DE2809709B2

DE2809709B2 - Verfahren zur Herstellung eines mindestens eine Keramikschicht aufweisenden Schutzüberzugs für thermisch hochbelastete Bauteile, insbesondere Waffenkomponenten

Info

Publication number: DE2809709B2
Application number: DE19782809709
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dipl.-Phys. 8000 Muenchen Bilgram; Heinz 8013 Ottendichl Huber; Rolf Dr.-Ing. 8019 Glonn Meistring
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1978-03-07
Filing date: 1978-03-07
Publication date: 1981-02-19
Also published as: DE2809709C3; GB2016361B; GB2016361A; FR2419264A1; DE2809709A1; FR2419264B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines mindestens eine Keramikschicht aufweisenden Schutzüberzugs mit wärmedämmenden Eigenschaften und einem Haftvermögen an einem Untergrund bei mechanischer Eigenfestigkeit für thermisch hochbelastete Bauteile, insbesondere Waffenkomponenten, wobei zur Bildung der Keramikschicht ein thermisches Spritzverfahren angewandt wird.

Es ist u.a. aus »Werkstoffe und Korrosion«, 1960, Heft 10, Seite 611, bekannt, einschichtige keramische Schutzüberzüge in Rede stehender Zweckbestimmung mit Hilfe eines thermischen Spritzverfahrens unmittelbar auf die zu schützende Bauteiloberfläche aufzubringen.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, ein Verfahren zu entwickeln, das auf einfache und billige Weise die Herstellung von mindestens eine Keramikschicht aufweisenden Schutzfiberzügen gewährleistet, die bezüglich Wärmedämmung, Haftvermögen am Unter· grund und mechanischer Eigenfestigkeit dem vorbeschriebenen bekannten Schutzüberzug überlegen und im Vergleich zu letzteren bedarfsweise auch merklich leichter nachbearbeitbar sind.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß auf einem auflösbaren Formteil zeitlich nacheinander zunächst eine Metallschicht und/oder die Keramikschicht, sodann eine oder mehrere Cermet-Schichten mit kontinuierlich oder schichtweise abnehmendem Keramikanteil und schließlich noch eine weitere Schicht aus Metall thermisch aufgespritzt und der so erhaltene Schutzüberzug mit der letztgenannten Metallschicht, vorzugsweise vor Beseitigung des Formteils, durch Schrumpfen in feste Verbindung mit der zu schützenden

Bauteiloberfläche gebracht wird,

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den UnteransprOchen beschrieben.

Die vorbeschriebenen Maßnahmen sind auf einfache Art upd Weise durchzuführen, Zürn Resultat haben sie einen sowohl thermisch als auch mechanisch hoch belastbaren Überzug, der mit dem zu schätzenden Bauteil einen festhaftenden Verbund' bildet und hervorragende wärmedämmende Eigenschaften aufweist Seine Erklärung findet dieser positive Sachverhalt in dem speziellen mehrschichtigen Aufbau, der den unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten des zu schätzenden, Bauteils und der beispielsweise aus Doppeloxiden, sogenannten Spinellen, bestehenden Keramikschicht des Schutzüberzuges in der Weise Rechnung trägt, daß besagter Unterschied in den Zwischenschichten einen allmählichen Ausgleich erfährt
Als weiterer Vorteil ist zu nennen, daß sich eine Nachbearbeitung des erfindungsgemäßen Schutzüberzuges als völlig unproblematisch erweist, da hierfür dessen Metallschicht bzw. Metallschichten zur Verfugung stehen. Vorgenommen werden kann solch eine beispielsweise zur Einhaltung vorgegebener Toleranzen erforderliche Nachbearbeitung auf dem Formteil im Anschluß an die Oberzugsherstel'ung oder nach erfolgter Fixierung'des Schutzüberzugs am zu schützenden Bauteil. Letztgenannte Alternative kommt allerdings nur für Oberzugsausführungen in Betracht, bei deren Herstellung auf dem Formteil für den Aufbau der ersten Schicht ebenso wie für den Aufbau der letzten Schicht ein Metall Verwendung findet

Bleibt schließlich noch zu erwähnen, daß sich der Formteil auch als nützlich erweist für den Schrumpfprozeß zum Verbinden des zu schützenden Bauteils mit dem Schutzüberzug.

Dieser Nutzen besteht zum einen in seiner Stützfunktion, derer ein solcher Schutzüberzug bei allzu großem Massendefizit gegenüber dem ze schützenden Bauteil bedarf, um durch die auftretenden Schrumpfkräfte keinen Schaden zu nehmen. Als weiterer Vorteil kommt hinzu, daß durch den Formteil bei sehr dünn ausgebildeten Schutzüberzügen die zum Einschrumpfen notwendige Temperaturdifferenz zwischen Schutzüberzug und und zu schützendem Bauteil erreicht werden kann.

In Ausgestaltung der Erfindung werden beim Spritzen der Cermet-Schicht bzw. Cermet-Schichten in diese durch eine Wärmebehandlung wieder entfembare

so Substanzen, beispielsweise solche organischer Beschaffenheit, eingelagert Alternativ läßt sich die wärmedämmende Wirkung der Cermet-Schicht bzw. Cermet-Schichten auch steigern durch Einlagerung bei Betriebstemperatur vom festen in den flüssigen oder vom flüssigen in den dampfförmigen Aggregatzustand fibergehender Metalle oder dergleichen Stoffe.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand schematicher Zeichnungen näher erläutert Es zeigt

eo Fig. I eine Schutzüberzugsanordnung in einem abschnittsweise wiedergegebenen zylindrischen Bauteil, F i g. 2 einen übergroß wiedergegebenen Ausschnitt des Schutzüberzuges gemäß F i g. 1 und

Fig.3 eine gegenüber Fig.2 abgewandelte Oberes zugsausführung.

Bei dem in Fig. 1 mit 1 bezeichneten zylindrischen Bauteil kann es sich beispielsweise um ein Abschußrohr oder ein Geschoßlager für eine automatische Waffe

zum Verschießen hölsenloser Munition handeln, In solch einem Geschoßlager herrschen während des Betriebs Drücke in der Größenordnung von 3000 bar und Gastemperaturen im GröBenordnungsberefch von 2600 bis 2800"C Aufgrund dessen würde es ohne einen Schutzüberzug 2 bereits nach wenigen Schußfolgen soweit aufgeheizt werden, daß eine Selbstentzündung der Munition einträte. Besagter Schutzüberzug 2 vermag den auftretenden hohen thermischen und mechanischen Belastungen standzuhalten. Ihm kommt die Funktion zu, eine Aufheizung des stählernen Geschoßlagers 1 aus bereits genannten Gründen Ober Temperaturen in der Größenordnung von 300⁰C hinaus zu unterbinden.

Hergestellt wurde der in Rede stehende Schutzüberzug 2 — wie ans Fig.2 ersichtlich — auf einem Kern 3 aus Aluminium oder dergleichen chemisch auflösbarem Material, und zwar durch mittels eines Plasma- oder Flammstrahles zeitlich nacheinander vollzogenes Aufspritzen einer Keramikschicht 4 aus ZrO₂ oder dergleichen Oxiden, zweier Cermet-Schichten 5 und 6 aus NiZZrO₂ oder dergleichen Mischweristoffe aus oxidkeramischen Massen und Metall sowie einer Schicht 7 aus Ni oder dergleichen Metall Bezüglich der Cermet-Schichten 5 und 6 ist in diesem Zusammenhang noch zu erwähnen, daß die erstere einen niedrigeren Keramikgehalt aufweist als die letztere.

Beim wie vorbeschrieben gefertigten Schutzüberzug 2, dessen Schichten 4, 5, 6 und 7 in der genannten Reihenfolge, beispielsweise Stärken im Größenordnungsbereich von 0,7 mm, 0,3 mm, 0,3 mm und 20 um aufweisen, besteht eine leichte Nachbearbeiningsmög lichkeit »uf der Seite der Metallschicht 7, Zwischen letztgenannter SchipJlt 7 und der tu schützenden Oberfläche des Geschoßlagers t wird auf dem Wege eines Schrumpfprozesses eine feste Verbindung geschaffen. Während des Schrunipfprozesses verbleibt dabei der relativ dünne Schutzüberzug 2 aus Zweckmäßigkeitsgründen auf dem Kern 3, der im Anschuß daran beispielsweise ausgeätzt wird.

Fig.3 gibt bruchstückweise und übergroß einen abgewandelten Schutzüberzug 12 vorbeschriebener Zweckbestimmung wieder. Dieser Schutzüberzug 12 wurde auf die gleiche Art hergestellt und mit der zu schützenden Oberfläche des Bauteils 1 verbunden wie der Schutzüberzug 2 gemäß F i g. 1 und 2. Aufbaumäßig ist er jedoch von letzterem unterschieden. Dieser Unterschied besteht darin, daß duf dem chemisch auflösbaren Kern 3 insgesamt drei Schichten 14,15 und 16 thermisch aufgespritzt würden. Von diesen besteht die zuerst aufgebaute Schicht 14, ebenso wie die zuletzt aufgebaute Schicht 16 aus Meta*. Der Aufbau der Zwischenschicht 15 ist wie folgt: Auf der Seite der Metallschicht 14 wird sie ausschließlich aus keramischen Einzeloxiden oder Doppeloxiden 15a, sogenannten Spinellen, wie Al₂O₃ · MgO gebildet. Ihr an die Metallschicht 16 angrenzender Bereich 15c besteht dagegen aus einem hochmetallhaltigem Cermet, wobei durch entsprechende Materialwahl ein kontinuierlicher Obergang 156 vom erstgenannten Schichtbereich 15a zum letztgenannten Schichtbereich 15c realisiert wurde.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1
Patentansprüche;

t. Verfahren zur Herstellung eines mindestens eine Keramikschicht aufweisenden Schutzüberzug mit wärmedämmenden Eigenschaften und einem Haftvermögen an einem Untergrund bei mechanischer Eigenfestigkeit für thermisch hochbelastete Bauteile, insbesondere Waffenkomponenten, wobei ziu* Bildung der Keramikschicht ein thermisches Spritzverfahren angewandt wird, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem auflösbaren Formteil zeitlich nacheinander zunächst eine Metallschicht und/oder die Keramikschicht, sodann eine oder mehrere' Cermet-Schichten mit kontinuierlich oder schichtweise abnehmendem Keramikanteil und schließlich noch eine weitere Schicht aus Metall thermisch aufgespritzt und der so erhaltene Schutzfiberzug mit der letztgenannten Metallschicht vorzugsweise vor Beseitigung des Formteils, durch Schrumpfen in feste ^Verbindung mit der zu schatzenden Bauteilobertläche gebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Herstellung der Cermet-Schicht bzw. Cermet-Schichten in diese durch eine Wärmebehandlung wieder entfernbare Substanzen eingelagert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Herstellung der Cermet-Schicht bzw. Cermet-Schichten in diese bei Betriebstemperatur schmelzende oder verdampfende Substanzen eingelagert »erden.