DE69124084T2

DE69124084T2 - Oberflächenlegierung

Info

Publication number: DE69124084T2
Application number: DE69124084T
Authority: DE
Inventors: Samuel C Dubois
Original assignee: Wall Colmonoy Corp
Current assignee: Wall Colmonoy Corp
Priority date: 1991-02-15
Filing date: 1991-11-07
Publication date: 1997-04-17
Anticipated expiration: 2011-11-08
Also published as: EP0498989A1; DE69132854D1; EP0498989B1; EP0750963B1; DE69132854T2; US5234510A; EP0750963A2; EP0750963A3; DE69124084D1

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Oberflächenlegierungszusammensetzungen. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf harte korrosionsbeständige Oberflächenlegierungen, die für die Herstellung und Reparatur von Verschleißflächen von in äußerst rauher Umgebung benutzten Teilen, wie z.B. bei in der Glasherstellungsindustrie benutzten Glasformteilen, geeignet sind. Bei ständig steigenden Kosten für Rohmaterialien liegt die Betonung zunehmend auf der Verbesserung der Langlebigkeit von zu Verschleiß neigenden Teilen. Diese Verbesserung der Langlebigkeit wurde in der Vergangenheit durch die Verwendung von Oberflächenlegierungen zur Schaffimg zunehmend verschleißbeständiger Teile und weiterhin zur Ermöglichung der Reparatur von verschlissenen Flächen, wo dies kosteneffektiv wäre, statt des Ersatzes der verschlissenen Teile, erfolgreich durchgeflihrt. Oberflächenlegierungen wurden mit großem Erfolg zum kosteneffektiven Wiederaufbau von Verschleißflächen auf Teilen sowie zur Schaffung überlegener verschleiß- und korrosionsbeständiger Flächen auf billigeren Ausgangslegierungen für neue Teile eingesetzt.
Oberflächenlegierungen finden eine besonders geeignete Verwendung in der Glasformindustrie aufgrund der Hochtemperatuikorrosionsumgebung und der kostenbewußten Herstellungsauforderungen. Daher haben Oberflächenlegierungen, wie z.B. Colmonoy Nr.4, 5, 6, 21, 22, 23, 24, 43, 72 und Wallex Nr.40 und 50, die bei Wall Colmonoy, Madison Heights, Michigan erhältlich sind, unter diesen Bedingungen nützliche Anwendungen gefimden. Während diese und andere Oberflächenlegierungen bei vielen Anwendungen großen Erfolg gezeigt haben, hat der zunehmende Wettbewerb in der Glasindustrie neue Herausforderungen für die Formulierung neuer Oberflächenlegierungen mit verbesserter Verschleißfestigkeit und Bearbeitbarkeit geschaffen.
Nickel-Bor-Silizium-Legierungen haben bei der Verwendung als Oberflächenlegierungen einige positive Beachtung erfahren. Während Nickel-, Silizium- und Borlegierungen als äußerst hart und Hochtemperaturkorrosionsbeständigkeit aufweisend angesehen werden, haben diese Legierungen doch gewisse Nachteile. Derartige Legierungen sind äußerst hart und sind daher etwas ungeeignet für eine normale bei der Herstellung und Reparatur derartiger Teile eingesetzte Bearbeitung. Ein weiterer Nachteil derartiger Legierungen war die Bildung von Borosllikatglasprodukten während der Aufbringung der Legierung. Borosikkatbildung ist in einer Oberflächenlegierungszusammensetzung nicht erwünscht. Weiterhin war das Aussehen derartiger Legierungen nicht vorteilhaft. Daher stellte es auch ein Problem bei der Kommerzialisierung einer derartigen Legierung dar. Aufgrund dieser Probleme haben derartige Legierungen keine rundum vorteilhafte Verwendung als Oberflächenlegierung erfahren.

Zusammenfassung der Erfindung

Diese Probleme wurden in der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, daß zusätzlich zu einer Steuerung der kritischen Bereiche und Verhältnisse zwischen den Nickel-, Bor- und Silizium-Bestandteilen der Legierung eine bearbeitbare hochwertige Nickel- Bor-Silizium-Oberflächenlegierung durch die Verwendung von 0,5% bis 4,5% Phosphor hergestellt werden kann. Daher wird erfindungsgemäß eine verschleißbeständige Oberflächenlegierungszusammensetzung vorgesehen, die in Sollzusammensetztmg 0,20% bis 2,0% Bor, 1,0% bis 5,0% Silizium und 0,5% bis 4,5% Phosphor enthält, wobei der Rest Nickel ist.
Die Bestandteile der vorliegenden Erfindung können in ihren Verhältnissen zur Herstellung feilbarer Legierungen, die bei reparaturartigen Anwendungen nützlich sein können, abgeändert werden. Derartige Legierungen haben im allgemeinen eine Härte von 13 bis 21 auf der Rockwell-C-Skala. Betriebslegierungen aus Originalherstellung, die bearbeitbar sind, können auch in den Härtebereichen von 22 bis 33 auf der Rockwell-C-Skala hergestellt werden.
Ein tieferes Verständnis der vorliegenden Erfindung einschließlich weiterer Nutzen und Vorteile wird aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungen der beigefügten Ansprüche in Verbindung mit den Begleitzeichnungen und Beispielen offensichtlich, wobei, sofern nichts Gegenteiliges angegeben ist, alle Prozentsätze Gewichtsprozentsätze sind.

Kurzbeschreibung der Zeichnung

Fig. 1 ist eine Schnittansicht einer Glasforin unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Oberflächenlegierung und
Fig. 2 ist eine um das tausendfache vergrößerte Mikrophotographie einer erfindungsgemäßen Legierung, die die Oberflächenbeschaffenheiten der erfindungsgemäß hergestellten Legierungen zeigt.

Beschreibung der bevorzugten Ausfürungen

In Übereinstimmung mit den weitesten Aspekten der vorliegenden Erfindung umfaßt die erfindungsgemäße Zusammensetzung in Sollzusammensetzung: 0,2% bis 2,0% Bor, 1,0% bis 5,0% Silizium, 0,5% bis 4,5% Phosphor, wobei der Rest Nickel ist. Vorzugsweise haben die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen eine Sollzusammensetzung von: 0,65% bis 1,15% Bor, 2,0% bis 3,85% Silizium, 1,8% bis 4,5% Phosphor, wobei der Rest Nickel ist.
Wie Fachleute mühelos feststellen werden, ist die vorliegende Legierung eine Legierung auf Nickelbasis. Der Nickel kann aus einer beliebigen Anahl bekannter Nickelquellen gewonnen werden, was Fachleute wissen werden. In der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt, daß ein Nickefrohmaterial aus reinen Nickelkugeln, wie z.B. das von INCO International Co., Saddle Brook, New Jersey, benutzte, verwendet wird. Es können jedoch auch andere reine Nickekohmaterialien, wie z. B. die bei Falcongridge Parkans, Houston, Texas, erhältlichen, verwendet werden. Weiterhin kann ein Teil des Nickels der vorliegenden Erfindung während der Zugabe des nickelhaltigen Materials, was Bor oder Phosphor einschließt, während des Herstellungsprozesses der erfindungsgemäßen Legierung gewonnen werden.
Das Bor der vorliegenden Erfindung wird vorrangig in die Legierung durch Zugaben von Nickelbor während der Herstellung der erfindungsgemäßen Legierung eingebracht. Der Borbestandteil fimgiert als Schmelzpunkterniedriger und auch als Flußmittel in der vorliegenden Zusammensetzung. Geeignete Nickel-Bor-Zusannnensetztmgen sind u.a. von Shield Alioy, S. Holland, lllinois oder SKW Metals & Alloys, Niagara Falls, New York, bezogene Nickel-Bor-Materialien mit niedrigem Kohlenstoffgehalt.
Das Silizium der vorliegenden Erfindung kann in die vorliegende Zusammensetzung durch Verwendung von von Elkhem Metals Co., Marietta, Ohio, bezogenen Siliziummaterialien eingebracht werden. Das Silizium der vorliegenden Legierungszusammensetzung dient der Erniedrigung des Schmelzpunkts und verleiht der erfindungsgemäßen Endoberfiächenlegierungsbeschichtung Oxydationsbeständigkeit.
Die Verwendung von Phosphor in der vorliegenden Erfindung in den erwähnten Bereichen ist für die Schaffimg der neuartigen erfindungsgemäßen Oberflächenlegierungen ausschlaggebend. Das in der vorliegenden Erfindung verwendete Phosphor kann in der Form eines BNi-6-Hartlötmaterials, wie z.B. ein Nicrobraz -10-Bestandteil der Fa. Wall Colmonoy, vorliegen, das eine Solizusammensetzung von 11% Phosphor, maximal 0,06% Kohlenstoff aufweist, wobei der Rest Nickel ist. Der Phosphorgehalt der vorliegenden Erfindung sieht eine anningliche Niedrigschmelzphase für die vorliegende Legierungszusammensetzung vor, die die Eigenschaft des Kaltbenetzens von Substraten, wie z. B. Aluminiumbronze und Gußeisen, verbessert. Das Phosphor dient auch als Flußmittel in der vorliegenden Erfindung. Das Phosphor ist ein ausschlaggebender Bestandteil der vorliegenden Erfindung, da es die Bildung von Borsilikaten in der Endoberflächenbeschichtung bei Ausbildung auf einem Substrat im wesentlichen ausschließt. Ohne durch die Theorie gebunden sein zu wollen glaubt man, daß Phosphor, das eine größere Sauerstoffafnität als Silizium und Bor aufweist, der Unterbindung der Bildung von Silizium- und Boroxiden, die die Vorstufen von Borsilikaten sind, dient. Dadurch wird durch die Zugabe von Phosphor in den erwähnten Bereichen eine unerwünschte Borsilikatbildung wesentlich verringert.
Die Legierungen der vorliegenden Erfindung können in Pulverform oder in Stangenoder Barrenform formuliert werden. Geeignete Beschichtungsaufbringungssysteme umfassen Puddelbrenner, wie z. B. der Puddelbrenner des Typs Wall Colmonoy Corporation Fusewelder oder die thermischen Spritzaufbringungsgeräte des Typs Wall Colmonoy Corporation Sprayweldertm, die der Fachwelt bekannt sind und bei denen Oberflächenlegierungen in Pulverform zur Beschichtung eines Substrats mit einer Oberflächenlegierung verwendet werden. Sonüt können gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung hergestellte Oberflächenlegierungen mit der herkömmlichen Pulverlegierungsaufbringungstechnologie zur Schaffüng verbesserter Oberllächenbeschichtungen auf Substratmetallen verwendet werden.
Unabhängig von der Form, in der die erfindungsgemäßen Legierungen verwendet werden, ist das Herstellungsverfahren zur Schaflung geeigneter Legierungen in der vorliegenden Erfindung ausschlaggebend. Nach dem Herstellungsverfahren für diese Legierungen gibt es folgende Schritte. Beim ersten Schritt wird eine Ausgangsschmeizmischung aus Nickel und Nickelbor erstens durch Geben von einem Drittel der Rohnickelzusammensetuung in einen geeigneten Ofen als eine erste Schicht gewonnen. Zweitens wird die gesamte in der jeweiligen Legierung zu verwendende Nickelbormenge gemäß den vorstehenden Richtlinien zur Abdeckung der ersten Schicht in den Ofen zugegeben. Anschließend wird die verbleibende Menge an Rohnickel zur Abdeckung und wesentlichen Umgebung der Nickelborschicht verwendet Die obige Materialmischung wird dann geschmolzen und vollständig legiert. Anschließend wird das Phosphor in der Form von Nicrobraz -10 zu dem Schmellekrater zugegeben und legiert. Schließlich wird die Zugabe von Silizium zu der geschmolzenen Legierung durchgeführt. Vorzugsweise wird die gesamte Schmelze auf eine Temperatur von ca. 2.550ºF (ca. 1.400ºC) vor dem Gießen oder Verdüsen der Legierung erhitzt. Nach dem Schmelzen auf diese Art und Weise kann das Material in Stangen oder Barren gegossen oder in Pulverform durch Verwendung einer Edelgas- Schnellverfestigungsverdüsungsdüse, wie z. B. einer Krupp-4A-Düse, gebracht werden.
Typische Pulverteilchengrößen der pulverisierten Teilchenform der vorliegenden Erfindung reichen von Korngröße 140 bis Korngröße 400 (0,1 bis 0,037 mm), wobei die bevorzugten Größen von Korngröße 170 bis Korngröße 325 (0,088 bis 0,044 mm) reichen. Ein bevorzugtes Produktpulver ist ein gemäß dem vorstehenden Verfahren hergestelltes einheitliches Legierungspulver, das die folgende Siebanalyse besitzt: -120 Korngröße - 100%; + 140 Korngröße - Spur; + 170 Korngröße - 1,5% Maximum; + 325 Korngröße - 65,0% max. und -325 Korngröße - 35,0% bis 45,0% (vorzugsweise 40%).
Während die oben angegebenen breiten Bereiche der Bestandteile flir die vorliegende Erfindung ausschlaggebend sind, führen Abänderungen innerhalb dieser Bereiche zum Zweck der Veränderung der Verhältnisse der jeweiligen Bestandteile zu Oberflächenlegierungen unterschiedlicher Härte, die die gleiche wünschenswerte Legierungsstruktur, wie in Fig. 2 dargestellt und wie ausführlicher im nachfolgenden erläutert wird, behalten. Derartige Legierungen sind in einer Klasse als Reparaturoberfiächenlegierung oder in einer anderen Klasse als Originalausrüstoberflächenlegierung geeignet. Die Oberflächenlegierungen der Reparaturklasse sind so konzipiert, daß sie kalte Substrate mühelos benetzen und einfach mit Handfeilen oder ähnlichem zu bearbeiten sind. Bei Oberflächenlegierungen des Originalausrüstungstyps kann die Härte in einer höheren Größenordnung liegen, da herkömmliche Fräsgeräte während der Herstellung dieser Teile in Werkstätten oder ähnlichem verwendet werden kann.
Gemäß den Zusammensetzungsaspekten von Reparaturlegierungen weisen geeignete Reparaturlegierungen die folgenden Bestandteilbereiche auf: 94,55% bis 95,75% Nickel; 0,45% bis 0,75% Bor; 2,0% bis 2,4% Silizium und 1,8% bis 2,1% Phosphor. Diese Legierungen sind als Reparaturlegierungen nützlich und weisen Härten in dem Bereich von 13 bis 21 auf der Rockwell-C-Skala auf.
Besonders bevorzugte Zusammensetzungen schließen eine erste Zusannnensetzungsausführwig ein, die eine Rockwell-C-Härte von typischerweise 16 bis 21 und vorzugsweise von etwa 18 aurweist. Diese Ausführung enthält typischerweise 0,65% - 0,95% und vorzugsweise etwa 0,85% Bor; typischerweise 2,0% bis 2,4% und vorzugsweise etwa 2,2% Silizium und typischerweise 1,8% bis 2,1% und vorzugsweise etwa 1,9% Phosphor, wobei der Rest Nickel ist.
In einer zweiten bevorzugten Zusammensetzungsausführung ist eine etwas niedrigere Härte typischerweise von 13 - 18 und vorzugsweise um 15 vorgesehen. Eine Zusammensetzung dieser Ausfrrung, in der der Borgehalt typischerweise 0,45% bis 0,75% und vorzugsweise 0,55%, der Siliziumgehalt typischerweise 2,0% bis 2,4% und vorzugsweise 2,2% und der Phosphorgehalt typischerweise 1,8% bis 2,1% und vorzugsweise 1,9% beträgt, kann verwendet werden.
Gemäß erfindungsgemäßen Zusammensetzungen von Oberflächenlegierungen der Originalausrüstungsklasse kann die Härte beliebig zwischen 22 und 33 auf der Rockwell-C-Skala liegen. Diese Zusammensetzungsklasse umfaßt typischerweise den folgenden Bestandteilbereich: 91,85% bis 95,0% Nickel; 0,85% bis 1,20% Bor; 2,3% bis 3,85% Silizium und 1,8% bis 2,15 Phosphor.
Typische Zusammensetzungen in einer ersten Ausführung dieser Klasse weisen Rockwell-C-Härten von 22 bis 27 bei einer bevorzugten Härte von 25 auf. In dieser ersten Ausführung besitzt die Zusammensetzung die folgenden Bestandteile: Bor wird in Mengen von typischerweise 0,9% bis 1,2% und vorzugsweise um 1,0% verwendet; Silizium wird in Mengen von typischerweise 2,3% bis 2,7% und vorzugsweise um 2,5% verwendet; Phosphor wird in Mengen von typischerweise 1,8% bis 2,1% und vorzugsweise um 1,9% benützt und der Rest ist Nickel. In einer bevorzugten Ausführung weist diese Zusammensetzung eine Rockwell-C-Härte von etwa 25 auf.
In einer zweiten Ausführung der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen der härteren Legierungen beinhaltet eine bevorzugte Zusammensetzung: eine Borkonzentration von typischerweise 0,85% bis 1,15% und vorzugsweise um 1,0%; eine Slliziumkonzentrrtion von typischerweise 3,45% bis 3,85% und vorzugsweise um 3,7%; einen Phosphorzusammensetzungsgehalt von typischerweise 1,85% bis 2,15% und vorzugsweise um 1,95% und der Rest ist Nickel. Eine derartige Zusammensetzung besitzt eine Rockwell-C-Härte von typischerweise 28 - 33 und vorzugsweise etwa 30,5.
Die erfindungsgemäß erzeugten Zusammensetzungen weisen eine Mehrphasenschmelzeigenschaft auf, wobei vier Schmelzphasen erreicht werden. Die erste Schmelzphase bei ca. 1.540ºF (ca. 838ºC) und die zweite Schmelzphase bei ca. 1.630 F (ca. 888ºC) verleihen den vorliegenden Oberflächenlegierungen eine verhältnismäßig niedrige Ausgangsschmelztemperatur, was eine verbesserte Benetzung einer kalten Substratfläche ermöglicht. Eine dritte Schmelzphase tritt bei ca. 1.750ºF (ca. 954ºC) auf und eine vierte Schmelzphase tritt bei ca. 2.235ºF (ca. 1.224ºC) auf. Die vorliegende Legierung weicht somit von den meisten Oberflächenlegierungen ab, die im allgemeinen nur zwei Schmelzphasen besitzen, die höher als die Schmelzphase mit der niedrigsten Temperatur der vorliegenden Erfindung liegen.
Gemäß den Verfahrensaspekten der vorliegenden Erfindung können derartige Oberflächenlegierungen auf jeder beliebigen Anzahl an wünschenswerten Substraten durch thermische Spritzpulverbrenner oder änlichem mittels Hartlötverbindung aufgebracht werden. Die erfindungsgemäßen Legierungen sind besonders für die Reparatur oder Oberflächenbeschichtung von Aluminiumbronze-300-Legierungen geeignet, die häufig in der Glasherstellungsindustrie verwendet werden. Die erfindungsgemäßen Oberflächenlegierungen sind jedoch auch für die Verbindung mit anderen Substraten, wie z. B. Gußeisen, Kohlenstoffstahl, Edelstahl und Nickel, geeignet.
Bezüglich Fig. 1 wird eine typische Bearbeitungsflaschenglasform 10 gezeigt, bei der eine erfindungsgemäße Obefflächenlegierungsschicht 12 auf ein Muminiumbronzesubstrat 11 hartaufgelötet ist. Typische Konstrukt[onen derartiger Glasformteile bestehen aus einem Aluminiumbronzematerial. Fig. 2 ist eine Fotografie der Oberflächenlegierung 12.
Unter Bezug auf Fig. 2 ist nun für Fachleute mühelos erkennbar, daß diese Legierungen nicht poröse, gut geglättete Oberflächen erzeugen, wenn sie auf Aluminiumbronzesubstrate hartaufgelötet werden.
Die erfindungsgemäßen Oberflächenlegierungschichten weisen folgende neuartige Struktur auf. Die Oberflächenlegierungszusammensetzung 12 umfaßt drei Hauptphasen und eine Nebenphase. Die Hauptphasen umfassen eine Primärdendritphase 14, eine schwarze (geätzte) interdendritische Phase 16, die von körniger Natur ist, und eine leichter erscheinende interdendritische Phase 18. Eine geringere, leichter erscheinende interdendritische Phase 20, die von eutektischer Natur ist, ist auch in den erfindungsgemäßen Oberflächenlegierungen erkennbar. Eine typische chemische Zusammensetzung jeder dieser Phasen wird in der nachstehenden Tabelle A aufgefrhrt. TABELLE A
Während die vorstehende chemische Zusammensetzung typisch für erfindungsgemäße aufgetragene Oberflächenlegierungen ist, liegt der Schlüssel zur Wirksamkeit der vorliegenden Erfindung in der leichter erscheinenden interdendritrischen Phase 18, die einen Schmelzpunkt von typischerweise 1.520ºF bis 1.560ºF (826ºC - 849ºC) aufweist, und in der geringeren, leichter erscheinenden eutektischen Phase 20, die Schmelztemperaturen von typischerweise l.610ºF bis 1.650ºF (876ºC bis 899ºC) aufweist. Diese Phasen umfassen die erfindungsgemäßen Phasen mit niedrigem Schmelzpunkt und hohem Phosphorgehalt. Diese Phasen tragen die Hauptkonzentrationen an Phosphor von 9% bis 12% in jeder der Phasen 18 und 20. Diese niedrig schmelzenden Ausgangsphasen 18 und 20 sehen eine anfängliche, wirksame Benetzung und Verbindung zu dem Mumiumbronzesubstrat 11 vor. Dies ermöglicht eine gute Haftung der oben erwähnten Legierungen daran. Aufgrund dieser niedrigeren Schmelzphase ist es weiterhin nicht erforderlich, das Substrat auf Früher zur Oberflächenbeschichtung erforderliche Temperaturen zu erhitzen. Erfindungsgemäße Legierungen beginnen sich mit den erhitzten Substraten bei einer Temperatur von ca. 1.520ºF (ca. 826ºC) zu verbinden, während Oberflächenlegierungen des Stands der Technik eine Erhitzen der Substrate auf Temperaturen von 1.850ºF (1.010ºC) oder höher erforderten, bis eine Verbindüng erfolgen konnte. Dies ist insoweit vorteilhaft, da Mummiumbronzen dazu neigen, bei Temperaturen über 1.500ºF (816ºC) schädlich zu oxydieren. Daher verhindert die Anwendung von erfindungsgemäßen Legierungen eine schnelle Oxydation der Aluminiumbronzesubstrate in diesem kritischen Temperaturbereich zwischen 1.500ºF und 1.850ºF (816ºC - 1.010ºC). Ferner werden sowohl Zeit als auch Energie aufgrund der niedrigeren Aufbringungstemperaturen gespart.
Die schwarze geätzte Phase 16 ist eine bei mittlerer Temperatur schmelzende Phase. Diese Phase schmzzt typischerweise bei Temperaturen von 1.730ºF bis 1.770ºF (943ºC - 966ºC). Die Primärdendritphase 14 ist das Hochschmelzphasenbestandteil, das typischerweise bei Temperaturen von 2.205ºF bis 2.255ºF (1.207ºC - 1.235ºC) schmilzt.
Während diese Grundphasen bei allen erfindungsgemäßen Legierungen vorliegen, hängen die Größen jeder Phase von der Menge der in einer bestimmten Ausführung der Legierung enthaltenen einzelnen Bestandteile ab. Da die Legierungen Legierungen geringer Härte bis hin zu Legierungen hoher Härte umfassen, werden die Flächen der Prünärdendritphase 14 kleiner und die Flächen der leichteren, interdendritischen Phase 18 und der interdendritischen Phase 20 des eutektischen Nebentyps größer. Auch die Anzahl der schwarzen (geätzten) Phasen nimmt zu.
Die sich ergebende legierte Oberfläche ist nicht porös und sehr glatt. Die erfindungsgemäßen Legierungen ergeben im wesenffichen borsilikatfreie Oberflächenbeschichtungen und sind mit herköminlichen Werkzeugen mühelos zu bearbeiten. Ferner ergeben die erfindungsgemäßen Oberflächenlegierungen ästhetisch sehr schön aussehende Beschichtungen.
Die erfindungsgemäßen Oberflächenlegierungen sind zur Verwendung als Verschleißoberllächenbeschichtungen auf Glasforrnindustrieteilen, wie z.B. Druckkolben, Führungsbuchsen, Führungsringe, Fertigformen, Vorfonnpreßlinge, Preilpiatten, Blasköpfen, Trichtern und Bodenpiatten, geeignet. Die erfindungsgemäßen Obertlächenlegierungen erweisen sich ferner bei anderen Anwendungen vorteilhaft, bei denen Hochtemperaturkorrosionsbeständigkeit, gute Verschleißfestigkeit und ästhetisches Aussehen bei einer Oberflächenlegierung erwunscht sind.
Ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung wird durch Bezug auf die folgenden Beispiele, die hier nur dem Zweck der Verdeutlichung, nicht jedoch der Einschränkung dienen, gewonnen.

BEISPIEL 1

Eine erfindungsgemäß hergestellte Legierung wurde wie folgt erzeugt. Die in Tabelle I aufgeführten Bestandteile wurden abgewogen, um wie darin angegeben eine Charge von 100 Pound (45,4 kg) zu erhalten. TABELLE 1
*Nicrobraz -10-Legierung der Wall Colmonoy Corporation, Madison Heights, Michigan
Ein Zirconiumdioxidtiegel in einem INDUCTOTHERM -Induktionsschmelzofen für 100 Pound (45,4 kg) wurde mit einer ersten Schicht von etwa 1/3 der Menge reinen Nickels beschickt. Die gesamte Menge des Nickelbors wurde daun auf die Schicht reinen Nickels gegeben. Die Nickelborschicht wurde daun mit der verbleibenden Menge an Nickel bedeckt, der Ofen wurde auf eine Temperatur von 2.500ºF (1.371ºC) zur Legierung des Metalls erhitzt. Nach Durchführung dieser Schmelze wurde die BNi7-Hartlötlegierung in die Schmelze legiert. Anschließend wurde das Silizimribestandteil in die Schmelze legiert. Die legierte Schmelze wurde dann auf eine Temperatur von 2.550ºF (1.399ºC) erhitzt und in einen Schnellerhärtungs- Edelgasverdüsungsapparat mit einer Krupp-4a-Verdüsungsdüse gegossen. Die Legierung wurde bei 300 - 350 psi (2,07 x 10&sup6; -2,41 x 10&sup6; Pa) an der Düse verdüst und ein Pulver einheitlicher Mikrostruktur wurde hergestellt.

BEISPIEL II

Eine erfindungsgemäß hergestellte Legierung wurde wie folgt erzeugt. Die in Tabelle II aufgeführten Bestandteile wurden abgewogen, um wie darin angegeben eine Charge von 100 Pound (45,4 kg) zu erhalten. TABELLE II
*Nicrobraz -10 der Wall Colmonoy Corporation
Ein Zirconiumdioxidtiegel in einem INDUCTOTHERM -Induktionsschmelzofen für 100 Pound (45,4 kg) wurde mit einer ersten Schicht von etwa 1/3 der Menge reinen Nickels beschickt. Die gesamte Menge des Nickelbors wurde dann auf die Schicht reinen Nickels gegeben. Die Nickelborschicht wurde dann mit der verbleibenden Menge an Nickel bedeckt, der Ofen wurde auf eine Temperatur von 2.500ºF (1.371ºC) zur Legierung des Metalls erhitzt. Nach Durchführting dieser Schmelze wurde die BNi7-Hartlötlegierung in die Schmelze legiert. Anschließend wurde das Siliziumbestandteil in die Schmelze legiert. Die legierte Schmelze wurde dann auf eine Temperatur von 2.550ºF (1.399ºC) erhitzt und in einen Schnellerhäitungs- Edelgasverdüsungsapparat mit einer Krupp4a-Verdüsungsdüse gegossen. Die Legierung wurde bei 300 - 350 psi (2,07 x 10&sup6; - 2,41 x 10&sup6; Pa) an der Düse verdüst und ein Pulver einheitlicher Mikrostrukrur wurde hergestellt.

BEISPIEL III

Eine erfindungsgemäß hergestellte Legierung wurde wie folgt erzeugt. Die in Tabelle III aufgefülten Bestandteile wurden abgewogen, um wie darin angegeben eine Charge von 100 Pound (45,4 kg) zu erhalten. TABELLE III
*Nicrobraz -10 der Wall Colmonoy Corporation
Ein Zirconiumdioxidtiegel in einem INDUCTOTHERM -Induktionsschmelzofen für 100 Pound (45,4 kg) wurde mit einer ersten Schicht von etwa 1/3 der Menge reinen Nickels beschickt. Die gesamte Menge des Nickelbors wurde dann auf die Schicht reinen Nickels gegeben. Die Nickelborschicht wurde dann mit der verbleibenden Menge an Nickel bedeckt, der Ofen wurde auf eine Temperatur von 2.500ºF (1.371ºC) zur Legierung des Metalls erhitzt. Nach Durchführung dieser Schmelze wurde die BNi7-Hartlötlegierung in die Schmelze legiert. Anschließend wurde das Säiziumbestandteil in die Schmelze legiert. Die legierte Schmelze wurde dann auf eine Temperatur von 2.550ºF (1.399ºC) erhitzt und in einen Schnellerhärtungs- Edelgasverdüsungsapparat mit einer Krupp-4a-Verdüsungsdüse gegossen. Die Legierung wurde bei 300 - 350 psi (2,07 x 10&sup6;-2,41 x 10&sup6; Pa) an der Düse verdüst und ein Pulver einheitlicher Mikrostruktur wurde hergestellt.

BEISPIEL VI

Eine erfindungsgemäß hergestellte Legierung wurde wie folgt erzeugt. Die in Tabelle VI aufgefürten Bestandteile wurden abgewogen, um wie darin angegeben eine Charge von 100 Pound (45,4 kg) zu erhalten. TABELLE VI
*Nicrobraz -10 der Wall Colmonoy Corporation
Ein Zirconiumdioxidtiegel in einem INDUCTOTHERM -Induktionsschmelzofen für 100 Pound (45,4 kg) wurde mit einer ersten Schicht von etwa 1/3 der Menge reinen Nickels beschickt. Die gesamte Menge des Nickelbors wurde dann auf die Schicht reinen Nickels gegeben. Die Nickelborschicht wurde daun mit der verbleibenden Menge an Nickel bedeckt, der Ofen wurde auf eine Temperatur von 2.500ºF (1.371ºC) zur Legierung des Metalls erhitzt. Nach Durchführung dieser Schmelze wurde die BNi7-Hartlötlegierung in die Schmelze legiert. Anschließend wurde das Siliziumbestandteil in die Schmelze legiert. Die legierte Schmelze wurde dann auf eine Temperatur von 2.550ºF (1.399ºC) erhitzt und in einen Schnellerhärtungs- Edelgasverdiisungsapparat mit einer Krupp4a-Verdüsungsdüse gegossen. Die Legierung wurde bei 300 - 350 psi (2,07 x 10&sup6; -2,41 x 10&sup6; Pa) an der Düse verdüst und ein Pulver einheitlicher Mikrostruktur wurde hergestellt.

BEISPIEL V

Eine erfindungsgeinäß hergestellte Legierung wurde wie folgt erzeugt. Die in Tabelle V aufgeführten Bestandteile wurden abgewogen, um wie darin angegeben eine Charge von 100 Pound (45,4 kg) zu erhalten. TABELLE V
*Nicrobraz -10 der Wall Colmonoy Corporation
Ein Zirconiumdioxidtiegel in einem INDUCT0THERM -Induktionsschmelzofen fur 100 Pound (45,4 kg) wurde mit einer ersten Schicht von etwa 1/3 der Menge reinen Nickels beschickt. Die gesamte Menge des Nickelbors wurde daan auf die Schicht reinen Nickels gegeben. Die Nickelborschicht wurde daan mit der verbleibenden Menge an Nickel bedeckt, der Ofen wurde auf eine Temperatur von 2.500ºF (1.371ºC) zur Legierung des Metalls erhitzt. Nach Durchführung dieser Schmelze wurde die BNi7-Hartlötlegierung in die Schmelze legiert. Anschließend wurde das Siliziumbestandteil in die Schmelze legiert. Die legierte Schmelze wurde daun auf eine Temperatur von 2.550ºF (1.399ºC) erhitzt und in einen Schnellerhärtungs- Edelgasverdüsungsapparat mit einer Krupp-4a-Verdüsungsdüse gegossen. Die Legierung wurde bei 300 - 350 psi (2,07 x 10&sup6; - 2,41 x 10&sup6; Pa) an der Düse verdüst und ein Pulver einheitlicher Mikrostruktur wurde hergestellt.

BEISPIEL VI

Eine erfindungsgemäß hergestellte Legierung wurde wie folgt erzeugt. Die in Tabelle VI aufgeführten Bestandteile wurden abgewogen, um wie darin angegeben eine Charge von 100 Pound (45,4 kg) zu erhalten. TABELLE VI
*Nicrobraz -10 der Wall Colmonoy Corporation
Ein Zirconiumdioxidtiegel in einem INDUCTOTHERM -Induktionsschmelzofen für 100 Pound (45,4 kg) wurde mit einer ersten Schicht von etwa 113 der Menge reinen Nickels beschickt. Die gesamte Menge des Nickelbors wurde daan auf die Schicht reinen Nickels gegeben. Die Nickelborschicht wurde dann mit der verbleibenden Menge an Nickel bedeckt, der Ofen wurde auf eine Temperatur von 2.500ºF (1.371ºC) zur Legierung des Metalls erhitzt. Nach Durchführung dieser Schmelze wurde die BNi7-Hartlötlegierung in die Schmelze legiert. Anschließend wurde das Silizitimbestandteil in die Schmelze legiert. Die legierte Schmelze wurde dann auf eine Temperatur von 2.550ºF (1.399ºC) erhitzt und in einen Schnellerhärtungs- Edelgasverdüsungsapparat mit einer Krupp4a-Verdüsungsdüse gegossen. Die Legierung wurde bei 300 - 350 psi (2,07 x 10&sup6; - 2,41 x 10&sup6; Pa) an der Düse verdüst und ein Pulver einheitlicher Mikrostruktur wurde hergestellt.

Claims

1.Oberflächenlegierungszusammensetzung fur eine verschleißbeständige Oberflächenbeschichtung eines Substrats, die folgendes enthält:

0,20% bis 2,0% Bor;

1,0% bis 5,0% Silizium;

0,5% bis 4,5% Phosphor, wobei der Rest Nickel ist.

2. Legierungszusammensetzung nach Anspruch 1, die folgendes enthält:

91,85% bis 95,75% Nickel;

0,65% bis 1,15% Bor;

2,0% bis 3,85% Silizium und

1,8% bis 2,15% Phosphor.

3. Feilbare Oberflächenlegierungszusammensetzung nach Anspruch 1 zur

Oberflächenreparatur, die folgendes enthält:

94,55% bis 95,75% Nickel;

0,45% bis 0,95% Bor;

2,0% bis 2,4% Silizium und

1,8% bis 2,1% Phosphor.

4. Zusammensetzung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung 0,45% bis 0,75% Bor enthält.

5. Zusammensetzung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung 0,65% bis 0,95% Bor enthält.

6. Originalanwendungsobertlächenlegierungszusammensetzung nach Anspruch 1, die folgendes enthält:

91,85% bis 95,0% Nickel;

0,85% bis 1,20% Bor;

2,3% bis 3,85% Silizium und

1,8% bis 2,15% Phosphor.

7. Zusammensetzung nach Anspruch 6, die 0,9% bis 1,20% Bor und 2,3% bis 2,7% Silizitium enthält.

8. Zusammensetzung nach Anspruch 6, die 0,85% bis 1,15% Bor, 3,45% bis 3,85% Silizium und 1,85% bis 2,15% Phosphor enthält.

9. Legienmgszusammensetzzng nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Endoberflächenlegierung in ihrer Mikrostrukur eine Primärdendritphase mit einer Schmelztemperatur von 2.205ºF bis 2.255ºF (1.207ºC bis 1.235ºC), eine geschwärzte körnige Phase mit einer Schmelztemperatur von 1.730ºF bis 1.770ºF (943ºC bis 966ºC), eine leichter erscheinende interdendritische Phase mit einer Schmeiztemperatur von 1.520ºF bis 1.560ºF (826ºC bis 849ºC) und eine eutektische interdentritische Phase mit emer Schmeiztemperatur von 1.610ºF bis 1.650ºF (876ºC bis 899ºC) urufaßt.

10. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung in einer Pulverteilchenmischung ausgebildet ist.

11. Zusammensetzung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchenmischung in Pulverform Teilchen in der Größenordnung von Korngröße 140 bis 400 (0,1 bis 0,037 mm) aufweist.

12. Zusammensetzung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchemnischung in Pulverform Teilchen in der Größenordnung von Korngröße 170 bis 325 (0,088 bis 0,044 mm) aufweist.

13. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, die eine Rockwell-C- Härte von 13 bis 33 bei Verbindung mit einem Substrat aufweist.

14. Verfahren zur Beschichtung eines Substrats mit einer verschleißbeständigen Legierungsbeschichtung, das folgende Schritte umfaßt:

a) Schaffung eines metallischen Substrats und

b) Bildung einer Legierungszusammensetzung in Pulverform nach einem der Ansprüche 1 bis 13 und

c) Hartlötverbindung der Pulverzusammensetzung auf dem Substrat zur Bildung einer verschleiß- und korrosionsbeständigen Beschichtung darauf.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus einer aus Aluimiumbronze, Gußeisen, Kohlenstoffstahl, Edelstahl und Nickel bestehenden Gruppe ausgewählt wird.

16. Verfahren zur Herstellung einer nach einem der Ansprüche 2 bis 15 1,8% bis 2,15% Phosphor enthaltenden Nickel-Bor-Silizium-Legierung, das nachfolgende aufeinanderfolgende Schritte umfaßt:

a) Setzen einer Mischung aus Nickel und Nickelbor in einen geeigneten, mit Schutzgasmantel versehenen Induktionsschmelzofen und Herstellen einer geschmolzenen Legierung daraus;

b) Zugeben einer vorbestimmten Menge eines Phosphorbestandteils zu der geschmolzenen Legierung und

c) Zugeben des Siliziumbestandteils zu der geschmolzenen Legierung.

17. Verfahren nach Anspruch 16, das weiterhin den Schritt des Erhitzens des Produkts aus Schritt c) auf eine Temperatur von 2.550ºF (1.400ºC) und Gießen der sich ergebenden geschmolzenen Legierung umfaßt.

ig. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die sich ergebende Legierung zur Herstellung eines Legierungspulvers mit einer Teilchenkorngröße von 140 bis 400 (0,1 bis 0,037 mm) verdüst wird.

19. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die sich ergebende Mischung zur Herstellung eines Legierungspulvers mit einer Teilchenkorngröße von 170 bis 325 (0,088 bis 0,044 mm) verdüst wird.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt a) ferner die Umgebung des Nickelbormaterials mit einem Rohnickelmaterial bei Beschickung des Ofens umfaßt.

21. In Verbindung ein metallisches Substrat mit einer damit durch Hartlöten verbundenen Oberflächenlegierung, die eine Bor, Sllizium, Phosphor und Nickel in einem in einem der Ansprüchen 1 bis 9 angegebenen Verhälus enthaltende Mehrphasen-Oberflächenlegierung mit einer Mikrostruktur umfaßt, die folgendes aufweist:

eine Primärdendritphase mit hoher Schmelztemperatur;

eine körnige, geschwärzte interdendritische Phase und

eine interdendritische Phase mit niedriger Schmelztemperatur, die weiterhin

eine leichter erscheinende interdentritische Hauptphase und eine entektische interdendritrische Nebenphase umfaßt.

22. Kombination nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenlegierung an dem Substrat durch Verwendung einer in einem der Ansprüche 1 bis 13 beanspruchten Legierungszusannnensetzung hartgelötet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die interdendritische Phase niedriger Schmelztemperatur 9% bis 12% Phosphor umfaßt.

23. Kombination nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus emer aus Mumiumbronze, Gußeisen, Kohlenstoffstahl, Edelstahl und Nickel bestehenden Gruppe gewählt wird.

24. Kombination nach Anspruch 21, 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß die leichter erscheinende interdendritische Phase eine Schmelztemperatur von 1.520ºF bis 1.560ºF (826ºC bis 849ºC) aufweist.

25. Kombination nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die entektische interdendritische Nebenphase eine Schmelztemperatur von 1.610ºF bis 1.650ºF (876ºC - 899ºC) aufweist.

26. Kombination nach einem der Ansprüche 21 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärdendritphase eine Schmelztemperatur von 2.205ºF bis 2.255ºF (1.207ºC bis 1.235ºC) aufweist.

27. Kombination nach einem der Ansprüche 21 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die geschwärzte körnige Phase eine Schmelztemperatur von 1.730ºF bis 1.770ºF (943ºC bis 966ºC) aufweist.