DE1546842B2 - Verfahren zur herstellung eines ueberzuges - Google Patents

Description

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besteht, auf diese Oberfläche aufgesprüht und an- besteht nun aus einem großen Prozentsatz Fluorschließend eine Fluorkohlenstoffdispersioii so auf die kohlenstoff, aus dem Cermet-Spitzen hervorragen. Cermet-Schicht aufgebracht, daß sie in die poröse Aber nicht nur die Abriebfestigkeit wird durch die Cermet-Schicht eindringt; dieser Fluorkohlenstoff- Cermet-Schicht verbessert, sondern diese bildet auch Film wird dann gesintert. 5 eine flexible Übergangsschicht zwischen dem Gegen-

Vor dem Anrauhen der Oberflächen des Gegen- stand und dem Fluorkohlenstoff-Film, so daß die

Standes wird der Gegenstand normalerweise gereinigt, kombinierte Überzugsschicht gut verformbar ist. Auf

um Öl- und Schmutzspuren zu entfernen, durch die Grund ihrer metallischen Komponenten haftet die

die Adhäsion des aufzubringenden Cermet-Überzuges Cermet-Schicht gut an dem überzogenen Gegenstand,

verschlechtert würde. io der ja meist ebenfalls aus Metall besteht.

Die Oberfläche des Gegenstandes muß angerauht In der dritten Stufe des Verfahrens wird ein Überzug

werden, damit sie kleine Vertiefungen aufweist, die die aus einer wäßrigen Dispersion eines Fluorkohlenstoffes

Cermet-Schicht besser festhalten. Diese Oberflächen- auf die poröse Cermet-Schicht aufgebracht. Hierzu

vorbereitung ist für Flammsprühverfahren allgemein können übliche Verfahren und Vorrichtungen, die eine

bekannt. 15 Kontrolle der Verfahrensbedingungen gestatten, ver-

Am besten wird zum Anrauhen der Oberfläche ein wendet werden. Zweckmäßigerweise wird der Überzug

Sandstrahlgebläse verwendet. Der Gegenstand muß aufgebracht, indem man das Material auffließen läßt,

so lange mit dem Sandstrahlgebläse behandelt werden, den Gegenstand in den Fluorkohlenstoff eintaucht

bis die Oberfläche deutliche Vertiefungen aufweist. Die oder ein Sprühverfahren anwendet. Wie bereits aus-

Dauer dieser Behandlung hängt von der verwendeten 20 geführt, wird die Fluorkohlenstoff-Dispersion durch

Vorrichtung, dem Abriebmittel und dem Material des die poröse und unregelmäßige Oberfläche der Cermet-

Gegenstandes ab. Ein scharfkantiger Sand wird ver- Schicht auf ähnliche Weise mit dieser verbunden wie

wendet, um die notwendigen Vertiefungen in der Ober- die Cermet-Schicht mit der angerauhten Oberfläche

fläche herzustellen. Allgemein kann gesagt werden, des Gegenstandes. Die Fluorkohlenstoff-Dispersion

daß die Oberfläche des Gegenstandes so lange mit dem 25 füllt die Vertiefungen der Cermet-Schicht aus und

Sandstrahlgebläse behandelt werden muß, bis sich bildet eine gleichmäßige, glatte Oberfläche. Auf Grund

keine weiteren Veränderungen der Oberfläche mehr der Porosität und der unregelmäßigen Oberflächen-

feststellen lassen. beschaffenheit der Cermet-Schicht wird eine bessere

In der zweiten Stufe des erfindungsgemäßen Ver- Verankerung des Fluorkohlenstoffes erhalten, und die fahrens wird ein Cermet-Material in gewünschter 3° Adhäsion der Fluorkohlenstoffschicht ist merklich Dicke auf den Gegenstand aufgebracht. Jedes Ver- besser als bei den bisher bekannten Überzugsverfahren, fahren, bei dem gleichzeitig das Metall- und das Vorzugsweise wird der Fluorkohlenstoff durch Keramikpulver in genau bemessenen Anteilen auf- Sprühverfahren auf die Cermet-Schicht aufgebracht, gebracht werden kann, ist anwendbar, wenn der da- wobei eine wäßrige Dispersion von Fluorkohlenstoffdurch erhaltene Überzug eine gute Porosität aufweist. 35 harz-Teilchen verwendet wird. Die Vorrichtung muß Mit dem hier verwendeten Ausdruck »porös« ist eine eine Luftdüse, eine Flüssigkeitsdüse und ein Nadel-Oberflächenporosität gemeint, d. h., daß sich die vor- ventil aufweisen, die groß genug sind, um die Fluorhandenen Löcher lediglich an der Oberfläche befinden kohlenstoffe ohne Verstopfen der Vorrichtung auf- und sich zu dieser hin öffnen. Besonders bevorzugt sprühen zu können. Vor der Verwendung wird die wird ein übliches Flammsprühverfahren, um diese 40 Fluorkohlenstoff-Dispersion erneut dispergiert, indem Zwischenschicht aus Cermet-Material aufzubringen. man den Behälter leicht schüttelt. Dann werden große Die Cermet-Schicht muß porös sein und eine unregel- koagulierte Teilchen entfernt, indem man die Fluormäßige Oberfläche besitzen, denn durch die Porosität kohlenstoff-Dispersion durch ein sauberes, nicht der Zwischenschicht kann der Fluorkohlenstoff in das fusselndes Filtertuch oder durch ein Sieb mit Öff-Cermet-Material eindringen, während die unregel- 45 nungen von 105 μ aus rostfreiem Stahl gießt. Zumäßige Oberfläche die Abriebfestigkeit des fertigen sätzliche Netzmittel und Wasser können der Fluor-Überzuges verbessert, da die Spitzen des Cermet- kohlenstoff-Dispersion beigemischt werden, um das Materials aus der Oberfläche herausragen, sobald der Eindringen des Fluorkohlenstoffharzes in die Cermetursprüngliche Fluorkohlenstoff -Film abgenutzt worden Schicht zu erleichtern. Der Fluorkohlenstoff wird so ist. Die Schicht aus keramischem und metallischem 50 lange aufgesprüht, bis die Cermet-Oberfläche glänzend Pulver wird in einem Flammsprühverfahren in einer ist. Nach dem Sintern zeigt sich, daß die Dicke des Dicke von etwa 0,05 mm auf den Gegenstand aufge- Überzuges durch den Fluorkohlenstoff um 0,005 bis bracht. Hierfür wird eine Mischung aus keramischem 0,013 mm erhöht worden ist.

und metallischem Pulver in eine Flammsprühvorrich- Es können die verschiedensten Fluorkohlenstoffe tung gegeben; es wird Sauerstoff und ein Gas ange- 55 verwendet werden, wie z. B. Polytetrafluoräthylen, wendet, um die Pulver in eine halbgeschmolzene Form Polychlortrifluoräthylen, Polyvinylidenfluorid oder zu bringen, in welcher Form sie dann auf den Gegen- fluoriertes Polyäthylenpropylen. Alle Harze können stand aufgesprüht werden. Das Flammsprühverfahren auf diese gleiche Weise aufgesprüht werden,
muß so geregelt werden, daß eine poröse Cermet- In der Sinterstufe werden die Fluorkohlenstoffharz-Schicht erhalten wird, in die der Fluorkohlenstoff-Film ⁶° Teilchen miteinander verschmolzen. Durch das Sintern eindringen kann. Durch diese physikalische Anord- wird die Festigkeit der Fluorkohlenstoffharz-Schicht nung wird die Abriebfestigkeit in folgender Weise erhöht, indem die einzelnen Teilchen praktisch zu gewährleistet: In dem Maße, in dem der Fluorkohlen- einem homogenen Film verschmolzen werden. Die stoff-Film abgenutzt wird, treten die Spitzen der Sintertemperatur für Polytetrafluoräthylen beträgt Cermet-Schicht, wie aus F i g. 2 ersichtlich, an der 65 z. B. etwa 400° C, während des Sinterns wird mit Luft Oberfläche aus. Durch diesen Zustand wird die Ab- oder Wasser gekühlt.

riebfestigkeit stark erhöht, da nunmehr die Cermet- In F i g. 1 wird ein derart hergestellter Überzug

Schicht einen Teil der Oberfläche bildet. Die Oberfläche gezeigt; hierbei wurde ein Gegenstand 11, z.B. ein

eiserner Kochtopf, der eine unregelmäßige Oberfläche besitzt, mit einer Cermet-Schicht 12 so überzogen, daß die Oberfläche des Gegenstandes bedeckt wurde. Es ist zu beachten, daß das Cermet-Material 12 eine poröse, unregelmäßige Oberfläche aufweist, so daß die Fluorkohlenstoff-Dispersion 13 in das poröse und unregelmäßige Cermet-Material 12 eindringen kann. Die Grundmasse der Cermet-Schicht 12, die aus brüchigen keramischen Teilchen 14 und duktilen Metallteilchen 15 besteht, liefert sowohl eine gute Abreibfestigkeit wie auch eine gute Duktilität. Die Metallteilchen 15 in der Cermet-Schicht sollen die Adhäsion an dem Gegenstand 11 verbessern und die Cermet-Schicht 12 mit guter Duktilität versehen. Auf Grund dieser, durch die Metallteilchen 15 hervorgerufenen Duktilität kann die Überzugsschicht nach Aufbringen des Fluorkohlenstoff-Films verformt werden.

F i g. 3 zeigt die in F i g. 2 im Querschnitt wiedergegebene Oberfläche (alle Zeichnungen sind stark vergrößert).

F i g. 2 zeigt den normalen Zustand des erfindungsgemäßen kombinierten Überzuges nach einer gewissen Abnutzung. Der Fluorkohlenstoff-Film 13 wird abgerieben; bis er mit den Spitzen der Cermet-Schicht 12 abschließt. Zu diesem Zeitpunkt besteht die Oberfläche teilweise aus der Cermet-Schicht 12, jedoch zum größten Teil immer noch aus dem Fluorkohlenstoff-Film 13. Durch die Cermet-Spitzen 12 wird eine erhöhte Abriebfestigkeit gewährleistet, die deutlich besser ist als die Abriebfestigkeit eines reinen Fluorkohlenstoff-Films. Der Überzug gemäß F i g. 2 kann mit einem Metallspatel behandelt werden, während die bekannten, mit Fluorkohlenstoffen überzogenen Töpfe und Pfannen nur mit einem Holz- oder Kunststoff-Spatel behandelt werden dürfen. Der Überzug gemäß F i g. 2 gewährleistet, daß der so überzogene Gegenstand auch bei grober Behandlung keinen Schaden erleidet. Aus der Zeichnung ist deutlich erkennbar, daß ein mit einem erfindungsgemäßen Cermet-Fluorkohlenstoff-Überzug versehener Gegenstand den Fluorkohlenstoff-Film länger beibehält, eine größere Abriebfestigkeit aufweist und insgesamt wesentlich länger brauchbar ist.

F i g. 3 zeigt die erfindungsgemäß mit einem Cermet- und einem Fluorkohlenstoff-Überzug versehene Oberfläche nach einer gewissen Abnutzung. Die Oberfläche weist nur sehr kleine Gebiete auf, an denen die Spitzen des Cermet-Materials 12 hervortreten, und der größte Teil besteht immer noch aus dem Fluorkohlenstoff-Film 13. Es muß erwähnt werden, daß diese Zeichnungen lediglich eine schematische Darstellung der Oberfläche sind und zur besseren Erläuterung stark vergrößert wurden. Die natürliche Porosität der Cermet-Schicht ist daher ebenfalls stark vergrößert.

Das Verhältnis von metallischem zu keramischem Pulver kann auf die Verwendungszwecke des Überzuges abgestimmt werden; Eine durch Flammsprühverfahren auszutragende Mischung mit ausgezeichneter Abriebfestigkeit und Leitfähigkeit besteht z. B. zu 60 ± 2 Gewichtsprozent keramischem Pulver (Al₂O₃) und 40 ± 2 Gewichtsprozent Metall (Al, rostfreier Stahl — 400 series). Die Abriebfestigkeit kann auf Kosten der Duktilität durch Erhöhen des Oxydgehaltes und die Duktilität auf Kosten der Abriebfestigkeit durch Erhöhen des Metallgehaltes verbessert werden. Der nachstehende Vergleich der Eigenschaften des erfindungsgemäßen Cermet-Fluorkohlenstoffharz-Überzuges mit der Abriebfestigkeit eines zu 100 °/„ aus Polytetrafluoräthylen bestehenden Überzuges erläutert ebenfalls die Vorzüge des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Abriebfestigkeit wurde gemessen, indem ein Spatel aus rostfreiem Stahl (Größe: 5,7 · 18,4 cm)

ίο mit einer Belastung von 2,27 kg in einer Geschwindigkeit von 9 m/Min, über die überzogene Oberfläche geführt wurde. Vor und nach dem Abrieb-Versuch wurde der Überzug auf seine Abtrenneigenschaften untersucht, indem ein Kuchenteig darin gebacken wurde und das Anhängen des Teiges an der Form festgestellt wurde.

Ergebnis des Abrieb-Versuches'

Material

100 °/₀ Polytetrafluoräthylen

Cermet-Polytetrafluoräthylen

Ergebnis

Der Überzug wurde nach 200-maligem Darüberführen des Spatels bis auf das Grundmaterial der Form entfernt. Die ursprünglichen Abtrenneigenschaften gingen verloren.

Nach lOOOmaligem Passieren des Spatels kein Verlust an ursprünglichen Abtrenneigenschaften. Die Spitzen der Cermet-Schicht, die nach 100-maligem Passieren des Spatels freigelegt wurden, verhinderten eine weitere Abnutzung der Oberfläche. Die Cermet-Spitzen beschädigten sogar den Spatel, ohne von ihm abgerieben zu werden.

Die Tabelle zeigt deutlich, daß durch die vorliegende Erfindung die Haltbarkeit eines Fluorkohlenstoff-Überzuges stark heraufgesetzt wird.

Als Metallkomponente im Cermet-Überzug kann statt Aluminium auch ein rostfreier Stahl, z. B. ein Nickel-Chrom-Stahl, verwendet werden.

Als Grundmaterial, das mit dem Cermet-Überzug, z. B. einem aus 60% Tonerde und 4O°/o Aluminium bestehenden Pulver; überzogen werden kann, ist zu nennen: Aluminium und dessen Legierungen; rostfreier Stahl; Glas-Emails und wärmefeste Glassorten. Glas-Emails und wärmefeste Glassorten können ohne vorherige Behandlung mit einem Sandstrahlgebläse verwendet werden. Diese Materialien müssen nur gereinigt und vor dem Aufbringen der Cermet-Schicht auf etwa 120⁰C erhitzt werden.

Als bevorzugte Tonerde wird ein geschmolzenes Material mit einer Teilchengröße von 10 bis 44 μ verwendet. Als bevorzugtes Aluminiumpulver wird ein .solches mit kugelförmigen Teilchen einer Größe, die durch ein Sieb mit Öffnungen von 44 bis 105 μ gehen, verwendet. Es soll relativ rein sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 2 äthylen-Emailschicht aufgesprüht und ebenfalls gePatentansprüche: sintert. Bei anderen Verfahren zum Aufbringen von Polytetrafluoräthylen-Überzügen wird ähnlich vorge-

1. Verfahren zur Herstellung eines Überzugs aus gangen, wobei lediglich beim Vorüberzug anders geeinem Fluorkohlenstoffharz, wobei die zu beschich- 5 arbeitet wird. Die USA.-Patentschrift 2 944 917 betende, aufgerauhte Oberfläche mit einer porösen schreibt z. B. ein Überzugsverfahren, bei dem ein Zwischenschicht bedeckt und darauf ein Film aus Gegenstand verwendet wird, der mit Oberflächeneinem Fluorkohlenstoffharz aufgebracht und ge- Vertiefungen versehen ist, durch die der abschließende sintert wird, dadurch gekennzeichnet, Fluorkohlenstoff-Überzug besser festgehalten wird,
daß als Zwischenschicht eine Cermet-Zwischen- io Aus dem Stand der Technik kann geschlossen schicht mit ungleichmäßiger äußerer Oberfläche werden, daß die bisher bekannten Polytetrafluoraufgebracht wird. äthylen-Überzüge bei Kochgeräten zwar einige, jedoch

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- nicht alle der gewünschten Eigenschaften, wie Verzeichnet, daß als metallische Komponente der formbarkeit, gute Abtrenneigenschaften und Abrieb-Cermet-Schicht Aluminium, Aluminiumlegierun- 15 festigkeit, zeigen. Überzüge, die zu 100 % ^aus PoIygen, rostfreier Stahl und/oder Nickel-Chrom- tetrafluoräthylen bestehen, besitzen ausgezeichnete Legierungen und als keramische Komponente der Abtrenneigenschaften und gute Verformbarkeit, jedoch Cermet-Schicht Aluminiumoxyd, Zirkonoxyd und/ nur eine schlechte Abriebfestigkeit. Zusammengesetzte oder Mullit verwendet werden. Überzüge aus Oxyd und Polytetrafluoräthylen haben

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch 20 gute Abtrenneigenschaften, sehr gute Abriebfestigkeit, gekennzeichnet, daß die Cermet-Schicht aus 40 aber nur eine schlechte Verformbarkeit, da die konti- ± 2 Gewichtsprozent Aluminiumpulver und aus nuierliche Oxydschicht sehr brüchig ist.

60 ± 2 Gewichtsprozent Aluminiumoxyd-Pulver Ein besonders großes und vorteilhaftes Anwen-

hergestellt wird. dungsgebiet für Fluorkohlenstoff-Überzüge liegt bei

25 Kochtöpfen, Bratpfannen u. dgl. Durch eine als

Trennschicht wirkende Oberfläche würde die Reinigung dieser Geräte erheblich erleichtert. Außerdem könnten die mit einem solchen Überzug versehenen Küchengeräte eine Behandlung vertragen, die bei den

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Ver- 30 heute bekannten überzogenen Topfen und Pfannen

fahren zum Überziehen von Gegenständen mit einer nicht möglich ist, wie sich schon aus der notwendigen

dünnen Fluorkohlenstoff-Schicht, wobei der Gegen- Verwendung von Holz- oder Kunststoffspateln bei

stand zuerst mit einer porösen Zwischenschicht über- bekannten, mit einem Überzug versehenen Topfen

zogen wird, welche dann mit einem Fluorkohlenstoff- erkennen läßt. Das Reinigen von Küchengeräten ist

Film imprägniert wird; die so erhaltene Oberfläche ist 35 eine mühsame Arbeit, die häufig verschiedene Scheuer-

durch gute Abriebfestigkeit, Formbarkeit (Duktilität) mittel erfordert.

und Abtrenneigenschaften gekennzeichnet und weist Ziel der vorliegenden Erfindung ist daher die Schafalle erwünschten Eigenschaften eines Fluorkohlenstoff- fung eines Verfahrens zur Herstellung eines Gegen-Filmes auf. Standes mit kombinierter Oberfläche, die außer den

Ein Fluorkohlenstoff-Überzug, der auf einen ge- 40 erwünschten Eigenschaften eines Fluorkohlenstoffeigneten Gegenstand aufgebracht wird, besitzt auf Filmes eine gute Verformbarkeit, gute Abtrenneigen-Grund seines niedrigen Reibungskoeffizienten sehr schäften und gute Abriebfestigkeit aufweist. Dies wird gute Abtrenneigenschaften. Da jedoch Fluorkohlen- erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß als Zwischenstoff ein weiches und wachsartiges Material ist, besitzt schicht eine Cermet-Zwischenschicht mit ungleichein nur aus diesem Material bestehender Überzug keine 45 mäßiger äußerer Oberfläche aufgebracht wird. In Abriebfestigkeit. Auf Grund dieser Tatsache war die vorteilhafter Ausführung werden als metallische Kom-Verwendung von Fluorkohlenstoff-Überzügen für viele ponente der Cermet-Schicht Aluminium, Aluminium-Zwecke bisher nicht angezeigt. Die Hersteller fordern legierungen, rostfreier Stahl und/oder Nickel-Chromeine haltbare Oberfläche, die gleichzeitig als ihr eigenes Legierungen und als keramische Komponente Alu-Trennmittel wirkt. Die Bedeutung einer solchen Ober- 5° miniumoxyd, Zirkonoxyd und/oder Mullit verwendet, fläche ist sofort erkennbar, wenn man sich vor Augen Eine vorteilhafte Zusammensetzung der verwendeten führt, daß bei vielen Verarbeitungsverfahren ein öl- Komponenten beträgt 40 ± 2 Gewichtsprozent Aluartiges Mittel mitverwendet werden muß, um die miniumpulver und 60 ± 2 Gewichtsprozent Alumi-Adhäsion des zu verarbeitenden Materials an der niumoxydpulver.

Oberfläche der verwendeten Vorrichtung zu verhindern. 55 Die Zeichnung dient zur Erläuterung der vor-

Außerdem läßt sich ein Gerät, das mit einem Fluor- liegenden Erfindung, und zwar zeigt

kohlenstoff-Überzug versehen ist, wesentlich besser F i g. 1 einen erfindungsgemäßen Überzug aus

reinigen als ein Gerät, dessen Oberfläche mit einem Öl Cermet-Material und Fluorkohlenstoff,

als Schmiermittel behandelt werden muß. F i g. 2 den gleichen Überzug wie F i g. 1 nach

Das Aufbringen von Fluorkohlenstoffen auf andere 60 einer gewissen Benutzungszeit und

Gegenstände erfolgt auf die z. B. für Polytetrafluor- F i g. 3 die Oberfläche eines Gegenstandes mit

äthylen bekannte Weise. Ein Polytetrafluoräthylen in einem Cermet-Fluorkohlenstoff-Überzug nach häufiger

wäßriger Dispersion kann z. B. durch Sprühverfahren Benutzung.

aufgebracht werden. Bei solchen Überzugsverfahren Zur Herstellung eines Überzuges wird zuerst die

wird zuerst die Oberfläche des zu überziehenden 65 Oberfläche des zu überziehenden Gegenstandes mit

Gegenstandes angerauht, worauf eine dünne Poly- einem Sandstrahlgebläse angerauht; dann wird mit

tetrafluoräthylen-Grundschicht aufgebracht und ge- einem Flammsprühverfahren ein Cermet-Material, das

sintert wird; abschließend wird eine Polytetrafluor- aus einem metallischen und einem keramischen Pulver