA-Patentschrift 563 739 beschrieben ist. Der äußere Umfang der Schienenringe 34- ist mit dem erfindungsgemäßen Oberzug 26 versehen.

Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, daß die Laufflächen (Auflageflächen) der Dicht- und ölabstreifringe 20, 21, 22 und 23 mit der erfindungsgemäßen, eine freie Wolframphase enthaltenden Legierung überzogen sind. Diese Laufflächen 26 rollen an der Bohrung 13 dee Motorzylinders 12 ab und liegen abdichtend an, und die Hinge werden in der Bohrung 13 zusammengepreßt, so daß sie sich fest gegen die Bohrungswand spreizen und einen gut * abdichtenden, gleitenden Kontakt damit aufrechterhalten.

Wie in der Fig. 14 dargestellt, werden die Oberzüge 26 auf die Hinge, beispielsweise auf die mit Hüten versehenen Binge 21» aufgebracht, indem man mehrere Binge auf einer Achse 35 aufeinanderlegt, wobei die Hinge zusammengepreßt werden, so daß ihre aufgespaltenen Enden nahezu aneinanderstoßen. Die den Stapel von Ringen in ihrer geschlossenen, zusammengepreßten Lage zusammenhaltende Achse kann in einer Drehlade befestigt sein und der Umfang der Hinge kann so bearbeitet sein, daß Nuten 29 gebildet werden. Der äußere Umfang der Ringe 21 auf der Achse wird dann aus einer Plasma-

-rahlapritzpistole 36 mit dem Oberzug 26 versehen. Die «Spritzpistole 36 besteht aus einem isolierenden Gehäuse 3? aus beispielsweise Nylon, von dem eine hintere Elektrode 38

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vorsteht, deren Vorsprung durch einen Gewindeknopf 39 eingestellt werden kann. Bie Vorderseite des Gehäuses nimmt eine Vorderelektrode ²K) auf. Bas Gehäuse 37 und die Elektrode 40 sind hohl und mit einem Wassermantel umgeben, so daß dazwischen von einem Einlaß 41 zu einem Auslaß 42 ein Kühlmittel zirkulieren kann. Der Plasmagasstrahl wird durch einen Einlaß 45 in die durch das Gehäuse 37 und die Elektrode 40 gebildete Kammer eingeführt, so daß er um die Elektrode 38 fließt.

Das vordere Ende der Elektrode 40 bildet einen Düsenauslaß 44 für die Plasmaf lamme und die Bestandteile für die Herstellung der Legierung des Überzuges 26 werden durch einen Pulvereinlaß 45 unmittelbar vor dem Auslaß der Düse in die Düse eingeführt.

Ein aus ionisiertem Gas bestehendes Plasma wird erzeugt, indem man das Plasmagas von dem Einlaß 42 durch einen zwischen den Elektroden 38 und 40 erzeugten elektrischen Lichtbogen leitet. Dieses Plasmagas ist nicht—oxydierend und es besteht aus Sticksotff oder Argon in Verbindung mit Wasserstoff. Die aus der Düse 44 austretende Plasmaflamme zieht infolge der Ansaugwirkung das die Legierung bildende Pulver mit sich und bringt das Pulver auf solch hohe Temperaturen, daß daraus eine Legierung entsteht. Das Spritzpulver ist gewöhnlich in einem Trägergas suspendiert· Der Gasstrom trägt die Legierung in den unteren Teil der Nute Jedes Kolbenringes und füllt die Hute aus.

Das in den Pulvereinlaß 45 der Spritzpistole 36 bevorzugt eingeführte Pulver besteht aus Wolframcarbid, Kobalt, Nickel, Chrom, Bor und Aluminium in den oben angegebenen Mengenverhältnissen.

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Der bevorzugt abgelagerte Überzug 26 ist eine Wolframlegierung, in der die freie Wolfram-Bor-Phase in einer geschmolzenen und legierten Nickel-Chrom-Matrix gebunden ist. Es kann freies Nickel vorhanden sein und das Bor härtet interstitiell das freie Wolfram« Die Legierung 26, wie sie in der Fig. 15 erläutert ist, wird in situ in der Nute 29 hergestellt und mit dem Grundkörper 27 des Ringes entlang einer verbreiteten Grenzfläche oder einer geschweißten Zone 46 verbunden. Diese Grenzfläche oder Zone 4-6 besteht aus den Materialien der Legierung 26 und dem Material des Ringkörpers 27.

Während der Aufbringung nach einem Strahlspritzverfahren hält man die Temperatur in der Nute 29 zweckmäßigerweise so, daß ein übermäßiges Schmelzen und Abbrennen des Körpermetalls 27 verhindert wird und auch eine schnelle Abschreckung zum Härten der Nickel-Aluminium-Legierungsmatrix erzielt wird. Zu diesem Zwecke wird die Achse mit den Ringen vorzugsweise durch einen äußeren Inertgasstrom, der auf beide Seiten der Strahlflamme auftrifft, gekühlt. Es ist zweckmäßig, die Temperaturen der Ringe 21 in der Achse bei etwa 2CW-⁰C (400°F) oder weniger zu halten. Es ist nicht erforderlich, die mit dem Plasmastrahl überzogenen

A.

Ringe einer nachfolgenden Wärmebehandlung zu unterziehen, man muß die Ringe lediglich an der Luft abkühlen lassen.

Das in den Einlaß 4-5 eingeführte Pulver wird vorzugsweise durch Gasansaugung, Vibration, einen mechanischen Antrieb usw. dosiert. Das gesamte Pulver wird vollständig geschmolzen und dringt in den Innenkegel der Plasmastrahlflamme ein.

Bei der Herstellung der Legierungsüberzüge 26 in einer Nute unter Bildung eines Bandes um den Umfang des Kolbenringes herum verwendet man beispielsweise das Körpermetall des Ringes

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als hervorstehenden Teil entlang der Nute zur Bildung einer sofort schnell einbrechenden Oberfläche für den Ring, wie es in der USA-Patentschrift 3 133 739 beschrieben ist. Der geneigte Umfang des Ringes 21 kann durch Schleifen oder durch Torsionsverdrillung des Ringes bei der Verwendung in der Ringnute erzeugt werden, wie es in der USA-Patentschrift 3 133 739 beschrieben ist.

Die Arbeitsweise des Plasmagasstrahlspritzverfahrens wird besser erläutert unter Bezugnahme auf die Fig. 16, die eine Spritzpistole dieses Typs und ihre Betriebsweise zeigt· Darin ist eine Spritzpistole 47 dargestellt, die bei 48 befestigt werden kann. Darin ist auch ein Elektrodenhalter 49 und eine Elektrode 50 dargestellt. Die Spritzpistole wird gekühlt, indem man ein aus einer Kühlmittelquelle 51 stammendes Kühlmittel darinnen zirkuliert. Der Lichtbogen 52 wird durch eine Energiequelle 53 erzeugt. Das Plasmagas, das eine Kombination von Stickstoff oder Argon mit Wasserstoff zur Vermeidung einer übermäßigen Oxydation darstellt, wird bei 54 zugeführt. Das Spritzpulver, das in einem Trägergas suspendiert dargestellt ist, tritt bei der Öffnung 55 ein und wird in den Bereich der Plasmaflamme 56 in der Düse 57 eingeführt. Die Plasmaflamme wird natürlich durch Ionisation und Verbrennung des Plasmagases erzeugt. Ferner ist ein Grundmaterial als Werkstück 58 gezeigt, auf das ein Überzugsmaterial 59 unter Verwendung eines Sprühstromes 60 aufgesprüht wird. Wie bereits oben angegeben, wird die Spritzpistole in einem schrägen Winkel über das Grundmaterial hinweg bewegt, um mehrere Schichten herzustellen, welche den fertigen Gesamtüberzug bilden.

Die folgenden Beispiele sollen bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens der Erfindung zur Herstellung von harten Wolframlegierungsüberzügen, die Wolfram selbst als getrennte

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Legierungsphäse enthalten, erläutern. Die Erfindung ist jedoch keineswegs auf diese bevorzugten Ausführungsformen beschränkt.

Beispiel 1

Eine Pulvermischung der nachfolgend angegebenen Zusammensetzung wurde unter Zuhilfenahme der weiter oben beschriebenen Plasmastrahlspritzverfahren auf eine Achse mit ölabstreifringen und Dichtringen aufgesprüht:

40	,8	Gew.-%	WoIframcarbid
6		W .	Kobalt
38		Il	Nickel
6	,7	Il	Chrom
1	η	Bor
0	It	Aluminium

Best Eisen mit kleinen Silizium- und Kohlenstoffverunreinigungen

Die Ringe wurden mit dem harten Wolframüberzug versehen, wobei in dem speziellen Verfahren die folgenden Parameter eingehalten wurden:

ÄbstandSpritzpistole-Werkstück 15»24 - 16,5 cm

(6,0-6,5 inches)

Winkel zwischen Spritzpistole

und öiabstreifringen 0 (senkrecht

darauf)

Winkel zwischen Spritzpistole

und Dichtringen 45

Zuführungsgeschwindigkeit des ,

Primärgases (N₀) 2,41 - 2,55 nr

^d (85-90 ft.3)

bei einem Druck von 3,52 kg/cm (50 psi)

Zuführungsgeschwindigkeit des ,

Trägergases (N₀) 1,42 - 1,56 ψ

^d (59-55 ft.⁵)

bei einem Druck

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3»52

Zuführungsgeschwindigkeit; des Sekundärgases (IL,)

Gleichstrom-Stromstärke Gleichstromspannung Zuführungsgesehwindigkeit des

Pulvers

vertikale Beschickungsgeschwindigkeit Drehgeschwindigkeit der Achse

0,65 - 0,77 (23 - 27. ft, bei einem Druck von 3,52 kg/cm^ (50 psi)

500 - 525 Ampere 80 - 86 Volt

4,76 kg Γ ._Λ" " (10,5 pounds) pro Stunde

71,1 - 81,3 cm (28 - 32 inches) pro Minute

60 - 90 UpM

(Durchmesser

10,16 cm (4· inchesX

Der harte Wolframüberzug wurde dann auf seine Härte hin untersucht und er hatte eine Vickers-Härtezahl, bezogen auf die Wolframphase, von durchschnittlich 2836 und eine entsprechende Knoop-Härte von 1781.

Dieser spezielle Überzug wurde auch nach den bei der Beschreibung der Figuren 1 bis 8 angegebenen mikrophotographischen Verfahren analysiert. Diese Analyse zeigte, daß die Wolframphase praktisch frei von Kohlenstoff war und in Form einer freien Phase vorlag, die in einer harten Nicke 1-Chrom-Matrix— phase enthalten war. Freies Nickelmetall und Aluminiumoxyd waren die anderen kleineren Bestandteile.

Beispiel 2

Das Pulver des Beispiels 1 wurde erneut nach dem Plasmastrahlsprit ζ verfahren, jedoch mit geringfügig veränderten Verfahrensbedingungen, die nachfolgend angegeben sind, aufgesprüht:

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Verfahrensparameter

Abstand Spritzpistole-Werkstück

Winkel zwischen Spritzpistole und ölabstreifringen

Winkel zwischen Spritzpistole und· Dichtringen

Zuführungsgeschwindigkeit des Primärgases (No)

Zuführungsgeschwindigkeit des Trägergases (N\^)

Zuführungsgeschwindigkeit des Sekundärgases (H^)

Gleichstrom-Stromstärke Gleichstromspannung Zuführungsgeschwindigkeit des Pulvers

Drehgeschwindigkeit der Achse 9,5 - 10,8 cm

(3 3A - 4 1A inches

45°

2,44 - a,89 m⁵ (86 - 88 ft.3) bei einem Druck von 3,52 kg/cnr (50 psi)

1,4? - 1,56 m³ (52 - 55 ft.5) bei einem Druck von 3,52 kg/cm² (50 psi)

0,65 - 0,77 ψ> (23 - 27 ft.3) bei einem Druck von 3,52 kg/cm^ (50 psi)

475 - 500 Ampere 90 Volt

4,76 kg (10,5 pounds) pro Stunde

90 - 120 UpM (Durchmesser 10,16 cm (4 inches))

Auch hier hatte der harte Wolframüberzug eine Vickers-Härtezahl von mehr als 2500, bezogen auf die Wolframphase, und die Mikrophotographien zeigten die Anwesenheit einer freien Wolframmetallphase. Zusammen mit freiem Nickelmetall und Aluminiumoxyd als anderen kleinen Komponenten des Legierungsüberzuges war auch eine harte Nickel-Chrom-Matrixphase vorhanden.

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Außer Nickel-Chrom und Nickel-Aluminium können auch andere Legierungen als Matrixmaterial verwendet werden, z. B. Nickel-Eisen, Nickel-Kupfer-Molybdän und Mone!-Legierungen.

Patentansprüche i

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Claims

Patentansprüche

1. Metallegierung, dadurch, gekennzeichnet, daß sie eine Legierungsmatrix aufweist, die eine getrennte, interstitiell mit Bor gehärtete Wolframphase enthält.

2. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wolframphase eine Härte von mehr als etwa 2000 Vickers-40 DPN aufweist.

3. Legierung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Härte von 2500 bis 3500 Yickers-40 DPN aufweist.

4. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Volumenanteil der Wolframphase mindestens 35 % beträgt.

5* Legierung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Volumenanteil 35 l>is 60 % beträgt.

6. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Matrix um eine Hlckel-Chrom-Matrix handelt.

7. Legierung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wolframphase eine Härte von mehr als etwa 2000 Vickers-40 DPN aufweist.

8. Legierung nach Anspruch 7« dadurch gekennzeichnet, daß die Wolframphase eine Härte von 2500 bis 3500 Vickers-40 DPN aufweist.

9. Legierung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ^er Volumenanteil der Wolframphase mindestens 35 % beträgt.

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10. Legierung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß der Volumenanteil 35 bis 60 % beträgt.

11. !legierung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie auch freies Nickel enthält.

12. Legierung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie freies Nickel in einer Menge von weniger als etwa 6 Gew.-% enthält.

13. Legierung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Härte der Nickel-Chrom-Matrix mehr als 800 Vickers-40 DPH beträgt.

14. Legierung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Härte der Hickel-ChroM-4Iatrix 850 bis 1600 Vickers-40 DPH beträgt.

15. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie Bor in einer Menge von etwa 1 bis etwa 7 Gew.-% enthält.

16. Legierung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie Bor in einer Menge von etwa 1 bis etwa 7 Gew.-% enthält·

17. Legierung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie durch Plasmastrahlversprühen einer Pulvermischung hergestellt wird, die aus Wolframcarbid, Nickel, Chrom, Bor und Aluminium besteht.

18. Legierung nach Anspruch 17» dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem Kobalt enthält.

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19. Legierung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß sie durch Plasmastrahlverspruhung eines Pulvers hergestellt wird, das die folgende Zusammensetzung aufweist:

25 his 55 Gew.-% Wolframcarbid

4- bis 8 II Kobalt 25 bis 45 η Nickel 3 bis 7 If · Chrom 0,5 bis 7 η Aluminium 1 bis 7 U Bor

Rest im wesentlichen Eisen.

20. Verwendung der Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 19 als hartes Überzugsmaterial, das aus mit Bor interstitiell gehärtetem Wolfram in einer Nickel-Chrom-Legierung smatr ix besteht und das durch schnelles Abschrecken einer Plasmaflamme an einem gekühlten Werkstück gehärtet wurde.

21. Verwendung der Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 19 zur Herstellung eines harten Überzugsmaterials, das aus mit Bor interstitiell gehärtetem Wolfram in einer Nickel-Aluminium-Legierungsmatrix besteht und durch schnelles Abschrecken einer Plasmaflamme an einem gekühlten Werkstück. gehärtet wurde.

22. Verwendung der Metallegierung nach Anspruch 1 zum Überziehen der Lauffläche eines Kolbenringes.

23. Verwendung nach Anspruch 22, bei der der Legierungsüberzug auf der Lauffläche in situ hergestellt wird»

24« Verwendung nach Anspruch 23, bei der der Legierungsüberzug durch einen Plasmastrahl auf den Kolbenring aufgebracht wird.

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25· Verwendung der Legierung nach Anspruch 6 zum Überziehen der Lauffläche eines Kolbenringes.

26. Verwendung nach Anspruch 25» bei der der Metallüberzug in situ auf der Lauffläche erzeugt wird.

27· Verwendung nach Anspruch 26, bei der der Legierungsüberzug mit Hilfe eines Plasmastrahls auf den Kolbenring aufgebracht wird.

28. Verwendung der Legierung nach Anspruch 19 zum Überziehen der Lauffläche eines Kolbenringes in situ mit Hilfe eines Plasmastrahls. .

29. 'Verfahren zur Herstellung der Wolframlegierung nach· einem der Ansprüche 1 bis 19» dadurch gekennzeichnet, daß das Wolframcarbid in einer oxydierenden Flamme eines Plasmalichtbogenbrenners in Wolfram überführt und das Wolfram mit Bor kombiniert wird.

30. Verfahren zum überziehen' von Gegenständen nach dem Plasmastrahlspritzverfahren, bei dem man eine Plasmaflammenspritzpistole verwendet, die eine Verbrennungssprühkammer aufweist, die aus einer entsprechenden Quelle mit Plasmagas versorgt wird, bei dem man in der Kammer einen elektrischen Lichtbogen erzeugt, um das Gas zu ionisieren und zu zünden, bei dem man ein Spritzmetallpulver verwendet und dieses in eine mit der Kammer in Verbindung stehende Spritzdüse einführt, wodurch das Metallpulver geschmolzen und guf einem Grundmaterial, das als Werkstück dient, niedergeschlagen wird, wodurch dieses Grundmaterial mit dem flüssigen Metall überzogen wird, wobei der Überzug hergestellt wird, indem man die Spritzpistole gegenüber dem Werkstück bewegt, so daß mehrere aufeinanderliegende dünne

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Metallschichten abgelagert werden, dadurch gekennzeichnet, daß man als Pulver Wolframcarbid und Bor mit mindestens einem weiteren legierenden Element und als Plasmagas Wasserstoff in Verbindung mit Stickstoff oder Argon verwendet, wobei der Wasserstoff mit einer Geschwindigkeit von 0,566 bis 0,850 v? (20 bis 30 ft.⁵) unter Standardbedingungen pro Stunde zugeführt und die Spritzpistole von dem Werkstück in einem Abstand von etwa 8,9 bis etwa 16,5 cm (3,5 bis 6,5 inches) gehalten wird, wodurch das Grundmaterial mit einem harten Ober zug versehen wird, der aus einer Legierungsmatrix besteht, die eine getrennte, interstitiell mit Bor gehärtete- Wolframphase enthält.

31. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Spritzpistole über das Werkstück mit einer Geschwindigkeit von 71,1 bis 81,3 cm (28 bis 32 inches) pro Minute vertikal hinwegstreicht.

32; Verfahren nach Anspruch 31» dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des Lichtbogens eine Gleichstrom-Stromstärke von 475 bis 550 Ampere verwendet wird.

33. Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Spritzpistole und dem Werkstück ein Winkel von 0 bis 55° eingehalten wird.

34·. Verfahren nach Anspruch 33» dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver mit einer Geschwindigkeit von 4,5* bis 5,44 kg (10 bis 12 pounds) pro Stunde zugeführt wird.

35· Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß das Stickstoff- oder Argongas mit einer Geschwindigkeit von 2,27 bis 2,69 m⁵ (80 bis 95 ft.⁵) unter Standardbedingungen pro Stunde zugeführt wird.

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36. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß als Grundmaterial ein Kolbenring verwendet wird.

37· Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß ein Pulver verwendet wird, das auch Nickel und Chrom enthält, so daß das Grundmaterial mit einem harten Überzug versehen wird, der aus einer Hickel-Chrom-Iiegierungsmatrix besteht, die eine getrennte, interstitiell mit
Bor gehärtete Wolframphase enthält.

38. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundmaterial mit dem Pulver gemäß Anspruch 19
überzogen wird·

59· Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver unter Verwendung eines Trägergases in die Spritzpistole eingeführt wird.

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