DE10029686A1

DE10029686A1 - Cutting edge with thermally sprayed coating and process for producing the coating

Info

Publication number: DE10029686A1
Application number: DE10029686A
Authority: DE
Inventors: Peter Heinrich; Werner Kroemmer
Original assignee: Linde Gas AG
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 2000-06-23
Filing date: 2000-06-23
Publication date: 2002-01-03
Also published as: EP1167564A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schneide mit einer thermisch gespritzten Beschichtung und ferner ein Verfahren zum Beschichten der Schneide mittels eines thermischen Spritzverfahrens. Erfindungsgemäß wird zur Erhöhung der Standzeiten und zur Reduzierung der Korrosionsanfälligkeit vorgeschlagen, dass die Schneide zumindest teilweise eine Beschichtung umfasst, die Druckspannungen aufweist. Die Beschichtung wird mittels eines thermischen Spritzverfahrens mit mittleren Spritzpartikelgeschwindigkeiten über 450 m/s aufgebracht. Die Beschichtung weist bevorzugt Druckspannungen bis 600 MPa auf. Als Spritzpartikel eignen sich beispielsweise Wolframcarbid-Kobalt-Materialien mit Chromanteilen (WCCoCr).The invention relates to a cutting edge with a thermally sprayed coating and also to a method for coating the cutting edge by means of a thermal spraying process. According to the invention, in order to increase the service life and reduce the susceptibility to corrosion, it is proposed that the cutting edge at least partially comprise a coating that has compressive stresses. The coating is applied using a thermal spray process with average spray particle speeds of over 450 m / s. The coating preferably has compressive stresses of up to 600 MPa. Tungsten carbide-cobalt materials with chromium components (WCCoCr) are suitable as spray particles.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schneide mit einer thermisch gespritzten Beschichtung.The invention relates to a cutting edge with a thermally sprayed coating.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Beschichten einer Schneide mittels eines thermischen Spritzverfahrens.The invention further relates to a method for coating a cutting edge a thermal spray process.

Es ist bekannt, Schneiden beispielsweise von Messern, die im Haushalt oder zu weiteren verschiedenartigen Zwecken - etwa in der Lebensmitteltechnik oder in anderen Bereichen - eingesetzt werden, insbesondere von Küchenmessern, zu beschichten. Dies dient in erster Linie dazu, die Standzeit der Schneiden zu erhöhen.It is known to cut knives, for example, in the household or at home other different purposes - for example in food technology or in other areas - are used, especially kitchen knives coat. This primarily serves to increase the service life of the cutting edges.

Neben der Standzeiterhöhung tritt ein weiterer Effekt auf: An der Schneide entsteht durch das Beschichten eine wellenförmige Kante mit der Folge, dass eine Schneiden mit der beschichteten Schneide zumindest teilweise auch ein Reißen umfasst. Klar und deutlich erkennbar ist dieser Effekt an den sogenannten Tomatenmessern.In addition to the increase in tool life, there is another effect: on the cutting edge by coating a wavy edge with the result that a cutting with the coated cutting edge at least partially includes tearing. Clear and This effect is clearly recognizable from the so-called tomato knives.

Thermische Spritzverfahren zeichnen sich im wesentlichen dadurch aus, dass sie in der Regel gleichmäßig aufgetragene Beschichtungen von hoher Qualität und Güte ermöglichen. Durch thermische Spritzverfahren aufgetragene Beschichtungen können durch Variation der Spritzmaterialien und/oder der Verfahrensparameter an unter schiedliche Anforderungen angepasst werden. Die Spritzmaterialien können dabei grundsätzlich in Form von Drähten, Stäben oder als Pulver verarbeitet werden. Es kann zusätzlich eine Nachbehandlung vorgesehen sein.Thermal spray processes are essentially characterized by the fact that they are in usually evenly applied coatings of high quality and quality enable. Coatings applied by thermal spraying can by varying the spray materials and / or the process parameters different requirements can be adjusted. The spray materials can always be processed in the form of wires, rods or powder. It post-treatment may also be provided.

Beim thermischen Spritzen als allgemeines Beschichtungsverfahren sind als Ver fahrensvarianten grundsätzlich das autogene Flammspritzen oder das Hochgeschwin digkeits-Flammspritzen, das Lichtbogenspritzen, das Plasmaspritzen, das Detonations spritzen und das Laserspritzen bekannt.In thermal spraying as a general coating process, Ver autogenous flame spraying or high speed flame spraying, arc spraying, plasma spraying, detonation spray and laser spraying known.

In jüngerer Zeit wurde darüber hinaus ein weiteres thermisches Spritzverfahren ent wickelt, welches auch als Kaltgasspritzen bezeichnet wird. Es handelt sich dabei um eine Art Weiterentwicklung des Hochgeschwindigkeits-Flammspritzens. Dieses Ver fahren ist beispielsweise in der europäischen Patentschrift EP 0 484 533 B1 beschrie ben. Beim Kaltgasspritzen kommt ein Zusatzwerkstoff in Pulverform zum Einsatz. Die Pulverpartikel werden beim Kaltgasspritzen jedoch nicht im Gasstrahl geschmolzen. Vielmehr liegt die Temperatur des Gasstrahles unterhalb des Schmelzpunktes der Zusatzwerkstoffpulverpartikel (EP 0 484 533 B1). Im Kaltgasspritzverfahren wird also ein im Vergleich zu den herkömmlichen Spritzverfahren "kaltes" bzw. ein vergleichs weise kälteres Gas verwendet. Gleichwohl wird das Gas aber ebenso wie in den her kömmlichen Verfahren erwärmt, aber in der Regel lediglich auf Temperaturen unter halb des Schmelzpunktes der Pulverpartikel des Zusatzwerkstoffes. Beim Kaltgas spritzen können die Pulverpartikel auf eine Geschwindigkeit von 300 bis 1600 m/s beschleunigt werden.In addition, another thermal spraying method has recently been developed winds, which is also referred to as cold gas spraying. It is about a kind of further development of high-speed flame spraying. This ver driving is described, for example, in European Patent EP 0 484 533 B1 ben. A filler material in powder form is used for cold gas spraying. The However, powder particles are not melted in a gas jet during cold gas spraying. Rather, the temperature of the gas jet is below the melting point of the Filler powder particles (EP 0 484 533 B1). So in the cold gas spraying process a "cold" or a comparison in comparison to the conventional spraying process wise colder gas used. Nevertheless, the gas is just as in the forth conventional processes heated, but usually only to temperatures below half the melting point of the powder particles of the filler material. With cold gas The powder particles can spray at a speed of 300 to 1600 m / s be accelerated.

Beim Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen oder auch HVOF-Spritzen (High Velocity Oxygen Fuel) werden verschiedene Verfahrensgenerationen unterschieden:
Das Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen der ersten Generation und das Hochge schwindigkeits-Flammspritzen der zweiten Generation mit mittleren Spritzpartikelge schwindigkeiten zwischen 400 und 450 m/s und seit 1992 bzw. 1994 das Hochge schwindigkeits-Flammspritzen der dritten und vierten Generation mit mittleren Spritzpartikelgeschwindigkeiten über 450 m/s.Different generations of processes are distinguished for high-speed flame spraying or HVOF (High Velocity Oxygen Fuel) spraying:
The first generation high-speed flame spraying and the second generation high-speed flame spraying with medium spray particle speeds between 400 and 450 m / s and since 1992 and 1994 the third and fourth generation high speed flame spraying with medium spray particle speeds over 450 m / s s.

Bei der Herstellung der Beschichtung wird zumindest eine Seite der Schneide mit Hartstoffe enthaltenden Spritzmaterialien beschichtet. Dies geschieht heute mittels Hochgeschwindigkeits-Flammspritzens der ersten oder zweiten Generation, d. h. mit mittleren Spritzpartikelgeschwindigkeiten unter 450 m/s, oder mittels Plasmaspritzens.At least one side of the cutting edge is included in the production of the coating Spray materials containing hard materials coated. This is done today using First or second generation high speed flame spraying, i. H. With average spray particle speeds below 450 m / s, or by means of plasma spraying.

Die Beschichtung von scharfen Kanten erweist sich jedoch als problematisch. Die auf getragenen Schichten haften schlecht, lösen oder heben sich an den Kanten ab und brechen folglich aus. Das Ausbrechen an der Kante kann aber auch als Folge der relativ spröden Beschichtung auftreten. Problematisch ist außerdem die Korossions anfälligkeit der Schneiden, unterstützt durch das Reinigen der Messer.However, the coating of sharp edges proves to be problematic. The on worn layers adhere poorly, loosen or stand out at the edges and therefore break out. The breaking out on the edge can also be a result of relatively brittle coating occur. Corrosion is also problematic vulnerability of the cutting edges, supported by cleaning the knives.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Schneide und ein Verfahren der eingangs genannten Art aufzuzeigen, durch welche ermöglicht wird, die Standzeiten bzw. die Lebensdauer der beschichteten Schneide zu erhöhen. The object of the present invention is therefore to provide a cutting edge and a method of to point out the type mentioned at the beginning, by which the service life is made possible or to increase the service life of the coated cutting edge.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Schneide zumindest teilweise eine Beschichtung umfasst, die Druckspannungen aufweist.This object is achieved in that the cutting edge at least partially includes a coating that has compressive stresses.

Die erfindungsgemäß beschichtete Schneide umfasst dabei bevorzugt eine Be schichtung, die bis an die Schnittkante der Schneide reicht.The cutting edge coated according to the invention preferably comprises a Be layering that extends to the cutting edge of the cutting edge.

Es wurde festgestellt, dass die aus dem Stand der Technik bekannten Beschichtungen für Schneiden Zugeigenspannungen aufweisen, welche sich für die Einsatzdauer und die Standzeiten ungünstig auswirken. Erfindungsgemäß werden daher Zugeigen spannungen in der Beschichtung der Schneiden vermieden. Vielmehr werden nunmehr Druckspannungen in der Beschichtung vorgeschlagen. Druckspannungen bedeuten, dass die Kohäsion der Partikel in der Schicht verbessert ist und das Material bei sich wechselnder Belastung nicht so schnell zum Abheben, Ablösen oder zur Rissbildung neigt.It has been found that the coatings known from the prior art for cutting have internal tensile stresses, which vary for the duration of use and the downtimes have an unfavorable effect. According to the invention are therefore drafted tension in the coating of the cutting edges avoided. Rather, now Compression stresses in the coating proposed. Compressive stress mean that the cohesion of the particles in the layer is improved and the material itself changing load not so quickly for lifting, peeling or cracking inclines.

Beschichtungen mit Druckspannungen lassen sich dadurch erzeugen, dass die Be schichtung mittels eines thermischen Spritzverfahrens mit mittleren Spritzpartikel geschwindigkeiten über 450 m/s aufgebracht wird.Coatings with compressive stresses can be created in that the Be Layering by means of a thermal spraying process with medium spray particles speeds above 450 m / s is applied.

Für die Erfindung eignet sich also das Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen der dritten und vierten Generation mit mittleren Spritzpartikelgeschwindigkeiten über 450 m/s. Systeme der dritten und vierten Generation des Hochgeschwindigkeits-Flammsprit zens, mit denen die geforderten Geschwindigkeiten erreicht werden können, sind beispielsweise unter den Bezeichnungen "DJ 2600", "DJ 2700" und "JP 5000" bekannt.The high-speed flame spraying of the third is therefore suitable for the invention and fourth generation with average spray particle speeds over 450 m / s. Third and fourth generation high-speed flame fuel systems zens with which the required speeds can be reached known for example under the names "DJ 2600", "DJ 2700" and "JP 5000".

Die Beschichtung der Schneide kann auch vorteilhafterweise mittels des Kaltgas spritzens hergestellt werden.The cutting edge can also advantageously be coated with the cold gas injection molded.

Als Gase für das thermische Spritzen kommen alle für diese Verfahren bekannten Gase in Betracht.All gases known for these processes come as gases for thermal spraying Gases into consideration.

Beschichtungen der Schneiden können daher beispielsweise mittels des Hochge schwindigkeits-Flammspritzens mit den genannten Systemen von Sulzer Metco "DJ 2600" oder "DJ 2700", die mit Brenngasen Propylen, Wasserstoff oder Ethen arbeiten, oder der TAFA-Anlage "JP 5000", die mit flüssigen Brenngasen wie Kerosin arbeitet, hergestellt werden.Coatings of the cutting edges can therefore, for example, by means of the Hochge flame flame spraying with the mentioned systems from Sulzer Metco "DJ 2600" or "DJ 2700" that work with propylene, hydrogen or ethene fuel gases, or the TAFA system "JP 5000", which works with liquid fuel gases like kerosene, getting produced.

Für die Beschichtung der Schneiden mittels thermischen Spritzens können als Spritz materialien im Rahmen der Erfindung insbesondere Cermets (metallgebundene Karbide) und dergleichen verwendet werden. Bevorzugt finden Wolframcarbid-Kobald-Materialien (WCCoCr) mit Chromanteilen von 2 bis 10% Verwendung.For coating the cutting edges by means of thermal spraying can be used as a spray materials in the context of the invention, in particular cermets (metal-bound Carbides) and the like can be used. Find preferred Tungsten carbide cobalt materials (WCCoCr) with 2 to 10% chromium content.

Zur Herstellung der Schneiden mittels der thermischen Spritzverfahren eignen sich insbesondere Pulver mit Partikelgrößen von 1 µm bis 1 mm, besonders bevorzugt mit 5 bis 100 µm.The cutting edges can be produced using thermal spraying processes in particular powders with particle sizes from 1 μm to 1 mm, particularly preferably with 5 to 100 µm.

Erfindungsgemäß werden - wie oben ausgeführt - zur Beschichtung der Schneiden mittels thermischen Spritzens mittlere Spritzpartikelgeschwindigkeiten von zumindest 450 m/s beim Aufprall der Partikel vorgeschlagen. Vorteilhafterweise wird die Be schichtung bei mittleren Spritzpartikelgeschwindigkeiten über 550 m/s, bevorzugt über 600 m/s, besonders bevorzugt zwischen 600 und 700 m/s aufgebracht. Durch die erfin dungsgemäß höheren Partikelgeschwindigkeiten wird gewährleistet, dass das mit dem Erstarren des Materials auf dem Substrat verbundene Schrumpfen und die daraus re sultierenden Zugspannungen durch den Strahleffekt der mit hoher kinetischer Energie aufprallenden Partikeln überkompensiert wird.According to the invention - as explained above - for coating the cutting edges by means of thermal spraying average spray particle speeds of at least 450 m / s proposed on impact of the particles. The Be stratification at medium spray particle speeds above 550 m / s, preferably above 600 m / s, particularly preferably applied between 600 and 700 m / s. By inventing In accordance with the higher particle speeds, it is ensured that this with the Solidification of the material on the substrate associated shrinkage and the re resulting tensile stresses due to the beam effect of high kinetic energy impacting particles is overcompensated.

Erfindungsgemäß weist die Beschichtung Druckspannungen bis 600 MPa, vorzugs weise zwischen 50 und 550 MPa auf. Druckspannungen in den genannten Bereichen lassen sich mit den Systemen der dritten und vierten Generation der Hochgeschwindigkeits-Flammspritzgeräte ohne weiteres herstellen.According to the invention, the coating preferably has compressive stresses of up to 600 MPa have between 50 and 550 MPa. Compressive stresses in the named areas can be used with the third and fourth generation systems Manufacture high-speed flame sprayers easily.

Claims

1. Cutting edge with a thermally sprayed coating, characterized in that the cutting edge at least partially comprises a coating that has compressive stresses.

2. Cutting edge according to claim 1, characterized in that the coating one by means of a thermal spraying process with medium spray particle quantity speeds above 450 m / s applied coating.

3. Cutting edge according to claim 1 or 2, characterized in that the coating Tension up to 600 MPa, preferably between 50 and 550 MPa having.

4. Cutting edge according to one of claims 1 to 3, characterized in that the Coating cermets, especially tungsten carbide cobalt materials Chromium parts, includes.

5. Cutting edge according to one of claims 1 to 4, characterized in that only one side of the cutting edge contains a thermally sprayed coating.

6. Method for coating a cutting edge by means of a thermal Spraying process, characterized in that a compressive stress coating having a spraying process with medium spray particle speeds over 450 m / s is applied.

7. The method according to claim 6, characterized in that the coating at average spray particle speeds over 450 m / s, preferably over 550 m / s, is particularly preferably applied between 600 and 700 m / s.

8. The method according to claim 6 or 7, characterized in that the coating high-speed flame spraying or cold gas spraying is brought.

9. Knife with a cutting edge according to one of claims 1 to 5.