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Carl Elingspor, 59 Siegen, Waldstraße 16 Karlheinz Neubert, 593 H.-Weidenau,
Paul-Bonatz-Str.2 Horst Arendt, 5901 Wilnsdorf-Gernsdorf, Gartenstr. 16 "Verfahren
zum Herstellen von porenfreien und verbundfesten Schichten, die u.a. nach dem Flammen-,
Blektro-, Pulver-, und Plasma-Spritzverfahren oder anderen Äuftragsverfahren hergestellt
sind." Bei der Oberflächenveredlung werden ein oder mehrere metalle, oder Lewierungen,
Metalloxyde, or,rdkeramische Stoffe, Seltene Erden, etc. auf bestimmte Trägerwerkstoffe
nach mehreren Auftragsverfahren beschichtet. Die Vorbehandlung der Trägermaterialien
variiert; sie muB aber für die Beschichtung nach dem Flammen-, Elektro-, Pulver-
und Plasmaspritzverfahren oder anderen Auftragsverfahren metallisch blanke und fettfreie
Oberflächen erzielen. Nur diese Beschaffenheit gewährleistet eine gute Haftverbindung
der aufgetragenen Schicht. Es ist bei Eisen nicht zu vermeiden, daß sich auch bei
einer sorgfältigen und schnellen Reinigung eine diinne Oxydschicht bildet, die eine
schlechtere Haftung bedingt.
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Eine gute Oberflächenbeschaffenheit ist also eine wichtige Voraussetzung
für die nur mechanische Haftverbindung der aufzutragenden Schichten.
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Nach allen Auftragsverfahren werden mikroporöse Schichten sbgeschieden.
Die'Poren sind bis zum Grundmaterial ausgebildet. Dadurch ist keine gute Korrosionsbeständigkeit
bei oxydierbaren Trägerstoffen gewährleistet. Mit der beginnenden Korrosion sinkt
die Haftfestigkeit sehr schnell.
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Das erfindungsgemäße Verfahren schafft durch einen Porenverschluß
in den aufgetragenen Schichten eine bessere Beständigkeit
gegen
korrosive Agenzien und erhöht die Haftfestigkeit zum Grundmaterial. Dadurch wird
die Einsatzdauer und Beanspruchung erhöht.
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Für eine Verdichtung der nach der obengenannten Auftragsverfahren
sind folgende Schichten behandelt worden: Oxydkeramische-Schichten, z.B. Al2O3,
Cr2O3 und ähnliche Sintermetall -Schichten, z.B. Wolframcarbid, und andere Carbide
Metall -Schichten, z.B. Al, Cu und ähnliche Stahl- und ähnliche Legierungs-Schichten,
z.B. 18/8 Stahl, usw.
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Die Vorbehandlung der metallischen Trägerwerkstoffe, wie z.B. Eisen,
wird wie üblich, durch Schleifen, zandstrahlen, oder andere mechanische oder chemische
Methoden vorgenommen. Geeignet ist auch ein Spritzauftrag mit metallischen (z.B.
Molybdän) Schichten zur besseren Haftverbindung.
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En wichtiger Verfahrensschritt dieser Erfindung ist nach der Reinigung
eine ca. 0,2 -t O mm dicke ietallschicht galvanisch oder aus Bädern, die ohne äußere
Stromquelle ein Metall oder Legierungen verschiedener Metalle abscheiden. Es kommen
hierfür hauptsächlich 2-wertige Metalle wie .B.
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Nickel, oder Nickel-Kobalt, oder Nickel-Kobalt-Blei, Nickel-Phosphid,
Nickel-Kobald-Phosphid, oder die entsprechenden MeII-Boride in Frage, außerdem auch
die Metalle der 8ten Gruppe des Periodischèn systems, auch eine Kupferab#scheidung
aus den sogenannten stromlosen Bädern. Die Metallauflage ist für die spätere Materialverdichtung
(PorenverschluB durch Metalle) im stromlosen Bad entscheidend fiir die Haftverbesserung.
Es
wird anstelle der bisderimen mechanischer Verankerung ein metallisch fester Verbund
erreicht. Das durch den Porenverschluß gescheffene Metallgerüst versteif zusätzlich
die aufges@ritzte. Schicht und erlaubt eine höhere mechanische Seanspruchung der
Deckschicht. Durch Tempern der rorenverschlossen Aufla@e wird eine noch höhere Festigkeit
des Metallgerüstes ersielt.
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Des erfindungsgemäße Verfabren @oll mit folgenden Bei@nielen erläutert
werden: Beispeil I Beschichtung auf Eisenblech als Trägermaterial mit einer mikro@orösen
18/8 Metallschicht.
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Zur Erzielung einer sauberen Oberfläche wird durch Sandstrahlen die
Eisenplatte gereinigt.
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Darauf folgt eine Dekanierung in 5 - lC%-iger Salz-oder Schwefelsäure,
eine Wasserspülung und ein Auftrag einer 2 µm starken Ni-P-Legierung aus einem stromlos
abscheidenden Nickelbad.
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Auf diese Schicht, sie soll eine Haftverbesserung geber, wird eine
ca. 300 µm dicke mikroporöse 18/8 Stahl-Le@ierung durch Flammenspritzen aufgetragen.
Die Porengröße wird durch eine Schliffbildaufnahme ausgewertet. Sie zeigt Porendurchmesser
zwischen 50 - 100 µm an. Diese Größenordnung der Porendurchmesser zeigt recht grobe
Öffnungen, die bis zum Eisenblech ausgebildet sind.
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Bild 1: 100-fache Vergrößerung Die Poren und Kavernen s-ind mit der
Ni-P-Schicht (dunkel) verschlossen.
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Bild 2: 300-fache Vergrößerung Porenverschluß und Auftrag der Ni-P-Schich-t
(dunkel) auf dem Trägermaterial Eisen.
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Nach dem Erkalten der Spritzschicht bis auf ca. 60,00 erfolgt ein
Auftrag des Nickelbades mit Hilfe eines Pinsels. Die Eisenplatte mit der 18/8 Schicht
wird auf ca. 50 - 600 C warmgehalten und noch 4 mal mit der Nickelbad-Lösung bestrichen.
Das stromlose Nickelbad hat eine Zusammensetzung; 30 g/l NiSO4.7H2O 30 g/l NaH2PO2.H2O
15 g/l Komplexbildner 10 g/l Beschleuniger 100 mg/l Netzmittel pX-Wert 9, Temp.
50 - 600 Die Plattenoberfläche wird mit Wasser gereinigt und getrocknet. Das'Musterblech
wird für eine Schliffbildaufnahme wie üblich pränarier't.
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Die Aufnahme zeigt eine 200-fache Vergrößerung.
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Der Metallauftrag ist bis zum Untergrund ausgebildet, und ist auch
in den Poren ausgebildet, die keine Öffnung zur Schichtoberfläche haben.
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Ein Fluoreszenstest zeigt eine vollkommen porenfreie Oberfläche.
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Beispiel 2 Auf einem Eisenblech ist eine ca. 300 µm starke A1203-Schicht
nach dem Flamm-Spritzverfahren aufgebracht worden.
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Die Oberfläche wird mit einer ca. 0,05%-igen Pd-Lösu-ng bei Zimmen-Temperatur
besprüht.
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Danach wird zur Reduktion des Edelmettals eine alkoholische N-diäthylborazanlösung
(C2H5)2NH.BH3 aufgesprüht.
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"Das Edelmetall ist auf der Porenfläche und auf dem Metalluntergrund
abgeschieden. Diese Edelmetallkeime reduzieren die Nickelbadlösung. Nach 4-maligem
Auftrag ist eine Vernickelung an der Al2O3-Oberfläche zu erkennen. Als Test zur
Beurteilung der mit Metall verschlossenen Oberfläche setzten wir ein Fluoreszens-Prüfverfahren
ein. Hierbei zeigte sich, daß die vernickelte A1203-Spritzschicht vollkommen verdichtet
wurde.
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Beispiel 3 Porenverschluß einer mikroporösen aufgespritzten Kupferschicht.
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Es wurde das gleiche stromlos abscheidende Nickelbad wie unter Beispiel
1 eingesetzt, nur wird dem Badsystem 1 % CoSo4, bezogen auf den Nickel-Gehalt und
ein Pb-Gehalt von 100 mg/l zugegeben.
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Die beschichtete Platte wird in dem Bad blei 50° C a 15 Min. behandelt.
Die Kupferoberfläche ist vollkommen
mit der Ni-Co-Pb-P-Legierung
überzogen. Die Fluoreszens-Testmethode zeigt eine porenfreie Oberfläche.
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Beispiel 4 Hierbei wird eine makroporöse A1205-Deckschicht mit einer
Ni-Co-Pb-P-Legierung wie unter Beispiel 2 porendicht metallisiert.
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Eine Schliffbildaufnahme zeigt eine vollständige Porenfüllung mit
der Metall-Legierung.
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Beispiel 5 Ein Eisenblech wird nach üblicher Vorbehandlung mit einer
dünnen ca. 2-3/Um Ni-Pd-Phosphid-Schicht überzogen. Darauf ist eine 200/um dicke
Gr203-Schicht aufgespritzt. Die Vorbehandlung ist wie unter Beispiel 2 vorgenommen.
Zum Porenverschluß wird ein stromloses Nickelbad mit N-Diäthylborazan als Reduktionsmittel
aufgetragen. Nach 4-amligen Auftrag bei 50-60°C ist auch auf der Oberfläche eine
Nickelschicht zu erkennen.
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Das Fluoressens-Verfahren zeigt eine porenfreie Oberfläche. Eine Schliffbildaufnahme
zeigt einen vollkommenen Porenverschluß bis zur Ni-Pd-Schutzschicht, die mit den
beiden Metallschichten, dem Trägerwerkstoff Eisen und der Porenfüllschicht Ni-Borid
metallisch verbunden ist.
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Mit einer Meßwertreihe soll der Unterschied zwischen den Haftfestigkeiten
einer normalen und einer porenverdichteten Schicht aufgezeigt werden.
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Als Prüfkörper wurden
| s««MD rv |
| Eisl2DMSRlA~>zE~~ eingesetzt. |
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Die Oberfläche wurde gesandstrahlt und mit einer 18/8/2 Metallschicht
nach dem Flammenspritzverfahren überzogen.
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Die Auftragsstärke lag bei 300 µm. Die Porenverdichtung wurde nach
Beispeil 2 durchgeführt.
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Probe Angaben in kp/mm² unbehandelt behandelt 1 35 - 1,60 2 1,55
- 1,84 3 145 - 1170 4 --- 225 - 2,75 5 --- 2,60 - 2,80 6 --- 240 -7 --- 2,25 - 2,50
8 --- 230 - 2,50 9 --- 2,30 - 2,60 Die Proben 7 - 9 wurden 2 Std. bei 360 0C getempert.
Die Haftfestigkeit steigt bei den behandelten Proben fast auf den doppelten Wert
an. Korrosionsversuche nach den geläufigen Testverfahren gaben eine Beständigkeit,
die um mehr als das Doppelte besser war.
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Bei Untersuchungen über die Anzahl der Metallaufträge kamen wir zu
dem folgenden Ergebnis: Kurve 1
Im Normalfall genügen 3 - 4 Aufträge eines stromlos abscheidenden
Metallbades, um einen völligen Porenverschluß in einer porösen Schicht z71 erhalten.
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Will man darüber hinaus eine Metallauflage nach der Porenverdichtung
erhalten, lassen die in der Kurve 2 gefundenen Mittelwerte die Schichtauflage nach
dern Porenverschluß erkennen. Diese MetallschIchten können galvanisch auch aufgetragen
werden und mit allen Metallen oder Metall-Legierungen, je nach Einsatzgebiet, ausgerüstet
werden.
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Kurve 2
Das erfindungsgemäße Verfahren ist leicht in der Praxis anzuwenden und bringt wirtschaftliche
Vorteile beim Einsatz dieser nachbehandelten porösen D@ckschichten.