DE1646667C3

DE1646667C3 - Verfahren zum Aufspritzen einer Keramik- oder Oxidschicht auf einen Grundkörper

Info

Publication number: DE1646667C3
Application number: DE1646667A
Authority: DE
Inventors: Werner 7140 Ludwigsburg Langlet; Knut 5650 Solingen Weber
Original assignee: LANGLET WEBER KG OBERFLAECHENVEREDLUNG 4018 LANGENFELD
Current assignee: LANGLET WEBER KG OBERFLAECHENVEREDLUNG 4018 LANGENFELD
Priority date: 1967-12-09
Filing date: 1967-12-09
Publication date: 1979-06-28
Also published as: DE1646667A1; DE1646667B2; FR1604621A; BE722230A; NL6817603A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufspritzen einer Keramik- oder Oxidschicht auf einen Grundkörper, bei dem jeweils in einem thermischen Spritzverfahren vor der Keramik- oder Oxidschicht eine plastische Schicht aus niedrigschmelzenden Metallen oder deren Legierungen und auf diese die Keramik- oder Oxidschicht aufgespritzt wird.

Es sind technische Anwendungsgebiete bekannt, bei denen es nach den heutigen Erkenntnissen notwendig ist, als Schutz vor Verzunderung, vor Korrosion bei hoher thermischer Wechselbelastung oder als Hitzeschild sowie bei Abrasion, Erosion, Kavitation und Gleitflächen mit hoher Temperaturbelastung einen Grundkörper, G^r in der Rege! aus Stahl besteht, mit einer Keramik- oder O-.idschi; ht zu versehen. Als allgemein bekannte Anwendungsgebiete seien Raketen, Düsenflugzeuge, Atomreaktoren ; ~d Kessel genannt Das Aufbringen einer Keramik- oder Oxidschicht auf Stahl begegnet insbesondere wenn relativ dicke Schichten aufgebracht werden müssen, der folgen dien Schwierigkeit: In der Regel besitzt die Keramik- oder Oxidschicht einen anderen Temperaturausdehnungf-l:oeffizienten als das zu beschichtende Material, was bei hohen Temperaturen, insbesondere bei Temperanirwechselbeanspruchungen, zum Platzen der Keramik· oder Oxidschicht führt

Es ist bekannt auf den Grundkörper vor dem Aufspritzen der Keramik- oder Oxidschicht t:in sogenanntes Spritzpolster aus Stahl oder Stahllegierungen aufzubringen, um das Platzen der Keramik- oder Oxidschicht zu vermeiden. Das Spritzpolster aus Stahl vermag bedingt die unterschiedlichen Temperatur-Ausdehnungskoeffizienten von Grundkörper und Keramikoder Oxidschicht auszugleichen. Es hat aber den wesentlichen Nachteil, daß es auch nach dem Aufspritzen mikroporös ist. Dadurch kommt es zu Unterkonosionen, wodurch die gewünschte Wirkung — Korrosionsschutz durch Aufbringen einer Keramik- oder Oxidschicht auf den Grundkörper — nicht zustande kommt, zumindest vermindert wird. Es ist weiterhin bekannt auf den Grundkörper vor dem Aufspritzen der Keramik- oder Oxidschicht eine plastische Schicht aus niedrigsehmelzenden Metallen oder deren Legierungen aufzubringen. Diese Schicht dient dazu, die Unterschied^ liehen Temperatur-Ausdehnungskoeffizienten Von Grundkörper und Keramik* oder Oxidschicht auszugleichen. Die direkt auf den Grundkörper aufgebrachte Metallschicht hat den Nachteil, daß beim Aufbringen iiuf den Grundkörper Metallteilchen in den Grundköder diffundieren, was dessen Struktur und spätere Bearbeitungsmöglichkeiten, z. B. einen etwa notwendigen Schweißvorgang, beeinträchtigt

Die Erfindung verfolgt den Zweck, es möglich zu machen, daß Keramik- oder Oxidschichten auf Grundkörper aufgetragen werden können, ohne daß Metallteilchen aus fremden Schichten in den Grundkörper diffundieren, ohne daß es zu Unterkorrosionen in den metallischen Schichten kommen kann und ohne daß bei Temperatur-Wechselbeanspruchung die Kerarr'k- oder

ίο Oxidschicht abplatzt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zwischen Keramik- oder Oxidschicht und Grundkörper eine Zwischenschicht aufzubringen, die die Struktur des Grundkörpers nicht verändert, ein gutes Haften, auch unter den jeweiligen betrieblichen Verhältnissen bei Montageausführungen, gewährleistet nicht mikroporös ist und Temperaturspannungen aufnehmen kann. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst daß zunächst auf den Grundkörper ein Spritzpolster aus Stahl und dann auf das Spritzpolster die plastische Metall- oder Legierungsschicht aufgespritzt wird.

Bei der Erfindung übernehmen die plastische Schicht und das Spritzpolster aus Stahl folgende Funktionen:

Den Ausgleich unterschiedlicher Temperatur-Ausdehnungskoeffizienten von Grundkörper und Keramikoder Oxidschicht übernimmt die plastische Schicht wie es auch bei der zweiten bekannten Schichtenfolge der Fall ist bei der eine plastische Schicht vorgesehen ist Wird aber eine solche plastische Schicht in einem thermischen Spritzverfahren auf einen Grundkörper aufgebracht diffundieren Metaüteüchen in den Grundkörper, was dessen Struktur und spätere Bearbeitungsmöglichkeiten beeinträchtigt. Diese Diffusion findet nicht statt wenn unter der plastischen Schicht ein Spritzpolster aus Stahl oder Stahllegierungen angebracht wird. Andererseits verhindert die plastische Schicht Unterkorrosionen, die beobachtet werden, wenn direkt auf das Spritzpolster aus Stahl oder Stahllegierungen die Keramik- odei Oxidschicht aufgespritzt wird. Das Spritzpolster aus Stahl oder Stahllegierungen dient zur Verbesserung der Haftverbindung der Keramik- oder Oxidschicht am Grundkörper.
Das Verfahren nach der Erfindung wird nachfolgend an Hand der ein vergrößertes Schliffbild im Schema wiedergebenden Zeichnung näher beschrieben. Aufzubringen ist eine Keramik- oder Oxidschicht auf einen Grundkörper 1, der aus Stahl, legiertem Stahl, aus Gußeisen, Beton, Stein, Holz oder Kunststoff bestehen

so kann. Seine Oberfläche wird durch Strahlen mit Sand, Korund, Stahlkies od. dgl. aufgerauht. Auf den Grundkörper 1 wird in einem thermischen Spritzverfahren, z. B. mit Hilfe einer Drahtpistole, so 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 elektrisch arbeitenden Drahtpi= stole wird mittels zweier stromführender Drähte aus dem gewünschten Spritzmaterial ein Flammbogen hervorgerufen, def den Spritzdraht niederschmelzt Und

mit Preßluft auf die zu bespritzende Fläche sprüht Bei der Pulverpistole wird einer autogenen Flamme das Material durch einen Pülverbehältef mittels Injektorwirkung der Brenngase zugeführt Das Pulver wird in

der autogenen Flamme angeschmolzen und im teigigen Zustand auf den zu bespritzenden Körper aufgeschleudert. Bei dem Spritzen mit Hilfe der Plasmapi stole werden die Spritzmaterialien in Pulverform mittels eines inerten Gases durch einen Lichtbogen geführt, wobei extrem hohe Temperaturen erreicht werden. Durch die enorme Wärmeentwickiung werden die Materialteilchen zum Schmelzen gebracht und infolge der Entladung mit sehr hoher Geschwindigkeit aufgeschleudert. /Js Werkstoff für das Spritzpolster 2 kommen C-, Cr-, Cu- und Ni-Stähle in Betracht, außerdem Cermet-Verbindungen sowie sogenannte exotherme Spritzwerkstoffe, die beim Aufspritzen Nachwärme entwickeln und dadurch 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.

Auf das Spritzpolster 2 wird, ebenfalls in einem der bei der Beschreibung des Aufbringens des Spritzpolsters 2 auf den Grundkörper 1 erwähnten thermischen Spritzverfahren, eine plastische Schicht aus niedrigschmeizenden Metaüen oder Meiäliegierurigen 3 aufgebracht Als Material für die plastische- Schicht 3 sind Metalle, vorzugsweise solche mit niedrigem Schmelzpunkt, z.B. Zinn, Blei, Zink, Aluminium oder deren Legierungen, verwendet

Auf die plastische Schicht 3 wird sodann eine keramische oder oxidische Spritzschicht 4 aufgebracht, und zwar ebenfalls in einem thermischen Spritzverfahren. Beim Aufspritzen der Spritzschicht 4 wird mit einer Pulverpistole, mit einer Stabpistole oder mit einer PlasjrsapiEtole gearbeitet, da das Ausgangsmaterial für die Spritzschicht 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 das zu Stäben gepreßte Spritzmaterial mechanisch durch eine autogene Flamme geschoben, wobei die einzelnen Partikeln erst nach ihrem Abschmelzen aufgesprüht werden und durch ihren flüssigen Zustand ein fast dichtes, gleichmäßiges Gefüge bilden. Als Material für die Spritzschicht 4 kommen alle keramischen Materialien, wie die Oxide der Lanthaniden, z. B. Ceroxid oder Oxid-Keramik, z. B. Chrom-, Titan-, Zirkonium-Oxide, schließlich auch metallegierte Pulver, z. B. Nickelchrom, Nickelchrombor, in Frage.

Dit Wirkung der einzelnen Schichten im Gesamtaufbau ist folgende: Das aus Stahl bestehende Spritzpolster 2 nimmt die bei Temperatureinwirkung diffundierenden Metallteile 5 der aus Metall bestehenden plastischen Schicht 3 auf und schützt so den Grundkörper 1 vor schädlichen Metalldiffundierungen. Eine Metalldiffusion in den Grundkörper 1 würde nämlich die Struktur sowie die späteren Bearbeitungsmöglichkeiten des Grundkörpers 1 durch Schweißen od. dgl. beeinträchtigen. Die Weichmetallschicht 3 übt dreierfei Wirkung aus.

IQ Zunächst übt sie eine Haftwirkung aus: Durch die unter Schmelztemperatur auf die plastische Schicht 3 gespritzten keramischen Werkstoffe wird diese Schicht angeschmolzen, wodurch sie einerseits in die rauhe Oberfläche des unter ihr liegenden Spritzpolsters 2 einschmilzt und andererseits auf sie aufgebrachte, keramische Partikeln 6 in ihre Oberfläche einsinken läßt, wodurch eine starke Verzahnung und Verankerung mit verlötender Wirkung eintritt Es erfolgt also eine Verzahnung und Verlötung der plastischen Schicht 3 sowohl mit dem Spritzpolster 2 als auch mit der Keramikschicht 4. Die plastische Sc^i.jht 3 übt weiterhin eine Dichtwirkung aus: Sie wird als metallische Spritzschicht durch die thermische Beaufschlagung bei Aufbringen der Keramik- oder Oxidschicht 4 unter

Schmelztemperatur und bei Einwirkung einer Hochtemperaturbeanspruchung zu einer metallisch^·". Sehne verdichtet Dadurch verliert sie die einer Metallschicht anhaftende Mikroporosität und ist in der Lage, korrosive Beanspruchung aufzufangen. Die plastische Schicht 3 übt schließlich eine Dennwirkung aus: Sie gleicht die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten zwischen stählernem und keramischem Werkstoff aus, sie wird also zu einer elastischen Zwischenschicht zwischen dem Grundkörper 1 und der Keramikschicht 4.

Wesentlich sind also das Spritzpolster 2 und die plastische Schicht 3, und zwar aus folgenden Gründen: Das Spritzpolster 2 nimmt die diffundierenden Metallteile auf. Die plastische Schicht 3 entfaltet eine dreifache Wirkung: Sie ist verantwortlich für die gute Haftung zwischen Spritzpolster 2 — und damit Grundkörper 1 - und Keramik- oder Oxidschicht 4, wobei außer der üblichen mechanischen Haftung eine verlötende Wirkung erzielt wird. Sie bildet eine dichte Metallsehne, die

in der Lage ist, korrosive Angriffe abzuwehren und damit Unterrostungen der Gesamtschicht zu vermeiden. Sie stellt ein elastisches, sich zu einer Metallsehne ausbildendes 2'wischenglied dar.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

111546 667

Patentanspruch:

Verfahren zum Aufspritzen einer Keramik- ader Oxidschicht auf einen Grundkörper, bei dem jeweils in einem thermischen Spritzverfahren vor der Keramik- oder Oxidschicht eine plastische Schicht aus niedrigschmelzenden Metallen oder deren Legierungen und auf diese die Keramik- oder Oxidschicht aufgespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst auf den Grundkcirper ein Spritzpolster aus Stahl und dann auf das Spritzpolster die plastische Metall- oder Legierungsschicht aufgespritzt wird.