DE2325149C3 - Verfahren zum Beschichten von Metallgegenständen - Google Patents
Verfahren zum Beschichten von MetallgegenständenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten von Metallgegenständen mit einem korrosions- und
wärmebeständigen, doppelschichtigen Überzug, gemäß dem auf den vorbereiteten Gegenstand jeweils mittels
Plasmaspritzens zuerst eine Grundschicht aus wenigstens zwei unterschiedlichen Metallkomponenten und
darauf eine Deckschicht aus Aluminiumoxid aufgebracht und der überzogene Gegenstand anschließend
erhitzt wird.
Nach »Bosch Techn. Berichte 2«, Heft 2, Juli 1967, Seiten 63 bis 71, ist es bekannt, Werkstoffe einzeln als
Legierungen oder in Form von Pulvergemengen auf Unterlagen aufzuspritzen und anschließend Diffusionsglühungen
unter Schutzgasatmosphäre vorzunehmen.
Die Zeitschrift »Blech«, 1966, Nr. 11, Seiten 551 bis
555, beschreibt einen Mehrschichtaufbau des Überzuges, der nach dem Aufbringen einer Wärmebehandlung
unterworfen wird.
In der DT-OS 15 21 393 wird ebenfalls ein mehrschichtiger
Überzug beschrieben, über dessen weitere Behandlung in dieser Veröffentlichung nichts gesagt
wird.
Nach der US-PS 36 39 177 ist es bekannt, bei Spritzauftragsschichten zunächst eine EMffusionsglühung
unter nicht oxydierenden Bedingungen und anschließend eine Erhitzung unter oxydierender Atmo-Sphäre
vorzunehmen.
Nach diesem bekannten Verfahren werden korrosions- und wärmebeständige Überzüge erhalten, die
aber den höchsten Anforderungen nicht entsprechen.
Aufgabe der Erfindung ist die Herstellung von Überzügen der eingangs erwähnten Art, die besonders
wärme- und korrosionsbeständig sind.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch -gelöst, daß der doppelt überzogene Gegenstand im Vakuum
oder in inerter Atmosphäre einer Wärmebehandlung zur Diffusionsglühung der Grundschicht ausgesetzt und
anschließend bei erhöhter Temperatur unter oxydierend wirkender Atmosphäre gehalten wird.
Vorzugsweise wird bei einem Verfahren, nach welchem eine Grundschicht aus einer Chromligierung
mit Nickel, Eisen oder Kobalt, als dem einen Bestandteil und eine Deckschicht aus Aluminiumoxid auf den
Gegenstand aufgetragen werden, als zweiter Bestandteil der Grundschicht Aluminium verwendet.
Es empfiehlt sich, den Partialdruck des Sauerstoffs in
der oxydierend wirkenden Atmosphäre so niedrig zu halten, daß lediglich ein Bestandteil der Grundschicht an
ihrer Außenseite oxydiert wird.
Die Auswahl der Grundschicht und des Gegenstandes wird durch den Endverwendungszweck des überzogenen
Gegenstandes bestimmt.
Im folgenden werden lediglich als Beispiele einige Materialien für Gegenstände aufgeführt, die in verschiedener
korrosiver Umgebung verwendet werden können: Stahl, rostfreier Stahl, Legierungen auf Eisenbasis,
Aluminium, Legierungen auf Aluminiumbasis, Nickel, Legierungen auf Nickelbasis, Kobalt, Legierungen auf
Kobaltbasis, Kupfer, Legierungen auf Kupferbasis, Chrom, Legierungen auf Chrombasis, hochschmelzende
Metalle und Legierungen auf der Basis hochschmelzender Metalle. In gleicher Weise sind für die Grundschicht
beispielsweise die folgenden Materialien geeignet: Metalle, Metallegierungen, intermetallische Phasen,
Hartmetalle, Metalloxide, Metallnitride, Metallcarbide. Metallboride und Metallsilicide. Zu den Metallen
gehören Nickal, Aluminium, Kobalt, Eisen, Chrom, Kupfer, Molybdän, Wolfram, Niob, Tantal, Titan,
Antimon, Calcium, Mangan, Zirkon, Vanadium, Hafnium, Magnesium, Zink, Gold, Silber, Platin, Rhodium,
Rubidium und Palladium, und zu den Legierungen oder intermetallische Phasen, die der vorstehend genannten
Metalle, wie Nickel-Chrom-, Kobalt-Chrom-, Eisen-Chrom-Legierungen, welche auch zusätzliche Seltene
Erden enthalten können, und Kupfer-Aluminium-Legierungen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung gehört
Yttrium zu einem der Seltenen Erdmetalle.
Ein Hartmetall besteht z. B. aus einer Wolframcarbid-Kobalt-Mischung.
Die erfindungsgemäße Grundschicht muß zumindest aus zwei Materialien bestehen, von denen jedes
zumindest aus einer der folgenden Gruppen gewählt wird, nämlich elementare Metalle, Legierungen und
intermetallische Phasen, wobei diese Materialien in nicht reagiertem Zustand auf dem Gegenstand niedergeschlagen
werden müssen, d. h. in einer ineinandergreifenden, lamellaren Struktur, die aus Plättchen der
einzelnen Materialien besteht. Die Auswahl der zwei oder mehr Materialien für die Grundschicht ist wichtig,
da diese bei erhöhter Temperatur miteinander reagieren und/oder ineinander diffundieren müssen, um eine
weitgehend einheitliche Legierung und/oder intermetallische Phasen zu bilden; die Materialien müssen mit dem
Gegenstand verträglich sein, und mit diesem eine gute Bindung aufbauen, während sie gleichzeitig nicht
merklich in den Gegenstand hineindiffundieren sollen während der anschließenden Wärmebehandlung; die
Materialien müssen auch mit der Deckschicht verträglich sein, so daß sie mit dieser nicht merklich reagieren
und/oder in sie hineindiffundieren; nachdem die Reaktion/Diffusion erfolgt ist, müssen die Materialien
eine im wesentlichen wirksame Grenzschicht zwischen
dem Gegenstand und dem beliebig korrosiven Medium bilden, das im Verlauf des vorgesehenen Verwendungszweckes
auftreten kann und das durch die Deckschicht hindurchdringen kann. Die Reaktion/Diffusion erfolgt
während der Wärmebehandlung in einer nicht verunreinigenden Atmosphäre, führt zu einer wirkungsvollen
Abdichtung der Grundschicht und erzeugt eine Grenzschicht gegen korrosiven Angriff,
Ferner kann im Verlauf der Wärmebehandlung eine vorübergehend intermetallische Verbindung gebildet
werden, die nach Beendigung der Wärmebehandlung in eine Legierung übergeht. Das heißt, zu irgendeinem
besonderen Zeitpunkt im Verlauf der Wärmebehandlung können eine intermetallische Verbindung und eine
Legierung, die beide aus den Materialien der Grundschicht gebildet wurden, gleichzeitig nebeneinander
existieren. Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht die Grundschicht jedoch aus einer weitgehend
homogenen Legierung oder einer weitgehend homogenen intermetallischen Phase, obwohl auch Grur.dschichten
aus intermetallischen Verbindungen, in denen weitgehend einheitlich eine Legierungsmatrix verteilt
ist, für gewisse Anwendungsfälle geeignet sind.
Die im Verlauf der Reaktion/Diffusion zur Erzielung einer weitgehenden Homogenisierung und Abdichtung
erforderliche Wärmebehandlung und die erforderlichen Temperaturen sind eine Funktion der für die Grundschicht
verwendeten Materialien. Es ist jedoch wesentlich, daß im Verlauf des Niederschiagens mittels Plasma
eine minimale Oxydation der Materialien auftritt und daß die frisch aufgebrachte Mischung aus einer
mechanischen Mischung aus diskreten, im wesentlichen unreagierten Materialien besteht. Wenn diese Bedingungen
nicht weitgehend erfüllt sind, dann ist die Wechselwirkung zwischen den Materialien im Verlauf
der Reaktions-/Diffusions-Stufe behindert, und eine vollständige Abdichtung tritt nicht auf. Obwohl in den
meisten Fällen die Diffusion aus der Grundschichi. in den Gegenstand oder in die Deckschicht sehr gering ist,
kann eine geringe Diffusion die Bindungsfestigkeil erhöhen.
Die besonderen für die Grundschicht auf dem Gegenstand ausgewählten Materialien sollten nach der
Reaktion/Diffusion gegenüber dem korrosiven Medium beständig sein, das bei dem vorgesehenen Verwendungszweck
in der Umgebung des überzogenen Gegenstandes auftritt. In einigen besonderen Fällen
besitzt das ausgewählte Material für die Grundschicht nach der Reaktion nicht diejenige Korrosionsbeständigkeit,
die für einen besonderen Anwendungsfall erforderlich ist, und es ist daher ein zusätzlicher Verfahrensschritt erforderlich, um solche Eigenschaften hervorzubringen
oder zu verstärken. Ein üblicher Verfahrensschritt zur Oxydierung reicht aus, um korrosionsbeständiges
Oxid auf den Segmentbereichen der Grundschicht zu bilden, die über die innere Porosität der Deckschicht
nach außen gerichtet sind. Diese Verfahrensstufe zur Behandlung der nach außen gerichteten Segmentbereiche
der Grundschicht findet in einer besonders geregelten Umgebung statt, so daß lediglich ein einziges
der Grundmaterialien reagiert, so daß die Bildung der Schichtdicke auf solchen Segmentbereichen gesteuert
werden kann oder daß eine Schicht auf den Segmentbereichen gebildet wird, welche ausreichende Korrosionsbeständigkeit
aufweist. Die Erzeugung einer Schicht, welche dicker als notwendig ist, kann zum Abschälen
oder Absplittern der Deckschicht führen.
leder Fachmann kann die Materialien für die Grundschicht auswählen, die in nichtreagiertem Zustand
niedergeschlagen und anschließend einer Wärmebehandlung ausgesetzt werden können, um eine
undurchlässige Grundschicht aus einer weitgehend homogenen Legierung und/oder einer weitgehend
homogenen intermetallischen Phase zu bilden, nachdem die Materialien für den Gegenstand und die Deckschicht
ausgev/ählt sind, und die Umgebung bei dem vorgesehenen
Verwendungszweck bekannt ist.
ίο Die Grundschicht wird nach der Diffusionsglühung
oxydiert, um ihre Korrosionsbeständigkeit zu erhöhen. Beispielsweise können die Segmentbereiche der Grundschicht,
die über die innere Porosität der Deckschicht nach Eiußen gerichtet sind, oxydiert werden, indem sie
einer Mischung aus Wasserdampf und Wasserstoff in solchen Verhältnissen ausgesetzt werden, daß lediglich
die gewünschte Komponente der Grundschicht oxydiert wird, wie etwa das Aluminium in einer Grundschicht aus
Nickel-Aluminium.
Ein allgemeines Verfahren für die Ausführung der vorliegenden Erfindung wird mit den folgenden
Beispielen erläutert. Bei der Herstellung von feuermetallisiertem Stahlblech sind Rollen vorgesehen, um das
Stahlblech in besonderer Weise durch das Schmelzbad zu führen. Da beispielsweise geschmolzenes Zink ein
sehr korrosives Medium darstellt, bestehen die zur Zeit verwendeten Rollen aus teuren Legierungen, wie etwa
aus rostfreien SpezialStählen. Die Lebensdauer solcher Rollen ist relativ kurz und beträgt etwa 5 bis 20 Tage,
danach sind diese Rollen durch das geschmolzene Zink zu sehr zerstört. Zusätzlich haben die Nebenprodukte,
die bei dieser Reaktion gebildet werden, schädliche Aliswirkungen auf das Stahlblech, indem sie darauf
Flecken bilden. Der Einsatz einer einfachen Rolle aus mit Aluminiumoxid überzogenem Kohlenstoff-Stahl
würde nicht nur das Fleckigwerden des Stahlbleches beseitigen, dp Aluminiumoxid nicht mit Zink reagiert,
sondern damit würden auch die Anschaffungskosten und die Kosten für die Verwendung der Rollen gesenkt
werden. Jedoch ohne Maßnahmen zum Abdichten des porösen Überzuges und zur Erhöhung der Bindungsfestigkeit
würde der Überzug aufgrund der thermischen Belastung absplittern und das Zink mit dem Träger aus
Kohlenstoff-Stahl reagieren. Gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung kann eine Mischung aus 85 bis
96 Gew.% Eisen-Chrom-Legierung (80% Eisen, 20% Chrom) und 4 bis 15 Gew.-% Aluminium gleichzeitig
mittels Plasma auf der Rolle aus Kohlenstoff-Stahl niedergeschlagen werden und anschließend nach
üblichen Verfahren mit Aluminiumoxid überzogen werden. Die überzogenen Rollen werden anschließend
bei einer Temperatur zwischen 700 und 9000C in einer Wasserstoff- oder Argon-Atmosphäre wärmebehandelt
für eine ausreichende Zeit, etwa 4 bis 20 h, damit die Reaktion/Diffusion der Bestandteile der Grundschicht
eintreten kann, um den Überzug abzudichten und eine Grundschicht aus einer im wesentlichen homogenen
Legierung zu bilden. Es ist möglich, daß diese Legierung nicht vollständig beständig gegen den Angriff von
geschmolzenem Zink ist, da segmentierte Bereiche der Legierung über die Porosität der Deckschicht aus
Aluminiumoxid den äußeren Einflüssen ausgesetzt sind. Um dem abzuhelfen, wird die überzogene Rolle an Luft
bei einer Temperatur zwischen 700 und 9000C für eine ausreichende Zeitspanne, ungefähr 4 h, oxydiert, um
eine Oxidschicht auf den nach außen gerichteten Bereichen der Grundschicht zu bilden. Da dieses Oxid
durch Zinn nicht angegriffen wird, ist diese überzogene
Rolle in idealer Weise geeignet für die Verwendung in einer Umgebung, in der sie mit geschmolzenem Zink in
Berührung kommt, Sogar, wenn Risre senkrecht zur Oberfläche des Trägers entstehen, schält oder splittert
das Aluminiumoxid wegen der starken Bindung zu der Grundschicht nicht vori dieser ab, und da sich in der
Grundschicht keine Risse bilden, ist die Rolle gegen den Angriff durch Zink geschützt. Für einige Anwendungsfälle kann es wesentlich sein, daß lediglich das
Aluminium in der Grundschicht oxydiert wird. Um diesem Erfordernis zu genügen, kann die Oxydierung in
einer Atmosphäre erfolgen, die lediglich einen solchen Partialdruck an Sauerstoff aufweist, der erforderlich ist,
wobei der Partialdruck jedoch nicht ausreicht, um Eisen oder Chrom wirksam zu oxydieren. '5
Auf zwei feste Stäbe mit einem Durchmesser von 2,5 cm und einer Länge von 1,25 cm, der eine aus
einfachem Kohlenstoff-Stahl 1018 und der andere aus rostfreiem Stahl 410, wurde mittels Plasma ein 0,11 mm
dicker Überzug aus Aluminiumoxid aufgebracht. Die beiden Stäbe wurden einer zyklischen Oxidationsprüfung
unterworfen, die darin bestand, die Stäbe für eine halbe Stunde bei Raumtemperatur zu halten und sie
anschließend für 2,5 h Luft auszusetzen, die auf 9000C
erwärmt worden war. Nachdem diese zyklische Prüfung 120 h durchgeführt wurde, splitterte in beiden Fällen das
mittels Plasma aufgebrachte Aluminiumoxid von den Stäben ab. Auf identische Stäbe wurde eine übliche
vorlegierte Grundierung aus Nickel-Chrom (80% Nickel, 20% Chrom) mit einer Dicke von 0,05 bis
0,08 mm und darüber ein 0,11 mm dicker Hauptüberzug aus Aluminiumoxid aufgebracht. Die doppell überzogenen
Stäbe wurden für die gleiche Versuchsdauer der gleichen zyklischen Üxydationsprüfung ausgesetzt, und
es zeigten sich Risse in beiden Schichten des doppelten Überzuges, und die freigelegten Stäbe wurden außerordentlich
stark oxydiert.
Auf zwei Stäben, ähnlich den beschriebenen, wurde eine 0,05 bis 0,08 mm dicke Grundschicht aus einer
Mischung aus 95 Gew.-% Nickel und 5 Gew.-% Aluminium und darüber eine 0,11 mm dicke Deckschicht
aus Aluminiumoxid aufgebracht. Wiederum wurden die doppelt überzogenen Stäbe für die gleiche Versuchsdauer der gleichen zyklischen Oxydationsprüfung
ausgesetzt, und wiederum 1 raten Risse in beiden Überzügen aus, wordurch die Stäbe der Saucrsloffumgebung
ausgesetzt wurden, was sowohl zu einer außerordentlich starken Oxydation der Stäbe als auch
zu einer inneren Oxydation der Grundschicht führte. Darüber hinaus splitterte bei dem Stab aus dem
rostfreien Stahl 410 der größte Teil des Aluminiumoxid-Überzuges von der Grundschicht ab.
Auf zwei Stäbe, ähnlich den beschriebenen, wurde mittels Plasma eine 0,05 bis 0,08 mm dicke Grundschicht
aus Aluminiumteilchen aufgebracht, die mit Nickel überzogen waren, mit der Absicht, eine Nickel-Aluminium-Grundschicht
zu bilden. Anschließend wurde darüber eine 0,11 mm dicke Deckschicht aus Aluminiumoxyd
aufgetragen. Die doppelt überzogenen Proben wurden für die gleiche Versuchsdauer der gleichen
zyklischen Oxydalionsprüfung ausgesetzt, und wieder- fts
um traten in beiden Überzügen Risse auf, welche die Stäbe freilegten. Sowohl die Stäbe als auch die
Grundschicht wurdeTi stark oxydiert, und bei beiden Stäben waren Teile des Aluminiumoxid-Überzuges
vollständig abgesplittert,
Auf zwei Stäbe, ähnlich den beschriebenen, wurde mittels Plasma eine Mischung aus 80 Gew,-% Nickel
und 20 Gew.-% Chrom aufgesprüht, was zu einer 0,05 bis 0,08 mm dicken Grundschicht führte, darüber wurde
eine 0,11 dicke Deckschicht aus Aluminiumoxid aufgebracht.
Die d°PPe'1 überzogenen Stäbe wurden unter
Wasserstoff für 10 h auf 9000C erwärmt, und anschließend
bei 9000C für 26 h in einer Mischung aus Wasserstoff und Wasserdampf mit einem Taupunkt von
ungefähr -100C selektiv oxydiert, was ausreichte, um auf den Oberflächenbereichen der Grundschicht
Chromoxid zu bilden. Bei der Durchführung der beschriebenen zyklischen Oxydationsprüfung wies die
metallurgisch abgedichtete Grundschicht auf beiden Stäben nach 120 h keinerlei Beschädigung auf.
Auf einem Stab aus rostfreiem Stahl 410 und aus Kohlenstoff-Stahl 1018, wurde ein Doppelüberzug
aufgebracht, indem mittels Plasma eine 0,05 bis 0,08 mm dicke Grundschicht aus einer mechanischen Mischung
aus 76 Gew.-% Eisen, 20 Gew.-% Chrom und 4 Gew.-% Aluminium niedergeschlagen wurde, auf die eine
0,11 mm dicke Deckschicht aus Aluminiumoxid aufgebracht wurde. Die Stäbe wurden anschließend für 10 h
unter Wasserstoff auf 900°C erwärmt, und dann für 26 h
einer Mischung aus Wasserstoff und Wasserdampf mil einem Taupunkt von ungefähr -45°C ausgesetzt, was
ausreichte, um Aluminiumoxid zu bilden, was jedoch die Bildung von Eisenoxiden oder Chromoxid und deren
Spinelle verhinderte. Nach einer zyklischen Oxydalionsprüfung über die gleiche Zeitdauer wie vorstehend
angegeben, zeigte der überzogene Stab aus rostfreiem Stahl 410 keine Beschädigung, während sich der
Überzug auf dem Stab aus Stahl 1018 infolge der thermischen Belastung verzogen hatte.
Auf einem Stab aus Stahl 1018 wurde ein Doppelüberzug
aufgebracht, indem mittels Plasma eine 0,05 bis 0,08 mm dicke Grundschicht aus einer mechanischen
Mischung von 65 Gew.-% Eisen, 20 Gew,-% Chrom und 15 Gew.-°/o Aluminium aufgebracht, und darüber eine
0,11 mm dicke Deckschicht aus Aluminiumoxid aufgetragen
wurde. Der überzogene Stab wurde für 12 h unter Wasserstoff bei 700°C wärmcbchandelt und
anschließend 8 h bei 700°C in einer Mischung aus Wassersiroff und Wasserdampf mit einem Taupunkt
von -45"C selektiv oxydiert. Der Stab wurde für die gleiche Versuchsdauer, wie vorstehend angegeben, der
zyklischen Oxydationsprüfung ausgesetzt, und bei der folgenden mctallographischen Untersuchung zeigte sich
keine erkennbar Beschädigung.
Auf einem Träger aus Stahl 1095 mil einem Durchmesser von 2,5 cm, einer Länge von 15 cm und mit
einem halbkugeligen Ende wurde mittels Plasma eine 0,05 bis 0,1 mm dicke Grundschicht aus einer Mischung
aus 80 Gew,-o/o Nickel und 20 Gcw.-% Chrom aufgebracht. Darüber wurde mittels Plasma eine 0,10 bis
0,15 mm dicke Deckschicht aus Aluminiumoxid aufgespritzt. Der überzogene Träger wurde für 8 h unter
Wasserstoff bei 900°C und anschließend für 4 h an Luft bei 800°C wärniebchandelt. Der überzogene Träger
wurde für 428 h bei Temperaturen zwischen 585°C und 6000C in eine Atmosphäre über geschmolzenem Zink
gebracht und zeigte bei der anschließenden Untersuchung keinerlei Anzeichen einer Beschädigung.
Auf vier Proben aus Stahl 1018 wurden mittels Plasma unterschiedliche Mischungen von Materialien aufgesprüht,
wie sie in der folgenden Tabelle aufgeführt sind. Über die 0,05 bis 0,10 mm dicken Grundschichten wurde
mittels Plasma eine 0,11 mm dicke Deckschicht aus Aluminiumoxid aufgebracht. Die doppelt überzogenen
Proben wurden anschließend der Wärmebehandlung für die Reaktion/Diffusion ausgesetzt. An diese Stufe
schloß sich die Voroxydation an, wie in der Tabelle
10
aufgeführt. Die Proben wurden anschließend einer zyklischen Korrosionsprüfung unterworfen, und nach
einer Versuchsdauer von 900 h zeigten die Proben 1, 3 und 4 keinerlei Beschädigung. Der Versuch für die
Probe 2 wurde aus versuchstechnischen Gründen nach 800 h abgebrochen, und die anschließende optische und
mteallographische Untersuchung zeigte keinerlei Anzeichen für eine Beschädigung.
Zusammensetzung der
Grundschicht
Grundschicht
Wärmebehandlung zur Reaktion/Diffusion
Voroxydation
1 | Fe - | Gew.-% | Cr | 5h | bei | 800c | im Vakuum |
Gew.-% | Al | ||||||
2 | Ni - | Gew.-% | Cr | 6h | bei | 800c | unter Wasserstoff |
3 | Ni - | Gew.-% | Al | 4h | bei | 800' | unter Wasserstoff |
4 | Ni -, | Gew.-% | Al | 5h | bei | 800c | im Vakuum |
I- 20 | 'C | ||||||
l· 4 | |||||||
1-20 | 'C | ||||||
1-31 | 1C | ||||||
I- 31 | 'C |
5 h bei 8000C an Luft
2 h bei 8000C an Luft
4 h bei 8000C an Luft
5 h bei 800°C an Luft
Zur Bestimmung der kombinierten Wirkung von äußerlich angreifender Belastung und einer Hochtemperatur-Umgebung
mit geschmolzenem Metall wurde ein doppelt überzogener Gegenstand nach folgendem
Verfahren hergestellt: Die saubere Oberfläche aus einer Rolle aus niedrig legiertem Kohlenstoff-Stahl (Stahl
1080) mit einem Druchmesser von 50 cm und einer Länge von 150 cm, wie etwa eine Ticgelrolle, welche in
der Stahlindustrie verwendet werden, um ein Stahlblech in einem Tiegel mit geschmolzenem Aluminium
untergetaucht zu halten und um die Oberfläche des Stahlstreifens mit Aluminium zu überziehen, wurde
entfettet. Die Oberflüche wurde mittels eines Sandstrahlgebläses
mechanisch aufgerauht unter Verwendung von Aluminiumoxid-Schleifkörncrn mit einer
Korngröße von 0,25 mm. Die Rolle wurde anschließend in eine Maschine gebracht, die das Werkstück mit einer
Geschwindigkeit von 159 U/min drehte, und ein Plasmabrenner mit einer Geschwindigkeit von 8 mm/s
daran vorbeigeführt. Der Plasmabrenner war mit einer Kupferanode ausgestattet und wurde zum Aufsprühen
der Grundschicht verwendet. Als inerte Gasabschirnuing
wurde Argon verwendet, um eine Oxydation des Materials wahrend des Aufsprühens zu verhindern. Das
Grundschichi-Matci'ial wurde als mechanische Mischung zweier Pulver aufgesprüht, numltch %% einer
Legierung «us Eisen-Chrom und 4 Gcw.-% nichilcgier·
los Aluminium. Die Eisen-Chrom-Legicrung bestand aus
80 Gew.-% Eisen und 20 Gew.-% Chrom, Die Dicke der
Orundschichi betrug 0,075 mm.
Aur die oberste Schicht der frisch aufgebrachten
Grundschicht wurde unmittelbar anschließend eine 0,08 mm dicke Deckschicht aus reinem Aluminiumoxid
aufgesprüht. Auch zum Aufbringen dieses Überzuges wurde ein mit einer Kupferanode ausgestatteter
Plasmabrenner verwendet. Die beim Aufbringen der Grundschichi angewandte Rotationsgeschwindigkeit
und Vcrschiebcgeschwlndigkcil des Plasmabrenners wurden auch bein beim Aufbringen der Deckschicht aus
Aluminiumoxyd ungewandt.
Aus 1020 Stahl wurde eine Retorte mit einem Innendurchmesser von 60 cm und einer Longe von
300 cm konstruiert. An einem Ende der Retorte wurden Verbindungsstücke zum Gaseinlaß und zum Durchführen
eines Thermoelementes angebracht. Die Rolle wurde in die Retorte gebracht und an ihren Enden auf
Zapfen gelagert. Anschließend wurde die Retorte dicht verschweißt und auf Leckstellen untersucht. Die Retorte
wurde mit einer Vakuumpumpe evakuiert und zweimal mit Argon gespült, um Sauerstoff aus dem Behälter zu
entfernen. Mit der Rolle wurde die Retorte in einen gasbeheizten Ofen gebracht und reiner Wasserstoff in
die Retorte geleitet, während die Temperatur in dem Ofen auf 8000C gesteigert und für 4 h bei diesem Wert
gehalten wurde, um die Abdichtung der Grundschicht durch Reaktion/Diffusion zu bewirken. Rolle und
Retorte wurden im Ofen auf Raumtemperatur abgekühlt, und die Retorte zur Inspektion geöffnet. Mit
freiem Luftzutritt zu der Rolle wurde die Temperatur im Ofen erneut auf 800"C gebracht, und diese Temperatur
für 4 h aufrechterhalten, um eine Oxyd-Grenzschicht auf den nach außen gerichteten Bereichen der Grundschicht
herzustellen. Anschließend konnte die Rolle auf Raumtemperatur abkühlen, wobei sie eine glatte
Oberfläche aus weißem Aluminiumoxyd zeigte.
so Die Rolle wurde in einem Ofen mit einem
festgeklemmten Glühsiab auf eine Temperatur von 3000C vorgewärmt und anschließend in einer Vorrichtung
installiert, in der kontinuierlich Stahlbleche mit einer Geschwindigkeit von anntthernd 43 m/min mil
ss Aluminium beschichtet wurden. Nach einem Einsatz vor
über 176 h wurde die Rolle untersucht und zeigte keinerlei Verschlechterung. Als Ergebnis dieses Versuches
wurde geschlitzt, duß die Lebensdauer dieser RoIU zumindest über 3S0 h lug. Eine nichtubcr/.ogenc Rollt
Ao aus 1080 Stahl besitzt eine Lebensdauer zwischen T.
und 120 h, bevor sie ersetzt werden muß. Daher kann be
Anwendung des erfindungsgemaßen Verfahrens elm
Steigung der Lebensdauer für eine überzogene Rolle In Vergleich zu einer nicht überzogenen Rolle von 230 bi
ds 300% erwartet werden.
Claims (3)
1. Verfahren zum Beschichten von Metallgegenständen mit einem korrosions- und wärmebeständigen,
doppelschichtigen Überzug, gemäß dem auf den vorbereiteten Gegenstand jeweils mittels Plasmaspritzens
zuerst eine Grundschicht aus wenigstens zwei unterschiedlichen Metallkomponenten und
darauf eine Deckschicht aus Aluminiumoxid aufgebracht und der überzogene Gegenstand anschließend
erhitzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der doppelt überzogene Gegenstand im
Vakuum oder in inerter Atmosphäre einer Wärmebehandlung zur Diffusionsglühung der Grundschicht
ausgesetzt und anschließend bei erhöhter Temperatur unter oxydierend wirkender Atmosphäre gehalten
wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gemäß dem eine Grundschicht aus einer Chromlegierung mit Nickel,
Eisen oder Kobalt als dem einen Bestandteil und eine Deckschicht aus Aluminiumoxid auf den
Gegenstand aufgetragen werden, dadurch gekennzeichnet, daß als zweiter Bestandteil der Grundschicht
Aluminium verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Partialdruck des Sauerstoffs in der oxydierend wirkenden Atmosphäre so niedrig
gehalten wird, daß lediglich ein Bestandteil der Grundschicl'.t an ihrer Außenseite oxydiert wird.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US25545772 | 1972-05-22 | ||
US00255457A US3837894A (en) | 1972-05-22 | 1972-05-22 | Process for producing a corrosion resistant duplex coating |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2325149A1 DE2325149A1 (de) | 1973-12-06 |
DE2325149B2 DE2325149B2 (de) | 1976-12-23 |
DE2325149C3 true DE2325149C3 (de) | 1977-08-11 |
Family
ID=
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