EP0108877A1 - Verfahren zum Aufbringen verschleissfester Schichten auf Arbeitsflächen von Werkzeugen und Vorrichtungen - Google Patents
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- C23C2/04—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor characterised by the coating material
Definitions
- the invention relates to a method for applying wear-resistant layers to work surfaces of tools and devices, in particular of soil working tools, which are exposed to wear.
- wear-resistant layers are applied, for example, by welding using hard metal electrodes, by applying with the help of plasma welding, or by spraying (flame spraying) self-flowing metal powder.
- these known methods for applying wear-resistant layers are all complex, and when these layers are welded on with the aid of hard metal electrodes it is added that these layers are sensitive to brittleness, cracking and breakage.
- the hard metal layers are applied with the help of flame spraying of self-flowing metal powder, there is a great loss of material, and this method is equally complex. This also applies to that Plasma welding too.
- the invention has for its object to propose a method for the application of wear-resistant layers on tools and devices, which is also suitable for large-area application of smooth layers.that can be carried out with little time and cost and also for achieving smooth surfaces requires no post-treatment.
- a method according to the invention is thus characterized in that the surfaces of the tools to be coated are immersed in a molten metal bath which is provided with a relatively high proportion of hard metal particles, so that a large part of these hard metal particles does not dissolve.
- the tools When the tools are immersed, they differ then a layer on the surfaces, which can be up to 3 mm in one operation, this layer depending on the molten metal and the temperature of the molten bath.
- This layer which is deposited on the work surfaces, has a smooth surface on the one hand and, on the other hand, a wear resistance which is three times the usual, in particular for plowshares.
- An alloy based on nickel or iron is particularly suitable as the metal alloy to which hard metal particles are added.
- boron and silicon are added to this molten metal in amounts of up to 9% so that the melting temperature of this melt is reduced.
- a liquidus temperature of the melt of 1100 ° C. for a molten metal on nickel alloy and a liquidus temperature of 1250 ° C. for an iron-based metal alloy can thus be obtained.
- the hard metal particles which can consist of tungsten, chromium or else mixed carbides of molybdenum, titanium and tantalum carbides, are then introduced into this metal melt based on nickel or iron.
- the amount of carbides added depends on the desired wear resistance of the applied layers and can advantageously be up to 45% of the weight of the molten metal.
- the dipping process can be repeated a further or any number of times after the first applied layer has cooled.
- the layers applied not only have the advantage that they are smooth and therefore do not require any post-treatment, but also the advantage that they can still be forged so that the tools can still be used afterwards can be deformed.
- the molten bath temperature As far as the molten bath temperature is concerned, this will be at least 100 ° higher than the liquidus temperature of the molten metal, it having proven advantageous to preheat the tools before the dipping process, since then a better connection is formed between the surface of the tool and the applied layer. Furthermore, it is a prerequisite for a good bond that the immersed tools are scale-free and rust-free, which can be done in a simple manner by pretreating the tools with sandblasting.
- a metal melt based on iron has the advantage that it is cheaper and has a better connection with the metal of the tool.
- this melt also has the disadvantage that it tends to crack.
- a nickel-based melt has the advantage that it requires a lower melt bath temperature and exhibits greater wear resistance than the iron-based melt. -
- such a melt is more expensive in terms of cost.
- the tool can be provided with a hard metal layer beforehand, which can be done, for example, by immersing the tool in a hard metal powder or by applying the hard metal particles by means of a magnetic and / or electrostatic process. It is also conceivable to use the vortex sintering method to apply the hard metal particles to the tool surfaces, it being possible for an appropriate binder to be applied to the tool surfaces. Following this, the Tools then dipped in the molten metal.
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Abstract
Zur Auftragung verschleißfester Schichten auf Werkzeuge und Vorrichtungen werden diese in eine Metallschmelze eingetaucht, der Hartmetallteilchen in einem solchen Umfang zugesetzt sind, daß ein nicht unbeachtlicher Teil der Hartmetallteilchen nicht in Lösung gehen.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auftragen verschleißfester Schichten auf dem Verschleiß ausgesetzten Arbeitsflächen von Werkzeugen und Vorrichtungen, insbesondere von Bodenbeärbeitungswerkzeugen.
- Es ist bekannt, bei Werkzeugen auf den Stellen verschleißfeste Schichten aufzubringen, die einem hohen Verschleiß ausgesetzt sind. Das Auftragen dieser verschleißfesten Schichten erfolgt z.B. durch Aufschweißen mittels Hartmetallelektroden, durch Auftragung mit Hilfe des Plasmaschweißens oder aber durch Aufspritzen (Flammspritzen) von selbstfließendem Metallpulver. Diese bekannten Verfahren zum Auftragen verschleißfester Schichten sind jedoch allesamt aufwendig, wobei beim Aufschweißen dieser Schichten mit Hilfe von Hartmetallelektroden hinzu kommt, daß diese Schichten spröde, riß- und bruchempfindlich sind. Beim Auftragen der Hartmetallschichten mit Hilfe des Flammspritzens von selbstfließendem Metallpulver tritt ein großer Materialverlust ein, zudem ist dieses Verfahren gleichermaßen aufwendig. Dies trifft auch für das Plasmaschweißen zu.
- Insbesondere zeichnen sich diese Verfahren durch eine geringe Wirtschaftlichkeit aus, wenn große Arbeitsflächen mit einer verschleißfesten Beschichtung versehen werden sollen, wie dies z.B. bei Pflugscharen oder auch sonstigen Bodenbearbeitungswerkzeugen der Fall-ist. Darüberhinaus ist es gerade bei Pflugscharen erforderlich, daß die behandelte Oberfläche möglichst glatt-sein-soll, damit dem Boden ein geringer Widerstand entgegengesetzt wird. Letzteres erfordert jedoch bei dem bekannten Verfahren in der Regel eine Nachbehandlung, die, da es sich um harte Schichten handelt, arbeitsintensiv und zeitaufwendig ist.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für das Aufbringen von verschleißfesten Schichten auf Werkzeugen und Vorrichtungen vorzuschlagen, das auch für ein großflächiges Auftragen glatter.Schichten.geeignet ist,.das mit einem geringen Zeit- und Kostenaufwand durchgeführt werden kann und das auch für die-Erzielung glatter Oberflächen keinerlei Nachbehandlung bedarf.
- Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruches 1 gelöst.
- Ein erfindungsgemäßes Verfahren zeichnet sich somit dadurch aus, daß die zu beschichtenden Oberflächen der Werkzeuge in ein Metallschmelzbad eingetaucht.werden, das mit einem relativ hohen Anteil an Hartmetallteilchen versehen ist, so daß ein Großteil dieser Hartmetallteilchen nicht in Lösung geht. Beim Eintauchen der Werkzeuge scheidet sich dann auf den Flächen eine Schicht ab, die in einem Arbeitsgang bis zu 3 mm betragen kann, wobei diese Schicht von der Metallschmelze sowie der Schmelzbad-Temeratur abhängt. Diese sich auf den Arbeitsflächen ablagernde Schicht weist zum einen eine glatte Oberfläche auf und darüberhinaus eine Verschleißfestigkeit, die insbesondere bei Pflugscharen das Dreifache der üblichen beträgt. Als Metallegierung, zu der Hartmetallteilchen zugesetzt werden, eignet sich insbesondere eine Legierung auf Basis von Nickel oder Eisen. Dieser Metallschmelze werden z.B. Bor und Silicium in Mengen bis zu 9 % zugegeben, damit die Schmelztemperatur dieser Schmelze erniedrigt wird. Es ist so ohne weiteres für eine Metallschmelze auf Nickellegierung eine Liquidus- Temperatur der Schmelze von 1100° C und bei einer Metallegierung auf Eisenbasis eine Liquidus-Temperatur von 1250° C zu erhalten.
- In diese Metallschmelze auf Nickel- oder Eisenbasis werden dann die Hartmetallteilchen eingegeben, die aus.Wolfram-, Chrom- oder aber auch aus Mischkarbiden aus Molybdän-, Titan--und Tantalkarbiden bestehen kann. Die Menge der zugegebenen Karbide hängt von der gewünschten:Verschleißfestigkeit der aufgetragenen Schichten ab und kann.vorteilhaft bis zu 45 % des Gewichts der Metallschmelze betragen.
- Falls die Dicke der Schicht nach dem ersten Tauchvorgang nicht ausreichend stark sein sollte, so kann der Tauchvorgang nach Erkalten der ersten.aufgebrachten Schicht ein weiteres oder beliebige weitere Male wiederholt werden. Die aufgebrachten Schichten zeigen nicht nur den Vorteil, daß diese glatt sind und somit keinerlei Nachbehandlung bedürfen, sondern auch weiter den Vorteil, daß diese noch schmiedbar sind, so daß die Werkzeuge anschließend noch verformt werden können.
- Was die Schmelzbadtemperatur betrifft, so wird diese mindestens 100° höher als die Liquidustemperatur der Metallschmelze sein, wobei sich als vorteilhaft herausgestellt hat, die Werkzeuge vor dem Tauchvorgang anzuwärmen, da sich dann eine bessere Verbindung zwischen der Oberfläche des Werkzeugs und der aufgebrachten Schicht bildet. Des weiteren ist es für einen guten Verbund Voraussetzung, daß die getauchten Werkzeuge zunderfrei und rostfrei sind, was in einfacher Weise durch eine Vorbehandlung der Werkzeuge mittels Sandstrahlen erfolgen kann.
- Eine Metallschmelze auf Eisenbasis zeigt zum einen den Vorteil, daß diese kostengünstiger ist und eine bessere Verbindung mit dem.Metall des Werkzeuges eingeht. Allerdings zeigt diese Schmelze gleichzeitig den Nachteil, daß diese zur Rißbildung neigt. Eine Schmelze auf Nickelbasis hat den Vorteil, daß.'diese eine geringere Schmelzbadtemperatur erfordert und gegenüber der Schmelze auf Eisenbasis eine höhere Verschleißfestigkeit zeigt.-Allerdings ist eine derartige Schmelze kostenmäßig teurer.
- Zusätzlich zu dem Einbringen der Hartmetallteilchen in die Metallschmelze kann das Werkzeug zuvor gleichermaßen mit einer Hartmetallschicht versehen werden, was z.B. durch.Ein- - tauchen des Werkzeuges in ein Hartmetallpulver erfolgen kann oder aber durch Aufbringen der Hartmetallteilchen mittels magnetischen.und/oder elektrostatischen Verfahrens. Auch ist es denkbar, das Wirbelsinterverfahren zum Auftragen der Hartmetallteilchen auf die Werkzeugflächen zu verwenden, wobei auf den Werkzeugflächen ein entsprechendes Bindemittel aufgebracht sein kann. Im Anschluß hieran werden die Werkzeuge dann in die Metallschmelze getaucht.
Claims (13)
1. Verfahren zum Auftragen von verschleißfesten Schichten auf dem Verschleiß ausgesetzten Arbeitsflächen von Werkzeugen und Vorrichtungen, insbesondere von Bodenbearbeitungswerkzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß der Auftrag der verschleißfesten Schicht in einem Schmelzbad erfolgt, das aus einer metallischen Schmelze besteht, der Hartmetallteilchen in solchem Umfange zügesetzt sind, daß ein nicht unbeachtlicher Teil der Hartmetallteilchen nicht in Lösung geht..
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Metallschmelze eine Legierung auf Nickel- oder Eisenbasis verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch'gekennzeichnet, daß der Basislegierung Bor und/oder Silicium zur Schmelzpunkterniedrigung zugesetzt sind.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Nickelbasislegierung folgende Zusammensetzung in Gew.% aufweist:
Rest Verunreinigungen..
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Nickelbasislegierung, bezogen auf das Gewicht der BasisLegierung in Gew.%, 5 - 15 % Wolfram-Karbid und 10 - 20 % Chrom-Karbid zugesetzt wird.
6.,Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Eisenbasislegierung mit folgender Zusammensetzung in Gew.% verwendet wird:
Rest Verunreinigungen. .
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Eisenbasislegierung, bezogen auf das Gewicht der Basisleg rung in Gew.%,
zugesetzt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen der zu.beschichtenden Teile vor dem Tauchvorgang Sandgestrahlt werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Hartmetallteilchen vor dem Tauchvorgang auf die zu behandelnden Flächen aufgebracht werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Auftrag in körniger, pulvriger oder breiiger Form erfolgt.
ll. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartmetallteilchen, gegebenenfalls mit Bindemitteln versehen, mittels magnetischem und/oder elektrostatischem Verfahren aufgebracht werden.
12. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das zu behandelnde Teil zuvor in ein Pulver getaucht wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartmetallteilchen durch Wirbelsintern aufgebracht werden.
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