NL7905973A - Werkwijze voor het aanbrengen van een dichte, harde, hechte en slijtvaste laag van cermets of keramisch materiaal op een metalen voorwerp en aldus verkregen voorwerp. - Google Patents

Description

*>* ·* N/29.121-Kp/f.

SKF Industrial Trading & Development Company B.V. te Nieuwegein.

Werkwijze voor het aanbrengen van een dichte, harde, hechte en slijtvaste laag van cermets of keramisch materiaal op een metalen voorwerp en aldus verkregen voorwerp.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het aanbrengen van een dichte, harde, hechte en slijtvaste laag van cermets of keramisch materiaal op een metalen voorwerp door opspuiten van een mengsel van harde deeltjes 5 van cermets of keramisch materiaal en een bindmetaal, ge volgd door verdichten van de opgespoten laag bij hoge temperatuur en druk, alsmede aldus beklede metalen voorwerpen.

Een dergelijke werkwijze is bekend uit het-Britse octrooischrift 1.451.113, waarbij op het metalen voorwerp 10 een laag van een metaal of van een legering, welke kera mische materialen of zogenaamde cermets kan bevatten,wordt opgespoten. Bij dit opspuiten van poedervormige materialen, die gewoonlijk via vlamspuiten of plasmaspuiten worden opgebracht, wordt een poreuze laag verkregen. De hechting 15 van een dergelijke poreuze laag aan het basismateriaal is in vele gevallen onvoldoende. Ter opheffing van dit probleem wordt volgens het Britse octrooischrift de poreuze laag verdicht door het erin aanwezige bindmetaal in vacuüm te smelten, waardoor de poreusheid tot een minimum 20 wordt beperkt.

De uitvinding verschaft thans een werkwijze van het in de aanhef genoemde type, met het kenmerk, dat vlak boven de opgespoten laag een gasdichte metaalfolie wordt aangebracht en het aldus verkregen samenstel isostatisch wordt 25 verdicht bij een druk gelegen tussen 500 en 2000 bar en een temperatuur gelegen tussen 500 en 2000°C gedurende een periode gelegen tussen acht uur en een half uur, waarna het metaalfolie wordt verwijderd.

Door toepassing van de onderhavige werkwijze wordt 30 790 5 9 73 . c *» 2 een metalen voorwerp verkregen met een hoge dichtheid van de opgebrachte laag en een sterk verbeterde hechting tussen de opgebrachte laag en het basismateriaal.

De onderhavige werkwijze kan met succes worden toe-g gepast voor het aanbrengen van een dichte/ harde, hechte en slijtvaste laag op metalen voorwerpen van uiteenlopende oppervlaktestructuur en wel van een eenvoudige vlakke structuur tot ingewikkelde of grillige oppervlaktestructuren.

Een bijzonder groot voordeel van de onderhavige werk-20 wijze is, dat het verdichten bij holle lichamen, in het bijzonder buizen, zodanig plaatsvindt, dat over de lengte van de buis geen diameterverandering plaatsvindt. Hierdoor is de onderhavige werkwijze bijzonder geschikt voor het aanbrengen van een dichte, harde, hechte en slijtvaste laag. van cermet 25 of keramisch materiaal op metalen bussen, die dan na verdichten zonder bijzondere nabewerking bijvoorbeeld als lager-bussen kunnen worden gebruikt, aangezien de diameter over de lengte van de bus nagenoeg even groot is.

Wanneer het verdichten van de opgespoten laag vol-20 gens de uitvinding wordt uitgevoerd verkrijgt men een buis met een diameter, waarvan de grootte reproduceerbaar in de hand gehouden kan worden, afhankelijk van de dikte van de opgespoten laag en de uitgeoefende druk, waarbij het verdichten plaatsvindt.

25 Bij voorkeur wordt volgens de uitvinding voorafgaan de aan het aanbrengen van een gasdichte metalen folie opgespoten op de reeds aanwezige laag. Hierbij dient het A120^ als een zogenaamde diffusiebarrière en zorgt ervoor, dat er geen binding tussen de metalen folie en de coating 30 plaatsvindt, waardoor de metalen folie na het verdichten af gestroopt kan worden. Bij weglaten van vindt er een zekere binding met de metaalfolie plaats, waardoor gewoon afstropen niet meer mogelijk is. In dit geval wordt de metaalfolie verwijderd door hetzij langs mechanische weg, bij-35 voorbeeld afschuren, hetzij langs chemische weg, bijvoorbeeld door gebruikmaking van een geschikte etsoplossing voor de metalen folie.

790 5 9 73 i» £ 3

De metalen folie is een gasdichte folie met een dikte van minder dan 0/5 mm gewoonlijk 0,1, 0,15 of 0,2 mm.

Voor de onderhavige doeleinden kan gebruik worden gemaakt van roestvrij staal of ongelegeerd staal . De toe te 5 passen folie dient bestand te zijn tegen de toegepaste tem peratuur en druk, waarbij het smeltpunt van het metaal waarvan de folie is vervaardigd,een stuk boven de verwer-kingstemperatuur moet liggen en mag bovendien tijdens de verwerking niet stuk gaan. Voorts kan men gebruik maken van 10 aluminiumfolie, koperfolie of een ander metaal afhankelijk van de omstandigheden waarbij het verdichten plaatsvindt.

De werkwijze volgens de uitvinding is bijzonder geschikt om een laag van wolfraamcarbide/cobalt op een gesmede, een gegoten of een gesinterde kern of dergelijk basismateri-15 aal aan te brengen. Men kan ook cermets van andere metalen of keramische materialen gebruiken, bijvoorbeeld TiC of Si^N^. Als bindmetaal kan men een metaal of een legering gebruiken, dat overwegend bestaat uit Ni, Co, Fe of Cr. Bij voorkeur gebruikt men cobalt of een legering van cobalt en 20 nikkel (Co/Ni). De juiste keuze hangt natuurlijk mede af van het gebruikte basismateriaal, waaraan de opgebrachte laag goed moet hechten.

De laag wordt opgebracht door opspuiten van een poe-dermengsel, dat het bindmetaal en de deeltjes in de voor de 25 laag gewenste verhouding bevat. Dit opspuiten kan op ge bruikelijke wijze plaatsvinden, bijvoorbeeld door vlamspui-ten of plasmaspuiten, waarbij in beide gevallen een poreuze laag wordt gevormd. De voorwerpen kunnen geheel of slechts gedeeltelijk met de opgespoten laag worden bekleed. Afhan-30 kelijk van de gewenste laagdikte zal het bekledingsmateriaal in een of meer lagen worden opgebracht. Desgewenst kan aan de opeenvolgende lagen een verschillende samenstelling worden gegeven.

Zonodig kan men dan nog het oppervlak glad afwerken.

35 In de meeste gevallen kan dit echter worden voorkomen, want de ruwheid van het oppervlak na het verdichten wordt in 790 5 9 73 rj 4 hoofdzaak bepaald door de korrelgrootte van het drukoverdra-gend medium. Bij het toepassen van de juiste korrelgrootte zal de gladheid van het oppervlak in de meeste gevallen ook zonder nabewerking voldoende zijn. Een korrelgrootte van 5 0,10-0,25 mm is voor vele gevallen zeer bevredigend.

Volgens een voorkeursuitvoering van de uitvinding gebruikt men voor de opgespoten laag een mengsel met tenminste 70 gew.% cermet deeltjes en bij voorkeur een mengsel, dat bestaat uit 83-94 gew.% wolfraamcarbide en overigens uit 10 cobalt.

De thermische expansie-coëfficiënten van cermets of keramische materialen verschillen aanmerkelijk met die van metalen. Om losspringen van de opgebrachte lagen tengevolge van thermische spanningen tijdens het afkoelen aan het einde 15 van het verdichtingsproces te voorkomen verdient het de voorkeur om het gehalte aan cermets of keramische materialen te laten variëren in de diepterichting doordat men de bekle-dingslaag aanbrengt in twee of meer trappen, terwijl het gehalte aan bindmetaal in de verschillende opgespoten lagen 20 wordt gevarieerd.

De uitvinding heeft eveneens betrekking op metalen voorwerpen, die geheel of gedeeltelijk zijn bekleed met een dichte laag bestaande uit een bindmetaal en zogenaamde cer-metdeeltjes of keramische materialen en welke gekenmerkt 25 zijn doordat de dichte bekledingslaag bestaat uit tenminste 70 gew.% van de harde deeltjes en overigens uit bindmetaal.

De uitvinding heeft ook betrekking op dergelijke petalen voorwerpen, waarvan de laag voor 83 - 94 gew.% bestaat uit cermet deeltjes, in het bijzonder uit een wolf-30 raamcarbide/cobalt samenstelling. In het bijzonder heeft de uitvinding mede betrekking op voorwerpen van het genoemde type, waarin de laag bestaat uit 83-94 gew.% wolfraamcarbide en 17-6 gew.% cobalt.

De uitvinding omvat tevens voorwerpen van dit alge-35 mene type, waarbij in de opgebrachte harde laag het gehalte aan bindmetaal varieert met de afstand tot het grondmetaal 790 5 9 73 5 en in het bijzonder op dergelijke beklede voorwerpen, waarin het gehalte aan bindmetaal in de laag afneemt met toenemende afstand tot het grondmateriaal.

Opgemerkt wordt, dat het Franse octrooischrift 5 1.434.158 betrekking heeft op een werkwijze voor het aan brengen van bijvoorbeeld een laag van nikkelchroomlegering op grafiet als basismateriaal, waarna een aluminiumlaag wordt aangebracht. Het aanbrengen van de lagen geschiedt door opspuiten. Het geheel wordt isostatisch verdicht onder 10 oplevering van grafietkernen, die zijn voorzien van een me-taallaag, die niet poreus is en die waterdicht is. Hierbij vindt echter het isostatisch compacteren koud plaats, in tegenstelling tot de werkwijze volgens de uitvinding, waarbij het isostatisch compacteren bij een relatief hoge tem-15 peratuur wordt uitgevoerd.

Thans wordt de uitvinding aan de hand van het figuur nader toegelicht.

Het figuur stelt een voorkeursuitvoeringsvorm volgens de uitvinding voor, waarbij op een metalen buis 1 20 laag 2 is opgespoten.

Na het opspuiten van de laag 2 worden aan de uiteinden van de buis klemorganen 4 bevestigd. De klemorga-nen 4 dienen voor het spannen van de folie 3 vlak boven de opgespoten laag 2. Daarna wordt het samenstel overgebracht 25 in een warmsisostatische pers en daarin verhit tot de ver-dichtingstemperatuur, welke tenminste 500°C is. Afhankelijk van het toegepaste basismateriaal, de opgespoten laag en het foliemateriaal kan de temperatuur liggen tussen 500 en 2000°C. De temperatuur gedurende dit proces is steeds zoda-30 nig dat het verdichten zich afspeelt in de vaste fase. Bij deze temperatuur is het bindmetaal niet gesmolten, maar er treedt wel een sintering op. Tegelijk met het opvoeren van de temperatuur of nadat de gewenste temperatuur is bereikt wordt de gasdruk in de pers tot tenminste 500 bar 35 opgevoerd. De druk kan liggen tussen 500 en 2000 bar. Hierdoor wordt de folie tegen de opgespoten laag 2 geperst.

790 59 73 6

Tengevolge van deze temperatuur en druk wordt de laag 2 verdicht, waarbij bovendien een diffusie-binding met het basismaterial 1 tot stand komt. Dit proces duurt tenminste een half uur, gerekend van.--a£ het bereiken van de verdich-5 tingstemperatuur tot het begin van afkoelen. De voor de bewerking benodigde tijd kan echter liggen tussen acht uur en een half uur. Hierna laat men de temperatuur en druk weer tot op de omgevingswaarden terugkomen en wordt daarna het voorwerp uit de pers gehaald, waarna de folie wordt 10 verwijderd.

In geval dat de buitenste laag van de opgespoten laag 2 Al^O^ is, kan de folie 3 gemakkelijk afgestroopt worden, omdat als een zogenaamde diffusie^barrière fungeert tussen de onderliggende laag en de folie, waar-15 door de folie los op de laag rust.

Indien geen Al-jO-j is gebruikt, is de verwijdering van de folie bewerkelijker, aangezien hierbij een binding tussen de folie 3 en de opgespoten laag 2 plaatsvindt. In dit geval wordt de folie 3 langs chemische weg, 20 bijvoorbeeld etsen, verwijderd.

Na verwijdering van de klemorganen 4 wordt een beklede buis verkregen met een diameter, die over de lengte van de buis nagenoeg overal gelijk is en derhalve uitstekend geschikt is als lagerbus.

25 Het spreekt vanzelf, dat de uitvinding niet beperkt is tot de in het figuur afgeheelde uitvoeringsvorm.

790 59 73

Claims (19)

1. Werkwijze voor het aanbrengen van een dichte, harde, hechte en slijtvaste laag van cermets of keramisch materiaal op een metalen voorwerp door opspuiten van een mengsel van harde deeltjes van cermets of keramisch materiaal 5 en een bindmetaal, gevolgd door verdichten van de opgespoten laag bij relatief hoge temperatuur en druk, met het kenm erk, dat vlak boven de opgespoten laag een gas-dichte metaalfolie wordt aangebracht en het aldus verkregen samenstel isostatisch wordt verdicht bij een druk gelegen 10 tussen 500 en 2000 bar en een temperatuur gelegen tussen 500 en 2000°C gedurende een periode gelegen tussen acht uur en een half uur, waarna de metaalfolie wordt verwijderd.

2. Werkwijze volgens conclusie l,met het k e nme rk, dat voorafgaande aan het aanbrengen van een 15 gasdichte metalen folie A12C>3 wordt opgespoten op de reeds aanwezige laag van het mengsel.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat een folie met een dikte van 0,1 -0,2 mm wordt gebruikt.

4. Werkwijze volgens conclusies 1-3, met het kenmerk, dat als folie aluminiumfolie wordt gebruikt.

5. Werkwijze volgens conclusies 1-3, met het kenmerk, dat als folie ongelegeerd staal Cl5 wordt gebruikt.

6. Werkwijze volgens conclusies 1-5, met het kenmerk, dat het metaalfolie langs mechanische weg wordt verwijderd.

7. Werkwijze volgens conclusie 6, m e t het k e nme rk, dat het metaalfolie wordt af geschuurd.

8. Werkwijze volgens conclusies 1-5, met het kenmerk, dat het metaalfolie langs chemische weg wordt verwijderd.

9. Werkwijze volgens conclusie 8, m e t het kenmerk, dat het metaalfolie door etsen wordt verwij- 35 derd. 79059 73 <

10. Werkwijze volgens conclusies 1-9, met het kenmerk , dat een keramische deeltjes bevattende laag wordt opgespoten.

11. Werkwijze volgens conclusies 1-9, met het 5 kenmerk, dat een cermetdeeltjes bevattende laag wordt opgespoten.

12. Werkwijze volgens conclusies 1-11, met het kenmerk , dat voor de opgespoten laag een mengsel wordt gebruikt met tenminste 70 gew.% cermetdeeltjes, bij- 10 voorbeeld wolfraamcarbide.

13. Werkwijze volgens conclusie 12, m e t het kenmerk , dat een opgespoten laag wordt gebruikt, welke 83-94 gew.% wolfraamcarbide bevat en voor het overige cobalt.

14. Werkwijze volgens conclusies 1-13, met het kenmerk , dat de bekledingslaag wordt aangebracht in twee of meer trappen, waarbij het gehalte aan bindmetaal in de opgespoten lagen zodanig wordt gevarieerd dat losspringen van de lagen door verschillen in uitzettingscoëffi- 20 cient wordt voorkomen.

15. Metalen voorwerpen, geheel of gedeeltelijk bekleed met een dichte laag bestaande uit een bindmetaal en hoog smeltende harde cermetdeeltjes of keramische deeltjes met het kenmerk, dat de dichte en hechte be- 25 kledingslaag, welke bestaat uit tenminste 70 gew.% van de harde deeltjes en voor het overige uit een bindmetaal, iso-statisch gecompacteerd is.

16. Metalen voorwerpen volgens conclusie 15, me t het kenmer'k, dat de laag 83-94 gew.% van een cer- 30 met materiaal bevat.

17. Metalen voorwerpen volgens conclusies 15 of 17, met het kenmerk, dat het cermet een wolfraam-carbide is.

18. Metalen voorwerpen volgens conclusies 15-17, met 35 het kenmerk, dat het bindmetaal cobalt is.

19. Metalen voorwerpen volgens conclusies 15-18, met \ 790 59 73 .-¾ het kenmerk, dat de laag 83-94 gew.% wolfraam-carbide en 17-6 gew.% cobalt bevat. 790 59 73