DE2654697C3

DE2654697C3 - Überzugszusammensetzung für eine Metalloberfläche und Verfahren zur Aufbringung

Info

Publication number: DE2654697C3
Application number: DE19762654697
Authority: DE
Inventors: William Henry Nottingham Coxon (Grossbritannien)
Original assignee: International Paint Ltd; Rolls Royce PLC
Current assignee: International Paint Ltd; Rolls Royce PLC
Priority date: 1975-12-03
Filing date: 1976-12-02
Publication date: 1980-07-31
Also published as: DE2654697A1; GB1513260A; FR2333843A2; DE2654697B2; IT1124734B; FR2333843B2

Description

Die Erfindung betrifft eine korrosionsfeste Überzugszusammcnsetzung für eine Metalloberfläche, bc-

stehend aus einer innigen Mischung von feinverteilten Aluminiumpartikeln, pulverisierter Glasfritte und thermisch zersetzbarem, organischem Kunstharzbinder mit geringen Zersetzungsrückständen,

Durch die US-PS 2900276 ist eine Überzugszusammensetzung aus einer Mischung von Metallpulver mit maximal 70% Aluminiumpulver und einer Glasfritte bekannt, die auf eine Oberfläche aufgebracht und bei einer Temperatur über der Schmelztemperatur des Aluminiums eingebrannt wird. Demgemäß schmelzen die Aluminiumpartikel und werden mit anderen Bestandteilen kombiniert, wodurch ein kontinuierliches Netzwerk von Aluminium mit eingestreuten Keramikpartikeln erzeugt wird.

Aus der FR-PS 1400761 sind Überzugszusammensetzungen bekannt, die unter der Schmelztemperatur der Metallkommponente eingebrannt werden, wobei auch ein Zusatz von Chromaten als Korrosionsschutzmittel vorgesehen ist. Diese bekannte gesinterte Metali-Glaszusammensetzung, die aus einer Aluminiummatrix mit Glasfasern besteht, erfordert eine Verdichtung und beträchtliche Drücke für den Sintervorgang. Außerdem lassen sich auf diese Weise kompliziert geformte Oberflächen nicht oder nur schwer überziehen.

Es ist ferner aus der DE-OS 2222754 ein Mittel aus Aluminiumpulver und einer üblichen Fritte zusammen mit einem Kohlenstoff liefernden Bindemittel zur Herstellung elektrisch leitender Schichten durch Aufbrennen bei einer Temperatur über dem Schmelzpunkt von Aluminium bekannt. Diese Überzugszusammensetzung ist zur Benutzung bei der Herstellung gedruckter Schaltungen vorgesehen, und das Aluminium- und Glasmaterial scheiden sich in zwei getrennten Schichten ab, was eine Korrosionsfestigkeit nicht begründen kann, die jedoch im Falle gedruckter Schaltungen auch nicht erforderlich ist.

Die bekannten Überzugszusammensetzungen, die zum Korrosionsschutz von Metalloberflächen eingesetzt werden, erweisen sich jedoch dann als unbefriedigend, wenn diese Metalloberflächen extremen Temperatur- und Abriebbedingungen ausgesetzt sind. Derartige Bedingungen treten beispielsweise im Hochdruckkompressor eines Gasturbinenstrahltriebwerkes auf, und die hierbei an den Schaufeln auftretenden Temperaturen können oft höher sein als die Entmischungstemperatur, oder sogar höher als die höchste Temperaturwiderstandsfähigkeit der verwendeten Kunststoffbinder. Die Erosionsbeanspruchung ist im Kompressorabschnitt insbesondere deshalb sehr groß, weil von der Luft mitgetragene Partikel die Schaufeln bombardieren, und diese Partikel am Triebwerkseinlauf nicht ausgefiltert werden können.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Überzugszusammensetzung zum Aufbringen auf eine Metalloberfläche zu schaffen, die diese Oberfläche einerseits gegen Korrosion und andererseits gegen Erosion selbst unter extremen Temperaturbedingungen, wie sie insbesondere bei Gasturbinentriebwerken auftreten, zu schützen.

Gemäß der Erfindung wird die gestellte Aufgabe gelöst durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruchs I angegebene Zusammensetzung. Es hat sich gezeigt, daß die neuartige Zusammensetzung in den Gewichtsverhiiltnissen von Aluminiumpartikcln und Glasfrittepartikeln ein wichtiger Faktor in bezug auf das Korrosionsschutzverhalten des Überzugs ist.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Über-

zugszusammensetzung ergeben sich aus den Unteranspriichen 2 bis 8,

Die Erfindung bezieht sich weiter auf ein Verfahren zum Aufbringen eines hitzebeständigen Schutzüberzuges auf eine Metalloberfläche, wobei die Metalloberfläche mit einer innigen Mischung aus feinverteilten Aluminiumpartikeln, pulverisierter Glasfritte und thermisch zersetzbarem, organischem Kunstharzbinder mit geringen Zersetzungsrückständen überzogen wird und die überzogene Metalloberfläche in Luft erhitzt wird, wobei die Temperatur genügend hoch ist, um den organischen Kunstharzbinder auszubrennen und die Glasfritte zu schmelzen.

Verfahrensmäßig wird die gestellte Aufgabe gelöst durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 9 angegebenen Merkmale. Auf diese Weise läßt sich auch bei kompliziert gestalteten Werkstücken, beispielsweise bei Kompressorschaufeln eines Gasturbinenstrahltriebwerks ein zuverlässiger, korrosionsfester und erosionsfesisr Überzug auf relativ einfache Weise -^υ aufbringen, weil für das Auftragen übermäßig hohe Drücke, wie sie beispielsweise für den Sintervorgang erforderlich sind, entfallen können.

Das Auftragen der erfindungsgemäßen Überzugszusammensetzung kann durch Aufbürsten, durch -³ Tauchen oder auch durch Sprühen erfolgen. Dabei kann ein geeignetes Lösungsmittel zugegeben werden, um zu gewährleisten, daß die Zusammensetzung eine Viskosität erhält, die für das jeweils zur Anwendung kommende Verfahren geeignet ist. *>

Die Wärmebehandlung der metallischen Oberfläche nach Überziehen mit der Überzugszusammensetzung wird durcb die SchmdzchatiJaeristik der jeweiligen Glasfritte bestimmt, die in der Oberzugszusammensetzung benutzt wird. Es hai sich gezeigt, daß ^J3 dann, wenn die Glasfritte auf einer Mischung von Oxiden von Natrium, Bor, Kalium, Lithium, Antimon und Zinn besteht, die Erhitzung der überzogenen Metalloberfläche bei einer Temperatur von 190° C±5° C für eine Stunde mit einer zweistündigen daran an- "' schließenden Wärmebehandlung bei 560° C±5° C ausreicht, um den Kunstharzbinder auszubrennen und die Fritte zu schmelzen. Wenn es jedoch nicht erj wünscht ist, die Fritte unmittelbar nach dem Überziehen zu schmelzen, kann die überzogene Oberfläche ^l> bei einer Temperatur wärmebehandelt werden, die genügend groß ist, um das Lösungsmittel aus dem Kunstharzbinder zu entfernen. Der so behandelte Überzug wäre infolgedessen widerstandsfähig gegenüber einer Beschädigung bei der Behandlung. ><·

Es hat sich gezeigt, daß dann, wenn der Überzug einen Binder aus Polymethacrylsäureester aufweist, die Wärmebehandlung während einer Stunde bei 190° C±5° C ausreicht, um das Lösungsmittel aus dem Kunstharz zu verdampfen. "·5

Vorzugsweise wird die metallische Oberfläche, die mit dem überzug gemäß der Erfindung versehen werden soll, durch Sandstrahlgebläse gereinigt, und zwar mit 120/220 grade Aluminiumoxidpartikeln, bevor der Überzug aufgebracht wird, um eine gute Verbin- ^b" dung zwischen dem Überzug und der Oberfläche zu gewährleisten. Wenn ein solcher Sandstrahlvorgang nicht möglich ist, wie beispielsweise bei plattierten Oberflächen, dann wird die Oberfläche vorzugsweise chemisch geätzt, bevor der Überzug aufgebracht wird,

Nachstehend wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels veranschaulicht:

Eine Mischung, welche die folgenden Bestandteile enthielt, wurde in einer Kugelmühle 24 Stunden lang bearbeitet:

Kunstharzbinder, bestehend aus einer
40%igen Lösung von Polymethacrylsäureester in Xylol 90 g Methylcyclohexanon-Lösungsmittel 200 g Glasfritte, bestehend aus einer Mischung
von Oxiden von Natrium, Bor, Kalium,
Lithium und Antimon 25 g Glasfritte, bestehend aus einer Mischung
von Oxiden des Natriums, Bor, Kalium,
Lithium, Antimon und Zinn 25 g Bariumchromat 2,5 g Strontiumchromat 2,5 g Chromoxid 5 g

300 g von 400 grade Aluminiumpulver (Partikelgröße zwischen 5 bis 10 μπι) wurde dann hinzugefügt und die gesamte Charge eine weitere Stunde lang gemahlen. Die so erzeugte Überzugszusammensetzung wurde dann aus der Mühle entfernt und die Viskosität unter Zuhilfenahme von Methylcyclohexanon eingestellt, bis sie in dem Bereich von 20 bis 25 Sek. (nach dem B.S.Typ 3 Viscosimeter) bei 20" C lag.

Ein 12 %iges Chromstahlprüfstück wurde dann zum Überziehen mit der so erzeugten Zusammensetzung vorbereitet, indem es in Trichloräthylendampf entfettet und danach mit 120/229 grade Aluminiumoxidpartikeln sandgestrahlt wurde.

Dann wurde eine Lage der Überzugszusammensetzungauf den Prüfkörper mit einer Spritzpistole aufgesprüht, die bei einem Druck von etwa 1,72 bar arbeitete. Nach Trocknung der ersten Schicht wurde eine zweite ähnliche Schicht in gleicher Weise aufgebracht.

Nachdem die zweite Schicht an der Luft getrocknet war, wurde der Prüfkörper in einem Ofen eine Stunde lang bei 190° C ±5° C erhitzt, um das Lösungsmittel zu entfernen. Dann wurde die Temperatur auf 560° C±5° C erhöht und auf dieser Temperatur zwei Stunden lang gehalten, um den Kunstharzbinder auszubrennen und die Glasfritte zu schmelzen.

Nach der Abkühlung wurde der Prüfkörper untersucht und es zeigte sich, daß der Überzug hart war, eine elektrische Leitfähigkeit besaß und eine Oberflächenbeschaffenheit mit Rauigkeitserhebungen zwischen 0,62 und 0,89 μηι und eine Dicke zwischen 0,038 mm und 0,055 mm besaß. Dann wurde der Prüfkörper einem Korrosionsversuch mit zehn Zyklen ausgesetzt, wobei in jedem Zyklus eine Erhitzung des Piüfkörpers während zweier Stunden auf 450° C in trockener Hitze erfolgte, wonach der Prüfkörper einer Salzbesprühung bei Raumtemperatur über 22 Stunden ausgesetzt wurde. Dann wurde der Prüfkörper wiederum untersucht und es zeigte sich, daß keine Korrosion erkennbar war.

Da Überzüge, die gemäß der Erfindung erzeugt werden, eine geschmolzene Giasmatrix aufweisen, ist ersichtlich, daß solche Überzüge gegenüber Abrieb widerstandsfähiger sind als Überzüge, die eine relati" weiche und dem Abrieb ausgesetzte Kunstharzmatrix aufweisen.

Claims

Patentansprüche;

1. Überzugszusammensetzung, bestehend aus einer innigen Mischung von feinverteilten Aluminiumpartikeln, pulverisierter Glasfritte und thermisch zersetzbarem, organischem Kunstharzbinder mit geringen Zersetzungsrückständen, dadurch gekennzeichnet, ds.3 die Zusammensetzung 60 bis 78 Gew.-% feinverteilte Aluminiumpartikel, 10 bis 22 Gew.-% Glasfritte und 10 bis 25 Gew.-% Kunstharzbinder enthält, wobei das Gewichtsverhältnis von Aluminiumpartikeln zu Glasfritte im Bereich zwischen 3:1 und 6:1 liegt.

2. Überzugszusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie bis zu 5 Gew.-% eines oder mehrerer Chromate enthält.

3. Überzugszusammensetzung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aiuminiumparlikei eine Teilchengröße im Bereich zwischen 5 bis 10 (im aufweisen.

4. Überzugszusammensetzung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfritte eine Teilchengröße von weniger als 20 μπι Durchmesser aufweist.

5. Überzugszusammensetzung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfritte aus einer Mischung der Oxide von Natrium, Bor, Kalium, Lithium, Antimon und Zinn besteht.

6. Überzugszusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich einen organophilen, kationmodifizierten Ton enthält.

7. Überzugszusammensetzung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der organophile, kationmodifizierte Ton Dimethyl-dioktadecyl-ammoniummontmorillonit ist.

8. Überzugszusammensetzung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der organische Kunstharzbinder ein Polymethacrylsäureester ist.

9. Verfahren zur Aufbringung eines hitzebeständigen Schutzüberzuges auf eine Metalloberfläche, wobei die Metalloberfläche mit einer innigen Mischung aus fcinvertcilten Aluminiumpartikeln, pulverisierter Glasfritte und thermisch zersetzbarem, organischem Kunstharzbinder mit geringen Zcrsctzungsrückstündcn überzogen wird und die überzogene Metalloberfläche in Luft erhitzt wird, wobei die Temperatur genügend hoch ist, um den organischen Kunstharzbinder auszubrennen und die Glasfritte zu schmelzen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischung aus 60 bis 78 Gcw.-% feinverteilten Aluminiumpartikcln, 10 bis 22 Gew.-% Glasfritte und 10 bis 25 Gew.-% Kunstharzbinder verwendet wird, wobei das Gewichtsvcrhültnis zwischen Aluminiumpartikcln und Glasfritte im Bereich /wischen 3:1 und 6:1 liegt.