DE102010019338A1

DE102010019338A1 - Verfahren zur Herstellung von Granulat zum Beschichten einer Oberfläche

Info

Publication number: DE102010019338A1
Application number: DE201010019338
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-05-05
Filing date: 2010-05-05
Publication date: 2011-11-10

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von gut fließfähigem Granulat mittels eines bei Raumtemperatur festen wachsartigen Materials in das feinst gebrochene Nano- und Submikrometerpulver mit einer Durchschnittskorngröße von 0,8 bis 2 μm gleichmäßig verteilt eingebaut werden wobei die Pulverpartikel einen Anteil am Gesamtgewicht des Granulates von etwa 20% bis etwa 90% aufweisen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von kugeligem Granulat nach dem Oberbegriff das Anspruches 1. Die Erfindung betrifft ferner eine Apparatur zur Herstellung des Granulates nach den Merkmalen des Anspruches 6.
Es ist bekannt technische Flächen mit funktionellen Beschichtungen auszuführen, um z. B. Verschleiß, Korrosion, Temperaturschutz und tribologische Eigenschaften zu verbessern. Ein angewandtes Verfahren ist das Thermische Beschichten bei dem fein verteilte metallische oder nichtmetallische Materialien im geschmolzenen oder angeschmolzenen Zustand auf ein Substrat aufgebracht werden um einen Überzug zu erzeugen. Die Beschichtungsmaterialien können als Pulver, Draht, keramische Stäbe oder Schmelze vorliegen.
Agglomerierte und gesinterte carbidische Pulver auf Basis WC-Co- und CrC-NiCr-Legierungen haben für das HVOF (Hochgeschwindigkeitsflammspritzen) besondere Bedeutung. Die Spritzschichteigenschaften werden durch die Spritzparameter und die Pulverkorngröße beeinflusst. Dabei gilt: je feiner das Pulver desto besser die Schichteigenschaften.
Es ist bekannt, dass bei Innenbeschichtungen das Substrat durch zu hohe thermische Belastung leiden kann. Daher wurden Brenner entwickelt, die die Entkoppelung von Strömungstemperatur und Strömungsgeschwindigkeit erlauben und somit die Verwendung sehr feiner Spritzpulverfraktionen ermöglichen ohne diese zu überhitzen.
Die Spritzpulver werden in Kugelmühlen auf eine Korngröße von 0,8 bis 5 μm feinstgemahlen. Dabei entstehen splitterige Bruchstücke. Derartige Pulver sind in herkömmlichen Trockenpulverdosieren nicht verwendbar. Es werden fließfähige Pulver benötigt. Diese sind gekennzeichnet durch eine weitgehend kugelige Form.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auf der Basis von nicht fließfähigen Feinstpulvern gut dosierbares kugeliges Granulat für die beim Thermischen Spritzen üblichen Pulverdosierer zu Verfügung zu stellen.
Allgemein können alle für das Thermische Spritzen üblichen metallischen und nichtmetallischen Pulver in dem kugeligen Granulat entsprechend der vorliegenden Erfindung eingebracht sein. Dies schließt ein: TiO₂, TiO₂ + Al₂O₃ Legierungen, AlSi, Al₂O₃-ZrO₂, Cr₂O₃, CeO₂, YSZ, LSM, HA, Ni-YSZ, WC-12Co, WC-Co-Cr, Ni-Cr-B-Si-Fe, INCONEL 625.
Die zur Granulaterzeugung verwendeten Trägeraterialien können Fettsäuren und ihre Ester, Fettalkohle und ihre Ester, Fettsäureamide, Fettsäurekomplexester, Fettalkohol-Fettsäurester, Montansäure und ihre Ester, Polyolefinwachse als auch natürliche und synthetische Paraffine sein.
Das Trägermaterial wird mit den NANO-/Submikrometerpulver gemischt und unter Wärmezuführung in Bewegung gehalten bis der Schmelzpunkt des Trägermaterials erreicht ist und sich kugeliges Granulat bildet.
Bei einer ersten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Granulates für Luftfahrt-Chromersatzschichten ist das Feinstpulver WC-Co-Cr und das Trägermaterial eine unter [0007] genannte Substanz, vorzugsweise Pentatriacontan-18-on (C35H70O). Der Gewichtsanteil an WC-Co-Cr Pulver beträgt zwischen 20% und 90%, insbesondere zwischen 50% und 90%, besonders bevorzugt zwischen 60% und 80%. Dies vermeidet einen hohen Trägermaterialeinsatz und reduziert die Materialkosten.
Bei einer zweiten bevorzugten Ausführungsform wird das Granulat zur Herstellung von Thermischen Spritzschichten für SOFCs (Solid Oxid Fuel Cells/Festoxidbrennstoffzellen) verwendet. Das Feinstpulver ist YZS – das Trägermaterial Octadecanoic acid ester (C77H148O8) oder eine andere unter [0007] genannte Substanz.
So hergestelltes Granulat ist kugelig und hat einem Korndurchmesser von ca. 0,1 bis 0,8 mm. Die Schmelzpunkte des Trägermaterials liegen deutlich über Raumtemperatur. Das Granulat ist gut dosierbar. Mit einem Trägergas (N₂) wird es über einen Schlauch zum Brenner gefördert. Hier schmilzt das Trägermaterial. Die freigelegten Feinstpulverkörner stehen für den Beschichtungsvorgang zur Verfügung – das Trägermaterial wird zum Brennstoff für die Flamme.
Die Erfindung umfasst zudem eine Vorrichtung zur Herstellung des Granulates.
Diese besteht aus einem zylindrischen oder kegelstumpfförmigen Rohr, das mit einem Deckel verschlossen werden kann. Das Rohr (h = ca. 2d) ist auf einem Boden festgeflanscht. Auf der Unterseite des Bodens ist ein Elektromotor angebracht, dessen Antriebswelle zentrisch durch den Boden führt. Auf der Antriebswelle befindet sich ein schiffsschraubenähnlicher Impeller.
Die Vorrichtung wird zu etwa 20% bis 50% des Volumens mit dem Gemisch aus dem jeweiligen NANO-/Feinstmikrometerpulver und Trägermaterial gefüllt. Wird der Motor eingeschaltet, dann wirft der Impeller die Pulvermischung in die Höhe und es entsteht ein Vortex. Die über den Impeller eingebrachte Bewegungsenergie erwärmt die Mischung aus Feinstpulver und Trägermaterial sehr gleichmäßig.
Wenn der Schmelzpunkt des Trägermaterials erreicht wird, beginnt es das Feinstpulver zu umhüllen und die Pulverpartikel beginnen zu agglomerieren. Bei Erreichen der gewünschten Korngröße wird der Motor abgeschaltet und das Granulat kann erkalten.
Es kommen bevorzugt solche Trägermaterialien zum Einsatz, die im verwendeten Thermischen Spritzverfahren (HVOF oder Plasma, usw) einen für die Verfahren und zu erzeugenden Schichten verträglichen Brennstoff darstellen.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Granulat für Thermische Spritzschichten mittels Agglomeration einer Mischung aus metallischen oder nichtmetallischen NANO-/Submikrometerpulvern und einem wachsartigem Trägermaterial, wobei der Feinstpulveranteil wenigstens 10% bezogen auf das Gesamtgewicht aufweist, dadurch gekennzeichnet dass das Trägermaterial im Beschichtungsverfahren als Brennstoff fungiert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass eine Mischung aus Trägermaterialien gleicher/unterschiedlicher Schmelzpunkte zum Einsatz kommt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Mischungen aus metallischen und/oder nichtmetallischen Feinstpulvern verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Feinstpulveranteil 40% bis 90%, insbesondere zwischen 60% und 80% beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulverkörnung 0,8 bis 40 μm beträgt.
Apparatur zur Herstellung des Granulates, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung der Materialmischung zur Agglomeration der Komponenten in einem Reaktor durch Zuführung von Reibenergie erfolgt.
Apparatur nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibenergie von einem Impeller erzeugt wird.