DE102009044876A1 - Use of functional elements with diamond coating on intermediate layers on steel substrates as functional elements with protective coating against cavitation erosion - Google Patents
Use of functional elements with diamond coating on intermediate layers on steel substrates as functional elements with protective coating against cavitation erosion Download PDFInfo
- Publication number
- DE102009044876A1 DE102009044876A1 DE102009044876A DE102009044876A DE102009044876A1 DE 102009044876 A1 DE102009044876 A1 DE 102009044876A1 DE 102009044876 A DE102009044876 A DE 102009044876A DE 102009044876 A DE102009044876 A DE 102009044876A DE 102009044876 A1 DE102009044876 A1 DE 102009044876A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- functional element
- substrate
- layer
- diamond
- steel
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Ceased
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
- B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
- B06B3/00—Methods or apparatus specially adapted for transmitting mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung eines mehrschichtigen Funktionselements (1) mit einer Oberflächenbeschichtung, wobei das Funktionselement (1) aus einem Stahlsubstrat (1a) und die Oberflächenbeschichtung aus einem zumindest zum Teil das Substrat (1a) abdeckendem Schichtelement besteht, wobei das Schichtelement zumindest eine mit dem Substrat verbundene Zwischenschicht (1b) und abschließend eine mit der äußersten der Zwischenschichten verbundene Diamantschicht (1c) umfasst, als Schutzbeschichtung gegen Kavitationserosion.The invention relates to the use of a multilayer functional element (1) with a surface coating, wherein the functional element (1) consists of a steel substrate (1a) and the surface coating consists of a layer element at least partially covering the substrate (1a), the layer element at least an intermediate layer (1b) connected to the substrate and finally comprising a diamond layer (1c) bonded to the outermost one of the intermediate layers, as a protective coating against cavitation erosion.
Description
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung bezieht sich auf eine Verwendung eines mehrschichtigen Funktionselements mit einer Oberflächenbeschichtung, wobei das Funktionselement aus einem Stahlsubstrat und mit einer das Substrat abdeckenden Mehrfachschicht besteht. Die Mehrfachschicht weist zumindest eine mit dem Stahlsubstrat auch chemisch verbundene Zwischenschicht z. B. aus Titanbornitrid (TiBN) oder Chromkarbiden (Cr3C2, Cr23C6) und darauf abschließend eine mit der äußersten der Zwischenschichten auch chemisch verbundene Diamantschicht auf.The invention relates to a use of a multilayer functional element with a surface coating, wherein the functional element consists of a steel substrate and with a multi-layer covering the substrate. The multilayer has at least one chemically bonded to the steel substrate intermediate layer z. Example of titanium boron nitride (TiBN) or chromium carbides (Cr 3 C 2 , Cr 23 C 6 ) and then on with the outermost of the intermediate layers and chemically bonded diamond layer.
Stand der TechnikState of the art
Ultraschall – insbesondere Leistungsultraschall – eingekoppelt über ultraschallabstrahlende Oberflächen in Flüssigkeiten, kann u. a. dazu verwendet werden, in diesen Flüssigkeiten befindliche Objekte mit Ultraschall und ultraschallinduzierter transienter Kavitation zu beaufschlagen und so deren Oberflächen zu bearbeiten – z. B. zu reinigen, zu entgraten, aufzurauhen oder auch gezielt zu schädigen bzw. sogar zu desintegrieren.Ultrasound - especially power ultrasound - coupled via ultrasound radiating surfaces in liquids, may u. a. be used to apply to these objects located objects with ultrasound and ultrasound-induced transient cavitation and thus to edit their surfaces -. B. to clean, deburr, roughen or deliberately damage or even disintegrate.
Entsprechende Reinigungssysteme bestehen in der Regel aus wannenartigen Ausbildungen, wobei entweder Flächenbereiche (Boden, Seitenwände) der wannenartigen Ausbildungen oder besondere Teilflächen der Wannen (darin eingeschweißte oder mittels Dichtrahmen darin eingeschraubte Schwingplatten) direkt an ihren Aussenflächen angebrachte aktive Ultraschallwandler oder in darin eingehängten Tauchschwingern enthaltene aktive Ultraschallwandler aufweisen. Die Ultraschallwandler wandeln hochfrequente elektrische oder magnetische Wechselfelder in mechanische Schwingungen um, die über die Funktionselemente, also die genannten Flächenbereiche und besonderen Teilflächen der wannenartigen Ausbildung oder der Tauchschwinger, als ultraschallabstrahlenden Oberfläche in die Flüssigkeit eingekoppelt und abgestrahlt werden.Corresponding cleaning systems generally consist of trough-like formations, either surface areas (bottom, side walls) of the trough-like formations or special partial surfaces of the troughs (welded therein or by means of sealing frame screwed therein vibration plates) directly attached to their outer surfaces active ultrasonic transducer or suspended therein immersion vibrators active Have ultrasound transducer. The ultrasonic transducers convert high-frequency electrical or magnetic alternating fields into mechanical oscillations, which are coupled into the liquid via the functional elements, that is to say the surface areas and special sub-areas of the trough-like formation or the immersion oscillator, as an ultrasound radiating surface.
Im Falle von Systemen mit sehr hoher einzukoppelnder Ultraschallintensität über kleine ultraschallabstrahlende Flächen – z. B. zur Desintegration von Objekten in der Flüssigkeit – werden die mechanischen Schwingungen der Ultraschallwandler vor ihrer Abstrahlung mittels eines Horns zu größeren Schwingungsamplituden des Funktionselements mit (gegenüber dem Ultraschallwandler) kleinerer ultraschallabstrahlender Oberfläche transformiert und von der kleineren Stirnfläche des Horns in die Flüssigkeit abgestrahlt. Das meist auswechselbare Endstück des Horns mit dem Funktionselement der ultraschallabstrahlenden Stirnfläche wird als Sonotrode bezeichnet. In allen drei Fällen – Bereich oder Teilfläche einer wannenartigen Ausbildung, Tauchschwinger und Sonotrode – werden die Ultraschallschwingungen durch die ultraschallabstrahlende Oberfläche des Funktionselementes in die Flüssigkeit eingekoppelt und abgestrahlt.In the case of systems with very high input ultrasonic intensity over small ultrasound radiating surfaces -. B. for disintegration of objects in the liquid - the mechanical vibrations of the ultrasonic transducers are transformed before their emission by means of a horn to larger vibration amplitudes of the functional element with (compared to the ultrasonic transducer) smaller ultrasound radiating surface and radiated from the smaller end face of the horn into the liquid. The most replaceable tail of the horn with the functional element of the ultrasound radiating end face is referred to as a sonotrode. In all three cases - area or partial area of a trough-like design, immersion oscillator and sonotrode - the ultrasonic vibrations are coupled into the liquid and emitted by the ultrasound radiating surface of the functional element.
Nachteile des Standes der TechnikDisadvantages of the prior art
Unter dem Begriff transiente Kavitation ist eine Bildung und eine chaotische Implosion von blasenartigen transienten Hohlräumen in Flüssigkeiten zu verstehen. Die transienten Blasen enthalten auch Flüssigkeitsdampf und in der umgebenden Flüssigkeit gelöste Gase.The term transient cavitation is understood to mean a formation and a chaotic implosion of bubble-like transient cavities in liquids. The transient bubbles also contain liquid vapor and gases dissolved in the surrounding liquid.
Die mittels Ultraschall oberhalb bestimmter Ultraschallintensitäten (Schwellenwerte der Ultraschallintensität für transiente ultraschallinduzierte Kavitation) erzeugten Blasen kollabieren chaotisch durch Einwirkung des äusseren und der positiven Schalldruckhalbwelle – es kommt zu Implosionen. Die dabei entstehenden lokalen Stosswellen und/oder Flüssigkeits-Mikrojets führen zur Beschädigung im Nahbereich, d. h. wenige Blasenradien von dem implodierenden Bläschen entfernt, befindlicher Oberflächen von Objekten. Es kommt zu einer Kavitationserosion der Objektoberflächen.The ultrasound above certain ultrasound intensities (thresholds of the ultrasound intensity for transient ultrasound-induced cavitation) bubbles collapse chaotically by the action of the external and the positive sound pressure half-wave - it comes to implosions. The resulting local shock waves and / or liquid microjets lead to damage in the vicinity, d. H. few bubble radii away from the imploding bubble, located surfaces of objects. There is a cavitation erosion of the object surfaces.
Zur Kavitationserosion von Objektoberflächen kommt es auch durch transiente Blasen, generiert durch von schnellen periodischen Bewegungen von Objekten in Flüssigkeiten hervorgerufene Wechseldrücke, so z. B. an Schiffspropellern oder Pumpenteilen.For cavitation erosion of object surfaces, it also comes through transient bubbles generated by rapid periodic movements of objects in liquids caused alternating pressures, such. B. on ship propellers or pump parts.
Auch an den Ultraschall in die Flüssigkeit abstrahlenden Flächen der Funktionselemente selbst entsteht eine ultraschallinduzierte Kavitationserosion. Diese Kavitationserosion bewirkt dort einen Verschleiss der Funktionselemente. Es handelt sich dabei meist um einen mit fortdauerndem Ultraschallbetrieb oberhalb der Intensitätsschwelle sich beschleunigenden Materialabtrag. Das führt dazu, dass die Funktionselemente nach einer entsprechenden Anwendungsdauer auszutauschen sind.Even ultrasound-induced cavitation erosion is produced on the surfaces of the functional elements themselves radiating into the liquid. This cavitation erosion causes there wear of the functional elements. These are usually a material removal that accelerates with continuous ultrasound operation above the intensity threshold. This leads to the fact that the functional elements are to be exchanged after a corresponding period of use.
Um dem Verschleiss durch Kavitationserosion entgegen zu wirken, sind aus dem Stand der Technik verschiedene Ansätze bekannt. Beschichtungen und Materialien mit verbesserter Kavitationserosionsfestigkeit stehen zur Auswahl: spezielle Edelstähle, beispielsweise Duplexstähle oder hochfeste Materialien, beispielsweise TiAlV-Legierungen. Hartchrom- und andere Beschichtungen auf Stählen konnten die Kavitationserosion verzögern, jedoch nicht verhindern.In order to counteract the wear caused by cavitation erosion, various approaches are known from the prior art. Coatings and materials with improved cavitation erosion resistance are available: special stainless steels, for example duplex steels or high-strength materials, for example TiAlV alloys. Hard chromium and other coatings on steels could delay but not prevent cavitation erosion.
Das Problem bisheriger bekannter Beschichtungen ist, dass deren Haftung auf dem Substrat unter den Bedingungen des Ultraschallbetriebes mit transienter Kavitation in der Flüssigkeit nicht ausreicht.The problem of previous known coatings is that their adhesion to the substrate under the conditions of ultrasonic operation with transient cavitation in the liquid is not sufficient.
Es kommt zu mikroskopischen Rissen und in deren Folge zu Abplatzungen der Beschichtungen, die wiederum Angriffsflächen für die weitere Zerstörungen der Beschichtungen durch die Kavitationserosion bieten. Treten mikroskopisch feine Risse und geringe Abplatzungen erst einmal auf, so kann der sich beschleunigende weitere Materialabtrag durch Kavitationserosion nicht mehr verhindert werden.This results in microscopic cracks and, as a result, spalling of the coatings, which in turn provide attack surfaces for the further destruction of the coatings due to cavitation erosion. If microscopically fine cracks and small spalling occur, the accelerating material removal due to cavitation erosion can no longer be prevented.
Ein Ansatz aus dem Stand der Technik (
Aus
Unter dem Titel ”Well Adherent Diamond Coatings on Steel Substrates” wird gezeigt, dass in einem definierten Temperaturbereich oberhalb der α → γ Phasenumwandlung des Stahlsubstrates Diamant in einem CVD-Prozess vermittelt über die genannte Zwischenschicht auf Stahl mit guter Haftung aufgebracht werden kann. Durch die Volumenzunahme des Stahls bei der Rückumwandlung γ → α beim Abkühlen wird die geringere thermische Kontraktion des Diamantes beim Abkühlen wenigstens teilweise kompensiert und so bleibt die bei hohen Temperaturen durch kovalente Bindung zwischen Diamant- und Chromkarbid-Zwischenschicht erzeugte chemische Haftung erhalten. Mit dieser Wahl der Temperatur für die CVD-ähnliche Diamantbeschichtung wurden stabile Diamantschichtdicken im einstelligem μm-Bereich aufgebracht. Mit diesem Verfahren können die sich bei CVD-Beschichtung ausbildenden kovalenten chemischen Bindungen zwischen den Chromkarbiden und Diamant einerseits sowie die Verankerung der Chromkarbid-Zwischenschicht mit dem in das Stahlsubstrat eindiffundierten Chrom andererseits für die Haftung der Diamantschicht genutzt werden. Die Diamantschicht selbst stellt so die erwünschte, gut haftende und sehr harte Oberfläche bereit.Under the title "Well Adherent Diamond Coatings on Steel Substrates", it is shown that in a defined temperature range above the α → γ phase transformation of the steel substrate, diamond can be deposited on steel with good adhesion in a CVD process mediated by said intermediate layer. The increase in volume of the steel in the back transformation γ → α during cooling at least partially compensates for the lower thermal contraction of the diamond during cooling, and thus the chemical adhesion produced at high temperatures by covalent bonding between diamond and chromium carbide interlayers is maintained. With this choice of temperature for the CVD-like diamond coating, stable diamond layer thicknesses in the single-digit μm range were applied. With this method, the covalent chemical bonds between the chromium carbides and diamond formed during CVD coating on the one hand and the anchoring of the intermediate chromium carbide layer with the chromium diffused into the steel substrate on the other hand can be used for the adhesion of the diamond layer. The diamond layer itself provides the desired, well-adhering and very hard surface.
In
Auch hier bleiben die bei den Temperaturen oberhalb der α → γ Phasenumwandlung mittels CVD-Diamantabscheidung erzeugten kovalenten chemischen Bindungen zwischen dem Bornitrid und Diamant bei der Abkühlung erhalten, da durch die Volumenzunahme des Stahls bei der Rückumwandlung γ → α beim Abkühlen die geringere thermische Kontraktion des Diamants im Vergleich zum Stahlsubstrat beim Abkühlen wenigstens teilweise kompensiert wird. Andererseits ist die TiBN-Schicht durch die Eindiffusion von B und N in das Substrat über kovalente chemische Bindungen mit den dort gebildeten Verbindungen FeB, Fe2B, Fe4N auch mit dem Stahlsubstrat fest verankert.Here, too, the covalent chemical bonds between the boron nitride and diamond produced at temperatures above the α → γ phase transformation between the boron nitride and diamond during cooling remain, since the increase in volume of the steel during the back transformation γ → α during cooling results in the lower thermal contraction of the Diamants compared to the steel substrate is at least partially compensated for cooling. On the other hand, by the diffusion of B and N into the substrate, the TiBN layer is also firmly anchored to the steel substrate via covalent chemical bonds with the compounds FeB, Fe 2 B, Fe 4 N formed there.
Neben der besonderen Haftung der so mittels Chromkarbid- oder Titanbornitrid-Zwischenschichten aufgebrachten Diamantschichten erfüllen die Zwischenschichten in beiden Fällen auch die Funktion als Diffusionsbarriere gegen die Ausdiffusion von Eisen aus und von Kohlenstoff in das Stahlsubstrat, die bekanntermassen beide sonst die Eisen-katalysierten Ausbildung von schlecht haftenden Graphitschichten auf der Stahlsubstrat-Oberfläche fördern. Auf diesen lässt sich zwar eine Diamantschicht abscheiden, sie haftet mit der Graphit-Zwischenschicht jedoch nicht ausreichend auf dem Stahlsubstrat.In addition to the particular adhesion of the diamond layers thus applied by means of chromium carbide or titanium boron nitride intermediate layers, the intermediate layers in both cases also fulfill the function of a diffusion barrier against the outdiffusion of iron from and carbon into the steel substrate, both of which are otherwise known to be poor in iron-catalyzed formation promote adhering graphite layers on the steel substrate surface. Although a diamond layer can be deposited thereon, it does not sufficiently adhere to the steel substrate with the intermediate graphite layer.
Ferner besitzen beide Zwischenschichten thermische Ausdehnungskoeffizienten zwischen denen z. B. martensitischer Stahlsubstrate (~12 × 10–6 K–1) und dem des Diamanten ((1 – 5) × 10–6 K–1) zwischen Raum- und CVD-Prozesstemperatur. Furthermore, both intermediate layers have thermal expansion coefficients between those z. Martensitic steel substrates (~ 12 × 10 -6 K -1 ) and that of diamond ((1-5) × 10 -6 K -1 ) between space and CVD process temperature.
Die Entwicklung beider zuvor beschriebenen Mehrfachschichten ist jeweils mit dem Ziel erfolgt, mechanisch abriebfeste Stahloberflächen mit geringer Reibung ausschliesslich für Werkzeuge zur mechanischen Oberflächenbearbeitung bereitzustellen. Daher ist der Einsatz einer solchen Mehrfachschicht auf die Materialbearbeitung, nämlich Kontakt Werkzeug, Werkstück, beschränkt.The development of the above-described multiple layers has always been carried out with the aim of providing mechanically abrasion-resistant steel surfaces with low friction exclusively for tools for mechanical surface treatment. Therefore, the use of such a multi-layer on the material processing, namely contact tool, workpiece is limited.
Aufgabe der ErfindungObject of the invention
Daher besteht die Aufgabe der Erfindung darin, Funktionselemente mit einer Oberfläche bereitzustellen, die zumindest bei hinreichend guter Ausführung der Beschichtung keinen Abtrag durch insbesondere ultraschallinduzierte Kavitationserosion erfährt und die zugleich mechanisch, statisch und dynamisch als insbesondere ultraschallabstrahlende Fläche in Flüssigkeiten hinreichend belastbar ist.Therefore, the object of the invention is to provide functional elements with a surface that at least with sufficiently good design of the coating no erosion by particular ultrasound-induced cavitation erosion experiences and at the same time mechanically, statically and dynamically as particular ultrasound radiating surface in liquids is sufficiently resilient.
Lösung der AufgabeSolution of the task
Erfindungsgemäss wird die Aufgabe gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Zweckmässige Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.According to the invention the object is achieved by the features of
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die Lösung besteht somit darin, ein mehrschichtiges Funktionselement mit einer Oberflächenbeschichtung bereitzustellen und anzuwenden wobei das Funktionselement ein Stahlsubstrat aufweist und auf dem Stahlsubstrat mindestens eine mittels CVD- oder ähnlichen Verfahren aufgebrachte, mit ihm auch chemisch verbundene Zwischenschicht und eine weitere Schicht, die mit der Zwischenschicht ebenfalls chemisch verbunden ist, vorgesehen ist – nämlich eine Diamantschicht. Mit diesem mehrschichtigen Funktionselement kann eine Kavitationserosion beispielsweise eine ultraschallinduzierte Kavitation verringert oder sogar vermieden werden. Damit ist ein wesentlicher Vorteil verbunden, dass die Funktionselemente als ultraschallabstrahlende Flächen, die diese Struktur der Mehrfachschichtung aufweisen, eine wesentlich längere Betriebsdauer und damit verbunden eine höhere Standzeit aufweisen.The solution is therefore to provide a multi-layered functional element with a surface coating and apply the functional element comprises a steel substrate and on the steel substrate at least one applied by means of CVD or similar methods, with him chemically bonded intermediate layer and another layer with the intermediate layer is also chemically connected, is provided - namely a diamond layer. With this multilayer functional element, cavitation erosion, for example, an ultrasound-induced cavitation can be reduced or even avoided. This has a significant advantage that the functional elements have as ultrasound radiating surfaces having this structure of the multilayer, a much longer service life and, associated with a longer service life.
Die Verwendung eines solchen Funktionselements ist vielfältig. Eine besondere vorteilhafte Anwendung der Erfindung besteht darin, das Funktionselement oder Gegenstände, die diese Mehrfachschichtung, nämlich ein Stahlsubstrat mit einer Zwischenschicht z. B. aus Titanbornitrid oder Chromkarbiden und einer darauf aufgebrachten Diamantschicht in den Bereichen einzusetzen, in denen Kavitationserosionen entstehen.The use of such a functional element is diverse. A particular advantageous application of the invention is the functional element or objects that this multilayer, namely a steel substrate with an intermediate layer z. Example of titanium boron nitride or chromium carbides and a diamond layer applied thereto in the areas where cavitation erosions arise.
Die Verwendung eines solchen Funktionselementes auf der Grundlage eines Substrates mit einer entsprechenden Zwischenschicht und einer weiteren der Flüssigkeit zugewandten Schicht, nämlich einer Diamantschicht, erfährt nur einen geringen oder sogar gar keinen Abtrag, beispielsweise durch ultraschallinduzierte Kavitationserosion. Zugleich ist diese Mehrfachschicht auf einem Substrat mechanisch, statisch und dynamisch hinreichend belastbar für Leistungsschallanwendungen mit transienter Kavitation in Flüssigkeiten, darunter auch in wässrigen Lösungen.The use of such a functional element on the basis of a substrate with a corresponding intermediate layer and a further layer facing the liquid, namely a diamond layer, undergoes little or no removal, for example by ultrasound-induced cavitation erosion. At the same time, this multiple layer on a substrate is mechanically, statically and dynamically sufficiently loadable for power-noise applications with transient cavitation in liquids, including in aqueous solutions.
In einer besonderen Ausgestaltung handelt es sich bei dem Substratmaterial um einen schweissbaren, nichtrostenden martensitischen kohlenstoffhaltigen Chromstahl mit γ → α-Phasenumwandlung bei Abkühlung aus dem Temperaturbereich der Diamantbeschichtung. Für Flächenbereiche (Boden, Seiten-Flächen) oder Teilflächen von wannenartigen Ausbildungen (darin eingeschweißten oder mittels Dichtrahmen darin eingeschraubten Schwingplatten) kann hierzu auch ein entsprechendes Stahlblech vorgesehen sein. Beispielsweise kann das Stahlsubstratmaterial ein Chromstahlblech der Werkstoff-Nr. 1.4116 bzw. der Bezeichnung
Wesentlich für die gewollte Eigenschaft, insbesondere um der ultraschallinduzierten Kavitationserosion entgegenzuwirken, ist die Haftung der Diamantschicht, zumindest mittelbar in Bezug auf das Substrat. Dem dienen einmal die Aufbringung der Zwischenschicht mittels CVD-Verfahren und die Aufbringung der Diamantschicht mittels CVD- oder CVD-ähnlichem Verfahren durch die mit dieser Art der Beschichtung ermöglichte Ausbildung kovalenter chemischer Bindungen zu in das Stahlsubstrat eindiffundierten und dort verankerten Produkten der CVD (Cr3C2, Cr23C6 bzw. FeB, Fe2B, Fe4N).Essential for the desired property, in particular in order to counteract ultrasound-induced cavitation erosion, is the adhesion of the diamond layer, at least indirectly with respect to the substrate. Serve once the application of the intermediate layer by means of CVD method and the application of the diamond layer by CVD or CVD-like method by the formation of covalent chemical bonds with this type of coating allowed to be diffused into the steel substrate and anchored there products of CVD (Cr 3 C 2 , Cr 23 C 6 or FeB, Fe 2 B, Fe 4 N).
Darüber hinaus zusätzliche Massnahmen zur Haftungsverbesserung der Zwischenschichten auf dem Stahlsubstrat und der Diamantschicht auf der Zwischenschicht angewandt (Aufrauhung der Stahloberfläche vor dem Aufbringen der Zwischenschicht, ultraschallunterstütztes Einschießen von Diamantkristalliten in die TiBN-Zwischenschicht vor der Diamantbeschichtung).In addition, additional measures were taken to improve the adhesion of the intermediate layers on the steel substrate and the diamond layer on the intermediate layer (roughening of the steel surface prior to the application of the intermediate layer, ultrasonically assisted injection of diamond crystallites into the TiBN intermediate layer before the diamond coating).
Um die Verwendung des Stahlsubstrates, insbesondere für Schwingplatten in Ultraschallreinigungswannen zu ermöglichen, ist vorgesehen, nichtrostendes schweißbares Chromstahlblech zu verwenden.In order to enable the use of the steel substrate, in particular for vibrating plates in ultrasonic cleaning pans, it is intended to use stainless weldable chrome steel sheet.
Schwingplatten benötigen einen Dichtrahmen, mit dem sie mit wannenartigen Ausbildungen verschraubt werden können. Daher ist es notwendig, den Rahmen, der mit Bohrungen zur Verschraubung versehen ist, an das Stahlsubstrat anzuschweissen, um dessen flüssigkeitsdichtes Verbinden mit einer Reinigungswanne zu ermöglichen. Swing plates require a sealing frame, with which they can be screwed with trough-like designs. Therefore, it is necessary to weld the frame, which is provided with screw holes, to the steel substrate to enable its fluid-tight connection with a cleaning trough.
Weitere Verwendungen sehen vor, das Stahlsubstrat, mit einer zumindest die ultraschallabstrahlende Fläche abdeckenden Mehrfachbeschichtung aus einer Kombination von Titanbornitrid- oder Chromkarbid-Zwischenschicht mit darauf aufgebrachter Diamantschicht als sogenannte Sonotrode zu verwenden. Dabei ist das Horn als Stahlsubstrat ausgebildet. Die Stirnseite ist die ultraschallabstrahlende Fläche der Mehrfachbeschichtung.Further uses envisage using the steel substrate as a so-called sonotrode with a multiple coating covering at least the ultrasound radiating surface and made of a combination of a titanium boron nitride or chromium carbide intermediate layer with a diamond layer applied thereon. The horn is designed as a steel substrate. The front side is the ultrasound radiating surface of the multiple coating.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, den Zeichnungen sowie den Ansprüchen hervor.Further advantageous embodiments will become apparent from the following description of an embodiment, the drawings and the claims.
Zeichnungendrawings
Es zeigen:Show it:
Beschreibung eines AusführungsbeispielsDescription of an embodiment
In
Bei dem in
In
Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Substrat
Dieses dargestellte Funktionselement
Auf der zur Flüssigkeit hinweisenden Seite ist die Diamantschicht
Diese Schicht
Vorzugsweise besteht das Substrat
Erfindungsgemäss ist somit ein mehrschichtiges Funktionselement bereitgestellt worden, das zur Einkopplung von Leistungsultraschall in eine Flüssigkeit geeignet ist und das mit fehlerfrei aufgebrachten Beschichtungen die Eigenschaften aufweist, der Kavitationserosion zu widerstehen und gleichzeitig aber die Bedingungen an das tragende Substrat derartiger Funktionselemente, wie sie bereits aus dem Stand der Technik bekannt sind (schweissbar und montierbar an den entsprechenden wannenartigen Ausgestaltungen), erfüllt.According to the invention, a multi-layer functional element has thus been provided which is suitable for coupling power ultrasound into a liquid and which has the properties with correctly applied coatings of resisting cavitation erosion and, at the same time, the conditions on the supporting substrate of such functional elements as already disclosed in US Pat State of the art are known (weldable and mountable to the corresponding trough-like configurations), met.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Funktionselement mit OberflächenbeschichtungFunctional element with surface coating
- 1a1a
- Substratsubstratum
- 1b1b
- Zwischenschichtinterlayer
- 1c1c
- Diamantschichtdiamond layer
- 22
- Ultraschallwandlerultrasound transducer
- 33
- Hornhorn
- 44
- Flüssigkeitliquid
- 55
- SchallausbreitungslinienSound propagation lines
- 66
- Bläschenvesicle
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 4041365 A1 [0012] DE 4041365 A1 [0012]
- FR 2670690 A1 [0012] FR 2670690 A1 [0012]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- K. Kellermann, J. C. Bareiss, S. M. Rosiwal and R. F. Singer: Advanced Engineering Materials, Seite 657, 10 (2008) [0012] K. Kellermann, JC Bareiss, SM Rosiwal and RF Singer: Advanced Engineering Materials, page 657, 10 (2008) [0012]
- J. C. Bareiss, G. Hackl, N. Popovska, S. M. Rosiwal, R. F. Singer: Surface and Coatings Technology, Seite 718, 201 (2006) [0012] JC Bareiss, G. Hackl, N. Popovska, SM Rosiwal, RF Singer: Surface and Coatings Technology, page 718, 201 (2006) [0012]
- K. Kellermann, J. C. Bareiss, S. M. Rosiwal and R. F. Singer: Advanced Engineering Materials, Seite 657, 10 (2008) [0013] K. Kellermann, JC Bareiss, SM Rosiwal and RF Singer: Advanced Engineering Materials, page 657, 10 (2008) [0013]
- J. C. Bareiss, G. Hackl, N. Popovska, S. M. Rosiwal, R. F. Singer: Surface and Coatings Technology, Seite 718, 201 (2006) [0015] JC Bareiss, G. Hackl, N. Popovska, SM Rosiwal, RF Singer: Surface and Coatings Technology, page 718, 201 (2006) [0015]
- DIN EN X50 CrMoV15 [0025] DIN EN X50 CrMoV15 [0025]
- DIN EN X50 CrMoV15 [0043] DIN EN X50 CrMoV15 [0043]
Claims (9)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102009044876A DE102009044876A1 (en) | 2009-12-14 | 2009-12-14 | Use of functional elements with diamond coating on intermediate layers on steel substrates as functional elements with protective coating against cavitation erosion |
PCT/IB2010/003240 WO2011073767A2 (en) | 2009-12-14 | 2010-12-14 | Device and use of functional elements having a diamond coating on intermediate layers on steel substrates as functional elements having a protective coating against cavitation erosion |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102009044876A DE102009044876A1 (en) | 2009-12-14 | 2009-12-14 | Use of functional elements with diamond coating on intermediate layers on steel substrates as functional elements with protective coating against cavitation erosion |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102009044876A1 true DE102009044876A1 (en) | 2011-06-16 |
DE102009044876A8 DE102009044876A8 (en) | 2011-11-17 |
Family
ID=43992514
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102009044876A Ceased DE102009044876A1 (en) | 2009-12-14 | 2009-12-14 | Use of functional elements with diamond coating on intermediate layers on steel substrates as functional elements with protective coating against cavitation erosion |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102009044876A1 (en) |
WO (1) | WO2011073767A2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2016169800A1 (en) * | 2015-04-24 | 2016-10-27 | Weber Ultrasonics Gmbh | Device and method for deburring components by means of ultrasound |
CN112522701A (en) * | 2020-11-26 | 2021-03-19 | 太仓史密斯理查森精密制造有限公司 | Defoaming type surface treatment process for chaplet |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2670690A1 (en) | 1990-12-20 | 1992-06-26 | Bandelin Electronic Gmbh Co Kg | SONOTRODE WITH CAVITATION PROTECTION LAYER. |
EP1358363B1 (en) * | 2000-12-29 | 2008-07-16 | Lam Research Corporation | Diamond coatings on reactor wall and method of manufacturing thereof |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61139696A (en) * | 1984-12-10 | 1986-06-26 | Fuji Photo Film Co Ltd | Prevention of ultrasonic erosion |
JPH02233184A (en) * | 1989-03-03 | 1990-09-14 | Brother Ind Ltd | Ultrasonic vibrator |
AU646266B2 (en) * | 1990-09-27 | 1994-02-17 | General Electric Company | CVD diamond coated ultrasonic probe tips |
-
2009
- 2009-12-14 DE DE102009044876A patent/DE102009044876A1/en not_active Ceased
-
2010
- 2010-12-14 WO PCT/IB2010/003240 patent/WO2011073767A2/en active Application Filing
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2670690A1 (en) | 1990-12-20 | 1992-06-26 | Bandelin Electronic Gmbh Co Kg | SONOTRODE WITH CAVITATION PROTECTION LAYER. |
DE4041365A1 (en) | 1990-12-20 | 1992-07-02 | Bandelin Electronic Gmbh & Co | SONOTRODE WITH CAVITATION PROTECTIVE LAYER |
EP1358363B1 (en) * | 2000-12-29 | 2008-07-16 | Lam Research Corporation | Diamond coatings on reactor wall and method of manufacturing thereof |
Non-Patent Citations (4)
Title |
---|
DIN EN X50 CrMoV15 |
J. C. Bareiss, G. Hackl, N. Popovska, S. M. Rosiwal, R. F. Singer: Surface and Coatings Technology, Seite 718, 201 (2006) |
K. Kellermann, J. C. Bareiss, S. M. Rosiwal and R. F. Singer: Advanced Engineering Materials, Seite 657, 10 (2008) |
Surface & Coatings Technology 201 (2006) S. 718-723 * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2016169800A1 (en) * | 2015-04-24 | 2016-10-27 | Weber Ultrasonics Gmbh | Device and method for deburring components by means of ultrasound |
CN107666970A (en) * | 2015-04-24 | 2018-02-06 | 韦伯超声波股份公司 | The apparatus and method of component burr are removed with ultrasonic wave |
TWI669186B (en) * | 2015-04-24 | 2019-08-21 | 德商韋伯超聲波股份有限公司 | Device and method for deburring components by means of ultrasound |
CN112522701A (en) * | 2020-11-26 | 2021-03-19 | 太仓史密斯理查森精密制造有限公司 | Defoaming type surface treatment process for chaplet |
CN112522701B (en) * | 2020-11-26 | 2022-10-21 | 太仓史密斯理查森精密制造有限公司 | Defoaming type surface treatment process for chaplet |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2011073767A3 (en) | 2011-11-17 |
WO2011073767A2 (en) | 2011-06-23 |
DE102009044876A8 (en) | 2011-11-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Man et al. | Laser surface alloying of NiCrSiB on Al6061 aluminium alloy | |
Krella et al. | Influence of the substrate hardness on the cavitation erosion resistance of TiN coating | |
Sun et al. | Improvement of surface resistance to cavitation corrosion of nickel aluminum bronze by electropulsing-assisted ultrasonic surface rolling process | |
EP1861855A1 (en) | First wall components for a fusion reactor | |
WO2007140931A1 (en) | Coated body and method for its production | |
DE102009044876A1 (en) | Use of functional elements with diamond coating on intermediate layers on steel substrates as functional elements with protective coating against cavitation erosion | |
DE3437488A1 (en) | SOUND TRANSMITTER | |
DE4041365A1 (en) | SONOTRODE WITH CAVITATION PROTECTIVE LAYER | |
DE102011004503A1 (en) | Chemically roughening a surface of an aluminum component provided with a coating by thermal spraying | |
DE102006033372B4 (en) | Ultrasonic actuator for cleaning objects | |
Hasegawa et al. | Corrosion behavior of ultrafine grained austenitic stainless steel | |
EP2032275A1 (en) | Method for removing a protective coating from a component | |
Matsuoka et al. | Effect of multifunction cavitation using phosphoric acid on fatigue and surface properties of AZ31 magnesium alloy | |
DE19536312C1 (en) | Prodn. of multilayered coating with defect-free bore holes used for turbine blades | |
CN103128081A (en) | Method of cleaning sediment in inner cavity of blade by no-liquid energy gathered ultrasonic wave | |
EP2709771B1 (en) | Resonator for the distribution and partial transformation of longitudinal vibrations and method for treating at least one fluid by means of a resonator according to the invention | |
EP3604107A1 (en) | Fixing of a plastic window | |
EP1997939B1 (en) | Hydraulic cylinders and manufacturing method | |
EP0340624A2 (en) | Electroacoustic transducer | |
EP0552696B1 (en) | Ultrasound generating apparatus | |
Dearnley et al. | Corrosion and wear response of Cr–B coated 316L austenitic stainless steel | |
EP0321380A1 (en) | Surface emitting ultrasonic waves with an extended lifespan | |
DE102013107347A1 (en) | design element | |
WO2019048109A1 (en) | Tank with an inner container and an outer casing, and method for producing the tank | |
DE102013211139A1 (en) | Method for producing a component assembly and component assembly |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: ELMA HANS SCHMIDBAUER GMBH & CO. KG, DE Free format text: FORMER OWNER: ELMA HANS SCHMIDBAUER GMBH & CO. KG, 78224 SINGEN, DE Effective date: 20110804 Owner name: ELMA SCHMIDBAUER GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: ELMA HANS SCHMIDBAUER GMBH & CO. KG, 78224 SINGEN, DE Effective date: 20110804 |
|
R082 | Change of representative |
Representative=s name: WOLFGANG HEISEL, 78464 KONSTANZ, DE Representative=s name: HEISEL, WOLFGANG, DIPL.-ING., DE Effective date: 20110804 Representative=s name: WOLFGANG HEISEL, DE Effective date: 20110804 Representative=s name: PATENTANWAELTE BEHRMANN WAGNER PARTNERSCHAFTSG, DE Effective date: 20110804 |
|
R016 | Response to examination communication | ||
R082 | Change of representative |
Representative=s name: HEISEL, WOLFGANG, DIPL.-ING., DE |
|
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: ELMA SCHMIDBAUER GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: ELMA HANS SCHMIDBAUER GMBH & CO. KG, 78224 SINGEN, DE Effective date: 20150126 |
|
R082 | Change of representative |
Representative=s name: HEISEL, WOLFGANG, DIPL.-ING., DE Effective date: 20150126 Representative=s name: PATENTANWAELTE BEHRMANN WAGNER PARTNERSCHAFTSG, DE Effective date: 20150126 |
|
R016 | Response to examination communication | ||
R082 | Change of representative |
Representative=s name: PATENTANWAELTE BEHRMANN WAGNER PARTNERSCHAFTSG, DE |
|
R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee | ||
R003 | Refusal decision now final |