DE3148362A1 - Process for producing a wear-resistant layer - Google Patents

Abstract

A process is specified by which wear-resistant metal can be applied to the surface of a workpiece (1). For this purpose, the metal in powder form is initially mixed with a binder. The mixture is sprayed by a spraying device (3) onto the workpiece (1) and heated directly before it makes contact. The sprayed-on layer is subsequently sintered and mechanically smoothed. <IMAGE>

Description

Verfahren zur Erzeugung einer verschleißfesten SchichtProcess for producing a wear-resistant layer

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Aufbringen einer verschleißfesten Schicht auf die Oberfläche eines metallischen Werkstücks.The invention relates to a method for applying a wear-resistant layer on the surface of a metallic workpiece.

Das Verfahren soll überall dort angewendet werden, wo ein metallisches Werkstück an seiner Oberfläche durch ein anderes, mit diesem Werkstück in Berührung oder in Eingriff stehendes Werkstück auf Verschleiß beansprucht wird. Solche Werkstücke sind beispielsweise die Schneckengehäuse von Extrudern, die Schnecken derartiger Extruder1 Hydraulikzylinder und Zahnräder.The process should be used wherever a metallic Workpiece on its surface by another, with this workpiece in contact or the workpiece in engagement is subjected to wear. Such workpieces are for example the screw housings of extruders, the screws of such Extruder1 hydraulic cylinder and gears.

Damit derartige Werkstücke nicht in ihrer gesamten Materialstärke aus teurem, verschleißfestem Material hergestellt werden müssen, wird für die Werkstücke ein weniger verschleißfestes Material als Träger eingesetzt, auf dessen Oberfläche eine mehr oder weniger dicke Schicht aus verschleißfestem Material erzeugt wird.So that such workpieces not in their entire material thickness Must be made of expensive, wear-resistant material for the workpieces a less wear-resistant material is used as a carrier on its surface a more or less thick layer of wear-resistant material is produced.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem eine solche verschleißfeste Schicht auf einfache Weise auf die Oberfläche eines beliebig gestalteten Werkstücks aufgebracht werden kann.The invention is based on the object of specifying a method with which such a wear-resistant layer is easily applied to the surface an arbitrarily shaped workpiece can be applied.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, - daß zunächst in Pulverform vorliegendes, verschleißfestes Metall mit einem aus zwei Komponenten bestehenden, flüssigen organischen Bindemittel zu einem fließfähigen Metallgemisch aufbereitet wird, - daß das Metallgemisch danach unter Druck auf die Oberfläche des Werkstücks aufgespritzt wird, - daß das Metallgemisch vor dem Auftreffen auf die Oberfläche des Werkstücks so hoch erhitzt wird, daß ein Teil des organischen Bindemittels verdampft, - und daß das aufgespritzte Metallgemisch abschließend unter Verdampfung des restlichen Bindemittels durch Wärmezufuhr zu der verschleißfesten Schicht gesintert wird.This object is achieved according to the invention in that - that initially In powder form, wear-resistant metal with one of two components existing, liquid organic binder to a flowable metal mixture is processed, - that the metal mixture is then put under pressure on the surface the workpiece is sprayed on, - that the metal mixture before it hits the surface of the workpiece is heated so high that part of the organic Binder evaporates, - and that the sprayed-on metal mixture finally under Evaporation of the remaining binder by supplying heat to the wear-resistant one Layer is sintered.

Dieses Verfahren zeichnet sich durch eine einfache Durchführbarkeit und seinen geringen apparativen Aufwand aus. Nach der Aufbereitung des Metallgemisches zu einem fließfähigen Produkt braucht dasselbe nur noch auf die Oberfläche des zu beschichtenden Werkstücks aufgespritzt und abschließend gesindert zu werden.This method is easy to carry out and its low expenditure on equipment. After processing the metal mixture to make a flowable product, it only needs to be applied to the surface of the product coated workpiece and finally to be reduced.

Die Erhitzung des Mctallgemishes kann auf sehr einfache Weise durch erhitzte J>reßluft erreicht werden, mit der das Metallgemisch verspritzt wird. Die Erhitzung erfolgt dabei erst kurz vor dem Auftreffen auf die Oberfläche des Werkstücks, so daß nur ein Teil des Bindemittels verdampft, während der restliche Teil desselben den Zusammenhalt der aufgeqpritzten Schicht und deren Haftung auf der Oberfläche des Werkstücks garantiert.The heating of the Mctallgemishes can be done in a very simple way heated air can be reached, with which the metal mixture is sprayed. The heating takes place shortly before it hits the surface of the Workpiece, so that only part of the binder evaporates while the rest Part of the same the cohesion of the sprayed-on layer and its adhesion the surface of the workpiece guaranteed.

Dieses restliche Bindemittel kann zusätzlich verdampft werden, wenn mit der erwärmten Preßluft über die aufgespritzte Schicht hinweggcgangen wird. Es verdampft restlos beim Sintern des Metallgemisches Das zu beschichtende Werkstück braucht für den Beschichtungsvorgang nicht erwärmt: zu werden, sondern es kann mit besonderem Vorteil bei Raumtemperatur gehalten werden. Es ist allerdings auch möglich, daß Werkstück vor dem Beschichten zu erwärmen.This remaining binder can also be evaporated if the heated compressed air is passed over the sprayed-on layer. It evaporates completely during sintering of the metal mixture The workpiece to be coated does not need to be heated for the coating process, it can be used with are particularly advantageous to be kept at room temperature. However, it is also possible to heat the workpiece before coating.

Hierbei kommt es allerdings nicht auf die Einhaltung einer be- stimmten Temperatur an, sondern es reicht prinzipiell eine Vorwärmung des Werkstücks aus.However, here it is not a question of compliance with a agreed Temperature, but in principle it is sufficient to preheat the workpiece.

Das Verfahren nach der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen als Ausführungsbeispiel erläutert. Stellvertretend für alle anderen Anwendungsfälle wird dabei die Beschichtung der Oberfläche des Arbeitsraums im Schneckengehäuse eines Extruders erläutert.The method according to the invention is described below with reference to the drawings explained as an exemplary embodiment. Representing all other use cases is the coating of the surface of the working space in the worm housing an extruder explained.

Es zeigen: Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Schneckengehäuse eines Extruders wärend der Beschichtung.The figures show: FIG. 1 a cross section through a worm housing of a Extruders during the coating.

Fig. 2 einen Längsschnitt durch das Schneckengehäuse.2 shows a longitudinal section through the worm housing.

Fig. 3 einen Querschnitt durch das Schneckengehäuse nach der Beschichtung.3 shows a cross section through the screw housing after coating.

Figo 4 eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung.4 shows an apparatus for carrying out the method according to the invention.

Mit 1 ist das Schneckengehäuse eines tinschneckenestruders bezeichnet, dessen Arbeitsraum 2 durchyehend zylindrische abmessungen hat. In diesem Arbeitsraum wird eine der rinfachheit halber nicht dargestellte Schnecke zum Fördern von Material angeordnet, daß mit dem Extruder verspritzt werden soll. Die Schnecke liegt mit ihren Schraubengängen dicht an der Oberfläche des Arbeitsraums 2 an, die daher besonders verschleißfest ausgeführt sein muß.1 with the screw housing of a tin screw extruder is referred to, whose work space 2 has cylindrical dimensions throughout. In this work room is a screw, not shown for the sake of simplicity, for conveying material arranged that it is to be sprayed with the extruder. The snail lies with their screw threads close to the surface of the working space 2, which is therefore particularly must be made wear-resistant.

Hierzu wird beispielsweise mit einer in den Arbeitsraum 2 eingeführten Spritzvorrichtung 3 verschleißfestes Material auf die Oberfläche des Arbeitsraums 2 aufgespritzt und durch Wärmebehandlung zu einer verschleißfesten Schicht 4 gesintert, die abschließend durch mechanische Bearbeitung, wie beispielsweise Schleifen und Hohnen, geglättet wird.For this purpose, for example, one introduced into the work space 2 is used Spray device 3 wear-resistant material on the surface of the work space 2 sprayed on and sintered by heat treatment to form a wear-resistant layer 4, which finally by mechanical processing, such as grinding and Honking, is smoothed.

Als verschleißfestes Metall kann beispielsweise ein Lot oder eine Ni-Cr-Bo-Si-Legieruny verwendet werden. Diese Metall liegt in Pulverform vor. Es wird als selbstfließendes Metallpulver bezeichnet. Das Metallpulver wird mit einem aus zwei Komponenten bestehenden, flüssigen organischen Bindemittel zu einem Metallgemisch aufhereitet, das fließfähig ist und mit der Spritzvorrichtung 3 unter Druck verspritzt werden kann.As a wear-resistant metal, for example, a solder or a Ni-Cr-Bo-Si alloy can be used. This metal is in powder form. It is called self-fluxing metal powder. The metal powder comes with a from two Components of existing liquid organic binders up to a metal mixture that is flowable and with the spray device 3 can be sprayed under pressure.

Bei dem Bindemittel kann es sich um einen modifizierten Wachs aus zwei Komponenten handeln, dessen eine Komponente etwa bei 200°C verdampft, während die andere Komponente erst bei etwa 6000 C zu verdampfen beginnt.The binder can be a modified wax act two components, one component of which evaporates at around 200 ° C, while the other component does not begin to evaporate until around 6000 C.

Zum Aufspritzen des Metallgemisches auf die Oberfläche des Arbeitsraums 2 wird beispielsweise wie folgt vorgegangen: Das Schneckengehäuse 1 kann beispielsweise so in eine Drehvorrichtung eingebracht werden, dan es um seine Achse gedreht werden kann. Es wird dann beispieSsweise in Richtung des Pfeiles 5 um diese Achse gedreht. ;obald das Schneckenqehäuse 1 sich mit niedriger Geschwindigkeit dreht, beispielsweise mit 20 U/min, wird in den Arbeitsraum 2 das Spritzwerkzeug 3 eingeführt, das über eine Rohr leitung 6, bei welcher es sich auch um einen Schlauch handeln kann, mit dem Metallgemisch versorgt wird.For spraying the metal mixture onto the surface of the work area 2, the procedure is as follows, for example: The worm housing 1 can, for example so placed in a rotating device, dan it can be rotated about its axis can. It is then rotated, for example, in the direction of arrow 5 about this axis. if the worm housing 1 rotates at low speed, for example at 20 rpm, the injection mold 3 is introduced into the work space 2, which is about a pipe line 6, which can also be a hose, with the metal mixture is supplied.

Das Spritzwerkzeug 3 wird dann über die gesamte Länge des Schneckengehäuses 1 entsprechend dem Doppelpfeil 7 hin- und herbewegt. Diese Hin- und Herbewegung wird so lange durchgeführt, bis auf der Oberfläche des Arbeitsraums 2 eine ausreichend dicke Schicht aus verschleißfestem Material aufgebracht ist.The injection mold 3 is then over the entire length of the screw housing 1 moved to and fro according to the double arrow 7. This back and forth movement is carried out until one is sufficient on the surface of the work space 2 thick layer of wear-resistant material is applied.

Die Geschwindigkeit, mit der das Sohneckengehäuse-l kontinuierlich gedreht werden kann, hängt von der Konsistenz des zu verspritzendeii Materials und von den Abmessungen des Schneckengehäuses ab So sind auch wesentlich niedrigere Geschwindigkeiten als 20 U/min möglich, beispielsweise 3 U/min. Die Geschwindigkeit kann auch sehr viel höher als 20 U/min sein.The speed at which the son corner housing-l continuously rotated depends on the consistency of the material to be sprayed and on the dimensions of the worm housing from So are also much lower Speeds than 20 rpm are possible, for example 3 rpm. The speed can also be much higher than 20 rpm.

Neben der kontirluierlichen Drehung ist prinzipiell auch eine sclirittwcise Drehung möglich, die jeweils nach einer Hin- und Herbewegung des Spritzwerkzeuys 3, entsprechend der Breite des aufgespritzten ';t-rf ens, durchgeführt wird. Die schrittweise Drehung ist auch jeweils mögl:ich, wenn das Spritzwerkzeug 3 nur einmal über die gesamte Länge des Arbeitsraums 2 bewegt wurde, also nach einer Hinbewegung oder nach einer Herbewegung.In addition to the continuous rotation, there is in principle also a sliding rotation Rotation possible, each after a back and forth movement of the spray tool 3, according to the width of the sprayed-on '; t-rf en is carried out. the gradually Rotation is also possible in each case: I, if the injection mold 3 was moved only once over the entire length of the working space 2, so after one Moving towards or after a movement.

Die verschleißfeste Schicht 4 kann auch bei nicht bewegtem Schneckengehäuse 1 auf die Oberfläche des Arbeitsraums 2 aufgebracht werden. Hierzu kann das in den Arbeitsraum eingeführte Spritzwerkzeug 3 während der Hin- und Herbewegung um seine Achse gedreht werden. Diese Drehbewegung wird vorzugsweise dauernd umgekehrt, damit die Rohrleitung 6 nicht tordiert wird bzw. damit kein komplizierter Drchmechanismus eingesetzt werden muß Nach Beendigung des Spritzvorgangs wird das aufgespritzte Metallgemisch zur verschleißfesten Schicht 4 gesintert. Hierzu kann das beschichtete Schneckengehäuse 1 beispielsweise mit vertikaler Achse in einen Ofen gestellt werden. Es ist jedoch auch möglich, das .Schneckengehäuse 1 mit horizontaler Achse in einem Ofen anzuordnen und dabei um seine horizontale Achse langsam zu drehen. Der Sintervorgang sollte etwa bei einer Temperatur von 11000 C durchgeführt werden.The wear-resistant layer 4 can also be used when the worm housing is not moving 1 can be applied to the surface of the working space 2. This can be done in the Workspace introduced injection tool 3 during the reciprocating movement around his Axis can be rotated. This rotational movement is preferably reversed continuously so that the pipeline 6 is not twisted and therefore no complicated thrust mechanism must be used After completion of the spraying process, the sprayed on is Metal mixture sintered to the wear-resistant layer 4. For this purpose, the coated Screw housing 1 can be placed in an oven, for example with a vertical axis. However, it is also possible that the .Schnecken housing 1 with a horizontal axis in one To arrange the oven while slowly rotating it around its horizontal axis. The sintering process should be carried out at a temperature of around 11000 C.

Nach Beendigung des Sinterns wird die innere Oberfläche des Arbeitsraums 2 durch mechanische Bearbeitung geglättet. Hierzu kann die Oberfläche beispielsweise geschliffen und abschließend gehohnt werden.After the sintering is finished, the inner surface becomes the working space 2 smoothed by machining. For this purpose, the surface can, for example be honed and then honed.

Das Verspritzen des Metallgemisches kann mit einem Spritzwerkzeuq 3 erfolgen, wie es beispielsweise in Fig. 4 dargestellt ist: Das Spritzwerkzeug 3 besteht aus einem Innenrohr 8 und einem dasselbe umgebenden Außenrohr 9. An das Innenrohr 8 kann die Rohrleitung 6 angeschlossen werden, durch welche das Metallgemisch dem Spritzwerkzeg zugeführt wird. In den Zwischenraum 10 zwischen den beiden Kohrc-?n 8 und 9 wird Preßluft eingeführt, die das Außenrohr 9 in Richtung ds Pfeiles 12 durch die Düse 11 verläßt und dabei das im Innenrohr 8 vorhandene Meta llgemi sch mitreißt (Venturieffekt). Im vorderen Bereich des Spritzwerkzeugs 3 ist eine Heizvorrichtung 13 angeordnet, die beispielsweise mit elektrischem Strom betrieben wird. Entsprechend den eingezeichneten Pfeilen wird die Prenluft vor dem Austritt aus der Düse 11 über die Heizvorrichtung 13 geführt und dabei auf eine Temperatur von etwa 2000 C erhitzt. Durch die heiße Preßluft wird auch das mitgerissene Metallgemisch erhitzt, so daß ein Teil (1. Komponente) des Bindemittels kurz vor dem Auftreffen auf die Oberfläche des Arbeitsraums zu vcrdampfen beginnt. Die Bindung und Jeste Haftung innerhalb der aufgespritzten Schicht werden dadurch ni Lh L beeinträchtigt.The spraying of the metal mixture can be done with a Spritzwerkzeuq 3 take place, as shown, for example, in FIG. 4: The injection molding tool 3 consists of an inner tube 8 and an outer tube 9 surrounding the same Inner pipe 8 can be connected to the pipe 6 through which the metal mixture is fed to the injection molding tool. In the space 10 between the two Kohrc-? N 8 and 9, compressed air is introduced, which pushes the outer tube 9 in the direction of arrow 12 leaves through the nozzle 11 and thereby the existing in the inner tube 8 Meta llgemi sch carried away (Venturi effect). In the front area of the injection molding tool 3 is a heating device 13 arranged, which is operated, for example, with electricity. Corresponding The prenair is above the drawn arrows before it exits the nozzle 11 the heating device 13 out and heated to a temperature of about 2000 C. The entrained metal mixture is also heated by the hot compressed air, so that a part (1st component) of the binder shortly before it hits the surface of the work area begins to vaporize. The bond and jeste liability within the sprayed-on layer will not be affected.

Zur weiteren Verdampfung der ersten Komponente des Bindemittels kann ozone weitere Zufuhr von Metallgemisch zusätzlich mit erhitzter Luft über die aufgespritzte Schicht gestrichen werden.For further evaporation of the first component of the binder can ozone further supply of metal mixture additionally with heated air over the sprayed on Layer to be painted.

Das restliche Bindemittel verdampft anschließend beim Sintervorgang, der entsprechend obigen Angaben bei 1100? C, also weit über 6000 C, durchgeführt wird.The remaining binder then evaporates during the sintering process, according to the above information at 1100? C, well over 6000 C. will.

Das Verfahren nach der Erfindung ist nicht nur für Schneckengehäuse von Einschneckenextrudern, sondern genauso gut auch für Doppelschneckenextruder einsetzbar, die sowohl zylindrische als auch konische Bohrungen haben können. Auch für andere Werkstücke mit beliebiger geometrischer Gestalt (eben, gebogen, profiliert) ist das Verfahren in der beschriebenen Art und Weise anwendbar.The method according to the invention is not only for screw shells of single-screw extruders, but just as well for twin-screw extruders can be used, which can have both cylindrical and conical bores. Even for other workpieces with any geometric shape (flat, curved, profiled) the method can be used in the manner described.

Das erhitzte Metallgemisch wird mit besonderem Vorteil auf kalte, bei Raumtemperatur befindliche Werkstücke aufgespritzt, so daß für die Werkstücke keinerlei Aufwand zu treiben ist.The heated metal mixture is particularly advantageous on cold, Workpieces located at room temperature are sprayed on, so that for the workpieces no effort is required.

Prinzipiell wäre es aber aucli möglich, die Werkstücke vor dem Aufspritzen des Meta 1 qemischcs zu erwärmen.In principle, however, it would also be possible to remove the workpieces before spraying them on des Meta 1 qemischcs to heat.

Claims (9)

Patentansprüche lo Verfahren zum Aufbringen einer verschleißfesten Schicht auf die Oberfläche eines metallischen Werkstücks, dadurch kennzeichnet, - daß zunächst in Pulverform vorliegendes, versclalleißfestes Metall mit einem aus zwei Komponenten bestehenden, flüssigen organischen Bindemittel zu einem fließfähigen Metallgemisch aufbereitet wird, - daß das Metallgemisch danach unter Druck auf die Oberfläche des Werkstücks (1) aufgespritzt wird, - daß das Metallgemisch vor dem Auftreffen auf die Oberfläche des Werkstiicks (I.) so hoch erhitzt wird, daß ein Teil des organischen Bindemittels verdampft, - und daß das aufgespritzte Metallgemisch abschließend unter Verdampfung des restlichen Bindemittels durch Wärmezufuhr zu der verschleißfesten Schicht (4) gesintert wird. Claims lo method for applying a wear-resistant Layer on the surface of a metallic workpiece, characterized in that - That initially in powder form, Versclalleißfestes metal with one from two components, liquid organic binder into a flowable one Metal mixture is processed, - that the metal mixture is then under pressure on the Surface of the workpiece (1) is sprayed, - that the metal mixture before Impact on the surface of the workpiece (I.) is heated so high that a Part of the organic binder evaporates - and that the sprayed-on metal mixture finally, with the evaporation of the remaining binder by the supply of heat the wear-resistant layer (4) is sintered. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallgemisch mittels erhitzter Preßluft auf aie Oberfläche des Werkstücks (1) aufgespritzt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the metal mixture is sprayed onto aie surface of the workpiece (1) by means of heated compressed air. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch qekennzeichnet, daß die Preßluft zu ihrer Erhitzung über eine im Spritzwerkzeug (3) angeordnete, vorzugsweise elektrisch betriebene, Heizvorrichtung (13) geführt wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the Compressed air for heating it via a preferably arranged in the injection molding tool (3) electrically operated heating device (13) is performed. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch qekennzeichnet, daß das Werkstück (1) zusätzlich erwärmt wird.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that that the workpiece (1) is additionally heated. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die verschleißfeste Schicht (4) nach dem Sintern mechanisch yeglättet wird, insbesondere durch Schleifen und ohne.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that that the wear-resistant layer (4) is mechanically smoothed after sintering, especially by grinding and without. 6. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, zur Erzeugung einer verschleißfesten Schicht (4) auf der Oberfläche des Arbeitsraums (2) im Schneckengehäuse (1) eines Einschneckenextruders.6. Use of the method according to any one of claims 1 to 5, for Creation of a wear-resistant layer (4) on the surface of the working area (2) in the screw housing (1) of a single screw extruder. 7. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Erzeugung einer verschleißfesten Schicht auf der Oberfläche des Arbeitsraums im Schneckengehäuse eines Doppelschneckenextruders mit zylindrischen oder konischen Bohrungen.7. Use of the method according to any one of claims 1 to 5 for Creation of a wear-resistant layer on the surface of the working area in the Screw housing of a twin screw extruder with cylindrical or conical Drilling. 8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneckengehäuse (1) zum Sintern des Metallgemisches mit vertikaler Achse in einem Ofen angeordnet werden.8. The method according to claim 6 or 7, characterized in that the Screw housing (1) for sintering the metal mixture with a vertical axis in one Oven can be arranged. 9. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneckengehäuse zum Sintern des Metallgemisches mit horizontaler Achse, unter gleichzeitiger Drehung um dieselbe in einem Ofen angeordnet werden.9. The method according to claim 6 or 7, characterized in that the Screw housing for sintering the metal mixture with a horizontal axis, with simultaneous Rotation around the same can be placed in an oven.