DE1935123C3

DE1935123C3 - Process for coating the surfaces of metallic objects with metallic materials

Info

Publication number: DE1935123C3
Application number: DE1935123A
Authority: DE
Inventors: Shigehisa Hakata Fukuda; Toshiro Kashii Suhara
Original assignee: Nippon Tungsten Co Ltd
Current assignee: Nippon Tungsten Co Ltd
Priority date: 1969-07-10
Filing date: 1969-07-10
Publication date: 1978-04-13
Also published as: DE1935123A1; DE1935123B2

Description

,(KK, * ^cyt^x , (KK, * ^cy t ^x

K₂ χ V χ f\K ₂ χ V χ f \

wobei:whereby:

K ₁ = material constant (± 20%) K ₂ = constant (± 30%) C = capacitor capacitance (Farad) V = charging voltage (volts)

f = Resonanzfrequenz der Schaltung (Hz) f = resonance frequency of the circuit (Hz)

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Beschichten von Oberflächen von metallischen Gegenständen mit metallischen Werkstoffen mit Hilfe eines Drahtes aus dem jeweils gewählten metallischen Werkstoff, der in Anwesenheit von Luft oder inerten Gasen, wie Stickstoff, um ein Mehrfaches seines Halbmessers von der zu beschichtenden Oberfläche beabstandet angeordnet und darauf einem derart hohen,The invention relates to a method for coating surfaces of metallic objects with metallic materials with the help of a wire made from the selected metallic Material that in the presence of air or inert gases, such as nitrogen, is several times its own Arranged at a distance from the surface to be coated and on such a high,

stoßartig auftretenden elektrischen Strom ausgesetzt wird, daß er schlagartig verdampft und schmilzt, worauf die Schmelzpartikeln unter dem explosionsartig auftretenden Verdampfungsdruck mit hoher Geschwindigkeit auf die zu beschichtende Oberfläche aufgeschleudert werden.jerky electrical current is exposed that it suddenly evaporates and melts, whereupon the melt particles under the explosive evaporation pressure at high speed be spun onto the surface to be coated.

Einige bekannte Verfahren arbeiten getrennt mit Beschichtungswerkstoff einerseits und Energiewandler andererseits. So wird beispielsweise (DT-PS 12 50 243) eine Folie verwendet, die mit Hilfe eines elektrische Energie in Druck umsetzenden Energiewandlers, der ein verdampfbarer Draht sein kann, auf die zu beschichtende Räche aufplattiert wird. Bei einem anderen Vorgehen (US-PS 32 20 873) befindet sich der die Beschichtung bildende Stoff in einer Lösung, aus der er mi' Hilfe einer Druckwelle herausgetrieben wird. Im Rahmen des älteren, nicht vorveröffentlichten deutschen Patentes 15 83 752 ist schließlich ein Verfahren unter Schutz gestellt, bei dem das zum Beschichten der Oberfläche eines Werkstockes vorgesehene Material zunächst von einer Folie gehalten wird und dann infolge der Zerstörung der Folie durch die von einer Funkenentladung erzeugte Druckwelle freigesetzt wird. Anstelle der Funkenstrecke kann man auch hier einen durch einen Stromimpuls zerstörbaren Leiter verwenden. Damit soll bei Anlegung der die Funkenentladung auslösenden Energie zunächst der schmelzbare Leiter zerstört und sich er it dann die Funkenentladung anschließend voll ausbilden. Damit soll die Entladungszeit verlängert und somit die Notwendigkeit der Zerstörung der Folie, der Freisetzung des pulverförmigen Materials und des Aufbringens dieses Materials auf die Oberfläche des zu beschichtenden Werkstückes besser angepaßt werden.Some known processes work separately with coating material on the one hand and energy converter on the other hand. For example (DT-PS 12 50 243) a film is used, which with the help of an electrical Energy into pressure converting energy converter, which can be a vaporizable wire, on the to be coated Revenge is plated. In another procedure (US-PS 32 20 873) is the Coating-forming substance in a solution, from which it is driven out with the help of a pressure wave. in the Finally, a method is part of the older, unpublished German patent 15 83 752 placed under protection, in which the coating of the Surface of a workstock provided material is initially held by a film and then as a result the destruction of the foil is released by the pressure wave generated by a spark discharge. Instead of the spark gap, a conductor that can be destroyed by a current pulse can also be used here. This means that when the energy that triggers the spark discharge is applied, the fusible conductor should be the first destroyed and it then fully develop the spark discharge. This is intended to extend the discharge time and thus reduce the need for Destruction of the film, the release of the powdery Material and the application of this material to the surface of the workpiece to be coated better adapted.

Bei einem Verfahren der eingangs genannten Art (W. M. Con η in »Exploding Wire«, Band 2, Plenum Press, New York [1962] bzw. in »The Physical Review«, Band 79, zweite Serie, 1.7. bis 15.9.1950) ist der Energiewandler und der Beschichtungswerkstoff in ein und demselben Gegenstand, nämlich einem Draht, inkorporiert Dabei wird durch einen metallischen Draht relativ kleinen Durchmessers, wie etwa weniger als 0,1 mm, ein hoher Strom geschickt bzw. zur Entladung gebracht, was eine Explosion zur Folge hat, derart, daß der Draht durch Verdampfen in einen gasförmigen Zustand hohen Druckes gesetzt wird. Es wurde ein Silberdraht von 0,16 mm im Durchmesser bei niedrigem Luftdruck (etwa 120 mm Hg) oder bei ebenso niedrigem Druck von inerten Gasen durch eine solche elektrische Entladung explodiert Bei Ausübung dieses Verfahrens stellen sich jedoch folgende Schwierigkeiten ein:In a method of the type mentioned at the beginning (W. M. Con η in "Exploding Wire", Volume 2, Plenum Press, New York [1962] or in "The Physical Review", Volume 79, second series, 1.7. until September 15, 1950) is the energy converter and the coating material is incorporated in one and the same object, namely a wire A metal wire with a relatively small diameter, such as less than 0.1 mm, is used here sent high current or brought to discharge, which has an explosion as a result, so that the wire is placed in a gaseous state of high pressure by evaporation. It was made of a silver wire 0.16 mm in diameter at low air pressure (approx 120 mm Hg) or at an equally low pressure of inert gases by such an electrical discharge explodes When performing this procedure, however, the following difficulties arise:

1. Der Draht befindet sich in einer Umgebung von Luft oder inerten Gasen relativ niedrigen Druckes. Die unter diesen Umgebungsbedingungen stattfindende elektrische Entladung verläuft zum Teil in dem Raum um die Oberfläche des Drahtes herum, da in diesem Umgebungsraum die Gase ionisiert werden. Dieser elektrische Nebenfluß führt zu einer Einbuße an Stromfluß durch den Draht und damit an Explosionskraft, so daß die Beschichtung nicht die gewünschte Haftfestigkeit besitzt.1. The wire is in an environment of air or inert gases of relatively low pressure. The electrical discharge taking place under these environmental conditions runs partly in the space around the surface of the wire, as the gases ionize in this surrounding space will. This electrical bypass results in a loss of current flow through the wire and thus explosive force, so that the coating does not have the desired adhesive strength.

2. Da der Anteil des elektrischen Stromes, der durch den Draht selbst hindurchgeht, auf Grund des vorerwähnten Nebenschlusses nicht genau feststellbar ist, lassen sich keine optimalen Verfahrensbedingungen errechnen. 2. Since the portion of the electric current that passes through the wire itself is due to the The aforementioned shunt cannot be precisely determined, no optimal process conditions can be calculated.

3. Die nach den bekannten Vorschlägen verwendeten Drähte in der Größenordnung von 0,1 mm3. The wires used according to the known proposals in the order of 0.1 mm

Durchmesser ergeben nur eine unzureichende Dicke der Beschichtung (nur etwa 0,05 μπ). Jedenfalls läßt sich mit der Auflage nur eines explodierten Drahtes kein praktisch verwertbares Resultat erzielen.Diameters only result in an insufficient thickness of the coating (only about 0.05 μπ). In any case, there is nothing that can be used in practice with just one exploded wire Achieve result.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, mit dem es möglich ist, den Entladungsstrom auf den Drahtquersch~itt zu beschränken und damit genaue Bemessungsgrundlagen zu erhalten; weiterhin soll die Dicke des Belages praktischen Erfordernissen entsprechen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Draht unter atmosphärischen Druck in einem Abstand vom 20—60fachen seines Halbmesser von der zu beschichtenden Oberfläche angeordnet wird. Durch das Explodieren des Drahtes unter atmosphärischem Druck-wird der Vorteil genutzt, daß eine Ionisierung unter diesen Verhältnissen nur schwer stattfindet Dies führt dazu, daß praktisch kein Strom außerhalb des Leiters in der umgebenden Luft fließt Der Strom konzentriert sich damit auf den Draht wodurch sich genaue Berechnungsgrundlagen für die Bemessung der Anlage ergeben. Der vorgesehene Entfernungsbereich des Drahtes gewährleistet bei entsprechender Bemessung seines Durchmessers, daß die unter dem Verdampfungsdruck auseinandergeschleuderten Schmelzpartikeln in genügender Dichte die zu beschichtende Fläche erreichen und bis dahin nicht oxydieren. Der Draht wird durch den Stromstoß augenblicklich überhitzt und bildet so ein Gemisch von Hochdruckgas und Schmelze des Drahtes, die atomisierten Teilchen werden mit einer hohen Geschwindigkeit von 1 — 10 Mach zur Zerstreuung bzw. Zerstäubung gebracht Eine Oxydation kann in diesem Bereich deshalb nicht stattfinden, weil der Verdampfungsdruck die umgebende Luft verdrängt In bevorzugter Ausführung wird der Drahtdurchmesser in der Größenordnung zwischen 04 und 2,0 mm gewählt Durch das erfindungsgemäße Vorgehen lassen sich die Richtung und die Geschwindigkeit der atomisierten Teilchen dadurch steuern, daß man die Energie der Stoßwelle ausnutzt die durch die Explosion des Drahtes in der Umgebungsluft bzw. einer Gasatmosphäre erzeugt wird.The invention is based on the object of providing a method of the type mentioned at the beginning with which it is possible to limit the discharge current to the wire cross-section and thus to obtain precise tax bases; furthermore, the thickness of the covering should meet practical requirements correspond. The object is achieved in that the wire under atmospheric Pressure at a distance of 20-60 times its radius from the surface to be coated is arranged. Exploding the wire under atmospheric pressure takes advantage of that ionization takes place only with difficulty under these conditions. This means that practically none Current flows outside the conductor in the surrounding air. The current is thus concentrated on the wire which results in precise calculation bases for dimensioning the system. The intended The distance range of the wire ensures that, given the appropriate dimensioning of its diameter the melt particles thrown apart under the evaporation pressure in sufficient density reach the surface to be coated and do not oxidize until then. The wire is through the surge of electricity Instantly overheats and forms a mixture of high pressure gas and melt of the wire, which is atomized Particles are dispersed or atomized at a high speed of Mach 1-10 An oxidation cannot take place in this area because of the evaporation pressure the surrounding air is displaced In a preferred embodiment, the wire diameter is in the order of magnitude chosen between 04 and 2.0 mm The direction and the speed of the atomized particles can thereby be proceeded control that one uses the energy of the shock wave generated by the explosion of the wire in the surrounding air or a gas atmosphere is generated.

Die Erfindung wird an Hand der in der Zeichnung wiedergegebenen Skizzen und der nachfolgenden Darlegungen und Ausführungsbeispiele näher erläutert Es zeigtThe invention is based on the sketches reproduced in the drawing and the following Explanations and exemplary embodiments explained in more detail It shows

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines elektrischen Schaltkreises zur Durchführung des Verfahrens,1 shows an embodiment of an electrical circuit for carrying out the method,

F i g. 2 eine Anordnung zur Ausführung des Verfahrens zum Beschichten der Itmenwand eines rohrförmigen Körpers,F i g. 2 shows an arrangement for carrying out the method for coating the itmenwand of a tubular Body,

F i g. 3A und 3B eine Schemadarstellung der Wechselwirkung zwischen den atomisierten Teilchen und der durch einen Reflektor reflektierten Stoßwelle in einer Achsialansicht und in einer Seitenansicht.F i g. 3A and 3B are a schematic representation of the interaction between the atomized particles and the Shock wave reflected by a reflector in an axial view and in a side view.

F i g. 1 zeigt einen Schaltkreis, wie er zur Durchführung des Verfahrens zur Anwendung kommen kann, um einen elektrischen Strom zur Stoßentladung und um einen abnutzbaren Draht zur Explosion zu bringen. In dieser Figur ist mit 1 der Draht bezeichnet, der zwischen zwei Elektroden 2 in atmosphärischer Umgebung oder in einem inerten Gas montiert ist. Ein Kondensator 3 hoher Kapazität wird über einen Ladewiderstand 4 durch einen Gleichspannungsgenerator 5 hoher Spannung aufgeladen, mit 6 ist der Entladungsspalt bezeichnet über welchen ein starker elektrischer Strom zur Entladung kommt Scha'f.ingsanordnungen in dieserF i g. 1 shows a circuit as it can be used to carry out the method in order to an electric current to shock discharge and detonate a worn wire. In In this figure, 1 denotes the wire that runs between two electrodes 2 is mounted in an atmospheric environment or in an inert gas. A capacitor 3 high capacity is via a charging resistor 4 by a DC voltage generator 5 high voltage charged, with 6 the discharge gap is designated over which a strong electric current Scha'f.ingsanordnung comes to the discharge in this

Type of spark discharge

allgemein bekannt, es kann daher darauf verzichtet werden, hier eine weitergehende Beschreibung zu geben. Mit einer solchen Anordnung lassen sich insbesondere die innere Fläche von zylindrischen und kugelförmigen Gegenständen mit Metallen beschichten.generally known, it can therefore be dispensed with a more detailed description here give. With such an arrangement, in particular, the inner surface of cylindrical and Coating spherical objects with metals.

When performing the procedure, a shock wave is generated

ausgenutzt, die durch die Explosion eines abnutzbarenexploited by the explosion of a wear and tear

Wire in an atmospheric environment or in one

ίο inerten Gas von normalem Druck erzeugt wird. Die Benutzung von inertem Gas hat sich im Rahmen der durchgeführten Versuche insbesondere bei der Benutzung von Drähten aus Aluminium, Titan und Molybdän als vorteilhaft erwiesen; so verhindert eine Stickstoffatmosphäre ein Anhaften von oxydierten Teilchen an der Oberfläche des zu beschichteten Gegenstandes.ίο inert gas of normal pressure is generated. the The use of inert gas has proven itself within the scope of the tests carried out, especially during use of wires made of aluminum, titanium and molybdenum proven to be beneficial; so prevents a nitrogen atmosphere adhesion of oxidized particles to the surface of the object to be coated.

Die Explosion eines Drahtes mit einem Durchmesser von weniger als 0,5 mm erzeugt wegen ?iner kleineren Explosionsenergie nur eine dünne Schichtlage relativ geringer HaftfestigkeitThe explosion of a wire with a diameter of less than 0.5mm is created because of a smaller one Explosion energy only a thin layer of relatively low adhesive strength

Die sich in dem umgebenden G?" infolge der Explosion ausbreitende Stoßwelle kann ourch Reflektoren reflektiert werden, welche die Flugrichtung und die Geschwindigkeit der atomisierten Teilchen des Drahtes steuern, was die Erzeugung einer gleichförmigen Schichtlage hoher Dichtigkeit und befriedigender Haftfestigkeit zur Folge hat und gleichzeitig durch die Beschleunigung und Konzentration der atomisierten Teilchen eine befriedigende Ausbeute des Beschichtungsmaterials mit sich bringtWhich are in the surrounding G? "As a result of the Explosion propagating shock wave can be caused by reflectors reflecting the direction of flight and the speed of the atomized particles of the wire control what the creation of a uniform layer of high density and more satisfactory Has adhesive strength as a consequence and at the same time through the acceleration and concentration of the atomized Particles brings a satisfactory yield of the coating material with it

Das Vorgehen mit Hilfe von Reflektoren läßt sich insbesondere an Hand der Fig.3A und 3B näher erläutern Die durch einen Draht ti erzeugte Stoßwelle wird durch Reflektoren 12, 12* reflektiert, die unterThe procedure with the aid of reflectors can be explained in more detail in particular with reference to FIGS. 3A and 3B explain the shock wave generated by a wire ti is reflected by reflectors 12, 12 * that are below

is einem Winkel von 45° mit Abstand zueinander angeordnet sind. Die reflektierten Wellen 14,14' treffen auf den zu beschichtenden Gegenstand 13 auf, sie lenken die atomisierten Teilchen 15 und 16 in Richtungen, die in den F i g. 3 gestrichelt eingezeichnet sind. Die Wellenintensität und ihre Richtung werden also durch die Reflektoren gesteuert, die ihrerseits die Bewegung der atomisierten Teilchen steuern. Eine solche Verfahrensweise eignet sich insbesondere für das Beschichten von Metallen mit einer ebenen Oberfläche. Zwischen demis at an angle of 45 ° with a distance to each other are arranged. The reflected waves 14.14 'hit on the object to be coated 13, they direct the atomized particles 15 and 16 in directions that in the F i g. 3 are shown in dashed lines. The wave intensity and its direction are thus determined by the Controlled reflectors, which in turn control the movement of the atomized particles. Such a practice is particularly suitable for coating metals with a flat surface. Between the

Wire and the object must be a suitable one Distance must be maintained, which is about 20 to

60fachen, vorzugsweise im wesentlichen dem 40fachen,60 times, preferably substantially 40 times,

Corresponds to the radius of the wire The procedure is usually more atmospheric

Umgebung durchgeführt, wobei man sich die Eigenschaft normaler Atmosphäre zunutze macht, daß diese bei normalem, atmosphärischem Druck von Meereshöhe schwer ionisiert
Diese Eigenschaft resultiert in der Verhinderung einei Stromleckage durch die umgebende Luft Der elektrische Strom konzentriert sich also in dem Draht I, weshalb diesem ein Durchmesser bis zu etwa 2 mm gegeben werden kann, um eine Explosion herbeizuführen. Wenn für den Draht die geeignete Abmessung und das geeignete Materie¹ gewählt ist, dann wird der Draht nach weiterer Wahl der optimalen Entladungsbedingungen, d.h. nach Wahl der Entladungsspannung, des Wertes der Kapazität des Kondensators und der Resonanzfrequenz der Schaltung zur Verringerung des Verlustes an elektrischer Energie, explodiert In der nachfolgenden Tabelle sind die Ergebnisse einiger Versuche an den verschiedenstens metallischen Gegenständen festgehalten.Environment carried out, taking advantage of the property of normal atmosphere that it ionizes heavily at normal atmospheric pressure from sea level
This property results in the prevention of current leakage through the surrounding air. The electric current is therefore concentrated in the wire I, which is why this can be given a diameter of up to about 2 mm in order to cause an explosion. If the suitable dimension and material ^{1 is} selected for the wire, then the wire will after further selection of the optimal discharge conditions, i.e. after selection of the discharge voltage, the value of the capacitance of the capacitor and the resonance frequency of the circuit to reduce the loss of electrical energy , exploded The following table shows the results of some tests on a wide variety of metallic objects.

Verwendeter DnihlUsed diameter iiisisnialcriiisisnialcr Λ!Λ! II. WW. ΛIΛI WW. AuAu TaTa ΠΠ ι;ι; IcIc CuCu ιι NiNi ιι MoMon (,(, ιι ι:ι: Messing (7:3)Brass (7: 3) Rostfreier Stuhl Ι·Stainless chair Ι · (IS:8)(IS: 8) WC CoWC Co

Λμ (d lc Cu NiΛμ (d lc Cu Ni

I I-I I-

ι·:ι ·: ι ιι ι ι·:ι ·: (( ιι ι·:ι ·: ι ιι ι ι;ι; ιι I II I

ΜοΊΜΐιμ KdsllrL-icr SUiIiI f 7 _: 3» (IX XlΜοΊΜΐιμ KdsllrL-icr SUiIiI f 7 _: 3 »(IX Xl

(ί ι;(ί ι;

E: sehr gutE: very good

Q: satisfactory

Haftfestigkeit:
Mehr als 100 kg/cm²
Mehr als 50 kg/cm²
Mehr als 5kg/cm^? Adhesion strength:
More than 100 kg / cm ²
More than 50 kg / cm ²
More than 5kg / cm ^?

Die optimalen Bedingungen zur Explodierung beispielsweise eines Wolframdrahtes lassen sich in folgenden Gleichungen erfassen:The optimal conditions for the exploding of a tungsten wire, for example, can be found in capture the following equations:

.S' opt -.S 'opt -

KXM)KXM)

χ cvp /oplχ cvp / opl

K,K,

wobei: Kt = K₂ = 5opt: C: V: f: /opt:where: Kt = K ₂ = 5opt: C: V: f: / opt:

12)12)

Material constant (± 20%)

Konstante (±30%)Constant (± 30%)

Optimal cross-sectional area of the wire (mm ² ) Capacitance of the capacitor (Farad) Charging voltage (volts) Circuit resonance frequency (Hz) Optimal wire length (mm) The constants K \ and K ₂ are determined as follows:

WC Cc IXS
Rostlreier SuhlWC Cc IXS
Rostlreier Suhl

IcIc

A₁ (x K) -3) I I 1.4 IA ₁ (x K) -3) II 1.4 I

A', 4 4 4 4A ', 4 4 4 4

2,12.1

Diese Gleichungen erwiesen sich im Rahmen der Versuchsreihen als zutreffend, die numerischen Konstanten wurden empirisch bestimmt. Aus Vorstehendem ist erkennbar, daß auch Messing und rostfreier Stahl mit Erfolg beschichtet werden können. Der zur Verwendung kommende Draht weist einen Durchmesser zwischen 0,5 und 2,0 mm auf. Wird ein Draht größeren Durchmessers verwendet, dann tritt beim Hindurchschicken eines Stromes hoher Frequenz oder eines Stoß-Gleichstromes durch den Leiter der bekannte Skin-Effekt auf, der in dem Nachteil eines ungleichförmigen Schmelzens und einer ungleichförmigen Verdampfung des Drahtes infolge einer möglicherweise ungleichförmigen Qualität des Drahtmatenals resultiert Diese Feststellung trifft auf die meisten metallischen Drähte zu. Ein solcher Nachteil einer Ungleichförmigkeit resultiert aber in der Erzeugung größerer Teilchen mit einem Durchmesser von mehr als 100 μπι, welche die Glätte der Beschichtungsfläche und deren Haftfähigkeit verschlechtern. Andererseits bringt die Verwen- (15 dung eines Drahtes mit einem Durchmesser von weniger als 0,5 mm den Nachteil, daß eine große Menge des Drahtes bei der Explosion in ein Explosionsgas verwandelt wird und daß der Durchmesser der atomisierten Teilchen weniger als 1 μηι beträgt. Daraus resultiert eine geringere, gegen die Oberfläche des zu beschichtenden Materials gerichtete Stoßenergie, so daß die Schichtlage eine geringe Haftfestigkeit besitzt.These equations proved to be correct in the course of the test series, the numerical constants were determined empirically. From the above it can be seen that brass and stainless steel are also involved Success can be coated. The wire used has a diameter between 0.5 and 2.0 mm. If a wire with a larger diameter is used, this occurs when it is sent through a current of high frequency or a surge direct current through the conductor is known Skin effect resulting in the disadvantage of non-uniform melting and non-uniform evaporation of the wire due to a possible non-uniform quality of the wire material This finding applies to most metallic wires. One such disadvantage of non-uniformity but results in the generation of larger particles with a diameter of more than 100 μπι, which deteriorate the smoothness of the coating surface and its adhesiveness. On the other hand, the use (15 formation of a wire with a diameter of less than 0.5 mm has the disadvantage that a large amount of the wire is transformed into an explosive gas during the explosion and that the diameter of the atomized particles is less than 1 μm. From it if the impact energy directed against the surface of the material to be coated is lower, see above that the layer layer has a low adhesive strength.

Erfindungsgemäß findet also ein abnutzbarer Draht mit einem Durchmesser zwischen 0,5 und 2,0 mm Verwendung, eine Entladung durch den Draht hindurch erzeugt eine Überhitzung von diesem und gleichzeitig die Bildung eines Gemisches aus einem Hochdruckgas und einer Schmelze. Der Druck dieses Gases liegt in der Größenordnung von etwa 1000 at, das Gas macht weniger als 30 Gew.-% des Drahtes aus. Das Gas stößt die Schmelze mit einer Geschwindigkeit von 1-10 Mach in radialen Richtungen aus. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, eine Schichtlage einer Dicke von mehr als 5 μπι je Explosion zu erzeugen.According to the invention, a wearable wire with a diameter between 0.5 and 2.0 mm is found Use, a discharge through the wire creates overheating of it and at the same time the formation of a mixture of a high pressure gas and a melt. The pressure of this gas is in the On the order of about 1000 at, the gas constitutes less than 30% by weight of the wire. The gas pokes the melt at a speed of 1-10 Mach in radial directions. Using the The method according to the invention, it is possible to use a layer layer with a thickness of more than 5 μm per explosion to create.

Embodiment 1

Gemäß der in F i g. 2 gezeigten Anordnung wird axial innerhalb eines Kupferrohres A einer Länge von 30 mm: ein Wolframdraht B einer Länge von 50 mm undAccording to the in F i g. 2 is arranged axially within a copper tube A of a length of 30 mm: a tungsten wire B of a length of 50 mm and

einem Durchmesser von 1 mm zwischen zwei Elektroden C C montiert Das Kupferrohr besitzt einen ausgedrehten, polierten und mit Tri gewaschenen innendurchmesser von 30 mm, es ist durch einen Isolierkörper D abgestützta diameter of 1 mm between two electrodes mounted CC The copper tube has a turned-out, polished and washed Tri mm with inside diameter of 30, it is supported by an insulating D

Wenn die in dem Kondensator 3 zur Aufladung gebrachte Energie in der Größe von 4 Kilo-Joule über eine Zeⁱ⁴dauer von 10 MikroSekunden zur Entladung gebracht wird, dann verdampft der Wolframdraht 1 teilweise infolge der plötzlichen Überhitzung, wahrend der Rest dieses Drahtes schmilzt und zu feinen Teilchen durch das Explosionsglas explodiert wird, die mit hoher Geschwindigkeit in der Größenordnung 1-10 Mach gegen die innere Flache des Rohres geschleudert werden und so auf dieser eine Wolframschicht erzeugen. Diese Explosion wird im Regelfall unter normalem, atmosphärischem Druck durchgeführt Da das Explosionsgas im Zeitpunkt vor der Erzeugung der atomisierten Teilchen erzeugt wird, wird dadurch die Luft um etwa den lOfachen Radius des Rohres weggeschleudert, so daß die Teilchen nicht oxydiert werden.When the accommodated in the capacitor 3 for charging energy ⁱ⁴ in the size of 4 kilo-Joule through a Ze permanently brought from 10 microseconds to discharge, then the tungsten wire 1 partly evaporates due to the sudden overheating, while the rest of this wire melts and fine particles are exploded through the explosion glass, which are thrown against the inner surface of the tube at high speeds in the order of magnitude 1-10 Mach, creating a layer of tungsten on it. This explosion is usually carried out under normal atmospheric pressure. Since the explosion gas is generated before the atomized particles are generated, the air is thrown away by about ten times the radius of the pipe so that the particles are not oxidized.

Die Oberflächenrauhheit der erfindungsgemäß herstellbaren Schichtlage liegt bei etwa 5 μπτ Die Oberfläche der Schichtlage ist also als sehr glatt zu bezeichnen. Die Dichtigkeit dieser Schichtlage wurde andererseits mit 18 g/cm³ gemessen, was einem Wert von 93% der theoretischen Dichtigkeit entsprichtThe surface roughness of the layer layer that can be produced according to the invention is approximately 5 μm. The surface of the layer layer can therefore be described as very smooth. On the other hand, the impermeability of this layer was ^{measured to be 18 g / cm 3} , which corresponds to a value of 93% of the theoretical impermeability

Mit der Anordnung gemäß F i g. 2 wurde das vorerwähnte Verfahren mit einem Molybdändraht einer Länge von 50 mm und einem Durchmesser von 1,4 mm wiederholt Die Schichtlage besaß eine Haftfestigkeit von 22b kg/cm², die im Vergleich zu einer Haftfestigkeit von 173 kg/cm², welche in Vergleichsversuchen mittels einer Spritzpistole erzielt werden konnte, als sehr gut zu bezeichnen istWith the arrangement according to FIG. 2, the aforesaid process with a molybdenum wire of a length of 50 has been mm and a diameter of 1.4 mm repeated The coating layer had an adhesive strength of 22b kg / cm ^2, as compared to an adhesive strength of 173 kg / cm ^2, which in comparative experiments could be achieved by means of a spray gun, can be described as very good

Eine Spannung von mehr als 5OkV bedingt die Gefahr einer Ionisierung der Luft und der Erzeugung einer Koronaentladung, wodurch das Verfahren schwierig zu beherrschen ist Darüber hinaus bringt eine solch hohe Spannung eine Erhöhung des elektrischen Widerstandes während der Explosion des Drahtes, so daß es zwischen der Elektrode und dem zu beschichtenden Material zu einer unmittelbaren Entladung kommen kann. Für die Kapazität des Kondensators liegt kein kritischer Wert vor.A voltage of more than 50 kV creates the risk of ionization of the air and generation corona discharge, making the procedure difficult is to be mastered In addition, such a high voltage brings an increase in the electrical Resistance during the explosion of the wire so that it is between the electrode and the one to be coated Material can lead to an immediate discharge. There is no for the capacitance of the capacitor critical value before.

Embodiment 2

In einer Anordnung gemäß F i g. 3 wird ein abnutzbarer Draht 11 aus Wolfram einer Länge von 30 mm und eines Durchmessers von 1 mm an seinen beiden Enden mit den Elektroden 10, 10' verbunden, und in einem Abstand von 5 mm werden zu beiden Seiten dieses Drahtes Acrylharzplatten als Reflektoren 12,17 unter einem Neigungswinkel von 45" angeordnet Die zu beschichtende, metallische Platte 13 wird in einem Abstand von 20 mm von dem Draht zwischen den Reflektoren angeordnet, Wird der Kondensator 3 von 20 Mikrofarad und einer Ladeenergie von 4 Kilo-Joule durch eine Entladespannung von 20 kV zur Entladung gebracht, dann erhält man eine Schichtlage in der Dicke .i von 11 μπι auf der Platte 13. Verzichtet man auf die Reflektoren 12, 12', dann erhält man eine Schichtlage mit einer Dicke von nur 7 μιη. In F i g. 3 sind mit 14,14' noch die reflektierten Stoßwellen, mit 15, 16 die gelenkten Teilchen, mit 17 eine Auflage für die Platte 13In an arrangement according to FIG. 3 is a wear-resistant wire 11 made of tungsten with a length of 30 mm and a diameter of 1 mm connected at both ends to the electrodes 10, 10 ', and in one At a distance of 5 mm, acrylic resin plates are used as reflectors 12, 17 on both sides of this wire The metallic plate 13 to be coated is in one Distance of 20 mm from the wire placed between the reflectors, the capacitor 3 of 20 microfarads and a charge energy of 4 kilo-joules through a discharge voltage of 20 kV for discharge brought, then you get a layer in the thickness .i of 11 μπι on the plate 13. If you dispense with the Reflectors 12, 12 ', then a layer with a thickness of only 7 μm is obtained. In Fig. 3 are with 14.14 ' nor the reflected shock waves, with 15, 16 the directed particles, with 17 a support for the plate 13

ι ο und mit 18 die Stoßwelle bezeichnetι ο and 18 denotes the shock wave

Der Draht 11 ist also auch hier in einem geeigneten Abstand von der zu beschichtenden Platte angeordnet, dieser Abstand mißt vorzugsweise das etwa 40fache des Drahthalbmessers. Die Reflektoren sind in einemThe wire 11 is also arranged here at a suitable distance from the plate to be coated, this distance is preferably about 40 times the wire half-diameter. The reflectors are in one

is Winkel zwischen 60 und 120° angeordnet Ein Teil der durch die Explosion des Drahtes erzeugten zylindrischen Stoßwelle wird durch diese Reflektoren 12, 12' reflektiert, so daß reflektierte Wellen 14,14' entstehen. Diese werden gegen den zu beschichtenden Gegenstand gerichtet und dabei wird eine Gruppe von Teilchen 15, 16, welche in radialer Richtung aus dem Draht austreten, in einer Richtung durch die Wellen 14, 14' umgelenkt die durch einen Pfeil angedeutet ist so daß sie auf der Oberfläche des zu beschichtenden Gegenstandesis arranged at angles between 60 and 120 ° Part of the cylindrical shock wave generated by the explosion of the wire is reflected by these reflectors 12, 12 ' reflected, so that reflected waves 14,14 'arise. These are directed towards the object to be coated and a group of particles 15, 16, which emerge from the wire in the radial direction, are deflected in one direction by the shafts 14, 14 ' which is indicated by an arrow so that it is on the Surface of the object to be coated

is gesammelt werden. In diesem Fall beträgt die Geschwindigkeit der Stoßwelle und der Teilchen etwa 1500-2000 m/s bzw. 30-1000 m/s. Die Richtung der Teilchenstreuung kann also durch die Reflektoren gesteuert werden, weiterhin kann durch diese die erzielbare Dichte der Schichtlage je Explosion erhöht werden. Eine Einstellung der Neigung der Reflektoren 12,12* gegen die Basis 17 bringt die Möglichkeit einer Steuerung der Flugrichtung der Teilchen gegen den zu beschichtenden Gegensund, wodurch die Konzentrats tion oder gleichmäßige Verteilung dieser Teilchen auf dem Gegenstand beeinflußt werden kann. In diesem Zusammenhang ist festzuhalten, daß eine Beaufschlagung des zu beschichtenden Gegenstandes mit Teilchen kleiner Geschwindigkeit oder mit Dampf aus oxydierten Partikeln auf Jeden Fall nachteilig ist weil dadurch das nachfolgende Aufstäuben oder Aufspritzen beeinträchtigt wird. Da die kinetische Energie dieser Teilchen jedoch relativ klein ist werden sie durch die von den unter einem Winkel zwischen 90 und 120° angeordnetenis to be collected. In this case the Velocity of the shock wave and the particles about 1500-2000 m / s and 30-1000 m / s, respectively. The direction of the Particle scattering can therefore be controlled by the reflectors, furthermore the achievable density of the layer layer per explosion can be increased. An adjustment of the inclination of the reflectors 12.12 * against base 17 brings the possibility of one Control of the direction of flight of the particles towards the object to be coated, creating the concentrate tion or uniform distribution of these particles on the object can be influenced. In this It should be noted that the object to be coated is exposed to particles low speed or with steam from oxidized particles is in any case disadvantageous because this subsequent dusting or spraying is adversely affected. Because the kinetic energy of these particles However, they are relatively small due to the arrangement of the at an angle between 90 and 120 °

Reflectors 12, 12 ⁷ reflected waves 14, 14 'after

außen über den Gegenstand 13 hinausgeworfen. Es kann demzufolge eine saubere Oberfläche erhalten werden.thrown outside the object 13. As a result, it can have a clean surface will.

In a series of tests carried out, the

kenntnis gewonnen werden, daß gleiche Ergebnisse bei der Ausübung des Verfahrens bei normalem atmosphärischem Druck in einem inerten Gas, wie beispielsweise Stickstoff, erzielt werden können, weil auch dann das Explosionsgas ein solches, den Draht umgebendes Ga:knowledge can be gained that the same results are obtained when practicing the method under normal atmospheric conditions Pressure in an inert gas, such as nitrogen, can be achieved because even then that Explosion gas such a Ga surrounding the wire:

wirksam nach außen schleudert und dadurch eine Oxydierung der Teilchen verhinderteffectively hurls outwards and thus prevents oxidation of the particles

1 sheet of drawings

809 615/96809 615/96

Claims

Patent claims:

1. Process for coating the surfaces of metallic objects with metallic materials, according to the presence of a wire made of the metallic material selected in each case of air or inert gases such as nitrogen by a multiple of its radius of that to be coated Surface arranged at a distance and on it such a high, abruptly occurring electric current is exposed to that suddenly evaporates and melts, whereupon the melt particles under the explosively occurring Evaporation pressure at high speed on the surface to be coated are centrifuged, characterized in that that the wire under atmospheric pressure at a distance of 20-60 times its Arranged at a radius from the surface to be coated w.id.

2. The method according to spoke!, Characterized in that that the wire at a distance of about 40 times its radius from the to coating surface is arranged.

3. The method according to any one of claims lund 2, characterized in that the diameter of the 0.5 - 2 mm wire is selected and that the jerky current only after the Wire dimensions and the properties of the wire material is determined.

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that wave fronts of the evaporation pressure is deflected by reflectors against the surface to be coated will.

5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the cross-sectional area S and the length / of the wire are determined according to the following equations: