[发明专利]制备含氮化铬的喷涂粉末的方法

说明书

本发明涉及制备含氮化铬的烧结的喷涂粉末的方法，其包括以下步骤：a)制备粉末混合物(A)，其包含i)粉末(B)，其包含一种或者多种选自Cr、CrN和Cr₂N的成分，和ii)粉末(C)，其包含一种或者多种选自镍、钴、镍合金、钴合金和铁合金的成分，b)在含有氮气的气体气氛中固相烧结粉末混合物(A)，并且形成或者富集或者稳定CrN。

本发明涉及制备含氮化铬的烧结的喷涂粉末的方法。这种烧结的喷涂粉末可以通过热喷涂用于涂敷磨损部件、结构部件或者工具。特别地，借助本发明方法制备的喷涂粉末可以用于受强烈应力的摩擦副中的磨损部件、结构部件和工具的表面涂敷，当该摩擦副倾向于摩擦焊接或者微型焊接(Mikroverschweiβung)时，例如在内燃发动机、活塞式压气机或者活塞式发动机或者活塞杆中。

磨损对于使用寿命通常是决定性的。因此，摩擦学系统内的优化对于使用者而言起直接提高使用寿命和因此降低成本的作用。相应的部件配备有涂层，以改善摩擦学性能和磨损性能。类似于实心(Massiv)材料，涂层的特征在于多种和可凭经验确定的性能。其中例如包括硬度、耐磨性和各种介质中的腐蚀性能。然而在多种应用情况中，面对第二摩擦配合件的涂层的摩擦性能是特别重要的。这例如是在钢或者铸铁的导套中运动的经涂敷的活塞杆。例如在经涂敷的活塞环在例如灰口铸铁或者AlSi合金的套筒中运动的内燃发动机中，摩擦副“涂层/摩擦配合件”的性能是极重要的。特别在此类应用中，CrN被证明是特别合适的。因此，由CrN构成或者含有其的涂层很大程度地经由PVD(物理气相沉积)施涂到内燃发动机、活塞式压缩机和类似的活塞式发动机的活塞环上，而且也施涂到挤出机螺杆和类似部件上。这种层在最小磨损的同时允许高的运行功率，并且在此期间广泛地安置于机动车领域中。然而缺点是对于设备技术的高的资本需求，这仅对于大的件数和小尺寸的部件是经济的。对于较大尺寸的部件或者较厚的层而言，迄今还不能够借助PVD经济地施涂CrN。此外，在PVD层中随着增大的层厚度产生应力，其原因在于基材和层材料的不同的热膨胀系数。这样的应力导致裂纹形成直至层脱落。其结果是对于多种应用，在受强烈应力的摩擦副中由于过小的层厚度不是足够耐磨损(Verschleiβreserven)的。借助PVD制备的涂层具有低于10μm的低的粗糙度，这对于摩擦副是非常有利的。作为对于PVD的替代品，热喷涂是合适的。热喷涂粉末用于在基材上制备涂层。在此，将粉状颗粒引入到指向应涂敷的(通常金属的)基材的燃烧火焰或者等离子体火焰中。在此，该颗粒在火焰中完全或者部分地熔化，撞击到基材上，在那里凝固，并且以凝固的“薄片冷激金属(Splats)”的形式形成涂层。通过热喷涂制备的涂层可以具有最大若干100μm的层厚度，并且通常由一种或者多种通常陶瓷和/或金属的组分构成。在此，该金属组分能够通过塑性流动减少热诱导的层固有应力，而陶瓷硬质相调节该层的必需的磨损性能。此外，经热喷涂的层通常具有多孔性，这对于减少应力是有利的。

在大规模工业上，用基于碳化钼或者碳化铬的热喷涂粉末与金属和合金，例如镍、钼、镍铬的组合来热涂敷(“热喷涂”)具有摩擦学调节的摩擦副，尤其活塞环和活塞杆的磨损表面。以此可以制备最大若干100μm厚度的层。这种层和所使用的喷涂粉末各自由至少一种金属组分(例如NiCrBSi合金、钼)和调整活塞环的磨损的硬质载体(例如碳化铬和/或碳化钼)构成。

然而该硬质载体的固有硬度不允许过高，因为否则切削圆柱体表面(Laufbahn)。因此不使用具有高的固有硬度的硬质材料，例如碳化钛或者碳化钨。通常使用具有固有硬度小于2000HV的碳化物，例如Cr-碳化物或者Mo-碳化物作为硬质载体。后者具有1900HV的固有硬度(Mo₂C)。优选地，硬质载体的颗粒尺寸是尽可能小的，由此其抛光和不切削圆柱体表面。这还可能是指额外存在的氧化物，例如氧化铬或者氧化铝。

可以以多种方式制备具有硬质载体的热喷涂粉末。