DE19959515A1 - Process for plastic coating by means of a spraying process, a device therefor and the use of the layer - Google Patents

Process for plastic coating by means of a spraying process, a device therefor and the use of the layer

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Abstract

The invention relates to a method for providing a plastic coating by means of spraying. According to said method, a layer of metal, non-metal or oxide materials is applied to a plastic element or a plastic layer is applied to a base material by means of high-pressure spraying while adding the powdered material by means of a gas-controlled powder feeder.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kunststoffbe­ schichtung mittels eines Spritzvorganges. Zudem erfaßt die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einem Düseneinschnürungsbereich und nachgeschaltetem Beschleunigungskanal sowie die Verwendung der Schicht.The invention relates to a method for plastics layering by means of a spraying process. In addition, the Invention an apparatus for performing the method with a nozzle constriction area and downstream Acceleration channel as well as the use of the layer.

Unter Kunststoffbeschichtung versteht man sowohl das Be­ schichten von Kunststoffen - beispielsweise die Kunst­ stoffmetallisierung - als auch mit Kunststoffen, also mit Materialien, deren wesentliche Bestandteile aus solchen ma­ kromolekularen organischen Verbindungen bestehen, die syn­ thetisch oder durch Abwandeln von Naturprodukten entstehen.Plastic coating means both Be layers of plastics - for example art material metallization - as well as with plastics, i.e. with Materials, the essential components of such ma cromolecular organic compounds exist, the syn arise theoretically or by modifying natural products.

Das Auftragen solcher Plastikwerkstoffe mit und ohne Fül­ lung durch thermische Spritzverfahren, wie etwa Flammsprit­ zen und Plasmaspritzen mit pulverförmigem oder drahtförmi­ gem Spritzwerkstoff, ist seit langem bekannt. Das bei all diesen Verfahren auftretende Problem ist, dass beim Auf­ schmelzen des Plastikwerkstoffes dieser in vielen Fällen - bedingt durch die Verweilzeit im Strahl und die thermische Beeinflussung - strukturell verändert wird und dadurch seine Stabilität in Hinsicht auf die Beständigkeit ver­ liert; bei allen bekannten Verfahren ist es notwendig, die zu beschichtende Oberfläche auf die - oder nahe an die - Schmelztemperatur vorzuwärmen.The application of such plastic materials with and without filling by thermal spray processes such as flame fuel zen and plasma spraying with powder or wire spray material, has been known for a long time. All of that The problem with these methods is that when you are on melt the plastic material in many cases - due to the dwell time in the jet and the thermal Influencing - is changed structurally and thereby its stability in terms of durability ver liert; in all known methods it is necessary to surface to be coated on - or close to - Preheat the melting temperature.

Bei einem der US-A-5 282 573 zu entnehmenden Flammspritz­ verfahren wird in einen Flammspritzbrenner das Pulver von innen und von außen in die Flamme eingeführt. Obwohl diese Anlage ein Aufspritzen von Plastikwerkstoff erlaubt, ver­ lieren alle Werkstoffe durch lange Verweilzeit und zu hohe Temperatur ihre erforderlichen Eigenschaften. In one of the US-A-5 282 573 flame spray the powder from inserted into the flame inside and outside. Although these System allows plastic material to be sprayed on, ver all materials due to long dwell times and excessively long ones Temperature their required properties.  

Auch Versuche, den Plastikwerkstoff von außen in einem ge­ wissen Abstand in die Plasmaflamme einzubringen, wie in der DE-C-41 29 120 beschrieben, zeigte keine guten Ergebnisse, da auch hier die aufgebrachte Schicht im Vergleich zum nicht gespritzen Werkstoff schlechtere Eigenschaften auf­ wies.Also attempts to ge the plastic material from the outside know how to insert distance into the plasma flame, like in the DE-C-41 29 120 described, did not show good results, because here too the applied layer compared to the not sprayed material poorer properties pointed.

Ein wesentliches Problem bei diesen Versuchen bestand dar­ in, dass immer sehr hohe thermische und relativ niedrige kinetische Energie zum Aufspritzen verwendet wurden, da die eingesetzten Spritzgeräte in allen Fällen für höher schmel­ zende Metalle konstruiert waren.A major problem with these attempts was in that always very high thermal and relatively low kinetic energy was used for spraying since the Sprayers used in all cases for higher melt metals were constructed.

In Kenntnis dieser Gegebenheiten hat sich der Erfinder das Ziel gesetzt, die erkannten Nachteile zu beseitigen und ein günstiges Verfahren zum Beschichten von Kunststoffteilen ohne Vorwärmung - oder auch von Holz - anzubieten bzw. zum Beschichten mit Kunststoffpulvern od. dgl. organischen Stoffen. Zudem soll eine Vorrichtung dazu geschaffen wer­ den.Knowing these facts, the inventor did it Aim set to eliminate the identified disadvantages and a Favorable process for coating plastic parts to offer without preheating - or also from wood - or for coating with plastic powders or the like. Organic Fabrics. In addition, a device is to be created for who the.

Zur Lösung dieser Aufgabe führt die Lehre des unabhängigen Anspruches; die Unteransprüche geben günstige Weiterbildun­ gen an. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kom­ binationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale.The teaching of the independent leads to the solution of this task Claim; the subclaims give favorable further training to. In addition, all com fall within the scope of the invention binations from at least two of the ones in the description, the Drawing and / or the features disclosed in the claims.

Erfindungsgemäß wird entweder eine Schicht aus metalli­ schen, nichtmetallischen oder oxidischen Werkstoffen auf ein Kunststoffelement oder aber eine Schicht aus Kunststoff auf einen Grundwerkstoff mittels eines Hochgeschwindig­ keits-Spritzverfahrens unter Zugabe des pulverförmigen Werkstoffes durch eine gasgesteuerte - insbesondere mit Überdruck und Unterdruck betriebene - Pulverfördereinheit aufgetragen, dies bevorzugt mittels eines Hochgeschwindig­ keits-Flammspritzverfahren oder eines Hochgeschwindigkeits- Kaltspritzverfahrens. According to the invention, either a layer of metallic , non-metallic or oxidic materials a plastic element or a layer of plastic on a base material by means of a high speed speed spraying process with the addition of powder Material by a gas-controlled - especially with Overpressure and underpressure operated - powder feed unit applied, preferably by means of a high speed speed flame spraying process or a high-speed Cold spraying process.  

Als günstig hat es sich erwiesen, einen Spritzwerkstoff in einem Korngrößenbereich zwischen 0,1 und 150 µm, insbeson­ dere 0,5 bis 75 µm, einzusetzen, besonders aber in einem Korngrößenbereich von 1 bis 30 µm.It has proven to be cheap to use a spray material in a grain size range between 0.1 and 150 microns, in particular 0.5 to 75 µm, but especially in one Grain size range from 1 to 30 µm.

Nach einem anderen Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens werden polymere pulverförmige Kunststoffe durch nanokri­ stalline Zusätze auf die Eigenschaften des Grundwerkstoffes eingestellt; als Spritzpulver werden nanokristalline Pulver vorgeschlagen.According to another characteristic of the method according to the invention polymer powdery plastics are made by nanokri stalline additives on the properties of the base material set; nanocrystalline powders are used as wettable powders suggested.

Gute Resultate werden dann erreicht, wenn die Schicht auf einen faserverstärkten Werkstoff aufgebracht wird, etwa ei­ nen durch Kohle- oder Glasfasern verstärkten Werkstoff.Good results are achieved when the layer is on a fiber-reinforced material is applied, such as egg material reinforced with carbon or glass fibers.

Zum anderen kann die erfindungsgemäße Schicht auf einen Kunststoff, einen hochtemperaturbeständigen Kunststoff, auf Polyurethan, Hochleistungsthermoplast und/oder Duroplast aufgetragen werden, insbesondere auf Polyetheretherkenton (PEEK), Polyacryletherkenton (PAEK), deren Vorstufen, Poly­ phenylensulfit (PPS), Liquidcristallinepolymer (LCP), Ent­ functionale Oligomere oder auf Polyamide.On the other hand, the layer according to the invention can be applied to one Plastic, a high temperature resistant plastic Polyurethane, high performance thermoplastic and / or thermoset be applied, especially on polyether ether clay (PEEK), Polyacryletherkenton (PAEK), their precursors, poly phenylene sulfite (PPS), liquid crystalline polymer (LCP), Ent functional oligomers or on polyamides.

Der Kunststoff soll im Rahmen der Erfindung als Grundwerk­ stoff oder als Basisschicht auf einem Metall oder als Deck­ schicht aufgetragen werden. Als Schicht kann vorteilhafter­ weise auf den Kunststoff eine Verschleißschicht aus Karbi­ den, Oxiden, Nitriden, Siliciden, Boriden oder Mischungen davon aufgespritzt werden, wobei die Karbide, Oxide, Nitri­ de, Silicide, Boride mit einem metallischen Binder gebunden werden sollen, beispielsweise mit Nickel, Kobalt od. dgl. Elementen.In the context of the invention, the plastic is said to be the basic work fabric or as a base layer on a metal or as a deck layer can be applied. As a layer can be more advantageous a wear layer made of carbi on the plastic the, oxides, nitrides, silicides, borides or mixtures of these are sprayed on, the carbides, oxides, nitri de, silicide, boride bound with a metallic binder should be, for example with nickel, cobalt or the like. Elements.

Auch hat es sich als günstig erwiesen, als Schicht einen metallischen oder intermetallischen Werkstoff aufzusprit­ zen, beispielsweise Ni; NiCr; Cr; Cu; Fe; Al sowie Legie­ rungen oder Mischungen davon. Die Schicht aus einem Gemisch der Werkstoffe kann zudem graduiert aufgebaut werden. It has also proven to be favorable as a layer to spray metallic or intermetallic material zen, for example Ni; NiCr; Cr; Cu; Fe; Al and Legie or mixtures thereof. The layer of a mixture the materials can also be built up graduated.  

Im Rahmen der Erfindung liegt eine als Hochdruck- Hochgeschwindigkeits-Flammspritzbrenner ausgebildete Vor­ richtung mit einem Düseneinschnürungsbereich und nachge­ schaltetem Beschleunigungskanal sowie mit einer gasgesteu­ erten Pulverfördereinheit, die vorteilhafterweise mit Über­ druck sowie mit Unterdruck betrieben zu werden vermag. In diesem Hochdruck-Hochgeschwindigkeits-Flammspritzbrenner wird der pulverförmige Spritzwerkstoff bevorzugt zentral der Hochgeschwindigkeitsflamme nahe dem Düseneinschnürungs­ bereich und vor dem Beschleunigungskanal zugeführt, wobei nach einem anderen Merkmal der Erfindung wenigstens eine radial zur Hochgeschwindigkeitsflamme angeordnete Zufüh­ reinrichtung für den pulverförmigen Spritzwerkstoff vorge­ sehen ist.Within the scope of the invention, a high-pressure High speed flame spray burner trained pre direction with a nozzle constriction area and switched acceleration channel and with a gas control erten powder feed unit, which advantageously with over pressure and can be operated with negative pressure. In this high pressure high speed flame spray burner the powdery spray material is preferably central the high speed flame near the nozzle throat area and fed before the acceleration channel, whereby according to another feature of the invention at least one Feeder arranged radially to the high-speed flame device for the powdery spray material pre see is.

Als weitere erfindungsgemäße Maßnahme ist anzusehen, dass der Druckbereich für den Flammenstrahl des Hochdruck- Hochgeschwindigkeits-Flammspritzbrenners mit einem Hoch­ druck von 5 bis 50 bar - vorzugsweise 10 bis 25 bar - zu betreiben ist. Zudem soll der Pulverförderer zwischen dem Pulverlagerbehälter und dem Pulveraustritt zum Spritzgerät druckgesteuert und druckgekoppelt sein.A further measure according to the invention can be seen that the pressure range for the flame jet of the high pressure High speed flame spray gun with a high pressure of 5 to 50 bar - preferably 10 to 25 bar - too operate. In addition, the powder conveyor between the Powder storage container and the powder outlet to the sprayer be pressure controlled and pressure coupled.

Dank dieser Maßgaben hat sich gezeigt, dass es möglich ist, mit dem erfindungsgemäßen Hochdruck-Hochgeschwindigkeits- Flammspritzbrenner bei der Einführung des pulverförmigen Werkstoffes axial oder radial nahe oder in der Einschnürzo­ ne vor dem oder im Beschleunigungskanal zugeführt werden, wodurch die Plastikwerkstoffe ohne Veränderung der Struktur und ohne Substrat Vorwärmung aufgespritzt werden können. Eine weitere Notwendigkeit ist es, einen druckentkoppelten, durch Unter- und Überdruck gesteuerten Pulverförderer zu verwenden, da nur ein solcher es erlaubt, den pulverförmi­ gen Spritzwerkstoff in der beschriebenen Stelle in den Flammenkanal einzubringen und mit einer ausreichenden Ge­ nauigkeit die beschriebenen Spritzwerkstoffe zu fördern. Thanks to these provisions, it has been shown that it is possible with the high-pressure, high-speed Flame spray burner when introducing the powdered Material axially or radially close or in the notch ne are supplied before or in the acceleration channel, whereby the plastic materials without changing the structure and can be sprayed on without substrate preheating. Another need is to use a pressure decoupled powder conveyor controlled by negative and positive pressure use, as only one allows the powdered injection material in the position described in the Flame channel to bring and with a sufficient Ge accuracy to promote the spraying materials described.  

Von Bedeutung ist bei einer in der beschriebenen Weise mit­ tels des Hochgeschwindigkeits-Spritzverfahrens auf Plastik­ werkstoff aufgebrachten Schicht, dass sie zu einer Verbes­ serung sowohl der Verschleißfestigkeit als auch der Koros­ sionsbeständigkeit des Grundwerkstoffes beiträgt.Is of importance in the manner described high-speed spraying process on plastic material applied layer that they become a verb Wear resistance as well as the Koros sion resistance of the base material contributes.

Die erfindungsgemäße - wie gesagt auf Plastikwerkstoff aufgebrachte - Schicht kann zum Herstellen eines Gleitla­ gers bzw. einer Gleitschicht eingesetzt werden, ebenfalls für eine elektrisch leitende Schicht oder eine magnetische Schicht. Auch die Erzeugung einer Isolierschicht, einer An­ tihaftschicht oder einer biologisch aktiven Schicht ist möglich.The invention - as I said on plastic material applied - layer can be used to manufacture a sliding layer gers or a sliding layer can also be used for an electrically conductive layer or a magnetic one Layer. Also the creation of an insulating layer, an An adherent layer or a biologically active layer possible.

Im Rahmen der Erfindung liegt schließlich die Verwendung solcher auf einem Plastikwerkstoff entstandener Schichten sowohl in der Automobil-Industrie oder im Maschinenbau als auch in der chemischen Industrie sowie im Schiffs- und Bootsbau. Ein weiteres Anwendungsgebiet ist die Medizin­ technik.Finally, the use lies within the scope of the invention such layers created on a plastic material both in the automotive industry or in mechanical engineering as also in the chemical industry as well as in the shipping and Boat building. Another area of application is medicine technology.

Dank der erfindungsgemäßen Vorgehensweise, i.w. thermische Energie weitgehend durch kinetische zu ersetzen, können die erwähnten Kunststoffteile ohne Vorwärmen beschichtet bzw. in entsprechender Weise Kunststoffschichten auf Grundwerk­ stoffe aufgetragen werden. Thanks to the procedure according to the invention, i.w. thermal Energy can be largely replaced by kinetic energy mentioned plastic parts coated without preheating or in a corresponding way plastic layers on the base fabrics are applied.  

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in ihren beiden Figuren jeweils einen schematisierten Längsschnitt durch einen Hochdruck-Hochgeschwindigkeits- Flammspritzbrenner (HD-HVOF) und zwar inFurther advantages, features and details of the invention result from the following description more preferred Exemplary embodiments and with reference to the drawing; this shows a schematic in each of her two figures Longitudinal section through a high pressure, high speed Flame spray burner (HD-HVOF) in

Fig. 1 einen Flammspritzbrenner mit axialer Pulverzuführung; Fig. 1 is a flame spraying burner with an axial powder feed;

Fig. 2 einen Flammspritzbrenner mit radialer Pulverzuführung. Fig. 2 shows a flame spray burner with radial powder feed.

Ein pistolenartiger Flammspritzbrenner 10 nach Fig. 1 ent­ hält ein - nahe der Rückwand 12 einer Brennkammer 14 mün­ dendes - axiales Zuführrohr 18 für den zu verarbeitenden Spritz- oder Werkstoff. Dieses ist an eine bei 20 angedeu­ tete Pulverfördereinheit angeschlossen, bei der ein Volumen mit Unterdruck angesaugt sowie mit Überdruck weitergeleitet wird.A pistol-like flame spray burner 10 according to FIG. 1 ent holds an - near the rear wall 12 of a combustion chamber 14 mündende - axial feed pipe 18 for the spray or material to be processed. This is connected to a powder feed unit indicated at 20 , in which a volume is sucked in under vacuum and passed on with overpressure.

Die sich in einem Bereich 16 der axialen Länge a in Spritz­ richtung x verjüngende Brennkammer 14 geht in einen rohrar­ tigen Beschleunigungskanal 22 mit endwärtiger Mündung 24 für die Hochgeschwindigkeitsflamme F über.The in a region 16 of the axial length a in the spray direction x tapered combustion chamber 14 merges into a rohrar term acceleration channel 22 with an end mouth 24 for the high-speed flame F.

Der Flammspritzbrenner 10 a der Fig. 2 ist zwischen dem sich verjüngenden Bereich 16 der Brennkammer 14 und dem Be­ schleunigungskanal 22 mit einer Einschnürzone 26 ausgestat­ tet, die von einem engen Durchgangsquerschnitt 28 definiert ist. Diesem sind die Mündungen zweier radialer Zuführrohre 19 in Spritzrichtung x nachgeordnet.The flame spray burner 10 a of FIG. 2 is equipped between the tapering region 16 of the combustion chamber 14 and the acceleration channel 22 with a constriction zone 26 , which is defined by a narrow passage cross section 28 . This is followed by the mouths of two radial feed pipes 19 in the spray direction x.

Mit diesem pistolenartigen Flammspritzbrenner 10, 10 a - denen jeweils eine gasgesteuerte Pulverfördereinheit zuge­ ordnet ist - werden ein Flammendruck in der Brennkammer bzw. im Bereich des Pulverinjektionspunktes zwischen 5 bis 50 bar, vorzugsweise 10 bis 25 bar, und eine sehr hohe Flammengeschwindigkeit im Bereich bis zu Mach 3 erreicht. Infolge des hohen Arbeitsdruckes werden die Spritzpulver­ partikel wesentlich besser beschleunigt, und die Wärmeein­ bringung wird auf ein Minimum reduziert.With this pistol-like flame spray burner 10 , 10 a - each of which is assigned a gas-controlled powder feed unit - a flame pressure in the combustion chamber or in the area of the powder injection point is between 5 to 50 bar, preferably 10 to 25 bar, and a very high flame speed in the range up to to Mach 3 reached. Due to the high working pressure, the spray powder particles are accelerated much better and the heat input is reduced to a minimum.

Als Grundwerkstoffe eignen sich für das hier beschriebene Verfahren metallische und Plastikwerkstoffe, wie etwa Po­ lyurethan, hochtemperaturbeständige Kunststoffe, Hochlei­ stungsthermoplaste und/oder Duroplaste. Bei metallischen Grundwerkstoffen werden Zwischenschichten zum Abbau der Spannungen zur Kompensation der Unterschiede im Ausdeh­ nungskoeffizient oder zum Abbau derselben aufgetragen, bei­ spielsweise wenn auf einen faserverstärkten Werkstoff eine Verschleißschicht aus Hartstoffen - etwa aus Boriden, Kar­ biden, Nitriden, Siliciden und/oder Oxiden - mit und ohne Metall- oder Plastikbinder aufgespritzt werden soll.Suitable base materials for the one described here Processes metallic and plastic materials, such as Po lyurethane, high temperature resistant plastics, high le thermoplastic and / or thermoset. With metallic Base materials become intermediate layers to break down the Tensions to compensate for differences in expansion coefficient or applied to degrade the same, at for example if a on a fiber-reinforced material Wear layer made of hard materials - such as borides, kar biden, nitrides, silicides and / or oxides - with and without Metal or plastic binders should be sprayed on.

Die bei Zwischen- und Deckschichten verwendeten hochtempe­ raturbeständigen Kunststoffe sind:
The high temperature resistant plastics used for intermediate and top layers are:

  • - Polyetheretherkenton (PEEK);- polyether ether clay (PEEK);
  • - Polyacryletherkentone (PAEK) und deren Vor­ stufen;- Polyacryletherkentone (PAEK) and their Vor stages;
  • - Polyphenylensulfit (PPS);- polyphenylene sulfite (PPS);
  • - Liquidcristallinepolymer (LCP);- Liquid Crystalline Polymer (LCP);
  • - Entfunctionale Oligomere oder- Entfunctional oligomers or
  • - Polimide,- Polimide,

die je nach den anstehenden Problemen mit oxidischen und/oder nanokristallinen Werkstoffen gefüllt sein können bzw. als Werkstoffmischung verwendet werden, um die Eigen­ schaften dem Anforderungsprofil optimal anzupassen. which, depending on the pending problems with oxidic and / or nanocrystalline materials can be filled or used as a mixture of materials to create your own optimally adapt to the requirement profile.  

Nur wenn mit einem solchen Verfahren gearbeitet wird und die Abstimmung der Spritzwerkstoffe auf die Eigenschaften des Grundwerkstoffes - wie etwa des Ausdehnungskoeffizien­ ten - sowie die Schichtfolge eingehalten werden, können Schichten auf metallische, nichtmetallische und plastische Grundwerkstoffe mit Erfolg aufgebracht werden.Only if such a procedure is used and the matching of the spray materials to the properties of the base material - such as the expansion coefficient ten - and the shift sequence can be observed Layers on metallic, non-metallic and plastic Base materials are applied successfully.

Beispiel 1example 1

Im Werkzeugbau für Karosserieteile werden beim Herstellen von Kleinserien - oder für Änderungen an derartigen Werk­ zeugen - zur Kostensenkung Hartplastikwerkzeuge oder Teile davon verwendet. Um diese Werkzeuge mit einer verschleißfe­ sten Schicht zu versehen, ist im Hinblick auf die geringe Temperaturbelastung des Grundwerkstoffes nur ein mit hohem Druck arbeitendes Hochgeschwindigkeitsflammspritz-Verfahren einsetzbar.In toolmaking for body parts, during manufacturing of small series - or for changes to such work testify - to reduce costs hard plastic tools or parts of it used. To wear these tools with a Most layer is in view of the small The temperature of the base material is only high High speed pressure flame spraying process applicable.

Bei Versuchen wurde als Übergangsschicht eine Werkzeug- Verschleißbeschichtung einer Schichtdicke von 200 µm mit­ tels eines HD-HVOF (Hochdruck-Hochgeschwindigkeits- Flammspritz-) Verfahrens aufgebracht aus Polyetheretherken­ ten mit einem Zusatz von Aluminium-Oxiden von 1 bis 30 Gew.-% und einer Kornverteilung für das Spritzpulver von 1 bis 50 µm.In tests, a tool Wear coating with a layer thickness of 200 µm HD-HVOF (high-pressure, high-speed Flame spray) process applied from polyether ethers with an addition of aluminum oxides from 1 to 30 % By weight and a particle size distribution for the wettable powder of 1 up to 50 µm.

Es folgte eine Zwischenschicht aus Kupfer mit einer Schichtdicke von 100 µm, die mit einer Lichtbogen­ drahtspritzpistole aufgespritzt wird, und auf dieser wurde eine Deckschicht bzw. Verschleißschicht mit einer Schicht­ dicke von 40 µm aufgebaut, für die ebenfalls ein HD-HVOF- Verfahren eingesetzt wurde. Als Spritzpulver diente hier ein Wolframkarbid/Kobalt 88/12 mit einer Kornverteilung von 1 bis 20 µm.An intermediate layer of copper followed with one Layer thickness of 100 microns with an arc wire spray gun is sprayed on, and was on this a top layer or wear layer with one layer thickness of 40 µm, for which an HD HVOF Procedure was used. Served as a wettable powder here a tungsten carbide / cobalt 88/12 with a grain size distribution of 1 to 20 µm.

Durch das Aufbringen dieser Beschichtung wurde eine wesent­ lich höhere Standzeit für das Werkzeug erreicht. By applying this coating an essential achieved a longer service life for the tool.  

BEISPIEL 2EXAMPLE 2

Hier erfolgte die Ausführung wie zu Beispiel 1 beschrieben mit dem Unterschied, dass die Übergangsschicht zum besseren Anpassen an den Grundwerkstoff bzw. zum Anpassen der Aus­ dehnungskoeffizienten einen gradierten Aufbau (PEEK- Aluminium-Oxid) aufwies.The execution was as described for Example 1 with the difference that the transition layer for the better Adapt to the base material or to adapt the Aus expansion coefficients a graded structure (PEEK Aluminum oxide).

BEISPIEL 3EXAMPLE 3

Auch diese Ausführung entsprach jener nach Beispiel 1, wo­ bei allerdings die Übergangsschicht zum besseren Anpassen an den Grundwerkstoff bzw. zum Anpassen der Ausdehnungs­ koeffizienten und der elektrischen Leitfähigkeit aus einem Spritzwerkstoff der Zusammensetzung PEEK-Aluminium-Oxid- Kupfer besteht.This version also corresponded to that according to Example 1, where but the transition layer for better adjustment to the base material or to adjust the expansion coefficients and the electrical conductivity from one Spray material of the composition PEEK aluminum oxide Copper exists.

BEISPIEL 4EXAMPLE 4

Dieses entsprach dem Beispiel 3 mit dem Unterschied einer galvanisch oder elektrochemisch aufgebrachten Verschleiß­ schicht.This corresponded to Example 3 with the difference one galvanically or electrochemically applied wear layer.

BEISPIEL 5EXAMPLE 5

Hierbei wurde die nach Beispiel 4 erzeugte fertige Be­ schichtung vor dem Einsatz mit einer Wärmebehandlung im Temperaturbereich von 150 bis 350°C nachbehandelt.Here, the finished Be produced according to Example 4 layering before use with a heat treatment in the Aftertreated temperature range from 150 to 350 ° C.

BEISPIEL 6EXAMPLE 6

Auf Walzenrollen für die Papierindustrie wurde zur Verbes­ serung der Standzeiten und der Beständigkeit gegen Feuch­ tigkeit eine Verschleißschutzschicht mit hoher Durch­ schlagsfestigkeit und niedriger Klebeneigung aufgetragen. Als Spritzanlage wurde eine HD-HVOF-Einrichtung mit einer unter Überdruck und Unterdruck arbeitenden Pulverförderein­ heit verwendet. Die Schichtdicke sollte 500 µm betragen. On roller rolls for the paper industry became a verb Improved service life and resistance to moisture a wear protection layer with high throughput impact resistance and low tendency to stick. An HD-HVOF device with a powder conveyors working under positive and negative pressure used. The layer thickness should be 500 µm.  

Als Spritzpulver wurde ein Gemisch aus 70 bis 98 Gew.-% Po­ lyetheretherkenton (PEEK) und 2 bis 30 Gew.-% nanokri­ stallinen Oxiden einer Kornverteilung von 1 bis 20 µm ein­ gesetzt. Die gefundenen Werte und Standzeiten lagen gegen­ über denen ohne Beschichtung wesentlich höher.A mixture of 70 to 98% by weight of Po was used as wettable powder Lyetheretherkenton (PEEK) and 2 to 30 wt .-% nanokri stallinen oxides with a grain size distribution of 1 to 20 µm set. The values and service life found were opposite much higher than those without a coating.

BEISPIEL 7EXAMPLE 7

Entsprach dem Beispiel 6, wobei die Beschichtung einen gra­ dierten Aufbau aufwies.Corresponded to Example 6, the coating having a gra structure.

BEISPIEL 8EXAMPLE 8

Auch dieses entsprach dem Beispiel 6, allerdings unter Ein­ satz eines Faserverbundwerkstoffes als Grundwerkstoff.This also corresponded to example 6, but under one set of a fiber composite material as the base material.

BEISPIEL 9EXAMPLE 9

Beim Aufspritzen einer Antifäulnis-Schicht auf einen aus Kunststoff hergestellten Boots- oder Schiffskörper wurde das HD-HVOF-Verfahren eingesetzt und eine Schicht einer Schichtdicke von 500 µm mit der folgenden Zusammensetzung aufgebracht: der pulverförmige Spritzwerkstoff bestand aus einem Gemisch von einem Polyurethanpulver sowie einem nano­ kristallinen Kupferpulver im Verhältnis 90/10; die Kornver­ teilung betrug 1 bis 75 µm.When spraying an anti-rot layer on one Plastic boat or hull was made the HD-HVOF process and a layer of one Layer thickness of 500 microns with the following composition applied: the powdery spray material consisted of a mixture of a polyurethane powder and a nano crystalline copper powder in the ratio 90/10; the Kornver graduation was 1 to 75 microns.

Diese Schicht zeigte gegenüber den sonst üblichen kupfer­ haltigen Farbanstrichen eine wesentlich höhere Standzeit und bot eine bessere ökologische Verträglichkeit an. This layer showed compared to the usual copper containing paints a much longer service life and offered better ecological compatibility.  

BEISPIEL 10EXAMPLE 10

Kohlefaserverstärkte Implantate für Knie- oder Hüftgelenke können bis heute nur bedingt eingesetzt werden, da sich das Hydroxylapatit nicht auf diesen Werkstoff aufspritzen läßt. Darum wurde mit dem HD-HVOF-Verfahren eine mit diesem Grundwerkstoff und dem menschlichen Körper verträgliche Zwischenschicht und anschließend die biostabile Schicht - beispielsweise Hydroxylapatit - aufgespritzt. Die Zwi­ schenschicht einer Schichtdicke von 50 µm bestand aus pul­ verförmigem PPS und Al-Oxid im Mischungsverhältnis 10 bis 40 Anteile Al-Oxid, Rest PPS.Carbon fiber reinforced implants for knee or hip joints can only be used to a limited extent to date, since that Do not spray hydroxyapatite on this material. That is why the HD-HVOF process became one with this Base material and compatible with the human body Intermediate layer and then the biostable layer - for example, hydroxyapatite - sprayed on. The two Layer of a layer thickness of 50 microns consisted of pul deformed PPS and Al oxide in a mixing ratio of 10 to 40 parts Al oxide, rest PPS.

Diese Lösung ergab eine implantierbare Prothese, die sehr leicht und gut verträglich ist. Auch die Entstehungskosten können gegenüber einer Titanlegierung als Grundwerkstoff enthaltenden Prothesen niedriger gehalten werden.This solution resulted in an implantable prosthesis that was very is light and well tolerated. Also the creation costs can compared to a titanium alloy as the base material containing prostheses can be kept lower.

BEISPIEL 11EXAMPLE 11

Bei Walzengleitlagern sollte das bis jetzt verwendete Weiß­ metall gegen einen besseren Gleitlagerwerkstoff ersetzt werden. Die Beschichtung nach dem HD-HVOF-Verfahren geschah mit einer Zwischenschicht und einer Deckschicht aus pulver­ förmigen Werkstoffen der folgenden Zusammensetzung:
In the case of roller plain bearings, the white metal used up to now should be replaced by a better plain bearing material. The coating according to the HD-HVOF process was done with an intermediate layer and a top layer made of powdery materials of the following composition:

  • - Zwischenschicht einer Schichtdicke von 50 µm aus einem Gemisch von Polyacryletherken­ ton (PAEK) und Al-Oxid im Verhältnis 10 bis 30 Gew.-% Al-Oxid, Rest PAEK;- Interlayer with a layer thickness of 50 µm from a mixture of polyacrylic ethers ton (PAEK) and Al oxide in a ratio of 10 to 30% by weight Al oxide, balance PAEK;
  • - Deckschicht bei einer Schichtdicke von 2000 µm aus einem Gemisch von PEEK, Kupfer und Bornitriden in der folgenden Zusammenset­ zung Cu 30 Gew.-% und Bornitrid (Hexagonal) 4 Gew.-%, Rest PEEK.- Top layer with a layer thickness of 2000 µm from a mixture of PEEK, copper and Boron nitrides in the following composition tongue Cu 30% by weight and boron nitride (hexagonal) 4% by weight, balance PEEK.

Die so hergestellten Gleitlager zeigten sehr gutes Gleit­ verhalten und eine wesentlich höhere Standzeit als bislang bekannte Gleitlager.The plain bearings produced in this way showed very good sliding behavior and a much longer service life than before known slide bearings.

BEISPIEL 12EXAMPLE 12

Ein Reaktorbehälter für die chemische Industrie sollte zur Steuerung der darin durchzuführenden Reaktionen mit einer korrosionsfesten und magnetischen Schutzschicht versehen werden. Die Beschichtung sollte mit dem HD-HVOF-Verfahren erfolgen und die aufgebrachte Schicht eine Schichtdicke von 700 µm aufweisen.A reactor vessel for the chemical industry should be used Control of the reactions to be carried out with a provided with a corrosion-resistant and magnetic protective layer become. The coating should be done using the HD-HVOF process take place and the applied layer has a layer thickness of 700 µm.

Als pulverförmiger Werkstoff wurde ein Gemisch aus PEEK, Si-Oxid, Al-Oxid und nanokristallinem Ferrit verwendet. Die Zusammensetzung lag bei Si-Oxid 5 bis 20 Gew.-%, Al-Oxid 10 bis 20 Gew.-% und Rest PEEK. Durch die Ferritkorngröße wur­ de der Curiepunkt der Beschichtung auf 280°C eingestellt. Die Kornverteilung betrug 1 bis 40 µm.A mixture of PEEK, Si oxide, Al oxide and nanocrystalline ferrite are used. The The composition was 5 to 20% by weight for Si oxide and 10 for Al oxide up to 20% by weight and the rest PEEK. Due to the ferrite grain size de the Curie point of the coating is set to 280 ° C. The grain size distribution was 1 to 40 µm.

Nach dem Aufspritzen wurde die Schicht mittels Induktion nachgesintert.After spraying, the layer was made by induction resintered.

Die nachfolgend in diesem Reaktor durchgeführten Reaktionen waren sehr erfolgversprechend.The reactions subsequently carried out in this reactor were very promising.

BEISPIEL 13EXAMPLE 13

Auf einem aus Holz hergestellten Klettergarten für einen Spielplatz sollte eine verwitterungsfeste Schutzschicht ei­ ner Schichtdicke von 200 µm mit dem HD-HVOF-Verfahren auf­ gebracht werden. On a climbing garden made of wood for one Playground should have a weatherproof protective layer layer thickness of 200 µm with the HD-HVOF process to be brought.  

Als pulverförmiger Werkstoff wurde ein Gemisch verwendet aus
A mixture of was used as the powdery material

  • - Al2O3-TiO2 87/13 = 20 Gew.-%;Al 2 O 3 -TiO 2 87/13 = 20% by weight;
  • - Graphitpulver = 5 Gew.-%;Graphite powder = 5% by weight;
  • - Polyamid = Rest.- polyamide = rest.

Die so hergestellte Schutzschicht hatte eine ausgezeichnete Witterungsbeständigkeit und zeigte zudem eine schöne schwarze Farbe.The protective layer thus produced had an excellent one Weather resistance and also showed a nice black color.

Claims (30)

1. Verfahren zur Kunststoffbeschichtung mittels eines Spritzvorganges, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schicht aus metallischen, nichtmetallischen oder oxidischen Werkstoffen auf ein Kunststoffelement oder eine Schicht aus Kunststoff auf einen Grundwerk­ stoff mittels eines Hochdruck-Spritzverfahrens unter Zugabe des pulverförmigen Werkstoffes durch eine gas­ gesteuerte Pulverfördereinheit aufgetragen wird.1. A method for plastic coating by means of a spraying process, characterized in that a layer of metallic, non-metallic or oxidic materials is applied to a plastic element or a layer of plastic is applied to a base material by means of a high-pressure spraying process with the addition of the powdery material by a gas-controlled powder delivery unit becomes. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulverfördereinheit mit Überdruck und Unter­ druck betrieben wird.2. The method according to claim 1, characterized in that that the powder feed unit with overpressure and under pressure is operated. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein Hochgeschwindigkeits-Flammspritzverfahren.3. The method according to claim 1 or 2, characterized by a high speed flame spraying process. 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein Hochgeschwindigkeits-Kaltspritzverfahren.4. The method according to claim 1 or 2, characterized by a high speed cold spray process. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekenn­ zeichnet durch einen Spritzwerkstoff in einem Korngrö­ ßenbereich zwischen 0,1 und 150 µm, insbesondere 0,5 bis 75 µm.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized characterized by a spray material in a grain size Outer range between 0.1 and 150 microns, especially 0.5 up to 75 µm. 6. Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen Korngrößenbereich von 1 bis 30 µm.6. The method according to claim 5, characterized by a Grain size range from 1 to 30 µm. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass polymere pulverförmige Kunststof­ fe durch nanokristalline Zusätze auf die Eigenschaften des Grundwerkstoffes eingestellt werden. 7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized characterized that polymer powder plastic due to nanocrystalline additives on the properties of the base material.   8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Spritzpulver nanokristalline Pulver eingesetzt werden.8. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized characterized that as wettable powder nanocrystalline Powder can be used. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht auf einen faserver­ stärkten Werkstoff aufgebracht wird.9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized characterized that the layer on a fiberver strong material is applied. 10. Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch Kohle- oder Glasfasern als den Werkstoff verstärkende Fasern.10. The method according to claim 9, characterized by coal or glass fibers as the material reinforcing fibers. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht auf einen Kunststoff, einen hochtemperaturbeständigen Kunststoff, auf Polyu­ rethan, Hochleistungsthermoplast und/oder Duroplast aufgebracht wird.11. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized characterized that the layer on a plastic, a high temperature resistant plastic, on Polyu rethane, high-performance thermoplastic and / or thermoset is applied. 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht auf Polyetheretherkenton (PEEK), Po­ lyacryletherkenton (PAEK), deren Vorstufen, Polypheny­ lensulfit (PPS), Liquidcristallinepolymer (LCP), Ent­ functionale Oligomere oder Polyamide aufgebracht wird.12. The method according to claim 11, characterized in that that the layer on Polyetheretherkenton (PEEK), Po lyacryl ether kentone (PAEK), its precursors, polypheny lensulfite (PPS), liquid crystalline polymer (LCP), Ent functional oligomers or polyamides is applied. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff als Grundwerkstoff oder als Basisschicht auf einem Metall oder als Deck­ schicht aufgetragen wird.13. The method according to any one of claims 1 to 12, characterized characterized that the plastic as the base material or as a base layer on a metal or as a deck layer is applied. 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass als Schicht auf den Kunststoff eine Verschleissschicht aus Karbiden, Oxiden, Nitri­ den, Siliciden, Boriden oder Mischungen davon aufge­ spritzt wird. 14. The method according to any one of claims 1 to 13, characterized characterized that as a layer on the plastic a wear layer made of carbides, oxides, nitri the, silicides, borides or mixtures thereof is injected.   15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Karbide, Oxide, Nitride, Silicide, Boride mit einem metallischen Binder gebunden werden, beispiels­ weise mit Nickel, Kobalt od. dgl. Elementen.15. The method according to claim 14, characterized in that the carbides, oxides, nitrides, silicides, borides with a metallic binder, for example wise with nickel, cobalt or similar elements. 16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass als Schicht ein metallischer oder intermetallischer Werkstoff aufgespritzt wird.16. The method according to any one of claims 1 to 13, characterized characterized in that a layer of a metallic or intermetallic material is sprayed on. 17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass als Schicht Ni, NiCr, Cr, Cr-Legierungen, Cu, Cu- Legierungen, Fe, Fe-Legierungen, Al, Al-Legierungen oder Mischungen davon aufgespritzt wird/werden.17. The method according to claim 16, characterized in that that as layer Ni, NiCr, Cr, Cr alloys, Cu, Cu Alloys, Fe, Fe alloys, Al, Al alloys or mixtures thereof is / are sprayed on. 18. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 17, gekenn­ zeichnet durch eine Schicht aus einem Gemisch der Werkstoffe, die graduiert aufgebaut wird.18. The method according to any one of claims 11 to 17, characterized is characterized by a layer of a mixture of Materials that are built up graduated. 19. Vorrichtung mit einem Düseneinschnürungsbereich (26) und nachgeschaltetem Beschleunigungskanal (22) zur Durchführung des Verfahrens nach wenigstens einem der voraufgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung als Hochdruck-Hochgeschwindigkeits- Flammspritzbrenner (10, 10 a) oder als Hochgeschwindig­ keits-Kaltspritzbrenner ausgebildet sowie mit einer gasgesteuerten Pulverfördereinheit (20) versehen ist.19. Device with a constriction nozzle area ( 26 ) and downstream acceleration channel ( 22 ) for carrying out the method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the device as a high-pressure high-speed flame spray burner ( 10 , 10 a ) or as a high-speed cold spray burner trained and provided with a gas-controlled powder feed unit ( 20 ). 20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulverfördereinheit (20) mit Überdruck und mit Unterdruck betreibbar ausgebildet ist.20. The apparatus according to claim 19, characterized in that the powder conveying unit ( 20 ) is designed to be operable with positive pressure and with negative pressure. 21. Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekenn­ zeichnet, dass in ihr der pulverförmige Spritzwerk­ stoff zentral der Hochgeschwindigkeitsflamme (F) nahe dem Düseneinschnürungsbereich (26) und vor dem Be­ schleunigungskanal (22) zuführbar ist. 21. The apparatus of claim 19 or 20, characterized in that in it the powdery spray material centrally of the high-speed flame (F) near the nozzle constriction area ( 26 ) and before the acceleration channel ( 22 ) can be fed. 22. Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 21, dadurch gekenn­ zeichnet, dass wenigstens eine radial zur Hochge­ schwindigkeitsflamme (F) angeordnete Zuführeinrichtung (19) für den pulverförmigen Spritzwerkstoff vorgesehen ist.22. The apparatus of claim 19 or 21, characterized in that at least one radially to the Hochge speed flame (F) arranged feed device ( 19 ) is provided for the powdery spray material. 23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche. 19 bis 21, da­ durch gekennzeichnet, dass der Druckbereich für den Flammenstrahl des Hochdruck-Hochgeschwindigkeits- Flammspritzbrenners (10, 10 a) mit einem Hochdruck von 5 bis 50 bar, vorzugsweise 10 bis 25 bar, betreibbar ausgebildet ist.23. Device according to one of the claims. 19 to 21, characterized in that the pressure range for the flame jet of the high-pressure high-speed flame spray burner ( 10 , 10 a ) is designed to be operable with a high pressure of 5 to 50 bar, preferably 10 to 25 bar. 24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 23, da­ durch gekennzeichnet, dass die Pulverfördereinheit (20) zwischen dem Pulverlagerbehälter und dem Pulver­ austritt zum Flammspritzbrenner (10, 10 a) druckgesteu­ ert und druckgekoppelt ist.24. Device according to one of claims 19 to 23, characterized in that the powder delivery unit ( 20 ) between the powder storage container and the powder exits to the flame spray burner ( 10 , 10 a ) is pressure-controlled and pressure-coupled. 25. Verwendung einer durch ein Hochgeschwindigkeits- Spritzverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18 auf Plastikwerkstoff aufgebrachten Schicht zum Verbessern der Verschleißfestigkeit und/oder der Korrosionsbe­ ständigkeit des Grundwerkstoffes.25. Using a high speed Spraying method according to one of claims 1 to 18 Plastic material applied layer to improve wear resistance and / or corrosion durability of the base material. 26. Verwendung einer durch ein Hochgeschwindigkeits- Spritzverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18 auf Plastikwerkstoff aufgebrachten Schicht zum Herstellen eines Gleitlagers bzw. einer Gleitschicht.26. Using a high speed Spraying method according to one of claims 1 to 18 Plastic material applied layer for manufacturing a plain bearing or a sliding layer. 27. Verwendung einer durch ein Hochgeschwindigkeits- Spritzverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18 auf Plastikwerkstoff aufgebrachten Schicht zum Herstellen einer elektrisch leitenden Schicht oder einer magneti­ schen Schicht. 27. Using a high speed Spraying method according to one of claims 1 to 18 Plastic material applied layer for manufacturing an electrically conductive layer or a magneti layer.   28. Verwendung einer durch ein Hochgeschwindigkeits- Spritzverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18 auf Plastikwerkstoff aufgebrachten Schicht zum Herstellen einer Isolierschicht.28. Using a high speed Spraying method according to one of claims 1 to 18 Plastic material applied layer for manufacturing an insulating layer. 29. Verwendung einer durch ein Hochgeschwindigkeits- Spritzverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18 auf Plastikwerkstoff aufgebrachten Schicht zum Herstellen einer Antihaftschicht.29. Using a high speed Spraying method according to one of claims 1 to 18 Plastic material applied layer for manufacturing a non-stick layer. 30. Verwendung einer durch ein Hochgeschwindigkeits- Spritzverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18 auf Plastikwerkstoff aufgebrachten Schicht zum Herstellen einer biologisch aktiven Schicht.30. Use of a high-speed Spraying method according to one of claims 1 to 18 Plastic material applied layer for manufacturing a biologically active layer.
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