DE2238592A1 - Verfahren zur sicherung hohe temperaturen aufweisender metallischer bauteile gegen verzundern und beschichtungsmaterial zur durchfuehrung dieses verfahrens - Google Patents

Description

• Verfahren zur Sicherung hohe Temperaturen aufweisender metallischer Bauteile gegen Verzundern und Beschichtungsmaterial zur Durchführung dieses Verfahrens Die Erfindung bezieht sich gemäß einem ersten übergeordneten Erfindungsgedanken auf ein Verfahren sur Sicherung hohe Temperaturen aufweisender metallischer Bauteile gegen Verzundern und betrifft insbesondere ein solches Verfahren zur Zundersicherung von Bauteilen aus unlegiertem Stahl, vorzugsweise Baustahl, während sich ein zweiter übergeordneter Erfindungsgedanke auf ein Beschichtungsmaterial zur Sicherung hohe Temperaturen aufweisender metallischer Bauteile gegen Verzundern bezieht und insbesondere ein solches Beschichtungsmsterial für die Behandlung von Bauteilen aus unlegiertem Stahl, vorzugsweise Baustahl be@@, wobei ein solches Beschichtungsmaterial insbesondere zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem erstgenannten übergeordneten Erfindungsgedanken geeignet ist.
• In der technik kommen an vielen unterschiedlichen Stellen hochtemperaturbelastete Bauteile aus Metall vor. überall dort, wo solche Bauteile mit Oberflächen hoher Temperatur sich in Kontakt mit einer sauerstoffhaltigen Ateosphire, wie beispielsweise der Umgebungsluft, befinden, kommt es während des Betriebes solcher metallischer Bauteile zu als Verzunderungen zu bezeichnenden Oxydationserscheinungen. in der überwiegenden Zahl der Fälle wird das Bauteil aus eisen in iorm einer als Stahl bezeichneten Eisen-Kohlenstoff-Legierung bestehen. In diesen Fällen aber ist bei steigender Temperatur die Gefahr des Verzunderns besonders groß, wenn nicht durch weitere Legierungszusätze zun Stahlwerkstoff des Bauteils dieser werkstoff aus sich heraus bereits korrosions- und zunderfest ausgestaltet ist.
• Da aber gerade bei hochtemperaturbsraeteten Bauteilen aus Stahl insbesondere im Hinblick auf deren weites Einsatzgebiet sich derart hohe Kosten für das Aggregat bzw. die Maschine, zu welcher ein solches Bauteil gehört, ergeben wurden, ist man bereits den Weg gegangen, statt der Wahl durchgehend massivem korrisions-und zunderfesten Hochleitungs-Legierung Werkstoffes einfachen Stahl mit für den Jeweiligen Einsatzzweck ausreichenden Festigkeitseigenschaften zu wählen und dessen durch hohe Temperatur der Gefahr des Verzundern ausgesetzte Oberfläche durch eine Schicht korrisions- und zunderfesten Materials zu schutzes.
• Hierfür ist bereits daß liuminium-Plattieren bekannt, bei dem mittels Aufbringens einer Aluminium-Walzschicht ein Bauteil aus einfachem Baustahl, wie beispielsweise St 37, bis zu einer maximalen Teiperaturbelastung von etwa 700 0 zunderfest gemacht werden kann. Dieses beksnnte Verfahren hat einige erhebliche Nachteile. Einerseits ist dieses Verfahren lediglich für Bauteile mit durch Walxen bearbeitbaren Oberflächen, wie beispielsweise Blechen oder Profilstäben, geeignet, da die Aluminiumschicht mittels Walzens aufgetragen werden muß. Fur Bauteile mit räumlicher Kontur ist dieses Verfahren ungeeignet. Andererseits ist zum Aufbringen der Aluminium-Plattierung ein bestimmter Nindestdruck erforderlich. Dies bedeutet nicht nur Energiekosten für das Aufbringen der Aluminium-Plattierung, sondern auch Bindung'von Investions- und Betriebskapital sowie Arbeitszeit und Kosten für die hierzu erforderliche Behandlungsanlage.
• Weiterhin hat sich herausgestellt, daß die mechanische Haftungs-Verbindung in der Grenzschicht von aufplattiertem Aluminium und Stahl des Bauteils keine so sichere Verbindung von Plattierung und Bauteil gewährleistet, daß bei wechselnder mechanischer Beanspruchung' und/oder wechselnder thermischer Beanspruchung ein Ablösen der Plattierung mit Sicherheit vermieden wird. Zu erwähnen ist auch noch, daß das zu schützende Bauteil vor Aufbringung der Plattierung stets gesandstrahlt werden muß, wodurch erfahrungsgemäß beträchtliche Kostensteigerungen bedingt sind, und daß dieses Bauteil zum anderen bereits während des Plattierungsvorganges naturgemäß mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt wird, welche häufig zu Gefügeveränderungen des Bauteils selbst führen können.
• Für höhere Temperaturbelastungen ist es bekannt, Stoffe wie Chrom oder Nickel oder Chrom-Nickel aufzubringen. Hierfür ist gleichfalls das AuSwalzen bekannt, wobei jedoch hierfür eine Kupfer-Zwiechenschicht vorgesehen sein muß. Hierdurch wird dieses Verfahren abgesehen davon, daß auch hier das zu bes chicht ende Bauteil unbedingt gesandstrahlt sein muß, teuer und kompliziert, ganz abgesehen davon, daß auch hier das zu schützende Bauteil eine bestimmte ebene Konturgebung aufweisen muß. Zwar läßt sich durch diese Behandlung eine auch bei höheren Temperaturen als 700 °G wirksame Verzunderungs-Sicherung des Bauteiles erreichen, es weist dieses Verfahren aber insgesamt gesehen praktisch zumindest die 61 eichen Nachteile auf wie das mit Aluminium-Plattierung arbeitende erstgenannte bekannte Verfahren.
• Um auch Bauteile räumlicher Formgebung gegen Verzunderung schützen zu können, hat man bereits Chrom bzw. Nickel bzw. Ohrom-Nickel direkt mittels Flammenauftrag auf die zu schützende Oberfläche aufgezogen. Dabei allerdings wird diese Oberfläche einer vom Inneren des Materials des Bauteils unterschiedlichen höheren Temperatur ausgesetzt, und zwar meist kurzzeitig so daß es häufig im Inneren des Bauteils zu Gefügeveränderungen des Materials mit dann nicht mehr voraussehbaren Veränderungen der Konstruktionseigenschaften dieses Bauteils, und zwar insbesondere der Zähigkeit, Festigkeit und unter Umständen Dehnbarkeit, kommt. Dies ist aber in keinem alle erwünscht. Außerdem ist der Flammenauftra dieser Oberflächenschutz-Materialien verhältnismäßig teuer.
• Schließlich ist es auch bereits bekannt, zur sicherung einer heißen Eisenoberfläche gegen Oxydation mit Umgebungssauerstoff Silizium zu verwenden, und zwar werden durch Kathodenentladung aus der Gasphase feine schichten von silizium auf die zu schützende Oberfläche siliziert. Auch dieses Verfahren ist nicht nur wegen der für seine Durchführung erforderlichen Linrichtungen sehr teuer, sondern auch deswegen, weil das Bauteil wie bei allen andenen bekannten Verfahren stets vor der Schutzauftragsbehandlung gesandstrahlt werden muß.
• In vielen Fällen wurden hinsichtlich ihrer konstruktiven Konzipierung und hinsichtlich des Preises nach entsprechend ihrer mechanischen Belastung gewählten Festigkeits- und Dehnungseigenschaftn in einfachem Baustahl, wie beispielsweise St 37, von hrte Bautril der konstruktiven Seite und aus Gründen im Betrieb auftretender Belastungen mechanischer oder thermischer Art völlig ausreichen, da jedoch für besonders hohe Temperaturen die bekannten Verfahren für hochtemperaturfesten Oberflächenschutz meist nicht ausreichend sind, muß man auf die Ausführung der betreffenden Bauteile in in sich zunderfestem Material, wie beispielsweise hochlegierte Stähle (sogenannte Sonderstähle), ausweichen. Diese Materialien sind jedoch für die häufigsten Einsatzfälle hochtemperaturbelasteter Bauteile, nämlich Konstruktionsbauteile von Heizungs- und. Feuerungsanlagen Jeder Art, und dabei insbesondere für Wärmespeicher- oder Wärmeentnahmemedium führende Rohre und/oder Behälterwandungen und/oder Fl ammenschutz schilde oder dergleichen, unerschwinglich und absolut unwirtschaftlich.
• Dadurch wird bewirkt, daß an vielen Stellen, an denen zur Drreichung eines bosseren Wärmewirtschaftswirkungsgrades über ein höheres Temperatur-Nutzungsgefälle der Wahl der für diesen bestimmenden höheren Demperatur/Denzen gesetzt sind, die vom Material selbst her im Hinblick auf die konstruktive Konzipierung eigentlich nicht notwendig wären. Insbesondere in der Heizungs-bzw. Feuerungstechnik bedeutet also die wirtschaftliche Verhinderung der Verzunderung der die hohen Temperaturen aufweisenden Bauteilsoberflächen die Voraussetzung für den technischen Durchbruch zu neuen wirtschaftlicheren Eonstruktionen.-Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Verf Uhren zur Sicherung hohe Temperaturen aufweisender Bauteilsoberflächen gegenüber Verzundern auszuschalten und eine Möglichkeit zu schaffen, mit einfachen und kostengunstigen Mitteln Oberflächen von hochtemperaturbelasteten Bauteilen wirkungsvoll so gegen einwirkung von Umgebungssauerstoff zu schützen, daß sogar einfacher unlegierter Stahl, wie beispielsweise einfacher Baustahl' selbst bei bis nahezu an seine Erweichungstemperatur herangehenden Temperaturen eingesetzt werden kann, wobei dieser Schutz nicht nur durch verhältnismäßig preisgünstige Naterialien bewirkt werden soll, welche sich einfach, schnell und bequem und unter Vermeidung der bisher erforderlichen komplizierten und kostspieligen Einrichtungen auStragen wO934 sondern wobei vor dem Auftrag eine Oberflächenbehandlung des Bauteils beispielsweise mittels Sandstrahlens nicht mehr erfordelich ist und der Auftrag selbst sogar in kaltem Zustand und ohne mechanische Beanspruchung des Bauteils zumindest in deseen oberflächennahen Schichten und ohne Rücksicht auf die Form und Konturierung dieses Bauteils erfolgen kann, so daß in dem Bauteil einerseits keinerlei Gefügeveränderungen zu befürchten sind und antererseits Jedes Bauteil irgendwie geartete räumlicher Gestaltung der Behandlung unterworfen werden kann.
• Die Erfindung kennzeichnet sich gemW3 ihrem ersten übergeordneten Erfindungsgedanken, der sich auf ein Verfahren zur Sicherung hohe Temperaturen aufweisender metallischer Bauteile, insbesondere von Bauteilen aus unlegierten Stahl, vorzugsweise Baustahl, gegen Verzundern bezieht, dadurch, daß eine Aufschwemmung von in einem lufttrocknenden siliziumhaltigen Leim homogen verteilten feinen Silizium- und/oder Keramikpartikelchen und/oder Partikelchen bei hoher Temperatur korrosionsfesten Metalls gebildet und kalt als Schicht auf die Oberfläche des gegen Verzundern zu schützenden Bauteils aufgebracht wird.
• Gemäß dem zweiten übergeordneten Erfindungsgedanken kennzeichnet sich ein Beschlchtungsmaterisl zur Sicherung hohe Temperaturen aufweisender metallischer Bauteile, insbesondere von Bauteilen aus unlegiertem Stahl, vorzugsweise Baustahl, gegen Verzundern, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach dem ersten übergeordneten Erfindungsgedanken durch eine AuSschwemmung von in einem lufttrocknenden siliziumhaltigen Leim homogen verteilten feinen Silizium- und/oder Keramikpartikelchen und/oder Partikelchen bei hoher Temperatur korrosionsfesten Metalls, die kalt als Schicht auf die Oberfläche des gegen Verzundern zu schützenden Bauteils aufbringbar ist.
• Als besonders zu bevorzugen hat es sich herausgestellt, wenn als silizilmhaltiger Leim Wesserglas verwandt wird. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann mit Vorteil eine einen Siliziumanteil von mindestens 50 Volumenprozenten enthaltende Aufschwemmung verwandt werden. Insbesondere als Leim für die Auf scbwemmungspartikelchen verwandtes Wasserglas hat häufig die Eigenschaft, auf metallischen Flächen zum Perlen zu neigen und bei schrägen oder ungünstig gewölbten Flächen abzulaufen.
• Aus diesem Grunde wird gemäß einer erfinderischen Fortbildung vorgesehen, daß die Auf schwemmung als Stellmittel kollaides Silizium vorzugsweise in Form von Aerosil mit einem bevorzugten Anteil von etwa 20 Volumenprozenten aufweist, wobei zweckmSßigerweise dieses kolloide Silizium dem siliziuinhaltigen Leim bereits vor Zugabe der Auf schwemmungspartikelchen zugemischt und in diesem fein verteilt wird. Durch die Zugabe dieses Stellmittels wird das erfindungsgemäße Beschichtungsmaterial thixotrop, d.h. selbst in größeren Schichtdicken, falls dies erwünscht ist, auch an glattesten Metalloberflächen absolut haftend.
• Als besonders zu bevorzugen hat es sich herausgestellt, wenn die Aufschwemmungspartikelchen in einer Feinheit von etwa 0,01 bis etwaO,1 mm Korngröße im siliziumhaltigen Leim vorliegen, wobei das bevorzugte Abmessungsfeld für die AuSschwemmungspartikelchen zwischen etwa 0,04 bis etwa 0,05 mm Korngröße liegt.
• Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Beschichtungsmaterials wird gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel Wasserglas in flüssiger Form ein Anteil von etwa 20 Volumenprozenten des Wasserglases an Aerosil ugesetzt und durch Rühren gut mit dem Wasserglas vermischt, bis ein dühnflüssiger Brei vorliegt. Dann wird der unter 50 Volumenprozenten des Wasserglases liegende Anteil an Auf schwemmungspartikelchen zugesetzt und durch Rühren gut vermischt. Das Ergebnis ist ein dünnflüssiger Brei, elcher mittels Pinsel oder Bürste oder dergleichen oder aber mittels einer Spritzpistole in dünner Schicht auf die irgendwie geartete und sogar mit beliebiger Krümmung oder Wölbung ausgebildete Oberfläche selbst eines dreidimensional ausgebildeten Bauteils aufgetragen werden kann, und zwar dies in kaltem Zustand und ohne vorherige Oberflächenbehandlung des Bauteils beispielsweise mittels Sandstrahlens. Dieser Auftrag ist in der Lage, sich durch einfaches Lufttrocknen zu verfestigen und an der zu schützenden Oberfläche zu haften.
• Für besonders hochwertige Bauteile können in weiterer zweckmäßiger Ausgestaltung als Aufschwemmungspartikelchen Partikel metallischen Platins zugesetzt werden. Dieses Zusatzmaterial zum siliziumhaltigen Leim kommt jedoch aus wirtschaftlichen Gründen nur dort infrage, wo verhältnismäßig kleine, Jedoch wertvolle Bauteile an ihrer Oberfläche zu schützen sind. iEr Massenartikel, wie beispielsweise Wandungen von Brennkammerräumen von Feuerungen oder Aufnahmebehälter von Speicherheizaggregaten mit hochtemperaturbelastetem Wärmespeichermaterial in 'oru von Festkörpermaterial oder aber wärmemäßig hoch belastete Rohre in Form von Aufnahmerohren für Heizelemente von Wärmespeicherblöcken beispielsweise von Speicherheizaggregaten oder aber in Form von Führungskanälen für sauerstoffhaltiges gasförmiges oder flüssiges Wärmeentnahmemedium, hat sich eine Ausführung gemäß einem weiteren nicht naheliegenden, die Erfindung zweckmäßig fortbildenden Erfindungage danken bewährt, welcher sich dadurch kennzeichnet, daß als Aufschwemmungsp artikel chen Partikel metallischen Chroms und/oder Nickels und/oder einer Chrom-Nickel-Legierung dem siliziumhaltigen Leim zugesetzt werden. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel mit Chrom-Nlokel-I1aterial als Aufschwemmungspartikelchen hat es sich besonders bewährt, wenn die Chrom-Nickel-Yartikelchen im siliziumhaltigen Leim in einer Menge von etwa 0,5 bis etwa 1 Volumenprozenten desselben vorliegen. Die Feinheit des dem den siliziumhaltigen Beim bildenden Wasserglas zugesetzten Chrom-Nickel-Pulvers liegt dabei zweckmäßigerweise im Bereich zwischen 0,01 bis 0,1 mm und vorzugsweise zwischen 0,04 bis 0>05 mm.
• Diese bevorzugte Ausführung des erfindungsgemäßen Beschichtungsmaterials bringt den Vorteil mit sich, daß einerseits eine in beliebiger Dicke auf die zu schützende Oberfläche aufgetragene Aufschwemmungsschicht nicht nur verhältnismäßig schnell an Luft trocknet, sondern auch bereits bei Temperaturen unter 600 00, die bei anschließendem Erhitzen des mit dem auftrag versehenen Bauteils bei dessen Gebrauch auftritt, an der Oberfläche haften bleibt und diese gegen Oxydation bzw. Verzunderung schützt, indem es den Zutritt von Sauerstoff verhindert. Es hat sich überraschend herausgestellt, daß andererseits dieses Beschichtungsmaterial auch noch einen weiteren Vorteil mit sich bringt, der darin liegt, daß mit steigender Temperatur das Chrom-Nickel-Material in seiner Feinstverteilung in die der zu schützenden Oberfläche bauteilseitig benachbarte Grenzschicht eindiffundiert und dabei gleichzeitig bewirkt, daß auch das gleichzeitig vorhandene silizium eine Diffusionsverbindung mit dem Material des zu schützenden Bauteils eingeht, wobei sich im letztgenannten Fall teilweise Eisen-Drei-Oxyd bildet und das Silizium gleichfalls mit dem eisen eine Verbindung zu Ferrosilizium eingeht.
• Dabei bewirkt der Chrom-Nickel-Anteil des Beschichtungsmaterials nach der Erfindung als solcher außerdem, daß die aufgetragene Schicht eine gewisse Elastizität aufweist. Die gröberen Chrom-Nickel-Partikel erfüllen dabei gleichzeitig noch die Aufgabe, verachiedene Ausdehnungskoeffizienten zwischen der Deckschicht auszugleichen, indem bei thermischer Belastung des beschichteten Bauteils die auftretenden Spannungen zwischen Bauteil einerseits und Deckschichtäußerem andererseits ausgeglichen werden. Aus diesem Grunde wird mit einem solchen erfindungsgemäßen Beschichtungsmaterial ein sehr hochtemperaturfestes Bauteil selbst aus billigste Baustahl, wie beispielsweise St 37, geschaffen, welches selbst bei zeitlich und auch hinsichtlich der Temperaturdifferenz stark wechselnden Wärmebeanspruchungen keinerlei Korrosion oder Verzunderung aufweist.
• Häufig wird an Bauteile der beschriebenen Art, wie beispielsweise Schutzschilde von flammenbefeuerten Brennkammern oder aber Aufnahmerohren für Heizelemente von Speicherblöcken oder Wärmeentnahmemedium führenden ganalauskleidungen von Speicherheizaggregatensneben hoher Zunderfestigkeit auch noch Forderungen hinsichtlich guter Wärmeleitfahigkeit bei ausreichendem Ausdehnungskoeffizienten bei hoher Temperatur-Wechselbeanspruchung gestellt.
• In solchen Fällen hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn dem Beschichtungsmaterial als Aufschwemmungspartikelchen Partikelchen von Magnesiumoxyd und/oder Berylliumoxyd zugesetzt werden.
• Andererseits werden solche Bauteile aber häufig auch an solchen Stellen eingesetzt, an denen neben hoher Zunderfestigkeit von ihnen auch noch ein gutes Wärmedämmverhalten gefordert wird.
• In einem solchen Einsatzfall, der beispielsweise bei Verwendung eines erfindungsgemäßen Bauteils als Aufnshembehälter für das Wärmespeichermaterial eines Speicherheieeggregats gegeben sein kann, kann mit Vorteil das durch die Autschwemmungspsrtikelchen gebildete Material Keramikstaub sein. Dieses ist korrosionsfest und weist verhältnismäßig gute Eigenschaften als Wärmeschranke auf. Diese Wärmedämmeigenachaften können dadurch noch verbessert werden, daß in weiterer erfinderischer Fortbildung dem Beschichtungsmaterial nach der Erfindung als Autschwemmungßpartikelchen Partikelchen von Aluminiumoxyd und/oder Zirkondioxyd zugesetzt werden.
• Ähnliche aufgaben erfüllt auch reines Silizium in Feinstverteilung als Zuaatsmaterial zu dem siliziumhaltigen Leim. Ein in dieser Weise ausgebildetes Beschichtungsmaterial nach der Erfindung bringt zwar den Vorteil mit sich, daß ein Bauteil beispielsweise aus Baustahl mit einem in dieser Weise gebildeten reinen Silizium-Auftrag bis etwa 1.200 °C, also bis nahe an den Erweichungspunkt des Eisens, gegen Verzundern geschützt wäre, läßt sich aber nur dort einsetzen, wo sichergestellt ist, daß ein mit diesem Beschichtungsmaterial nach der Erfindung behandeltes Bauteil keinen nennenswerten mechanischen und thermischen Wechselbeanspruchungen ausgesetzt ist. Dieser praktisch reine Silizium Auftrag würde nämlich sehr hart und zu spröde sein, um solchen Belastungen standhalten zQkönnen. Infolge der großen Härte und Sprödigkeit des Schutzüberzuges des Bauteils tritt die Gefahr von Oberflächenverletzung bei mechanischer und thermischer Wechselbeanspruchung auf, durch welche nicht mehr gewährleistet ist, daß das abgedeckte Bauteilmaterial gegen den Zutritt von Sauerstoff durch sehr leicht auftretende Risse und Platzstellen und damit gegen korrosion und Verzunderung geschützt ist.
• Obgleich das erfindungsgemäße Beschichtungsmaterial durch entsprechenden Zusatz an Stellmittel bzw. Verringerung des Anteils an siliziumhaltigem Leim so ausgestaltet sein kann, daß mit einem einzigen Auftrag Schichtdicken beliebiger Stärke bis zu verhältnismäßig großen Schichtdicken hin erzielt werden können, hat es sich aus Gründen der Rationalisierung des Auftragverf ahrens des Beschichtungsmaterials mit für einen guten Schutz gegen Verzundern ausreichender Schichtdicke besonders bewährt, wenn die das Beschichtungsmaterial nach der Erfindung bildende Aufschwemmung auf die gegen Verzundern zu schützende Bauteiloberfläche mittels Bestreichens beispielsweise mit einem Pinsel oder Auf sprühens mittels Spritzpistole aufbringbar ist. Unabhängig davon, welche Schichtdicke beispielsweise aus Rucksicht auf besondere Wårmedsmmeigenschaften gewünscht ist, wobei für besonders große Schichtdicken sogar eine EFasistenz gewählt werden kann, welche das Beschichtungsmaterial nach der Erfindung spachtelfähig macht, hat es sich völlig überraschend als vollständig ausreichend für die @rzielung einer guten Zunderfestigkeit der zu schützenden Bauteiloberfläche selbst bei höchsten Temperaturen erwiesen, wenn auf diese Oberfläche die das Beschichtungsmaterial nach der @rfindung bildende Aufschwemmung in einer Schichtdicke von wenigen µm bis etwa 0,1 mm, vorzugsweise etwa 5 µm, aufgebracht wird.
• Insgesamt ist es de@ Fachmann in Kenntnis der Lekre der Erfindung möglich, entsprechend den jeweiligen konstruktiven Gegebenheiten und Forderungen des einzelnen @insatzfalles die Wahl des dem siliziumhaltigen Leim zuzusetzenden Aufschwemmungsmaterials auszuwählen. Dabei gilt als zu berücksichtigender Grundsatz, daß mit Vorzug die Schmelzpunkte von Siliziumdioxyd und dem vorzugsweise als pures Metall zu wählenden Zusatzmaterial nahe beieinander liegen sollten, weil dann auch die jeweiligen Diffusionspunkte beieinander liegen, und daß insbesondere für hochtemperaturwechselbeanspruchte Bauteile der Ausdehnungskoeifizi@nt des Anteils der Zusatzpartikel zur Aufschwemmung etwe gleich dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten des metallischen Laterials des Bauteils sein sollte. In vielen Fällen ist es demgemäß in weiterer erfinderischer Fortbildung zu bevorzugen, wenn die Aufschwemmung lartikelchen von hochtemperatur-korrosionsfestem Metall enthält, welche bei hoher Temperatur in die Grenzschicht der gegen Verzundern zu schützenden Oberfläche eindiffundieren.
• Die Erfindung wird im Folgenden anhand zweier bevorzugter Anwendungsfälle, die in den Zeichnungen dargestellt sind, rein beispielsweise nähe@ erläutert. Daben zeigen: Figur 1 in schematischer Querechnittsdarstellung ein platinenförmiges Bauteil @it erfindungsgemäßem Beschichtungsauftrag zum Schutz gegen Verzundern, und in ? 2 in thnlicher Darstellung einen zuschnitt aus einem anderen doppelseitig mit dem Beschichtungsmaterial nach der Erfindung behandelten Bauteil.
• In Figur 1 ist das Bauteil aus einfachem Baustahl, beispielsweise @t 37, mit 1 bezeichnet. Seine die hohe Temperatur aufweisende Oberfläche, welche einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre ausgesetzt wäre, ist mit 2 bezeichnet. Auf diese Oberfläche 2 ist ohne weitere Vorbehandlung geispielsweise mittels Sandstrahlens eine Schicht 3 des erfindungsgemäßen Beschichtungsmaterials in einer Schichtdicke a etwa durch Bepinseln oder Besprühen mittels Spritzpistole kalt aufgetragen und luftgetrocknet. Die Schichtdicke a der aufgetragenen aufschwemmungs-Schicht 3 beträgt dabei etwa 5 jim, kann jedoch auch geringer oder uoar erheblich größer gewählt werden.
• Als Beschichtungsmaterial kann eine Aufschwemmung beliebiger vorstehend bereits beschriebener Partikelchen von reinem Silizium und/oder Keramikstaub und/oder hochtemperaturfestem Metall in einem siliziumhaltigen Leim, beispielsweise Wasserglas, vorgesehen sein, und zwar je nach Anforderung an ?.ss Wärmeleitungsverhalten der Schutzschicht 3 mit oder ohne Zusatz von einerseits Aluminiumoxyd und/oder Zirkondioxyd oder aber andererseits Magnesiumoxyd und/oder Berylliumoxyd. Wenn angenommen wird, daß es sich bei den Bauteil 1 gemäß Figur 1 un ein solches Bauteil handelt, welches ohne nennenswerte Temperatur-Wechselbeanspruchungen ständig auf hoher Temperatur gehalten wird, so kann das im beispielsweise durch Wasserglas Gebildeten mineralischem Leim verteilt gehaltene Aufschwemmungsmaterial reines Silizium oder eine Silizium-Sauerstoffverbindung beispielsweise in orm von Aerosil sein, wobei dann neben 5en verhältnismäßig schlechten Wärmeleitungseigenschaften von Silizium möglicherweise ein Zusatz von Aluminiumoxyd und/oder Zirkondioxyd von Vorteil sein kann, um SSarmeleitungsverluste in besonders günstiger, einfacher und wirtschaftlicher Weise weitestgehend auszuschalten, da dann eine solche Auftragsschicht 3 als ausgezeichnete Wärmeschranke wirkt, wobei allerdings zu beachten ist, daß ein in dieser Weise erfindungsgemäß geschütztes Bauteil vor stärkeren mechanischen Beanspruchungen, zu schützen wäre, welche wegen der großen Sprödigkeit des überwiegend aus Silizium bestehenden Schutzauftrages leicht zu Rissen oder Abplatzungen führen könnten, durch welchen dem Umgebungssauerstoff der Zutritt zur dann freien heißen Oberfläche 2 des Bauteils 1 eröffnet wäre.
• Bei dem in Figur 2 schematisch dargestellten Bauteil handelt es sich um einen Seitenausschnitt aus beispielsweise einem unter hoher Temperaturbelastung stehenden Ausdehnungsstück eines Rohres in Form eines Faltenbalges aus Baustahl, wie beispielsweise St 37 nach deutscher Norm oder EN 9 nach britischer Norm. Sin solches hochtemperaturbelastetes Bauteil wird immer dann vor gesehen, wenn andere aus entsprechende unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisenden Naterialien gebildete Bauteile, wie beispielsweise Rohre, durch ein Ausgleichsstück zu einem Strömungskanal verbunden werden sollen. In einem solchen Palle wird das Bauteil 1 gemäß Figur 2 gegebenenfalls zusätzlich zu seiner vorhandenen Temperaturwechselbeanspruchung auch noch mechanischer Wechselbeanspruchung unter orfen.
• Bei diesem doppelseitig mit Je einem Auftrag 2a bzw. 2b aus Beschichtungsmaterial nach der Erfindung behandelten, weil auf seinen beiden Oberflächen 2a bzw. 2b von sauerstoffhaltigem heißem Medium umgebenen Bauteil 1 ist gut die neben dem erfindungsgernäßen Verzunderungsschutz gegebene Möglichkeit für einen ausreichenden Freiheitsgrad für mechanische Belastungen in Form von iusdehnungsbewegungen in drei Dimensionen erkennbar. Für einen solchen Einsatzzweck ist es zu bevorzugen, wenn als Zusatzmaterial zu denmineralischen Leim in Form beispielsweise von Wasserglas metallischer Chrom- und/oder Nickel- und/oder Chrom-Nickel-Staub zur Verwendung kommt, weil dieser nicht nur ausgezeichnet an den Bauteilsoberflächen 2a bzw. 2b bei Temperaturen bis zum etwa 600 0G haftet, sondern bei höheren Temperaturen sogar in die den Oberflächen 2a bzw. 2b bauteilseitig benachbarten Grenzschichten des das Bauteil bildenden Baustahls, beispielsweise St 37 nach deutscher Norm oder EN 9 nach britischer Norm, eindiffundiert und dadurch eine 6'e6en mechanisches Lösen der 3chichten 3a bzw. 3b vom Bauteil 1 gesicherte Gefügeverbindung eingeht. Solche Gefügevergbindungen sind bei 4a bzw. 4b angedeutet. Es ist hervorzuheben, daß an solchen Diffusionsstellen, an denen die :etallischen Zusätze zum Beschichtungsmaterial nach der Erfindung in die oberflächennahen Grenzschichten des Bauteilmaterials eindringend eine Gefügeverbindung mit diesem eingehen, durch diese metallischen Zusätze auch der eingang der Siliziumbestandteile der Schutzschichten 3a bzw. 3b in das Gefüge des materials des Bauteils 1 geöffnet wird. In Figur 1 ist gleichfalls eine oberflächennahe Grenzschichtdiffusion angedeutet und mit 4 bezeichnet.
• Bei beiden Ausführungsbeispielen beträgt die Feinheit der im mineralischen Leim aufgeschwemmten Partikelchen etwa 0,01 bis 0,1 mm Korngröße, und zwar vorzugsweise 0,04 bis 0,05 mm Korngröße. Bei der in Zusammenhung mit dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 beschriebenen Ausgesaltung des Beschichtungsmaterials nach der Erfindung weist der mineralische Leim in Form von Wesserglas einen lediglich geringen Anteil an Chrom-bzw. Nickel bzw. Chrom-Nickel-Partikeln in Höhe von etwa 0,5 bis 7 Volumenprozent auf. Auch hier kann als Stellmittel zur Erzielung gleichmäßiger Schichtdicke mit einem einzigen Beschichtungsauftrag und guten Haftvermögens ein Zusatz von Aerosil in Höhe von etwa 20 Volumenprozenten des mineralischen Leimes vorgesehen sein.
• Cbgleich die Erfindung l@diglich anhand zweier bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, ist sie nicht auf diese beschränkt. Dem Fachmann steben vielmehr im Rahmen des oben Dargelegten vielfältige Möglichkeiten offen, den gewünschten Erfolg durch andere Kombination der einzelnen erfindungsgemäf-en Merkmale oder deren Austausch gegen gleichwirkende Mittel zu erreichen, ohne dadurch den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims (27)

A n s p, r ü c h e

1.) Verfahren zur Sicherung hohe Temperaturen aufweisender metallischer Bauteile, insbesondere von Bauteilen aus unlegiertem Stahl, vorzugsweise Baustahl, gegen Verzundern, dadurch zekennzeichnet, daß eine AuSschwemmung von in einem lufttroclcnenden siliziumhaltigen Leim homogen verteilten feinen Silizium- und/oder Keramikpartikelchen und/oder Partikelchen bei hoher Temperatur korrosionsfesten Metalls gebildet und kalt als Schicht (3) auf die Oberfläche (2) des gegen Verzundern zu schützenden Bauteils (1) aufgebracht wird.

2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als siliziumhaltiger Leim Wasserglas verwandt wird.

3.) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet. daß eine einen Siliziumanteil von mindestens 50 Volumenprozenten enthaltende Aufschwemmung verwandt wird.

4.) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet. daß vor Zugabe der AuSschwemmungspartikelchen zum Siliziumhaltigen Leim diesem als Stellmittel kolloides Silizium vorzugsweise in Form von Aerosil mit einem bevorzugten Anteil von etwa 20 Volumenprozenten zugesetzt wird.

5.) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenazeichnetv daß die Auf schwemmungspartikelchen in einer Feinheit von etwa 0,01 bis etwa 0,1 mm Korngröße dem siliziumhaltigen Leim zugesetzt werden.

6.) Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß die Aufschwemmungspartikelchen in einer Feinheit von etwa 0,04 bis etwa 0,05 mm Korngröße dem siliziumhaltigen Leim zugesetzt werden.

7.) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch xekAnnzeichnet, daß als Aufschwemmungspartikelchen Partikel metallischen Platins zugesetzt werden.

8.) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Aufschwemmungsp artikel chen Partikel metallischen Chroms und/oder Nickels und/oder einer Chrom-Nickel-Legierung zugesetzt werden.

9.) Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Chrom-Nickel-Partikelchen in einer Menge von etwa 0,5 bis etwa 1 Volumenprozenten des siliziumhaltigen Leims zugesetzt werden.

10.) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Aufschwemmungspartikelchen Partikelchen von Aluminiumoxyd und/oder Zirkondioryd zugesetzt werden.

11.) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9., dadurch gekennzeichnet, daß als Auf schwemmungspartikelchen Partikelchen von MPgnesiumoxyd und/oder Berylliumoxyd zugesetzt werden.

12.) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf die gegen Verzundern zu schützende Bauteiloberfläche (2) die AuSschwemmung mittels Bestreichens beispielsweise mit einem Pinsel oder Aufsprühens mittels Spritzpistole aufgebracht wird.

13.) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf die gegen Verzundern zu schützende Bauteiloberfläche (2) die Aufschwemmung in einer Schichtdicke (a) von wenigen jirn bis etwa 0,1 mm, vorzugsweise etwa 5 Mm aufgebracht wird.

14.) Beschichtungsmaterial zur Sicherung hohe Temperaturen aufweisender metallischer Bauteile, insbesondere von Bauteilen aus unlegiertem Stahl, vorzugsweise Baustahl, gegen Verzundern, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehvnden Ansprüche, gekennzeichnet, durch eine AuSschwemmung von in einem lufttrocknenden siliziumhaltigen Leim homogen verteilten feinen Silizium-und/oder ICersmikpartikelc'en und/oder Partikelchen bei hoher Temperatur korrosionsfesten Metalls, die kalt als Schicht (3) auf die Oberfläche (2) des gegen Verzundern zu schützenden Bauteils (1) aufbringbar ist.

15.) Beschichtungsmaterial nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß als siliziumhaltiger Leim Wasserglas vorgesehen ist.

16.) Beschichtungsmaterial nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die AuSschwemmung einen Siliziumanteil von mindestens 50 Volumenprozenten aufweist.

17.) Beschichtunsmaterial nach einem der Ansprüche 14 bis 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Aufschwemmung als Stellmittel kolloides Silizium vorzugsweise in Form von Aerosil mit einem bevorzugten Anteil von etwa 20 Volumenprozenten aufweist.

18.) Beschichtungsmaterial nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch aekennzeichnet, daß die in der AuSschwemmung enthaltenen Partikelchen in einer Feinheit von etwa 0,01 bis etwa 0,1 mm Korngröße vorgesehen sind.

19.) Beschichtungsmaterial nach Anspr¢h 1o, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Aufschwemmung enthaltenen Partikelchen in einer Feinheit von etwa 0,04 bis etwa 0,05 mm Korngröße vorsehen sind.

20.) Beschichtungsmaterial nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die in der AufEchwemmung enthaltenen Partikelchen Partikel metallischen Platins aufweisen.

21.) Beschichtungsmaterial nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Aufschwemmung enthaltenen Partikelchen Partikel metallischen Chroms und/oder Nickels und/oder einer Chrom-Mickel-Lesierung aufweisen.

22.) Beschichtungsmaterial nach Anspruch 21 mit Chrom-Nickel-Material als Aufschwemmungspartikelchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Chrom-IJickel-Lartikelchen im siliziumhaltigen Leim in einer Menge von etwa O,5 bis etwa 1 Volumenprozenten desselben vorliegen.

23.) Beschichtungsmaterial nach einem der Ansprüche 14 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufschwemmung einen Zusatz von Partikelchen von Aluminiumoxyd und/oder Zirkondioxyd aufweist.

24.) Beschichtungsmaterial nach einem der Ansprüche 14 bis 22, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Aufschwemmung einen Zusatz von Partikelchen von Magnesiumoxyd und/oder Berylliumoxyd aufweist.

25.) Beschichtungsmaterial nach einem der Ansprüche 14 bis 24, dadurch Eekennzeichnet, daß die Aufschwemmung auf die gegen Verzundern zu schützende Bauteiloberfläche (2) mittels Bestreichens beispielsweise mit einem Pinsel oder Aufsprühens mittels Spritzpistiole aufbringbar ist.

26.) Beschichtungsmaterial nach einem der Ansprüche 14 bis 25, dadurch gekennzeichnet daß die Aufschwemmung auf die gegen Verzundern zu schützende 3auteiloberfläche (2) in einer schichtdicke (a) von wenigen pm bis etwa 0,1 mm, vorzugsweise etwa 5 P , aufbringbar ist.

27.) Beschichtungsmaterial nach einem der Ansprüche 14 bis 25, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, Daß die Aufschwemmung Partikelchen von, hochtemperatur-korrosionsfestem metall enthält, welche bei hoher Temperatur in die Grenzschicht (4) der gegen Versundern zu schützenden Oberfläche (2) eindiffundieren.

L e e r s e i t e