Verfahren zum Aufbringen verschleissfester Schichten auf Arbeitsflächen von Werkzeugen und Vorrichtungen

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auftragen von verschleissfesten Schichten auf dem Verschleiss ausgesetzten Arbeitsflächen von Werkzeugen und Vorrichtungen, insbesondere von Bodenbearbeitungswerkzeugen.

[0002] 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 bekannte 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.

[0003] 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.

[0004] Aus der FR-A-1 126 103 ist ein Verfahren für die Beschichtung von Turbinenteilen bekannt, die durch die Beschichtung eine erhöhte Wärmefestigkeit erhalten sollen. Zu diesem Zweck werden im pulvermetallurgischen Verfahren hergestellte Teile mit einer relativ grossen Oberflächenporosität in eine Aluminiumschmelze getaucht, der Zirkon beigesetzt ist. Desweiteren ist aus der US-A-3112212 ein Verfahren für die Beschichtung von dem Verschleiss ausgesetzten Teilen bekannt. Die in Form eines Bandes vorliegenden Teile werden durch ein geschmolzenes Bad aus einer Aluminium-Zink- oder Aluminium-Zink-Magnesium-Legierung mit Hartmetallteilchen gezogen. Die Beschichtung muss also, da diese auf ein Band aufgetragen wird, biegbar sein, was bereits für eine geringe Verschleissfestigkeit derselben spricht.

[0005] Aus der EP-A-007 664 ist ein Verfahren zum Beschichten und Löten von Werkstücken mit Hartmetall-Legierungen bekannt, wobei die Hartmetall-Legierungen in einer Form in Pulver oder körnigem Zustand, gegebenenfalls unter Zusatz von Bindern, auf die zu beschichtenden Werkstücke in der gewünschten Schichtdicke aufgebracht, die Schichtdicke gegebenenfalls durch Abstandshalter eingestellt und erhitzt werden. Diese Erhitzung kann auch unter Druck erfolgen. Als Pulver oder körniges Beschichtungsmaterial werden selbstfliessende Hartmetall-Legierungen auf Ni- oder Cu-Basis versetzt mit B-Si und/oder P oder Gemischen aus Hartmetall-Legierungen und aus Hartstoffen eingesetzt.

[0006] 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 für die Erzielung glatter Oberflächen keinerlei Nachbehandlung bedarf. Eine weitere Aufgabe besteht darin, das Verfahren bei relativ niedrigen Temperaturen mit den damit verbundenen Vorteilen durchführbar zu machen.

[0007] Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 3 gelöst.

[0008] Das erfindungsgemässe Verfahren zeichnet sich somit dadurch aus, dass die zu beschichtenden Oberflächen der Werkzeuge in ein Metallschmelzbad eingetaucht werden, dem Hartmetallteilchen in einem solchen Umfange zugesetzt sind, dass ein nicht unbeachtlicher Teil der Hartmetallteilchen nicht in Lösung geht. Desweiteren ist der Basislegierung Bor und/oder Silicium zur Schmelzpunkterniedrigung beigesetzt. 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-Temperatur 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 und 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 Nickelbasis eine Liquidus-Temperatur der Schmelze von 1.100 °C und bei einer Metallegierung auf Eisenbasis eine Liquidus-Temperatur von 1.250°C zu erhalten.

[0009] 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.

[0010] Eine Metallegierung, die sich als vorteilhaft herausgestellt hat, weist

70-80% Nickel,

10-20% Chrom,

4-4,5% Bor und

4-4,5% Silicium

Rest Verunreinigungen auf. Dieser Metallegierung sind, bezogen auf das Gewicht der Metallegierung, 5-15% Wolframkarbid und 10-20% Chromkarbid zugesetzt.

[0011] Als Metallegierung auf Eisenbasis hat sich folgende Legierung als vorteilhaft herausgestellt:

90% Eisen,

4-4,5% Bor,

4-4,5% Silicium,

Rest Verunreinigungen.

[0012] Dieser Legierung sind, bezogen auf das Gewicht der Metallegierung, 10-15% Wolframkarbid, 10-20% Chromkarbid und 7-8% Molybdän-, Titan-und Tantalmischkarbide zugesetzt.

[0013] 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.

[0014] 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.

[0015] 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.

[0016] Zusätzlich zum dem Einbringen der Hartmetallteilchen in die Metallschmelze kann das Werkzeug zuvor gleichermassen mit einer Hartmetallschicht versehen werden, was z.B. durch Eintauchen 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.

Ansprüche

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 auf Nickelbasis besteht, der Hartmetallteilchen in einer Menge bezogen auf das Gewicht der Basis-Legierung in Gew.%, von 5-15% Wolfram-Karbid und 10-20% Chrom-Karbid zugesetzt sind, so dass ein nicht unbeachtlicher Teil der Hartmetallteilchen nicht in Lösung geht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nickelbasislegierung folgende Zusammensetzung in Gew.% aufweist:

Ni 70-80%

Cr 10-20%

B 4-4,5%

Si 4-4,5%

Rest Verunreinigungen.

3. 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 auf Eisenbasis besteht, der Hartmetallteilchen in einer solchen Menge bezogen auf das Gesamtgewicht der Basislegierung in Gew.%, von

10-15% Wolfram-Karbid,

10-20% Chrom-Karbid und

7-8% Mo-, Ti- und Ta-Mischkarbide zugesetzt sind, dass ein nicht unbeachtlicher Teil der Hartmetallteilchen nicht in Lösung geht.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Eisenbasislegierung mit folgender Zusammenfassung in Gew.% verwendet wird:

Fe 90%

B 4-4,5%

Si 4-4,5%

Rest Verunreinigungen.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Basislegierung Bor und/oder Silicium zur Schmelzpunkterniedrigung zugesetzt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen der zu beschichtenden Teile vor dem Tauchvorgang Sandgestrahlt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich Hartmetallteilchen vor dem Tauchvorgang auf die zu behandelnden Flächen aufgebracht werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Auftrag in körniger, pulvriger oder breiiger Form erfolgt.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Auftrag, gegebenenfalls unter Zusatz von Bindemitteln, magnetisch und/ oder elektrostatisch erfolgt.

10. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zu behandelnde Teil vor dem Tauchvorgang in ein Pulver getaucht wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartmetallteilchen durch Wirbeisintern aufgebracht werden.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeuge und Vorrichtungen vor dem Tauchvorgang angewärmt werden.

Claims

1. A method of applying wear-resistant coatings to the surfaces of tools and devices which are subject to wear, in particular of agricultural implements, characterized in that the application of the wear-resistant coating takes place in a melting bath which consists of a metallic melt based on nickel, to which are added hard metal particles in a quantity, in percent by weight with respect to the weight of the base alloy, of from 5 to 15% tungsten carbide and from 10 to 20% chromium carbide, so that a substantial part of the hard metal particles does not dissolve.

2. A method according to Claim 1, characterized in that the nickel-based alloy has the following composition in percent by weight:

Ni 70 to 80%

Cr 10 to 20%

B 4 to 4.5%

Si 4 to 4.5%

the remainder impurities.

3. A method of applying wear-resistant coatings to the surfaces of tools and devices which are subject to wear, in particular of agricultural implements, characterized in that the application of the wear-resistant coating takes place in a melting bath which consists of a metallic melt based on iron, to which are added hard metal particles in such a quantity, in percent by weight with respect to the weight of the base alloy, of

10 to 15% tungsten carbide,

10 to 20% chromium carbide, and

7 to 8% Mo, Ti and Ta mixed carbides that a substantial part of the hard metal particles does not dissolve.

4. A method according to Claim 3, characterized in that an iron-based alloy with the following composition in percent by weight is used:

Fe 90%

B 4 to 4.5%

Si 4 to 4.5% the remainder impurities.

5. A method according to any one of Claims 1 to 4, characterized in that boron and/or silicon are added to the base alloy to lower the melting point.

6. A method according to any one of Claims 1 to 5, characterized in that before the immersion procedure the surfaces of the parts to be coated are sand-blasted.

7. A method according to any one of Claims 1 to 6, characterized in that before the immersion procedure hard metal particles are additionally applied to the surfaces to be treated.

8. A method according to Claim 7, characterized in that the application is performed in the form of grains, a powder or a pulp.

9. A method according to Claim 7 or 8, characterized in that the application takes place magnetically and/or electrostatically, where appropriate with the addition of binders.

10. A method according to Claim 7 or 8, characterized in that before the immersion procedure the part to be treated is immersed in a powder.

11. A method according to Claim 10, characterized in that the hard metal particles are applied by whirl sintering.

12. A method according to any one of Claims 1 to 11, characterized in that the tools and devices are heated before the immersion procedure.

Revendications

1. Procédé d'application de couches résistant à l'usure sur des surfaces actives d'outils et de dispositifs soumises à l'usure, en particulier d'outils de travail du sol, caractérisé en ce que l'application de la couche résistant à l'usure est faite dans un bain de fusion constitué d'un alliage métallique fondu à base de nickel auquel sont ajoutées des particules de métal dur dans une proportion, en poids par rapport à l'alliage de base, de 5 à 15% de carbure de tungstène et 10 à 20% de carbure de chrome, de sorte qu'une partie notable des particules de métal dur ne passe pas en solution.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'alliage à base de nickel a la composition pondérale suivante:

Ni 70 à 80%

Cr 10 à 20%

B 4,0 à 4,5%

Si 4,0 à 4,5%

le reste étant des impuretés.

3. Procédé d'application de couches résistant à l'usure sur des surfaces actives d'outils et de dispositifs, en particulier d'outils de travail du sol, soumises à l'usure, caractérisé en ce que l'application de la couche résistant à l'usure est faite dans un bain de fusion constitué d'un alliage métallique fondu à base de fer auquel sont ajoutées des particules de métal dur dans une proportion, en poids par rapport à l'alliage de base, de

10 à 15% de carbure de tungstène,

10 à 20% de carbure de chrome et

7 à 8% de carbures mixtes de Mo, Ti et Ta, ces quantités étant telles qu'une partie notable des particules de métal dur ne passe pas en solution.

4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on utilise un alliage à base de fer ayant la composition pondérale suivante:

Fe 90%

B 4,0 à 4,5%

Si 4,0 à 4,5%

le reste étant des impuretés.

5. Procédé selon rune des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que du bore et/ou du silicium sont ajoutés à l'alliage de base pour abaisser le point de fusion.

6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'avant d'immerger les pièces à revêtir, on sable leurs surfaces.

7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'en plus, avant l'immersion, on applique des particules de métal dur sur les surfaces à traiter.

8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que les particules de métal dur sont appliquées sous forme de grains, de poudre ou de bouillie.

9. Procédé selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que l'application est faite, par voie magnétique et/ou électrostatique, éventuellement avec addition de liants.

10. Procédé selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce qu'avant d'immerger la pièce à traiter, on la plonge dans une poudre.

11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'on applique les particules de métal dur par revêtement en lit fluidisé.

12. Procédé selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'on chauffe les outils et les dispositifs avant de les immerger.