DE3045615A1

DE3045615A1 - Verfahren zur beschichtung metallischer partikel mit keramischem material

Info

Publication number: DE3045615A1
Application number: DE19803045615
Authority: DE
Inventors: Stuart Richard Reading Berkshire Brown; Eric Andrew Wallingford Oxfordshire Feest; Fred Wantage Oxfordshire Leach
Original assignee: UK Atomic Energy Authority
Current assignee: UK Atomic Energy Authority
Priority date: 1979-12-05
Filing date: 1980-12-03
Publication date: 1981-09-10
Also published as: US4291070A; JPS5687604A; FR2471422A1

Description

DR. BERG DIPL. iNG. STAPF DIPL.-ING. SCHWABE DR. DR. SANDMAiP.

Postfach 860245 · 8000 München

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3. Dez. 1980

Anwalts-Akte: 31 249

UNITED KINGDOM ATOMIC

ENERGY AUTHORITY LONDON SWlY 4QP / GROSSBRITANNIEN

Verfahren zur Beschichtung metallischer Partikel mit keramischem Material

130037/06B3

• (089)988272 Telegramme: Bankkonten: Hypo-Bank Manchen 4410122850

9*8273 BERGSTAPFPATENT München (BLZ 70020011) Swift Code: HYPO DE MM

9*8274 TELEX: " Bayec Vereinjb«nk München 453100(BLZ 70020270)

9*3310 0524560 BERG d PortKheckMünchen 65343-»0β (BLZ 70010080)

Bes chreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung metallischer Partikel mit einem keramischen Material.

In der Metallurgie besteht Bedarf für beschichtete metallische Partikel in einem Größenbereich von beispielsweise 50 bis 600 \im. Solche Partikel werden z.B. als Impfzugaben zu einer Schmelze benötigt, wo die Beschichtung die Partikel vor einer zu raschen Auflösung in der Schmelze schützt. Die Beschichtung muß daher ausreichende Haftung, Dichte und thermische Stabilität aufweisen, um die Auflösung in der Schmelze zu hemmen oder zu verzögern. Es wurde nunmehr ein Verfahren zur Beschichtung metallischer Partikel entwickelt, mit dem ein Produkt erzeugt wird, das diese Voraussetzungen erfüllt, und das auch für andere Anwendungsbereiche geeignet sein kann, in denen eine derartige Beschichtung erforderlich ist.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung metallischer Partikel mit einem keramischen Material, bei dem zunächst ein Wirbelbett aus den metallischen Partikeln hergestellt wird; diese werden dann in dem Bett mit einer Naßbeschichtung in Kontakt gebracht, die aus einer Suspension von nicht-dispergierbarem Keramikpulver in einem Sol aus Kolloid-Partikeln, die zu dem Keramikmaterial umgewandelt werden können, besteht, wobei die metallischen Partikel mit

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den Keramikpartikeln und den Kolloidpartikeln beschichtet werden. Anschließend werden sie gebrannt, um eine Keramikbeschichtung herzustellen.

Es wurde gefunden, daß mit diesem Verfahren Beschichtungen mit kontrollierter Dichte, Dicke und Haftung in einem Arbeitsvorgang hergestellt werden können, der auch in größerem Maßstab durchgeführt werden kann. Mit diesem Verfahren können ferner beschichtete Partikel in Chargen hergestellt werden, bei denen nur eine unbedeutende Agglomeration der Partikel auftritt, und die erzeugten Beschichtungen sind gegen Temperaturechock beständig.

Der Erfolg des Verfahrens wird der Verwendung der oben beschriebenen Naßbeschichtung in Kombination mit einer Wirbelbett-Technik zugeschrieben. Würde man ein Sol ohne das nichtdispergierbare Pulver verwenden, dann würde die große Volumenveränderung beim Trocknen und Brennen zu einer schlecht haftenden und mechanisch schwachen Beschichtung führen. Die Kolloid-Partikel in dem Sol erzeugen in Wechselwirkung mit dem nicht-dispergierbaren Pulver eine Beschichtung von kontrollierter Integrität, wie dies unmöglich wäre, wenn man z.B. eine reine Lösung zusammen mit dem nicht-dispergierbaren Pulver verwenden würde. Die Anwendung des WirbelbettVerfahrens bringt nicht nur Betriebsvorteile, sondern hemmt auch die Agglomeration der Partikel und ermöglicht das Aufbringen von BeSchichtungen mit gleichförmiger Dicke.Dies ist darauf zu-

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rückzuführen, daß die Naßbeschichtung fast unmittelbar nach der Berührung mit den Partikeln trocknet, und daß in einem Wirbelbett der statische Kontakt zwischen den Partikeln bei einem Minimum gehalten wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann für alle metallischen Partikel angewandt werden, die eine Beschichtung erhalten sollen. Bei dem Metall kann es sich beispielsweise um ein Metall handeln, das als Schmelzzusatz geeignet ist, so z.B. Ferrosilicium, Ferromangan oder Chrom. Die Partikelgröße kann in einem weiten Bereich von z.B. 50 ym bis 5 mm liegen, vorausgesetzt, daß aus den metallischen Partikeln ein Wirbelbett hergestellt werden kann. Am interessantesten ist jedoch der Größenbereich von 50 pm bis 600 pm, da dies eine bevorzugte Größe für bestimmte Schmelzzusätze ist.

Das keramische Material ist am besten ein Keramikoxid, so z.B. Aluminiumoxid, Siliciumoxid, Titanoxid, Zirkonoxid, Zeroxid oder Chromoxid, oder ein Gemisch aus Keramikoxiden. In diesen. Fällen besteht die verwendete Naßbeschichtung aus einer Suspension von nicht-dispergierbarem Keramikoxidpulver in einem Sol von Kolloid-Partikeln, die zu dem Keramikoxid umgewandelt werden können. Das Keramikmaterial kann auch ein zusammengesetztes Oxid wie z.B. das Mineral Zirkon oder ein Gemisch aus einem Keramikoxid mit einem anderen Keramikmaterial sein. Im letzteren Fall kann die verwendete Naßbeschichtung beispielsweise eine Suspension eines nicht-dispergier-

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baren Keramikmaterialpulvers, z.B. ein Zement wie Calciumaluminiumsilikat, in einem Sol von Kolloidpartikeln sein, die zu einem Keramikoxid wie z.B. Aluminiumoxid umgewandelt werden können. Geeignete Pulver für die Naßbeschichtung sind im Handel erhältliche Keramikoxidpulver, von denen unten Beispiele aufgeführt werden. Die Partikelgröße des Pulvers ist einer der Faktoren, mit denen die Dicke der Beschichtung kontrolliert werden kann: ein gröberes Pulver erzeugt eine dickere, weniger dichte Beschichtung als ein feines Pulver. Wird eine erhöhte Packungsdichte der Beschichtung gewünscht, dann kann das Pulver in der Naßbeschichtung aus Partikeln mit zwei oder mehr verschiedenen Partikelgrößen, z.B. 5 \im und 0,5 pm, zusammengesetzt werden.

Beispiele für brauchbare Sole sind ein Böhmitsol gemäß GB-PS 1 174 648, ein Aluminiumoxidsöl gemäß Westdeutsche Offenlegungsschrift 2 647 701, ein Zeroxidsol gemäß Internationaler Patentanmeldung WO/79/00248, ein Titanoxidsol gemäß GB-PS 1 412 9 37 und ein Siliciumoxidsol, das vermutlich durch Hydrolyse von Natriumsilikat hergestellt und von Monsanto unter der Handelsbezeichnung "Syton" vertrieben wird.

Im allgemeinen enthält die Naßbeschichtung vorzugsweise einen hohen Anteil Pulver, da solche Beschichtungen thixotrop im Gegensatz zu dilatant und daher für Beschichtungszwecke geeigneter sind. "Hoch" bedeutet über 80 Gew.% des gesamten Gehalts

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der Naßbeschichtung an keramischem Material, d.h. Gewicht des nicht-dispergierbaren Pulvers plus Gewicht der Kolloid-Partikel. Die Verwendung von Naßbeschichtungen mit einem niedrigeren Anteil an Pulver ist zwar möglich, es wurde im allgemeinen jedoch gefunden, daß die verdünnteren Naßbeschichtungen hinsichtlich ihrer Absetzeigenschaften weniger stabil sind.

Die metallischen Partikel können mit der Naßbeschichtung in Kontakt gebracht werden, indem man die Naßbeschichtung in ein Wirbelbett mit den metallischen Partikeln sprüht, z.B. in einen im Handel erhältlichen Wirbelbett-Beschichtungsapparat. Ein solcher Beschichtungsapparat wird beispielsweise von der Schweizer Aeromatic AG hergestellt, und mit einer Laborausführung eines solchen Apparates konnten Chargen von 0,5 bis 5 kg Ferrosilicium und Ferromangan beschichtet werden. Bei der Beschichtung kleinerer Partikel wird vorzugsweise nach unten in das Wirbelbett gesprüht. Sollen jedoch schwere und grobe Partikel besprüht werden, dann ist ein starker Luftstrom für das Wirbelbett erforderlich, und es wird vorzugsweise nach oben in das Bett gesprüht.

Im folgenden wird die Erfindung durch Beispiele näher beschrieben.

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Beispiel 1

Herstellung einer Naßbeschichtung

39 g wasserdispergierbares Boehmit, hergestellt gemäß GB-PS 1 174 648 wurde unter Rühren langsam zu 1 Liter V/asser gegeben und mindestens weitere 30 min gerührt, so daß ein Boehmitsol entstand. 390 g handelsübliches nicht-dispergierbares Aluminiumhydroxid (Martifin, von Croxton & Garry Ltd., Partikelgröße 80% <0,5 ym) wurden langsam unter Rühren zu dem Sol gegeben, und der pH durch Zugabe von 7 mol/1 Salpetersäure wieder auf den pH vor der Zugabe des nicht-dispergierbaren Aluminiumhydroxids eingestellt. Die erhaltene Naßbeschichtung wurde eine weitere Stunde gerührt und blieb dann 24 Stunden bei Raumtemperatur stehen. Der pH wurde, wenn notwendig, erneut auf den Wert vor der Zugabe des nichtdispergierbaren Aluminiumhydroxids eingestellt, und zwar durch Zugabe von 7 mol/1 Salpetersäure. Der endgültige pH war 3,5.

Beschichtung von Partikeln

Ein Fließbett-Beschichtu ngsapparat der Schweizer Aeromatic AG wurde mit 2 kg Ferrosilicium (Partikelgröße >500 pm) beladen. Erhitzte Luft wurde durch das Ferrosilicium nach oben geführt, so daß ein Wirbelbett entstand. Die wie oben zubereitete Beschichtung wurde nach oben in das Fließbett gesprüht, so daß die wirbelnden Ferrosilicium-Partikel mit einer dünnen Sprühschicht der Naßbeschichtung überzogen wur-

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den, die fast augenblicklich trocken war. Im Idealfall ist die Beschichtungsgeschwindigkeit so groß, daß keine Flüssigkeit vorhanden ist, die ein Agglomerieren der Ferrosilicium-Partikel verursachen könnte. Das beschichtete Zwischenprodukt wurde untersucht. Es besaß eine etwa 50 μΐη dicke Beschichtung, die gut haftete und nur leicht rissig war.

Dieses Produkt wurde dann 1 Stunde bei 1000 C gebrannt, was die endgültigen beschichteten Partikel ergab. Die erhaltene Beschichtung zeigte sehr gute Haftung und einige Sprünge.

Beispiel 2

Das Verfahren von Beispiel 1 wurde wiederholt, jedoch wurde anstelle von Ferrosilicium Ferromangan (Partikelgröße etwa 150 pm) verwendet. Das Zwischenprodukt war in Bezug auf die Beschichtung ähnlich wie das aus Ferrosilicium erhaltene, jedoch zeigte sich eine gewisse Partikelagglomeration. Die Beschichtung des Endprodukts war ähnlich wie die des Zwischenprodukts, mit guter Haftung und einigen Sprüngen.

Beispiele für handelsübliche nicht-dispergierbare Oxide, die in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden können, sind: Kestel "600" amorphes Siliciumoxid, Linde B Aluminiumoxid und kalziniertes RP Zeroxid; diese Aufzählung ist jedoch keineswegs vollständig.

Ende der Beschreibung

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Claims

DR. BERG DIPL.iNG. STAPF DIPL.-ING. SCHWABE DR. DR. SANDMAiR

PATENTANWÄLTE 304561

Postfach 860245 · 8000 München 86

Anwalts-Akte: 31 249

Patentansprüche

.y Verfahren zur Beschichtung metallischer Partikel mit einem keramischen Material, dadurch gekennzeichnet , daß aus den metallischen Partikeln ein Wirbelbett hergestellt wird, daß die metallischen Partikel in dem Bett mit einer Naßbeschichtung in Kontakt gebracht werden, die eine Suspension eines nicht-dispergierbaren Keramikpulvers in einem Sol aus Kolloidpartikeln, die zu dem Keramikmaterial umgewandelt werden können, enthält, wobei die metallischen Partikel mit den Keramik-Partikeln und den Kolloid-Partikeln beschichtet werden, und daß anschließend die Partikel gebrannt werden, um eine Beschichtung mit dem keramischen Material herzustellen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die metallischen Partikel aus Ferrosilicium, Ferromangan oder Chrom sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die metallischen Partikel eine Partikelgröße im Bereich von 50 pm bis 5 mm haben.

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t (089) 938272 Telegramme: Bankkonten: Hypo-Bank München 4410122850

988273 BERGSTAPFPATENT München (BLZ 70020011) Swift Code: HYPO DE MM

988274 TELEX: Bayet Vereinebank Munchm 453100 (BLZ 70020270) 983310 0524560 BERG d PottscheckMünchen 65j:'-808 (BLZ 70010080)

ORiGiNAL [NSPECTED
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die metallischen Partikel eine Partikelgröße im Bereich von 50 pm bis 600 pm haben.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das keramische Material ein Keramikoxid ist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Naßbeschxchtung über 80 Gew.% nicht-dispergierbares Pulver enthält, bezogen auf den Gesamtgehalt der Naßbeschxchtung an keramischem Material.

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