PL206423B1 - Sposób powlekania powierzchni elementu konstrukcyjnego toru - Google Patents

Abstract

Wynalazek dotyczy sposobu powlekania powierzchni elementu konstrukcyjnego toru warstwą zawierającą aluminium za pomocą elektrometalizacji. W celu ukształtowania warstwy, charakteryzującej się wysoką odpornością na zużycie ścierające i erozyjne, w najprostszy sposób z punktu widzenia techniki wytwarzania, zaproponowano, że na powierzchnię nanosi się aluminium i krzem w stosunku 3:2 ≤ Al:Si ≤ 4:1 za pomocą elektrometalizacji.

Description

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL

RZECZPOSPOLITA

POLSKA

Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia: 373131 (22) Data zgłoszenia: 26.06.2003 (86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego:

26.06.2003, PCT/EP03/006782 (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego:

08.01.2004, WO04/003296 (11) 206423 (13) B1 (51) Int.Cl.

C23C 4/06 (2006.01) C23C 4/12 (2006.01) E01B 7/02 (2006.01) (54) Sposób powlekania powierzchni elementu konstrukcyjnego toru (30) Pierwszeństwo:

27.06.2002, DE, 10228907.7 12.02.2003, DE, 10313957.5 (43) Zgłoszenie ogłoszono:

22.08.2005 BUP 17/05 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono:

31.08.2010 WUP 08/10 (73) Uprawniony z patentu:

BWG GmbH & Co.KG, Butzbach, DE VAE GmbH, Wiedeń, AT (72) Twórca(y) wynalazku:

WALTER KUNITZ, Wildau, DE JOACHIM HEILSCHER, Wusterwitz, DE STEFAN SCHMEDDERS, Butzbach, DE (74) Pełnomocnik:

rzecz. pat. Nowakowski Janusz PATPOL spółka z ograniczoną odpowiedzialnością

PL 206 423 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób powlekania powierzchni elementu konstrukcyjnego toru warstwą zawierającą aluminium za pomocą elektrometalizacji. Wynalazek odnosi się również do elementu konstrukcyjnego toru, przykładowo do elementu konstrukcyjnego zwrotnicy, z warstwą zawierającą aluminium, nanoszoną za pomocą elektrometalizacji.

Z opisu DE 38 05 963 A1 znana jest płyta ślizgowa podiglicowa, w przypadku której za pomocą natryskiwania metalem stapianym w strumieniu plazmy lub metalizacji natryskowej nanosi się środek antyadhezyjny, który zawiera molibden albo stopy trójskładnikowe lub czteroskładnikowe na bazie Co lub Ni, ewentualnie z dodatkami, przykładowo Mo, Cr i/lub Si.

Z opisu DE 38 41 044 C2 znana jest szyna profilowa dla kolei jednotorowej, o poziomej w przekroju poprzecznym powierzchni tocznej szyny, na którą za pomocą metalizacji natryskowej lub elektrometalizacji nanosi się powłokę metalową. Przy tym powłoka metalowa składa się z warstwy przyczepnej i warstwy ścieralnej, która zawiera 10% - 25% chromu. Warstwa przyczepna składa się korzystnie z 60% - 90% niklu i 10% - 40% aluminium. Grubość powł oki metalowej moż e wynosić 0,3 mm - 5 mm.

Niedogodnością odpowiedniej powłoki metalowej, naniesionej metodą elektrometalizacji, jest to, że powłoka ta jest dwuwarstwowa, przy czym w porównaniu do warstw z molibdenu, które są nanoszone za pomocą metalizacji natryskowej jako warstwa pojedyncza, zużycie ślizgowe i erozyjne nie zwiększyło się w sposób istotny.

Zadaniem niniejszego wynalazku jest opracowanie sposobu powlekania powierzchni elementu konstrukcyjnego toru oraz elementu jako takiego, tego rodzaju, że w prosty sposób, z punktu widzenia techniki wytwarzania, może być utworzona warstwa, która charakteryzuje się wysoką odpornością na zużycie ścierane i erozyjne, a zwłaszcza wykazuje wysoką odporność antykorozyjną wobec elektrolitów atmosferycznych, przykładowo wobec słonej wody lub środków przeciwoblodzeniowych. Ponadto powinna być zapewniona wysoka przyczepność.

Zadanie to rozwiązano według wynalazku za pomocą wyżej scharakteryzowanego sposobu dzięki temu, że na powierzchnię nanosi się aluminium i krzem w stosunku 3:2 < Al: < Si 4:1 za pomocą elektrometalizacji. Zwłaszcza nanosi się aluminium i krzem w stosunku 3:1.

Grubość warstwy składającej się z aluminium i krzemu lub je zawierającej, powinna wynosić 0,2 mm - 2 mm, zwłaszcza 0,8 mm - 1,5 mm. Dobrą przyczepność uzyskuje się wówczas, gdy nanoszona jest warstwa z wysokowytrzymałej stali, przykładowo stali St 52.

Według wynalazku, zwłaszcza na elementy zwrotnicy, przykładowo płyty ślizgowe podiglicowe lub zamknięcia nastawcze zwrotnicy, jakie są znane przykładowo z opisu EP 0 739 804, za pomocą elektrometalizacji nanosi się aluminium i krzem, przy czym uzyskuje się żądaną wyższą odporność na zużycie ścierne i erozyjne, jak również wysoką odporność antykorozyjną już przy niewielkich grubościach warstwy. Tym samym uzyskuje się znaczne zalety, zwłaszcza w porównaniu do znanego dotychczas materiału powłokowego, jak molibden i brąz. Również wobec budowy wielowarstwowej według opisu DE 38 41 044 C2 uzyskuje się tę zaletę, że potrzebna jest tylko jedna warstwa, która może sprostać wszelkim wymaganiom, jeśli jej grubość wynosi 0,8 mm - 1,5 mm.

Uzyskuje się również zalety w odniesieniu do kosztów, w porównaniu do materiałów, zawierających przykładowo nikiel i aluminium, względnie molibden, które stosuje się według stanu techniki.

Element konstrukcyjny toru, przykładowo element zwrotnicy lub części zamknięcia nastawczego zwrotnicy, z warstwą zawierającą aluminium, naniesioną za pomocą elektrometalizacji, charakteryzuje się tym, że warstwa składa się z aluminium i krzemu w stosunku 3:2 < Al: Si < 4:1 lub je zawiera, przy czym zwłaszcza stosunek aluminium do krzemu wynosi 3:1.

Przy tym korzystnie jako elektrodę natryskową do elektrometalizacji stosuje się elektrodę otuloną z osłoną z aluminium i z ustalonym na niej, sproszkowanym krzemem. Ponadto roztopione aluminium i krzem nanosi się na powierzchnię pod ciśnieniem tłoczenia, wynoszącym 2-4 barów (0,2-04 MPa) powyżej ciśnienia atmosferycznego, w celu uzyskania żądanej przyczepności. Przy tym na powierzchnię nanosi się warstwę o grubości d wynoszącej 0,2 mm < d < 2 mm, korzystnie 0,8 mm < d < 1,5 mm. Elektrodę otuloną, jako elektrodę natryskową, przenosi się w kierunku łuku elektrycznego z prędkością podawania elektrody, wynoszącą 1 m/sek. < V < 15 m/sek., korzystnie 6 m/sek. < V < 8 m/sek., przy czym pomiędzy elektrodami natryskowymi nastawia się różnicę napięcia U wynoszącą 30 V < U < 50 V, korzystnie U ~ 40 V. W celu roztopienia aluminium i krzemu, pomiędzy elektrodami natryskowymi płynie prąd I o mocy 200 A < I < 600 A, korzystnie 250 A < I < 500 A.

PL 206 423 B1

Dalsze szczegóły, zalety i cechy wynalazku wynikają nie tylko z zastrzeżeń, wynikających z nich cech, samych w sobie i w kombinacji, lecz również z poniższego opisu korzystnego przykładu wykonania, uwidocznionego na rysunku, na którym w widoku zasadniczym przedstawione jest urządzenie do nanoszenia warstwy natryskowej na element toru w postaci płyty ślizgowej podiglicowej 10. Na płytę ślizgową podiglicową 10 nakierowane jest urządzenie 12, w którym poprzez urządzenia podające elektrody 14, 16, elektrody natryskowe 18, 20 prowadzone są względem płyty ślizgowej podiglicowej 10. Ponieważ między elektrodami natryskowymi 18, 20 panuje napięcie V wynoszące 30 V - 50 V, zwłaszcza około 40 V, to między elektrodami natryskowymi 18 i 20 powstaje łuk elektryczny 22, w celu stopnienia materiału łuku elektrycznego. Ma to miejsce wówczas, gdy między elektrodami natryskowymi 18, 20, które w obszarze ostrza 22, z powodu różnych potencjałów, spełniają funkcję anody i katody, wskutek panującej różnicy napięcia tworzy się łuk elektryczny. Przy tym płynie prąd I o natężeniu 200 A - 600 A, co powoduje, że powstaje temperatura wynosząca około 4000°C, powodująca żądane stopienie elektrod natryskowych. Jednocześnie między elektrodami natryskowymi 18, 20 do łuku elektrycznego 22 kanałem 24 doprowadza się gaz pod ciśnieniem, wynoszącym korzystnie 3-4 bary (0,3-04 MPa), dzięki czemu tworzy się strumień natryskowy 26, który osadza się w postaci warstwy 28 na płycie ślizgowej podiglicowej 10.

W celu ukształtowania warstwy 28 o żądanym zasięgu i równomierności, przesuwane są względem siebie urządzenie 12 w kierunku strzałki 30 i/lub płyta ślizgowa podiglicowa 10 w kierunku strzałki 32, z żądaną prędkością V_G wynoszącą 600 mm/sek < V_G < 1300 mm/sek.

W przypadku elektrod natryskowych 18, 20 chodzi o elektrody otulone z osłoną, składającą się z aluminium, która przyjmuje sproszkowany krzem. Przy tym stosunek aluminium i krzemu nastawia się w ten sposób, że natryskiwany strumień 26 składa się z aluminium i krzemu w stosunku 3:2 i 4:1, zwłaszcza 3:1.

Dzięki temu warstwa 28 charakteryzuje się wysoką odpornością na zużycie ścierane i erozyjne, jak również wykazuje wysoką odporność antykorozyjną wobec elektrolitów atmosferycznych, przykładowo wobec słonej wody lub środków przeciwoblodzeniowych.

Ponadto uzyskuje się wysoką przyczepność do powierzchni płyty ślizgowej podiglicowej. Elektrody otulone, względnie elektrody natryskowe 18, 20, przenosi się za pomocą urządzenia podającego 14, 15 w kierunku łuku elektrycznego 22 z prędkością zwłaszcza 30 mm/sek. < V < 100 mm/sek.

Claims (14)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób powlekania powierzchni elementu konstrukcyjnego toru warstwą zawierającą aluminium za pomocą elektrometalizacji, znamienny tym, że na powierzchnię nanosi się aluminium i krzem w stosunku 3:2 < Al: Si < 4:1 za pomocą elektrometalizacji.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że nanosi się aluminium i krzem w stosunku Al:Si = 3:1.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako elektrodę natryskową do elektrometalizacji stosuje się elektrodę otuloną z osłoną z aluminium i osadzonym na niej, sproszkowanym krzemem.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że roztopione aluminium i krzem nanosi się na powierzchnię pod ciśnieniem tłoczenia, wynoszącym 2-4 barów (0,2-0,4 MPa) powyżej ciśnienia atmosferycznego.
5. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że na powierzchnię nanosi się warstwę o grubości d wynoszącej 0,2 mm < d < 2 mm, korzystnie 0,8 mm < d < 1,5 mm.
6. 6. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że elektrody otulone, jako elektrody natryskowe, przenosi się w kierunku łuku elektrycznego z prędkością podawania elektrody, wynoszącą 1 m/sek. < V < 15 m/sek., korzystnie 6 m/sek. < V < 8 m/sek.
7. 7. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że pomiędzy elektrodami natryskowymi nastawia się różnicę napięcia U wynoszącą 30 V < U < 50 V, korzystnie U = 40 V.
8. 8. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że dla roztopienia elektrod natryskowych, pomiędzy nimi płynie prąd I o natężeniu 200 A < I < 600 A, korzystnie 250 A < I < 500 A.
9. 9. Element konstrukcyjny toru, taki jak elementy zwrotnicy, z warstwą zawierającą aluminium, naniesioną za pomocą elektrometalizacji, znamienny tym, że warstwa (28) składa się z aluminium i krzemu w stosunku 3:2 < Al: Si < 4:1 lub je zawiera.

   PL 206 423 B1
10. 10. Element według zastrz. 9, znamienny tym, że element konstrukcyjny toru (10) stanowi płyta ślizgowa podiglicowa albo zamknięcie nastawcze zwrotnicy.
11. 11. Element według zastrz. 9, znamienny tym, że warstwa, składająca się z aluminium i krzemu jest nanoszona na element konstrukcyjny toru (10) w stosunku 3:1.
12. 12. Element według zastrz. 9, znamienny tym, że warstwa posiada grubość d, wynoszącą 0,2 mm < d < 2 mm, korzystnie 0,8 m < d < 1,5 mm.
13. 13. Element według zastrz. 9, znamienny tym, że nanoszona jest warstwa (28) z wysokowytrzymałej stali St 52.
14. 14. Element według zastrz. 9, znamienny tym, że warstwa (28) jest warstwą pojedynczą.

    Rysunek