DE10023303A1

DE10023303A1 - Verfahren zum Aufbringen einer Schicht aus Edelmetall und/oder einer Edelmetallegierung sowie deren Verwendung

Info

Publication number: DE10023303A1
Application number: DE10023303A
Authority: DE
Inventors: Erich Lugscheider; Ino J Rass; Ulrich Ernst Morkramer; Georg Phlipsen
Original assignee: EUROMAT GES fur WERKSTOFFTECH
Current assignee: EUROMAT GES fur WERKSTOFFTECH
Priority date: 2000-05-15
Filing date: 2000-05-15
Publication date: 2002-04-18
Also published as: AU2001262280A1; EP1287177A1; WO2001088218A1

Abstract

Bei einem Verfahren zum Aufbringen einer Schicht aus Edelmetall und/oder einer Edelmetallegierung auf ein Substrat durch Plasmaspritzen wird eine Platin- und/oder eine Platinlegierungsschicht hoher Dichte durch einen drahtförmigen Spritzwerkstoff oder in Form eines Pulvers mittels eines Plasmabrenner mit interner Spritzwerkstoff-Zuführung durch eine Anode aufgespritzt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen einer Schicht aus Edelmetall und/oder einer Edelmetallegierung auf ein Substrat durch Plasmaspritzen. Zudem erfasst die Erfindung Verwendungen einer nach diesem Verfahren herge stellten Schicht.

Das Aufbringen von Edelmetallegierungen durch Plasmasprit zen ist bekannt, wird aber nur bedingt durchgeführt, da die Qualität in Hinsicht auf die Dichte der Schicht in den mei sten Fällen zu wünschen übrig lässt.

Beispielsweise wird in der EP 0 559 330 B1 ein Verfahren beschrieben, bei dem große Aufmerksamkeit auf die Vorbe reitung durch Strahlen gelegt werden muss. Nach US-A-4 159 353 wird ebenfalls die Vorbereitung des Substrats für sehr wichtig gehalten. Alle weiteren Arbeiten auf diesem Gebiet umfassen Beschichtungen, die nach galvanischen Verfahren, nach CVD- oder PVC-Verfahren durchgeführt werden.

In Kenntnis dieses Standes der Technik hat sich der Erfin der das Ziel gesetzt, das Auftragen von Schichten aus Edel metall bzw. Edelmetallegierungen zu verbessern und solche Schichten mit hoher Dichte und geringer Rauheit auf Substraten - oder auf Kleinteilen - zu erzeugen.

Zur Lösung dieser Aufgabe führt die Lehre des unabhängigen Anspruches; die Unteransprüche geben günstige Weiterbildun gen an. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kom binationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale.

Erfindungsgemäß werden Beschichtungen mit Platin oder sei nen Legierungen mit Erfolg durch Plasmaspritzen aufgetra gen, wenn der Spritzwerkstoff über eine interne Spritzwerk stoff-Zuführung durch die Anode aufgespritzt wird. Als Spritzwerkstoff kann man bei dieser axialen Spritzwerk stoffzuführung - je nach der verwendeten Zufuhreinrichtug - draht- oder pulverförmige Werkstoffe verwenden. Die Schichtdicke der aufgespritzten Schicht soll zwischen 30 bis 1000 µm - vorzugsweise 50 bis 600 µm - liegen.

Vorteilhafterweise erfolgt der Spritzvorgang mit einem aus dem Schmelzfluss bzw. durch Verdüsen der Schmelze herge stellten pulverförmigen Spritzwerkstoff, gegebenenfalls mit einem aus dem Schmelzfluss durch Gasverdüsung der Schmelze hergestellten pulverförmigen Spritzwerkstoff.

Auch kann ein pulverförmiger Spritzwerkstoff eingesetzt werden, der mittels eines mechanischen Verfahrens - insbe sondere mit einer thermischen Nachbehandlung - hergestellt worden ist oder durch ein Agglomerationsverfahren, gegebe nenfalls ebenso mit einer thermischen Nachbehandlung.

Als günstig hat sich eine Kornverteilung für den pulverför migen Spritzwerkstoff zwischen < 150 und 5 µm - vorzugs weise zwischen < 90 und 10 µm - erwiesen; die günstige Korngröße des mechanisch hergestellten pulverförmigen Spritzwerkstoffes liegt bei 30 bis 90 ± 10 µm, vorzugsweise bei 40 bis 60 ± 5 µm.

Erfindungsgemäß wird im Falle des Einsatzes eines Drahtes ein Drahtdurchmesser zwischen 0,2 bis 4,5 mm, insbesondere zwischen 0,5 bis 2,5 mm, bevorzugt.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird die Be schichtung mit Platin eines Reinheitsgrads von < 99,99 durchgeführt.

Als Spritzwerkstoff wird Platin oder eine Platinlegierung mit Zusätzen von 1 bis 50 Gew.-% eines oder mehrerer Pla tinmetall wie Palladium, Rhodium, Iridium, Rhutenium, Rhe nium zugesetzt. Um bestimmte mechanische oder elektrische Eigenschaften zu erwirken, können zudem auch Zusätze von 1 bis 20 Gew.-% Nickel, Kobalt oder Gold beigegeben werden.

Im Falle einer Platin-Rhodium-Legierung werden 2 bis 20 Gew.-% Rh - vorzugsweise 5 bis 15 Gew.-% Rh - bevorzugt, bei einer Platin-Palladium-Legierung jedoch 0,5 bis 50 Gew.-% Pd, insbesondere 1 bis 30 Gew.-% Pd. Eine Platin- Iridium-Legierung soll mit 0,1 bis 20 Gew.-% Ir - vor allem vorzugsweise 1 bis 15 Gew.-% Ir - versehen sein, eine Platin-Rhenium-Legierung mit 0,1 bis 20 Gew.-% Re, vorzugsweise 1 bis 15 Gew.-% Re, und eine Platin-Rhutenium- Legierung mit 0,1 bis 20 Gew.-% Ru, vorzugsweise 1 bis 15 Gew.-% Ru.

Im Rahmen der Erfindung liegt zudem die Verwendung der mit dem beschriebenen Verfahren hergestellten Schicht aus Edel metall und/oder einer Edelmetallegierung hoher Dichte in der chemischen Industrie, in der elektrotechnischen bzw. in der elektronischen Industrie, in der Flugzeugindustrie oder der Automobilindustrie sowie zum Beschichten von Turbinen schaufeln.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; deren beide Figuren geben skizzenhaft den schematischen Aufbau eines Plasmabrenners mit axialer Spritzwerkstoffzuführung wieder.

Ein Plasmabrenner 10 weist gemäß Fig. 1 einen in seine Längsachse A fallenden Zufuhrkanal 12 für pulverförmigen Spritzwerkstoff auf, der in einer Anode 14 verläuft. Dieser Zufuhrkanal 12 ist mittels einer Pulverleitung 16 an eine Pulverzuführeinheit 18 angeschlossen. Mit 20 ist eine Ka thode des Plasmabrenners 10 bezeichnet.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist dem Zufuhrkanal 12 axial eine Drahtzufuhreinheit 22 zugeordnet, von der aus zu ihm ein Draht 24 hingeführt wird.

Beispiel 1

Die Zuführrinne einer Hohlglasformmaschine sollte zur Ver besserung der Standzeiten mit einer Platin-Rhodium-Schicht einer Schichtdicke von etwa 100 µm versehen werden. Der in einem Korngrößenbereich von -50 bis +20 µm liegende pulver förmige Spritzwerkstoff bestand aus:
Rh 8,5 Gew.-%,
Pt Rest.

Zum Auftragen wurde eine axiale Pulverzuführung eingesetzt. Die Leistung des Plasmabrenners lag bei 60 KW, die Auf tragsrate bei 200 g/min.

Nach ihrer Fertigstellung wurde die neu beschichtete Zu führrinne in die Maschine eingesetzt. Bei einer Kontrolle nach einer Laufzeit von 1000 Stunden konnte keine Beschädi gung festgestellt werden.

Beispiels 2

Ein Keramiktiegel für das Aufschmelzen von Salzen war nach einer relativ kurzen Standzeit von einer Woche sehr ange griffen und musste ausgetauscht werden. Um die Standzeit zu verbessern, wurde der Tiegel innen mit einer Platinschicht beschichtet. Als Spritzwerkstoff wurde Reinplatindraht mit einem Durchmesser von 2,00 mm und einem Reinheitsgrad < 99,99 verwendet. Die Schichtdicke sollte 500 µm betragen.

Der Plasmabrenner war mit einer axialen Drahtzuführung versehen. Die Leistung des Brenners lag bei 80 KW und die Auftragsleistung bei 300 g/min.

Bei der Verwendung des Tiegels wurde festgestellt, dass sich die Standzeit um mindestens das Sechsfache erhöht hatte.

Beispiel 3

Auf eine als Kontaktschiene einzusetzende Kupferschiene sollte eine Leiterbahn aus einer Edelmetallegierung aufgespritzt werden. Als pulverförmiger Spritzwerkstoff wurde eine Legierung verwendet aus
Au 35 Gew.-%
Pt Rest,
wobei die Korngröße zwischen -75 bis +22 µm lag.

Die Leistung der Plasmaanlage war auf 70 KW, die Auftrags leistung auf 250 g/min eingestellt.

Nach dem Aufspritzen der Schicht wurde die Kontaktschiene durch eine leichte Kaltumformung geglättet und danach in die Schaltanlage eingebaut.

Nach einem Testversuch zeigte die so hergestellte Kontakt schiene eine sehr gute Stabilität und sehr wenig Abnützung durch die Schaltfunken.

Beispiel 4

Im Triebwerkbau sollten Turbinenschaufeln mit einer hoch korrosionsbeständigen Schicht gegen die auftretende Heiß gaskorrosion versehen werden. Als Spritzwerkstoff wurde Reinplatindraht mit einem Durchmesser von 2,00 mm und einem Reinheitsgrad < 99,99 verwendet. Die Schichtdicke sollte 300 µm betragen.

Der Plasmabrenner war mit einer axialen Drahtzuführung ver sehen. Die Leistung des Brenners lag bei 80 KW, die Auf tragsleistung bei 300 g/min.

Die so aufgebrachte Beschichtung wurde dann auf dem Prüf stand über eine Testzeit von 48 h getestet und anschließend auf Anfänge eines Korrosionsangriffes untersucht. Die Er gebnisse waren als sehr gut zu bezeichnen.

Claims

1. Verfahren zum Aufbringen einer Schicht aus Edelmetall und/oder einer Edelmetallegierung auf ein Substrat durch Plasmaspritzen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Platin- und/oder eine Platinlegierungs schicht hoher Dichte durch einen drahtförmigen Spritzwerkstoff mittels eines Plasmabrenners mit in terner Spritzwerkstoff-Zuführung durch die Anode auf gespritzt wird.

2. Verfahren zum Aufbringen einer Schicht aus Edelmetall und/oder einer Edelmetallegierung auf ein Substrag durch Plasmaspritzen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Platin- und/oder eine Platinlegierungsschicht hoher Dichte in Form eines Pulvers durch einen Plas mabrenner mit interner Spritzwerkstoff-Zuführung durch eine Anode aufgespritzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen aus dem Schmelzfluss bzw. durch Verdüsen der Schmelze hergestellten pulverförmigen Spritzwerkstoff.

4. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen aus dem Schmelzfluss durch Gasverdüsung der Schmelze hergestellten pulverförmigen Spritzwerkstoff.

5. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen mittels eines mechanischen Verfahrens, insbesondere mit einer thermischen Nachbehandlung, hergestellten pulverförmigen Spritzwerkstoff.

6. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen mittels eines Agglomerationsverfahrens, insbesondere mit einer thermischen Nachbehandlung, hergestellten pulverförmigen Spritzwerkstoff.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, gekenn zeichnet durch eine Kornverteilung für den pulverför migen Spritzwerkstoff zwischen < 150 und 5 µm, vor zugsweise zwischen < 90 und 10 µm.

8. Verfahren nach Anspruch 5 oder 7, gekennzeichnet durch eine Korngröße des mechanisch hergestellten pulverförmigen Spritzwerkstoffes von 30 bis 90 ± 10 µm, vorzugsweise von 40 bis 60 ± 5 µm.

9. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Drahtdurchmesser zwischen 0,2 bis 4,5 mm, vorzugs weise zwischen 0,5 bis 2,5 mm.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mit Platin eines Reinheitsgrads von < 99,99 beschichtet wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung mit einer Pla tinlegierung durchgeführt wird, die einen Zusatz von 0,1 bis 20 Gew.-% wenigstens eines Metalls aus der Kobalt, Nickel oder Gold enthaltenden Gruppe auf weist.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung mit einer Pla tinlegierung durchgeführt wird, die einen Zusatz von 1 bis 50 Gew.-% zumindest eines der Platinmetalle Rhodium, Iridium, Palladium, Rhutenium, Rhenium ent hält.

13. Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine Platin-Rhodium-Legierung mit 2 bis 20 Gew.-% Rh, vor zugsweise 5 bis 15 Gew.-% Rh.

14. Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine Platin-Palladium-Legierung mit 0,5 bis 50 Gew.-% Pd, vorzugsweise 1 bis 30 Gew.-% Pd.

15. Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine Platin-Iridium Legierung mit 0,1 bis 20 Gew.-% Ir, vorzugsweise 1 bis 15 Gew.-% Ir.

16. Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine Platin-Rhenium-Legierung mit 0,1 bis 20 Gew.-% Re, vorzugsweise 1 bis 15 Gew.-% Re.

17. Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine Platin-Rhutenium-Legierung mit 0,1 bis 20 Gew.-% Ru, vorzugsweise 1 bis 15 Gew.-% Ru.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, gekenn zeichnet durch eine Schichtdicke zwischen 30 und 1000 µm, vorzugsweise zwischen 50 und 600 µm.

19. Verwendung einer mit dem Verfahren nach einem der An sprüche 1 bis 18 hergestellten Schicht aus Edelmetall und/oder einer Edelmetallegierung hoher Dichte in der chemischen Industrie.

20. Verwendung einer mit dem Verfahren nach einem der An sprüche 1 bis 18 hergestellten Schicht aus Edelmetall und/oder einer Edelmetallegierung hoher Dichte in der elektrotechnischen bzw. in der elektronischen Industrie.

21. Verwendung einer mit dem Verfahren nach einem der An sprüche 1 bis 18 hergestellten Schicht aus Edelmetall und/oder einer Edelmetallegierung hoher Dichte in der Flugzeugindustrie oder der Automobilindustrie.

22. Verwendung einer mit dem Verfahren nach einem der An sprüche 1 bis 18 hergestellten Schicht aus Edelmetall und/oder einer Edelmetallegierung hoher Dichte zum Beschichten von Turbinenschaufeln.

23. Verfahren zum Aufbringen einer Schicht aus Edelmetall und/oder Edelmetallegierungen mit hoher Dichte auf ein Substrat durch Plasmaspritzen nach einem der An sprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zum Herstellen eines Hohl- oder Formkörpers eine Platin- oder Platinlegierungsschicht auf einen löslichen Kör per aufgespritzt wird und dieser nach dem Aufspritzen gelöst wird.