Es werden heterogene Mehrkomponentenpulver beschrieben, mit denen einwandfreie, dichte und harte Auftragsschichten auf nickelhaltigen Aluminiumbronzen verschiedener Arten und Zusammensetzungen erreicht werden können, die praktisch frei oder zumindest sehr arm an Oxiden, Schlacken und Lunkern sind. Die Oberfläche der Auftragsschicht, die Auftragsschicht selbst sowie die Übergangszonen zum Grundwerkstoff entsprechen den bekannten Erwartungen

Eschnauer, Heinz R.

Steine, H. Theo

Repositorium für Naturwissenschaften und Technik  (TIB Hannover)

August 1972 	Messung der Enthalpie und Berechnung der spezifischen Wärme von Glas 	Glastechn. Ber. 359 4. Literatur [1] WHITE, W. P. : Specific heats of silicates and platinum. Amer. J. Sci. 28 (1909) S. 334 - 346. WHITE, W. P.: Silicate specific heats. Second series. Amer. J. Sci. 47 (1919) S. 1- 43. Specific heat determina-tion at higher temperatures. Amer. J. Sci. 47 (1919) S. 44 bis 59. [2] SCHWIETE, H. E. und WAGNER, H. : Spezifische Wärme von Flaschengläsern. Glastechn. Ber. 10 (1932) 5.26 bis 30. [3] PARMELEE, C. W. und BADGER, A. E. : Determination of mean specific heats at high temperatures of some com-mercial glasses. Univ. of Illinois Bull. 32 (1934) Nr. 17. [Ref. Glastechn. Ber. 13 (1935) S. 327.] [4] SCHWIETE, H. E. und ZIEGLER, G. : Beitrag zur spezi-fischen Wärme der Gläser. Glastechn. Ber. 28 (1955) S. 137 -146. [5] HARTMANN, H. und BRAND, H. : Zur Kenntnis der mitt-leren spezifischen Wärme einiger technisch wichtiger Glassorten. Glastechn. Ber. 26 (1953) S. 29 - 33. 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THEO STEINE, Lausanne, St. Sulpice (Schweiz) (Mitteilung aus der Castolin AG Lausanne, St. Sulpice (Schweiz) ) (Eingegangen am 7. Oktober 1971) Es werden heterogene Mehrkomponentenpulver be-schrieben, mit denen einwandfreie, dichte und harte Auf-tragsschichten auf nickelhaltigen Aluminiumbronzen ver-schiedener Arten und Zusammensetzungen erreicht werden können, die praktisch frei oder zumindest sehr arm an Oxiden, Schlacken und Lunkern sind. Die Oberfläche der Auftrags-schicht, die Auftragsschicht selbst sowie die Übergangszonen zum Grundwerkstoff entsprechen den bekannten Erwartun-gen. Powder spray coating of glass mould parts with bronze alloys Heterogeneous multicomponent powders are described with which defect-free, dense, hard coatings on nickel-containing aluminium bronzes of different types and composi-tions can be produced. These coatings are free from, or  almost so, oxide, blow holes and slag particles. The surface of the coating, the coating layer and the zone of bonding to the substrate have the anticipated properties. Soudage, par application de poudre, d'outils de formage du verre en alliages de bronze On décrit un mélange pulvérulent hétérogène à plusieurs composants destiné à l'application de couches hermétiques et résistantes sur des bronzes d'aluminium de différents types et compositions contenant du nickel. Les couches obtenues  sont pratiquement exemptes d'oxydes, de scories et de cavités. La surface de la couche, la couche eile-même, de même que la zone de jonction au matériau de base répondent aux exi-gences. 46 * 360 Glastechn. Ber. 	 Heinz R. Eschnauer und H. Theo Steine: 	 45. jahrg., Heft 8 Tabelle 1. Chemische Zusammensetzung und physikalische Eigenschaften von G-NiAl-Bz-F 68 nach DIN 1714 Chemische Zusammensetzung in % Physikalische Eigenschaften Cu 73 	bis 80 Zugfestigkeit in kg/mm 2 68 Al 9 bis 10 Dehnung in % 5 Ni 4,5 bis 	7 Brinellhärte in kp/mm 2 190 Fe 5 	bis 	7 Wärmeleitfähigkeit Spurenelemente in cal/cm s °C elektr. Leitfähigkeit 0,15 max. 0,3 in m/S2 mm2  spezifische Wärme 3 bis 5 in kcal/kg °C 0,108 Wärmeausdehnung 16.10-61°C (20 bis 200 °C) Tabelle 2. Chemische Zusammensetzung und physikalische Eigenschaften von Incramet 800 Chemische Zusammensetzung in % Physikalische Eigenschaften Cu 70 	bis 75,5 Zugfestigkeit in kg/mm 2 64 bis 68,5 Al 9,5 	bis 10,5 Dehnung in % 4 bis 6 Ni 13,5 	bis 16,5 Brinellhärte in kp/mm 2 195 Fe 0,40 bis 	1,0 Co 1,0 	bis 	2,0 Spurenelemente maximal 0,25 Bild 1. Schliff-Foto von Incramet 800. Bild 2. Schliff Foto von Incramet 800-12/12. Das Gefüge ist sehr viel dichter als das von Incramet 800. Wie jede Massenproduktion von Artikeln des täg- lichen Bedarfs steht auch die Glasindustrie unter dem Zwang, immer höhere Stückzahlen in immer besserer Qualität sowie immer kostengünstiger zu produzieren. Das läßt sich nur realisieren, wenn die Produktionsver- fahren Schritt für Schritt verbessert werden und jeder Ansatzpunkt hierzu geprüft und wahrgenommen wird. Die vorliegende Arbeit befaßt sich mit den Grund- werkstoffen für Glasformwerkzeuge, vor allem aber mit dem Grundwerkstoff Aluminiumbronze. Die Reparatur- möglichkeiten nach dem Auftragsschweißverfahren mit Metallpulver werden besprochen. 1. Grundwerkstoffe in der Glasindustrie 1.1. Grauguß Der wichtigste und billigste Grundwerkstoff für Formwerkzeuge, Pegel und Stempel ist — und bleibt wahrscheinlich — der normale Grauguß mit oder ohne kleine Gehalte anderer Metalle. Er kann und wird durch keinen anderen Grundwerkstoff ersetzt, allenfalls für spezielle Anforderungen ergänzt werden. Die charakte- ristischen Vorteile, aber auch Nachteile, von Grauguß für den Einsatz in der Glasindustrie werden als bekannt vorausgesetzt und hier nicht diskutiert. 1.2. Stahl Der Vollständigkeit halber sei auf den Grundwerk- stoff Stahl, meist nichtrostender Stahl, für einige spezielle Einsatzgebiete hingewiesen, wobei davon ausgegangen werden kann, daß der Verbrauch an Stahl im Vergleich zu Grauguß vernachlässigbar ist und bleibt. 1.3. Kupferhaltige Grundwerkstoffe Hier handelt es sich um Grundwerkstoffe auf Kupfer- basis, der Aluminium, Nickel, Zink und eventuell einige weitere Elemente in kleinen Gehalten zulegiert ist, teil- weise nach spezieller oder gar patentierter Zusammen- setzung. 1.3.1. Legierung G–NiAI–Bz–F 68 nach DIN 1714 Das ist die normale nickelhaltige Aluminiumbronze, also die normale Guß-Mehrstoff-Aluminium-Bronze, mit sehr hohen Festigkeitswerten, hohem Widerstand gegen Verschleiß, Korrosion, Kavitation und Erosion, mit vielfältigen Einsatzmöglichkeiten im allgemeinen Maschinen- und chemischen Apparatebau, seit Jahren bewährt in deutschen Glashütten für hochwärmebean- spruchte Formteile und hauptsächlich als sand- und stranggegossene Stangen geliefert. Angaben über die chemische Zusammensetzung sowie die physikalischen Eigenschaften dieser Legierung finden sich in Tabelle 1. 1.3.2. Minox Minox ist der Handelsname einer speziellen, in den USA entwickelten Aluminiumbronze, die in Deutsch- land kaum verwendet wird. 1.3.3. Incramet 800 Diese nickelhaltige Aluminiumbronze spezieller Zu- sammensetzung enthält im Vergleich zu normaler nickel- haltiger Aluminiumbronze weniger Eisen und geringe Mengen Spurenelemente, etwa die gleiche Menge Alu- minium, doppelt soviel Nickel und etwas Kobalt. Der doppelte Gehalt an Nickel und der substantielle und August 1972 	Pulverauftragsschweißen von Glasformwerkzeugen aus Bronzelegierungen 	Glastechn. Ber. 361 gewollte Gehalt an Kobalt sollen die Eigenschaften für die Formteile in der Glasindustrie von Incramet 800 charakterisieren. Weitere Einzelheiten über Zusammen- setzung und physikalische Eigenschaften sind Tabelle 2 zu entnehmen. Bild 1 zeigt das Gefüge von Incramet 800 in starker Vergrößerung. Daneben ist neuerdings eine verbesserte und mo- difizierte Legierung im Gespräch, nämlich Incramet 800-12/12 (Bild 2). Chemische Zusammensetzung, physi- kalische und andere Eigenschaftswerte oder praktische Erfahrungen aus der Glasindustrie stehen noch nicht zur Verfügung. Auf weitere Einzelheiten von kupferhaltigen Grund- werkstoffen, so interessant sie auch sind, kann hier nicht eingegangen werden, nämlich auf Lieferanten, Liefer- möglichkeiten, Entwicklungstendenzen u. a. Neben den hier diskutierten kupferhaltigen Grund- werkstoffen (G—NiAI—Bz—F 68, Minox, Incramet) sind da und dort auch andere mit abweichender chemischer Zusammensetzung bekannt und in der Praxis im Ein- satz. Sie spielen in diesem Zusammenhang jedoch nur eine untergeordnete Rolle. 2. Metallpulver für Aluminiumbronze Das Auftragen von Ecken und Kanten an Glasform- werkzeugen aus nickelhaltiger Aluminiumbronze durch autogene Auftragsschweißverfahren mit Metallpulvern auf NiCrBSi- und NiBSi-Basis ist mit gewissen Schwie- rigkeiten verbunden, die durch die ablaufenden Reak- tionen bedingt sind. 2.1. Reaktionsabläufe Während des Verarbeitens der Metallpulver auf der Basis NiCrBSi (oder auch NiBSi) reagieren die Elemente Bor und Silicium mit dem Sauerstoff der Flamme und den Oxiden an der Werkstückoberfläche zu einem Boro- silicat, etwa nach dem Reaktionsablauf t (FeCr) X Oy -}- zB -}- Si x Fe + xCr + B zOy • SiOy . Das entstandene Borosilicat mit seinen flußmittel- ähnlichen Wirkungen reagiert dann unter weiterer Des- oxydation von Oxiden wie folgt : BzOy • SiOy -{- FeO -i- B -F- Si Fe -}- B zOy • SiO, wobei letztlich Metall und ein Borosilicat entstehen. Die Reaktionsabläufe in qualitativer und quantitativer Hinsicht sind auf die unterschiedlichen Bildungsenthal- pien pro Gramm Sauerstoff zurückzuführen, sie sind aber nur so lange möglich, wie die Oxide des Grund- materials durch die Elemente Bor und Silicium reduziert werden können. 2.1.1. Reaktionsabläufe auf Aluminiumbronze Betrachtet man die Reaktionsabläufe auf Aluminium- bronze unter Berücksichtigung der Werte für die Bil- dungsenthalpien etwas genauer, so erkennt man, daß die Enthalpien von Bor und Silicium zur Reduktion bzw. Desoxydation des Aluminiumoxids nicht aus- reichen und somit eine solche Reaktion nicht oder nicht ordnungsgemäß ablaufen kann. Eine saubere und quanti- tative Desoxydation von Aluminiumoxid zu Aluminium ist auf diese Weise mit den Metallpulvern auf der Basis NiCrBSi und NiBSi nicht ohne weiteres möglich. Es ist daher notwendig, weitere Elemente oder Verbindungen Tabelle 3. Heterogene Metallpulver für nickelhaltige Aluminiumbronzen Heterogene Metallpulver bestehen aus zwei verschiedenen Anteilen, und zwar : Komponente A : Basis NiCrBSi oder NiBSi Eisengehalt etwa 0,75%, meist nur 0,25%, Komponente B: Anteil diverser Verbindungen auf Basis CaBSi usw. Technische Daten für ein Metallpulver niedriger Härte : Solidustemperatur : 	1050 °C Liquidustemperatur : 1280 °C Arbeitstemperatur : 	1170 °C Spezifisches Gewicht : 8,1 g/cm3 Härte : 	RC 19-23, entsprechend HV 230 kp/mm 2 Ausdehnungskoeffizient : 	15,80 ß • 10-6 °C-1 (20-800 °C) Wärmeleitfähigkeit : 	0,0468 cal/cm s °C Spezifischer elektr. Widerstand : 0,345 .S2 mm 2/m Zugfestigkeit : 	34,9 kg/mm2 Elektrische Leitfähigkeit: 	0,345 Q mm2/m Technische Daten für ein Metall pulver mittlerer Härte : Solidustemperatur : 	1050 °C Liquidustemperatur : 1175 °C Arbeitstemperatur : 	1100 °C Spezifisches Gewicht : 7,8 g/cm3 Härte : 	RC 34-42 Ausdehnungskoeffizient : 	15,55 ß • 10-6 °C-1 (20-800 °C) Wärmeleitfähigkeit : 	0,0419 cal/cm s °C Spezifischer elektr. Widerstand : 0,384 S2 mm 2/m Zugfestigkeit : 	42,5 kg/mm2 Elektrische Leitfähigkeit : 	2,6 m/S2 mm2 zusätzlich zu verwenden, die eine höhere Affinität zum Sauerstoff haben als Aluminium, so daß die Reduktion bzw. Desoxydation während des Verschweißens ein- wandfrei ablaufen kann. 2.2. Heterogene Mehrkomponentenpulver bei Aluminiumbronze Eine solche Forderung läßt sich allerdings von der Legierungsseite allein nicht mehr steuern. Dazu ist es notwendig, dem geeigneten Metallpulver zusätzlich Ver- bindungen oder eine Kombination an Verbindungen zuzusetzen, die aufeinander in der richtigen Konzentra- tion abgestimmt und vor dem Verschweißen mechanisch gleichmäßig vermischt sein müssen. In Tabelle 3 sind die wichtigsten Daten von zwei heterogenen Metall- pulvern zusammengestellt. Damit wird erreicht, daß die gewünschten Reaktionen so verlagert ablaufen, daß während des Verarbeitens des Metallpulvers und des Verschweiß- und Schmelzvorganges die Oberfläche der Aluminiumbronze gereinigt, d. h. desoxydiert und ein sauberes Auftragsschweißen sichergestellt wird. Es lau- fen somit die gleichen Reaktionen wie mit Metallpulvern auf reiner NiCrBSi- oder NiBSi-Basis ab, nur in diesem Fall zusätzlich mit stärkerer und schnellerer Desoxvda- tionswirkung auf der Oberfläche. Im Gegensatz zu Flußmitteln, die vor dem Schweiß- vorgang auf die Werkstückoberfläche aufgeschmolzen werden, damit die gewünschten Reaktionen vor dem eigentlichen Verschweißen ablaufen (ohne eine direkte desoxydierende Wirkung auf das Auftragsmaterial), sind die Reaktionsabläufe bei einem solchen heterogenen Mehrkomponentenpulver die gleichen wie beschrieben, nur wesentlich stärker und schneller. 3. Auftragsschweißverfahren mit heterogenem Mehrkomponentenpulver („one step process”) Optimale Resultate werden dann erzielt, wenn der Grundwerkstoff, das Metallpulver für den Grundwerk- stoff sowie Verfahren und Arbeitsweise sorgfältig auf- 362 Glastechn. Ber. 	Heinz R. Eschnauer und H. Theo Steine : Pulverauftragsschweißen von ... 	45. Jahrg., Heft 8 Bild 3. Links eine Reparaturstelle mit heterogenem Metall- pulver, die einer Schlagbeanspruchung standgehalten hat, während rechts das zur Reparatur verwendete normale Me- tallpulver abgeplatzt ist. Bild 4. An der rechten oberen Kante ausgeführte Reparatur mit heterogenem Mehrkomponentenpulver. Im Vergleich dazu die linke obere Ecke rauh und nicht dicht mit normalem Metallpulver. einander abgestimmt sind; das gilt sowohl für Neuferti- gung als auch für Reparatur. Die Führung des Metall- pulvers, auch der heterogenen Metallpulver, durch ge- eignete Brenner — Autogenbrenner müssen entspre- chend modifiziert und eingestellt sein — ist besonders wichtig, d. h., es sollten die richtigen Brennermodelle und Düsen verwendet werden. 3.1. Arbeitsvorschrift zum Verarbeiten heterogener Mehrkomponentenpulver Sie gilt für alle nickelhaltigen Aluminiumbronzen, also gleichermaßen für G–NiAI-Bz–F 68 nach DIN 1714, Incramet 800 oder Incramet 800-12/12 und andere, spe- ziell für die Reparatur kleiner Ecken, Kanten oder Aus- brüche von z. B. Deckringen, Mündungen, überhaupt Formwerkzeugen, nicht jedoch für ganze Flächen oder lange Kanten (Bilder 3 und 4). Bild 5. Schliff Foto einer einwandfreien, dichten und Oxid- freien Auftragsschicht. Die Werkstückoberfläche von nickelhaltiger Alu- miniumbronze muß frei von anhaftenden Verunreini- gungen und sichtbar metallisch blank sein. Da die Wärmeleitfähigkeit der nickelhaltigen Aluminiumbronze vergleichsweise hoch ist, sind solche Werkstücke sehr sorgfältig vorzuwärmen. Verhältnismäßig kleine Werk- stücke, die ausschließlich mit dem Autogenbrenner vor- gewärmt werden, müssen auf eine nicht wärmeleitende Unterlage gestellt werden, wie z. B. Asbest; größere Teile sollen möglichst in einem Ofen auf etwa 300 °C vorgewärmt werden. In jedem Fall ist darauf zu achten, daß das Erwärmen der Teile so kurz wie möglich ist, damit eine Aluminiumoxidbildung weitgehend vermie- den wird. Es ist immer richtig, das Aufsprühen und das Ein- schmelzen des Metallpulvers im gleichen Arbeitsgang vorzunehmen („one step process"), und zwar mit einem entsprechend modifizierten und leistungsgerechten Auto- genbrenner. Beim Beginn des Aufsprühens von Metall- pulver muß die Werkstückoberfläche sozusagen gerade „angeschwitzt" werden, so daß das aufgesprühte Metall- pulver sofort anlegiert ist. Ist dieser kritische Arbeits- beginn einwandfrei erfolgt, so kann wie üblich weiter- gearbeitet werden. Die Resultate sind dann einwandfrei, wie Bild 5 zeigt. Soll die Umgebung der Auftragsstelle vor überschüssigem Metallpulver geschützt werden, so empfiehlt sich ein Abdecken mit Asbeststücken. Für die Bilder 1 und 2 sei der Firma Incra, Genf, bestens gedankt. 4. Literatur [1] GIEGERICH, W. und TRIER, W. : Glasmaschinen. Aufbau und Betrieb der Maschinen zur Formgebung des heißen Glases. Berlin, Göttingen, Heidelberg : Springer 1964. [Ref. Glastechn. Ber. 37 (1964) S. 225.] [2] ESCHNAUER, H. R., KNOTEK, 0. und STEINE, T. : Grenz-flächenvorgänge zwischen NiCrBSi-Legierungen und Glas. Glastechn. Ber. 43 (1970) S. 53 — 56. [3] KNOTEK, 0. und STEINE, T.: Les réactions dans les couches de poudres métalliques projetées. 6e Conférence Internationale de Métallisation, Paris 1970. [4] ESCHNAUER, H. R. und STEINE, T. : Das Auftragen von Metallpulvern auf Formen und Pegel. Glastechn. Ber. 44 (1971) Nr. 2, S. 66 — 70. [5] ESCHNAUER, H. R. und STEINE, H. T. : Die Verwendung pulverförmiger Hartlegierungen für Formen und Pegel in der Glasindustrie. Glas-Email-Keramo-Techn. 22 (1971) Nr. 8, S. 283 — 286. 72-1194 

Pulverauftragsschweißen von Glasformwerkzeugen aus Bronzelegierungen

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