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Title:
METHOD AND MATERIAL FOR COATING A CAVITY OF A WORK PIECE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2002/046495
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for producing a coating on at least one periphery (20) of a cavity (16) of a work piece (12). The method is characterized in that the material to be converted to a coating is configured as a strip-shaped material (18) that is placed at least on sections of the periphery (20) to be coated. The strip-shaped material (18) is then interlinked with the periphery (20) by heat treatment. The invention further relates to a material, especially for use in said method, which is characterized in that the material (18) is configured as a strip and comprises an alloy from at least two different elements/materials, preferably metals, and optionally a binder.

Inventors:
Lugscheider, Erich (Steppenberg Allee 201, Aachen, 52074, DE)
Rass, Ino Jakob (Bückel 19-21, Aachen, 52062, DE)
Deisser, Todd Alexander (Goerdelerstrasse 38, Aachen, 52066, DE)
Application Number:
PCT/EP2001/014277
Publication Date:
June 13, 2002
Filing Date:
December 05, 2001
Export Citation:
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Assignee:
Euromat, Gesellschaft Für Werkstofftechnologie Und Transfer Mbh (Gladbacherstrasse 21, Heinsberg, 52525, DE)
Lugscheider, Erich (Steppenberg Allee 201, Aachen, 52074, DE)
Rass, Ino Jakob (Bückel 19-21, Aachen, 52062, DE)
Deisser, Todd Alexander (Goerdelerstrasse 38, Aachen, 52066, DE)
International Classes:
C23C24/10; C23C26/02; (IPC1-7): C23C24/10; C23C26/02
Foreign References:
EP1029629A22000-08-23
EP1048920A22000-11-02
EP1036611A22000-09-20
EP0446025A21991-09-11
DE3247134A11984-06-20
US5424134A1995-06-13
EP0531252A11993-03-10
DE3823309A11989-01-19
EP0709491A11996-05-01
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 005, no. 035 (C-046), 5. März 1981 (1981-03-05) & JP 55 161059 A (USUI INTERNATL IND CO LTD), 15. Dezember 1980 (1980-12-15)
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 006, no. 094 (C-105), 2. Juni 1982 (1982-06-02) & JP 57 026166 A (TOSHIBA CORP), 12. Februar 1982 (1982-02-12)
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 009, no. 108 (C-280), 11. Mai 1985 (1985-05-11) & JP 60 002676 A (TOSHIBA KK), 8. Januar 1985 (1985-01-08)
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 013, no. 431 (C-640), 26. September 1989 (1989-09-26) & JP 01 165779 A (FUKUDA METAL FOIL & POWDER CO LTD), 29. Juni 1989 (1989-06-29)
Attorney, Agent or Firm:
WENZEL & KALKOFF (Flaßkuhle 6, Witten, 58452, DE)
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Claims:
Ansprüche
1. Verfahren zum Erzeugen einer Beschichtung mindestens auf einer Begrenzungsfläche (20) eines Hohlraums (16) eines Werkstücks (12), dadurch gekennzeichnet, dass der in eine Beschichtung umzuwandelnde Werkstoff als band förmiger Werkstoff (18) ausgebildet ist, der auf minde stens auf Abschnitte der zu beschichtenden Begrenzungs fläche (20) aufgelegt wird, und dass der bandförmige Werkstoff (18) durch eine Wärmebehandlung mit der Be grenzungsfläche (20) verbunden wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der bandförmige Werkstoff (18) eine Legierung, ins besondere eine selbstfließende Legierung, aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der bandförmige Werkstoff (18) Hartstoffe aufweist, die entweder homogen verteilt oder nach vorgegebenem Schema inhomogen verteilt sind.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der bandförmige Werkstoff (18) ein Flussmittel enthält.
5. 4 Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der bandförmige Werkstoff (18) durch die Wärmebehand lung verdichtet und/oder eingeschmolzen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der bandförmige Werkstoff (18) vor dem Auflegen auf die Begrenzungsfläche (20) durch Zuschneiden an die Kontu ren der zu beschichtenden Begrenzungsfläche (20) ange passt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der bandförmige Werkstoff (18) entweder eine gleich mäßige Schichtdicke oder einebezogen auf die zu beschichtende Flächeunterschiedliche Schichtdicke aufweist.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der bandförmige Werkstoff (18) durch eine Wärmebehand lung in einem Ofen mit der zu beschichtenden Begren zungsfläche (20) verbunden wird, wobei der Ofen wahl weise ausgebildet ist als Vakuumofen, Durchlaufofen oder elektrischer Kammerofen.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Durchlaufofen oder in dem elektrischen Kammer ofen eine Schutzgasatmosphäre herrscht, wobei als Schutzgas Wasserstoff, Stickstoff, Argon, Helium, ge krackter Ammoniak oder dergleichen eingesetzt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der bandförmige Werkstoff (18) durch eine Wärmebehand lung mit einem Laserstrahl oder mit einer autogenen Flamme mit der zu beschichtenden Fläche verbunden wird.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (12) mit dem auf die mindestens eine zu beschichtende Begrenzungsfläche (20) aufgelegten band förmigen Werkstoff (18) während der Wärmebehandlung in Rotation versetzt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (12) während der Wärmebehandlung mit einer Drehzahl von ca. 200 bis ca. 3.000 Umdrehungen pro Minute rotiert.
13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (12) während der Wärmebehandlung mit gleicher oder variabler Drehzahl, insbesondere steigen der Drehzahl rotiert.
14. Werkstoff, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff (18) bandförmig ausgebildet ist und eine Legierung aus mindestens zwei verschiedenen Elementen/Stoffen, vorzugsweise Metallen sowie ggf. ein Bindemittel aufweist.
15. Werkstoff nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung pulverförmig ist, und dass die pul verförmige Legierung in dem bandförmigen Werkstoff (18) verteilt ist.
16. Werkstoff nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass Hartstoffe in dem bandförmigen Werkstoff (18) enthalten sind, die entweder homogen oder nach einem vorgegebenen Schema inhomogen in dem bandförmigen Werk stoff (18) verteilt sind.
17. Werkstoff nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass Karbide, Nitride, Oxide, Boride, Silicide, kubischhexakisoktaedrische Modifikationen des Kohlen stoffs oder Diamanten dem bandförmigen Werkstoff (18) als Hartstoffe zugesetzt werden.
18. Werkstoff nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass dem bandförmigen Werkstoff (18) ein Flussmittel beigemischt ist.
19. Werkstoff nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass dem bandförmigen Werkstoff (18) ein Feststoff zugesetzt ist, der gleitende oder schmierende Wirkung zeigt.
20. Werkstoff nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der bandförmige Werkstoff (18) eine Schichtdicke von ca. 0,2 bis ca. 15,0 mm, vorzugsweise von ca. 1,0 mm bis ca. 10 mm aufweist.
21. Werkstoff nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke des bandförmigen Werkstoffs (18) gleichmäßig ist.
22. Werkstoff nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke des bandförmigen Werkstoffs (18) mindestens abschnittsweise über die Breite und/oder die Länge des bandförmigen Werkstoffs (18) abnimmt oder zunimmt.
23. Werkstoff nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die darin enthaltene Legierung auf der Basis eines oder mehrerer Metalle aus der Gruppe hergestellt ist, die gebildet wird von Nickel, Kobald, Eisen und Kupfer.
24. Werkstoff nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die darin enthaltene Legierung folgende Zusammen setzung aufweist : 0,5 bis 1,0, vorzugsweise 0,75 Gewichts% Kohlenstoff, 10,0 bis 15,0, vorzugsweise 14,5 Gewichts% Chrom, 1,0 bis 4,0, vorzugsweise 3,5 Gewichts% Eisen, 2,0 bis 3,5, vorzugsweise 3,2 Gewichts% Bor, 2,0 bis 4,5, vorzugsweise 4,1 Gewichts% Silicium, Rest : Nickel.
25. Werkstoff nach Anspruch 13 oder 23, dadurch gekenn zeichnet, dass die Legierung bis zu 30 Gewichts% eines Hartstoffes, insbesondere Wolframschmelzkarbid, ent hält.
26. Werkstoff nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die darin enthaltene Legierung folgende Zusammen setzung aufweist : 0,05 bis 0,5 Gewichts% Kohlenstoff, 0,05 bis 14,0 Gewichts% Chrom, 0,1 bis 4,0 Gewichts% Eisen, 1,0 bis 3,5 Gewichts% Bor, 1,0 bis 4,5 Gewichts% Silicium, Rest : Nickel.
27. Werkstoff nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die darin enthaltene Legierung folgende Zusammen setzung aufweist : 0,01 bis 0,4, vorzugsweise 0,25 Gewichts% Kohlenstoff, 0,5 bis 4,5, vorzugsweise 0,82 Gewichts% Eisen, 1,0 bis 4,5, vorzugsweise 1,84 Gewichts% Bor, 1,0 bis 4,5, vorzugsweise 2,75 Gewichts% Silicium, Rest : Nickel.
28. Werkstoff nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gleitoder Schmiermittelzusatz, insbesondere Graphitpartikel und/oder Chromoxid, dem bandförmigen Werkstoff (18) zugesetzt sind.
29. Werkstoff nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass dem bandförmigen Werkstoff (18) kugelförmige Gra phitpartikel und/oder Chromoxid, vorzugsweise in einer Menge von ca. 0,5 bis ca. 10,9 Gewichts% zugesetzt sind.
30. Werkstoff nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der bandförmige Werkstoff (18) in seinen Abmessun gen an die zu beschichtende Fläche angepasst ist.
31. Werkstoff nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der bandförmige Werkstoff (18) ca. 0,25 bis ca. 5,0 Gewichts%, vorzugsweise ca. 0,5 bis 1,0 Gewichts %, eines Bindemittels enthält.
32. Werkstoff nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der bandförmige Werkstoff (18) ein Bindemittel oder eine Mischung von Bindemitteln aus der Gruppe enthält, die gebildet wird von Polyvinylalkohol, Poly vinylacetat, Silikon, oder Latex.
Description:
VERFAHREN UND WERKSTOFF ZUM BESCHICHTEN EINES HOHLRAUMES EINES WERKSTÜCKS Beschreibung Die Erfindung betrifft ein Werkstück mit einem Hohlraum, der von beschichteten Begrenzungsflächen umgeben ist sowie ein Verfahren zur Herstellung der Beschichtung auf den Begren- zungsflächen.

Das Beschichten von Begrenzungsflächen eines Hohlraums ist schwierig, weil diese innenliegenden, in der Regel konkaven oder konvexen Flächen nur schwer zugänglich sind. Bei un- regelmäßig geformten Hohlräumen erweist es sich als schwie- rig, die Schichtdicke gleichmäßig auszubilden.

Bekannte Verfahren zum Herstellen der Beschichtung werden am Beispiel typischer Anwendungsfälle erläutert. Eines der bislang üblichen Beschichtungsverfahren ist das an sich bekannte Plasmapulver-Auftragsschweißen. Alternativ wird das Ausschleuder-Verfahren, das sogenannte Bernex-Verfahren, eingesetzt. Sollen beispielsweise die inneren Begrenzungs- flächen von Presshülsen für Extruder mit einer hitzebestän- digen, verschleissfesten Beschichtung versehen werden, dann wird in diese Rohre, die eine Länge von 3 m oder darüber haben, der noch pulverförmige Rohstoff für die Beschichtung sowie ein Flussmittel eingefüllt. Das so vorbereitete Rohr wird in eine Schleudermaschine eingesetzt und in Rotation versetzt. Nach Erreichen der erforderlichen Drehzahl wird das Gemisch aus Metallpulver und Flussmittel mit einer be- weglichen Induktionsspule, die zunächst an einem Ende der zu beschichtenden Presshülse angeordnet ist, erhitzt und ver- flüssigt. Ist dort die Schmelztemperatur erreicht, bildet sich die Beschichtung im Rohr aus und wird auf die gesamte Begrenzungsfläche aufgetragen. Die Induktionsspule wird dann durch einen temperaturgesteuerten Antrieb langsam am Rohr

entlang geführt, bis die Beschichtung durchgängig ausge- bildet ist. Ist die Spule am Ende des Rohres angekommen, wird sie abgeschaltet. Der Schleudervorgang wird dann been- det, wenn die Presshülse auf Raumtemperatur abgekühlt ist.

Die vorstehend beschriebenen Anlagen sind sehr empfindlich gegenüber leichten Schwankungen in der Verfahrenstechnik und in der Zusammensetzung des Metallpulver-Gemisches sowie des Flussmittels. Diese Schwankungen äußern sich in Unregel- mäßigkeiten der Beschichtung. Daher sind nach dem Honen immer größere Teile der Presshülse wegen auftretender Poren oder Schlackeneinschlüsse nicht zu verwenden. Weiter ist nachteilig, dass nur wenige Arten von Legierungen für dieses Verfahren einsetzbar sind.

Die Beschichtung von Begrenzungsflächen der Formen für Hohl- gläser ist ähnlich problematisch. Für solche Formen ist aus der DE 0 23 404 C2 eine Hohlglasformhälfte mit polierter Innenfläche des Formraumes bekannt geworden, bei der lokal defekte Formenkanten mittels einer abschmelzbaren Elektrode aus einem Fülldraht durch Auftragsschweißen repariert wer- den. Sowohl der Mantel als auch die Füllung des Fülldrahtes enthalten Nickel, Chrom sowie die Elemente Bor, Silicium und Eisen, die in einer Gesamtmenge von bis zu 21 Gewichtspro- zent vorhanden sind.

Daneben wird in den meisten Glashütten großtechnisch autoge- nes Pulverauftragsschweißen und Flammspritzen eingesetzt.

Versuche, mit diesen Verfahren großflächigere Schichten aufzutragen, führten zu dem Problem, dass in der Beschich- tung immer wieder Poren und Oxideinschlüsse auftreten, wo- durch bei den meisten der Formen die aufgebrachte Schicht beseitigt und eine zweite, neue Beschichtung aufgetragen werden muss.

Durch diesen hohen Ausschuss sind die Kosten für diese For- men sehr hoch anzusetzen. Auch Versuche, solche Beschichtun- gen durch andere thermische Spritzverfahren wie z. B. Plas- maspritzen, Hochgeschwindigkeitsflammspritzen, Drahtspritzen oder dergleichen aufzubringen, führten zu keinen wesentlich verbesserten Resultaten. Ebenso schlugen Versuche fehl, jene Probleme durch die Zusammensetzung der pulverförmigen Werk- stoffe oder deren Herstellungsverfahren (z. B. Wasser-oder Gasverdüsung aus dem Schmelzfluss) zu lösen.

Bei diesen Verfahren nach dem Stand der Technik, besonders bei thermischen Spritzverfahren, traten bisher stets durch die beim Beschichtungsvorgang entstandenen inneren Schicht- spannungen Risse auf. Auch war es nicht möglich, porenfreie Schichten herzustellen.

In Kenntnis der Nachteile der bisherigen Verfahren haben sich die Erfinder das Ziel gesetzt, ein Verfahren vorzu- schlagen, mit dem homogene und gut haftende Beschichtungen für Begrenzungsflächen von Werkstücken mit Hohlräumen her- stellbar sind, sowie entsprechende Werkstücke bereitzustel- len.

Zur Lösung der Aufgabe führt die Lehre des Anspruchs 1 sowie der nebengeordneten Ansprüche ; die Unteransprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung an. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnungen und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Erzeugen einer Beschichtung mindestens auf Abschnitten der Begrenzungsfläche eines Hohlraums eines Werkstücks, bei dem der in eine Beschichtung umzuwandelnde Werkstoff als bandförmiger Werkstoff ausgebildet ist, der auf die zu be-

schichtende Begrenzungsfläche aufgelegt wird, und bei dem der bandförmige Werkstoff durch eine Wärmebehandlung mit der Begrenzungsfläche verbunden wird.

Gegenstand der Erfindung ist insbesondere ein Verfahren zum Beschichten von Werkstücken, die rohr-oder topfförmig aus- gebildet sind, die also schwer zugängliche Hohlräume auf- weisen.

Allgemein ist zu sagen, dass die Temperatur der Wärmebe- handlung einerseits unter der Schmelztemperatur des Werk- stücks liegt, andererseits eine sichere Verbindung des Werk- stoffs mit dem Werkstück gewährleistet sein muss. Letztere hängt von der Materialzusammensetzung, vor allem der Legie- rung des Werkstoffs ab. Diese Temperaturbedingungen ergeben sich für den Fachmann in einfacher Weise in Abhängigkeit von dem Material des Werkstücks und des Werkstoffs.

Der Vorteil dieses Verfahrens ist es, dass-anders als beim Stand der Technik-eine vorgegebene Menge an Werkstoff auf die zu beschichtende Fläche aufgebracht werden kann. Überra- schenderweise hat sich herausgestellt, dass das Einbringen des bandförmigen Werkstoffs in den Hohlraum des Werkstücks gut durchzuführen ist. Der bandförmige Werkstoff ist durch eine geeignete Mischung von Legierung und Bindemittel je nach den Erfordernissen des Anwendungsfalls so herstellbar, dass ein Verformen beim Einbringen in den Hohlraum und ein Anlegen an die zu beschichtende Begrenzungsfläche einfach auszuführen ist.

Für Werkstücke mit ausreichend groß bemessenem Hohlraum kann bereits ein Bindemittelgehalt von ca. 0,1 bis 0,5 Gewichts-% ausreichen. Bei kleineren Hohlraum-Durchmessern oder-Quer- schnitten empfiehlt sich ein steigender Bindemittel-Zusatz, z. B. bei Rohren mit einem Durchmesser von ca. 60 bis 80 mm

ein Bindemittel-Anteil von ca. 0,75 Gewichts-%, bei Rohren mit einem Durchmesser von ca. 50-60 mm ein Bindemittel-An- teil von ca. 1,0 Gewichts-%, bei besonders kleinen Durch- messern des Hohlraums von ca. 15 mm kann der Bindemittel- Anteil bis auf ca. 5% ansteigen.

Als Bindemittel können Poly-Vinyl-Alkohole, Poly-Vinyl-Ace- tat, Silikon, Latex oder andere bekannte Bindemittel einge- setzt werden.

Das Bindemittel zersetzt sich bei einer Temperatur, die unter dem Schmelzpunkt der Legierung liegt, in der Regel bei ca. 400 bis 600 °C, manchmal auch erst bei ca. 800 °C. Das Bindemittel hat also keinen wesentlichen Einfluss auf die Eigenschaften bzw. Zusammensetzung der herzustellenden Be- schichtungen.

Weiter hat sich als vorteilhaft herausgestellt, dass der bandförmige Werkstoff bei der Wärmebehandlung durchaus die vorbestimmte Position beibehält. Ein Verlaufen oder Wandern des bandförmigen Werkstoffs kommt kaum vor und kann ggf. durch einfache Mittel verhindert werden. Als wirksame Maß- nahme zum Stabilisieren der Position des bandförmigen Werk- stoffs in dem Werkstück während der Wärmebehandlung hat sich das Drehen des Werkstücks erwiesen.

Anders als beim Stand der Technik, wo das Rotieren dem gleichmäßigen Verteilen des Werkstoffs diente, wird das Drehen hier lediglich eingesetzt, um die Fliehkraft zum Positionieren des bandförmigen Werkstoffs zu nutzen. Es liegt auf der Hand, dass damit die Anforderungen an die Genauigkeit der Drehzahlsteuerung weitaus niedriger liegen als beim Stand der Technik. Bei Drehzahlen von ca. 100, vorzugsweise ca. 200 bis ca. 400 Umdrehungen pro Minute (U/min), maximal ca. 3.000 U/min wird der bandförmige Werk-

stoff sicher positioniert. Entsprechend preiswerter können Anlagen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sein.

Nach einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird das Werkstück erst dann in Rotation versetzt bzw. wird die Dreh- zahl des Werkstücks erst dann erhöht, wenn Werkstück und/oder Werkstoff bis auf eine Temperatur aufgeheizt sind, die ca. 50 °C unterhalb der Schmelztemperatur des Werkstoffs liegt. Auch diese Maßnahme zeigt, dass ein Drehen für die gleichmäßige Verteilung des Werkstoffs an sich nicht er- forderlich ist.

Die Dauer der Wärmebehandlung ist unterschiedlich, sie hängt wesentlich von dem Grundmaterial des Werkstücks und von den Eigenschaften des bandförmigen Werkstoffs ab. Wird die Wär- mebehandlung mit einer Induktionsspule durchgeführt, dann ist eine durchschnittliche Dauer der Wärmebehandlung mit ca.

10 Minuten/M (min/m) mindestens, ca. 30 bis 60 min/m durch- schnittlich aber bis zu ca. 120 min/m maximal zu veranschla- gen.

Während dieser Zeit ist die Schmelztemperatur der Legierung des Werkstoffs mindestens zu halten, die bei Werkstoffen ohne Hartstoff in einem Bereich von ca. 700°C bis 1.000 °C, vorzugsweise von ca. 800 °C bis ca. 950 °C liegt, während bei Hartstoffen noch höhere Temperaturbereiche von bis zu 1.200 °C zu erreichen und zu halten sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich gut für das Auf- bringen von bandförmigen Werkstoffen, die neben der Legie- rung und dem Bindemittel auch noch Hartstoffe oder Fluss- mittel enthält, oder die als selbstfließende Legierung aus- gebildet ist. Damit ist das Verfahren für viele Produkte, aber auch für viele Einsatzzwecke anwendbar.

Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird der bandförmige Werkstoff vor dem Auflegen auf die Begrenzungs- fläche auf die erforderlichen Abmessungen zugeschnitten, beispielsweise an konische oder asymmetrische Flächen ange- passt bzw. es werden Ausschnitte vorgefertigt, z. B. für Bereiche, in denen Leitungen einmünden oder Ventile angeord- net sind.

Es liegt auf der Hand, dass damit auch solche Werkstücke bearbeitet werden können, die keine ununterbrochenen Be- grenzungsflächen aufweisen. Beim Stand der Technik konnten solche Werkstücke erst nachträglich bearbeitet werden, da ansonsten der pulverförmige Werkstoff ausgetragen worden wäre.

Weiterhin ist besonders darauf hinzuweisen, dass nun auch gezielt Abschnitte der Begrenzungsfläche beschichtet werden können. Es ist hervorzuheben, dass der Werkstoff mit dem erfindungsgemäßen Verfahren in gleichmäßiger oder unter- schiedlicher Schichtdicke aufgetragen werden kann. Damit können Stellen, die starkem Verschleiß ausgesetzt sind, besonders geschützt werden, während andere Stellen, an denen der Verschleiß gering, aber die Anforderungen an die Maßhal- tigkeit besonders groß sind, nur dünn beschichtet werden.

Die Art und Weise der Durchführung der Wärmebehandlung kann frei gewählt werden. Neben dem Einsatz von Brennern oder einer Induktionsheizung sind Behandlungen im Vakuumofen, Durchlaufofen oder elektrischen Kammerofen möglich. Im Durchlaufofen oder im elektrischen Kammerofen kann Schutz- gasatmosphäre eingestellt werden. Dabei kommen als Schutzgas Wasserstoff, Stickstoff, Argon, Helium, gekrackter Ammoniak oder dergleichen in Frage. Weiter kann die Wärmebehandlung mittels Laserstrahl oder mit einer autogenen Flamme durch- geführt werden.

Nach einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Drehzahl des Werkstücks während der Wärmebehandlung variiert, vorzugsweise gesteigert. Diese Maßnahme ermöglicht es, eine gezielte Verteilung der im bandförmigen Werkstoff enthaltenen Bestandteile zu errei- chen. Insbesondere Hartstoffe, die dem bandförmigen Werk- stoff zugesetzt sind, können durch diese Maßnahme gezielt verteilt werden, und zwar so, dass der größere Teil der Hartstoffe dem Hohlraum zugewandt ist.

Mit dieser Maßnahme kann gleichfalls die Dichte bzw.

Schichtdicke des Werkstoffs nach der Wärmebehandlung beein- flusst werden.

\ Der erfindungsgemäße Werkstoff wird vorzugsweise zur Durch- führung des vorstehend beschriebenen Verfahrens eingesetzt.

Der Werkstoff besteht mindestens aus einer Legierung, die mindestens aus zwei verschiedenen Substanzen, vorzugsweise Metallen, und einem Bindemittel, die zu einem bandförmigen Werkstoff verarbeitet sind. Der Ausdruck bandförmig ist im Zusammenhang mit dieser Darstellung nicht auf Werkstoffe beschränkt, die flach, schmal und langgestreckt sind sondern umfasst allgemein flächige, ebene Werkstoffe. Da jedoch in der Praxis überwiegend langgestreckte, bandförmige Werk- stoffe eingesetzt werden, wurde dieser Begriff gewählt.

Es hat sich bewährt, die Legierung als pulverförmigen Be- standteil mit Bindemittel zu versetzen. Der bandförmige Werkstoff wird dadurch sehr homogen und dicht, was für eine gute Beschichtung von besonderer Bedeutung ist.

Der Zusatz von Hartstoffen kann, falls gewünscht, entweder in Pulverform oder als Partikel untergemischt werden, je nach den Erfordernissen der Anwendung. Bewährte Hartstoffe sind Wolframkarbid, kubisch-hexakisooktaedrische Modifika-

tionen des Kohlenstoffs oder Diamanten. Flussmittel oder Gleit-und Schmiermittelzusätze werden in der Form zuge- setzt, in der sie am einfachsten zu verarbeiten sind. Als Gleit-und Schmiermittelzusätze haben sich Graphitpartikel, insbesondere in Kugelform, und Chromoxide bewährt.

Die Schichtdicke des bandförmigen Werkstoffs liegt zwischen ca. 0,2 bis ca. 15,0 mm, vorzugsweise zwischen ca. 1, 0 mm und ca. 10 mm. Der bandförmige Werkstoff kann entweder eine gleichmäßige Schichtdicke aufweisen oder die Schichtdicke kann über die Breite und/oder über die Länge mindestens abschnittsweise abnehmen oder zunehmen. Durch diese Aus- führungsform ist es möglich, in dem zu beschichtenden Hohl- raum bzw. auf der Begrenzungsfläche gezielt Abschnitte mit dickerer Beschichtung oder mit dünnerer Beschichtung zu schaffen. Die Vorteile solcher an den Anwendungsfall ange- passten Beschichtungen wurden bereits vorstehend erläutert.

Die Schichtdicke kann entweder durch Übereinanderlegen von Werkstoff-Bändern oder z. B. durch abschnittsweises, geziel- tes Walzen von Werkstoff-Bändern verändert werden.

Die Legierung, die in dem bandförmigen Werkstoff enthalten ist, kann auf der Basis eines oder mehrerer Metalle her- gestellt sein, die aus der Gruppe Nickel, Kobald, Eisen und Kupfer gebildet wird.

Bevorzugt wird eine Legierung mit der Zusammensetzung : 0,5 bis 1,0, vorzugsweise 0,75 Gewichts-% Kohlenstoff, 10,0 bis 15,0, vorzugsweise 14,5 Gewichts-% Chrom, 1,0 bis 4,0, vorzugsweise 3,5 Gewichts-% Eisen, 2,0 bis 3,5, vorzugsweise 3,2 Gewichts-% Bor, 2,0 bis 4,5, vorzugsweise 4,1 Gewichts-% Silicium, Rest : Nickel.

Besonders verschleißfest wird eine Beschichtung mit bandför- migem Werkstoff, wenn der Legierung bis zu 30 Gewichts-% eines Hartstoffs, insbesondere Wolframschmelzkarbid, zu- gesetzt ist.

Als vorteilhaft hat sich die Verwendung einer Legierung mit 0,05 bis 0,5 Gewichts-% Kohlenstoff, 0,05 bis 14,0 Gewichts-% Chrom, 0,1 bis 4,0 Gewichts-% Eisen, 1,0 bis 3,5 Gewichts-% Bor, 1,0 bis 4,5 Gewichts-% Silicium, Rest : Nickel in einem bandförmigen Werkstoff, insbesondere zur Beschich- tung von Begrenzungsflächen in Werkstücken erwiesen.

Ebenfalls gut geeignet ist eine Legierung folgender Zusam- mensetzung : 0,01 bis 0,4, vorzugsweise 0,25 Gewichts-% Kohlenstoff, 0,5 bis 4,5, vorzugsweise 0,82 Gewichts-% Eisen, 1,0 bis 4,5, vorzugsweise 1,84 Gewichts-% Bor, 1,0 bis 4,5, vorzugsweise 2,75 Gewichts-% Silicium, Rest : Nickel.

Wird dem bandförmigen Werkstoff Gleit-oder Schmiermittel zugesetzt, so hat sich ein Zusatz von ca. 0,5bis ca. 10,9 Gewichts-% bewährt.

Vorteilhafterweise soll der Anteil der/des Hartstoffe (s) über die Länge des Legierungsbandes-also von einem Ende zum anderen Ende des hohlprofilartigen Werkstückes-abneh- men, dies bevorzugt linear.

Im Rahmen der Erfindung liegt auch ein Verfahren, bei dem ein bandförmiger Werkstoff, kurz ein Legierungsband aus einer pulverförmigen Legierung mit Zusatz eines Bindemittels gefertigt sowie dann mit diesem die Begrenzungsfläche des Hohlraumes belegt wird ; nun wird das Legierungsband an die Begrenzungsfläche angedrückt und anschließend durch Hin- zunahme einer Wärmequelle nachbehandelt bzw. eingeschmolzen.

Von besonderer Bedeutung sind derartige Legierungsbänder mit zugesetzten härteren Werkstoffen, also Hartlegierungsbänder Dabei kann-wie gesagt-deren Anteil von Hartstoffen in Längserstreckung des Bandes abnehmen, dies bevorzugt linear.

Als günstig hat sich als pulverförmiger Werkstoff für das Legierungsband eine Legierung auf Nickelbasis-mit und ohne Hartstoffe-erwiesen.

Nach einem anderen Merkmal des Verfahrens wird das Hartle- gierungsband aus einer Nickel-Chrom-Bor-Silizium-Legierung der Zusammensetzung C von 0,50 bis 1,0 Gew.-%, Cr von 10,00 bis 15,00 Gew.-%, Fe von 1,0 bis 4,0 Gew.-%, B von 2,0 bis 3,5 Gew.-%, Si von 2,0 bis 4,5 Gew.-%, Rest Ni hergestellt, insbesondere aus der Zusammensetzung C von 0,75 Gew.-%, Cr von 14,5 Gew.-%, Fe von 3,5 Gew.-%, B von 3,2 Gew.-%, Si von 4,1 Gew.-%, Rest Ni.

Erfindungsgemäß können als pulverförmiger Werkstoff für das Hart-/Legierungsband auch Legierungen auf Kobalt-, auf Eisen-oder auf Kupferbasis Verwendung finden. Diese mit oder ohne Hartstoffe hergestellten Legierungen-wie auch jene auf Nickelbasis-können zudem selbstfließend sein.

Im Rahmen der Erfindung liegt insbesondere bei Bändern auf Kupferbasis die Zugabe einer kubisch-hexakisoktaedrischen Modifikation des Kohlenstoffes, vor allem von Diamanten, gegebenenfalls auch von Congressan.

Nach einem anderen Merkmal der Erfindung ist es möglich, dem Hart-/Legierungsband zusätzlich zum Grundwerkstoff ein Fluß- mittel zu Verbesserung des Bindeverhaltens zuzugeben.

Wesentlich für das erfindungsgemäße Verfahren ist die Stufe der Wärmebehandlung. Während dieser wird das mindestens abschnittsweise mit dem Hart/Legierungsband ausgelegte Werk- stück bevorzugt in eine rotierende Bewegung um die Längs- achse versetzt, vorteilhafterweise mit einer Drehzahl von 200 bis 400, maximal 3.000 U/min. Diese wird entweder wäh- rend der Wärmebehandlung konstant gehalten oder ansteigend gesteuert.

Als günstig hat es sich beim Einsatz von Hartstoffzusätzen auch erwiesen, diese-durch Zentrifugalkraft-zu veranlas- sen, sich an der Übergangszone zum Grundwerkstoff des Werk- stückes abzusetzen, wodurch die Innenflächenbearbeitung dank des geringeren Hartstoffanteils an der Oberfläche erleich- tert wird. Nach abgeschlossener Innenbearbeitung, insbeson- dere Materialabtrag durch Honen, liegen idealerweise die Hartstoff-Partikel an der Oberfläche der Beschichtung.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung ; diese zeigt in : Fig. 1 : die Frontansicht einer Vorrichtung zum Bearbeiten einer Presshülse ; Fig. 2 : den Längsschnitt durch Fig. 1 nach deren Linie A ; Fig. 3 : eine Schrägsicht auf eine gegenüber Fig. 1, 2 vergrößerte Presshülse ;

Fig. 4,5 : jeweils einen Längsschnitt durch eine von zwei verschiedenen Ausgestaltungen einer Glasform mit Formhohlraum ; Fig. 6,7 : vergrößerte Teilquerschnitte durch Fig. 4 bzw.

Fig. 7 ; Fig. 8 : einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 7 zu einer weiteren Ausgestaltung.

Gemäß Fig. 1 ruht auf einer Rollbank 10 mit zwei in Abstand zueinander parallelen-in nicht dargestellter Weise an- getriebenen-Rollen 12 eine zylindrische Presshülse 14 für einen Extruder, die beispielsweise auf dem Wege des Strang- pressens aus einer Aluminiumlegierung hergestellt worden ist und deren zylindrischer Hohl-oder Innenraum 16 mit einer Beschichtung versehen werden soll.

Hierzu wird ein-Fig. 2 bei 18 angedeutetes-Hartlegie- rungsband der Schichtdicke e aus einem pulverförmigen Werk- stoff hergestellt und auf die metallisch saubere Innenfläche 20 des Presshülseninnenraums 16-mit oder ohne Zugabe eines Flußmittels-aufgelegt. Danach wird die Presshülse 14 auf beiden Seiten durch jeweils eine Abdeckung 22 verschlossen.

In einer von diesen ist in der Drehachse Q ein Rohr 24 als Zuführung für Schutzgas angeordnet.

Nach dem Einspannen der Presshülse 14 wird die Drehvorrich- tung der Rollbank 10 eingeschaltet und ggf. notwendiges Schutzgas zugeführt ; bei manchen Werkstoffen-beispielweise bei selbstfließenden Legierungen-kann von der Zuführung von Schutzgas abgesehen werden. Die Drehzahl des Rollvor- gangs ist abhängig von der Größe des Innendurchmessers d der Presshülse 14, der Legierung sowie vom Anteil des Hartstoffs bzw. der Karbide, die in das Hartlegierungsband 18 eingela-

gert sind. Besonders muß darauf geachtet werden, daß der Anteil des Hartstoffs so gewählt wird, daß an der Oberfläche nach dem Einschmelzvorgang eine hartstoffarme Schicht 19 für leichtere Bearbeitbarkeit entsteht. In einer besonderen Ausgestaltung nimmt der Anteil der erwähnten Hartstoffe an dem Werkstoff in Längsachse gesehen-von einem Ende der Presshülse 14 zu deren anderem Ende hin ab.

Die Drehzahl des Rollvorgangs liegt zwischen mindestens 100 U/min, üblicherweise 200 bis 400 U/min, maximal bei ca.

3.000 U/min liegen. In manchen Fällen hat es sich als gün- stig erwiesen, die Drehzahl beim Schleudervorgang stufenlos zu erhöhen, z. B. von ca. 300 auf ca. 600 U/min.

Die Presshülse 14 wird mit einem Brenner 26 bzw. mit mehre- ren Brennern 26 erwärmt. Durch die Wärmebehandlung wird das Legierungsband 18 auf eine Temperatur über Schmelztempera- tur, hier auf ca. 950 °C, erwärmt. Bei ca. 500 °C wird das Bindemittel ausgetrieben, danach liegt die spätere Beschich- tung als pulverförmiges Band auf den zu beschichtenden Be- grenzungsflächen, bis nach dem Schmelzen die Beschichtung mit der Begrenzungsoberfläche verbunden ist.

Als pulverförmige Werkstoffe für das Hartlegierungsband 18 eignen sich Legierungen auf Nickel-, Kobalt-, Eisen-und Kupferbasis, mit und ohne Zusätzen von Hartstoffen. Als Hartstoffe sind Karbide, Nitride, Oxide, Boride und Silicide zu verwenden. Zur Bandherstellung werden die Hartstoffe in das Legierungspulver eingemischt.

Die Schichtdicke e des Legierungsbandes 18 wird so einge- stellt, daß die Schichtdicke f der fertigen verschleißfesten Schicht 19 in der Presshülse 14 0,2 bis 15 mm, bevorzugt 1,0 bis 10 mm, beträgt.

In manchen Fällen hat es sich gezeigt, daß die Standzeit der so eingebrachten Schicht 19 beeinflußt werden kann, indem eine über die gesamte beschichtete Fläche konstante Schicht 19 oder eine gleichmäßig dünner werdende Schicht an den weniger verschleißbelasteten Stellen eingesetzt wird.

Eine weitere Möglichkeit zum Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß nur an den stark belasteten Stellen der Innenfläche 20 der Presshülse 14-beispiels- weise an der seitlichen Einführungsstelle für die zu ver- arbeitende Masse-das Hartlegierungsband 18 eingebracht wird ; nur dieser Bereich wird dann mit dem Hartlegierungs- band 18 ausgelegt, während der Rest der Innenfläche 20 mit einem Metallband ohne Hartstoffe belegt wird.

Beispiel Eine Presshülse 14 mit einer Innenbohrung 16 eines Durch- messers d von 62 mm und eines Außendurchmessers q von 150 mm sollte gegen Verschleißangriffe durch Verwendung einer Ni- Cr-B-Si Legierung mit Zusätzen von Wolframschmelzkarbiden geschützt werden.

Die Zusammensetzung der Legierung war folgende : C 0,75 Gew.-% ; Cr 14,5 Gew.-% ; Fe 3,5 Gew.-% ; B 3,2 Gew.-% ; Si 4,1 Gew.-% ; Ni Rest.

Der Zusatz an Wolframschmelzkarbid betrug 30 Gew.-%.

Die Presshülsenenden waren mit Lochscheiben 22 verschlossen,

um ein Ausfließen der Schmelze während dem Schleudervorgang zu vermeiden. Die Drehzahl lag während der Vorwärmung bei 200 U/min und wurde kurz vor dem Erreichen der Schmelztempe- ratur auf 950 U/min erhöht.

Die Erwärmung erfolgte mit einer Induktionsspule, als Schutzgas wurde Argon eingesetzt. Beim Erreichen der Schmelztemperatur von 1180°C wurde die Temperatur 5 Minuten gehalten und dann abgekühlt. Während des Abkühlvorganges wurde die Drehzahl langsam abgesenkt.

Die so hergestellte Presshülse 14 zeigte nach dem Honen eine einwandfreie fehlerfreie Innenfläche. Die fertige Schicht 19 hatte eine Schichtdicke f von 5 mm.

Eine rohrartige Glasform 30 besteht dank einer durch deren Längsachse A gelegten vertikalen Ebene Q aus zwei Formhälf- ten 32, deren jede einen Teil eines Formhohlraumes 34 be- grenzt ; dieser erweitert sich von einem-außermittig lie- genden-engen Bereich 36 seines Längsschnittes zu beiden Stirnflächen 38 der Glasform 30 hin und bietet so etwa die Gestalt einer Blumenvasse an. Jene Längsachse A ist auch Symmetrieachse des Formhohlraumes 34.

Die Begrenzungsfläche (n) 40 des Formhohlraumes 34 bzw. sei- ner beiden Formraumabschnitte 34s in den Formenhälften 32 ist/sind mit einem dünnen Hartlegierungsband 42 bekleidet, welches die eigentlich formgebende Innenfläche bildet (siehe Fig. 4). Dieses Hartlegierungsband 42 ist im Bereich der Fig. 1, 2 an seinen Längskanten so gekantet, daß zwei Man- schettenstreifen 44 entstehen, die sich-in der Trennebene Q liegenden-radialen Oberflächen 31 der Glasformhälften 32 anlegen und dabei die Eckkanten 35 des Formraumabschnitts 34, überdecken.

Das Hartlegierungsband 42e in Fig. 5,7 ist von verhältnis- mäßig großer Dicke e und bildet am Rande des Formraumteiles 34, breite Endflächen 46 ; die Wahl dieser Banddicke e erlaubt es, den freien Radius r des Formhohlraumes 34, 34g einzustel- len. Die Eckkante des Formraumabschnittes 34s wird hier von einer Längskante 48 des Hartlegierungsbandes 42e bestimmt.

Bei der Ausgestaltung nach Fig. 8 ist aus dem schalenartig geformten Hartlegierungsband 42f ein seiner Dicke e ent- sprechender Winkelschenkel 50 abgekantet, der in einer ent- sprechenden Eckeinformung 52 der Formenhälfte 32 liegt.

Zum Herstellen der Glasform 30 bzw. ihrer Formteile oder- hälften 32 wird das Hartlegierungsband 42 nach dem Vorberei- ten der zu beschichtenden Begrenzungs-oder Forminnenfläche 40 geschnitten, eingelegt und angepresst ; dieses Hartlegie- rungsband 42,42a ist zuvor aus pulverförmigem Werkstoff mit der Zusammensetzung C 0, 05 bis 0, 5 Gew.-% ; Cr 0, 05 bis 14,00 Gew.-% ; Fe 0,1 bis 4, 00 Gew.-% ; B 1,0 bis 3, 50 Gew.-% ; Si 1,0 bis 4, 50 Gew.-% ; Rest Nickel ; oder C 0,01 bis 0, 4 Gew.-% ; Fe 0, 5 bis 4, 50 Gew.-% ; B 1,0 bis 4, 50 Gew.- ; Si 1,0 bis 4, 50 Gew.-% ; Rest Nickel ; -mit oder ohne Zusätzen von kugelförmigem Graphit oder

Chromoxid zur Verbesserung der Gleit-und Schmiereigenschaf- ten-erzeugt worden.

Beim Beschichten von Kanten oder Kopfformen muß vor der Oberflächenvorbereitung die auszulegende Forminnenfläche 40 mechanisch ausgearbeitet und dann nach den bekannten Ober- flächenvorbereitungsmethoden-wie etwa Strahlen-vorberei- tet werden. Danach erfolgt das Einlegen des Hartlegierungs- bandes 42,42a- Die Hohlglasformteile 32 werden nun mit dem aufgelegten und angepassten Hartlegierungsband 42,42a einer Wärmebehandlung unterzogen und eingeschmolzen. Der Einschmelzvorgang kann mit oder ohne Schutzgas erfolgen.

Beispiel An einer Vorform für die Herstellung von Flaschen sollte die gesamte Kontaktfläche mit einer verschweißfesten Beschich- tung versehen werden. Als Werkstoff wurde ein Hartlegie- rungsband einer Zusammensetzung C 0, 25 Gew.-% ; Fe 0,82 Gew.-% ; B 1,84 Gew.-% ; Si 2, 75 Gew.-% ; verwendet. Der Einschmelzvorgang erfolgte in einem Schutz- gasofen unter Wasserstoff.

Nach dem Bearbeiten und Polieren zeigte sich die gesamte beschichtete Innenfläche der Vorform porenfrei. Auch nach einem längeren Probeeinsatz in der Produktion konnten keine Oberflächenfehler festgestellt werden.