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Diese
Erfindung bezieht sich auf einen Verbundwerkstoff für thermisches
Spritzen, der Molybdänborid enthält, und
insbesondere auf einen Verbundwerkstoff für thermisches Spritzen zum
Ausbilden eines Schicht, um eine mechanische Apparatur gegen Korrosion
durch geschmolzenes Leichtmetall oder -Legierung, beispielsweise
Aluminium, Zink oder Legierungen aus diesen zu schützen.
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Druckguss,
Schwerkraftguss oder Differenzdruckguss sind übliche Verfahren zum Giessen
eines Produktes aus einem Metall mit einem relativ niedrigen Schmelzpunkt,
beispielsweise Aluminium, Zink oder Magnesium.
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Differenzdruckgießen wird
unter diesen zum Ausbilden großer
Gussstücke
mit wenigen inneren Fehlern als geeignet betrachtet. 2 stellt eine Vorrichtung
dar, die für
das Differenzdruckgießen
verwendet wird. Ein Saugkanal 6 wird zum Erzeugen eines
niedrigeren Drucks in einer Gussform 5 als in einem Warmhalteofen 1 verwendet,
so dass Schmelze bzw. geschmolzenes Metall 10 von dem Warmhalteofen 1 durch
einen Schacht 2 ansteigen und eine laminare Strömung durch
eine kurze Einsatzhülse 4 ausbilden
kann, um die Gussform 5 für einen Zyklus des Gussbetriebs
zu füllen.
Wenn sich das geschmolzene Metall an der inneren Oberfläche der
Gussform 5 verfestigt hat, wird der nächste Zyklus des Gießvorgangs
gestartet, und das verbleibende geschmolzene Metall fliegt durch
die Einsatzhülse 4 in
den Warmhalteofen 1 zurück
herab.
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Die
innere Oberfläche
der Einsatzhülse 4 wird
durch das geschmolzene Metall 10 mit einer hohen Temperatur
während
jedes Zyklus des Gussbetriebs umspült, wodurch sie korrodiert
und schließlich
bricht. Je höher
die Temperatur des geschmolzenen Metalls 10 ist, desto
kürzer
ist die Lebensdauer der Hülse 4.
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Die
geschmolzenen Leichtmetall-Legierungen wurden gewöhnlich für das Gießen bei
relativ niedrigen Temperaturen im Bereich von 700 – 750°C verwendet,
und die Schutzschichten der Hülse 4 und
der Gussform 5 wurden z. B. aus einer Mischung aus Wolframcarbid
und Cobalt mit einem Cobaltgehalt von 12 Gew.-% hergestellt, wie
dies in der (ungeprüften)
japanischen Patentanmeldung Nr. Hei 7-62516 beschrieben ist.
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Zudem
sind in der JP-01230760 A, JP-01259117 A und JP-03 094 048 jeweils
gespritzte Schichten aus Metallen und Metallboriden beschrieben.
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Viele
Gießereien
sind jedoch dazu übergegangen,
höhere
Temperaturen bei geschmolzenem Metall im Bereich von 750 – 850°C zum Herstellen
von Produkten mit einer höheren
Genauigkeit durch das Differenzdruckgießen zu verwenden.
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Es
wurde herausgefunden, dass die Schutzschichten aus Wolframcarbid
und Cobalt einen Mangel hinsichtlich der Haltbarkeit zeigen, insbesondere
hinsichtlich der Oxidationsbeständigkeit,
und sie durch eine Oxidation nicht nur an der Hülse 4, sondern an
der inneren Oberfläche
der Gussform 1 ebenso stark abgetragen werden, wenn sie
einer solchen höheren
Temperatur der Metallschmelze ausgesetzt werden, und zwar wegen einer
niedrigen Oxidationsbeständigkeit
des Wolframcarbids bei einer hohen Temperatur. Eine im hohen Maße verkürzte Lebensdauer
der Gussform hat zu einer Erhöhung
der Kosten beim Gussbetrieb geführt.
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Eine
Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Verbundwerkstoff für thermisches
Spritzen zu schaffen, der eine Schutzschicht mit einer verbesserten
Haltbarkeit ausbilden kann, wenn sie einer geschmolzenen Leichtmetall-Legierung
mit höheren
Temperaturen ausgesetzt wird.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Verbundwerkstoff zum thermischen Spritzen
gemäß Anspruch
1 gelöst.
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Dieser
Verbundwerkstoff zum thermischen Spritzen enthält: Molybdänborid (MoB) von 30 bis 70 Gew.-%,
Nickel (Ni) oder Cobalt (Co) von 20 bis 40 Gew.-%, Chrom (Cr) von
5 bis 20 Gew.-%, und zumindest ein Metallborid, das aus den Boriden
von Cr, W, Zr, Ni und Nb ausgewählt
wird, von 5 bis 10 Gew.-%.
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In
vorteilhafter Weise ist das Metallborid Chromborid (CrB2).
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Eine
weitere Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, eine thermisch gespritzte
Beschichtung mit einer verbesserten Haltbarkeit zu schaffen, wenn
sie einer geschmolzenen Leichtmetall-Legierung mit höheren Temperaturen
ausgesetzt wird.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Beschichtung gemäß Anspruch 3 gelöst. Diese
Beschichtung umfasst: eine erste Schicht, die auf einem zu schützenden
Substrat aus einer wärmebeständigen Legierung
mit einem Koeffizienten der Wärmeausdehnung
nahe dem des Basismaterials ausgebildet ist; eine zweite Schicht,
die auf der ersten Schicht aus einem Material, das aus 30 bis 70
Gew.-% Molybdänborid
(MoB), aus 20 bis 40 Gew.-% Nickel (Ni) oder Cobalt (Co), aus 5
bis 20 Gew.-% Chrom (Cr) und aus 5 bis 10 Gew.-% zumindest eines
Metallborids gebildet ist, das aus den Boriden von Cr, W, Zr, Ni
und Nb ausgewählt
ist; und eine dritte Schicht, die aus der zweiten Schicht aus einem
keramischen Material mit einer geringen Benetzbarkeit hinsichtlich
eines geschmolzenen Leichtmetalls ausgebildet ist.
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Die
erste Schicht dient als Puffer zwischen dem zu schützenden
Substrat und der zweiten Schicht aus einem Verbundwerkstoff, der
Molybdänborid
enthält,
und besteht vorzugsweise aus einer Legierung mit einem Koeffizienten
der Wärmeausdehnung
zwischen jenen des Substrats und dem der zweiten Schicht. Sie kann alternativ
durch thermisches Spritzen eines Metalls mit einem Koeffizienten
der Wärmeausdehnung
nahe dem der zweiten Schicht und einer guten Kompatibilität mit dem
Basismaterial ausgebildet sein.
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Die
zweite Schicht spielt die wichtigste Rolle beim Schützen des
Substrats vor Korrosion durch eine geschmolzene Leichtmetall-Legierung
mit einer höheren
Temperatur. Diese Rolle wird nachfolgend noch genauer beschrieben.
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Die
dritte Schicht ist eine sehr harte Schicht, die zum Schützen der
zweiten Schicht vor einer physikalischen Beschädigung dient, die andernfalls
durch ein heftig fließendes
geschmolzenes Metall oder irgendeine andere von außen einwirkende
Kraft, wie sie durch einen Schlag hervorgerufen werden kann, auf
die zweite Schicht einwirken kann.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug
auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben, bei denen:
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1 eine
schematische Schnittansicht einer Beschichtung darstellt; und
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2 eine
schematische Schnittansicht einer Vorrichtung für Differenzdruckgießen darstellt.
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Nachfolgend
beruht jede Zahl, die zur Angabe des Prozentsatzes verwendet wird,
auf der Gewichtsangabe, es sei denn, es ist ausdrücklich anders
angemerkt.
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A. Verbundwerkstoff für thermisches
Spritzen:
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- (1) Der Verbundwerkstoff für thermisches Spritzen enthält:
Molybdänborid (MoB)
von 30 bis 70 Gew.-% (und vorzugsweise von etwa 40 bis etwa 60 Gew.-%);
Nickel
(Ni) oder Cobalt (Co) von 20 bis 40 Gew.-% (und bevorzugt von 20
bis etwa 30 Gew.-%);
Chrom (Cr) von 5 bis 20 Gew.-% (und vorzugsweise
von etwa 10 bis etwa 15 Gew.-%); und
zumindest ein Metallborid,
das aus den Boriden von Cr, W, Zr, Ni und Nb von 5 bis 10 Gew.-%
(und vorzugsweise von 5 bis etwa 8 Gew.-%) ausgewählt ist.
Es
folgt nunmehr eine Beschreibung jeder Komponente und deren Eigenschaft
und Funktion:
(a) MoB besteht als harte Phase in einer thermisch
aufgesprühten
Schicht, ist Wolframcarbid hinsichtlich der Stabilität bei hohen
Temperaturen überlegen
und bietet eine verbesserte Beständigkeit
gegenüber
einer Korrosion durch eine geschmolzene Leichtmetall- Legierung
bzw. ein geschmolzenes Leichtmetall. Falls dessen Anteil geringer
als 30 % ist, stellt das MoB keine ausreichenden Korrosionsbeständigkeit
mehr bereit, während
ein Überschuss
von MoB über
70 % hinaus zu einer brüchigen
Schicht führt.
(b)
Ni oder Co wird wegen seiner Duktilität bzw. Dehnbarkeit zum Ausbilden
einer Bindephase verwendet. Sein Verhältnis unter 20 % bewirkt eine
brüchige
Schicht, während
ein Überschuss
von diesem über
40 % hinaus eine zu weiche Schicht bewirkt.
(c) Cr verleiht
dem Co bzw. Ni Oxidationsbeständigkeit.
Ein Anteil von diesem unter 5 % bewirkt dessen Versagen beim Bereitstellen
einer ausreichenden Oxidationsbeständigkeit, während bei einem Überschuss über 20 %
hinaus nicht erwartet wird, ein besseres Ergebnis zu erzielen.
(d)
Das Metallborid, das aus den Boriden von Cr, W, Zr, Ni und Nb ausgewählt ist,
besteht aus einem Übergangsmetall,
das zu der gleichen Gruppe (Gruppe 6) oder Periode (Periode 5) wie
Mo in dem periodischen System der Elemente gehört, und dient zum Bereitstellen
einer stärkeren
Haftung bzw. Verbindung zwischen dem Molybdänborid als Grund- bzw. Basisphase
und NiCr oder CoCr als Bindephase. CrB2 wird
unter diesen Metallboriden wegen seiner starken Bindungseigenschaft
bevorzugt. Dessen Verhältnis
unter 5 % bewirkt dessen Versagen hinsichtlich des Bereitstellens
einer ausreichend starken Verbindungswirkung, während ein Überschuss von diesem über 10 %
hinaus nicht verspricht, irgendein besseres Ergebnis zu erzielen.
- (2) Der Verbundwerkstoff bzw. das Kompositmaterial für thermisches
Spritzen, das vorstehend beschrieben ist, wird aus feinen Pulvern
von diesen Bestandteilen mit jeweils einem Teilchendurchmesser von üblicherweise
10 μm oder
weniger vorbereitet. Die Pulver werden gleichförmig gemischt, das Pulvergemisch
wird agglomeriert bzw. zusammengepresst, das agglomerierte Gemisch
wird gesintert, das gesinterte Produkt wird zerdrückt bzw.
gebrochen, und die sich daraus ergebenden Teilchen werden klassifiziert.
Für Zwecke des
Mischens, Agglomerierens und Klassifizierens werden übliche Maschinen
und Vorrichtungen verwendet. Das Sintern wird über zwei bis vier Stunden bei
Temperaturen von 900°C
bis 1350°C,
vorzugsweise von 1000°C
bis 1250°C,
ausgeführt.
Die Teilchen werden so klassifiziert, dass sie einen Durchmesser
von 5 bis 125 μm
aufweisen, vorzugsweise so, dass 70 % oder mehr der Teilchen einen
Durchmesser von 10 bis 106 μm
aufweisen.
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B. Beschichtung, die durch
thermisches Sprühen
gebildet wird:
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- (1) Obwohl das Verbundmaterial zum thermischen
Spritzen, wie dies vorstehend beschrieben ist, zum Ausbilden einer
Schutzschicht verwendet werden kann, die allein aus diesem bestehen
kann, ist es wirkungsvoller, das Material in einer mehrlagigen Beschichtung
zu verwenden, wenn die nachstehend beschriebenen Umstände vorliegen:
1.
Das zu schützende
Substrat besteht z. B. aus einem Metall mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten, der
in hohem Maße
von dem des Verbundwerkstoffs zum thermischen Spritzen verschieden
ist;
2. es ist erforderlich, das Ausbilden einer Schutzschicht
sicherzustellen, die eine geringe Benetzbarkeit hinsichtlich irgendeines
geschmolzenen Leichtmetalls aufweist; und
3. die Schutzschicht
wird durch eine heftige Strömung
von einem geschmolzenen Leichtmetall abgetragen.
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1 stellt
den Aufbau einer bevorzugten Form einer schützenden Mehrlagen-Beschichtung
dar. Die Mehrlagen-Beschichtung
weist drei Lagen auf, die durch thermisches Sprühen bzw. Spritzen aus ein Substrat 11 ausgebildet
wird, das zu schützen
ist: eine erste Schicht 13, die aus dem Substrat 11 aus
einer wärmebeständigen Legierung
mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten
nahe dem des Substrats 11 ausgebildet ist; eine zweite
Schicht 15, die aus der ersten Schicht 13 aus
dem Verbundwerkstoff zum thermischen Sprühen ausgebildet ist; und eine
dritte Schicht 17, die auf der zweiten Schicht 15 aus
einem harten Keramikmaterial mit einer geringen Benetzbarkeit hinsichtlich
eines geschmolzenen Leichtmetalls ausgebildet ist.
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Die
dritte Schicht 17 ist vorzugsweise mit einer verstärkenden
Schicht 19 aus einer wärmebeständigen Organosiliciumverbindung
imprägniert,
da die dritte Schicht 17 üblicherweise feine Poren und
leicht Risse nach dem Aufnehmen eines Wärmeschocks aufweist.
- (2) Das zu schützende Substrat 11 kann
aus irgendeinem Werkstoff bestehen, ist aber bei bevorzugten Ausführungsbeispielen
eisenhaltiges oder nicht eisenhaltiges Material ein, beispielsweise
Gusseisen mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten
von 10 × 10–6/°C, oder Stahl
mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten
von 12 × 10–6/°C, oder eine
Aluminiumlegierung mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten
von 20 × 10–6/°C. Die Oberfläche des
Substrats 11 ist vorzugsweise durch einen Blasvorgang,
z. B. mechanisches Kugel- oder Sandstrahlen, vor dem Ausbilden der
ersten Schicht 13 auf dem zu schützenden Substrat 11 aufgeraut,
so dass die erste Lage noch fester am Substrat anhaften kann.
- (3) Die wärmebeständige bzw.
hitzebeständige
Legierung, die die erste Schicht 13 der schützenden
Beschichtung bildet, kann unter einer Vielzahl von Materialien ausgewählt werden,
z. B. unter Nickel-Chrom-Aluminium-(NiCrAl)-Legierungen, die von etwa 18
bis etwa 48 % Cr und von etwa 4 bis etwa 10 % Al mit einem Rest
an Nickel enthalten, einer NiCrAlY-Legierung, die von etwa 16 bis
etwa 25 % Cr, von etwa 6 bis etwa 13 % Al und von etwa 0,5 bis etwa
1,0 % Y mit einem Rest an Nickel enthält, einer CoCrAlY-Legierung,
die von etwa 20 bis etwa 25 % Cr, von etwa 11 bis etwa 15 % Al und
von etwa 0,5 bis etwa 1,0 % Y mit einem Rest an Cobalt enthält, oder
einer Stellit-Legierung, die von etwa 20 bis etwa 30 % Cr, von etwa
0,1 bis etwa 2,5 % C, von etwa 4 bis etwa 18 % W, von etwa 1 bis
etwa 6 % Mo, von etwa 3 bis etwa 10 % Ni, von etwa 1 bis etwa 2
% Si und von etwa 1 bis etwa 3 % Fe mit einem Rest an Cobalt enthält. Diese Legierungen
weisen einen Wärmeausdehnungskoeffizienten
im Bereich von etwa (15 bis 16) × 10–6/°C auf.
Unter
diesen werden NiCrAlY und CoCrAlY bevorzugt, da Cr2O3 und Al2O3 auf der Oberfläche der ersten Schicht ausgebildet
eine ausgezeichnete Beständigkeit
bzw. Widerstandskraft hinsichtlich einer Oxidation bei einer hohen
Temperatur zeigen, während
Y2O3 einen Keileffekt
erzeugt, um die erste Schicht fest an der zweiten Schicht des Verbundmaterials
bzw. Verbundwerkstoffs für
thermisches Spritzen anhaften zu lassen.
Die erste Schicht 13 weist
eine Dicke von 20 bis 200 μm
und eine bevorzugte Dicke von 40 bis 100 μm auf. Falls sie eine geringere
Dicke aufweist, bietet sie keinen zufriedenstellenden Schutz für das zu
schützende Substrat,
oder sie wirkt nicht als eine ausreichende Pufferschicht zwischen
dem Substrat 11 und der zweiten Schicht 15. Selbst
falls sie eine größere Dicke
aufweist, kann nicht erwartet werden, dass sie irgendein entsprechend
besseres Ergebnis liefert, wobei dies aber aus einem ökonomischen
Standpunkt heraus nicht wünschenswert
ist.
Die erste Schicht 13 kann durch irgendein thermisches
Spritz- bzw. Sprühverfahren
ausgebildet werden, das in einer Umgebung mit einer Luftatmosphäre unter
atmosphärischem
Druck oder einer eingestellten Atmosphäre unter reduziertem Druck
ausgeführt
wird und Flammspritzen bzw. thermisches Spritzen oder Detonationsflaammspritzen
oder Plasmaspritzen umfasst. Plasmaspritzen wird jedoch bevorzugt,
da es bei der Qualität
des Materials für
thermisches Spritzen kaum irgendeine Verschlechterung verursacht
und eine Schicht 13 ausbilden kann, die am Substrat 11 fest
anhaftet.
- (4) Die zweite Schicht 15 der Schutz-Beschichtung wird
aus dem Verbundwerkstoff bzw. Kompositmaterial zum thermischen Spritzen
ausgebildet, wie dies bei (A) vorstehend beschrieben ist. Die zweite
Schicht 15, die mit dem geschmolzenen Metall kaum reagiert,
soll dem zu schützenden
Substrat 11 im wesentlichen eine Hitze- bzw. Wärmebeständigkeit
und eine Korrosionsbeständigkeit
gegenüber
dem geschmolzenen Metall verleihen.
Die zweite Schicht 15 weist
eine Dicke von 20 bis 200 μm
und eine bevorzugte Dicke von 50 bis 150 μm auf. Falls sie eine geringere
Dicke aufweist, bietet dies keinen ausreichenden Schutz für die Basis.
Falls sie eine sogar größere Dicke
aufweist, kann nicht erwartet werden, dass irgendein entsprechend
besseres Ergebnis erzeugt wird, jedoch ist dies aus einer ökonomischen
Sicht heraus nicht wünschenswert.
Die
zweite Schicht 15 kann mittels eines Verfahrens gebildet
werden, das auch zum Ausbilden der ersten Schicht angewendet wird,
wie dies vorstehend festgestellt ist.
- (5) Das keramische Material mit einer geringen Benetzbarkeit
hinsichtlich irgendeines geschmolzenen Leichtmetalls, das die dritte
Schicht 17 der schützenden
Beschichtung bildet, wird vorzugsweise unter teilweise stabilisierten
Zirconiumdioxid-Verbindungen ausgewählt, wie beispielsweise ZrO2·Y2O3 und ZrO2·CaO
und einer Aluminiumoxid-Zirconiumdioxid-Mischung, die von etwa 60
bis etwa 70 % Al2O3 und von
etwa 30 bis etwa 40 % ZrO2 enthält. Es ist
insbesondere vorzuziehen, teilweise stabilisiertes Zirconiumdioxid
zu verwendet, das durch Hinzufügen
mehrerer Prozent von Seltenerde-Oxiden (z. B. Y2O3), CaO oder MgO zu Zirconiumdioxid bzw.
Zirconerde erhalten wird, um Phasenwandlungen zu hemmen.
Die
dritte Schicht 17 weist eine Dicke von 20 bis 200 μm und eine
bevorzugte Dicke von 50 bis 150 μm
auf. Fall sie eine geringere Dicke aufweist, stellt dies keine geringe
Benetzbarkeit gegenüber
einem geschmolzenen Metall sicher. Falls sie eine Dicke von mehr
als 200 μm
aufweisen sollte, kann jedoch nicht erwartet werden, dass ein entsprechend
besseres Ergebnis erzielt wird, wobei dies auch aus einer ökonomischen Sicht
nicht wünschenswert
ist.
Die dritte Schicht 17 kann auch durch ein Verfahren
gebildet werden, das zum Ausbilden der ersten Schicht 13 verwendet
wird, wie dies vorstehend beschrieben ist.
- (6) Polymetallo-Carbosilan und Diphenylsilicium sind Beispiele
von hitzebeständigen
Organosiliciumverbindungen, die zum Imprägnieren und Verstärken der
dritten Schicht 17 verwendet werden können. Polymetallo-Carbosilan
wird wegen seiner hohen Wärmebeständigkeit
und seiner hervorragenden Eigenschaften beim Imprägnieren
der Oberfläche
der dritten Schicht 17 bevorzugt.
Die Verstärkungsschicht 19 wird
durch Imprägnieren
der dritten Schicht 17 mit einer Lösung aus einer Organosiliciumverbindung
durch Besprühen
oder Eintauchen ausgebildet, wobei sie vorzugsweise bei Temperaturen
von 200°C
bis 500°C über 10 bis
60 Minuten gebacken bzw. gebrannt wird.
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BEISPIELE
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Nun
werden Beispiele und Vergleichsbeispiele beschrieben, bei denen
Tests durchgeführt
werden, um die Wirkungen und Vorteile dieser Erfindung darzustellen.
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(1) Vorbereitung der Teststücke:
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BEISPIEL 1
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Eine
dreilagige Beschichtung wurde durch Plasmaspritzen mit einem Plasmagas
aus Ar und H2 auf ein 27Cr-Stahl-Schutzrohr
ausgebildet, das einen Wärmeausdehnungskoeffizienten
von 6,0 × 10–6/°C aufweist und
im Durchmesser 21,3 mm, in der Wanddicke 2,65 mm und 250 mm in der
Länge misst.
Die drei Schichten sind:
eine erste Schicht 13, die
aus CoCrAlY gebildet wird und 23 % Cr, 13 % Al und 0,6 % Y mit einem
Rest von Cobalt enthält,
und eine Dicke von 100 μm
aufweist;
eine zweite Schicht 15, die aus einem Verbundwerkstoff
für thermisches
Spritzen ausgebildet wird und 30 % Co, 15 % Cr und 5 % CrB2 mit einem Rest von Molybdänborid enthält, und
eine Dicke von 100 μm
aufweist; und
eine dritte Schicht 17, die aus einem
Aluminiumoxid-Zirconiumdioxid-Gemisch
ausgebildet ist, das aus 70 % Al2O3 und 30 % ZrO2 besteht,
und eine Dicke von 100 μm
aufweist.
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Die
dritte Schicht 17 wurde mit einer Imprägnierungsschicht 19 aus
einem Organosiliciumkunstharz verstärkt, das über 120 Minuten bei 300°C getrocknet
wurde.
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BEISPIEL 2
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Eine
dreilagige Beschichtung wurde durch Plasmaspritzen mit einem Plasmagas
aus Ar und H2 auf einer Zu schützenden
Röhre oder
Hülse ausgebildet,
die aus 27Cr-Stahl hergestellt ist und einen Wärmeausdehnungskoeffizienten
von 6,0 × 10–6/°C aufweist,
sowie im Durchmesser 21,3 mm, hinsichtlich der Wanddicke 2,65 mm
und in der Länge
250 man misst. Die drei Schichten sind:
eine erste Schicht 13,
die aus CoCrAlY gebildet ist, wobei sie 23 % Cr, 13 % Al und 0,6
% Y mit einem Rest Cobalt enthält,
und eine Dicke von 100 μm
aufweist;
eine zweite Schicht 15, die aus einem Verbundwerkstoff
zum thermischen Spritzen gebildet ist und 30 % Ni, 8 % Cr und 10
% CrB2 mit einem Rest Molybdänborid
enthält,
und eine Dicke von 100 μm
aufweist; und
eine dritte Schicht 17, die aus einem
Aluminiumoxid-Zirconiumdioxid-Gemisch
gebildet ist, das aus 70 % Al2O3 und
30 % ZrO2 besteht, und eine Dicke von 100 μm aufweist.
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Die
dritte Schicht 17 wurde mit einer Verstärkungsschicht 19 aus
einem Organosiliciumkunstharz verstärkt, das bei 300°C über 120
Minuten getrocknet wurde.
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VERGLEICHSBEISPIEL 1
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Ein
B/N-Glasgemisch wurde auf das gleiche Substrat angewendet, wie dies
in BEISPIEL 1 verwendet wird, und gebrannt, um eine Schicht mit
einer Dicke von 300 μm
auszubilden.
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VERGLEICHSBEISPIEL 2
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Eine
Schicht aus stabilisiertem Zirconiumdioxid mit einer Dicke von 350 μm wurde durch
Plasmaspritzen auf das gleiche Basismaterial ausgebildet, wie sie
beim BEISPIEL 1 verwendet wurde.
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(2) Wärmezyklustests wurden durch
Eintauchen in eine geschmolzene Aluminiumlegierung durchgeführt:
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Jeweils
zwei der drei Teststücke,
die bei jedem BEISPIEL 1·2
oder VERGLEICHSBEISPIEL 1·2
vorbereitet wurden, wurden entsprechend einem Wärmezyklustest zugeführt, der
durch das Verwenden einer Eintauchvorrichtung ausgeführt wurde,
die ein Schmelzbad aus einer Al-Si-Legierung enthält, AC-2C,
das die in Tabelle 1 dargestellte Zusammensetzung aufweist, wobei
jedes Teststück
darin eingetaucht wurde. Jeder Test wurde durch Wiederholen eines
Wärmezyklus
durchgeführt,
der aus sieben Minuten, über
die das Teststück im
Schmelzbad belassen wurde, und einer Minute besteht, über die
es danach in der Luft außerhalb
des Bades abkühlen
konnte.
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Nachdem
jeweils 500 Zyklen wiederholt wurden, wurde jedes Teststück auf irgendeine Änderung
hinsichtlich seines Außendurchmessers
und auf irgendeine Beschädigung
seiner Beschichtung hin untersucht. Sein Außendurchmesser wurde an drei
Punkten gemessen, die von dessen Ende um 20 mm, 40 mm bzw. 60 mm
beabstandet sind. Die Aluminiumlegierung, die an jedem Teststück anhaftete,
wurde durch Zuführen
von Wärme
von einem Brenner entfernt, um sie jedesmal aufzuschmelzen, wenn
der Außendurchmesser
des Teststücks
gemessen wurde. Dabei wurde äußerst sorgfältig vorgegangen,
um dem Teststück
nur einen Wärmeschock
zuzuführen,
ohne es anzugreifen oder ihm irgendeinen anderen mechanischen Stoss
zuzufügen.
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(3) Testergebnisse:
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Die
Testergebnisse sind in Tabellen 2 und 3 dargestellt. Wie daraus
ersichtlich, zeigen die Beschichtungen, die aus den Verbundmaterialien
zum thermischen Spritzen dieser Erfindung ausgebildet wurden, eine etwa
zweifach höhere
Haltbarkeit als die irgendeiner anderen Beschichtung, die mittels
der konventionellen Verfahren ausgebildet wurde.
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