基于碳化鎢的噴涂粉以及具有基于碳化鎢的熱噴涂層的基底的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及基于碳化鎢的熱噴涂粉以及用于熱涂覆基底，特別用于熱涂覆機(jī)動(dòng)車的制動(dòng)盤的這種噴涂粉的制造方法。根據(jù)本發(fā)明，該噴涂粉除雜質(zhì)外還包含60重量%至75重量%范圍的WC、14重量%至22重量%的范圍Cr3C2和11重量%至23重量%范圍的Ni。本發(fā)明還涉及具有基于碳化鎢的熱噴涂層的基底，特別是制動(dòng)盤，以及在基底上制造熱噴涂層的方法。
【專利說(shuō)明】基于碳化鎢的噴涂粉以及具有基于碳化鎢的熱噴涂層的基底
[0001]本發(fā)明涉及基于碳化鎢的噴涂粉和用于熱涂覆基底，特別是用于熱涂覆機(jī)動(dòng)車的制動(dòng)盤的這種噴涂粉的制造方法，以及具有基于碳化鎢的熱噴涂層的基底，特別是制動(dòng)盤，和根據(jù)各類別的獨(dú)立權(quán)利要求的前序部分的熱噴涂層的制造方法。
[0002]通過(guò)熱噴涂施加的涂層長(zhǎng)期以來(lái)已知用于多種用途。因此，例如，自一段時(shí)間以來(lái)已經(jīng)通過(guò)等離子體噴涂來(lái)涂覆汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中用油潤(rùn)滑的汽缸工作面，其中該層明顯降低尤其是在活塞環(huán)與缸壁之間起作用的摩擦系數(shù)，因此明顯降低活塞環(huán)與氣缸的磨損，這導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的行駛功率提高、保養(yǎng)間隔期(例如換油)延長(zhǎng)并且尤其導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)功率顯著提高。
[0003]通過(guò)熱噴涂法施加的表面的其它典型用途是用防磨損層和隔熱層涂覆渦輪部件、涂覆油組分或干潤(rùn)滑的軸承，例如曲軸軸承或經(jīng)受尤其是物理、化學(xué)或熱負(fù)荷的其它工件的涂層。根據(jù)該層必須實(shí)現(xiàn)何種用途，使用非常特定的材料，通常以噴涂粉或噴涂絲的形式，該材料具有所需的特定性質(zhì)和組成，以產(chǎn)生所需的待噴涂表面層的性質(zhì)。
[0004]另一應(yīng)用例是在基底上提供摩擦面，其正好起到反作用并應(yīng)提高基底與基底接觸的摩擦參與物之間的摩擦，由此可以同時(shí)防止基底本身磨損和/或損傷。
[0005]因此，例如已從DE 43 21 713 Al中已知具有熱噴涂層的機(jī)動(dòng)車制動(dòng)盤，以一方面提高機(jī)動(dòng)車剎車時(shí)的制動(dòng)效果，和同時(shí)保護(hù)基底即該制動(dòng)盤本身免受直接磨損并由此尤其提高制動(dòng)盤的壽命。[0006]在這方面，近年來(lái)對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的要求不斷提高，特別是在汽車制造中以及例如在航空領(lǐng)域中。制動(dòng)系統(tǒng)還必須能夠有控制地和可靠地制動(dòng)相對(duì)重的、此外高速的和在不利條件，如漂滑下的機(jī)動(dòng)車或飛機(jī)。這例如對(duì)制動(dòng)盤上的摩擦涂層的粘附拉伸強(qiáng)度和對(duì)物理特征值，如顯微硬度和宏觀硬度、摩擦層的性能的熱穩(wěn)定性等提出了高的要求。在這方面，僅確實(shí)出于經(jīng)濟(jì)原因，所述摩擦層應(yīng)可以相對(duì)簡(jiǎn)單地并盡可能用已確立的方法來(lái)制造，且用于該涂層的材料應(yīng)以其化學(xué)組成易于構(gòu)成并能以相對(duì)小的耗費(fèi)制造。此外，該摩擦層應(yīng)同時(shí)具有長(zhǎng)的使用壽命，即在運(yùn)行中盡可能少機(jī)械磨損，和除此之外，還足夠耐受剎車時(shí)極高的放熱以及耐受化學(xué)侵蝕，例如盡可能耐腐蝕，以能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)的保養(yǎng)間隔期和/或更換間隔期。
[0007]在這方面，從現(xiàn)有技術(shù)中獲知的解決方案通常僅優(yōu)化一個(gè)特定的或最多很少幾個(gè)前述方面，其中必須對(duì)其它性質(zhì)作出妥協(xié)。
[0008]為了能夠至少部分抵消這些缺點(diǎn)，已就制動(dòng)盤提出具有復(fù)雜的層系統(tǒng)的相當(dāng)復(fù)雜而高成本的涂覆方法。因此，在DE 10 2009 008 114 Al中，我們提出具有碳化鎢基涂層的制動(dòng)盤，其中借助熱噴涂法施加的碳化鎢涂層必須借助碳化、氧化、氣體碳氮共滲或其它基于氣體或等離子體的方法后處理。
[0009]在這方面，所述后處理是絕對(duì)必要的，以通過(guò)由來(lái)自等離子體和/或氣相的原子擴(kuò)散形成耐磨損和耐腐蝕的硬化表面層實(shí)現(xiàn)摩擦面接近表面的硬度。
[0010]這種方法必然非常費(fèi)力和高成本，因?yàn)樵跓嵬扛仓苿?dòng)盤后，必須強(qiáng)制性地附加連接氣體處理法，這使制造不必要地復(fù)雜化并使其昂貴。[0011]因此，本發(fā)明的目的是提供用于熱涂覆基底的熱噴涂粉，用所述熱噴涂粉可以使用本身已知的熱噴涂法制造熱噴涂層，可特別有利地提供該熱噴涂層作為例如所有種類的陸地-或航空交通工具的制動(dòng)盤上的摩擦層，并且其中在這方面同時(shí)優(yōu)化所有重要的該層的要求特征。在此，與現(xiàn)有技術(shù)相比應(yīng)明顯簡(jiǎn)化該制造并應(yīng)將制造過(guò)程中所需的方法步驟數(shù)減至最低。
[0012]此外，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供相應(yīng)噴涂粉的制造方法以及用于制造相應(yīng)的熱噴涂層的熱噴涂法。
[0013]達(dá)成這一目的的本發(fā)明的主題的特點(diǎn)是各類別的獨(dú)立權(quán)利要求的特征。
[0014]各從屬權(quán)利要求涉及本發(fā)明的特別有利的實(shí)施方案。
[0015]因此，本發(fā)明涉及用于熱涂覆基底的基于碳化鎢的噴涂粉，所述噴涂粉除雜質(zhì)外還包含60重量％至75重量％范圍的WC、14重量％至22重量％范圍的Cr3C2和11重量％至23重量％范圍的Ni。
[0016]本發(fā)明一個(gè)重要的發(fā)現(xiàn)是，通過(guò)在噴涂粉中使用提高的鎳含量，大約11重量％至23重量％的，例如可以制造制動(dòng)盤上的摩擦表面，其尤其不經(jīng)后處理也具有充足的耐腐蝕性和硬度。這與例如從DE 10 2009 008 114 Al中獲知的噴涂粉相比是決定性的優(yōu)點(diǎn)，在使用后者時(shí)，在噴涂摩擦層后，后處理是絕對(duì)必須的。
[0017]在此，在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，噴涂粉中WC的比例在63重量％至70重量％的范圍，優(yōu)選在67重量％。
[0018]噴涂粉中Cr3C2的比例優(yōu)選選擇在17重量％至19重量％的范圍，特別在18重量％，其中噴涂粉中Ni的比例在13重量％至20重量％的范圍，優(yōu)選在15重量％。
[0019]在此，所述噴涂粉的額定粒度優(yōu)選在-45微米至+11微米的范圍，特別在-45微米至+20微米的范圍。其中，之前對(duì)粒度使用的術(shù)語(yǔ)應(yīng)以本領(lǐng)域技術(shù)人員常見(jiàn)的方式理解。因此，例如，-45微米至+11微米的粒度范圍如通常般意味著，粒子大于11微米并小于45微米。
[0020]在此，本發(fā)明的噴涂粉除所提到的技術(shù)上重要的化學(xué)組分碳化鎢(WC)、碳化鉻(Cr3C2)和鎳(Ni)外還包含最多0.5重量％ Fe雜質(zhì)作為技術(shù)上可測(cè)得的雜質(zhì)，和/或最多還包含下列作為雜質(zhì)的以縮寫TAO (Total All Other)概括的化學(xué)元素:Na、Mg、Al、S1、K、Ca、T1、V、Mn、Co、Cu、Zn、Ge、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Rh、Pd、Cd、In、Sn、Hf、Ta、Tl、Pb。
[0021]在此，TAO雜質(zhì)的總比例同樣為最多0.5重量％，因此在本發(fā)明的噴涂粉中，除技術(shù)上重要的化學(xué)組分碳化鎢(WC)、碳化鉻(Cr3C2)和鎳(Ni)外，可包含最多I重量％的實(shí)際上不希望的雜質(zhì)，即最多0.5重量％ Fe和總共最多0.5%選自上文由縮寫TAO定義的元素組的雜質(zhì)。當(dāng)然，在理想情況中在本發(fā)明的噴涂粉中不包含雜質(zhì)，即既不含F(xiàn)e也不含選自TAO的元素，但這在實(shí)踐中幾乎無(wú)法實(shí)現(xiàn)。
[0022]在此，在實(shí)踐中Fe可以例如特別以0.05重量％至0.5重量％存在于本發(fā)明的噴涂粉中，而對(duì)用這種噴涂粉噴涂的層的性質(zhì)在技術(shù)上沒(méi)有重要影響。只要Fe雜質(zhì)的含量不大于0.5重量％，就能 特別可靠地確保用該噴涂粉噴涂的層的必需的耐腐蝕性。使用本發(fā)明的噴涂粉噴涂的層的其余的層性質(zhì)，例如孔隙率、顯微硬度和宏觀硬度或例如粘附拉伸強(qiáng)度實(shí)際上不受這樣少的Fe雜質(zhì)和/或不受概括為TAO的其它雜質(zhì)影響。
[0023]對(duì)于所提及的可出現(xiàn)在本發(fā)明的噴涂粉中的不希望的雜質(zhì)，可能有不同的成因，這些通常無(wú)法用合理的技術(shù)耗費(fèi)來(lái)避免，但出于所有實(shí)際目的，也不必避免，因?yàn)樵谏鲜鰯?shù)量級(jí)中的雜質(zhì)，如已經(jīng)提到的，對(duì)本發(fā)明的噴涂粉和/或用其熱噴涂的噴涂層的技術(shù)相關(guān)性質(zhì)實(shí)際上沒(méi)有影響。
[0024]除了 Fe，鈷(Co)可以例如以最多幾乎0.5重量％，在實(shí)踐中最多0.05重量％、0.1重量％或0.1 %至幾乎0.5重量％存在，因?yàn)槔缭谟闷湟砸阎绞窖心ブ圃毂景l(fā)明的噴涂粉時(shí)的原材料的硬金屬球中除WC外也會(huì)包含Co。在制造噴涂粉時(shí)所用的原材料還可包含少量雜質(zhì)，例如鉭(Ta)。在此，所述雜質(zhì)可在制造過(guò)程中由主要的化學(xué)原材料碳化鎢(WC)、碳化鉻(Cr3C2)和鎳(Ni)引入，或者也可以例如由制造該粉末時(shí)所使用的粘合劑、防沫劑，由工具、工藝室等引入或以本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的另外的方式以不合意地引入制造過(guò)程中并由此最終以無(wú)關(guān)緊要的程度如上所述地污染噴涂粉。
[0025]在此，本發(fā)明進(jìn)一步涉及本發(fā)明的噴涂粉的制造方法，所述方法包括下列詳細(xì)的本身已知的方法步驟:提供初生碳化物WCXr3C2以及Ni并由前述組分制造粉末混合物，其除上文已詳細(xì)論述的雜質(zhì)而外僅由60重量％至75重量％范圍的WC、14重量％至22重量％范圍的Cr3C2和11重量％至23重量％的Ni構(gòu)成。可用作制造本發(fā)明的噴涂粉的原材料的前述所述初生碳化物的標(biāo)準(zhǔn)粒度在此在0.5微米至4微米,特別是2微米至3微米的范圍，特別優(yōu)選在2.5微米，其中當(dāng)然也可有利地使用具有與此不同的粒度的其它初生碳化物。
[0026]在此已經(jīng)表明，在大約0.5微米至4微米范圍的初生碳化物的小的粒度特別非常有利地影響尤其是制動(dòng)盤的磨蝕特征和由此影響磨損特征。這樣的小的初生碳化物粒子本身非常一致和均勻地分布在噴涂層中，且同時(shí)在該層中彼此非常緊密地排列，并因此在該層中形成初生碳化物粒子的致密分布模式。如果例如在相同質(zhì)量比的情況下，與此相反使用較大初級(jí)粒子，則它們較不致密、較不一致和較不均勻地分布在該層中，這導(dǎo)致，在該層的機(jī)械負(fù)載下，例如在制動(dòng)過(guò)程中的制動(dòng)盤的情況中，該噴涂層傾向于形成皺痕，由此促成過(guò)早磨損。此外，已經(jīng)表明，與用明顯更大的初生碳化物噴涂的層相比，在小的初級(jí)粒度下該層的顯微硬度明顯改進(jìn)。
[0027]然后由該粉末混合物、液體(特別是溶劑，例如異己烷或另外本身已知的合適溶劑)和另外優(yōu)選一種或多種添加劑(其例如可以是粘合劑和/或防沫劑和/或另外的在粉末制造中本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的添加劑)制造懸浮液并均化該懸浮液。
[0028]由該均化懸浮液通過(guò)噴霧干燥來(lái)制造粉末餅，特別是團(tuán)塊，優(yōu)選同時(shí)壓實(shí)經(jīng)干燥的混合物，和隨后燒結(jié)該優(yōu)選壓實(shí)的混合物。最后將經(jīng)燒結(jié)的粉末餅粉碎和/或研磨成粉末材料。
[0029]取決于具體用途，最后通過(guò)借助分級(jí)法選擇預(yù)定的粒度分布來(lái)將該粉末材料分級(jí)并可隨后用于預(yù)定用途，例如用于機(jī)動(dòng)車制動(dòng)盤的熱涂覆。
[0030]在下表1中，示例性提供本發(fā)明的噴涂粉的一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施方案的化學(xué)組成，其已在試驗(yàn)中證實(shí)為優(yōu)異。在此所有百分比是重量百分比。
【權(quán)利要求】
1.用于熱涂覆基底的基于碳化鎢的噴涂粉，其特征在于，除雜質(zhì)外，所述噴涂粉包含60重量％至75重量％范圍的WC、14重量％至22重量％范圍的Cr3C2和11重量％至23重量％范圍的Ni。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的噴涂粉，其中在所述噴涂粉中WC的比例在63重量％至70重量％的范圍，優(yōu)選在67重量％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2之一的噴涂粉，其中在所述噴涂粉中Cr3C2的比例在17重量％至19重量％的范圍,優(yōu)選在18重量％。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的噴涂粉，其中在所述噴涂粉中Ni的比例在13重量％至20重量％的范圍,優(yōu)選在15重量％。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的噴涂粉，其中所述噴涂粉的額定粒度在-45微米至+11微米的范圍， 特別在-45微米至+20微米的范圍，和/或其中初生碳化物的粒度在0.5微米至4微米的范圍，特別在2微米至3微米，特別優(yōu)選在2.5微米。
6.用于制造根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的噴涂粉的方法，所述方法包含下列方法步驟: -提供WCXr3C2和Ni并制造粉末混合物，所述粉末混合物除雜質(zhì)外由60重量％至75重量％范圍的WC、14重量％至22重量％范圍的Cr3C2和11重量％至23重量％范圍的Ni構(gòu)成； -制造包含所述粉末混合物、溶劑和添加劑的懸浮液并均化所述懸浮液； -通過(guò)噴霧干燥所述懸浮液制造粉末餅，特別是團(tuán)塊； -燒結(jié)所述粉末餅； -將經(jīng)燒結(jié)的粉末餅粉碎和/或研磨成粉末材料； -通過(guò)借助分級(jí)法選擇規(guī)定的粒度分布來(lái)提供噴涂粉。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中所述溶劑是異己烷，且所述添加劑是粘合劑和/或防沫劑。
8.具有基于碳化鎢的熱噴涂層的基底，其特征在于，除雜質(zhì)外，所述熱噴涂層包含60重量％至75重量％范圍的WC、14重量％至22重量％范圍的Cr3C2和11重量％至23重量％范圍的Ni。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的基底，其中用高速火焰噴涂法制造所述熱噴涂層。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9之一的基底，其中所述熱噴涂層的顯微硬度在1000至1200HV0.3的范圍，優(yōu)選在1100至1200 HV 0.3之間，特別在1160 HV 0.3，或者所述熱噴涂層的宏觀硬度在90至93 HR 15N的范圍。
11.根據(jù)權(quán)利要求8至10任一項(xiàng)的基底，其中所述熱噴涂層的粘附拉伸強(qiáng)度在65至75 MPa的范圍。
12.根據(jù)權(quán)利要求8至11任一項(xiàng)的基底，其中所述熱噴涂層的孔隙率在0.5體積％至1.5體積％的范圍，優(yōu)選在I體積％。
13.根據(jù)權(quán)利要求8至12任一項(xiàng)的基底，其中所述基底優(yōu)選是機(jī)動(dòng)車的制動(dòng)盤。
14.在根據(jù)權(quán)利要求8至13任一項(xiàng)的基底上制造熱噴涂層的方法，所述方法包含下列方法步驟: -提供根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)的噴涂粉； -提供基底，特別是機(jī)動(dòng)車的制動(dòng)盤坯；-使用所述噴涂粉借助熱噴涂法，優(yōu)選借助HVOF法涂覆基底。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中在基底上實(shí)現(xiàn)60 %至65 %范圍的，優(yōu)選在50 %至55%之 間的沉積效率。
【文檔編號(hào)】C23C4/06GK103748247SQ201280027356
【公開(kāi)日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2012年5月31日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月10日
【發(fā)明者】G.雷塞, M.奧伊奇斯勒 申請(qǐng)人:蘇舍美特科沃卡有限責(zé)任公司