DE1646667A1

DE1646667A1 - Verfahren zum Aufspritzen einer Keramikschicht auf einen Grundkoerper

Info

Publication number: DE1646667A1
Application number: DE1967L0058072
Authority: DE
Inventors: Werner Langlet; Knut Weber
Original assignee: LANGLET WEBER KG OBERFLAECHENV
Current assignee: LANGLET WEBER KG OBERFLAECHENV
Priority date: 1967-12-09
Filing date: 1967-12-09
Publication date: 1971-09-02
Also published as: DE1646667B2; DE1646667C3; NL6817603A; BE722230A; FR1604621A

Description

DIPL-ING. LOTHAR DÖRNER
PATENTANWALT

58 HAGEN eRASHOFSTRASSE 11 q_{# ΒθζβπΛ}ΘΓ 196?}

IfcLfcrUN /OoUZ Anwaltaakte 6777

ianglet, Weber KG» Oberflächenveredlung 5650 Solingen, Kuller Straße 9

Verfahren zum Aufspritzen einer Keramikschicht ' λ auf einen Grundkörper

J)Ie Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufspritzen einer Keramik- oder Oxydschicht auf einen Grundkörper, bei dem zunächst auf den Grundkörper ein Spritzpolster aus Stahl aufgespritzt wird.

£3 sind technische Anwendungsgebiete bekannt, bei denen es nach den heutigen Erkenntnissen notwendig ist, als Schutz vor

Verzunderung, gegen Korrosion bei hoher thermischer Wechsel- "

belastung oder als Hitzeschild sowie bei Abrasion, Erosion, Kavitation und Gleitflächen mit hoher Xemperaturbelastung einen Grundkörper, der in der Regel aus Stahl besteht, mit einer Keramik- oder Oxydschicht zu versehen. Als allgemein bekannte Anwendungsgebiete seien Raketen, Düsenflugzeuge, Atomreaktoren und Kessel genannt. Das Aufbringen einer Keramik- oder Oxydschiont auf Stahl begegnet, insbesondere wenn relativ dicke Scnichten aufgebracht werden müssen, der folgenden Schwierigkeit: In der Regel besitzt die Keramik-

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oder Oxydschicht einen anderen Temperaturausdehnungskoeffizienten als das zu beschichtende Material, was bei nohen Temperabesondere
türen,/bei Temperaturwechselbeanspruohungen, zum Platzen der Keramik:- oder Oxydsohicht führt. Un dies zu verhindern, ist es bereits bekannt, auf das Grundmaterial ein sogen. Spritzpolster aus Stahl- oder Stahllegierungen aufzubringen. Pas Spritzpolster aus Stahl hat den Nachteil, daß es auch nach dem Aufspritzen mikroporös ist. Dadurch kommt es zu Unterkorrosionen, die die gewünschte Wirkung - Korrosionsschutz durch Aufbringen einer Keramik- oder Oxydschicht - wieder vermindern, wenn unter der Schicht Unterkorrosionen stattfinden.

Die Erfindung verfolgt den Zweck, es möglich zu machen, daß Keramik- oder Oxydschichten auf Grundkörper aufgetragen werden können, ohne daß es bei Temperatur-WechselbeanspruchBng zum Abplatzen der Keramik- oder Oxydschicht oder zu Unterkorrosio» nen in den metallischen Schichten kommen kann. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zwischen Keramik- oder Oxydschicht und Grundkörper eine Zwischenscnicht anzubringen, die so ausgebildet ist, daß sie ein gutes Haften, auch unter den jeweiligen betrieblichen Verhältnissen bei Hontageausführungen, gewährleistet, nicht mikroporös ist und Temperaturspannungen aufnehmen kann. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in einem thermischen Spritzverfahren auf den Grundkörper ein Spritzpolster, auf daa Spritzpolster in einem thermischen Spritzverfahren eine Haft-Dioht-Dehn-Patinierung aus

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Metall und auf die Patinierung in einem thermischen Spritzverfahren die Keramik- oder Oxidschicht aufgespritzt wird.

Das Verfahren nach der Erfindung wird nachfolgend anhand der ein vergrößertes Schilffbild im Schema wiedergebenden Zeichnung näher beschrieben. Aufzubringen iat eine Keramik- oder Oxydschicht auf einen Grundkörper 1, der aus Stahl» legiertem Stahl, aus Gußeisen, Beton» Stein, Holz oder Kunststoff be- λ stehen kann. Seine Oberfläche wird durch Strahlen mit Sand, Korund, Stahlkies oder dergl. aufgerauht. Auf den Grundkörper 1 wird in einem thermiscnen Spritzverfahren z.B. mit Hilfe einer Drahtpistole, die sowohl mit autogener Flamme als auch elektrisch arbeiten kann, mit Hilfe einer Pulverpistole oder mit Hilfe einer Plasmapistole, ein Spritzpolster 2 aufgebracht. Bei einer mit autogener flamme arbeitenden Drahtpistole wird das zu Drähten gezogene Spritzmaterial mechanisch durch die autogene Flamme gezogen, schmilzt dabei nieder und wird auf den zu bearbeitenden Gegenstand aufgesprüht, Bei einer elek - ' triech arbeitenden Drahtpistole wird mittels zweier stromfünrender Drähte aus dem gewünschten Spritzmaterial ein Flammbogen Hervorgerufen, der den Spritzdrant niederschmelzt und mit Preßluft auf die zu bespritzende Fläche sprünt. Bei der Pulverpistole wird einer autogenen Flamme das Material durch einen Pulverbehälter mittels Injektorwirkung der Brenngase zugeführt. Das Pulver wird in der autogenen Flamme angeschmolzen und im teigigen Zustand auf den zu bespritzenden Körper aufge-

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schleudert. Bei dem Spritzen mit Hilfe der Flasmapistole werden die Spritzmaterialien in Pulverform mittels eines inerten Gases durch einen Lichtbogen geführt, wobei extrem hohe Temperaturen erreicht werden. Durch die enorme Wärmeentwicklung werden die Materialtellcnen zum Schneisen gebracht und infolge der Entladung mit sehr hoher Geschwindigkeit aufgeschleudert. Als Werkstoff für das Spritzpolster 2 kommen C-, Cr-, Cu- und

Hi-Stähle in Betracht, außerden Cermet-Verbindungen sowie so-

werk
gen. exotherme Spritsfetoffe, die beim Aufspritzen Nachwärme entwickeln und daduroh eine gute Verbindung zum Untergrund schaffen. Beim Aufspritzen wird ein sehr grobes Gefüge gewählt; auf eine gute Haftung auf dem Grundkörper 1 muß Wert gelegt werden.

/uf das Spritzpolster 2 wird, ebenfalls Xn einem der bei der Beschreibung des Aufb-ringens des Spritzpolsters 2 auf den Grundkörper 1 erwähnten thermischen Spritzverfahren, eine als "Haft-Dicht-Dehn-Patinierung" 3 bezeichnete Schicht , nachfolgend HDD-Patinierung genannt, aufgebracnt. Als Material für die HPJKPatinierung 3 sind Metalle, vorzugsweise solche mit niedrigem Schmelzpunkt, z.B. Zinn, Blei, Zink, Aluminium oder deren Legierungen, verwendet.

Auf die HDD-Patinierung 3 wird sodann eine keramische oder oxydische Spritzschicht 4 aufgebracht und zwar ebenfalls in einem thermischen Spritzverfahren« Beim Aufspritzen der Spritz-

"· 5 —

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schicht 4 wird mit einer Pulverpistole, mit einer Stabpiatole oder mit einer Plasmapfetole gearbeitet, da daa Ausgangematerial für die Spritζschicht 4 sowohl in Pulver- wie in Stabform vorliegen kann. Das Verfahren mit der Pulverpistole und mit der Plasmapistole wurde vorstehend bereits für das Aufbringen des Spritzpolsters 2 auf den Grundkörper 1 beschrieben* Beim Aufspritzen mit Hilfe der Stabpistole wird daa zu Stäben gepreßte Spritzmaterial mechanisch durch eine autogene Flamme I geschoben» wobei die einzelnen Partikel erst nach ihrem Abschmelzen aufgesprüht werden und durch ihren flüssigen Zustand ein dichtes, gleichmäßiges Gefüge bilden, ils Material für die Spritzschioht 4 kommen alle keramischen Materialien, wie die Oxyde der lanthaniden, z.B. Ceroxyd, oder Oxyd-Keramik, z.B. Chrom-, Sitan-, Zirkonium-Oxyde, schließlich auch metallegierte Pulver, z.B. Niokelchrom, Niokelohrombor, inirage.

Die Wirkung derjeinzelnen Schichten im Gesamtaufbau und die * Vorteile der Erfindung sind folgende:

Das aus Stahl bestehende Spritzpolster 2 nimmt die bei Semperatureinwirkung diffundierenden Metallanteil 5 der aus Metall bestehenden HDD-Patinlerung 3 auf und schützt so den Grundkftrper 1 vor schädlichen Metalldiffundierungen· Eine Metalldiffusion in den Grundkörper 1 würde nämlich die Struktur sowie die späteren Bearbeitungsmöglioakeiten des Grundkörpers 1 durch Schweißen oder dergl. beeinträchtigen.

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tie HDD-Patinierung 3 übt dreierlei Wirkung aus. Zunächst übt sie eine tiaftwirkung aus: Duron die unter Schmelztemperatur auf die Patinierung 3 gespritzten keramiacnen Werkstoffe wird die Patinierung angeschmolzen, wo durch sie sich einerseits in die raune Oberfläche des unter ihr liegenden Spritzpolsters 2 einschmelzt und andererseits auf sie aufgebrachte, keramische Partikel 6 in ihre Oberfläche einsinken läßt, wodurch eine starke Verzahnung und Verankerung mit verlötender Wirkung eintritt. Es erfolgt also eine Verzahnung und Verlötung der HDD-Patinierung 3 sowohl mit dem Sprltzpolster 2 als auch mit der Keramikschicht 4· Pie HDD-Patinierung/Übi; weiterhin eine Dicht--wirkung aus: Die Patinierung wird als metalllsone Spritzschicht durch die thermische Beaufschlagung bei Aufbringen der Keramik- oder Oxydschicht 4 unter Schmelztemperatur und bei Einwirkung einer Hoohtemperaturbeanspruchung zu einer metallischen Sehne verdichtet. Dadurch verliert sie die einer Metallschicht anhaftende Mikroporosität und ist in der Lage» korrosiver Beanspruchungen aufzufangen. Die HDD-Patinierung 3 übt scnliefllion eine Dehnwirkung aus: Die HOD-Patinierung gleicht die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten zwisohen stählernem und keramischen Werkstoff aus, sie wird also zu einer elastischen Zwischenschicht zwischen dem Grundkörper 1 und der Eeramikeohioht 4.

Wesentlich für die Erfindung sind also das Spritzpolster 2 und die Haft-Dioht-Dehn-Patlnierung 3, und «war aus folgenden

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Gründen:

Baa Spritzpolster 2 nismt die diffundierenden Metallteile auf«

Die Haft-Dieht-Dehn-Patinieruag 3 entfaltet ein® dreifache
Wirkung:

Sie ist verantwortlich, für die gute Haftung swleehen Spritzpolster 2 - und damit Grundkörper 1 - und Keramik- oder Ozydschicht 4₉ wobei außer der Ubliohen aeohaniaohen Haftung eine verlötende Wirkung erzielt wird.

Sie bildet eine dichte Metallsehne, die in der lege let, korrosive Angriffe abeuwehren und daait Unterroatungen der Oeeantrr Schicht zu vermeiden.

Sie stellt ein βlastischeβ, sich zu einer Metallsehne ausbildendes Zwischenglied dar.

Dadurch wird es möglich, auf einen Grundkörper» selbst unter schwierigen Betriebsbedingungen keramisches oder ojydieohea
Material in starken Schichten aufsutragen und lemperaturweoh- ( selbeanspruohungen auszusetzen.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

1, Verfahren sub Aufspritzen einer Keraaik- oder Oxidschicht auf einen Grundkörper, bei dea sunäohst auf den Grundkörper ein Spritspoleter aus Stahl aufgeepritst wird, dadurch gekennseiohnet, daß auf das Spritspoleter (2) in einen theraiflonen Spritsrerfahren eine Haft-Dicht-Behn-Patiaierung (3) aus Metall aufgespritst wird, und daß auf die Patinierung (3) in eines theraieohen Spritarerfahren die leramik- oder Oaydaohioht (4) aufgespritst wird·
2. Verfahren naoh Anepruoh 1, dadurch gekennzeichnet, daß ale Metall für die Haft-Dioht-Dehn-Patinierung (3) ein Metall alt niedrige* Schaeliptmkt, wie Zinn, Blei, Zink, Alusiniua oder deren legierungen, verwendet wird.

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3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das thermische Spritzverfahren, mit dem die Haft-Dioht-Dehn-Patinierung (3) auf das Spritzpolster (2) aufgebracht wird, mit Hilfe einer mit autogener flamme oder elektrisch arbeitenden Drahtpistole ausgeführt wird.
4» Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das thermische Spritzverfahren, mit dem die Haft-Bicht-Dehn- ' Patiaierung (3) auf das Spritzpolster (2) aufgebracht wird, mit Hilfe einer Pulverpistole ausgeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ther-mische Spritzverfahren, mit dem die Haft-Dicht-Dehn-Patinierung (3) auf das Spritzpolster (2) aufgebracht wird, mit Hilfe einer Plasmapistole ausgeführt wird.

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