DE2419584C3

DE2419584C3 - Schutzschicht auf einer wassergekühlten Kupferblasform und Verfahren zur Herstellung der Schutzschicht

Info

Publication number: DE2419584C3
Application number: DE19742419584
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Nishinomiya Nakahira (Japan)
Original assignee: Toyo Calorizing Industry Co Ltd
Current assignee: Toyo Calorizing Industry Co Ltd
Priority date: 1973-04-23
Filing date: 1974-04-23
Publication date: 1978-01-19

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schutzschicht auf einer wassergekühlten Kupferblasform bei einem Gebläse-Schachtofen, bestehend aus einer aufgesprühten Zwischenschicht enthaltend eine Metallegierung, und einer auf die Zwischenschicht aufgesprühten Aluminiumoxid- oder Zirkoniumoxid-Deckschicht Eine solche Schutzschicht ist aus der DT-OS 21 27 690 bekannt Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung der Schutzschicht.

Im allgemeinen werden Blasformen, die aus Kupfer oder Kupferlegierungen bestehen und durch die heiße Luft in einen Gebläse-Schachtofen eingeblasen wird, ausschließlich mit Wasser gekühlt. Da jedoch der untere Teil der Blasform in den Gebläse-Schachtofen hineinragt und somit den in dem Ofen herrschenden strengen Bedingungen ausgesetzt ist, ist er infolge Überhitzung durch die Berührung mit Eisenschmelze oder Schlacke besonders zerstörungsanfällig. Folglich können durch das Herauslecken von Wasser, das zur Kühlung der Blasform eingesetzt wird, Explosionsunfälle vorkommen, und außerdem treten Wärmeverluste und eine beträchtliche Verminderung der Abstichmenge durch Herabsetzung der Temperatur im Inneren des Ofens auf. Außerdem ist das Auswechseln der zerstörten Blasform ein gefährlicher Vorgang, der einen großen Arbeits- und Zeitaufwand erfordert. In einem großtechnischen Gebläse-Schachtofen neuerer Art beträgt die Temperatur der in den Ofen eingeblasenen Luft mehr als 1300° C, und außerdem werden Schweröl und Sauerstoff eingeblasen und anspruchsvolle Arbeitsgänge durchgeführt, so daß die Anwendungsbedingungen der Blasform noch strenger werden. Deshalb wird es immer wichtiger, eine Technik zum Verhindern der Zerstörung der Blasformen für Gebläse-Schachtöfen zu entwickeln, insbesondere, wenn es sich um großtechnische Öfen handelt.

Bisher wurden verschiedene Versuche mit einer Blasform gemacht, die durch Auftragen einer Metallschicht 2 auf das Kupfersubstrat 1 der Blasform und Auftragen einer keramischen Deckschicht 3 auf die Metallschicht 2 erhalten wurde, wobei Bezug auf F i g. 1 der Zeichnung genommen wird, die, wie später noch erläutert wird, eine Querschnittansicht durch eine Blasform bekannter Art zeigt. So beschreibt die Zeitschrift »STAL in Deutsch«, 1967, Seite 743, daß mit

einer Zwischenschicht aus Nichrom, Chrom, Molybdän oder Nicke! eine gute Haftung einer Deckschicht aus Aluminiumoxid auf der Fonnoberfläche erreicht wurde, wobei sich mit Nickel als Zwischenschicht die besten Ergebnisse einstellt en.

AIs einigermaßen erfolgreiches Beispiel weiterer Versuche ist eine Blasform bekannt, die aus einem Kupfersubstrat, einer 60 bis 62% Nickel 12 bis 15% Chrom und Rest Eisen, Mangan und Kohlenstoff bestehenden Metallschicht und einer keramischen Deckschicht aus geschmolzenem Aluminiumoxid (AI2O3) zusammengesetzt ist wobei die Dicke der Metallschicht (XOl27 bis 0308 nun, vorzugsweise 0,0508 bis 04778 mm, and die der keramischen Schicht 0,0254 bis 1,016 mm, vorzugsweise 0,127 bis 0,381 mm, beträgt Bei diesem Beispiel besteht die Metallschicht aus Austemtstählen mit dem AlSI-Standard 301,302, 302B, 303,3M, 308,309,310, 316,321, 347 usw, Chromstählen mit dem AJSI-Standard 403,405,406,410,420,430,431, 440A, 440B, 440C, 442, 443, 446, 501, 502 usw, oder reinem Nickel. Allerdings haben diese Metalle keine chemische Affinität gegenüber dem Kupfersubstrat sondern sie werden mechanisch mit dem Substrat verbunden, so daß sie sich leicht von dem Substrat abschälen und für die Praxis nicht sonderlich geeignet sind.

Als keramische Deckschichten auf der Metallschicht sind ferner solche aus Aluminiumoxid, BerylLumoxid, Calciumoxid, Ceroxid, Chromoxid, Chromit, Magnesia, Siliciumdioxid, Strontiumoxid, Zirkonoxid, Zirkonoxidsilikat und dgl. bekannt

Bei diesen Zwischenschichtmaterialien liegt der Ausdehnungskoeffizient (z. B. der Ausdehnungskoeffizient der vorstehend genannten Legierung: etwa 14 bis 15 χ 10~⁶ mm/m · ^CC) zwischen den Ausdehnungskoeffizienten des Kupfersubstrats (Ausdehnungskoeffizient von reinem Kupfer: 163 x 10~⁶ mm/m - ⁰C) und der Keramikschicht (Ausdehnungskoeffizient der Keramik: etwa 7,5 bis 9,0 χ 10-⁶ mm/m - ⁰C). Die Differenz zwischen den Ausdehnungskoeffizienten der metallenen Zwischenschicht und der Keramikschicht ist jedoch in der Praxis beträchtlich groß; deshalb schält sich bei der praktischen Anwendung einer solchen Blasform die Keramikschicht an der beschichteten Oberfläche von der Zwischenschicht ab, so daß die Lebensdauer einer solchen Blasform nicht sehr viel langer ist als die einer Kupferblasform.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, durch die Ausbildung der Zwischenschicht die Standzeiten derartiger, mit einer Schutzschicht versehenen Kupferblasformen für Gebläse-Schachtöfen zu verlängern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zwischenschicht zweitägig ist, bestehend aus einer Schicht einer Legierung auf Nickel- oder Kobaitbasis, die durch einen Zusatz von Silicium und Bor selbstfließend gemacht ist, und einer darauf gesprühten Cermetschicht auf Aluminiumoxid- oder Zirkoniumoxidbasis.

Obgleich schon, wie der bereits diskutierte Stand der Technik zeigt und zu welchem hoch die US-PS 30 91 548 und die CA-PS 6 73 038 hinzuzufügen sind, viele Vorschläge zur Verbesserung der Hafteigenschaften solcher Schutzschichten gemacht worden sind, wurde das Merkmal, das im wesentlichen für den Erfolg der Erfindung verantwortlich ist, zuvor nicht gefunden. Dies besteht darin, daß die untere Lage der Zwischenschicht selbstfließend ist. Unter einer selbstfließenden Legierung wird hier eine solche verstanden, der Silicium und Bor zugesetzt sind. Diese Zusätze wirken in verschiedener Weise. Zum einen wirken sie als »Getter«, die eine Oxidation der Chrom-Nickel-Legierung verhindern.

S Zum anderen bilden sie ein borsilikat-»Glas«, das Oxidationsvorgänge verlangsamt Bor ist dabei in der Hauptsache ein Härter für das Nickel und dient dazu, den Schmelzpunkt der Basislegierung herabzusetzen. Diese Fließzusätze haben außerdem einen Einfluß auf die Viskosität und die Oberflächenspannung der geschmolzenen Legierung. Der Anteil von Bor und Silicium in der Legierung muß sehr sorgfältig eingestellt werden, da kleine Änderungen einen großen Einfluß auf die physikalischen Eigenschaften der Legierung haben.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung im einzelnen erläutert In der Zeichnung ist F i g. 1 eine schematische Querschnittansicht einer

konventionellen Blasform für Gebläse-Schachtöfen und Fig.2 eine schematische Querschnittansicht einer Ausführungsform einer Blasform nach der Erfindung.

Die erfindungsgemäßen Blasformen werden auf folgende Weise hergestellt:

1. Die Oberfläche einer hauptsächlich aus Kupfer bestehenden Blasform wird zunächst mechanisch aufgerauht und dann mit Stahl- oder Aluminiumoxidschleifschlamm abgestrahlt, um eine noch weitergehende Aufrauhung und Reinigung zu bewirken.

2. Eine selbstfließende Legierung auf Nickelbasis, die im wesentlichen aus 65 bis 90 Gew.-% Nickel, 10 bis 35 Gew.-% Chrom, 14 bis 4,5 Gew.-% Silicium und 1,5 bis 44 Gew.-% Bor besteht, oder eine selbstfließende Legierung auf Kobaltbasis, die im wesentlichen aus 40 bis 60 Gew.-% Kobalt, 19 bis 21 Gew. % Chrom, 1,5 bis 4^ Gew.-% Silicium und 13 bis 4,5 Gew.-% Bor besteht und eine kleine Menge an Nickel und Wolfram enthält, wird zur Bildung einer Legierungsschicht auf die Oberfläche der Blasform durch eine Sprühvorrichtung unter Verwendung eines Plasmastrahls oder einer Sauerstoff-Acetylen-Flamme als Wärmequelle aufgebracht.

3. Eines der folgenden drei Cermetpulver wird zur Bildung einer Cermetschicht auf die Oberfläche der erhaltenen Legierungsschicht mit Hilfe einer Sprühvorrichtung unter Verwendung eines Plasmastrahls oder einer Sauerstoff-Acetylen-Flamme als Wärmequelle aufgebracht:

a) ein Cermetpulver auf Basis von Zirkoniumoxid oder Aluminiumoxid, das aus einem Gemisch aus Zirkoniumoxid oder Aluminiumoxid mit einer Reinheit von mehr als 90% und Nickel-Chrom-Legierung mit im wesentlichen 65 bis 90 Gew.-% Nickel und 10 bis 35 Gew.-% Chrom besteht, wobei das Mischungsverhältnis 30 : 70 bis 70 :30 beträgt,

b) ein Cermetpulver auf Basis Zirkoniumoxid oder Aluminiumoxid, das aus einem Gemisch aus

Zirkoniumoxid oder Aluminiumoxid mit einer Reinheit von mehr als 90% und der unter 2. erläuterten selbstfließenden Legierung auf Nickeloder Kobaltbasis besteht, wobei das Mischungsverfto hältnis 30 : 70 bis 70 :30 beträgt,

c) ein Cermetpulver auf Basis Zirkoniumoxid oder Aluminiumoxid, das aus einem Gemisch aus Zirkoniumoxid oder Aluminiumoxid mit einer Reinheit von mehr als 90% und Nickel-Aluminium-Legierung mit im wesentlichen 80 bis 95 Gew.-% Nickel und 20 bis 5 Gew.-% Aluminium besteht, wobei das Mischungsverhältnis 30 : 70 bis 70 :30 beträgt.

4. Zirkoniumoxid oder Aluminiumoxid mit einer Reinheit von mehr als 90% werden zur Bildung einer abschließenden keramischen Deckschicht auf die Oberfläche der erhaltenen Cermetschicht in geeigneter Dicke mit Hilfe einer Sprühvorrichtung unter Verwendung eines Plasmastrahls oder einer Sauerstoff-Acety len-Flamme als Wärmequelle aufgebracht

Eine Kombination von Stoffen für jede Stufe de: vorstehend erläuterten Verfahrens kann wahlweise au; der folgenden Tabelle ausgewählt werden:

Legierungsschicht Cermetschicht

Keramische Deckschicht

Selbstfließende Legierung auf

Ni-Basis

desgl.

Selbstfließende Legierung auf

Co-Basis

desgl.

(Selbstfließende Legierung auf Ni-Basis + Zirkoniumoxia) Zirkoniumoxid

(Selbstfließende Legierung auf Ni-Basis +Aluminiumoxid)

(Ni-Cr-Legierung + Zirkoniumoxid)

(Ni-Cr-Legierung+Aluminiumoxid)

(N'i-Ai-Legierung + Aluminiumoxid)

(Selbstfließende Legierung auf Co-Basis+Zirkoniumoxid)

(Selbstfließende Legierung auf Co-Basis+ Aluminiumoxid) (Ni-Al-Legierung + Aluminiumoxid)

Aluminiur loxid Zirkoniumoxid Aluminiumoxid Aluminiumoxid Zirkoniumoxid

Aluminiumoxid Aluminiumoxid

Den Aufbau der erfindungsgemäßen Blasform zeigt F i g. 2 der Zeichnung. In dieser bedeutet 1 das Kupfersubstrat, 5 die selbstfließende Legierungsschicht, 4 die Cermetschicht und 3 die keramische Deckschicht

Ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, daß selbstfließende Legierungen, bei denen Silicium und Bor zu der hitzebeständigen Hauptlegierung auf Nickel- oder Kobaitbasis, wie sie vorstehend erläutert ist, zugesetzt sind, um die Legierung selbstfließend zu machen, als die auf das Kupfersubstrat aufzusprühende Legierung verwendet werden.

Wenn eine hitzebeständige Legierung, die kein Silicium und Bor enthält, wie es gemäß dem Stand der Technik der Fall ist, auf das Kupfersubstrat aufgesprüht wird, werden während des Sprühverfahrens auf der mit Legierung beschichteten Oberfläche Metalloxide und eine daraus resultierende Legierungsschicht gebildet, so daß die Eigenschaften der Legierungsschicht selbst verlorengehen. Außerdem haftet die Legierung an dem Kupfer nur durch eine mechanische Verbindung, so daß die Bindefestigkeit gering ist und sich die Legierung leicht von dem Kupfersubstrat abschälen kann.

Wenn im Gegensatz dazu die selbstfließende, Silicium und Bor enthaltende Legierung nach der Erfindung auf das Kupfersubstrat aufgesprüht wird, liegen Metalloxide in der mit Legierung beschichteten Oberfläche und der erhaltenen Legierungsschicht nur in geringer Menge vor, und die Legierungsschicht ist auch mit hoher Bindefestigkeit an das Substrat gebunden und schält sich schwer ab. Diese Tatsache 'äßt sich durch die folgenden Gründe erklären: Da Silicium und Bor Metalle sind, die bei erhöhter Temperatur stark reduzierend wirken, wenn das Kupfer und die den Hauptbestandteil der selbstfließenden Legierung bildenden Komponente unter Bildung von Oxiden oxidiert werden, werden diese gebildeten Oxide durch das Silicium und das Bor unverzüglich zu den Metallen reduziert, und gleichzeitig werden Silicium und Bor entsprechend oxidiert Diese beiden letzteren Oxide bilden ein eutektisches Oxid mit einem Schmelzpunkt, der niedriger ist als der eines jeden Oxids selbst, so daß sie auf der Oberfläche der Legierungsschicht zerfließen, was zur Folge hat, daß nur geringe Mengen an Metalloxiden in der legierungsbeschichteten Oberfläche und der Legierungsschicht vorliegen. Mit anderen Worten: Wenn entweder Silicium oder Bor verwendet werden, so trägt das jeweils eingesetzte Element zur Reduktion der Metalloxide bei, jedoch hat das erhaltene Silicium- oder Boroxid einen höheren Schmelzpunkt und zerfließt nicht auf der Oberfläche der Legierungsschicht so daß in dieser Schicht und in der legierungsbeschichteten Oberfläche ein Oxid vorhanden ist und außerdem die Eigenschaften der Legierungsschicht und der legierungsbeschichteten Oberfläche verlorengehen.

Der Grund, warum die Verbindung zwischen dem Kupfersubstrat und der selbstfließenden. Silicium und Bor enthaltenden Legierung sehr viel besser ist als die zwischen einem Kupfersubstrat und einer hitzebeständigen Legierung, die kein Silicium und Bor enthält, ist offenbar auf die Tatsache zurückzuführen, daß der Schmelzpunkt der selbstfließenden Legierung niedriger ist und im Bereich von 1020 bis 1100⁰C liegt Außerdem können Silicium und Bor leicht intermetallische Verbindungen nicht nur mit Nickel, Chrom, Kobalt usw. eingehen, die die hitzebeständige Legierung bilden, sondern auch mit dem Kupfersubstrat und die Bindung zwischen den beiden intermetallischen Verbindungen ist sehr viel fester als die zwischen Kupfer und der hitzebeständigen Legierung. So bewirkt offenbar die Gegenwart von Silicium und Bor, daß die Bindung zwischen dem Kupfersubstrat und der hitzebeständiger Legierung fester wird.

Wenn bei der praktischen Anwendung die Blasform nach der Erfindung in den Gebläse-Schachtofer einmontiert und der erhöhten Ofentemperatur ausgesetzt wird, diffundiert die selbstfließende Legierungsschicht sowohl in das Kupfersubstrat als auch in die Cermetschicht und bildet metallurgische Bindungen, se daß die Bindefestigkeit beträchtlich gröBer wird.

Die zuzusetzenden Mengen an Silidum und Bo betragen vorzugsweise jeweils 1,5 bis 4,5 Gew.-% Wenn die Menge kleiner als 1,5% ist, nimmt dk Metalloxidmenge in der Legienmgsschicht und dei legierungsbeschichteten Oberfläche zu, während dk Ausbildung intermetallischer Verbindungen mit Sflidun und Bor abnimmt und außerdem der Schmelzpunkt dei Legierungsschicht hoch ist, so daS die mechanische Verbindung unzureichend ist und die Legkrungsschichi sich leicht von dem Kupfersubstrat abschälen kann Wenn dagegen die Menge mehr als 4,5% beträgt werden die Eigenschaften der Legierungsschicht sdbsi

schlechter, und der Schmelzpunkt sinkt zu stark ab, so daß die Hitzebeständigkeit gering ist.

Ein weiteres wichtiges Merkmal der Erfindung ist die Ausbildung einer Cermetschicht auf der selbstfließenden Legierungsschicht. Erfindungsgemäß wird nämlich Zirkoniumoxid oder Aluminiumoxid als hitzebeständige Substanz mit einer selbstfließenden Legierung auf Nickel- oder Kobaltbasis, mit Nickel-Chrom-Legierung, Nickel-Aluminium-Legierung od. dgl. als Bindemittel vermischt, und das erhaltene Gemisch wird auf die selbstfließende Legierungsschicht in geeigneter Dicke mit Hilfe einer Sprühvorrichtung unter Verwendung eines Plasmastrahls oder einer Sauerstoff-Acetylen-Flamme als Wärmequelle zur Ausbildung einer Cermetschicht aufgesprüht

Bei den bekannten Blasformen wird eine Keramikschicht auf einer lediglich hitzebeständigen Legierung ausgebildet die sich von der erfindungsgemäßen selbstfließenden hitzebeständigen Legierung auf die vorstehend erläuterte Weise unterscheidet und die sich in der Praxis als nicht sonderlich geeignet erwiesen hat Außerdem wird ein Metall mit einem Ausdehnungskoeffizienten, der zwischen den Ausdehnungskoeffizienten des Kupfersubstrats und der keramischen Deckschicht liegt, zur Ausbildung einer Metallschicht auf das Kupfersubstrat aufgesprüht, jedoch ist der Unterschied zwischen dem Ausdehnungskoeffizienten der Metallschicht (etwa 14,0 χ 10-«) und dem der keramischen Deckschicht (7,7 bis 8,8 χ 10-⁶) sehr groß, so daß die Bindungsfläche zwischen den beiden Schichten beträchtlich schwankt und es sehr schwierig wird, ein Abschälen der keramischen Deckschicht von der Metallschicht zu verhindern.

Erfindungsgemäß wird jedoch ein Gemisch aus Zirkoniumoxid oder Aluminiumoxid als hitzebeständiger keramischer Substanz und einer der vorstehend genannten Legierungen als Bindemittel in einem Mischungsverhältnis von 30 :70 bis 70 :30 eingesetzt Dieses Bindemittel kann sich nicht nur fest mit der selbstfließenden Legierungsschicht, sondern auch mit der hitzebeständigen keramischen Substanz verbinden. Deshalb hat die erhaltene Cermetschicht eine ausgezeichnete mechanische Festigkeit, Oxidations- und Wärmeschockbeständigkeit sogar bei über 1000° C liegenden Temperaturen.

Erfindungsgemäß wird ein keramischer Überzug als Deckschicht auf der Cermetschicht ausgebildet Der thermische Ausdehnungskoeffizient der Cermetschicht ist kleiner als der der selbstfließenden Legierungsschicht und größer als der der keramischen Deckschicht Außerdem ändert sich der thermische Ausdehnungskoeffizient von einer Schicht zur anderen allmählich, im Gegensatz zu der starken Änderung bei den bekannten Strukturen mit nur der Metallschicht und der keramischen Deckschicht, so daß das Abschälen der kerami- sehen Deckschicht infolge des Unterschiedes zwischen dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Cermetschicht und dem der keramischen Deckschicht ganz besonders beachtlich herabgesetzt werden kann. Darin besteht das weitere wichtige Merkmal der Erfindung. Die Keramik, die für die keramische Deckschicht eingesetzt wird, ist zweckmäßigerweise von derselben Qualität wie die hitzebeständige Substanz der Cermetschicht, so daß, wie vorstehend erläutert, hauptsächlich Zirkoniumoxid oder Aluminiumoxid zum Einsatz gelangen.

Die Dicke der selbstfließenden Legierungsschicht beträgt 50 bis 150 μιη, vorzugsweise 70 bis 130 μιη, am zweckmäßigsten etwa 100 μιη. Die Cermetschicht hat dieselbe Dicke wie die selbstfließende Legierungsschicht, wobei eine Dicke von etwa 100 μιη am vorteilhaftesten ist. Die Dicke der keramischen Deckschicht beträgt vorzugsweise 100 bis 300 μπι.

Die Dicken dieser drei Schichten sind aus den folgenden Gründen auf die vorstehend angegebenen Bereiche beschränkt: Die selbstfließende Legierungsschicht und die Cermetschicht sind nämlich Überzüge zum Verbessern der Haftung mit der nächstfolgenden Schicht, so daß sie dünner gehalten werden können. Wenn jedoch die Dicke zu gering ist, vermitteln sie keine ausreichende Wärmeschockbeständigkeit. Deshalb müssen sie ausreichend dick sein, um den Wärmeschock zu dämpfen. Aus diesen Gründen hat sich herausgestellt, daß die Dicke dieser Schichten mindestens 50 μπι und höchstens 150 μπι betragen sollte.

Die keramische Deckschicht ist für Hitzebeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Oxidationsbeständigkeit erforderlich, so daß ihre Dicke notwendigerweise mindestens 100 μηι betragen sollte, damit diese Anforderungen erfüllt sind. Wenn jedoch die Gesamtdicke der genannten drei Schichten sehr groß ist, können sie sich von dem Kupfersubstrat abschälen, so daß in allen Fällen aus Sicherheitsgründen die Gesamtdicke nicht mehr als 600 μιη betragen sollte, woraus sich ergibt, daß die keramische Deckschicht eine Dicke von höchstens 300 μιη haben sollte.

Bei allen Aufsprühstufen ist es aus den folgenden beiden Gründen äußerst angebracht, das Plasmastrahlverfahren anzuwenden:

1. Bei dem Plasmastrahlverfahren wird ein Inertgas, wie Stickstoff, Argon, Helium od. dgl, als Arbeitsgas verwendet, so daß die aufzusprühenden Stoffe und die Oberfläche des Kupfersubstrats während des Aufsprühens nicht oxidiert werden.

2. Die Temperatur der Wärmequelle ist bei der Plasmastrahlanlage beträchtlich höher als bei einer Pulversprühanlage unter Verwendung einer Sauerstoff-Acetylen-Flamme (die der ersteren beträgt gewöhnlich 8500 bis 10000⁰C, während die der letzteren maximal 3000° C beträgt), so daß die aufzusprühenden Stoffe vollständig geschmolzen werden. Außerdem ist bei dem Plasmastrahlverfahren die Aufsprühgeschwindigkeit höher (annähernd Schallgeschwindigkeit), so daß die kinetische Energie der aufgesprühten geschmolzenen Teilchen größer wird. Dadurch wird nicht nur die Bindefestigkeit zwischen dem Überzug zu der Substratoberfläche, sondern auch die Bindekraft zwischen den den Überzug bildenden Teilchen beträchtlicher gesteigert, als es bei dem Sauerstoff-Acetylen-Verfahren der Fall ist Außerdem kann die Porosität auf wenige Prozent eingeschränkt werden.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines Beispiels im einzelnen erläutert

Beispiel

Kupferblasformen üblicher Bauart wurden auf Wärmeschockbeständigkeit untersucht

Wärmeschocktest:

Die Blasformen wurden auf etwa 800° C erhitzt und dann abgeschreckt (z.B. mit Wasser gekühlt). Dieser Vorgang wurde wiederholt

Versuchsergebnisse

Bei der konventionellen Blasform, wie sie in F i g. 1 der Zeichnung dargestellt ist und bei der das Substrat 1

aus Kupfer, die Metallschicht aus Nickelaluminid, Austenitstahl oder Chromstahl und die keramische Deckschicht aus Aluminiumoxid bestand, trat bereits nach zweimaliger Durchführung des Tests teilweises Abschälen auf.

Auf der anderen Seite trat bei den folgenden vier Blasformen der Erfindung mit dem in F i g. 2 der Zeichnung dargestellten Aufbau auch nach 8maliger Wiederholung des Tests kein Abschälen auf, so daß der Versuch nach 8maliger Wiederholung abgebrochen wurde.
Blasform A:

Diese bestand aus dem Kupfersubstrat, der selbstfließenden Legierungsschicht auf Nickelbasis, der Cermetschicht auf Aluminiumoxidbasis, die selbstfließende Legierung auf Nickelbasis enthielt, und der Aluminiumoxiddeckschicht.
Blasform B:

Diese bestand aus dem Kupfersubstrat, der selbstfließenden Legierungsschicht auf Nickelbasis, der Cermetschicht auf Zirkoniumoxidbasis, die selbstfließende Legierung auf Nickelbasis enthielt, und der Zirkoniumoxiddeckschicht-Blasform C:

Diese bestand aus dem Kupfersubstrat, der selbstfließenden Legierungsschicht auf Kobaltbasis, der Cermetschicht auf Aluminiumoxidbasis, die selbstfließende Legierung auf Kobaltbasis enthielt, und der Aluminiumoxiddeckschicht.

Blasform D:

Diese bestand aus dem Kupfersubstrat, der selbstfließenden Legierungsschicht auf Kobaltbasis, der Cermetschicht auf Zirkoniumoxidbasis, die selbstfließende Legierung auf Kobaltbasis enthielt,

und der Zirkoniumoxiddeckschicht.
Die Blasformen für Gebläse-Schachtöfen der Erfindung sind besonders wirkungsvoll bei Heißlufttemperaturen von mehr als 1300⁰C. In der Tat beträgt die ίο durchschnittliche Lebensdauer von konventionellen, nichtbeschichteten Kupferblasformen etwa vier Monate, während die Lebensdauer der erfindungsgemäßen Blasformen mehr als sechs Monate beträgt. Daraus ergibt sich eine beträchtliche Verbesserung der Produktivität der Gebläse-Schachtöfen.

Bei einem gebräuchlichen Hochofen für die Eisen- und Stahlerzeugung mußten 40 Blasformen alle vier Monate durch neue ersetzt werden, gleichgültig, ob sie noch intakt waren oder nicht Darüber hinaus ist auch während dieser Zeit die Gefahr der Zerstörung der Blasformen stets gegeben, und in einem solchen Fall müssen die zerstörten Blasformen durch neue ersetzt werden.

Wenn dagegen erfindungsgemäße Blasformen eingesetzt werden, so treten innerhalb der Benutzungszeit der Blasformen von vier Monaten, nach der sie ausgewechselt werden, keinerlei Beschädigungen an den Blasformen mehr auf, woraus sich ein beträchtliches wirtschaftliches Verdienst der Erfindung ergibt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schutzschicht auf einer wassergekühlten Kupferblasform bei einem Gebläse-Schachtofen, beste- s hend aus einer aufgesprühten Zwischenschicht, enthaltend eine Metallegierung, und einer auf die Zwischenschicht aufgesprühten Ahiminiumoxkl·- oder Zirkoniumoxid-Deckschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht zweila- gig ist, bestehend aus einer Schicht einer Legierung auf Nickel- oder Kobaltbasis, die durch einen Zusatz von Silizium und Bor selbstfiießend gemacht ist, und einer darauf gesprühten Cennetschicht auf Aluminiumoxid- oder Zirkoniumoxidbasis besteht ι s

2. Schutzschicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die selbstfließende Legierung auf Nickelbasis aus 65 bis 90 Gtw.-% Nickel 10 bis 35 Gew.-% Chrom, 1,5 bis 43 Gew.-% Silicium und 13 bis 44 Gew.-% Bor besteht-

3. Schutzschicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die selbstfließende Legierung auf Kobaltbasis aus 40 bis 60 Gew.-% Kobalt, 19 bis 21 Gew.-% Chrom, 13 bis 43 Gew.-% Silicium, 13 bis 43 Gew.-% Bor und einer kleinen Menge an Nickel und Wolfram besteht.

4. Schutzschicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zirkoniumoxid- oder Aluminiumoxid-Cermetschicht aus einem Gemisch aus Zirkoniumoxid oder Aluminiumoxid mit einer Reinheit von mehr als 90% und einer im wesentlichen aus 65 bis 90 Gew.-% Nickel und 10 bis 35 Gew.-% Chrom bestehenden Nickel-Chrom-Legierung bei einem Mischungsverhältnis von 30 :70 bis 70:30 besteht.

5. Schutzschicht nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zirkoniumoxidoder Aluminiumoxid-Cermetschicht aus einem Gemisch aus Zirkoniumoxid oder Aluminiumoxid mit einer Reinheit von mehr als 90% und der selbstfließenden Legierung auf Nickelbasis oder der selbstfließenden Legierung auf Kobaltbasis bei einem Mischungsverhältnis von 30 : 70 bis 70 :30 besteht.

6. Schutzschicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zirkoniumoxid- oder Aluminiumoxid-Cermetschicht aus einem Gemisch aus Zirkoniumoxid oder Aluminiumoxid mit einer Reinheit von mehr als 90% und einer im wesentlichen aus 80 bis 95 Gew.-% Nickel und 20 bis 5 Gew.-% Aluminium bestehenden Nickel-Aluminium-Legierung bei einem Mischungsverhältnis von 30.70 bis 70:30 besteht.

7. Schutzschicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht eine Reinheit von mehr als 90% aufweist.

8. Schutzschicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der selbstfließenden Legierungsschicht auf Nickel- oder Kobaltbasis 50 bis 150μηι, vorzugsweise 70 bis 130, am zweckmäßigsten etwa 100 μίτι, beträgt.

9. Schutzschicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Zirkoniumoxidoder Aluminiumoxid-Cermetschicht 50 bis 150 μιη, vorzugsweise 70 bis 130 μπι, am zweckmäßigsten etwa 100 μιη, beträgt.

10. Schutzschicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Deckschicht 100

bis 300 μιη beträgt

11. Verfahren zur Herstellung einer Deckschicht nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet daß die Oberfläche einer aus Kupfer oder Kupferlegierung bestehenden Blasform aufgerauht wird, daß auf dieser Oberfläche zur Ausbildung einer selbstfliefienden Legierungsschicht eine selbstfließende Legierung auf Nickel- oder Kobaltbasis aufgesprüht wird, daß auf diese selbstflieBende Legierungsschicht zur Ausbildung einer Cennetschicht ein Cermetpulver auf Zirkoniumoxid- oder Aluminiumoxidbasis aufgesprüht wird und daß dann auf diese Cennetschicht zur Ausbildung einer keramischen Deckschicht Zirkoniumoxid oder Aluminiumoxid mit einer Reinheit von mehr als 90% aufgesprüht wird, wobei jeweils das Aufsprühen unter Anwendung eines Plasmastrahls oder mit einer Sauerstoff-Acetylen-Flamme als Wärmequelle vorgenommen wird.