DE19809721A1

DE19809721A1 - Thermisch beschichtete Kufe

Info

Publication number: DE19809721A1
Application number: DE19809721A
Authority: DE
Inventors: Peter Heinrich; Heinrich Kreye; Georg Hackl; Thomas Schwab
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde Gas AG
Priority date: 1998-03-06
Filing date: 1998-03-06
Publication date: 1999-09-09
Also published as: EP0940478A1

Description

Die Erfindung betrifft Kufen mit einer mittels eines thermischen Spritzverfahrens auf einem metallischen Untergrund aufgebrachten Beschichtung.

Als Verfahrensvarianten des thermischen Spritzens zum Beschichten sind grundsätz lich das autogene Flammspritzen, das Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen, das Lichtbogenspritzen, das Plasmaspritzen, das Detonationsspritzen oder das Lasersprit zen bekannt.

In jüngerer Zeit wurde darüber hinaus ein weiteres thermisches Spritzverfahren ent wickelt, welches auch als Kaltgasspritzen bezeichnet wird. Es handelt sich dabei um eine Art Weiterentwicklung des Hochgeschwindigkeits-Flammspritzens. Dieses Ver fahren ist beispielsweise in der europäischen Patentschrift EP 0 484 533 B1 beschrie ben. Beim Kaltgasspritzen kommt ein Zusatzwerkstoff in Pulverform zum Einsatz. Die Pulverpartikel werden beim Kaltgasspritzen jedoch nicht im Gasstrahl geschmolzen. Vielmehr liegt die Temperatur des Gasstrahles unterhalb des Schmelzpunktes der Zusatzwerkstoffpulverpartikel (EP 0 484 533 B1). Im Kaltgasspritzverfahren wird also ein im Vergleich zu den herkömmlichen Spritzverfahren "kaltes" bzw. ein vergleichs weise kälteres Gas verwendet. Gleichwohl wird das Gas aber ebenso wie in den her kömmlichen Verfahren erwärmt, aber in der Regel lediglich auf Temperaturen unter halb des Schmelzpunktes der Pulverpartikel des Zusatzwerkstoffes.

In der eigenen Patentschrift DE 196 10 054 C2 ist eine Gleitfläche für ein Sportgerät zum Gleiten auf Eis und Schnee mit einer Fluorpolymere enthaltende Beschichtung beschrieben, wobei der Gewichtsanteil der Fluorpolymere zwischen 5 und 50 Gew.-% beträgt. Die Gleitfläche ist konzipiert für Sportgeräte des wintersportlichen Anwen dungsbereichs, auch für den Einsatz im Hochleistungssport. Die Gleitfläche, die auch in Form einer beschichteten Kufe vorliegen kann, sollte vor allem eine Verbesserung der Gleiteigenschaften sicherstellen. Tatsächlich führen Fluorpolymere wie PTFE (Polytetrafluorethylen) zu Gleitflächen mit hervorragenden Gleiteigenschaften.

Es wurde nun festgestellt, daß noch wichtiger als die Gleiteigenschaften der Kufen überraschenderweise deren Verschleißfestigkeit und Verschleißbeständigkeit sind. Dies trifft insbesondere bei Wintersportgeräten wie Rodelschlitten, Bobschlitten und Schlittschuhen zu. So befinden sich beispielsweise in einer Eisbahn für Rodel oder Bobs immer Fremdkörper wie Steine, die Kratzer und Riefen in die Kufen ritzen. Diese Kratzer und Riefen beeinträchtigen das Gleitverhalten auf Eis in beträchtlichem Maße. Eine verkratzte Beschichtung mit an sich hervorragenden Gleiteigenschaften behindert ein optimales Gleiten.

Denkbar wäre nun, die Härte der Kufen zu erhöhen, d. h. ein Kufenmaterial mit einem hohen Härtegrad zu verwenden, und dabei auf eine thermische Beschichtung gänz lich zu verzichten, da deren an sich gute Gleiteigenschaften aufgrund mechanischer Defekte wie Kratzer oder Riefen in der Gleitschicht ja nicht zum Tragen kommen. Die Kufen müssen allerdings geformt, gebogen, geschliffen (z. B. Kanten auf einen be stimmten Kufenwinkel) und/oder an der Oberfläche poliert werden. Eine Erhöhung der Härte der Kufe erschwert die notwendige Bearbeitung der Kufen erheblich.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Kufen der eingangs genannten Art mit verbesserter Verschleißfestigkeit und Verschleißbeständigkeit aufzuzeigen. Ein zusätzlicher Aspekt sollte dabei sein, daß die Kufen mit möglichst geringem Aufwand bearbeitet werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die thermisch gespritzte Beschichtung einen größeren Härtegrad aufweist als der metallische Untergrund.

Mit dem Begriff "Härte" wird dabei - wie in der Werkstofftechnik üblich - Bezug ge nommen auf den Widerstand, den ein Körper dem Eindringen eines anderen, härte ren Körpers entgegensetzt. In der Technik wird die Härte vorwiegend aus bleibenden Formänderungen beurteilt, die Eindrücke härterer Körper hinterlassen. Die Messung der Vickershärte (HV) eignet sich besonders als Verfahren für die Härtemessung an dünnen Schichten und kleinen Proben.

Die Erfindung basiert auf der Idee, für das Kufenmaterial, d. h. für den metallischen Untergrund, einen geringeren Härtegrad vorzusehen als für die thermisch gespritzte Beschichtung. Das ermöglicht grundsätzlich, daß die Bearbeitbarkeit der Kufen weit gehend unabhängig von der Beschichtung und deren Eigenschaften ist, da für die Formgebung vor allem das Kufenmaterial des Untergrunds entscheidend ist. Nach der Formgebung können die Kufen beschichtet werden. Auf diese Weise kann sicherge stellt werden, daß einerseits die Kufenbeschichtungen die Bearbeitbarkeit nicht be einträchtigen, andererseits aber wegen ihrer großen Härte dem Entstehen von Krat zern und Riefen entgegenwirken. Die thermisch gespritzten Beschichtungen mit hoher Verschleißfestigkeit und Verschleißbeständigkeit auf der Gleitfläche der Kufen ermög lichen daher ein verbessertes Gleiten. Grundsätzlich können im Rahmen der Erfin dung die Gleitflächen der Kufen vollständig oder aber auch nur teilweise thermisch beschichtet sein.

Vorteilhafterweise übersteigt der Härtegrad der thermisch gespritzten Beschichtung den Härtegrad des metallischen Untergrunds um mindestens 200 HV (Vickershärte), vorzugsweise um mindestens 400 HV.

In Ausgestaltung der Erfindung weist die thermisch gespritzte Beschichtung eine Härte (Vickershärte) von mindestens 700 HV, vorzugsweise eine Härte von mindes tens 800 HV, besonders bevorzugt eine Härte im Bereich von 900 bis 1500 HV auf.

In Weiterbildung der Erfindung beträgt die Härte des metallischen Untergrunds höchstens 700 HV (Vickershärte), vorzugsweise höchstens 500 HV. Vorzugsweise liegt die Härte des Untergrunds im Bereich von 100 bis 400 HV, besonders bevorzugt im Bereich von 150 bis 300 HV.

Als Werkstoff für den Untergrund eignen sich grundsätzlich martensitische, ferritische und/oder in besonderem Maße korrosionsbeständige austenitische Stähle.

Den Anforderungen an die Materialeigenschaften im Hinblick auf eine große Härte entsprechen am besten die sogenannten martensitischen Stähle, bei denen sich durch eine Wärmebehandlung - Glühen bei einer Temperatur zwischen 900 und 1100°C, Abschrecken, d. h. rasch auf Raumtemperatur abkühlen und anschließend erneut bei einer Temperatur zwischen 200 und 600°C glühen - die Härte bis auf 400 bis 700 HV (Vickershärte) steigern läßt. Die Härte martensitischer Stähle läßt aller dings nur eine eingeschränkte Bearbeitbarkeit der Kufen zu.

Austenitische Stähle wie beispielsweise mit Nickel und Chrom legierte austenitische Stähle lassen sich nicht durch eine wie oben für martensitische Stähle beschriebene Wärmebehandlung härten. Ihre Härte beträgt in der Regel nur 150 bis 250 HV (Vickershärte), in einigen Fällen auch bis 300 HV. Sie eignen sich wegen ihrer aus gezeichneten Bearbeitbarkeit in hervorragender Weise als Grundwerkstoff in Verbin dung mit einer thermisch gespritzten Beschichtung hoher Verschleißfestigkeit und Verschleißbeständigkeit.

Die thermisch gespritzte Beschichtung mit der erfindungsgemäß geforderten Härte lassen sich insbesondere mit folgenden Beschichtungswerkstoffen herstellen:

a) Metalloide enthaltende Legierungen auf Ni-, Co- oder Fe-Basis,
b) in einer metallischen Matrix eingebettete Cermets und/oder Hartmetalle mit karbidischen Hartstoffen und/oder
c) legierte, mit anderen Oxiden gemischte oder in einer metallischen Matrix eingebettete Oxide.

Beispiele für diese Beschichtungswerkstoffe der thermisch gespritzten Beschichtung sind:

- Hartlegierungen auf Ni-, Co- oder Fe-Basis mit hohen Anteilen (beispielsweise 4 bis 9 Gew.-%) an Metalloiden (z. B. C, B, Si und/oder P), beispielsweise Ni Cr Fe B Si;
- Cermets und/oder Hartmetalle mit einem Hartstoffanteil von über 50 Gew.-%, eingebettet in einer metallischen Matrix, beispielsweise als Hartstoffe:
Wolframkarbid (WC), Chromkarbid (Cr₂ C₃), und/oder Titankarbid (TiC) und als metallischen Matrix: Co und Ni oder NiCr und CoCr;
- legierte, mit anderen Oxiden gemischte oder in einer metallischen Matrix eingebettete Oxide.

Die erfindungsgemäß thermisch gespritzten Beschichtung hoher Verschleißfestigkeit und Verschleißbeständigkeit auf den Gleitflächen der Kufen erlauben es, bei der Wahl des Materials des metallischen Untergrunds auch auf weitere Anforderungen an die bzw. Eigenschaften der Kufen Rücksicht zu nehmen, da die nach der Erfindung für den metallischen Untergrund in Frage kommenden Werkstoffe eine wesentlich größere Auswahl bieten im Vergleich zur beschränkten Auswahl an hochfesten Stählen.

Die thermisch gespritzten Beschichtungen müssen eine hohe Haftfestigkeit besitzen, d. h. gut am Untergrundwerkstoff (metallischer Untergrund) haften. Die besten Ergeb nisse konnten erzielt werden, wenn die Beschichtung mittels des Hochgeschwindig keits-Flammspritzverfahrens oder mittels des Kaltgasspritzverfahrens aufgebracht wird. Als Hochgeschwindigkeits-Flammspritzverfahren können das Hochgeschwindig keits-Flammspritzen mit Systemen der ersten und zweiten Generation mit Spritz partikelgeschwindigkeiten zwischen 350 und 550 m/s und bevorzugt das Hochge schwindigkeits-Flammspritzen mit den nach 1991 eingeführten Systemen der dritten Generation mit Spritzpartikelgeschwindigkeiten über 550 m/s zum Einsatz kommen. Beim ebenfalls bevorzugten Kaltgasspritzen können die Pulverpartikel auf eine Geschwindigkeit von 300 bis 1600 m/s beschleunigt werden. Es eignen sich dabei insbesondere Geschwindigkeiten der Pulverpartikel zwischen 800 und 1300 m/s besonders bevorzugt zwischen 1000 und 1300 m/s, da in diesem Fall die Energie übertragung in Form von kinetischer Energie besonders hoch ausfällt.

Mit Vorteil weist die thermisch gespritzte Beschichtung eine Schichtdicke zwischen 50 bis 2000 µm, vorzugsweise zwischen 200 bis 500 µm auf.

Die erfindungsgemäße Kufe kann an entsprechenden Sportgerät vorgesehen sein. Sie eignet sich insbesondere für Rodelschlitten, Bobschlitten und Schlittschuhe.

Claims

1. Kufe mit einer mittels eines thermischen Spritzverfahrens auf einem metallischen Untergrund aufgebrachten Beschichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die thermisch gespritzte Beschichtung einen größeren Härtegrad aufweist als der metallische Untergrund.

2. Kufe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die thermisch gespritzte Beschichtung einen um mindestens 200 HV (Vickershärte), vorzugsweise um mindestens 400 HV größeren Härtegrad aufweist als der metallische Untergrund.

3. Kufe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die thermisch gespritzte Beschichtung eine Härte von mindestens 700 HV (Vickershärte) aufweist.

4. Kufe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die thermisch gespritzte Beschichtung eine Härte im Bereich von 900 bis 1500 HV (Vickershärte) aufweist.

5. Kufe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Untergrund eine Härte von höchstens 700 HV (Vickershärte), vorzugsweise von höchstens 500 HV aufweist.

6. Kufe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Untergrund eine Härte im Bereich von 100 bis 400 HV (Vickershärte), vorzugsweise von 150 bis 300 HV aufweist.

7. Kufe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Untergrund martensitische, ferritische und/oder bevorzugt korrosionsbeständige austenitische Stähle enthält.

8. Kufe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die thermisch gespritzte Beschichtung

- Metalloide enthaltende Legierungen auf Ni-, Co- oder Fe-Basis,
- in einer metallischen Matrix eingebettete Cermets und/oder Hartmetalle mit karbidischen Hartstoffen und/oder
- legierte, mit anderen Oxiden gemischte oder in einer metallischen Matrix eingebettete Oxide

umfaßt.

9. Kufe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die ther misch gespritzte Beschichtung mittels eines Hochgeschwindigkeits-Flammspritz verfahrens oder mittels des Kaltgasspritzverfahrens aufgebracht ist.

10. Kufe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die thermisch gespritzte Beschichtung eine Schichtdicke zwischen 50 bis 2000 µm, vorzugsweise zwischen 200 bis 500 µm aufweist.

11. Sportgerät, insbesondere Rodelschlitten, Bobschlitten oder Schlittschuhe, mit einer Kufe nach einem der Ansprüche 1 bis 10.