DE19681296C2

DE19681296C2 - Element mit Verbundbeschichtung und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE19681296C2
Application number: DE19681296T
Authority: DE
Inventors: Yoshio Harada; Noriyuki Mifune; Hirofumi Hisano
Original assignee: Tocalo Co Ltd
Current assignee: Tocalo Co Ltd
Priority date: 1995-03-08
Filing date: 1996-03-06
Publication date: 2003-01-23
Anticipated expiration: 2016-03-07
Also published as: KR19980702813A; GB9718942D0; WO1996027694A1; KR100312472B1; GB2313847A; DE19681296T1; US6129994A; JP3007688B2; GB2313847B

Description

Diese Erfindung betrifft ein Element mit einer Verbundbeschichtung, welche eine Unter schicht und eine Oberschicht umfasst, wobei die Unterschicht durch Aufspritzen eines oder mehrerer Werkstoffe einer Metalle, Keramiken und Cermets umfassenden Gruppe und die Oberschicht aus einem glasartigen Werkstoff gebildet ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Elementes.

Ein Element der eingangs genannten Art ist aus JP-A-3-44455 bekannt.

Eine Beschichtung, wie beispielsweise eine galvanische Verzinkung, Feueraluminie rung, Feuerzinkaluminierung-Legierungsbeschichtung, weist hervorragende rostbestän dige und korrosionsbeständige Eigenschaften auf. Deshalb werden derartig oberflä chenbehandelte Bauteile für Kraftfahrzeuge, Flugzeuge, Gebäude, elektrische Haus haltsartikel und Ähnliches herkömmlicherweise verwendet.

Verzinkte Stahlbleche werden üblicherweise hergestellt, indem eine Oberfläche eines Stahlbleches einer Verzinkungsbehandlung in einer kontinuierlichen arbeitenden Ver zinkungsvorrichtung unterworfen wird. In einer kontinuierlich arbeitenden Verzinkungs vorrichtung werden Bauteile für das Metallschmelzbad verwendet, wie z. B. eine in ein Beschichtungsbad eingetauchte Senkrolle, eine in der Nähe der Oberfläche des Be schichtungsbades angeordnete Stützrolle, Führungsrollen zur Führung eines plattierten Stahlbleches, welches durch diese Rollen läuft usw.. Diese Bauteile werden in ein Be schichtungsbad eingetaucht oder an einer Stelle angeordnet, an der sie mit verspritztem Schmelztauchzink leicht behaftet werden. Diese Bauteile sind ferner mit einem mit dem Schmelztauchzink behafteten Hochtemperaturstahlblech in Kontakt, so dass sie die fol genden Eigenschaften aufweisen müssen:

1. Schmelztauchzink dringt nur schwer in die Bauteile ein.
2. Bei Kontakt mit vorbeigeführten Stahlblechen verschleißen die Bauteile nur wenig.
3. Das Abstreifen des anhaftenden Schmelztauchzinks und die Wartungskontrolle sind einfach.
4. Die Lebensdauer der Bauteile ist lang, und die Kosten sind niedrig.
5. Die Bauteile sind ausreichend haltbar gegen Thermoschock beim Eintauchen in ein Hochtemperaturschmelztauchzinkbad.

Um den obigen Anforderungen zu genügen, wird für die Beschichtung einer Senkrolle folgendes vorgeschlagen:

1. Ausbildung einer Beschichtung mit einer Legierungszusammensetzung gemäß der auf Co-Basis selbstgängigen, in JIS H8303 (1976) definierten Legierung, wie in der JP-B-56-39709, JP-B-58-11507, JP-A-59-153875, JP-A-1-108334, JP-A-64-79356 und JP-A-2-125833 offenbart;
2. Ausbildung einer Spritzbeschichtung aus Oxidkeramiken, welche ZrO₂ und Al₂O₃ umfassen, wie in der JP-A-61-117260, JP-B-3-54181 und JP-B-4-27290 offenbart;
3. Ausbildung einer Cermet-Spritzbeschichtung, bei der ein Metall, wie z. B. Cr, Ni, Co oder Ähnliches, in Nichtoxidkeramiken, wie z. B. Carbiden, Nitriden, Boriden oder ähnlichen, vorhanden ist, wie in der JP-B-58-37386, JP-A-2-212366, JP-A-2- 180755, JP-A-3-94048, JP-A-4-13857 und JP-A-4-346640 offenbart;
4. eine Kombination der unter den vorstehenden Punkten (1) und (3) genannten Techniken, wie in der JP-A-4-13857 offenbart;
5. Überziehen eines Antihaftmetalls, das in der JP-B-52-22934 offenbart ist, Spritz beschichten von W, das in der JP-A-53-128538 offenbart ist, Spritzbeschichten von Cr, das in der JP-A-4-165058 offenbart ist, und ähnlichem.

Es werden ferner die folgenden Techniken und Beschichtungen vorgeschlagen:

1. Spritzbeschichten mit WC-Cermet, welches 5-28% an Co enthält und eine Poro sität von nicht mehr als 1,8% aufweist sowie eine Dicke von 0,040 bis weniger als 0,10 mm, wie in der japanischen Patentanmeldung Nr. 63-49846 (JP-A-1-225761) offenbart;
2. eine Technik, bei der Borid oder ein Boridmaterial, welches 5-28% an Co enthält, einem Plasmaspritzverfahren unter einem reduzierten Druck unterworfen wird, wie in der japanischen Patentanmeldung Nr. 63-192753 (JP-A-2-43352) offenbart;
3. die Ausbildung einer Beschichtung mit einer Oberflächenrauhheit Ra von 0,01-5 µm und einer Porosität von nicht mehr als 1,8%, indem ein Material aus ZrB₂, TiB₂ oder verschiedener 5-40% an Ta, Nb enthaltenden Carbiden einem Plasma spritzverfahren unter reduziertem Druck unterworfen wird, wie in der japanischen Patentanmeldung 1-54883 (JP-A-2-236266) offenbart,;
4. eine Beschichtung, welche erhalten wird, indem Cr₃O₃ auf einer Cermet-Spritzbe schichtung ausgebildet wird, welche im wesentlichen aus einem durch ein chemi sches Verdichtungsverfahren gebildeten Carbid besteht, wie in der japanischen Gebrauchsmusteranmeldung Nr. 1-124010 (JP-Y-3-63565) offenbart;
5. eine Beschichtung, bei der ein Teil einer Carbid-Spritzbeschichtung durch Borida tionsbehandlung in ein Borid umgewandelt wird, wie in der japanischen Patentan meldung Nr. 2-201187 (JP-A-4-88159) offenbart;
6. die Verbesserung von Schmelztauchzink-Beständigkeit durch Diffundieren von Al oder Al-Zn-Legierung in verschiedene Carbide, Boride oder deren Cermet- Spritzbeschichtungen unter Erwärmen, wie in der japanischen Patentanmeldung Nr. 3-31448 (JP-A-4-254571) offenbart;
7. Eindiffundieren einer Al- oder Al-Zn-Legierung in eine Nichtoxidkeramik- Spritzbeschichtung, wie in der japanischen Patentanmeldung Nr. 3-31448 (JP-A- 254571) offenbart;
8. eine Spritzbeschichtung, welche mit Hilfe eines Spritzmaterials ausgebildet wird, welches durch Zufügen von Al- oder Al-Zn-Legierung zu einem Nichtoxidkeramik pulver oder einem mit einem Metall vermischten Pulver hergestellt wird, wie in der japanischen Patentanmeldung Nr. 3-222425 (JP-A-4-358055) offenbart;
9. eine Spritzbeschichtung, die mit Hilfe eines Spritzmaterials ausgebildet wird, wel ches durch Zufügen einer Al-Fe-Legierung oder Al-Fe-Zn-Legierung zu einem Nichtoxidkeramikpulver oder einem mit einem Metall vermischten Pulver herge stellt wird, wie in der japanischen Patentanmeldung Nr. 3-213143 (JP-A-5-33113) offenbart, und
10. die Bildung einer Al-Fe-Legierungsschicht mit einem Al-Gehalt von nicht weniger als 22% auf einer Oberfläche einer Stahlrolle, wie in der japanischen Patentan meldung Nr. 3-266874 (JP-A-5-78801) offenbart.

In diesem Zusammenhang fanden die Erfinder heraus, dass die folgenden Probleme bezüglich der Beständigkeit gegen Metallschmelze in den obigen Spritzbeschichtungen noch gelöst werden müssen.

1. In den an Luft ausgebildeten Spritzbeschichtungen sind Poren vorhanden und ferner Oxide eingelagert. Deshalb dringt, selbst wenn das Spritzbeschichtungs material eine Substanz ist, welche nicht mit der Metallschmelze metallurgisch rea giert, das geschmolzene, durch den Porenbereich laufende Metall in das Innere der Beschichtung ein und reagiert mit einem Matrixmetall, so dass die Beschich tung von ihrer Basis abplatzt und bricht.
2. Da ein Metall mit einer geringen Oxidbildungsenergie, wie bei geschmolzenem Aluminium, ein Oxid, das in der Beschichtung eingeschlossen ist, reduziert (das Spritzmaterial wird in einer Spritzwärmequelle oxidiert und als solches in der Be schichtung zurückgehalten) wird die Pore vergrößert und die metallurgische Reak tion mit dem durch Reduktion gebildeten Metall lässt das Volumen ändern und die Schicht brechen.
3. Das durch WC-Co oder ähnliche Verbindungen dargestellte Carbidcermet wird als Spritzbeschichtung für ein Antihaftmetall verwendet. Metallschmelze haftet jedoch an einer in der Beschichtung eingeschlossenen Metallkomponente oder reagiert mit dieser metallurgisch, wodurch das Haften bleiben von Schlackenkomponenten unterstützt und schließlich die Qualität des plattierten Stahlbleches verringert wird.
4. Die in einem Metallschmelzbad verwendeten spritzbeschichteten Bauteile müssen gegen Hitze und insbesondere gegen Thermoschock beständig sein, weil sie in ei ner Hochtemperaturumgebung verwendet werden.

JP-A-6-41713 offenbart ein für ein Schmelztauchverfahren einsetzbares Bauteil, das mit einer Kupferbasislegierung zur Bildung einer Unterschicht spritzbeschichtet ist. Auf die se Unterschicht ist eine Zirkoniumoxidkeramikschicht als Oberschicht aufgespritzt. Zum Versiegeln der Oberschicht wird eine Siliciumoxidkeramik aufgespritzt. Diese Druck schrift offenbart aber weder eine Oberschicht aus einem glasartigen Material noch eine Oxidzwischenschicht zwischen der Unter- und der Oberschicht.

Die aus der DE-OS 23 25 149 bekannte Verbundbeschichtung besteht aus einer plas maaufgespritzten, metallischen Unterschicht und einer aus Metalloxiden hergestellten Oberschicht, wobei die gesamte Verbundbeschichtung einer oxidierenden Atmosphäre ausgesetzt wird. Das bedeutet, dass nur diejenigen Teilbereiche der Unterschicht, die über in der Oberschicht ausgebildeten Poren mit der umgebenden Atmosphäre in Be rührung kommen, von einer Oxidschicht bedeckt werden.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Element mit einer Verbundbeschichtung zu schaffen, das eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit, insbesondere gegen Säure, alkalische, wässrige Lösung, geschmolzene Salze, wie z. B. Chlorid, Sulfat, Nitrat und ähnliches, aufweist und Metallschmelze widersteht.

Ferner soll die Verbundbeschichtung des Elementes gegen Abplatzen oder Brechen beständig sein und über hervorragende Hitze- und Thermoschockbeständigkeit verfü gen.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren vorzuschlagen, welches wirt schaftlich die obige Verbundbeschichtung auf einer Oberfläche eines Elementes ausbil det.

Hinsichtlich des Elementes mit Verbundbeschichtung wird die Aufgabe erfindungsge mäß durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Anspruchs 3 gelöst. Vorteil hafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Zuerst wird eine Spritzbeschichtung aus einer Oxidkeramik, einer Nichtoxidkeramik oder einem Cermet, welches aus diesen Keramiken und verschiedenen Metallen hergestellt ist, auf einer Oberfläche eines Elementes als eine Unterschicht aufgebracht. Dann wird eine glasartige Beschichtung auf die Spritzbeschichtung als eine Oberschicht laminiert, um eine Verbundbeschichtung auszubilden. Ferner wird eine Oxidschicht mit einer vor gegebenen Dicke auf der Spritzbeschichtung oder einer Oberfläche der Spritzbe schichtung, welche der glasartigen Beschichtung zugewandt ist, vorgesehen, um die Haftungseigenschaft zwischen der Spritzbeschichtung und der glasartigen Beschich tungskomponente als eine obere Schicht durch geeignete Unebenheiten und Poren der Oxidschicht zu verbessern.

Darüber hinaus wird erfindungsgemäß ein linearer Expansionskoeffizient der glasartigen Beschichtung innerhalb eines Bereiches von 4-11 × 10^-6/°C eingestellt, so dass eine Verbundbeschichtung mit einer guten Beständigkeit gegen Thermoschock erhalten wird.

Die Erfindung liegt in einem mit einer Verbundbeschichtung versehenen Element, wobei eine Spritzbeschichtung auf einer Oberfläche eines Elementes als eine Unterschicht ausgebildet wird, eine glasartige Beschichtung darauf als eine Oberschicht ausgebildet wird und die Spritzbeschichtung eine Oxidschicht an ihrer der glasartigen Beschichtung zugewandten Seite aufweist.

Bei der Erfindung wird die Spritzbeschichtung als eine Unterschicht ausgebildet, indem wenigstens ein Spritzmaterial oder mehrere Spritzmaterialien, welche aus Metallen, oxi dischen oder nichtoxidischen Keramiken und ihren Cermets ausgewählt werden, aufge spritzt wird.

Bei der Erfindung ist die Spritzbeschichtung eine Beschichtung, welche ausgebildet wird, indem die Spritzmaterialien alleine oder in Zumischung in Form einer oder mehrerer Schichten aufgespritzt werden.

Die Spritzbeschichtung weist einen Aufbau aus zwei oder mehreren Schichten auf, die durch Aufspritzen unterschiedlicher Spritzmaterialien gebildet sind.

Erfindungsgemäß weist die Spritzbeschichtung eine Dicke von 10-750 µm auf.

Die auf der Oberflächenseite der Spritzbeschichtung ausgebildete Oxidschicht weist eine Dicke von nicht weniger als 0,5 µm auf.

Die als eine Oberschicht ausgebildete glasartige Beschichtung kann hergestellt werden, indem ein glasartiges Ausgangsmaterial erhitzt wird, welches im wesentlichen aus einem oder mehreren glasbildenden Oxide besteht, welche ausgewählt werden aus SiO₂, Na₂O, K₂O, BaO, B₂O₃, MgO, CaO, PbO, CoO, MnO₂, NiO, TiO₂ und ZnO und Glaske ramiken und Porzellanemail, oder indem das Element in ein Bad aus diesen geschmol zenen glasartigen Ausgangsmaterialien eingetaucht wird.

Nachfolgend wird die Erfindung näher anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, insbesondere unter Berücksichtigung von Arbeitsschritten zur Ausbildung einer Ver bundbeschichtung mit hervorragender Korrosionsbeständigkeit, Beständigkeit gegen Metallschmelze und ähnlichem auf einer Oberfläche eines Elementes.

1. Ausbildung der Spritzbeschichtung als Unterschicht
Die Oberfläche des Elementes wird entfettet und einer Aufrauhbehandlung durch ein Gittergebläse unterworfen. Dann wird ein Metall, oxidische oder nichtoxidische Keramiken oder ein oxidisches oder nichtoxidisches Cermet auf die Oberfläche des Elementes mit Hilfe eines Spritzverfahrens aufgespritzt, so dass eine Spritz beschichtung aus einer oder mehrerer Schichten mit einer Dicke von 30-750 µm ausgebildet wird.
Wenn die Dicke der Spritzbeschichtung weniger als 30 µm beträgt, ist deren Funk tion als Unterschicht beeinträchtigt, während es im Hinblick auf wirtschaftliche Gründe nachteilhaft ist, wenn die Dicke 750 µm überschreitet. Ein Bereich von 50-250 µm ist hinsichtlich der Funktion der Unterschicht und aus wirtschaftlichen Gründe bevorzugt.

Als Spritzmaterial zur Ausbildung der Spritzbeschichtung können die folgenden Materialien verwendet werden.

1. Als metallisches Material sind Ni, Fe, Mo, Cr, Co, Ti, Nb, Si, Al, W und Legie rungen verwendbar.
2. Als keramisches Material sind die folgenden Einzelkeramiken oder eine Mi schung aus zwei oder mehreren Keramiken verwendbar:
- a) Oxide, wie z. B. Al₂O₃, TiO₂, MgO, ZrO₂, Ta₂O₅, Nb₂O₅, SiO₂ und ähnliche;
- b) Carbide, wie z. B. WC, Cr₃C₂, NbC, TaC, HfC, MoC, ZrC, TiC und ähnli che;
- c) Boride, wie z. B. NiB₂, CrB₂, W₂B₅, TiB₂, ZrB₂, NbB₂, TaB₂ und ähnliche;
- d) Nitride, wie z. B. TiN, VN, NbN, TaN, HfN, ZrN, BN, Si₃N₄, CrN und ähnli che;
3. Als ein Cermet-Material sind gemischte Pulver oder gesinterte Pulver des metallischen Materials aus und des keramischen Materials aus ver wendbar.

Darüber hinaus kann das metallische Material, das keramische Material und das Cermet-Material als Spritzmaterial alleine oder in Zumischung verwendet werden, um die Unterschicht aus einer oder mehreren Schichten auszubilden. Zweilagige Strukturen können auch durch eine Kombination aus z. B. dem metallischen und dem oxidkeramischen Material ausgebildet werden.

Als Spritzverfahren kann eines der folgenden Verfahren verwendet werden: Plas maverfahren, Verfahren unter Verwendung einer Verbrennungsflamme eines brennbaren Gases oder Explosionsenergie eines brennbaren Gases und Verfah ren unter Verwendung eines Lichtbogens durch direkte Spannung oder ähnliches als Wärmequelle.

1. Bildung einer glasartigen Beschichtung als Oberschicht
Die als Unterschicht gebildete Spritzbeschichtung weist eine geeignete Oberflä chenrauheit sowie Poren auf. Bei der Erfindung wird deshalb eine glasartige Be schichtung auf der Oberfläche der Unterschicht als eine Oberschicht ausgebildet, indem die Eigenschaften der Unterschicht genützt werden.
Die glasartige Beschichtung wird als Oberschicht ausgebildet durch Aufbringen o der Aufspritzen von Pulver aus glasartigem Material, wie z. B. Fritte oder ähnli chem, und wenn nötig, unter Hinzufügung eines Ausgangsuntermaterials auf das Element und dann durch Brennen in einem Heizofen bei 500-1000°C für 0,5- 10 h oder durch Eintauchen des Elementes in ein Bad aus geschmolzenem Glas oder Porzellanemail und dann durch Herausnehmen aus diesem, um die Be schichtungsausbildung durchzuführen.
Die so ausgebildete glasartige Beschichtung haftet mit einer starken Adhäsions kraft und passt sich gut der Rauheit (5-200 µm) und den Poren (0,5-20%) in der Oberfläche der Spritzbeschichtung an. Das Glas fließt in geschmolzenem Zustand in einen in der Oberfläche der Spritzbeschichtung ausgebildeten Vertiefungsbe reich und dringt durch die Poren in deren Inneres ein, so dass beide Beschichtun gen fest miteinander verankert und verbunden werden sowie gute Adhäsionsei genschaften aufweisen.
Ferner weist die als Oberschicht verwendete glasförmige Beschichtung einen line aren Expansionskoeffizienten von 4-11 × 10^-6/°C auf. Das Element besitzt im All gemeinen einen linearen Expansionskoeffizienten von 10-18 × 10^-6/°C. Die auf der Oberfläche des Grundelementes ausgebildete Unterschicht (Spritzbeschich tung) weist selbst bei einem hohen Wert (23,5 × 10^-6/°C), wie z. B. bei Aluminium, tatsächlich einen einigermaßen niedrigen linearen Expansionskoeffizienten auf, weil sie Oxide und Poren enthält. Deshalb nähert sich der lineare Expansionskoef fizient des Grundelementes dem der Unterschicht an, so dass kein Grund zum Abplatzen, selbst bei Wärmeänderung nach der Ausbildung der Beschichtung, be steht. Die Spritzbeschichtung dient insbesondere als Puffer für die darauf ausge bildete Oberschicht bezüglich der thermischen Expansionseigenschaft.
Wenn der lineare Expansionskoeffizient der Oberschicht (glasartige Beschichtung) innerhalb eines Bereiches von 4-11 × 10^-6/°C zusätzlich zur Wirkung der obigen Unterschicht (Spritzbeschichtung) ausgewählt wird, wird eine Verbundbeschich tung mit einer verbesserten Adhäsionseigenschaft erhalten. Auf diese Weise wird ein Abplatzen der Oberschicht von der Unterschicht oder das Auftreten von Rissen in der Oberschicht verhindert.
Der Grund, warum der lineare Expansionskoeffizient der Oberschicht, d. h. der glasartigen Beschichtung, auf den obigen Bereich begrenzt ist, liegt in der Tatsa che, dass, wenn er weniger als 4 × 10^-6/°C beträgt, Risse entstehen können, wenn das Element in ein Hochtemperatur-Schmelztauchverzinkungsbad (460-480°C) getaucht wird, wohingegen die Herstellung der Oberschicht, wenn der lineare Ex pansionskoeffizient 11 × 10^-6/°C überschreitet, technisch schwierig und unpraktisch ist.
Der größte Vorteil liegt bei der Verwendung einer Spritzbeschichtung als Unter schicht besteht darin, dass die die Beschichtung ausmachenden Spritzpartikel O xide umfassen und hervorragende Bindungseigenschaften mit der als Oberschicht vorgesehenen glasartigen Beschichtung (umfassend durch Brennen von Fritte er haltenes Porzellanemail) aufweisen.
Z. B. bringt nicht nur Spritzbeschichten mit Oxidkeramiken, sondern auch das Spritzbeschichten mit Metalllegierungen, Carbidspritzbeschichten und Nitridspritz beschichten Oxide in verschiedenen Graden hervor, wenn das Spritzen an Luft durchgeführt wird. Diese Oxide weisen eine gute Benetzbarkeit für die Fritte auf und verbessern die chemische Bindungskraft. Erfindungsgemäß ist es deshalb erforderlich, dass alle Spritzmaterialien an Luft oder in einer Atmosphäre, in der Sauerstoff vorhanden ist, aufgespritzt werden, um eine Spritzbeschichtung mit ei ner Oxidschicht auf wenigstens einer ihrer Oberflächen auszubilden.

Die Oxidschicht kann auch durch Erhitzen der Spritzbeschichtung auf eine Temperatur von 300-600°C nach der Ausbildung der Spritzbeschichtung als Unterschicht ausge bildet werden.

Darüber hinaus ist die als Oberflächenschicht der Spritzbeschichtung (ein mit der glas artigen Beschichtung zu verbindender Grenzbereich) ausgebildete Oxidschicht beson ders wirkungsvoll, wenn sie eine Dicke von nicht weniger als 0,5 µm, vorzugsweise 1-3 µm, aufweist.

Um zu bestätigen, dass die Fritte (Ausgangsglasmaterial) eine gute Benetzbarkeit mit dem Oxid aufweist, führten die Erfinder das folgende Experiment durch.

a) Nachdem eine Ni(80)-Cr(20)-Legierung auf einer Oberfläche eines Probekörpers aus SUS 430L (ferritischer, nicht rostender Stahl) in einer im wesentlichen keine Luft enthaltenden Atmosphäre aus Argongas aufgesprüht wurde, wird Pulver einer Fritte mit einer Zusammensetzung aus 1 Gew.-% K₂O, 8 Gew.-% Na₂O, 1 Gew.-% CoO, 2 Gew.-% NiO, 5 Gew.-% B₂O₃, 83 Gew.-%, SiO₂ darauf aufgetragen und bei 900°C × 1 h gebrannt, um eine Verbundbeschichtung auszubilden.
b) Nachdem eine Ni(80)-Cr(20)-Legierung an Luft aufgesprüht wurde, wird das gleiche Frittepulver wie unter Punkt (a) gebrannt, um eine Verbundbeschichtung auszubil den.
c) Nachdem 73 Gew.-% Cr₃C₂, 20 Gew.-% Ni, 7 Gew-.% Cr an Luft aufgespritzt wurde, wird dasselbe Frittepulver wie unter Punkt (a) gebrannt, um eine Verbundbeschich tung auszubilden.
d) Nachdem 100 Gew.-% TiN an Luft aufgespritzt wurde, wird dasselbe Frittepulver wie unter Punkt (a) gebrannt, um eine Verbundbeschichtung auszubilden.
e) Nachdem 80 Gew.-% Ni, 19 Gew.-% Cr, 0,5 Gew.-% Al, 0,5 Gew.-% Si an Luft auf gespritzt wurden, wird die sich daraus ergebende Spritzbeschichtung einer Wärme behandlung bei 500°C × 15 min unterworfen und dasselbe Frittepulver wie unter Punkt (a) wird dann gebrannt, um eine Verbundbeschichtung auszubilden.

Das Experiment wird durch Wiederholen eines Zyklus durchgeführt, bei dem jede der obengenannten fünf Verbundbeschichtungen bei 600°C für 15 min erwärmt und in Wasser auf 25°C abgeschreckt werden. Die Ergebnisse sind wie folgt.
Verbundbeschichtung (a) . . . lokales Abplatzen bei zweimaliger Wiederholung
Verbundbeschichtungen (b), (c), (d), (e) . . . normal, selbst bei fünfmaliger Wiederholung

Das Experiment wird ferner weitergeführt, wobei die folgenden Resultate erhalten wer den:
Verbundbeschichtung (b) . . . lokales Abplatzen bei siebenmaliger Wiederholung
Verbundbeschichtungen (c), (d), (e) . . . normal, selbst bei zehnmaliger Wiederholung

Das bedeutet, dass die Oxid enthaltende Spritzbeschichtung hervorragende Adhäsi onseigenschaften für die Fritte aufweist, welche in der Verbundbeschichtung erfin dungsgemäß verwendet wird.

Darüber hinaus liegt die Dicke der auf der Ni(80)-Cr(20)-Legierungsbeschichtung an Luft ausgebildeten Oxidschicht innerhalb eines Bereiches von 0,05-0,2 µm. Wenn die Legierungsbeschichtung erwärmt wird, wächst die Oxidschicht auf eine Dicke von 0,5-3 µm, wobei die Adhäsionseigenschaft zum Frittepulver (glasartig) weiter verbessert wird.

Folgende glasbildenden Oxide haben sich für das als glasartige Beschichtung erfin dungsgemäß verwendete Frittematerial als wirkungsvoll erwiesen.

1. Das Material besteht im Wesentlichen aus einer glasartigen Komponente: Na₂O, K₂O, BaO, B₂O₃, SiO₂, MgO, CaO, PbO.
2. Das Material besteht im wesentlichen aus SiO₂, Al₂O₃, B₂O₃, CaF, Na₂O, K₂O, wobei ein Porzellan-Ausgangsmaterial, wie z. B. natürlicher Feldspat, natürliches Siliciumo xid, technisches Solvaysoda (Na₂CO₃), Boridsand (Na₂B₂O₇) oder ähnliches ver wendet wird und CoO, MnO, NiO, TiO₂, ZnO oder ähnliches als geringanteilige Komponente enthält.

Die Einstellung des linearen Expansionskoeffizienten des Frittematerials erfolgt haupt sächlich durch die Einstellung des Gehalts an SiO₂, K₂O und Na₂O. Wenn der SiO₂- Gehalt ansteigt, sinkt der lineare Expansionskoeffizient. Wenn dagegen die Alkalikom ponente ansteigt, steigt auch der lineare Expansionskoeffizient.

Nach der obigen Einstellung des Expansionskoeffizienten wird dem Frittepulver ein or ganischer Binder, wie z. B. Isoamylacetat, Isopropylalkohol, Nitrocellulose oder ähnli chem, zugesetzt, der durch Aufspritzen auf die Oberfläche der als Unterschicht aufge tragen werden kann. Danach wird die Schicht bei 110-120°C für 0,5-2 h getrocknet, um durch Verdampfung das Wasser zu entfernen. Dann wird sie auf 300-400°C ge bracht, um den organischen Binder durch Verbrennung zu entfernen und weiter erwärmt bis zum Schmelzpunkt des Frittematerials (üblicherweise 500-950°C), um vollständig die Unterschicht mit der Oberschicht zu verbinden, wobei die Verbundbeschichtung er findungsgemäß erhalten wird.

Beispiel 1

In diesem Beispiel wird die optimale Dicke einer Oberschicht (glasartige Beschichtung), welche auf Unterschichten (Spritzbeschichtungen) unterschiedlicher Materialien ausge bildet ist, untersucht.

1. Zu untersuchende Matrix: Ein Element aus SUS 410L (ferritischer, rostfreier Stahl) ist mit einem Durchmesser von 20 mm und einer Länge von 200 mm endbearbeitet.
2. Material und Dicke der als Unterschicht aufgebrachten Spritzbeschichtung
2-1 Eine Schicht aus 80 Gew.-% Ni - 20 Gew.-% Cr mit einer Dicke von 100 µm wird durch Plasmaspritzen gebildet.
2-2 Nachdem eine Schicht aus 80 Gew.-% Ni - 20 Gew.-% Cr mit einer Dicke von 50 µm durch Plasmaspritzen gebildet wurde, wird eine Schicht aus 60 Gew.-% Al₂O₃-40 Gew.-% TiO₂ mit einer Dicke von 100 µm durch Plasmaspritzen zweilagig gebildet.
2-3 Eine Schicht aus 73 Gew.-% Cr₃C₂ - 20 Gew.-% Cr - 7 Gew.-% Ni wird mit einer Dicke von 100 µm mit Hilfe von Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen gebildet.
2-4 Eine Schicht aus 88 Gew.-% WC - 12 Gew.-% Co wird mit einer Dicke von 100 µm mit Hilfe von Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen gebildet.

Darüber hinaus umfassen alle diese Spritzbeschichtungen eine Oxidschicht von nicht weniger als 0,5 µm auf wenigstens einer ihrer Oberflächen.

1. Frittematerial und Dicke der als Oberschicht aufgebrachten glasartigen Beschichtung
3-1 10 Gew.-% B₂O₃ - 25 Gew.-% Na₂O - 5 Gew.-% CaO - 60 Gew.-% SiO₂
3-2 8 Gew.-% ZnO - 18 Gew.-% CaO - 10 Gew.-% B₂O₃- 64 Gew.-% SiO₂
Der Fritte wird 0,2 Gew.-% einer Mischung aus Isoamylacetat und Nitrocellulose als ein Knethilfsmittel beigefügt, welches gut geknetet und auf die Spritzbeschichtung mit einer Dicke von 10 µm, 50 µm, 100 µm, 250 µm, 500 µm, 750 µm, 1000 µm, 1500 µm oder 2000 µm aufgetragen wird. Danach werden die Schichten in einem elektri schen Ofen 900°C × 1 h gebrannt.
(Die gleichen Schritte werden hinsichtlich der folgenden Beispiele ausgeführt.)
2. Verfahren zur Evaluierung
Der in den obigen Schritten hergestellte Probekörper wird für 15 min einem Zyklus aus Erwärmen in einem elektrischen Ofen bei 600°C und Abkühlen in Wasser bei 25°C unterzogen, der 20mal wiederholt wird, um optisch die Anwesenheit oder Abwesenheit von Rissen und in der Oberschicht auftretenden Abplatzungen zu beo bachten.
3. Versuchsergebnisse
Die Versuchsergebnisse hinsichtlich der Verbundbeschichtung, welche durch Bren nen der Fritte mit einer Zusammensetzung von 10 Gew.-% B₂O₃- 25 Gew.-% Na₂₀ - 5 Gew.-% CaO - 60 Gew.-% SiO₂ erhalten wird, sind in Tabelle 1 gezeigt. Die Ver suchsergebnisse der Verbundbeschichtung, welche durch Brennen der Fritte mit ei ner Zusammensetzung von 8 Gew.-% ZnO - 18 Gew.-% Cao - 10 Gew.-% B₂O₃ - 64 Gew.-% SiO₂ erhalten wird, sind in Tabelle 2 gezeigt.
Wie aus diesen Ergebnissen ersichtlich, treten selbst bei 20 Aufheiz- und Abkühlzyk len, bei einer Dicke der glasartigen Beschichtung von 10-750 µm keine schwachen Risse auf, und ein fester Zustand zeigt sich unabhängig von der Art des Spritzbe schichtungsmaterials.
Andererseits entstehen bei einer Dicke der glasartigen Beschichtung von 1000- 2000 µm schwache Risse, und die Anzahl und Größe der Risse wächst, wenn die Di cke größer wird. Lokales Abplatzen wird bei 2000 µm beobachtet.
Die obigen Ergebnisse zeigen dieselbe Tendenz selbst bei den glasartigen Be schichtungen, welche zwei Arten von Frittematerialien verwenden, wodurch bestätigt wird, dass die Dicke der erfindungsgemäß verwendeten glasartigen Beschichtung in nerhalb eines Bereiches von 10-750 µm geeignet ist.

Tabelle 1

Tabelle 2

Beispiel 2

In diesem Beispiel wird die Beschichtung in ein Schmelztauchzinkbad getaucht, um die Beständigkeit gegen Schmelztauchzink zu untersuchen. Der aus dem Schmelztauch zinkbad genommene Probekörper wird in Wasser bei 20°C gegeben, um die Bestän digkeit gegen Thermoschock zu beurteilen.

1. Zu untersuchende Matrix: dieselbe wie in Beispiel 1
2. Spritzmaterial und Dicke der Unterschicht
Die Art und Dicke des Spritzmaterials sind dieselbe wie in Beispiel 1.
3. Frittematerial für glasartige Beschichtung als Oberschicht und deren Dicke
Die Art des Frittematerials ist dieselbe wie in Beispiel 1. Die Dicke beträgt 100 µm.
4. Verfahren zur Evaluierung
- 1. 4.1 Zinkbadbedingung: 0,1 Gew.-% an Aluminium enthaltendes Zinkbad bei 480°C.
- 2. 4.2 Tauchzeit im Zinkbad: 24 h. Danach wird der Probekörper in Wasser bei 20°C gegeben. Ein solcher Durchgang ist ein Zyklus und wird zehnmal wiederholt. Nach Abschluss des obigen Versuchs wird das Aussehen der Beschichtung optisch untersucht, um den Adhäsionszustand von Zink und die Anwesenheit oder Abwesenheit von Rissen oder Abplatzungen in der Beschichtung zu ermitteln.
5. Vergleichsbeschichtung
Als eine Vergleichsbeschichtung für die Oberschicht wird eine nicht die glasartige Beschichtung bildende Beschichtung verwendet, welche zehnmal sich wiederho lend dem Zyklus aus Eintauchen in das Zinkbad und Abkühlen in Wasser unter worfen wird.
6. Versuchsergebnisse
Die Versuchsergebnisse sind in Tabelle 3 zusammengefasst. Wie aus diesen Er gebnissen ersichtlich, führt die metallurgische Reaktion zwischen dem Schmelz tauchzink und der Beschichtung, wenn im Vergleichsbeispiel (Nr. 3) die Fritte nicht gebrannt wird, zu Korrosion. Wenn die Beschichtung, wie z. B. eine Al₂O₃-TiO₂- Beschichtung, nicht mit dem Zink reagiert, dringt das Zink durch die in der der Be schichtung vorhandenen Poren in das Innere ein, um die Unterschichtbeschich tung zu korrodieren. Deshalb wird dort das Phänomen des Losbrechens der Be schichtung von ihrer Basis beobachtet.
Wenn die Verbundbeschichtung der Unterschicht und der Oberschicht (, ) mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet wird, reagiert hingegen die Fritte im wesentlichen nicht mit dem Schmelztauchzink und weist keine Poren auf, so dass dort das Zink nicht in das Schichtinnere eindringen kann. Deshalb haftet das Zink physikalisch und dünn auf der Oberfläche der aus dem Zinkbad heraus genommenen Verbundbeschichtung und kann mit dem Finger einfach entfernt werden. Die Oberfläche der Verbundbeschichtung in dem entfernten Bereich ist sehr glatt.
Wenn ferner die Verbundbeschichtung zehnmal wiederholt in das Schmelztauch zinkbad eingetaucht und in Wasser gegeben wird, wird kein anormaler Zustand in der Verbundbeschichtung beobachtet.

Tabelle 3

Beispiel 3

Bei diesem Beispiel wird die erfindungsgemäße Beschichtung in ein Schmelztauchzink bad-Aluminiumlegierungsbad und ein Aluminiumschmelzbad eingetaucht, um die Be ständigkeit gegen geschmolzenes Material und die Beständigkeit gegen Thermoschock zu untersuchen.

1. Zu untersuchende Matrix: dieselbe wie in Beispiel 1
2. Spritzmaterial für die Unterschicht und deren Dicke
Die Art des Spritzmaterials und die Dicke der Beschichtung sind dieselbe wie in Beispiel 1.
3. Glasartige Beschichtung als eine Oberschicht und deren Dicke.
Die Art des Frittematerials ist dieselbe wie in Beispiel 1. Die Dicke beträgt 100 µm.
4. Verfahren zur Evaluierung
Eintauchbedingungen:
45 Gew.-% Zn - 55 Gew.-% Al, 605°C
8 Gew.-% Si - 92 Gew.-% Al, 680°C
Der Probekörper wird wiederholt einem Eintauchzyklus in jedes der beiden Bäder für 24 h unterworfen und zehnmal in Wasser bei 20°C gegeben.
Nach dem Abschluss des Versuchs wird das Aussehen der Beschichtung optisch hinsichtlich der anhaftenden Metallschmelze und der Anwesenheit oder Abwesen heit von Rissen und Abplatzungen in der Beschichtung untersucht.
5. Vergleichsbeschichtung
Eine Beschichtung ohne die glasartige Beschichtung als Oberschicht wird unter denselben Bedingungen zum Vergleich untersucht.
6. Versuchsergebnisse
Die Versuchsergebnisse sind in Tabelle 4 zusammengefasst. Wie aus diesen Er gebnissen ersichtlich, korrodiert, wenn alle Beschichtungen der Vergleichsbei spiele in 45 Gew.-% Zn - 55 Gew.-% Al-Legierungsbad oder 8 Gew.-% Si - 92 Gew.-% Al-Bad getaucht werden, durch Metallschmelze annähernd die gesamte Oberfläche bei ein bis zwei Durchgängen. Hingegen haftet die Metallschmelze an den erfindungsgemäßen Verbundbeschichtungen, kann aber leicht mit dem Finger entfernt werden. Dabei wird kein anormaler Zustand der Oberfläche der Verbund beschichtung in diesem Bereich beobachtet. Darüber hinaus wurde das Auftreten von Rissen in der Verbundbeschichtung durch Thermoschock optisch nicht beo bachtet.

Tabelle 4

Beispiel 4

Bei diesem Beispiel haftet, wenn die erfindungsgemäße Beschichtung in ein Schmelz tauchzinkbad eingetaucht wird und dann herausgenommen wird, eine dünne Zink schicht auf der Beschichtung. Diese Zinkschicht kann einfach und mechanisch abge streift werden, wird aber hinsichtlich eines Verfahrens zum chemischen Auflösen und Entfernen untersucht.

1. Zu untersuchende Matrix: dieselbe wie in Beispiel 1
2. Spritzmaterial für die Unterschicht und deren Dicke
Zu demselben Spritzmaterial wie in Beispiel 1 wird 100 Gew.-% TiN zugefügt, und die Beschichtungsdicke beträgt 150 µm.
3. Glasartige Beschichtung als Oberschicht und deren Dicke
Die Art des Frittematerials entspricht den zwei selben Arten wie in Beispiel 1, wobei die folgenden zwei Arten insgesamt vier Arten ergeben und deren Dicke 150 µm beträgt.
- 1. 3.1 8 Gew.-% B₂O₃ - 6 Gew.-% ZrO₂- 84 Gew.-% SiO₂
- 2. 3.2 2 Gew.-% Al₂O₃ - 10 Gew.-% B₂O₃- 5 Gew.-% MgO - 87 Gew.-% SiO₂
4. Verfahren zur Evaluierung
Die so erhaltene erfindungsgemäße Beschichtung wird in ein Schmelztauchzink bad bei 480°C für 24 h getaucht, dann herausgenommen, abgekühlt und darauf hin in das folgende chemische Mittel für 24 h getaucht, um das Zink aufzulösen, von der Beschichtung zu entfernen und die erfindungsgemäße Beschichtung auf ihre Beständigkeit gegen Chemikalien zu untersuchen.
- 1. 4.1 5 Gew.-% HCl 25°C
- 2. 4.2 5 Gew.-% NaOH 60°C
Darüber hinaus wird die Unterschichtspritzbeschichtung ohne Oberschicht unter denselben Bedingungen als Vergleichsbeispiel untersucht.
5. Versuchsergebnisse
Die Versuchsergebnisse sind in Tabelle 5 zusammengefasst. Bei einer Spritzbe schichtung ohne Frittebeschichtung als Vergleichsbeispiel reagiert selbst, wenn die Beschichtung lediglich in ein Schmelztauchzinkbad eingetaucht wird, diese mit Zink, wobei es zu dem Abtragsphänomen kommt, und eine große Menge von Zink an dem aus dem Bad herausgenommenen Probekörper haftet, wie aus diesen Er gebnissen ersichtlich. Wenn der Probekörper in einem solchen Zustand in 5 Gew.- % HCl und 5 Gew.-% NaOH getaucht wird, löst sich Zink heraus, während Was serstoffgas in beiden Fällen erzeugt wird. Das ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass Zink ein Metalloid ist, das eine chemische Reaktion mit entweder einer Säure oder einem Alkali verursacht.
In der Zink herauslösenden Oberfläche ist die durch das Zink abgetragene Be schichtung ausgesetzt und treibt aufgrund der Wirkung des bei der Zinkabgabe erzeugten Wasserstoffgases nach oben, um schließlich das Abplatzen zu verur sachen. Es wird bestätigt, dass eine solche Tendenz eher bei HCl als bei NaOH stark ist.
Hingegen wird die erfindungsgemäße Verbundbeschichtung mit der Frittebe schichtung als Oberschicht nicht durch Schmelztauchzink abgetragen. Ferner kann Zink, welches nach dem Herausnehmen aus dem Schmelztauchzinkbad dünn anhaftet, einfach aufgelöst und durch HCl und NaOH entfernt werden, wobei die Oberfläche keinen anormalen Zustand aufweist und fest ist.

Beispiel 5

In diesem Beispiel wird die Hafteigenschaft der Oberschicht untersucht, wenn eine me tallische Spritzbeschichtung als Unterschicht ausgebildet und dann eine Beschichtung aus Oxid oder Borid darauf gebildet wird.

1. Zu untersuchende Matrix: die gleiche wie in Beispiel 1
2. Spritzmaterial für die Unterschicht und deren Dicke
- 1. Beschichtung aus 80 Gew.-% Ni - 20 Gew.-% Cr bei einer Dicke von 120 µm durch Plasmaspritzen in Atmosphäre;
- 2. Eine Beschichtung aus 48 Gew.-% MgO - 52 Gew.-% Al₂O₃ bei einer Dicke von 30 µm, welche auf der obigen Ni-Cr-Legierungsspritzbeschichtung durch Plas maspritzen in Atmosphäre ausgebildet wird
- 3. Eine Beschichtung aus 97 Gew.-% Cr₂O₃ - 3 Gew.-% SiO₂ bei einer Dicke von 70 µm, welche auf der obigen Ni-Cr-Legierungsspritzbeschichtung durch Plas maspritzen in Atmosphäre ausgebildet wird;
- 4. Eine Beschichtung aus 100 Gew.-% TiO₂ bei einer Dicke von 70 µm, welche auf der obigen Ni-Cr-Legierungsspritzbeschichtung durch Plasmaspritzen in Atmo sphäre ausgebildet wird;
- 5. Eine Beschichtung aus 100 Gew.-% ZrB₂ bei einer Dicke von 100 µm, welche auf der obigen Ni-Cr-Legierungspritzbeschichtung durch Plasmaspritzen in At mosphäre ausgebildet wird;
- 6. (Vergleichsbeispiel) 80 Gew.-% Ni - 20 Gew.-% C wird mit einer Dicke von 120 µm in einer Ar-Gasatmosphäre bei 100 hpa plasmagespritzt, wobei die Luft durch Verwendung eines Mischgases aus Ar und H₂ als ein plasmaerzeugendes Gas entfernt wird.
Darüber hinaus weisen alle obigen Spritzbeschichtungen -eine Oxidschicht mit einer Dicke von 0,5 µm wenigstens auf ihren Oberflächen auf. Die Oxidschicht ist jedoch bei der Beschichtung nicht vorhanden.
3. Glasartige Beschichtung als Oberschicht und deren Dicke
- 1. Eine Beschichtung aus 8 Gew.-% ZnO - 18 Gew.-% CaO - 10 Gew.-% B₂O₃ - 64 Gew.-% SiO₂ wird mit einer Dicke von 30 µm (das Behandlungsverfahren ist dasselbe wie in Beispiel 1) ausgebildet.
4. Verfahren zur Evaluierung
Die Änderung der Oberschicht wird beobachtet, indem der so erhaltene Probekör per wiederholt einem Heizzyklus von 650°C für 15 min unterworfen und fünfmal in Wasser bei 25°C gegeben wird.
5. Versuchsergebnisse
Die Versuchsergebnisse sind in Tabelle 6 zusammengefasst. Wie aus diesen Er gebnissen ersichtlich, weist eine 80 Gew.-% Ni - 20 Gew.-% Cr-Legierungsspritz beschichtung (Nr. ), welche durch Verwendung des Mischgases aus Ar und H₂ als plasmaerzeugendes Gas in einer im wesentlichen keinen Sauerstoff enthaltenden Ar-Gasatmosphäre ausgebildet wird, im wesentlichen keine Oxidschicht zwischen der Unterschicht und der Oberschicht auf, so dass die Bindungskraft zwischen der Spritzbeschichtung und der glasartigen Beschichtung schwach ist und lokales Ab platzen (vier Stellen mit einer Größe von ungefähr 5 × 8 mm) bereits bei dem zweiten Thermoschockversuch entsteht.
Hingegen bildet die erfindungsgemäß an Luft (Nr. ) ausgebildete Beschichtung aus 80 Gew.-% Ni - 20 Gew.-% Cr-Legierung die Oxidschicht (ungefähr 1 µm) durch Reaktion mit Sauerstoff an den Verbindungsgrenzen beim Spritzen, so dass eine hohe Bindungskraft herrscht und kein anormaler Zustand, selbst nachdem der Thermoschockversuch fünfmal wiederholt wurde, beobachtet wird.
Ferner wurde bestätigt, dass die darauf ausgebildeten Beschichtungen aus Ni-Cr- Legierung und Oxidkeramiken 48 Gew.-% MgO - 52 Gew.-% Al₂O₃ (Nr. ), 97 Gew.-% Cr₂O₃ - 3 Gew.-% SiO₂ (Nr. ), 100 Gew.-% TiO₂ (Nr. ) und ähnlichen und ferner 100 Gew.-% ZrB₂ (Nr. ) gute Bindungskraft zu der glasartigen Oberschicht aufweisen, wenn sich eine Oxidschicht auf der Oberfläche der durch das Plas maspritzen an Luft aufgespritzten Teilchen bildet.

Tabelle 6

Beispiel 6

In diesem Beispiel wird die Hafteigenschaft der Verbundbeschichtung untersucht, welche hergestellt wird durch Aufspritzen eines metallischen Spritzmaterials zur Ausbildung ei ner Unterschicht durch Erhitzen auf 500°C zur positiven Ausbildung einer Oxidschicht auf der Oberfläche und dann durch darauf Ausbilden einer glasartigen Oberschicht.

1. Zu untersuchende Matrix: dieselbe wie in Beispiel 1
2. Spritzmaterial für Unterschicht und deren Dicke
- 1. Eine Beschichtung aus 80 Gew.-% Ni - 19 Gew.-% Cr - 0,5 Gew.-% Al - 0,5 Gew.-% Si wird mit einer Dicke von 120 µm durch Plasmaspritzen an Luft aus gebildet und dann bei einer Temperatur von 500°C für 15 min erwärmt.
- 2. Eine Beschichtung aus 48 Gew.-% MgO - 52 Gew.-% Al₂O₃ wird auf der obigen Legierungsspritzbeschichtung mit einer Dicke von 30 µm (ohne Erhitzen) aus gebildet.
Darüber hinaus ist eine Oxidschicht (0,8 µm) auf der Oberfläche der Legierungs spritzbeschichtung vorhanden.
3. Glasartige Beschichtung als Oberschicht und deren Dicke
- 1. Eine Beschichtung aus 8 Gew.-% Zn - 18 Gew.-% CaO - 10 Gew.-% B₂O₃- 64 Gew.-% SiO₂ wird mit einer Dicke von 30 µm (das Behandlungsverfahren ist dasselbe wie Beispiel 1) ausgebildet.
4. Verfahren zur Evaluierung
Die Bewertung wird nach demselben Verfahren wie in Beispiel 5 ausgeführt.
5. Versuchsergebnisse
Die Versuchsergebnisse sind in Tabelle 7 zusammengefasst. Wie aus diesen Er gebnissen ersichtlich, zeigt die Versuchsbeschichtung (Nr. 1), bei welcher die Oxidschicht auf der Oberfläche der als Unterschicht vorgesehenen metallischen Spritzbeschichtung erfindungsgemäß durch Erwärmen positiv ausgebildet wird, selbst nach zehnmaligem Thermoschock kein Abplatzen der Oberschicht. Ferner ist die Beschichtung (Nr. 2) zufriedenstellend, welche durch Ausbilden der MgO- Al₂O₃-Beschichtung auf der Unterschicht und durch Ausbilden der glasartigen Oberschicht darauf erhalten wird.
Obwohl die Beschichtung, welche durch Ausbilden der glasartigen Oberschicht auf der Unterschicht aus 80 Gew.-% Ni - 20 Gew.-% Cr in Beispiel 5 (Tabelle 6, Ver such Nr. 1) erhalten wird, nur durch Plasmaspritzen an Luft ausgebildet wird, wird das Abplatzen der glasartigen Oberschicht nicht herbeigeführt, selbst nachdem der Thermoschockversuch unter derselben Bedingung wie in der Erfindung fünfmal, wie oben erwähnt, wiederholt wird.
In der Erfindung wird die Oxidschicht positiv auf der Oberfläche der Spritzbe schichtung und in deren Poren durch Erwärmen der metallischen Unterschicht ausgebildet. Es wird bestätigt, dass die Beschichtung nach zehn Thermoschock versuchen haltbar ist.
Darüber hinaus zeigt die Versuchsbeschichtung (Nr. 2) gute Haftungseigenschaf ten, weil die Oberfläche, welche mit der glasartigen Oberschicht in Kontakt steht, aus einem Oxid aus MgO-Al₂O₃ ist.

Tabelle 7

Wie vorstehend erwähnt, umfasst das erfindungsgemäße Element mit der Verbundbe schichtung ein Stahlgrundelement und eine Verbundbeschichtung, welche eine Unter schichtspritzbeschichtung, welche eine auf deren Oberfläche ausgebildete Oxidschicht enthält, sowie eine darauf durch Brennen eines Frittematerials gebildete glasartige Be schichtung umfasst, so dass die Verbundbeschichtung hervorragende Korrosionsbe ständigkeit, Hitzebeständigkeit und Thermoschockbeständigkeit aufweist.

Deshalb wird die erfindungsgemäße Verbundbeschichtung bevorzugt bei verschiedenen Rollen verwendet, welche in Bereichen, wie z. B. Schmelztauchzink-Plattieren, Schmelz tauchzink-Aluminiumlegierungs-Plattieren, Aluminiumschmelz-Plattieren und ähnlichem, und als ein Element, vorzugsweise aus Stahl, für Schmelzmetallbäder, wie z. B. Wellen lager, Hülsen, Laufbuchsen und Anschlüsse zur Einstellung der Plattierungsquantität oder ähnlichem verwendet werden. Da die Korrosionsbeständigkeit hervorragend ist, kann das Element in Umgebung einer Säure, Alkali und Salzlösung verwendet werden.

Claims

1. Element mit einer Verbundbeschichtung, welche eine Unterschicht und eine Ober schicht umfaßt, wobei die Unterschicht durch Aufspritzen eines oder mehrerer Werkstoffe einer Metalle, Keramiken und Cermets umfassenden Gruppe und die Oberschicht aus einem glasartigen Werkstoff gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Unterschicht 10-750 µm beträgt, die Unterschicht auf ihrer der Oberschicht zugewandten Seite eine Oxidschicht aufweist, deren Dicke mindestens 0,5 µm beträgt, und die Oberschicht einen linearen Expansionskoeffizienten von 4- 11 × 10^-6/°C aufweist.

2. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der glasartige Werkstoff aus einem oder mehreren glasbildenden Oxiden besteht, die aus einer SiO₂, Na₂O, K₂O, BaO, Ba₂O₃, MgO, CaO, PbO, CoO, MnO₂, NiO, TiO₂ und ZnO sowie Glaske ramiken und Porzellanemail umfassenden Gruppe ausgewählt sind.

3. Verfahren zur Herstellung eines Elementes mit einer Verbundbeschichtung, wobei zur Bildung einer Unterschicht wenigstens ein Werkstoff, welcher aus einer Metalle, Keramiken und Cermets umfassenden Gruppe ausgewählt wird, an Luft oder in ei ner oxidierenden Atmosphäre auf das Element unter Bildung einer Oxidschicht mit einer Dicke von mindestens 0,5 µm aufgespritzt wird, und zur Bildung einer Ober schicht ein glasartiger Werkstoff auf die Unterschicht aufgebracht und bei 500- 1000°C während einer Dauer von 0,5-10 h gebrannt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberschicht als Pulver aus einem glasartigen Werkstoff aufgebracht, insbesondere aufgespritzt, wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberschicht durch Eintauchen des Elementes in ein Bad aus dem geschmolzenen, glasartigen Werk stoff ausgebildet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach Ausbildung der Spritzbeschichtung eine Oxidlage auf der Oberfläche der Spritzbeschichtung durch Erhitzen der Beschichtung ausgebildet wird.