DE102005007587A1

DE102005007587A1 - Treating layer applied by thermal, kinetic and/or cold gas spraying, especially titanium anticorrosion layer on steel substrate, by mechanically compressing to reduce porosity and increase corrosion resistance

Info

Publication number: DE102005007587A1
Application number: DE200510007587
Authority: DE
Inventors: Peter Heinrich; Heinrich Prof. Dr. Kreye
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 2005-02-18
Filing date: 2005-02-18
Publication date: 2006-08-31

Abstract

A method for treating layer(s) applied by thermal and/or kinetic spraying and/or by cold gas spraying involves compressing the layer(s), at least partially by mechanical working.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln einer oder mehrerer mittels eines thermischen und/oder kinetischen Spritzprozesses und/oder eines Kaltgasspritzprozesses aufgebrachter Schichten.The The invention relates to a method for treating one or more by means of a thermal and / or kinetic spraying process and / or a Kaltgasspritzprozesses applied layers.

Unter dem Begriff "Thermischer Spritzprozess" bzw. "Thermisches Spritzen" werden unterschiedliche Spritzverfahren verstanden. Sie werden unterteilt nach der Art des Spritzzusatzwerkstoffes, der Fertigung sowie des Energieträgers. Allen thermischen Spritzverfahren ist gemein, dass sie zur Erzeugung von Spritzschichten zwei Energiearten benötigen. Dies ist zum einen die thermische Energie und zum anderen die kinetische Energie.Under the term "thermal Spraying process "or" thermal spraying "are different Spraying understood. They are subdivided according to the type of Spritzzusatzwerkstoffes, the production and the energy source. all Thermal spraying is common to them for the production of Spray coatings require two types of energy. This is for one thing the thermal energy and on the other hand the kinetic energy.

Als Energieträger werden bisher die Brenngas-Sauerstoff-Flamme, der elektrische Lichtbogen, der Plasma- sowie der Laserstrahl eingesetzt. Die thermische Energie wird benötigt, um den Spritzzusatzwerkstoff an- bzw. aufzuschmelzen. Die kinetische Energie, gekoppelt an die Partikelgeschwindigkeit, beeinflusst die Dichte der Schicht, die Haftzugfestigkeit der Spritzschicht in sich und die Haftzugfestigkeit der Schicht zum Grundwerkstoff. Die kinetische Energie ist bei den bekannten Verfahren des thermischen Spritzens sehr unterschiedlich und darüber hinaus vom Spritzmaterial und von der gewählten Partikelgröße abhängig.When fuels So far, the fuel gas-oxygen flame, the electric arc, the Plasma and the laser beam used. The thermal energy is required, to melt or melt the spray additive. The kinetic Energy, coupled to the particle velocity, affects the Density of the layer, the adhesive tensile strength of the sprayed layer in itself and the adhesive tensile strength of the layer to the parent material. The kinetic Energy is in the known methods of thermal spraying very different and above Depending on the spray material and the selected particle size.

Die mittels der vorgenannten Prozesse hergestellten Schichten besitzen im Regelfall eine nicht zu vermeidende Porosität. Bei einer Vielzahl von Anwendungen ist es jedoch von besonderer Bedeutung, dass die Schichten das darunter befindliche Bauteil absolut dicht gegen die Umgebung "abschirmen". Besteht beispielsweise die Schicht aus einem vergleichsweise korrosionsbeständigen Material, das elektrochemisch edler ist als der Grundwerkstoff, der von der Schicht umgeben ist, so ist eine Schutzwirkung nur dann gegeben, wenn das umgebende Medium bzw. die umgebende Atmosphäre die Schicht an keiner Stelle bis zu dem Grundwerkstoff durchdringen kann.The have layers produced by the aforementioned processes as a rule an unavoidable porosity. For a variety of applications However, it is of particular importance that the layers below "shield" the component located absolutely tight against the environment. For example the layer of a comparatively corrosion-resistant material, which is electrochemically nobler than the base material used by the Layer is surrounded, then a protective effect is given only if the surrounding medium or the surrounding atmosphere to the layer no point can penetrate to the base material.

Um der vorgenannten Bedingung zu genügen, muss – insbesondere beim Kaltgasspritzen – ein nicht unerheblicher Aufwand betrieben werden. Aus diesem Grund werden beispielsweise Spritzverfahren realisiert, bei denen der Aufprall der Partikel mit einer sehr hohen Auftreffgeschwindigkeit erfolgt, was im Regelfall nur bei der Verwendung des teuren Heliums als Prozessgas möglich ist. Alternativ dazu können auch die Schichten vergleichsweise dick aufgespritzt werden, was jedoch auch Nachteile mit sich bringt.Around to meet the above condition, must - especially in cold gas spraying - a not insignificant effort to be operated. For this reason will be For example, injection molding realized where the impact the particle is at a very high impact velocity, which usually only when using the expensive helium as a process gas possible is. Alternatively, you can also the layers are sprayed comparatively thick, which However, it also brings disadvantages.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Verfahren anzugeben, das die Erzeugung gespritzter Schichten, die eine höhere Korrosionsbeständigkeit aufweisen, ermöglicht.task The present invention is a generic method indicate that the production of sprayed coatings, which has a higher corrosion resistance have enabled.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die aufgebrachte(n) Schicht(en) zumindest teilweise durch mechanische Verformung verdichtet wird bzw. werden.This is characterized according to the invention achieved that the applied layer (s) at least partially is compressed by mechanical deformation or become.

Es hat sich gezeigt, dass das Verdichten aufgebrachter Schichten durch eine mechanische Verformung zu Schichten führt, die eine für nahezu alle Anwendungszwecke ausreichend hohe Korrosionsbeständigkeit aufweisen.It has been shown that compacting applied layers through a mechanical deformation leads to layers, one for almost all applications sufficiently high corrosion resistance exhibit.

Hierbei erfolgt das Verdichten vorzugsweise durch Abrollen und/oder Gleiten eines Verdichtungskörpers auf bzw. über der oder den Schichten.in this connection The compression is preferably carried out by rolling and / or sliding a compacting body on or over the layer (s).

Unter dem Begriff "Verdichtungskörper" seien beispielsweise Walzen, Rollen oder Kugeln zu verstehen, die unter einem gewissen Anpressdruck auf der oder den Schichten abgerollt werden und/oder über diese gleiten.Under the term "compaction body" are, for example Rollers, rollers or balls to understand that under a certain Contact pressure on the one or more layers are unrolled and / or over these slide.

Dabei wird bzw. werden die Schichten nicht nur verdichtet. Vielmehr wird durch das erfindungsgemäße Verfahren auch ein Glätten der Schichten erzielt oder es kann – entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens – ein Strukturieren der verdichteten Schicht(en) erfolgen. Dazu sind die vorgenannten Verdichtungskörper entsprechend auszubilden.there the layers are not only densified. Rather, it will by the method according to the invention also a smoothing the layers achieved or it can - according to another advantageous embodiment of the method according to the invention - a structuring the densified layer (s) take place. For this purpose, the aforementioned compaction bodies are corresponding train.

Grundsätzlich kann das Verdichten nach Beendigung des oder der Spritzprozesse erfolgen. Werden zwei oder mehr Schichten aufgebracht, so kann – entsprechend einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens – ein Verdichten auch nach dem Aufbringen der ersten und/oder einer anderen als der letzten Schicht erfolgen.Basically the compaction takes place after completion of the spraying or spraying processes. If two or more layers are applied, then - can - accordingly an advantageous embodiment of the method according to the invention - a compression also after applying the first and / or another than the last Layer done.

Das erfindungsgemäße Verfahren weiterbildend wird vorgeschlagen, dass die oder zumindest eine der Schichten, die einer Verdichtung unterworfen werden, vor und/oder während des Verdichtens thermisch nachbehandelt werden.The inventive method In addition, it is proposed that the or at least one of Layers that are subjected to compaction before and / or while be thermally treated by compacting.

Mittels dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Steigerung der Haftfestigkeit der thermisch nachbehandelten Schicht(en) erzielt.through This embodiment of the method according to the invention is an increase the adhesion of the thermally treated layer (s) achieved.

Bestehen – im Falle des Vorsehens mehrere Schichten – die Schichten aus unterschiedlichen Werkstoffen, so kann eine thermische Nachbehandlung aller oder einzelner Schichten zu einer Bildung von neuen Phasen, die sowohl die Struktur als auch die Eigenschaften der Schicht(en) gezielt verändern, führen.If, in the case of providing several layers, the layers consist of different materials, then a thermal aftertreatment of all or individual layers can lead to formation new phases, which change both the structure and the properties of the layer (s), lead.

Zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens sei nachfolgend ein beispielhafter Spritzprozess beschrieben.to explanation the method according to the invention Let us describe an exemplary injection process below.

Titan besitzt im Vergleich zu Stahl eine außerordentliche Korrosionsbeständigkeit in schwach reduzierend bis hin zu stark oxidierend wirkender Umgebung. Um Stahl durch eine Titanschicht gegen Korrosion zu schützen, muss die Schicht fest auf dem Substrat haften und dicht sein. Dies wird in der Praxis beispielsweise mit dem Verfahren des so genannten Explosivplattierens erreicht; dies ist ein vergleichsweise aufwendiges Verfahren, das sich in seiner Anwendung auf blechförmige Teile beschränkt.titanium has an extraordinary corrosion resistance compared to steel in weakly reducing up to strong oxidizing environment. In order to protect steel against corrosion by a titanium coating, it must firmly adhere the layer to the substrate and be tight. this will in practice, for example, with the method of so-called explosive plating reached; this is a comparatively expensive process that limited in its application to sheet-shaped parts.

Titan lässt sich darüber hinaus durch thermisches Spritzen auf Stahl aufbringen. Verfahren wie das Flamm-, Lichtbogen- und Plasmaspritzen haben jedoch den Nachteil, dass das Titan erheblich oxidiert und dadurch Korrosionsbeständigkeit verliert. Durch die Anwendung eines Kaltgasspritzprozesses lässt sich diese unerwünschte Oxidation vermeiden. Es müssen jedoch für das Kaltgasspritzen sowohl ein sehr teures, durch Verdüsen unter Schutzgas hergestelltes Titanpulver als auch Helium als Prozessgas verwendet werden.titanium let yourself about that Apply by thermal spraying on steel. method however, such as flame, arc and plasma spraying have the Disadvantage that the titanium oxidizes considerably and thereby corrosion resistance loses. By applying a cold gas spraying process can be this undesirable Avoid oxidation. To have to however for the cold gas spraying both a very expensive, by atomizing under Protective gas produced titanium powder and helium used as a process gas become.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens lässt sich hingegen eine ausreichend porenfreie Titanschicht wesentlich kostengünstiger realisieren.through the process of the invention can be however, a sufficiently porous titanium layer is much less expensive realize.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht auf vergleichsweise einfache und wirtschaftliche Weise die Realisierung dichter und somit korrosionsbeständiger Schichten unterschiedlichster Art.The inventive method allows in a relatively simple and economical way the realization denser and thus more corrosion resistant Layers of different kinds.

Claims

Method for treating one or more layers applied by means of a thermal and / or kinetic spraying process and / or a cold gas spraying process, characterized in that the applied layer (s) is at least partially compacted by mechanical deformation.

Method according to claim 1, characterized in that that the compression by rolling and / or sliding of a compacting body or over the layer (s) takes place.

Method according to claim 1 or 2, characterized that the compacting after completion of the or the spraying processes he follows.

Method according to one of the preceding claims 1 to 3, characterized in that in the case of the application of two or more layers compressing after application of the first and / or another than the last shift.

Method according to one of the preceding claims 1 to 4, characterized in that during the compression of a Structuring of the densified layer (s) takes place.

Method according to claim 5, characterized in that that the structuring of the compacted layer (s) by means of a or more appropriately selected compression body he follows.

Method according to one of the preceding claims 1 to 6, characterized in that the or at least one of the layers, which are subjected to compaction, before and / or during compaction be thermally treated.