DE3732877A1

DE3732877A1 - Verfahren zum nachbehandeln von thermisch aufgespritzter schichten und induktor dafuer

Info

Publication number: DE3732877A1
Application number: DE19873732877
Authority: DE
Inventors: Hans-Theo Steine; Christopher Wasserman
Original assignee: Castolin SA
Current assignee: ECG Immobilier SA
Priority date: 1987-09-23
Filing date: 1987-09-30
Publication date: 1989-04-13

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Nachbehandeln von auf ein Grundmaterial thermisch aufgespritzter Schichten aus Legierungen auf metallischer Basis mit einem Induktor sowie einen dafür geeigneten Induktor.

Zum Einschmelzen derartiger Schichten sind Verfahren be kannt, die eine verhältnismäßig große Beeinflussung des Grundwerkstoffes mit sich bringen. Besonders negativ wirkt sich in dieser Hinsicht das Einschmelzen im Ofen aus, da bei diesem Vorgang das gesamte beschichtete Teil bis zur Einschmelztemperatur erwärmt wird. Gegenüber dieser Arbeitsweise wird beim Einschmelzen mit der Flamme die Zeit des Aufwärmens und des Einschmelzens verkürzt, die Beeinflussung des Grundwerkstoffes abgesenkt. Versuche, den Einschmelzvorgang mit Induk tionserwärmung durchzuführen, haben keine sinnvollen Verbesserungen erbracht; die konstante Frequenz der bekannten Anlagen macht es erforderlich, für jedes nach zubehandelnde Teil einen querschnittlich speziell ange paßten Induktor herzustellen. Aus diesem Grunde wird das induktive Einschmelzen bislang nur dann angewendet, wenn man größere Serien gleichgeformter Teile behandeln muß; nur so können die Kosten für die Herstellung des Induktors gehalten werden.

Auch beim genauen Abstimmen der Induktoren ist die Kon trolle der - von der Frequenz und der Leistung des er zeugten Magnetfeldes abhängige - Eindringtiefe der Er wärmung nur in Teilen mit vorbestimmter Größe, Form und Masse möglich.

Angesichts dieser Gegebenheiten hat sich der Erfinder das Ziel gesetzt, ein Verfahren der eingangs genannten Art sowie einen dafür geeigneten Induktor - insbeson dere hinsichtlich seiner Einsatzfähigkeit - zu verbes sern. Es soll eine Kontrolle der Beeinflussung des Grundwerkstoffes möglich und die Abhängigkeit des Erfol ges von Form, Größe und Masse vermindert werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe führt, daß die Schicht aus einer selbstfließenden Legierung hergestellt sowie der Induktor zum Nachbehandeln der Schicht mit einer regel baren Frequenz im Bereich von 0,5 bis 100 KHz - insbe sondere von 1 bis 70 KHz - und einer Leistung von 1 bis 150 KW, bevorzugt 5 bis 80 KW, angeregt wird, wobei die Schicht durch die induktive Erwärmung an der Werkstück oberfläche eingeschmolzen bzw. eingesintert sowie die Eindringtiefe der Erwärmung des Grundmaterials über die Stärke des Magnetfeldes und die Größe des Induktors ge steuert wird. Dies wird erfindungsgemäß mit einer In duktionsschleife durchgeführt, die man relativ zu einer Werkstückfläche bewegt und deren Schwingkreis sich dabei abstimmt. Als Induktoren eignen sich besonders Flächen-, Band- oder Ringinduktoren mit einem Wärmeeinflußfeld von 200 bis 5 cm², bzw. 100-10 cm², vorzugsweise 50 bis 20 cm².

Dazu hat es sich als günstig erwiesen, mittels des In duktors eine Oberflächenzone von 200 bis 5 cm² - insbe sondere 100 bis 10 cm² bzw. 50 bis 20 cm² - zu er wärmen, welche durch die relative Bewegung zwischen Werkstück und Induktor über die gesamte einzuschmelzende bzw. einzusinternde Fläche in Abhängigkeit von der Schmelz- oder Sintertemperatur der Legierung geführt wird.

Im Rahmen der Erfindung liegt im übrigen auch eine Aus bildung, dank deren sich die Geschwindigkeit der erwähn ten Relativbewegung den Vorgaben des Induktors bzw. des Werkstückes selbsttätig anpaßt, wozu beispielsweise ein Thermoelement als Steuerhilfe eingesetzt werden kann.

Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß die erwähn ten Probleme auch ohne Anpassung des Induktors an Form, Größe und Masse des Werkstückes gelöst werden können, wenn man selbstfließende Legierungen mit Induktion unter Verwendung einer Anlage mit variabler Frequenz in den oben genannten Bereichen bearbeitet. Die Anpassung der Frequenz für den einfach aufgebauten Induktor erfolgt von Hand oder automatisch.

Durch die variable Frequenz bzw. Feldstärke und die - durch eine Temperatursteuerung geregelte - Bewegungsge schwindigkeit zwischen dem einzuschmelzenden Teil einer seits und dem Induktor anderseits, kann die Eindring tiefe der Erwärmung kontrolliert werden.

Als besonders vorteilhaft ist anzusehen, daß auch bei größeren Veränderungen in Größe, Form, Masse - und im Querschnitt - der Teile die gleichen Induktoren einge setzt werden können, d.h. die Anpassung an die einzu schmelzende Beschichtung geschieht nur über die Aus steuerung des Magnetfeldes.

Bezüglich zusätzlicher Merkmale - insbesondere der Le gierungszusammensetzungen - wird auf die Ansprüche Be zug genommen.

Das beschriebene Verfahren eignet sich in besonderer Weise zur Beschichtung von Walzen und Rollen der Papier industrie, aber auch für Teile im allgemeinen Maschinen bau zum Herstellen von verschleißfesten Oberflächen schichten.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfin dung ergeben sich aus dem nachfolgend beschriebenen Aus führungsbeispiel.

Eine Anpreßrolle mit einem Durchmesser von 300 mm und einer Länge von 1000 mm soll in der Mitte mit einer 200 mm breiten verschleißfesten Schicht aus einer selbst fließenden Legierung von Ni Cr B Si mit 50% Wolfram schmelzkarbid beschichtet werden. Da die Anpreßrolle in der Maschine großen Belastungen ausgesetzt ist, darf beim Einschmelzen nur die äußere Schicht bis zu ca. 10 mm Tiefe im Grundwerkstoff auf Schmelztemperatur von etwa 1100°C erwärmt werden. Der Kern des Werkstoffes soll eine Temperatur von 600°C nicht überschreiten, da bei zu hoher Temperatur eine zu große Verminderung der Festigkeit erfolgt und somit eine zu starke Durchbiegung der Rolle nicht zu vermeiden ist.

Nach dem Vordrehen wurde die zu beschichtende Fläche durch Drehen und anschließendes Strahlen mit Korund einer Kornverteilung von 0,5 bis 1,0 mm vorbereitet.

Danach wurde die pulverförmige Legierung auf einer Dreh vorrichtung mit automatischem Vorschub mit einem auto genen Flammspritzgerät - mit einer Schichtdicke von 0,1 mm je Lage - insgesamt 1,5 mm dick auf die vorbereitete Fläche der Rolle aufgespritzt.

Nach diesem Vorgang wurde das an der Vorschubeinrichtung angebrachte Flammspritzgerät abgenommen und gegen einen Flächeninduktor mit der Abmessung 50×50 mm ausge tauscht. Die an einem Teststück ermittelten Parameter für die Frequenz und die Leistung wurden eingestellt, und die Schicht rotierend zonenweise mit einer Schmelz fläche von 20 cm² eingeschmolzen. Die Geschwindigkeit des Vorschubes wurde über eine - mit einem Lichtleiter ausgerüstete - Temperatursteuerung geregelt. Der Meß punkt für die Steuerung war in der Mitte des Induktors angeordnet.

Die Temperaturkontrolle des Grundmaterials ergab eine maximale Temperatur von 580°C.

Nach der Fertigstellung wurde die Anpreßrolle unter Be achtung besonderer Geheimhaltungsvorkehrungen für die Versuchsdauer in die Maschine eingebaut und letztere wieder in Betrieb genommen.

Nach einer Laufzeit von einem halben Jahr wurde der Verschleiß an der Anpreßrolle gemessen und dabei festgestellt, daß dieser um das Zehnfache geringer war als bei einer nichtbeschichteten, ansonsten gleichartigen Anpreßrolle. Bei der Kontrolle der Durchbiegung konnten keine negativen Einflüsse durch das Einschmelzverfahren festgestellt werden.

Claims

1. Verfahren zum Nachbehandeln von auf ein Grundma terial thermisch aufgespritzter Schichten aus Le gierungen auf metallischer Basis, mit einem Induk tor, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus einer selbstfließenden Legierung hergestellt sowie der Induktor zum Nachbehandeln der Schicht mit einer regelbaren Frequenz im Bereich von 0,5 bis 100 KHz, insbesondere 1 bis 70 KHz, und einer Leistung von 1 bis 150 KW, vorzugsweise 5 bis 80 KW, angeregt wird, wobei die Schicht durch die induktive Erwärmung an der Werkstückoberfläche eingeschmolzen bzw. eingesintert sowie die Eindringtiefe der Erwärmung des Grundmaterials über die Stärke des Magnetfeldes und die Größe des Induktors bzw. die Geschwindigkeit der relativen Bewegung zwischen letzterem und der behandelnden Schicht gesteuert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz in Abhängigkeit von Induktor und Werkstück geregelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß mittels des Induktors eine Ober flächenzone von 200 bis 5 cm², insbesondere 100 bis 10 cm² erwärmt wird, die durch relative Bewe gung zwischen Werkstück und Induktor über die gesam te einzuschmelzende bzw. einzusinternde Fläche in Abhängigkeit von der Schmelz- oder Sintertemperatur der Legierung geführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Oberflächenzone von 50 bis 20 cm².

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 gekenn zeichnet durch einen Spritzwerkstoff in Pulverform.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekenn zeichnet durch einen Spritzwerkstoff in Form eines Fülldrahtes.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Spritzwerkstoff aus einem aus Metallpulver und Kunststoff hergestellten Draht besteht.

8. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine selbstfließende Le gierung auf Ni- oder NiCr-Basis mit B und Si.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung Zusätze von Fe, C od.dgl. Elemente aufweist.

10. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine selbstfließende Le gierung auf Co Basis mit B und Si.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung Zusätze von Cr, C, W, Ni und/oder Mo enthält.

12. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine selbstfließende Le gierung auf Fe-Basis mit B und Si.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung Zusätze von Cr, Ni, C od.dgl. Ele mente enthält.

14. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der selbstfließenden Legierung vor dem Aufspritzen 10 bis 90%, insbeson dere 20 bis 80%, Hartstoffe zugemischt werden.

15. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß als Hartstoffe die Karbide der Elemente W, Cr, Mo, Nb, V, Ti und/oder Ta eingesetzt werden.

16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekenn zeichnet, daß als Hartstoffe Wolframkarbide einge setzt werden.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß als Hartstoff gesinterte Wolframkarbide mit Zu satz von 2 bis 30% Co verwendet werden.

18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekenn zeichnet, daß die Wolframkarbide eine Ummantelung mit Ni oder Co aufweisen.

19. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß als Hartstoffe die Boride der Elemente W, Cr, Mo, V, Nb, Ti und/oder Ta verwendet werden.

20. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß als Hartstoffe die Nitride der Elemente W, Cr, Mo, V, Nb, Ti und/oder Ta eingesetzt werden.

21. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß als Hartstoffe die Silicide der Elemente W, Cr, Mo, V, Nb, Ti und/oder Ta eingesetzt werden.

22. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die erwärmte Zone bandförmig ausgebildet ist.

23. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die erwärmte Zone rechteckig ausgebildet ist.

24. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die erwärmte Zone ringförmig um das Werkstück ausgebildet ist.

25. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 24, gekennzeichnet durch einen dem Oberflächenprofil des Werkstückes angepaßten Induktor.

26. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 25, gekennzeichnet durch die Steuerung der Ober flächentemperatur über die relative Bewegung zwischen Induktor und Werkstück.

27. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächentem peratur über die Leistung des Induktors gesteuert wird.

28. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der Temperatur mittels eines optischen Systems durchge führt wird.

29. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der Temperatur durch ein mit Lichtleitern versehenes Re gelsystems erfolgt.

30. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufbringen der Schicht mit einem autogenen Flammspritzgerät oder mit einer Plasmaspritzanlage durchgeführt wird.

31. Induktor zur Durchführung des Verfahrens nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 30, gekenn zeichnet durch eine Induktionsschleife.

32. Anwendung des Verfahrens nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 30 zur Beschichtung von in der Pa pierindustrie eingesetzte Walzen und Rollen.