DE2732566C3 - Aus Kupfer oder Kupferlegierung hergestellte, auf der Oberfläche beschichtete Hochofen-Blasform und Verfahren zur Beschichtung ihrer Oberfläche - Google Patents
Aus Kupfer oder Kupferlegierung hergestellte, auf der Oberfläche beschichtete Hochofen-Blasform und Verfahren zur Beschichtung ihrer OberflächeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Hochofen-Blasform aus Kupfer oder einer Kupferlegierung als Grundmetall mit
einem Überzug aus Al2O3, ZrO2 oder anderen Metalloxidpulvern mit hohem Schmelzpunkt, wobei am
Übergang zwischen Grundmetall und Überzug eine Diffusions-Penetrationsschicht aus Aluminium-Eisen
vorhanden ist Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Oberziehen einer Hochofen-Blasform
aus Kupfer oder einer Kupferlegierung.
Der Oberzug der erfindungsgemäßen Hochofen-Blasform bewirkt daß die Blasform eine ausreichende
Wärmebeständigkeit und Abriebsbeständigkeit gegenüber Angriffen, die durch das Verspritzen von
geschmolzenem Metall und Schlacke erzeugt werden, besitzt Das erfindungsgemäße Verfahren ist lei.Jit und
ίο auf wirtschaftliche Weise durchzuführen.
In der JP-OS 1 05 739/1974 (Patentanmeldung SN 17 649/1973) der gleichen Anmelderin wird ein wärmebeständiger, aus Kupfer oder Kupferlegierung hergestellter Artikel beschrieben, der eine spezifische
Oberflächenschicht besitzt wodurch er eine wesentlich verbesserte Oxydationsbeständigkeit bei hoher Temperatur, Korrosionsbeständigkeit Abriebsbeständigkeit
und thermische Schockbeständigkeit besitzt In der genannten Literaturstelle wird weiterhin ein Verfahren
zum Oberflächenbeschichten dieses Gegenstands beschriebea
In dieser JP-OS enthält die spezifische, auf die Oberfläche aufgetragene Schicht Metalloxidpulver von
hochschmelzenden Verbindungen, wie AI2O3, ZrO2,
TiO2, Cr2O3 usw, und eine geschmolzene Al-Schicht die
von dem Oxidpulver zusammengehalten ist oder die das Oxidpulver absorbien. Das Grundmetall, das direkt
unter der aufgetragenen Schicht vorhanden ist bildet eine Diffusions-Penetrationsschicht aus Al-Fe. Durch
die oben beschriebene Schicht werden die Wärme-, Abriebs- und andere Beständigkeitseigenschaften der
Kupfer- oder Kupferlegierungsprodukte, die als Elemente, wie als Walzen, Düsen usw, in Hochöfen,
Konverteröfen u. ä. verwendet werden sollen, verbes
seit
Die in der JP-OS I 05 739/1974 veröffentlichten Vorrichtungen und Verfahren sind jedoch nicht in jeder
Hinsicht zufriedenstellend. Im folgenden werden die Nachteile näher erläutert.
Die Wärmebeständigkeit und die Abriebsbeständigkeit der bekannten Blasformen, die nach dem oben
beschriebenen Beschichtungsverfahren überzogen wurden, sind nicht ausreichend. Zur Verbesserung dieser
Eigenschaften kann man die Konzentration an Alumini
um, einem Bestandteil der aufgetragenen Schicht,
erhöhen. Eine zu nohe Konzentration (z. B. 40%) an Aluminium in der aufgetragenen Schicht verursacht
jedoch ein Verdünnen und eine Rißbildung in der Oberfläche der Diffusions-Penetrations-Schicht, und
V) dadurch wird es unmöglich, eine Konzentrationserhöhung durchzuführen. Zur Verhinderung eines solchen
Verdünnens und einer Rißbildung gibt es keine Alternative, als den Al-Gehalt bis zu höchstens 28% zu
erhöhen. In einem solchen Fall wird jedoch nicht die
« Härte erhalten, die für die Oberfläche einer Blasform
erforderlich ist. Hierin liegt eine Sackgasse, in die man bei der Erhöhung der Konzentration an Al bei der
aufgetragenen Schicht immer kommt.
der oben erwähnten Literaturstelle, so gibt es für die Diffusions= Penetration von AUPulver zwei Verfahren.
Bei dem einen Verfahren wird das AI-Pulver selbst auf der Oberfläche des Grundmetalls geschmolzen und
verbindet sich durch Kontaktdiffusion mit der ge-
f>5 schmolzenen Oberfläche. Bei dem anderen Verfahren
wird Al verdampft und durch gasförmige Diffusion in das Grundmetall bzw. auf das Grundmetall aufgebracht.
Obgleich das letztere Verfahren an sich besser ist als das
erstere, hinsichtlich der Diffusionswirkung, zeigt das
letztere tatsächlich geringere Wirkung, da die Diffusion bei den Reaktionsbedingungen des letzteren Verfahrens
schlechter ist als bei dem ersteren. Es ist daher nicht möglich, wenn man nur Al-Pulver verwendet, eine
ausreichende Behandlung zu erreichen, die auf einem Diffusions-Penetrations-Mechanismus beruht Verlängert man die Behandlungszeit, um bessere Ergebnisse zu
erzielen, so tritt andererseits der Nachteil auf, daß der Behandlungszyklus verlängert wird. Selbst wenn die
Menge an diffundiertem Al verbessert werden könnte, wenn 7. B. die Menge an Al auf 30 Gew.-% erhöht
werden könnte, tritt die unerwünschte Wirkung der Verdünnung oder eines VerStreckens auf und auf der
Oberfläche des Grundmetalls werden ebenfalls Risse gebildet Gemäß der zuvor beschriebenen Literaturstelle ist es somit nicht möglich, die Zusammensetzung des
Beschichtungsmaterials oder die Behandlungsbedingungen so zu wählen, daß die Wärmebeständigkeit und
Abriebsbeständigkeit der Oberfläche der Blasform zufriedenstellend sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgebe zugrunde, eine Hochofen-Blasform zur Verfügung zu
stellen, die eine bessere Wärmebeständigkeit und Abriebsbeständigkeit als die bekannten Blasformen ir>
besitzt Erfindungsgemäß soll weiterhin ein Verfahren
zum Oberziehen einer Hochofen-Blasform zur Verfügung gestellt werden, das auf einfache Weise durchgeführt werden kann und gemäß dem eine Blasform mit
überlegener Wärmebeständigkeit und Abriebsbeständigkeit erhalten wird.
Gegenstand der Erfindung ist somit eine Hochofen-Blasform aus Kupfer oder einer Kupferlegierung als
Grundmetall mit einem Oberzug aus AI2O* ZrOj oder
anderen Metalloxidpulvern mit hohem Schmelzpunkt. r> wobei am Obergang zwischen Grundmetall und
Oberzug eine Diffusions-Penetrationsschicht aus Al-Fe vorhanden ist, die dadurch gekennzeichnet ist,
daß der Oberzug aus einer Mischsinterschicht besteht, die außer den hochschmelzenden Metalloxidpulvern
zusätzlich ein Fe-AI-Legierungspulver und eine Cu—Fe—Al- Legierungsschicht umfaßt
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Überziehen einer Hochofen-Blasform aus Kupfer oder
einer Kupferlegierung durch Einbetten der Blasform in 4 j
einem Beschichtungsmetall aus bochschmelzenden
Metalloxidpulvern und metallischem Al-Pulver und Erhitzen der so eingebetteten Blasform, das dadurch
gekennzeichnet ist, daß das Beschichtungsmaterial hergestellt wird durch Vermischen von 25 bis 35 in
Gewichtsteilen eines oder mehrerer Metalloxidpulver mit hohem Schmelzpunkt ausgewählt unter AbO5.
ZrO2, TiOj, Cr2O3, SiO2. ThO2. MgO. 2 bis 5
Gewichtsteilen metallischem Al-Pulver, 60 bis 72 Gewichtsteilen Fe- Al-Legierungspulver und 03 bis 03
>ϊ Gewichtsteilen Ammoniumhalogenid, und die Blasform
auf eine Temperatur von 700 bis 9500C mehrere Stunden in neutraler Atmosphäre e.hitzt wird. Weitere
Ausgestaltungen der Hochofen-Blasform ergeben sich aus den Unteransprüchen. wi
Erfindungsgemäß wird eine AI-DiffusionS'Penetrations-Schicht geschaffen, die die oben beschriebene
Verdünnung bzw. Grenzschmierung und Rißbildung nicht zeigt. Erfindungsgemäß wird Al-Pulver in einer
geringeren Menge verwendet und eine pulverförmige hi
Fe-Al-Legierung wird zur Kompensation der verminderten Al-Pulvermenge verwendet. Gleichzeitig wird
ebenfalls ein Ammoniurtihalogenid, wie NH4CI, als
Katalysator mitverwe.idet Dieser Katalysator kann
aktives Al und aktives Fe aus dem Legierungspulver heraus dissoziieren, so daß diese für die Diffusion zur
Verfügung stehen, wobei gleichzeitig Fe durch die Al-Diffusions-Penetrationsschicht diffundiert, wobei
eine wirksame Legierungsschicht aus drei Bestandteilen, nämlich aus Cu, Al, Fe, in der aufgetragenen Schicht
gebildet wird. Die Härte der Oberfläche der erfindungsgemäßen Blasform beträgt das 1,6- bis 1,8fache,
verglichen mit der Härte von Oberflächen von Blasformen, die nach dem bekannten Verfahren
hergestellt wurden.
Erfindungsgemäß enthält oder besteht die aufgetragene Schicht aus einer gesinterten Schicht aus den
entsprechenden Arten der Metalloxide und Al—Fe-Legierung und eine Cu-Fe- AI-Legierungsschicht, die in
den Öffnungen zwischen den Teilchen des Pulvers getragen wird bzw. sich in den Öffnungen befindet oder
von den Metalloxidpulverteilchen weiter absorbiert und umhüllt wird; und weiterhin umfaßt sie eine Diffusions-Penetrations-Schicht aus Al und Fe i^.ier der aufgetragenen Schicht, nämlich eine Cu-Al—Fe-Legierung. Es
findet somit eine neue Kontaktdiffusion von Al-Fe durch das Fe-AI-Legierungspulver in der aufgetragenen bzw. beschichteten Schicht statt Durch die
Gasdiffi^ion von Al—Gas und Fe-Gas, die aus dem
Fe-Al-Legierungspulver gebildet bzw. durch Dissoziation gebildet werden, wird der Diffusionsmechanismus
des bekannten Verfahrens geändert bzw. erweitert, und überraschenderweise wird eine Oberflächenschicht mit
hoher Härte, wie oben erwähnt, erzeugt die gleichzeitig eine hohe Temperaturbeständigkeit aufweist.
Wenn es erforderlich ist, zusammen mit den oben aufgeführten Eigenschaften eine höhere Lochfraßbeständigkeit zu erhalten, so ist es möglich, eine
verbesserte Lochfraßbeständigkeit zu erhalten, indem man die aufgetragene Schicht mit einer wärmebeständigen Keramikschicht, die aus A1JO3 und SiO2 besteht,
bedeckt.
Bei dem oben beschriebenen, bekannten Verfahren wird das Überzugsmaterial einer Vorbehandlung
unterworfen, indem man es in neutraler Atmosphäre während mehrerer Stunden erhitzt Anschließend wird
das Grundmetall in dem Überzugsmaterial eingebettet. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren >st eine solche
Vorbehandlung des Beschichtungsmaterials nicht nötig, und man kann gleichzeitig das Beschichtungsmaterial
und das Grundmetall in der Wärme behandeln.
Anhand der Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert; es zeigt
F i g. 1 eine schematische Querschnittsansicht eines Hochofens einschließlich der erfindungsgemäßen Blasform;
^ i g 2 eine^ vergrößerte Querschnittsansicht der
erfindungsgemäßen Blasform:
F i g. 3 eine mikroskopische Darstellung djs Materials, das zur Herstellung der erfindungsgemäßen
Blasform verwendet wird; und
Fig.4 eine g.aDhische Darstellung, in der der
Härtepunkttest (Beispiel 1) im Zusammenhang mit einer Diffusions*Penetrations=5chicht und dem Grundmetall
der F i g. 3 erläutert wird.
Die erfindungsgemäße Blasform, deren mikroskopischer Querschnitt in F i g. 3 dargestellt ist, enthält einen
Überzug 1 und ein Grundmetall 2 aus Kupfer oder Kupferlegierung. Der Überzug 1 enthält eine Mischsinterschicht 12 aus AI2O3, ZrO2 und einem anderen
Metalloxidpulver 10 mit höchstem Schmelzpunkt
(einem dystektischen Schmelzpunkt)und Fe-Al-Legierungspulver 11 und eine Cu—Fe—Al-Legierungsschicht
13, die entweder in der gesinterten Schicht 12 vorhanden ist bzw. davon getragen wird oder die von
dem Metalloxidpulver 10 in der gesinterten Schicht 12 > umhüllt oder absorbiert wird. Das Grundmetall 2 liegt
direkt unter der Schicht 12 und besitzt eine Oberfläche, die aus einer Diffusions-Penetrationsschicht 20 aus Al
und Fe gebildet ist, und besitzt eine Cu- oder Cu-Legierungs-Unterschicht, die direkt unter der
Diffusions-Penetrationsschicht 20 gebildet ist. Die in der Zeichnung dargestellte Blasform ist eine Blasform A, die
in der Nähe des Grundteils des Hochofens B, der in F i g. 1 dargestellt ist, angeordnet ist. Sie ist insbesondere ein Beispiel einer normalen Form, durch die der Wind ι >
hindurchgeht, und ist aus Kupfer oder einer Kupferlegierung hergestellt. Sie besitzt in ihrem Inneren einen
Mantel Au der so angepaßt ist, daß Wasser durch ihn zirkuliert werden kann. Der Grundanteil Si, der direkt
unter der Form A angebracht ist, enthält eine rviuide für jn
geschmolzenes Eisen und wird durch konstantes Verspritzen sowohl von dem geschmolzenen Eisen
(nicht dargestellt), das darin gesammelt wird, als auch von Schlacke (nicht dargestellt), die auf der Oberfläche
des geschmolzenen Eisens schwimmt, angegriffen. j >
Eine Blasform muß somit eine Wärmebeständigkeit bis zu einer Temperatur von mehr als 1600°C besitzen
und darf keine Lochrisse, bedingt durch das Verspritzen von geschmolzenem Eisen und der Schlacke, bilden. Die
erfindungsgemäße Blasform besitzt eine solche Wärme- jo
beständigkeit und bildet überraschenderweise keine Lochrisse.
Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Überziehen einer Hochofen-Blasform aus Kupfer
oder einer Kupferlegierung näher erläutert. r>
Das Beschichtungsverfahren zur Erzeugung der Blasform der oben beschriebenen Struktur ist dadurch
gekennzeichnet, daß eine aus Kupfer oder Kupferlegierung hergestellte Blasform in dem Beschichtungsmaterial eingebettet wird, das aus 25 bis 35 Gew.-Teilen eines
oder mehrerer Metalloxide mit höchstem Schmelzpunkt (dystektischem Punkt), wie AI2O3, ZrO2, TiO2, Cr2O3,
.SiO-i. ThO->. MgO usw.: 2 bis 5 Gew.-Teilen metallischem
Al-Pulver; 60 bis 72 Gew.-Teilen Fe-Al-Legierungspulver und 03 bis 04 Gew.-Teilen Ammoniumhalogenid 4->
besteht, wobei das Beschichtungsmaterial, das die eingebettete Düse enthält, bei einer Temperatur von
700 bis 950° C in neutraler Atmosphäre während mehrerer Stunden erhitzt wird. Dabei sintert das
Beschichtungsmaterial auf die Oberfläche der Form, >o
beschichtet die Form mit dem Material und die Al- und Fe-Bestandteile in έζτ beschichteten Schicht diffundieren und penetrieren von der Oberfläche in das Innere
der Blasform.
Das Beschichtungsmaterial besteht aus einem Gemisch aus 25 bis 35 Gew.-Teilen Metalloxiden mit
höchstem Schmelzpunkt mit einer Größe von 0,149 bis 0,062 mm (100 bis 250 mesh); 2 bis 5 Gew.-Teilen
metallischem Al-Pulver mit einer Größe von 0,177 bis 0,149 mm (80—100 mesh); 60 bis 72 Gew.-Teilen bO
Fe-AI-Legierungspulver mit einer Größe von 0,177 bis 0,148 mm (80—100 mesh); und 03 bis 0,5 Gew.-Teilen
Ammoniumhalogenid (typischerweise NH«CI). Eine aus Kupfer oder Kupferlegierung hergestellte Form, die
behandelt werden soll wird in das Beschichtungsmaterial eingebettet und bei neutraler Atmosphäre, wie z. B.
Argongas, bei einer Temperatur im Bereich von 700 bis 950° C mehrere Stunden erhitzt so daß eine Oberflächenbehandlung erfolgt und die in F i g. 3 dargestellte
Struktur erzeugt wird. Bei der oben beschriebenen Behandlung wird eine Fe-Al-Legierung in einem
Verhältnis von 50 bis 30 Gew.-% Fe : 50 bis 70 Gew.-%
Al verwendet Wenn das Beschichtungsmaterial weniger als 50 Gew.-% Al enthält, nimmt der Eisengehalt des
Materials bei der wiederholten Verwendung der Form zu, und wenn das Beschichtungsmaterial mehr als 70
Gew.-% Al enthält und wenn das Fe-Al-Pulver auf die Oberfläche des Grundmetalls gesintert wird, besteht die
Gefahr einer »Verdünnung« bzw. »Gleitschmierung« auf dem Oberflächenteil, auf den das Fe-Al-Pulver
gesintert wurde. Bevorzugt enthält das Beschichtungsmaterial etwa 52 Gew.-% Al und etwa 48 Gew.-% Fe.
Die Gründe, weshalb man 2 bis 5 Gew.-Teile Al-Pulver
und 60 bis 72 Gew.-Teile Fe-Al-Pulver verwendet, werden im folgenden erläutert. Der Hauptgrund für die
Verwendung des Al-Pulvers ist der, daß, da Al-Pulver schneller als Fe-Al-Pulver verdampft oder sich auf
L\i behandelnden material bei dem Behandlungsverfahren abscheidet, die Menge an Al, die aus dem
Fe-Al-Legierungspulver abgeschieden wird, nicht für die beabsichtigte Behandlung ausreicht, und daß es
daher erforderlich ist. Al auf das zu behandelnde Material zu geben, so daß ein möglicher Mangel bei der
Behandlung von Al ausgeglichen wird.
Wenn das Al-Pulver unter dem angegebenen Bereich und das Fe-Al-Pulver über dem angegebenen Bereich
liegen, wfe i das Verdampfen und die Abscheidung von Al aus dem Al-Pulver in dem Beschichtungsmaterial bei
der ersten Behandlungsstufe gering sein, so daß andere Quellen für die Abscheidung ton Al aus dem
Fe-Al-Pulver vorhanden sein Müssen. Wenn die Abscheidung von Al aus dem Fe-Al-Pulver bewirkt
wird, scheidet sich gleichzeitig Fe aus dem Fe-Al-Pulver ab, und sowohl Al als auch Fe diffundieren und
penetrieren durch das zu behandelnde Material, so daß eine AI-Legierungsschicht mit ausreichender Konzentration nicht erzeugt werden kann.
Wenn im Gegensatz dazu das Al-Pulver unter dem angegebenen Bereich liegt und das Fe-AI-Pulver unter
dem angegebenen Bereich liegt, wird die Konzentration an Al stärker vermindert als oben.
Selbst wenn das Fe-Al-Pulver unter der unteren
Grenze liegt und wenn das Al-Pulver die obere Grenze
überschreitet verbleibt eine Menge an Al-Pulver unverändert die größer ist als die Menge an AI-Pulver,
das bei der Diffusion-Penetration verwendet wurde, in der aufgetragenen Schicht. Dadurch werden Risse in
dem gebildeten Film erzeugt und wenn andererseits das Fe-Al-Pulver die obere Grenze überschreitet tritt eine
Verdünnung auf. Im Hinblick auf die oben beschrieb ;τιε
Tatsache gibt der Bereich von 2 bis 5 Teilen AI-Pulver einen Bereich an, innerhalb dessen die physikalische
oder chemische Reaktion mit dem Al-Pulver vollständig beendet ist bevor Al und Fe aus dem Fe-Al-Pulver sich
auf dem zu behandelnden Material abscheiden und schmelzen oder während die Umsetzung wirksam
abläuft Ein Reaktionsmechanismus, gemäß dem die Wärmebehandlung unter Verwendung der oben beschriebenen Beschichtungsmaterialien abläuft ist wie
folgt:
(a) Metallisches Al-Pulver
Das Pulver beginnt bei seinem Schmelzpunkt von 6600C zu schmelzen und kommt in Kontakt mit der
Oberfläche des Grundmetaiis und haftet als Schmelze an dieser Oberfläche und dringt in das Grundmetall
unterhalb des Pulvers ein. Ein Teil des Al-Pulvers wird
beim Schmelzen des Al-Pulvers verdampft und eine Gasdiffusion des Al-Gases findet statt. Obgleich der
Kontakt dieses Al-Pulvers und die Diffusion-Penetration des Gases eine aktivere Wirkung zeigen als die
Diffusion mit dem folgenden Fc-Al-Legicrungspulver.
wird die Menge an Al-Pulver, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird, eine geringere Menge sein
als b'y dem in der japanischen Patentanmeldung I 05 739/1974 beschriebenen Verfahren, und weiterhin
wird ein Verdünnen und eine Rißbildung auf der Oberfläche der Diffusions-PenetratiorisscVcht überraschenderweise
vermieden.
(b) Fe- Al-I.egierungspulvei und Ammoniumhalopcnid
Wird NH4CI als Ammoniiimhalogenid verwendet,
dissoziiert NH4CI zuerst thermisch bei einer Temperatur
von etwa 400"C und bildet gemäß der folgenden
Gleichung Ammcniak und Salzsäure:
NH,Cl *=--* Ni
IK
Die IK I rentiert mil dem Ie Al-I'iilver wie lolul:
IeCl- ■' II·
Ie Al r 2ΙΚΊ (II)
'.MCI.· + H;
Di?sc FeCI2- bzw. AlCI2-Gase diffundieren und
penelrieren in das Grundmetall als Gas. Diese Gasdiffusion verläuft jedoch langsamer als die Kontakt-Diffusion-Penetration
des Feststoffs. Andererseits reagiert ein Teil des gemäß Gleichung (II) gebildeten FeCl2
und AICI2 unter Bildung von HCI entsprechend der folgenden Gleichung
IcCI. + Il >Fc + 2HCI !
(III)
AICN + H
Al + 2 IICI
uicsu dmivcii metalic I C UHU ni /.ci^cn cmc awn M-
Diffusion-Penetration in das Grundmetall. und die Erzeugung dieser aktiven Metalle Fe und Al trägt somit
zur Erhöhung der Konzentration an Al und Fe in der Diffusions-Penetrationsschicht wirksam bei und verstärkt
die Behandlung und die Gasdiffusion von Al-Pulver. Ein Teil des Fe-Al-Pulvers sintert ebenfalls
und haftet an der Oberfläche des Grundmetalls, da geschmolzenes Al aus dem Al-Pulver erzeugt wird, und
somit kann eine Diffusion-Penetration durch Kontakt stattfinden. Die oben beschriebenen verschiedenen
Arten der Diffusion-Penetration aufgrund des Vorhandenseins von Fe-Al-Pulver sind langsamer als die
Diffusion-Penetration von Al-Pulver. Bei der ersteren wird jedoch die Erhöhung an Al- und Fe-Konzentration
in der Diffusions-Penetrationsschicht Stufe um Stufe zusammen mi. dem Fortschreiten der Behandlung des
Grundmetalls erreicht, und es findet überraschenderweise
keine Verdünnung und Rißbildung auf der Oberfläche der Diffusions-Penetrationsschicht statt
während die Behandlung fortschreitet. Das Verhalten des AI-Pulvers und des Fe-Al-Pulvers in dem
3eschichtungsmaterial ist so. daß das Cu in dem Grundmetall zu der Oberflächenseite wandert entsprechend
der Diffusion-Penetration von Al und Fe und eine Cu- Fe- Al-Legierungsschicht zwischen dem geschmolzenen
Al und dem festen Fe-Al-Legierutigspulver
bildet. Diese Legierungsschicht wird entweder zwischen den Teilchen des Metalloxidpulvers und den
Teilchen des Fe-Al-Legierungspulvers getragen bzw. gebildet oder sie wird von dem Mctalloxidpulvcr
absorbiert und davon umhüllt.
(c) Metalloxidpulver
Dieses Pulver besitzt einen hohen Schmelzpunkt, und es schmilzt daher in dem Behandlungszyklus nicht,
sondern sintert und haftet an der Oberfläche des Grundmelalls. Das Pulver geht keine chemische
Reaktion ein. sondern wirkt als einfaches, hitzebeständiges Aggregat. Teilchen des Pulvers werden miteinander
durch geschmolzenes Al verbunden. Die Dicke der beschichteten Schicht beträgt mindestens 100 μ und
bevorzugt mehr als 500 bis 800 μ und die Dicke der Diffusions-Penetrationsschicht liegt über 1000 u und
bevorzugt über 1500 μ. Die Legierung in der aufgetragenen
Schicht besitzt die folgende Zusammensetzung: Cu, Fe und Al, wobei die Metalle in abnehmender
Menge vorhanden sind, und die Zusammensetzung der Diffusions-Penetrationsschicht ist: Cu, Al und Fe, wobei
die Metalle in abnehmender Menge vorhanden sind.
Die Zusammensetzung und der Aufbau der erfindungsgemäß behandelten Schicht bzw. der erfindungsgemäß
hergestellten Schicht wurde oben erläutert, und die mikroskopische Strukturansicht ist in F i g. 3
dargestellt.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.
Beispiel 1 (A) Herstellung des Beschichtungsmaterials
Metallisches Al-Pulver.0,25 mm
(60 mesh) 2 Teile
Fe- Al-Pulver, ca. 0.55 mm
(30 mesh) 72 Teile
AI2Oj-Pulver 25.5 Teile
NH4Cl 0.5 Teile
(B) Beschichtungsverfahren
Ein Cu-Legierungsteststück wird in dem Beschichiungsmaterialgemäß(A)eingebettet
und 10 häuf 8500C erhitzt. Aus dem Beschichtungsmaterial erhält man eine
beschichtete. 450 μ dicke Schicht und 800 μ dicke Diffusions-Penetrationsschicht.
Beispiel 2 (A) Herstellung des Beschichtungsmaterials
Metallisches Al-Pulver, 0.25 mm | 3 Teile |
(60 mesh) | |
Fe- AI-Pulver, feiner als ca. 0.55 mm | 70 Teile |
(30 mesh) | 263 Teile |
ZrO2-Pulver | 03 Teile |
NH4CI | |
(B) Beschichtungsverfahren
Ein Cu-Legierungsteststück wird in dem Beschich-
t, -, tungsmaterial gemäß (A) eingebettet und 12 h auf 880° C
erhitzt. Aus dem Beschichtungsmaterial erhält man eine beschichtete, 600 μ dicke Schicht und eine 1600 u dicke
Diffusions-Penetrationsschicht.
Beispiel 3
(A) Herstellung des Beschichtungsmaterials
(A) Herstellung des Beschichtungsmaterials
Metallisches Al-Pulver,
0,25 bis 0,177 mm (60 bis 80 mesh) 2 Teile
Fe- Al-Pulver, feiner als ca. 0,29 cm
(50 mesh) 60 Teile
AI2O3 37,5 Teile
NH4CI 0,5 Teile
(B) Beschichtungsverfahren
Ein Cu-Legierungsteststück wird in da: Beschichtungsmateriai
gemäß (A) eingebettet und 12 h bei 8800C erhitzt. Man erhält ein beschichtetes Material mit einer
beschichteten, 450 μ dicken Schicht und einer Diffusions-Penetrationsschicht
mit einer Dicke von 1450 μ.
Beispiel 4 | 5 Teile |
(A) Herstellung des Beschichtungsmaterials | 68 Teile |
Metallisches Al-Pulver, | 26,5 Teile |
•,25 bis 0,177 mm (60 bis 80 mesh) | 0,5 Teile |
Fe-AI-Pulver, feiner als 0,29 mm | |
(50 mesh) | |
AI2O3 | |
NH4CI | |
(B) Beschichtungsverfahren
Ein Cu-Legierungsteststück wird in das Beschichtungsmateriai gemäß (A) eingebettet und 12 h bei 880° C
erhitzt. Man erhält ein beschichtetes Material mit einer beschichteten, 700 μ dicken Schicht und einer Diffusions-Penetrationsschicht
mit einer Dicke von 1800 μ.
Beispiel 5
(A) Herstellung des Beschichtungsmaterials
(A) Herstellung des Beschichtungsmaterials
Metallisches Al-Pulver,
0,25 bis 0,177 mm (60 bis 80 mesh) 2 Teile
Fe-Al-Pulver, feiner als 0,29 mm
(50 mesh) 72 Teile
SiO2 25,5 Teile
NH4CI 0.5 Teile
(B) Beschichtungsverfahren
Ein Cu-Legierungsteststück wird in das Beschichtungsmaterial gemäß (A) eingebettet und 12 h bei 880°C
erhitzt. Man erhält ein beschichtetes Material mit einer beschichteten, 600 μ dicken Schicht und einer 1600 μ
dicken Diffusions-Penetrationsschicht.
Bei den Versuchen wurde gefunden, daß, wenn die Temperaturbedingungen bei der Behandlung gleich
sind, ein Beschichtungsmateriai, das eine große Menge an Fe--Al-Pulver enthält, eine dickere, beschichtete
Schicht ergibt
Versuchsergebnisse
Die Härtewerte wurden an irgendeiner beliebigen Stelle mit einem Vickers Härtetester (Anfangsbelastung
F= 100 g) bei dem Beschichtungsmateriai von Beispiel 1 gemessen. Die Ergebnisse sind in F i g. 4 dargestellt.
Aus Fig.4 ist erkennbar, daß eine Cu-Fe-Al-Legierungsschichi
13 nahe an der Oberfläche der beschichteten Schicht 1. nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellt, eine hohe Härte von 488MHv zfeigt. Diese Härte ist um das 8fache so hoch wie die des
Grundmetalls und ist um das 1,6- bis l,8fache so hoch wie die Oberflächenhärte von Versuchsstücken (280 bis
300MHv), die nach dem Verfahren der japanischen Patentanmeldung 1 05 739/1974 hergestellt wurden. Die
Oberflächenhärte in der Diffusions-Penetrationsschicht 20 beträgt etwa 300MHv im oberen Teil und etwa
200MHv im unteren Teil. Beide Härtewerte sind überraschenderweise sehr hoch. Obgleich der Teil des
Oxidpulvers 10 in der aufgetragenen Schicht 1 eine niedrigere Härte besitzt als die Legierungsschicht 13,
besitzt er eine Härte, die gleich ist wie die Härte des unteren Teils der Diffusions-Penetrationsschicht 20.
Die Beständigkeit der Oberfläche der erfindungsgs?-
mäßen Blasform gegenüber hohen Temperaturen. Abrieb und Angriff durch geschmolzenes Metall und
Schlacke ist überraschenderweise sehr hoch, so daß die erfindungsgemäßen Blasformen überall dort verwendet
werden können, wo die normalen Blasformen eingesetzt werden. Wird die erfindungsgemäß hergestellte Blasform
bei sehr harten Reaktionsbedingungen verwendet, wo ein starkes Verspritzen von Schlacke und Lochfraß
durch Schlacke an der Blasform auftritt, so kann eine weitere Verstärkung der Blasformoberfläche erhalten
werden, indem man die erfindungsgemäß beschichtete Schicht mit einer wärmebeständigen, aufgetragenen
Keramikschicht beschichtet, die im wesentlichen AI2O3
und SiO2 enthält, wodurch die Lochfraßbeständigkeit der Blasform wesentlich verbessert wird. AI2O3 und SiO2
werden in einem Verhältnis von 10 bis 65 Gew.-% AI2O3:90 bis 35 Gew.-% SiO2, bevorzugt 60 bis 40
Gew.-% Al2O3:40 bis 60 Gew.-% SiO2, vermischt.
Entsprechend dem Beschichtungsverfahren wird ein anorganisches Bindemittel, wie z. B. Kaliumsilikat oder
Natriumsilikat, zu dem obigen gemischten Pulver aus AI2O3 und SiO2 gegeben. Man erhält eine Paste. Die
Paste wird dann auf die Blasformoberfläche in einer Dicke von 150 bis 500 μ durch Bürsten oJer Sprühen
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aufgetragenen Schicht unter 150 μ liegt, wird die Wirksamkeit der Beschichtung vermindert, und umgekehrt
wird, wenn die Dicke über 500 μ liegt, ein so dicker Überzug gebildet, daß die Gefahr besteht, daß die
beschichtete Keramikschicht abgeht.
Die erfindungsgemäße Blasform, die eine aufgetragene Schicht mit sehr hoher Härte über einem Kupferoder
einem Kupferlegierungs-Grundmetall für die Blasform enthält, besitzt überraschend gute Eigenschaften.
Sie zeigt insbesondere eine verbesserte Abriebsund Korrosionsbeständigkeit bei hohen Temperaturen
und erhöhte Beständigkeit gegenüber dem Verspritzen von geschmolzenem Metall und Schlacke. Das erfindungsgemäße
Verfahren zum Beschichten einer Blasform besitzt den großen Vorteil, daß es einstufig
durchgeführt werden kann. Bei dem bekannten Verfahren sind zwei Stufen erforderlich. Die Erfindung ist
somit für die Oberflächenbehandlung von Blasformen für Hochöfen geeignet
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Hochofen-Blasform aus Kupfer oder einer Kupferlegierung als Grundoietall mit einem Oberzug aus Al2O3, ZrO2 oder anderen Metalloxidpulvern
mit hohem Schmelzpunkt, wobei am Obergang zwischen Grundmetall und Oberzug eine Diffusions-Penetrationsschicht aus Al-Fe vorhanden ist,
dadurch gekennzeichnet, daßderOberzug (1) aus einer Mischsinterschicht (12) besteht, die
außer den hochschmelzenden Metalloxidpulvern (10) zusätzlich ein Fe-Al-Legierungspulver (11) und
eine Cu—Fe—Al-Legierungsschicht (13) umfaßt.
2. Blasform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Oberzug (1) mindestens 500 bis
700 μΐη dick ist
3. Blasform nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusions-Penetrationsschicht (20) Picker als 1000 um, bevorzugt dicker als
1500 μΐη ist
4. Blasform nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil der Blasform,
der einer thermischen Beschädigung durch Roheisen und Schlacke ausgesetzt ist, zusätzlich mit einer
wärmebeständigen Keramikschicht überzogen ist die Al2O3 und SiO2 enthält
5. Blasform nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß die wärmebeständige Keramikschicht
40 bis 60 Gew.-% Al2O3 und 60 bis 40 Gew.-% SiO2
enthält
6. Verfahren zum Überziehen einer Hochofen-Blasform aus Kupfer ;der el .er Kupferlegierung
durch Einbetten der BIa-form in einem Beschichtungsmaterial aus hochschmelze; ien Metalloxidpulvern und metallischem Al-Pulver und Erhitzen der so
eingebetteten Blasform, dadurch gekennzeichnet, daß das Bescfiichtungsmaterial hergestellt wird
durch Vermischen von 25 bis 35 Gewichtsteilen eines oder mehrerer Metalloxidpulver mit hohem
Schmelzpunkt ausgewählt unter AI2O3, ZrO2, TiO2,
Cr2O3, SiO2, ThO2, MgO, 2 bis 5 Gewichtsteilen
metallischem Al-Pulver, 60 bis 72 Gewichtsteilen Fe-AI-Legierungspulver und 03 bis 0,5 Gewichtsteilen Ammoniumhalogenid, und die Blasform auf
eine Temperatur von 700 bis 9500C mehrere Stunden in neutraler Atmosphäre erhitzt wird.
7. Verfahren zum Überziehen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Metalloxidpulver
mit hohem Schmelzpunkt eine Teilchengröße entsprechend einem Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0.149 bis 0.062 mm besitzt das metallische
Al-Pulver eine Teilchengröße entsprechend einem Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,177 bis
0,149 mm besitzt und das Fe-Al-Legierungspulver eine Teilchengröße entsprechend einem Sieb mit
einer lichten Maschenweite von 037 bis 0,149 mm
besitzt.
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