AT404737B - Verfahren und vorrichtung zum metallischen beschichten eines trägermaterials durch plasmaspritzen - Google Patents

Description

AT 404 737 B

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum metallischen Beschichten eines Trägermaterials durch Plasmaspritzen, nach dem das Spritzmaterial mittels eines aus einer Plasmadüse austretenden Plasmastrahls aufgeschmolzen und auf die Trägermaterialoberfläche aufgetragen wird, sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Metallspritzen ist eine Dickschichtauftragungsform zum Oberflächenbeschichten von Trägermaterialien mit verschiedenen Metallen und Metallegierungen, wobei grundsätzlich das Flammspritzen, das Flamm-schockspritzen, das Lichtbogenspritzen, das Laserspritzen und das Plasmaspritzen bekannt sind. Bei allen Spritzverfahren wird das Spritzmaterial einem Aufschmelzprozeß unterworfen und auf die zu beschichtende Oberfläche gesprüht, welches Spritzmaterial meist in Pulverform, aber beim Flamm- und Lichtbogenspritzen auch in Drahtform zugebracht wird. Das wegen seiner verhältnismäßig niedrigen Investitionskosten und den geringen sicherheitstechnischen Auflagen für eine industrielle Anwendung prädestinierte Plasmaspritzen erfordert allerdings bisher pulverförmiges Spritzmaterial, das zu einem hohen Prozentsatz zerstäubt und nur zu etwa 60 % zur Bildung einer ausreichend guten und haftenden Beschichtung der Trägenmaterialoberflä-che nutzbar ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs geschilderten Art anzugeben das ein rationelles und qualitativ einwandfreies Plasmaspritzen erlaubt und sich damit auch zum Einsatz in der Bauindustrie zur Baumaterialbeschichtung eignet. Darüber hinaus soll eine Vorrichtung zur zweckmäßigen Durchführung dieses Verfahrens geschaffen werden.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß das Spritzmaterial dem Plasmastrahl außerhalb der Plasmadüse in Form eines Drahtes mit einstellbarer Zufuhrgeschwindigkeit radial zugeführt wird. Beim Plasmaspritzen wird das elektrisch überhitzte Gas, das Plasma, durch die Plasmadüse konzentriert und der entstehende Plasmastrahl dient gleichzeitig als Energieträger zum Aufschmelzen des Spritzmaterials und als Sprühmedium zum Aufträgen des aufgeschmolzenen Materials auf die Trägermaterialoberfläche. Im Gegensatz zur bisherigen Auffassung der Fachwelt, daß die vorhandene Energiedichte des Plasmastrahls nur dann in der Lage ist, das Spritzmaterial aufzuschmelzen und aufzusprühen, wenn es bereits in Pulverform vorliegt, kommt es, wie ausgiebige Versuche bewiesen haben, beim Zuführen des Spritzmaterials in Drahtform zu überraschend guten Ergebnissen hinsichtlich Beschichtungsqualität, Materialnutzung und Wirkungsgrad, wobei annähernd 100 % des Spritzmaterials mit ausgezeichneter Haftung als Beschichtung auf die Trägermaterialoberfläche übertragen werden können. Es muß lediglich dafür gesorgt sein, daß der sich außerhalb der Düse befindende Draht genau positioniert, nämlich in minimalem Abstand zur die Anode bildenden Düse, aber ohne diese zu berühren, radial mit exaktem Vorschub zugeführt wird und daß das Plasma in einer zum Aufschmelzen des Drahtes ausreichenden Konzentration abstrahlt. Dieses Plasmaspritzen kann auf rationelle Weise zum Metallbeschichten auch von Baustoffen verwendet werden.

Nach einer besonders vorteilhalten Ausgestaltung der Erfindung werden dem Plasmastrahl wenigstens zwei Drähte gleichzeitig zugeführt, wobei diese Drähte mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten zugebracht werden und auch aus unterschiedlichen Materialien bestehen können. Damit eröffnen sich vielversprechende Möglichkeiten, beim Spritzen bestimmte Legierungen in verschiedenen Mischungsverhältnissen herzustellen und so auch gezielt bestimmte Schichten mit speziell angepaßten chemischen, physikalischen und optischen Eigenschaften aufzubringen.

Vorteilhalt ist es weiters, wenn der Plasmastrahl in einer divergenten Strahlform abgestrahlt wird, da sich so der Sprühwinkel beim Spritzen erhöht und die Sprühfläche am Trägermaterial vergrößert wird, was wiederum eine Erhöhung der Vorlaufgeschwindigkeit des Trägermaterials mit sich bringt. Durch die divergente Strahlform verliert zwar das Plasma beim Düsenaustritt an Energiedichte, doch läßt sich dieser Energieverlust durch eine Erhöhung der Energiedichte in der Plasmadüse ausgleichen, wozu eine entsprechende Verkleinerung des Düsendurchmessers gegenüber dem Durchmesser üblicher zylindrischer Düsen dienen kann Damit lassen sich nun auch serienmäßig Baumaterialien, insbesondere Bauplatten u. dgl. mit einer Metallbeschichtung versehen, welche Baumaterialien sich zum Einsatz als Beläge und Verkleidungen bestens eignen.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens genügt es, bei einer bekannten Vorrichtung mit einem eine Plasmadüse und eine Spritzmaterialzufuhr aufweisenden Plasmakopf der Plasmadüse als Spritzmaterialzufuhr wenigstens einen Drahtförderer mit einstellbarer Fördergeschwindigkeit und zur Düsenachse radialer Förderrichtung zuzuordnen, wobei die Drahtförderer mit einem motorischen Antrieb eine gleichmäßige Drahtzufuhr gewährleisten.

Bildet die Plasmadüse einen an einen zylindrischen Düsenteil anschließenden, konisch sich erweiternden Mündungsteil, wird der Plasmastrahl entsprechend dem Mündungsteil in einer divergenten Strahlform abgestrahlt und bringt einen vergrößerten Sprühbereich mit sich. Dabei kann der Mündungsteil eine kegelige Wandung mit einem Kegelwinkel von höchstens 22* oder eine konvex gekrümmte Wandung aufweisen, was eine Strahlendivergenz ergibt, ohne eine Beeinträchtigung der Haftungseigenschalten der 2

Claims (7)

1. AT 404 737 B Beschichtung befürchten zu müssen. Die gekrümmte Wandung führt außerdem zu einer Qualitätsverbesse-tung der Spritzschicht, da sie Turbulenzen im Abstrahlbereich verhindert. In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand rein schematisch veranschaulicht, und zwar zeigen Fig. 1 einen Plasmakopf einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in teilgeschnittener Seitenan sicht und die Fig. 2 und 3 zwei Ausführungsbeispiele der Plasmadüse dieses Plasmakopfes im Axialschnitt größeren Maßstabes. Eine nicht weiter dargestellte Vorrichtung zum Plasmaspritzen umfaßt einen Plasmakopf 1 mit einem Gasanschluß 2 zur Gaszufuhr und Vor- und Rücklaufanschlüsse 3, 4 für einen Kühlkreislauf 5, einer Kathode 6 und einer gleichzeitig die Anode bildenden Plasmadüse 7. Außerhalb der Plasmadüse 7 ist wenigstens ein Drahtförderer 8 vorgesehen, der Spritzmaterial in Form eines Drahtes 9 mit einstellbarer Fördergeschwindigkeit und zur Düsenachse A radialer Förderrichtung dem aus der Plasmadüse 7 austretenden Plasmastrahl S zuführt. Beim Plasmaspritzen wird das durch den Gasanschluß 2 dem Plasmakopf 1 zugelieferte Gas, beispielsweise Argon, mittels elektrischer Energie zwischen Kathode 6 und Anode 7 bis zur Plasmabildung erhitzt und strömt mit entsprechender Gaschwindigkeit durch die Plasmadüse 7 als Plasmastrahl aus. Das Spritzmaterial wird an der genau positionierten Drahtspritze 10 des gleichmäßig zugeförderten Drahtes 9 aufgeschmolzen und mit dem Plasmastrahl auf ein Trägermaterial M aufgebracht, wo es an der Oberfläche eine metallische Beschichtung B ergibt. Um einen für ein wirtschaftliches Metallspritzen ausreichend großen Sprühbereich zu erzeugen, besitzt die Plasmadüse 7 einen an einen zylindrischen Düsenteil 11 anschließenden konisch sich erweiternden Mündungsteil 12. Dieser Mündungsteil 12 weist entweder eine kegelige Wandung 13 mit einem Kegelwinkel a von höchstens 22 · auf (Fig. 2), wobei der zylindrische Düsenteil 11 einen Durchmesser von 2 bis 5 mm besitzt, oder ist, um Turbulenzen des Plasmastrahls S im Abstrahlbereich zu vermeiden, mit einer konvex gekrümmten Wandung 14 ausgebildet (Fig. 3). Patentansprüche 1. Verfahren zum metallischen Beschichten eines Trägermaterials durch Plasmaspritzen, nach dem das Spritzmaterial mittels eines aus einer Plasmadüse austretenden Plasmastrahls aufgeschmolzen und auf die Trägenaaterialoberfiäche aufgetragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Spritzmaterial dem Plasmastrahl außerhalb der Plasmadüse in Form eines Drahtes mit einstellbarer Zufuhrgeschwindigkeit radial zugeführt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß dem Plasmastrahl wenigstens zwei Drähte gleichzeitig zugeführt werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß der Plasmastrahl in einer divergenten Strahlform abgestrahlt wird.
4. 4. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einem eine Plasmadüse und eine Spritzmaterialzufuhr aufweisenden Plasmakopf, dadurch gekennzeichnet, daß der Plasmadüse (7) als Spritzmaterialzufuhr wenigstens ein Drahtförderer (8) mit einstellbarer Fördergeschwindigkeit und zur Düsenachse (A) radialer Förderrichtung zugeordnet ist.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß die Plasmadüse (7) einen an einen zylindrischen Düsenteil (11) anschließenden, konisch sich erweiternden Mündungsteil (12) bildet.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Mündungsteil (12) eine kegelige Wandung (13) mit einem Kegelwinkel (a) von höchstens 22* aufweist.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Mündungsteil (12) eine konvex gekrümmte Wandung (14) aufweist. Hiezu 3 Blatt Zeichnungen 3