DE2809709C3

DE2809709C3 - Verfahren zur Herstellung eines mindestens eine Keramikschicht aufweisenden Schutzüberzugs für thermisch hochbelastete Bauteile, insbesondere Waffenkomponenten

Info

Publication number: DE2809709C3
Application number: DE19782809709
Authority: DE
Inventors: Erfinder Wird Nachtraeglich Benannt Der
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: 1982-03-25
Also published as: FR2419264B1; DE2809709A1; FR2419264A1; GB2016361B; GB2016361A; DE2809709B2

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 Schutzüberzügen gewährleistet, die bezüglich Wärmedämmung, Haftvermögen am Untergrund und mechanischer Eigenfestigkeit dem vorbeschriebenen bekannten Schutzüberzug überlegen und im Vergleich zu letzteren bedarfsweise auch merklich leichter nachbearbeitbar sind.

Gelöst wird diese Aufgaoe 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 Unteransprüchen beschrieben.

Die vorbeschriebenen Maßnahmen sind auf einfache Art und Weise durchzuführen. Zum Resultat haben sie einen sowohl thermisch als auch mechanisch hoch belastbaren Oberzug, der mit dem zu schützenden 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 schützenden 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 Verfügung stehen. Vorgenommen werden kann solch eine beispielsweise zur Einhaltung vorgegebener Toleranzen erforderliche Nachbearbeitung auf dem Formteil im Anschluß an die Überzugsherstellung oder nach erfolgter Fixierung des Schutzüberzugs am zu schützenden Baute·!. Letztgenannte Alternative kommt allerdings nur für Überzugsausführungen 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 zu 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 entfernbare 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 übergehender Metalle oder dergleichen Stoffe.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 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 Überzugsausführung.

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

zum Verschießen hülsenloser Munition handeln. In solch einem Geschoßlager herrschen während des Betriebs Drücke in der Größenordnung von 3000 bar und Gaslemperaturen im Größenordnungsbereich von 2600 bis 2800⁰C. 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 konimt die Funkti-o·! zu, eine Aufheizung des stählernen Geschoßlagers 1 aus bereits genannten Gründen über Temperaturen in der Größenordnung von 300° C hinaus zu unterbinden.

Hergestellt wurde der in Rede stehende Schutzüberzug 2 — wie aus F i g. 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 TxOi oder dergleichen Oxiden, zweier Cermet-Schichten 5 und 6 aus Ni/ZrO2 oder dergleichen Mischwerkstoffe 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 am aufweisen, besteht eint: leichte Nachbearbeitungsmöglichkeit auf der Seite der Metallschicht 7. Zwischen letztgenannter Schicht 7 und der zu schützenden Oberfläche des Geschoßlagers 1 wird auf dem Wege ■; eines Schrumpfprozesses eine feste Verbindung geschaffen. Während des Schrumpfprozesses verbleibt dabei der relativ dünne Schutzüberzug 2 aus Zweckmäßigkeitsgründen auf dem Kern 3, der im Anschuß daran beispielsweise ausgeätzt wird.

ίο 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 auf dem chemisch auflösbaren Kern 3 insgesamt drei Schichten 14,15 und 16 thermisch aufgespritzt wurden. Von diesen besteht

»o die zuerst aufgebaute Schicht 14, ebenso wie die zuletzt aufgebaute Schicht 16 aus Metall. 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 A^Oj ■ MgO gebildet Ihr an die Metallschicht 16 angrenzender Bereich 15c besteht dagegen aus einem hochmetallhaltigem Cermet, wobei durch entsprechende Materialwahl ein kontinuierlicher Übergang 15b vom erstgenannten Schichtbereich 15a zum letztgenannten Schichtbereich 15c realisiert wurde.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. 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, 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 schlie31ich 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.

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 werden.