DE2251590C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Schutzüberzügen auf Gegenständen aus Kohlenstoff - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Schutzüberzügen auf Gegenständen aus Kohlenstoff

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Description

a) eine kontinuierliche relative Bewegung zwischen dem Artikel und einer ersten und zweiten Zone bewirkt wird,
b) Aluminium in geschmolzenem Zustand auf die Oberfläche im Bereich der ersten Zone aufgesprüht wird,
c) gleichzeitig mit Verfahrensschritt b) in der zweiten Zone wärmebeständiges Material auf den in der ersten Zone hergestellten Aluminiumüberzug aufgesprüht wird und
d) die erste und die zweite Zone in ausreichendem Abstand zueinander gehalten werden, um eine Überlagerung zwischen den Sprühnebeln der beiden Zonen zu vermeiden.
3. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens gemäß Anspruch 1, bestehend aus Einrichtungen zum Halten und Drehen des Kohlenstoffgegenstandes und zwei Sprühköpfen, einer für Aluminium und der andere für wärmebeständiges Material, wobei die Sprühköpfe auf einem Wagen befestigt sind, der entlang des Kohlenstoffgegenstandes bewegt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Sprühköpfe so bemessen ist, daß zwei Sprühnebel die Oberfläche des Kohlenstoffgegenstandes (10) erreichen können, ohne daß sie sich überlagern bzw. stören und auch so bemessen ist, daß die Wärme des geschmolzenen Aluminiums den Sprühnebel aus wärmebeständigem Material nicht austrocknet, bevor er den mit Aluminium überzogenen Gegenstand aus Kohlenstoff erreicht.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von Schutzüberzügen auf den Oberflächen von Gegenständen aus Kohlenstoff. Die Erfndung ist eine Verbesserung des in den GB-PS 26 055 und GB-PS Ii 51 071 beschriebenen Verfahrens. In diesen Patentschriften sind Verfahren beschrieben, mit deren Hilfe Gegenstände aus Kohlenstoff mit Aluminiumschichten versehen werden und dann auf die Aluminiumschicht eine Schicht aus wärmebeständigem Material aufgebracht wird. Bisher wurde gemäß diesen Verfahren das Aluminium so aufgebracht, daß man mit Hilfe eines elektrischen Lichtbogens das Aluminium atomisierte und mit Preßluft das atomisierte Aluminium auf die Oberfläche des Kohlenstoffgegenstandes blies. Dann ließ man den Gegenstand genügend abkühlen, um auf die Aluminiumoberfläche eine Aufschlämmung ϊ aufzustreichen, die wärmebeständiges Material enthielt Ee wurde nun gefunden, daß es nicht nur möglich ist, das wärmebeständige Material auf den Aluminiumüberzug aufzusprühen, sondern daß die beiden Beschichtungsschritte in einer einzigen Operation durchgeführt werden können, was Zeit und Mühe spart
Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Herstellung eines Schutzüberzuges, bestehend aus Schichten aus Aluminium und wärmebeständigen Materialien auf der Oberfläche eines Gegenstandes aus Kohlenstoff, das dadurch gekennzeichnet ist daß in einem einzigen Arbeitsgang zunächst Aluminium in geschmolzenem Zustand auf die Oberfläche gespritzt wird und unmittelbar danach wärmebeständige Materialien auf den so hergestellten Aluminiumüberzug aufgesprüht werden.
Die Sprühköpfe, mit denen das Aluminium und das wärmebeständige Material aufgesprüht werden, können sich nebeneinander befinden und relativ zur Kohlenstoffelektrode simultan bewegt werden, wobei der Abstand der Sprühköpfe ausreicht um zu gewährleisten, daß zwischen den Sprühnebeln aus Aluminium und wärmebeständigem Material praktisch keine Überschneidung stattfindet und auch gewährleistet ist daß die Wärme des geschmolzenen Aluminiums das wärmebeständige Material nicht austrocknet bevor es die Oberfläche des Kohlenstoffgegenstandes erreicht hat
Bei dem Sprühnebel aus wärmebeständigem Material handelt es sich vorzugsweise um einen Preßluftsprühne bei, und das wärmebeständige Material befindet sich in einer Aufschlämmung, die Wasser als Grundstoff und ein Verdickungsmittel enthält Ein bevorzugtes Verdikkungsmittel ist ein Natrium-carboxymethylzellulose-Präparat welches sowohl in granulierter als auch in Pulverform zu haben ist. Ein Material, das im Rahmen der Erfindung verwendet werden kann, umfaßt Aluminiumpulver, Titandioxid, Siliziummetallpulver, Siliziumkarbid, Borsäure, Ferrochrom, O2O2 und Zirkoniumsilikat
Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Auftragung eines Schutzüberzuges auf die Oberfläche eines Gegenstandes aus Kohlenstoff, bestehend aus Einrichtungen zum Halten und Drehen des Kohlenstoffgegenstandes und zwei Sprühköpfen, einer für Aluminiso um und der andere für wärmebeständiges Material, wobei die Sprühköpfe auf einem Wagen befestigt sind, der entlang des Gegenstandes aus Kohlenstoff bewegt werden kann, der Abstand der Sprühköpfe so bemessen ist, daß zwei Sprühnebel die Oberfläche des Kohlen-
Stoffgegenstandes ohne gegenseitige Überschneidung erreichen können und auch so bemessen ist, daß die Wärme des geschmolzenen Aluminiums das wärmefeste Material nicht austrocknet bevor es den Gegenstand aus Kohlenstoff erreicht. Nun zu den beiliegenden Zeich nungen:
P i g. 1 ist eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung eines Schutzüberzuges auf der Oberfläche einer großen Kohlenstoffelektrode.
Fig.2 ist ein Seitenriß, teilweise im Schnitt, in verkleinertem Maßstab, der gleichen Vorrichtung.
Eine Kohlenstoffelektrode der Art, die in großen elektrischen öfen für die Stahlveredelung verwendet
wird, wird auf etwa 100—1500C vorgewärmt, um Feuchtigkeit zu entfernen und um zu gewährleisten, daß wenn anschließend Material auf die Elektrode aufgesprüht wird, es rasch trocknet
Die drei Phasen des Beschichtens verden dann eingeleitet In der ersten Phase gibt es drei Schritte:
a) Aluminium wird auf die Elektrodenoberfläche aufgesprüht
b) Wärmebeständige Materialien werden auf die mit Aluminium beschichtete Oberfläche aufgesprüht
c) Es wird ein elektrischer Lichtbogen angewendet, um das wärmefeste Material und das Aluminium zu verschmelzen.
15
Die zweite Phase wiederholt die ersten drei Schritte identisch. In der dritten Phase wird kein wärmefestes Material aufgesprüht, sondern es wird Graphit aufgesprüht Die dritte Phase besteht daher aus folgenden Schritten:
a) Es wird Aluminium aufgesprüht
b) Es wird Graphit aufgesprüht
c) Man verschmilzt den Graphit und das Aluminium mit Hilfe eines elektrischen Lichtbogens.
Wie in den Zeichnungen dargestellt, wird während der Sprühoperationen die zu besprühende Elektrode 10 in einer Drehbank gehalten. Zur Befestigung der Elektrode 10 wird ein Nippel 11 in die zentrale Bohrung an jedem Ende der Elektrode 10 eingeschraubt. Diese zentrale Bohrung besitzt bereits ein Gewinde, da sie normalerweise dafür verwendet wird, eine Elektrode mit der nächsten zu verbinden, sobald sie verbraucht ist. Die Elektrodenoberfläche wird vorbereitet, indem man Schmutz, Anstrich und Fett durch eine sehr schwache maschinelle Bearbeitung entfernt Bei diesem Prozeß werden Rillen 12 gebildet, die die Bindung des Materials später unterstützen und auch die Oberfläche vergrößern.
Die Oberfläche der Kohlenstoffelektrode wird dann mit Aluminium mit Hilfe eines elektrischen Lichtbogenverfahrens besprüht, wobei Aluminiumstäbe 13, die auf Trommeln 13a aufgewickelt sind, in einen Spalt 14 zwischen Lichtenbogenelektroden 15 eingeführt werden und das atomisierte Aluminium mit Hilfe eines Luftstrahles auf die Oberfläche der Kolilenstoffelektrode geblasen wird. Während des Aufsprühens wird die Kohlenstoffelektrode 10 langsam gedreht und ein etwa 2,54 cm breites Band aus Aluminium wird so aufgesprüht, daß es einen kontinuierlichen spiraligen Überzug aus Aluminium auf der Elektrodenoberfläche bildet. Ein Sprühkopf für wärmebeständiges Material befindet sich neben dem Aluminium-Sprühkopf, etwa 10,10 —12,7 cm seitlich versetzt von dem Aluminium-Sprühkopf. Ein 2,54 cm breites Band aus wärmebeständigem Material wird auf das Aluminium aufgesprüht, während gleichzeitig das Aluminium weiter entlang der Elektrode aufgesprüht wird. Der Zwischenraum zwischen den beiden Sprühnebeln ist aus zwei Gründen erforderlich. Erstens wird dadurch vermieden, daß wesentliche Überlagerung zwischen den Sprühnebeln aus Aluminium und wärmebeständigem Material stattfindet und zweitens wird der Trocknungseffekt der Wärme des Aluminiumsprühnebels auf den Sprühnebel des wärmebeständigen Materials vermieden. Wenn die beiden Sprühnebel einander näher kämen, würde der Sprühnebel aus wärmebeständigem Material austrocknen, bevor er die Aluminiumoberflächtr erreichen würde.
Die Abstände, die die beiden Sprühnebel trennen, sind wichtig, sie sind jedoch variabel und sind von der Geschwindigkeit abhängig, mit der der Aluminiumsprühknopf arbeitet beispielsweise benötigt der Generator für Aluminiumsprühnebel bei geringerer Stromstärke, z. B. etwa 200 Ampere, ein geringeres Luftvolumen für die Abscheidung des Aluminiums auf der Elektrode, was ein viel geringeres Übersprühen bedingt, infolgedessen könnte in diesem Falle die Spritzpistole für das wärmebeständige Material viel näher befestigt sein, in einem Abstand von ungefähr 7,62 cm. Wird dagegen bei 450—500 Ampere gesprüht muß der trennende Abstand mindestens 12,7 cm betragen. In allen Fällen sind die Sprühköpfe in der vertikalen Ebene um ungefähr 10,16 cm getrennt
Die Sprühköpfe für Aluminium und war wärmebeständiges Material sind beide auf einem Wagen 20 befestigt der von einer ausgekehlten Schiene 21 und einem Rad 22, das in einer anderen Schiene 23 läuft, getragen wird Der Wagen wird automatisch mit Hilfe der Führungsschraube 24 quer bewegt
Der Sprühnebel aus wärmbebeständigem Material wird mit Hilfe einer normalen Preßluft-Farbspritzpistole erzeugt, die einen Sprühkopf 17 und Schläuche 18 für die Zuführung von Luft und 19 für die Zuführung von wärmebeständigem Material aufweist wobei das wärmebeständige Material in Form einer Aufschlämmung vorliegt, die sich in einem normalen Farb-Druckgefäß befindet Die Aufschlämmung kann z. B. aus Aluminiumpulver, Siliziumkarbid, Silizium, Titandioxid, Borsäure, Ferrochrom, Cr2O3, Zirkoniumsilikat Wasser und Na-Carboxymethylcellulose. Na-Carboxymethylcellulose ist ein Verdickungsmittel und wird als erstes mit dem Wasser vermischt. Die anderen Bestandteile werden gepulvert und zusammengemischt und dann sorgfältig in das Na-Carboxymethylcellulose/Wasser-Gemisch eingebracht.
Diese Sprühtechnik tritt an die Stelle einer Technik, bei der wärmebeständiges Material per Hand auf das Aluminium aufgestrichen wurde. Ein Handanstrich dauert viel länger und man mußte warten bis die Elektrode vollständig mit Aluminium überzogen war, bevor man mit dem Handanstrich beginnen konnte und man mußte auch warten bis die Elektrode abgekühlt war. Der Sprühnebel aus wärmebeständigem Material kann gleichzeitig mit dem Aluminium-Sprühnebel angewendet werden, wodurch einer der Schritte des Produktionsprozesses entfällt. Die Zeitersparnis ist besonders wertvoll nach der Auftragung des zweiten Aluminiumüberzuges, da in diesem Stadium ziemlich viel Zeit für das Abkühlen benötigt wird, bevor man einen Handanstrich auftragen kann.
In der dritten Phase des Prozesses wird der Graphit vorzugsweise durch Aufsprühen aufgebracht.
Bei der Herstellung der Materialien für das Aufsprühen ist es sehr wichtig, daß die wärmebeständigen Materialien gleichmäßig in der Aufschlämmung verteilt sind. Das Titandioxid neigt dazu, kleine Kügelchen zu bilden, die die Sprühdüse verstopfen, dies kann durch entsprechendes Vermischen des Titandioxids mit anderen gepulverten Materialien überwunden werden, bevor sie in das Na-Carboxymethylcellulose/ Wasser-Gemisch eingemischt werden. Das Na-Carboxyinethylcellulose/Wasser-Gemisch wird zubereitet, indem man 2-2'/2 Gew.-°/o Na Carboxymethylcellulose in warmes Wasser bei einer Temperatur von etwa 60 bis 80° C einmischt, was gewährleistet daß sich die
Na-Carboxymethylcellulose rasch auflöst. Einige der verwendeten Materialien sind folgende:
Aluminiumpulver
Titandioxid
Siliziummetallpulver
Siliziumkarbid
Ferrochrom Borsäure Cr2O3 Zirkoniumsilikat
Diese Komponenten werden sorgfältig in trockener Pulverform vermischt. 1250 g der trockenen Mischung werden dann in 1250 cm3 Wasser eingemischt, das bereits 2 — 2Ui Gew.-% Na-Carboxymethylcellulose enthält. Diese Aufschlämmungsmenge genügt, um eine Elektrode von 2,438 m Länge und 61 cm Durchmesser, das sind etwa 4,65 m2 Oberfläche, zu überziehen. Die obige Mischung wird für die wärmebeständige Sprühbeschichtung verwendet.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung eines Schutzüberzugs, bestehend aus Schichten aus Aluminium und wärmebeständigen Materialien auf der Oberfläche eines Gegenstandes aus Kohlenstoff, dadurch gekennzeichnet, daß in einem einzigen Arbeitsgang zunächst Aluminium in geschmolzenem Zustand auf die Oberfläche gespritzt wird und unmittelbar danach wärmebeständige Materialien auf den so hergestellten Aluminiumüberzug aufgesprüht werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
DE2251590A 1971-10-22 1972-10-20 Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Schutzüberzügen auf Gegenständen aus Kohlenstoff Expired DE2251590C2 (de)

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