DE2830376A1 - Verfahren zur herstellung eines staub- bzw. pulverfoermigen materials fuer die aufbringung von schutzschichten - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines staub- bzw. pulverfoermigen materials fuer die aufbringung von schutzschichten

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DE2830376A1 DE19782830376 DE2830376A DE2830376A1 DE 2830376 A1 DE2830376 A1 DE 2830376A1 DE 19782830376 DE19782830376 DE 19782830376 DE 2830376 A DE2830376 A DE 2830376A DE 2830376 A1 DE2830376 A1 DE 2830376A1
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Description

Verfahren zur Herstellung eines staub- bzw. pulverförmigen Materials für die Aufbringung von
Schutzschichten
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines staub- bzw. nu] i/erförmigen Materials für Aufbringung van Schutzbeschichtungen auf einem Untergrund, uiohei das Material auf die Oberfläche des Untergrundes bei hoher Temperatur aufgesprüht bzu. aufgespritzt Dird.
Die Aufbringung einer Schutzbeschichtung aus einem solchen Material auf einen Untergrund bei hoher Temperatur durch Flammspritzen oder mittels eines Plasmaspritzbrenners ist bekannt und eine breit angewandte Technik.
Die Art einer solchen Beschichtung kann stark variieren. Insbesondere uierden dabei Metalle (elementare Metalle oder Metallegierungen), Metalloxyde, hartfeuerfeste Zusammensetzungen, uiie Karhide, Nitride, Boride, Silizide und Karbonitride von Metallen (bspui. Aluminium, Wolfram, Vanadium, Titan, Molybdän) oder Mischungen von verschiedenen Materialien dieser Art verwendet.
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Es ist insbesondere üblich, als staub- hz'j. pulverförmiges Material Mischungen aus mindestens zwei Materialien zu verwenden, um Beschichtunoen mit optimalen Eigenschaften zu erhalten, Dank der Komhination der Eigenschaften der verwendeten bzui. beteiligten Materialien, wobei die Kombination der Eigenschaften aus der physikalischen Mischung und/oder chemischen Reaktion zwischen den Materialkompnnenten während der Bildung der Beschichtungsauflage resultiert.
Bspw. kann man eine Mischung aus mindestens zwei Metallen benutzen, um eine Legierung zu bilden. Man kann auch eine Mischung aus mindestens einem Metall oder einer Legierung und aus mindestens einem keramischen Material verwenden, um ein sogenanntes Cermet zu erhalten. Ferner kann man eine Mischung aus mindestens einem Metall oder einer Legierung mit einer hart-feuerfesten Verbindung, wie Karbide, Nitride, Boride, Karbonitride verwenden, um ein "Hartmetall" zu erzeugen und damit eine Beschichtung mit sehr hoher Abriebfestigkeit zu erhalten, und schließlich kann auch eine Mischung aus mindestens zwei Oxyden benutzt werden, um ein Mischoxyd zu erzeugen.
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-B-
Bei der Ausführungsfarm bzui. Anwendung bekannter Techniken für die Präparation einer Schutzschicht ■ mittels staub- bzw. pulverförmiger Mischungen aus Materialien der genannten Art und unter dem Einfluß hoher Temperaturen, werden die Mischungen benutzt entweder in Form von Mischungen, in denen die Pulverpartikel der Komponenten voneinander getrennt vorliegen oder in Form von Partikelagglomeraten, die durch Verbindung einer \iielzahl von Einzelpartikeln unter Verwendung geeigneter Bindemittel, wie Harze oder Lacke, erhalten werden. Solche Mischungen haben den Nachteil, daß sie der Gefahr einer Entmischung im Vorratsbehälter oder auch im unmittelbar am Brenner angebrachten Pulverzufuhrbehälter unterliegen, wenn die Mischung verarbeitet wird. Eine solche Entmischung wird verursacht durch Unterschiede in der Dichte und/oder in der Korngröße der Teilchen der die Mischung bildenden Materialkomponenten. Die Bildung von Agglomeraten durch die bis jetzt angewandte Technik stellt nur eine Teillösung dieses Problems dar, weil solche Agglomerate unter Freistellung ihrer Teile, aus denen sie gebildet sind, zum Aufbrechen neigen und zwar nicht nur aufgrund gegenseitiger Reibung sondern auch durch das Verbrennen der Bindemittel beim Aufspritzen der Mischung unter hohen Temperaturen.
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Das Ergebnis eines solchen Aufbrechens ist, daß die aufgetragenen Beschichtungen nicht homogen sind und nicht die gewünschten optimalen Eigenschaften haben.
Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil zu beheben, d.h. es soll ein Verfahren geschaffen werden, das gewährleistet, ein ataub- bzui. pulverförmiges Material aus Partikeln oder aus Agglomeraten von Partikeln zu erhalten, das sich nicht entmischt, wenn das Material bei hohen Temperaturen auf eine zu beschichtende Fläche aufgesprüht bzw. aufgespritzt wird.,
Diese Aufgabe ist nach der Erfindung mit einem Verfahren gelöst, durch einerseits Wärmebehandlung einer Mischung aus mindestens zwei Komponenten bei ausreichender Temperatur und ausreichender Zeit und mindestens einer chemischen Reaktion, die mindestens einen Teil dieser Komponenten erfaßt und andererseits durch ein temporäres Erweichen der Komponenten, um ein staub- bzw. pulverförmiges Material zu bilden, bestehend aus kugelförmigen Teilchen bzw. kugelförmigen Agglomeraten, deren Zusammensetzung die gleiche ist wie die der aufzutragenden Beschichtung.
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- In -
DiR Rehandliingstemneratur liegt dabei mindestens bei etwa fiooDC, wobei die Temperatur gewählt wird in Abhängigkeit von der Art des Ausgangsmaterials für das Pulver. Für den Fall, daB das Material bspw. zumindest zum größten Teil aus MetalToxyden oder aus hart-feuerfesten Materialien wie Karbiden, Nitriden, Boriden oder Karbnnitriden hesteht, wird die Behandlungstemperatur bei zwischen l?oo und 2ooo C oder sogar darüberliegend gewählt. Die Wärmebehandlung kann in einer Inert-Atmosphäre oder in einer Gas-Atmosphäre durchgeführt werden, die das Ausgangsmaterial mit mindestens einer chemischen Reaktion beeinflußt, bspw. durch eine Oxydation oder eine Reduktion oder mit einer Reaktion, die zu Verbindungen in Form von Hydriden, Karbiden oder Nitriden führt.
Die Wärmebehandlung kann auch unter einem Druck ausgeführt werden, der gleich, gröBer oder kleiner ist als der Atmosphärendruck.
Für die Erwärmung des Ausgangsmaterials kann ein GasflammbrennEr, wie Sauerstaff-AzEthylen-Brenner, Sauerstoff-lilassErstoff-Brenner, ein Plasmabrenner, eine HDchfrequEnzheizeinrichtung oder Ein Elektrischer üJidErstandsbrEnnafen benutzt werden.
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Als Einrichtung für din Durchführung des l/erfahrens kann bspui. είπε Umhüllung, versehen mit einer Einrichtung für die Einführung des Ausgangsmaterials im pulverförmigen Zustand, benutzt werden, wobei diese Einrichtung, falls erforderlich, mit Mischelementen versehen sein kann. Ferner meist die Einrichtung Elemente zur Erwärmung und Aufrechtsrhaltung der Behandlungstemperatur auf, eine Kühleinrichtung, eine Sammeleinrichtung für das Material nach der Wärmebehandlung und Elemente für die Zufuhr und Evakuierung des Gases, das die Gasatmnsphäre in der Umhüllung bildet und für die Druckregulierung in der Umhüllung.
Als Ausgangsmaterial können insbesondere Metallverbindungen nach der folgenden Tabelle verwendet werden:
B Al Ti Zr Mg Cr Hf Mo UJ U
Gxyde oder Hydride X X
Boride X
Silicide X
Carbide X
Nitride X X X
Harbonitride X
X X X X
X X X
X X X X
X X X
X X X
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-IZ-
Um ein staub- bzw. pulverformiges Material zu erhalten, das eine hart- feuerfeste, bei hoher Temperatur aufgesprühte Schicht ermöglicht, kann insbesondere eine Mischung mit mindestens einer der in der Tabelle angenehenen V/erhindungen benutzt werden und mindestens ein Metall in Pulverform, ausgewählt aus folgenden Metallen: Kupfer, Wickel, Eisen,Kobalt oder Aluminium, wobei das Metall als Bindemittel oder als Matrix-Material in der Beschichtung dient.
Was die Art der chemischen Reaktion betrifft, so kann diese breit variieren: Die Reaktion kann insbesondere zur Bildung neuer Verbindungen führen durch Reaktion des Ausgangsmaterials in sich und/oder mit der Gaaatmosphäre oder durch Bildung neuer Phasen, bestehend aus festen Lösungen, die mindestens zwei der Ausgangsmaterialkomponenten enthalten, wobei die Reaktionen auch vollständig oder nur teilweise sein können. Im letzten Fall kann das enthaltene staub- bzw. pulverförmige Material möglicherweise zu einer weitergehenden oder vollständigen Reaktionsstufe weiterreagieren bei der Temperatur, bei der das Material zu einer Schicht aufgetragen wird.
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Beispiel_l:
Eine pulverförmige Mischung au=; Al. und l\!i, gebildet aus Agglomeraten von Al- und IMi-Partikeln, die unter Erwärmung bis 2dodC und unter Anwendung herkömmlicher organischer Bindemittel (auf Phenolharzbasis) wird in an sich bekannter Weise hergestellt, wobei die durchschnittlichen Gewichtsanteile 2o% Al und 80% Ni betragen. Nach Absieben der Mischung derart, daß nur Agglomerate mit einer Korngröße zwischen ^o und 80 yu verbleiben, wird die Mischung einer Wärmebehandlung bei Ikao C in einem oxydierenden Plasma unterzogen. Auf diese Ideise wird ein Pulveraus kugelförmigen Partikeln mit einer Größe von ebenfalls zwischen ffo und 80^ liegend . erhalten, wobei jedes der Hügelchen aus einem Cermet von Aluminiumoxyd und 'Hckel und Aluminium in Form eines Agglomerates besteht, bestehend aus teilweise oxydierten Al- und Ni-Partikeln, die durch Teilverschmelzung aneinander haften. Dieses Pulver ist insbesondere geeignet zur Herstellung einer sehr abriebfesten Cermet-Schutzbeschichtung auf einer metallischen Fläche durch Aufspritzen bei hoher Temperatur unter Verwendung bspw. eines Plasmabrenners. Die damit erzielte Cermet-Beschichtung ist in sich sehr homogen.
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Beispie] 2:
Eine Puluerförmige Mischung einer Nickel-Chrom-Legierung (80% Mi und 2o% Cr) und Niobkarhid (15 Gew.-%) wird in an sich bekannter Weise hergestellt. Die Mischung besteht aus Agglomeraten der Partikel dieser Legierung und aus Partikeln des Niobkarbides, die durch einen herkömmlichen organischen Binder (auf Phenolharzbasis) miteinander verbunden sind. Jedes der Agglomerate hat dabei eine durchschnittliche Zusammensetzung, die der der GEsamtzusammensetzung nahekommt. Diese Mischung wird dann einer Behandlung in einem Stickstoffplasma unterworfen, um die Agglomerate in kugelförmige Partikel umzuwandeln, die aus einer I\li-Cr-Legierungsmatrix bestehen, die umhüllte Einschlüsse des Niob-Karbanitrides enthält.
Eine pulverförmige Mischung, bestehend aus Agglomeraten mit eine-r Korngröße zwischen 3d und 60 μ, wobei jedes Agglomerat aus Kupfer und aus Al Q teilchen mit einer maximalen Korngröße VDn 7 ju besteht und diese Teilchen in angenähert gleichem Verhältnis enthält, die mit einem Bindemittel (auf organischer Lackbasis) zusammen verbunden sind, wird in an sich bekannter Weise hergestellt durch Erwärmung einer Mischung υαπ gleichen Teilen eines
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Hupferpulvers bzui. Cu-Puders und aus einem Aluminium-Dxyd-Puder bei 25o°C in Geqentdart des Bindemittels mit anschließender Absiebung des agglomerierten Produktes .
Diese erhaltene Mischung uiird dann einer Wärmebehandlung in einem reduzierenden Plasma unterzogen, um die Agglomerate in kugelförmige Partikel umzuuiandeln, die aus Al D -Kupfer-Cermet-Kernen bestehen, umgehen mit einer Oberflächenschicht von Aluminiumoxyd.
Beispiel k:
Ein staub- bzw. pulverförmiges Produkt wird in an sich bekannter Weise aus einer staub- bzuj. pulverförmigen Mischung von Oxyden hergestellt, mit folgender Geuiichtszusammensetzung: ka% TiO ; ko% fll2 D3 und 2a% SiO„. Das pulverförmige Produkt besteht aus Einzelagglomeraten, deren durchschnittliche Zusammensetzung die gleiche ist mie die der Ausgangsmischung, und jedes Agglomerat besteht aus einer V/ielzahl von Oxydpartikeln, die miteinander durch ein herkömmliches, organisches Bindemittel verbunden sind.
Das erhaltene Produkt uiird dann einer Wärmebehandlung in einem oxydierenden Plasma unterworfen, um die Agglomerate in kugelförmige Teilchen umzuwandeln,
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bestehend aus einem Mischoxyd, das eine homogene Zusammensetzung aufweist, die identisch ist mit der Besamtzusammensetzung der Ausgangsmisnhung.
Auf diese Weise uiird ein Pulver bzw. ein Puder erhalten, das die Herstellung einer Schutzschicht durch Aufsprühen hzui. Aufspritzen unter hoher Temperatur auf einer Metallfläche erlaubt, die sehr gut auf der Auftragsfläche haftet und die eine hohe Abriebfestigkeit hs*t.
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Claims (1)

  1. Patentansprüche:
    1. Verfahren zur Herstellung eines staub- bzw. pulverförmigen Materials für die Aufbringung einer Schutzschicht mittels Sprühen bzui. Spritzen unter hoher Temperatur auf eine zu beschichtende Fläche, gekennzeichnet durch einerseits Wärmebehandlung einer Mischung aus mindestens zwei Komponenten bei ausreichender Temperatur und ausreichender Zeit und mindestens einer chemischen Reaktion, die mindestens einen Teil dieser Komponenten erfaßt und andererseits durch ein temporäres Erueichen der Komponenten, um ein staub- bzu. pulverförmiges Material zu bilden bestehend aus kugelförmigen Teilchen bzw. kugelförmigen Agglameraten, deren Zusammensetzung die gleiche ist uie die der aufzutragenden Beschichtung.
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    ORIGINAL INSPECTED
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung aus mindestens zwei legierbaren, elementaren Metallen gehildet uird.
    3. Verfahren nach Anspruch I1 dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung aus mindestens einer Legierung und mindestens einem mit der Legierung legierbaren Metall gebildet uird,
    k. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung aus Agglomeraten von Metallpartikeln gebildet lüird, zusammengesetzt aus Teilchen von mindestens zuei Metallen unterschiedlicher Zusammensetzung und Korngröße, die durch ein Bindemittel miteinander verbunden sind.
    5. Verfahren nach Anspruch if, dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel ein solches auf organischer Harz- oder Lackbasis verwendet uird.
    6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung aus Agglomeraten gebildet uird, die jeweils zusammengesetzt sind aus Partikeln mindestens eines Metal-
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    les und mindestens Einer Metallverbindung, wobei die . Partikel mittels eines Bindemittels miteinander verbunden sind.
    7. V/erfahren nach Anspruch G, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallverbindunn aus Oxyden und Hydriden folgender Elemente ausgewählt werden: Aluminium, Titan, Zirkon, Magnesium und Chrom,
    B. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Metallverhindung eine hart-feuerfeste Verbindung verwendet wird, ausgewählt aus den Boriden des Titans, Chroms, Hafniums, Molybdäns, Wolframs oder Vanadiums, den Nitriden des Bors, Aluminiums, Titans, Molybdäns oder Vanadiums und aus Kombinationen von mindestens zwei dieser Verbindungen miteinander.
    9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall ausgewählt wird aus folgenden Metallen: Kupfer, Nickel, Eisen, Kobalt und Aluminium.
    lo. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung gebildet wird aus Agglomeraten, zusammengesetzt aus Teilchen von mindestens zwei Metalloxyden unterschiedlicher Zusammensetzung und Korngröße,
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    die durch ein Bindemittel miteinander verbunden werden.
    11. V/erfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung gebildet wird aus Agglomeraten, zusammengesetzt aus Graphit-Teilchen und Partikeln mindestens eines Metalles ader einer Metallegierung, mindestans teilweise umwandelbar in ein Karbid unter Wärmeeinwirkung und Reaktion mit dem Graphit.
    12. V/erfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung in einem Hochtemperaturplasma durchgeführt wird.
    13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Plasma ein Inertgasplasma verwendet wird.
    lit. V/erfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Plasma ein oxydierendes Gasplasma verwendet wird.
    15. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Plasma ein reduzierendes Gasplasma verwendet wird.
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    IG. l/erfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Plasma ein nitrierendes Gasplasma verwendet ujird.
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