DE102008012308A1 - Beschichtung eines Körpers aus Stahl oder CFK-Material sowie Verfahren zum Herstellen einer solchen Beschichtung - Google Patents

Beschichtung eines Körpers aus Stahl oder CFK-Material sowie Verfahren zum Herstellen einer solchen Beschichtung Download PDF

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Abstract

Beschichtung eines Körpers aus Stahl oder CFK-Material, insbesondere einer Walze, mit einer auf den Körper aufgebrachten Haftvermittlerschicht aus thermoplastischem Kunststoff, in dessen oberflächennahe Werkstoffmatrix Feststoff-(Pulver-)partikel formschlüssig haftend derart eingebettet sind, dass nur ein Teilbereich dieser Partikel aus der Haftvermittlerschicht herausragt, sowie mit einer die Haftvermittlerschicht überdeckenden Funktionsschicht aus Oxidkeramik und/oder verschleißarmem Hartmetall, in welche die aus der Haftvermittlerschicht herausragenden Partikel-Teilbereiche eingelagert sind. Zum Herstellen einer solchen Beschichtung wird die Haftvermittlerschicht zweckmäßig bis zu einer honigähnlichen Viskosität erwärmt, und in die oberflächennahe Werkstoffmatrix der erwärmten Haftvermittlerschicht werden beispielsweise durch thermisches Spritzen Pulverpartikel formschlüssig haftend so eingeschossen, dass nur die Spitzen dieser Partikel herausragen. Diese Spitzen gehen eine Verbindung mit nachfolgend aufgebrachten Pulverpartikeln ein, welche die Funktionsschicht aus Oxidkeramik wie Al2O3, Cr2O3, TiO2, SiO2 oder ZrO2 oder Mischungen daraus und/oder verschleißarmem Hartmetall wie WC/Co, Cr3C2/NiCr, NiCrBSi, WC/Ni, TiC/Ni, Molybdän oder Chrom oder Mischungen oder Legierungen daraus bilden.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Beschichtung eines Körpers aus Stahl oder Kohlefaser verstärktem Kunststoff (CFK), insbesondere einer Walze, mit einer auf den Körper aufgebrachten Haftvermittlerschicht und einer die Haftvermittlerschicht überdeckenden Funktionsschicht aus Oxidkeramik und/oder verschleißarmem Hartmetall. Die Erfindung hat ferner ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Beschichtung zum Gegenstand.
  • Eine Beschichtung dieser Art auf einem CFK-Körper ist aus DE 10 2005 008 487 A1 bekannt. Dabei besteht die Haftvermittlerschicht aus duktilem Metall, das aus der Gruppe Kupfer, Nickel, Eisen, Blei, Zinn und Molybdän ausgewählt und durch Plasmaspritzen oder Flammspritzen aufgetragen ist.
  • Des weiteren gehören mit RILSAN® – das heißt Polyamiden auf Basis Rizinusöl und PA 11 auf Basis Lactam Rilsan, insbesondere Polyamide aus 11-Aminoundecansäure (Rilsan B, PA 11) und aus ω-Laurinlactam (Rilsan A, PA 12) – beschichtete Stahlwalzen seit vielen Jahren zur Standardausrüstung von Farbwerken moderner Offset-Druckmaschinen ( DE 35 19 134 C1 , JP 56 077 149 , JP 2005 271 407 ). Sie gelten als unproblematisch bezüglich Unterkorrosion oder Verschleiß. Als besonders günstig gilt die Farbfreundlichkeit der RILSAN-Oberflächen, so dass dieses Eigenschaftsprofil dazu geführt hat, dass die früher üblichen Kupferbezüge von Stahlwalzen in Farbwerken der Offset-Druckmaschinen längst abgelöst wurden. Im am weitesten verbreiteten Offsetverfahren, dem sog. Nassoffsetverfahren, wird der Druckplatte ein Film aus Wasser, wel ches ein Additiv enthält, zugeführt (Feuchtwerk) und ebenso ein Film aus mit diesem Wasser emulgierter Farbe (Farbwerk). Das Wasser in Verbindung mit dem Additiv kann sehr korrosiv wirken, und so sind Korrosionsschäden an sogenannten Feuchtwerksfilmwalzen, die mit Chrom oder Keramik beschichtet sind, durchaus bekannt. Dagegen sind Korrosionsschäden an RILSAN®-beschichteten Farbwerkswalzen weitgehend unbekannt, obwohl diese über das in der Farbe emulgierte Wasser auch korrosiv beansprucht werden. RILSAN®-beschichtete Farbwerkswalzen gelten als extrem korrosionsbeständig und zeigen nur Unterrostungen wenn die RILSAN®-Beschichtung lokal zerstört ist.
  • Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Beschichtung bereit zu stellen, die nicht nur extrem chemikalien- und korrosionsbeständig ist, sondern darüber hinaus auch eine besonders hohe Verschleißfestigkeit bereitstellen kann.
  • Diese Aufgabe wird durch die Beschichtung gemäß Anspruch 1 sowie durch das Verfahren gemäß Anspruch 10 gelöst.
  • Die erfindungsgemäße Beschichtung eines Körpers aus Stahl oder CFK-Material, insbesondere einer Walze, weist eine auf den Körper aufgebrachte Haftvermittlerschicht aus thermoplastischem Kunststoff auf, in dessen oberflächennahe Werkstoffmatrix Feststoff-(Pulver-)Partikel formschlüssig haftend derart eingebettet sind, dass nur ein Teilbereich dieser Pulverpartikel aus der Haftvermittlerschicht herausragt. Die Haftvermittlerschicht ist von einer Funktionsschicht aus Oxidkeramik und/oder verschleißarmem Hartmetall überdeckt, in welche die aus der Haftvermittlerschicht herausragenden Pulverpartikel-Teilbereiche eingelagert sind. Die so eingebetteten Pulverpartikel können vorteilhaft aus dem gleichen Werkstoff wie die Funktionsschicht bestehen, das heißt oxidkeramisch und/oder hartmetallisch sein. Grundsätzlich können aber dafür auch Feststoffpartikel beliebiger chemischer Zusammensetzung vorgesehen sein.
  • Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen einer Beschichtung eines Körpers aus Stahl oder CFK-Material, insbesondere einer Walze, wird auf den Körper zunächst eine Haftvermittlerschicht aus thermoplastischem Kunststoff aufgebracht. Die se Haftvermittlerschicht wird vorzugsweise bis zu einer honigähnlichen Viskosität erwärmt. In die oberflächennahe Werkstoffmatrix der so erwärmten Haftvermittlerschicht werden Feststoff-(Pulver-)partikel formschlüssig haftend derart eingebettet, dass nur ein Teilbereich dieser Pulverpartikel aus der Haftvermittlerschicht herausragt. Die so vorbereitete Haftvermittlerschicht wird mit einer Funktionsschicht aus Oxidkeramik und/oder verschleißarmem Hartmetall beschichtet, in welche sich die aus der Haftvermittlerschicht herausragenden Pulverpartikel-Teilbereiche im Zuge des Beschichtungsvorgangs einlagern. Das Einbetten der herausragenden Feststoffpartikel in die oberflächennahe Werkstoffmatrix der Haftvermittlerschicht kann aber grundsätzlich auch auf andere Weise erfolgen, beispielsweise durch Eindispergieren unter Verwendung einer Sandstrahlanlage, einer Kalanderanlage oder dergleichen.
  • Die Haftvermittlerschicht besteht vorzugsweise aus thermoplastischem Polyamid, insbesondere aus den unter den Handelsnamen RILSAN®, NYLON und PERLON® bekannten Werkstoffen, das heißt aus Polyamiden auf Basis Rizinusöl und PA 11 auf Basis Lactam (RILSAN®), aus PA 4, PA 11 (NYLON) oder PA 6 (PERLON®). Solche thermoplastischen Kunststoffüberzüge erlauben den Einsatz von niedrig legierten, vor Rost ungeschützten Baustählen oder CFK-Werkstoffen.
  • Die aus der Haftvermittlerschicht vorragenden Partikel sorgen ihrerseits für eine besonders haftfeste Verbindung der vor Korrosion schützenden Haftvermittlerschicht mit der verschleißfesten Funktionsschicht, die vorteilhaft durch thermisches Spritzen von z. B. Oxidkeramiken wie Chromoxid, Aluminiumoxid, Titandioxid, quarzhaltiges Mullit, Zirkonoxid und deren Mischungen, sowie Hartmetalle aus der Gruppe Wolframkarbid/Kobalt, Wolframkarbid/Nickel, Titankarbid/Nickel, Nickel-Chrom/Chromkarbid, Nickel-Chrom-Bor-Silizium, Schmelzkarbid (reines Chromkarbid), Chrom, Molybdän mit Sauerstoff, aufgetragen wird.
  • Im Zuge der Beschichtung der auf honigähnliche Viskosität erwärmten Haftvermittlerschicht, vorzugsweise durch thermisches Spritzen, werden die ersten Pulverpartikel in die Matrix des erwärmten thermoplastischen Kunststoffs formschlüssig haftend einge schossen, so dass nur noch die Spitzen dieser Pulverpartikel herausragen und dann eine Verbindung mit den die Funktionsschicht bildenden folgenden Pulverpartikeln aus Oxidkeramik wie z. B. Al2O3, Cr2O3, TiO2, SiO2, oder ZrO2 bzw. Mischungen daraus, oder aus verschleißarmen Hartmetallen wie z. B. WC/Co, Cr3C2/NiCr, NiCrBSi, WC/Ni, TiC/Ni, Molybdän, Chrom etc eingehen. Wie vorstehend schon erwähnt, ist es aber auch möglich, vorstehende Feststoffpartikel beliebiger chemischer Zusammensetzung auf andere Weise in die oberflächennahe Werkstoffmatrix einzubringen.
  • Gegebenenfalls können diese äußeren Beschichtungen auch noch wie in EP 0999043 A1 beschrieben eine Antihaftversiegelung bekommen.
  • In der bevorzugten Ausführungsform weist die thermoplastische Kunststoffschicht eine Dicke von 0,1 bis 3,0 mm, vorzugsweise 0,7 mm, auf.
  • Je nach Anwendungsfall sind Oberflächenguten erforderlich, die einen Schleif- und Poliervorgang nach dem Beschichten erfordern, so dass die Funktionsschicht auf dem Überzug aus thermoplastischem Kunststoff eine Oberflächenrauhigkeit aufweist, die vorzugsweise zwischen 0,5 μm < Rz < 500 μm, insbesondere bei Rz = 1,5 bis 20 μm liegt.
  • Die einzige Figur zeigt beispielhafte Anwendungsmöglichkeiten für die erfindungsgemäße Beschichtung in einer Nassoffset-Druckmaschine.
  • Dabei nimmt in an sich bekannter Weise eine auf einen Plattenzylinder 1 aufgespannte Druckplatte an ihren druckenden Stellen Druckfarbe von einem Farbwerk 2 und an ihren nicht druckenden Bereichen Wasser von einem Feuchtwerk 3 auf. Insbesondere der Plattenzylinder 1 und die in 1 hell eingezeichneten Walzen können vorteilhaft mit der vorstehend beschriebenen Beschichtung versehen sein.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 102005008487 A1 [0002]
    • - DE 3519134 C1 [0003]
    • - JP 56077149 [0003]
    • - JP 2005271407 [0003]
    • - EP 0999043 A1 [0011]

Claims (22)

  1. Beschichtung eines Körpers aus Stahl oder CFK-Material, insbesondere einer Walze, mit einer auf den Körper aufgebrachten Haftvermittlerschicht aus thermoplastischem Kunststoff, in dessen oberflächennahe Werkstoffmatrix Feststoff-(Pulver-)Partikel formschlüssig haftend derart eingebettet sind, dass nur ein Teilbereich dieser Partikel aus der Haftvermittlerschicht herausragt, sowie mit einer die Haftvermittlerschicht überdeckenden Funktionsschicht aus Oxidkeramik und/oder verschleißarmem Hartmetall, in welche die aus der Haftvermittlerschicht herausragenden Partikel-Teilbereiche eingelagert sind.
  2. Beschichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oxidkeramik aus Al2O3, Cr2O3, TiO2, SiO2 oder ZrO2 oder aus einer Mischung aus zwei oder mehr dieser Werkstoffe besteht.
  3. Beschichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hartmetall aus WC/Co, Cr3C2/NiCr, NiCrBSi, WC/Ni, TiC/Ni, Molybdän oder Chrom oder aus einer Mischung oder Legierung aus zwei oder mehr dieser Werkstoffe besteht.
  4. Beschichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in die oberflächennahe Werkstoffmatrix der Haftvermittlerschicht eingebetteten Partikel aus dem gleichen Werkstoff wie die Funktionsschicht bestehen.
  5. Beschichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Funktionsschicht geschliffen oder poliert ist.
  6. Beschichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Funktionsschicht eine Oberflächenrauhigkeit hat, die zwischen 0,5 μm < Rz < 500 μm, insbesondere bei Rz = 1,5 μm bis 20 μm, liegt.
  7. Beschichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftvermittlerschicht eine Dicke von 0,1 mm bis 3,0 mm, vorzugsweise etwa 0,7 mm, aufweist.
  8. Beschichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftvermittlerschicht aus Polyamid besteht.
  9. Beschichtung nach Anspruch 8, dass die Haftvermittlerschicht aus RILSAN® (Polyamide auf Basis Rizinusöl und PA 11 auf Basis Lactam), NYLON (PA 4, PA 11) oder PERLON® (PA 6) besteht.
  10. Verfahren zum Herstellen einer Beschichtung eines Körpers aus Stahl oder CFK-Material, insbesondere einer Walze, bei dem auf den Körper eine Haftvermittlerschicht aus thermo-plastischem Kunststoff aufgebracht wird, bei dem in die oberflächennahe Werkstoffmatrix der so erwärmten Haftvermittlerschicht Feststoff-(Pulver-)partikel formschlüssig haftend derart eingebettet werden, dass nur ein Teilbereich dieser Partikel aus der Haftvermittlerschicht herausragt, und bei dem die derart vorbereitete Haftvermittlerschicht mit einer Funktionsschicht aus Oxidkeramik und/oder verschleißarmem Hartmetall beschichtet wird, in welche sich die aus der Haftvermittlerschicht herausragenden Partikel-Teilbereiche im Zuge des Beschichtungsvorgangs einlagern.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die Haftvermittlerschicht zum Einbetten der Feststoff-(Pulver-)partikel bis zu einer honigähnlichen Viskosität erwärmt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Partikel in die oberflächennahe Werkstoffmatrix der erwärmten Haftvermittlerschicht eingeschossen werden.
  13. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem das Einschießen der Partikel durch thermisches Spritzen erfolgt.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, bei dem die Funktionsschicht auf die mit herausragenden Partikeln bestückte Haftvermittlerschicht durch thermi sches Spritzen aufgebracht wird, wobei der herausragende Teilbereich der Partikel formschlüssig haftend in die Funktionsschicht eingebettet wird.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, bei dem der Körper während der Beschichtungsvorgänge mit einer Relativgeschwindigkeit von mindestens 0,2 m/s relativ zu der verwendeten Beschichtungsvorrichtung bewegt und durch Kühlmaßnahmen auf einer Temperatur von nicht mehr als 200°C gehalten wird.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, bei dem die Haftvermittlerschicht in einer Dicke von 0,1 mm bis 3,0 mm, vorzugsweise etwa 0,7 mm, aufgebracht wird.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, bei dem die Oberfläche der Funktionsschicht geschliffen oder poliert wird.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem die Oberfläche der Funktionsschicht auf eine Oberflächenrauhigkeit zwischen 0,5 μm < Rz < 500 μm, insbesondere auf Rz = 1,5 μm bis 20 μm, geschliffen oder poliert wird.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 18, bei dem die Haftvermittlerschicht aus Polyamid hergestellt wird.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, bei dem die Haftvermittlerschicht aus RILSAN® (Polyamide auf Basis Rizinusöl und PA 11 auf Basis Lactam), NYLON (PA 4, PA 11) oder PERLON® (PA 6) hergestellt wird.
  21. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 20, bei dem die Funktionsschicht aus Al2O3, Cr2O3, TiO2, SiO2 oder ZrO2 oder aus einer Mischung aus zwei oder mehr dieser Werkstoffe hergestellt wird.
  22. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 20, bei dem die Funktionsschicht aus WC/Co, Cr3C2/NiCr, NiCrBSi, WC/Ni, TiC/Ni, Molybdän oder Chrom oder aus einer Mischung oder Legierung aus zwei oder mehr dieser Werkstoffe hergestellt wird.
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