Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von verschleiß- und korrosionsbeständigen Schutzschichten durch thermisches Spritzen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Ein derartiges Verfahren beschreibt die FR-A-2 407 272 zur Verbesserung der Abnutzungseigenschaften von Gegenständen bei erhöhten Temperaturen; auf diese Gegenstände wird zuerst eine erste Beschichtung einer Dicke zwischen 0,0125 und 0,125 mm aufgetragen, die aus einer Legierung auf der Basis von Ni, Co oder Fe mit Anteilen an Chrom, Aluminium und einem Element aus der Yttrium und Seltene Erden enthaltenden Gruppe hergestellt wird, und dann eine zweite Schicht, deren Dicke zwischen der halben und der vierfachen Schichtdicke der ersten Beschichtung liegt. Diese zweite Schicht ist in hohem Maße korrosionsbeständig und besteht aus einer Legierung, mit Chrom, Aluminium, Elementen der Yttrium, Scandium, Cerium, Hafnium, Zirkonium, Titan und Tantal erfassenden Gruppe unter Ergänzung durch Kobalt, Nickel und Eisen mit Aluminium und Chrom. Nach dem zweiten Beschichtungsvorgang wird besagter Gegenstand einer Temperaturbehandlung unter Schutzgas unterworfen, wobei die Temperatur zwischen 1020°C und 1200°C während einer bis zu zehn Stunden beträgt. Beide Schichten werden auf dem Wege des Plasmaspritzens aufgetragen.

Es handelt sich also um ein Zweischichtverfahren, wobei einerseits nur auf ganz bestimmte Materialarten der zu verbessernden Gegenstände abgehoben wird und außerdem für die äußere -- die Korrosionsbeständigkeit erbringende -- Schicht enge Vorgaben bezüglich ihrer Zusammensetzung gegeben sind.

Aus der GB-A-2 021 641 ist ein Verfahren zur Herstellung verschleiß- und korrosionsfester Schichten durch Plasmaspritzen bekannt, bei dem ein Beschichtungsmaterial aus feuerfesten Metallkarbiden und einer Nickel enthaltenden Basislegierung mit 3 bis 18 Gewichtsprozenten Bor aufgetragen wird. Die Karbide können vermischt sein mit Eisen, Kobalt oder Nickel und gesondert oder vermischt mit der Nickel-Bor-Legierung aufgetragen werden. Bei diesem Zweischichtverfahren, wird zunächst eine Metallkarbidschicht (mit oder ohne Metallbinder) mittels Plasmabeschichtung aufgetragen und darüber eine zweite Schicht einer reaktiven Ni-Basis-Legierung. Dann wird der so beschichtete Gegenstand wärmebehandelt, so daß die zweite Schicht schmilzt, in die erste Schicht eindringt und mit ihr reagiert. Der Autor der GB-A-2 021 641 beschreibt auch ein Ein-Schicht-Verfahren, das darin besteht, daß im Plasmaspritzverfahren eine Mischung aus Metallkarbiden (mit oder ohne Metallbinder) und reaktivem Metall auf Nickelbasis aufgetragen wird, worauf der beschichtete Artikel einer Wärmebehandlung unterzogen wird, so daß das reaktive Metall schmilzt und mit dem Metallkarbidanteil reagiert. Schließlich offenbart die US-A-3 054 693 ein Beschichtungsverfahren gänzlich ohne Wärmebehandlung. Es wird vor allem auf einen Legierungswerkstoff aus Molybdän abgehoben, der sich mit Schichten aus Aluminiumoxid abwechseln soll.

In Kenntnis dieses Standes der Technik hat sich der Erfinder die Aufgabe gestellt, verschleiß- und korrosionsbeständige Beschichtungen in einem weiten Bereich in Hinsicht auf Zusammensetzung und Beanspruchung herzustellen, bei denen die Lage der Hartstoffe in einem bestimmten Bereich beeinflußt werden kann. Beim Stande der Technik ist die Zusammensetzung der Schichten durch den Spritzwerkstoff vorgegeben, und es besteht keine Möglichkeit, die Lage gegebenenfalls vorzusehender Hartstoffe in der Schicht zu beeinflussen.

Zur Lösung dieser Aufgabe führt die Lehre nach dem Patentanspruch 1. Besondere Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 7 wiedergegeben.

Zwischen einer Grundschicht und einer Deckschicht aus einer Legierung auf Ni-, Co- und/oder Fe-Basis wird eine Hartstoffschicht aufgespritzt, wobei die Schichtdicken zwischen 0,02 mm und 0,5 mm liegen, bei einer Temperatur zwischen 600° und 1200° während der Diffusionsbehandlung; die Diffusionszeit beträgt von 10 min bis 30 min. Zudem sollen bei mehr als drei aufgespritzten Schichten für die Hartstoffschichten pro Schicht verschiedene Hartstoffe verwendet werden können.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Beschichtung erfolgt also durch schichtweises Aufspritzen von zwei oder mehreren Schichten aus Legierungen z.B. auf Ni-, Co- und/oder Fe-Basis mit Hartstoffzwischenschichten, die nachträglich mit einer Wärmebehandlung in festen oder teilweise flüssigem Zustand zu einer Beschichtung mit gewünschter Zusammensetzung diffundiert werden.

Die Variation der Zusammensetzung der Beschichtung wird über die Schichtstärke der einzelnen aufgespritzten Schichten gesteuert.

Um eine gute Verschleißbeständigkeit zu erreichen, werden für die Hartstoffzwischenschichten Karbide, Boride und/oder Silicide verwendet. Außerdem können erfindungsgemäß die erwähnten Hartstoffschichten so aufgebaut werden, daß pro Schicht verschiedene Hartstoffe eingesetzt werden. Für die aufgespritzte Grund- bzw. Deckschicht wird bevorzugt eine Legierung auf Ni- /oder Co-Basis herangezogen.

Auch ist es vorgesehen, für den Fall, daß beispielsweise fünf Schichten aufgetragen werden, die Zwischenschichten aus Metallen wie Chrom, Molybdän und/oder Wolfram zu fertigen. Der Diffusionsvorgang kann in einem Vakuumofen oder in einem Muffelofen mit oder ohne Schutzgas im Temperaturbereich von 600 bis 1200°C je nach Schichtaufbau und Legierung durchgeführt werden.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben ich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Beispiele.

Auf ein Maschinenteil soll eine Schutzbeschichtung gegen Reibverschleiß aufgebracht werden.

Auf die durch Strahlen vorbereitete Oberfläche wurden mit einem Flammspritzgerät fünf Schichten einer Schichstärke für die Legierungsschichten von 0,1 mm und die Hartstoffschichten von 0,2 mm in der Reihenfolge Legierungsschicht - Hartsoffschicht - Legierungsschicht - Hartstoffschicht - Legierungsschicht aufgespritzt. Als Legierungsschicht wurde für die Grund- und Deckschicht eine NiCrBSi Legierung verwendet. Und für die Zwischenschicht eine NiCr Legierung. Die zwei Hartstoffschichten bestanden aus Wolframkarbid.

Der Diffusionsvorgang wurde im Vakuumofen bei einem Unterdruck von 1.33 Pa (10⁻² Torr) im Temperaturbereich von 900 bis 1100° C während etwa 30 min durchgeführt.

Es wurden die gleichen Vorbereitungen und Beschichtungen wie im Beispiel I gewählt mit dem Unterschied, daß das Aufspritzen mit einer Plasmaflammspritzpistole erfolgte und der Diffusionsvorgang in einem Muffelofen mit Schutzgas während 10 min durchgeführt wurde.