DE3216025C2

DE3216025C2 - Verfahren zum Aufbringen keramischer Überzüge erhöhter Dicke

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Publication number: DE3216025C2
Application number: DE3216025A
Authority: DE
Inventors: Zoja Aleksandrovna Akimova; Aleksandr Vladimirovi&ccaron; Bobrov; Aleksandr Konstantinovi&ccaron; Golicyn; Jurij Nikolaevi&ccaron; Kalinin; Natalia Matveevna Kunina; Valentin Michajlovi&ccaron; Andreevka Solne&ccaron;nogorskij rajon Kuzmin; Vladimir Michajlovi&ccaron; Chimki Moskovskaja oblast Novikov; Jurij Arkad'evi&ccaron; Papov; Vilorij Stepanovi&ccaron; Polu&scaron;&ccaron;enko; Evgenij Isaevi&ccaron; Moskva Rytvin; Aleksandr Fedorovi&ccaron; Seregin; Vladimir Ivanovi&ccaron; Moskva Smy&ccaron;nikov; Valerij Vasil'evi&ccaron; Zabegalov
Original assignee: VSESOJUZNYJ NAUCNO-ISSLEDOVATEL'SKIJ INSTITUT STEKLOPLASTIKOV I STEKLJANNOGO VOLOKNA MOSKOVSKAJA OBLAST' SU
Current assignee: VSESOJUZNYJ NAUCNO-ISSLEDOVATEL'SKIJ INSTITUT STEKLOPLASTIKOV I STEKLJANNOGO VOLOKNA MOSKOVSKAJA OBLAST' SU
Priority date: 1982-04-29
Filing date: 1982-04-29
Publication date: 1984-09-13
Also published as: DE3216025A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft den Maschinenbau, insbesondere Verfahren zum Aufbringen keramischer Überzüge durch Plasmaspritzen. Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Aufbringen keramischer Überzüge erhöhter (über 0,2 mm) Dicke auf eine Unterlage durch Aufspritzen des Ausgangsmaterials im gasstabilisierten Plasmastrahl vorgeschlagen, wobei der Berührungszone des aufzuspritzenden Materials mit der Unterlage ein Kühlmittel in Mengen von 0,1 bis 1000 g/min zugeführt wird und das Aufspritzen bei folgenden Werten der Hauptdaten erfolgt: Lichtbogenstrom, A 250 . . . 700; Lichtbogenspannung, V 65 . . . 300; Verbrauch an plasmabildenden Gasen, 1/min 1 . . . 150; Verbrauch an pulverförmigem aufzuspritzendem Material, kg/St. 0,1 . . . 25; Geschwindigkeit der Relativverschiebung der Unterlage und des Plasmastrahls m/min 0,5 . . . 50. Die vorliegende Erfindung kommt in solchen Zweigen des Maschinenbaus weitgehend zur Verwendung, welche die Oberfläche der Teile vor Einwirkung hoher Temperaturen, aggressiver Medien, vor Erosionsbruch usw. schützen, benutzt werden, und zwar in Flugzeugbau, Chemieanlagenbau, Energiemaschinenbau, Hüttenmaschinenbau u.a.

Description

Lichtbogenstrom, A 250—700 Lichtbogenspannung, V 65—300 Verbrauch an plasmabildenden Gasen, l/min 1 — 150 Verbrauch an pulverförmigem aufzuspritzendem Material. kg/St. 0,1 —25,

dadurch gekennzeichnet, daß der Berührungszone des aufzuspritzenden Materials mit der Unterlage ein Kühlmittel in einer Menge von 0,1 bis 1000 g/min zugeführt und die Geschwindigkeit der Relativverschiebung der Unterlage und des Plasmastrahls auf 0,5 bis 50 m/min eingestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man im Falle der Anwendung einer Unterlage aus Edelmetallen und deren Legierungen das Aufspritzen in zwei Stufen vornimmt, wobei der Überzug auf der ersten Stufe in einer Dicke von 1 bis 2% der Solldicke des Überzugs auf einzelne Abschnitte, deren Gesamtfläche zwei Drittel der ganzen Oberfläche der Unterlage nicht übersteigt, aufgebracht wird, wobei die Temperatur der Unterlage zwischen 100 und 1000°C liegt, und in der zweiten Stufe der Überzug auf der ganzen Oberfläche aufgebracht wird.

Die Erfindung betrifft den Maschinenbau, insbesondere Verfahren zum Aufbringen von keramischen Überzügen durch Plasmaspritzen. Die vorliegende Erfindung kommt in solchen Zweigen des Maschinenbaus weitgehend zur Verwendung, wo Hochtemperaturwerkstoffe und -überzüge, welche die Oberfläche der Teile vor Einwirkung hoher Temperaluren, aggressiver Medien, vor Erosionsbruch usw. schützen, benutzt werden, und zwar im Flugzeugbau, im Chemieanlagenbau, im Energiemaschinenbau, im Hüttenmaschinenbau u. a. m.

Bekannt sind verschiedene Verfahren zum Aufbringen von keramischen Überzügen durch Plasmaspritzen.

Bekannt ist ein Verfahren zum Plasmaspritzen von Oxiden (King B. W. Napylenie okislov gazoplamennym i plazmennym metodami. Industrial Heating, 1962, Nr. 10, S. 2013, 2014, 2023). Das bekannte Verfahren bezieht sich auf das Aufbringen von 0,1 bis 0,9 mm dicken Überzügen aus Metalloxiden.

Nachteilig bemerkbar macht sich bei diesem Verfahren die Unmöglichkeit, eine genügend hohe Haftfestigkeit des Überzugs an de; Unterlage bei seiner relativ großen Dicke, z. B. von 1 mm und darüber, zu erzielen.

Bekannt ist ebenfalls ein Verfahren zum Aufbringen von Überzügen großer Dicke und zum Herstellen von dickwandigen Erzeugnissen aus keramischen Werkstoffen, welches die tschechoslowakische Firma Aquacentrum entwickelt hat (siehe Prospekt der tschechoslowakischen Firma Aquacentrum »Tekhnologiya raspyleniya s primeneniem zhidkostnoi plazmennoi raspylitelnoi golovki« Jahrgang nicht angegeben; Wolrab 1, ZveYina K. Verwendung eines Plasmabrenners zum Aufbringen einer Oberflächenschutzschicht und zum Herstellen von Bauelementen, »Strojirenska Vyroba«, 1973, 21. Nr. 8.

S. IV-V).

Der Nachteil dieses Verfahrens Hegt darin, daß es sich nur dann realisieren läßt, wenn man zum Aufspritzen keramischer Materialien spezielle Plasmabrenner verwendet, bei denen der Plasmabogen wasserstabiüsiert

wird. Wasserstabilisierte Plasmabrenner haben eine verwickelte Konstruktion, sind serienmäßig nicht herzustellen, und das Verfahren findet deshalb eine ziemlich eingeschränkte Verwendung.

Das Verfahren ermöglicht außerdem die Herstellung von Teilen nur aus solchen keramischen Materialien, die eine relativ niedrige Wärmedehnzahl (Aluminiumoxid, Zirkoniumdioxid) und folglich eine verminderte Neigung zur Rißbildung aufweisen. Zum Aufbringen von Überzügen großer Dicke und zum Herstellen von dickwandigen Teilen aus solch einem Hochtemperaturmaterial wie z. B. Zirkoniumdioxid (Schmelzpunkt 2600° C, Betriebstemperatur bis 2200° C), bei dem die Wärmedehnzahl um das 2- bis 4fache die der oben aufgezählten Materialien übersteigt, eignet sich dieses Verfahren nicht

Im Artikel »Plasmagespritzte Überzüge« in der Zeitschrift »Blech«, 1968, 15, Nr. 8 S. 453-461. K. Hanusch, R. Kammel, H. Winterhager, werden allgemeine Angaben gemacht über Plasmaspritzbeschichtungen aus metallischen und keramischen Stoffen. Ferner sind darin in tabellarischer Form die Bedingungen für das Plasmaspritzen einiger Materialien, darunter auch von Al₂O₃ und ZK>2 unter Angabe verschiedener Parameter wie Korngröße des aufzuspritzenden Pulvers, Zusammen-Setzung der plasmabildenden Gase, Stromwerte, Spannung und Leistung des dem Plasmotron zugeführten Stroms, Spritzabstand und Pulververbrauch zusammengefaßt

Die in tabellarischer Form zusammengefaßten Daten betreffen das in der Technik weit verbreitete Verfahren des Plasmaspritzens, durch das man keramische Beschichtungen aus den oben genannten Werkstoffen in lediglich geringer Dicke (höchstens 0,7 bis 1,0 mm) erhalten kann. Von der Abkühlung des Trägers beim Aufspritzen ist darin überhaupt nicht die Rede.

Die US-PS 35 76 672 beschreibt ein Verfahren zum Plasmaspritzen von Überzügen auf Ferriten, die eine Verbindung von Fe2U3 mit Oxiden von Metallen wie Magnesium, Mangan, Nickel, Kupfer, Barium, Zink, AIuminium und Yttrium darstellen und ferromagnetische Eigenschaften aufweisen. Darin heißt es, daß das Verfahren zwar zur Erzielung von Überzügen von unter 2,54 mm Dicke bestimmt ist, daß man dadurch jedoch auch durch aufeinanderfolgende Spritzbeschichtung Ferrite in Form großer Werkstücke herstellen kann. In diesem Falle müssen die bei der Spritzbeschichtung entstehenden Werkstücke abgekühlt werden, entweder dadurch, daß man die Unterlage auf eine durch ein fließendes Kühlmittel (z. B. Wasser) gekühlte Basis stellt oder das aufgespritzte Material mit einem Gas belüftet.

In der US-PS heißt es weiterhin, daß als plasmabildende Gase Stickstoff, Helium oder Gemische davon, Gemische von Stickstoff mit Wasserstoff und von Argon mit Wasserstoff sowie auch Luft verwendet werden

h5 können.

In den Tabellen dieser PS wird auch die Temperatur für die Vorwärmung des Substrats angegeben.
Nach diesseitiger Auffassung beruht die Möglichkeit

der Herstellung von Oberzügen aus Ferriten von erheblicher Dicke (2^ mm) durch Plasmaspritzen auf den wärmephysikalischen Eigenschaften dieser Stoffe, insbesondere auf ihrer hohen Wärmeleitfähigkeit Die in der PS angegebenen Verfahren zur Kühlung des aufgespritzten Materials während des Spritzens sind schon lange bekannt und finden überall Verwendung.

Die US-PS 35 76 672 betrifft somit lediglich eine bestimmte Klasse von Stoffen, und zwar Ferrite, wobei beim Plasmaspritzen dieser Stoffe längstbekannte Kühltechniken eingesetzt werden.

Die mangelnde Eignung des Verfahrens der US-PS zur Herstellung von Oberzügen von großer Dicke aus keramischen Stoffen, die in ihrer chemischen Zusammensetzung und den wärmephysikalischen Eigenschaften nach sich von den Ferriten unterscheiden, erklärt sich dadurch, daß im aufgespritzten Material während des Aufspritzen infolge nichtstationärer Temperaturfelder im Substrat und in verschiedenen Überzugsschichten Restspannungen entstehen. Der Temperaturgradient und der Grad der Restspannungen im aufgespritzten Material sind umso höher je niedriger die Wärmeleitfähigkeit und je höher der Wärmeausdehnungskoeffizient des aufzuspritzenden Materials sind, und nehmen mit zunehmender Überzugsdicke zu, was bei Erzielung einer für einen Stoff spezifischen Dicke zur Zerstörung des Überzugs führt. Bei einem Überzug aus ZrOj ist dies z. B. eine Dicke von 0,7 bis 1,0 mm.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, solch ein Verfahren zum Aufbringen von keramischen Überzügen erhöhter Dicke auf eine Unterlage zu entwickeln, welches durch die Anwendung bestimmter technologischer Arbeitsgänge die Zerstörung des keramischen Überzugs im Falle der Vergrößerung seiner Dicke über 0,2 mm zu vermeiden ermöglicht.

Diese Aufgabe wird wie aus den vorstehenden Ansprüchen ersichtlich, gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich von dem im Artikel »Plasmagespritzte Überzüge« in der Zeitschrift »Blech«, 1968, 15, Nr. 8, S. 453-461, K. Hanusch, R. Kammel, H. Winterhager, beschriebenen dadurch, daß bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beim Plasmaspritzen der Zone der Kontaktierung der Teilchen des aufzuspritzenden Materials mit dem Substrat ein Kühlmittelstrahl zugeführt wird, durch den es möglich wird, die keramischen Überzüge in großer, nahezu unbegrenzter Dicke auf Substrate aus beliebigen Materialien aufzubringen. Außerdem ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren beim Aufspritzen von keramischen Werkstoffen auf einen zu entfernenden Dorn die Herstellung von Teilen aus Keramik mit einer Wandung beliebiger Dicke, wodurch die Voraussetzungen für den breiten Einsatz von Keramik als Werkstoff geschaffen werden, da das Haupthindernis für die Herstellung von Teilen aus Keramik die unzureichende Bearbeitbarkeit von Keramik und die Notwendigkeit eigener überaus komplizierter und aufwendiger Verarbeitungsprozesse sind.

Im Gegensatz zur US-PS 35 76 672 handelt es sich erfindungsgemäß um ein Verfahren zum Aufbringen von keramischen Überzügen unter Erzielung von Plasmabeschichtungen praktisch unbegrenzter Dicke aus beliebigen keramischen Stoffen, wie z. B. aus ZrO₂, das sehr geringe Wärmeleitfähigkeit hat, weshalb nach den üblichen Plasmaspritzvcrfahren aufgebrachte Überzüge daraus nur eine Dicke von höchstens 1 mm aufweisen können.

Das Wesen des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in der Einbringung eines Kühlmittels in genau dosiertem schmalem Strahl unmittelbar in die Zone der Kontaktierung des aufzuspritzenden Materials mit dem Substrat zu Beginn der Überzugsbildung, wodurch es zu einer vollständigen Beseitigung der inneren Spannungen in der aufzuspritzenden Schicht kommt und die Möglichkeit der Aufbringung einer praktisch unbegrenzten Zahl an Schichten übereinander gegeben ist

Die erfindungsgemäße Kühlung unterscheidet sich von den bisherigen dadurch, daß nicht die aufgespritzten Schichten gekühlt werden, sondern die Teilchen des aufzuspritzenden Materials zum Zeitpunkt ihrer Berührung mit dem Substrat Die dadurch erzielbare Wirkung kann auf andere Weise nicht erreicht werden. Die Tabellen der US-PS 35 76 672 enthalten Angaben zur Vorwärmung des Substrats vor der Aufbringung der Ferritschicht. Das erf;ndungsgemäße Verfahren sieht keine Vorwärmung des Substrats vor. Die Erhöhung der Substrattemperatur auf 100 bis 100O⁰C erfolgt während des Überziehens durch Wärmeübertragung von den Teilchen des aufzuspritzenden Materials und von Plasmastrahlen und nicht durch Vorwärmung.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht aufgrund der bisher nicht bekannten Verfahrenstechnik in Kombination mit bekannten Arbeitsgängen der Plasmaspritzbeschichtung die Herstellung eines Überzugs aus beliebigen keramischen Materialien von praktisch unbeschränkter dicke durch Plasmaspritzen.

Bei der Herstellung von dickwandigen keramischen Erzeugnissen wird die Unterlage nach der Beendigung des Aufspritzen:» vom aufzuspritzenden Material abgetrennt.

Die vorliegende Erfindung gestattet es, unter Anwendung von handelsüblichen gasstabilisierten Plasmabrennern keramische Überzüge von praktisch unbegrenzter Dicke herzustellen und somit die Schutzeigenschaften der aufzubringenden Überzüge zu erhöhen und ihren Anwendungsbereich zu erweitern.

Benutzt man dieses Verfahren zum Aufbringen von keramischen Überzügen auf Teile von Glasschmelzanlagen, bestehend aus Platinlegierungen, so wird eine bedeutende Steigerung der Wandstandzeit der Glasschmelzgefäße erreicht, welche gegen die atmosphärische Hochtemperaturkorrosion empfindlich sind. Der Gesamtverlust an Platinoiden beim Betrieb der Glasschmelzgefäße vermindert sich dadurch um mindestens 35% und die Betriebsdauer der Glasschmelzanlagen erhöht sich etwa um das l,3fache.

Wenn als Unterlage ein Dorn dient, der nach der Beendigung des Aufspritzen von dem aufgebrachten Material abgetrennt wird, kann man nach dem erfindungsgemäßen Verfahren keramische Teile aus verschiedenen Materialien in beliebiger Form mit Wänden unbegrenzter Dicke erzeugen. Besonders zweckmäßig ist die Anwendung des Verfahrens im Falle der Herstellung verwickelter keramischer Teile (z. B. Venturirohre), welche sich nach den traditionellen Verfahren der Herstellung keramischer Erzeugnisse nicht fertigen lassen. Falls ein dickwandiges Teil von verwickelter Form aus solch einem Material wie z. B. Zirkoniumdioxid, stabilisiert mit 5Gew.-% Calciumoxid, herzustellen ist, ist das erfindungsgeinäße Verfahren das einzig möeliche Mittel.

Die vorliegende Erfindung wird z. B. wie folgt durchb5 geführt.

Mit Hilfe eines gasstabilisierten Plasmabrenners wird ein Ausgangsmaterial auf die Unterlage aufgebracht. Die Unterlage kann aus beliebigen metallischen und

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15

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nichtmetallischen Werkstoffen (ζ. Β. aus Stahl beliebiger Marke, Nichteisenmetallen, höchstschmelzenden Metallen, Feuerfestkeramik u. a. m.) gefertigt werden. Als Ausgangsmaterialien können unterschiedliche keramische Werkstoffe (z. B. Oxide. Carbide, Boride, Nitride und andere Verbindungen von Metallen sowie ihre Mischungen von beliebiger Zusammensetzung und beim beliebigen Verhältnis zwischen den Bestandteilen) eingesetzt werden.

Der Berührungszone von Teilchen des aufzuspritzenden Materials mit der Unterlage wird ein Kühlmittel zugeführt, welches die Wärme, eingeführt durch Plasmastrahl und Teilchen des aufzuspritzenden geschmolzenen Materials ableitet. Durch Anwendung des Kühlmittels während des Aufspritzen gelingt es, das Temperaturgefälle zwischen den der Reihe nach aufgebrachten Überzugsschichten zu vermindern und den Restspannungspegel dieser Schichten auf Kosten der Bildung einer gewissen Menge von Mikrorissen durch eine schroffe Abkühlung herabzusetzen. Es ergibt sich dadurch die Möglichkeit, eine unbeschränkte Menge von Schichten des Materials aufzuspritzen und folglich die Gesamtdicke des Überzugs zu vergrößern.

Als Kühlmittel können Wasser, Luft, Kohlendioxid und andere Stoffe oder Mischungen derselben dienen.

Je nach den wärmephysikalischen Eigenschaften der 2:ur Abkühlung verwendbaren Stoffe beträgt die Menge des Kühlmittels, zugeführt der Berührungszone der Teilchen des aufzuspritzenden Materials mit der Unterlage, 0,1 bis 1000 g/min.

Zur Einführung des Kühlmittels in die Berührui -gszone der Teilchen des aufzuspritzenden Materials mit der Unterlage benutzt man eine einfache Einrichtung, die aius Rohr (falls das Kühlmittel einen Bestandteil hat) oder aus Mischer (falls das Kühlmittel zwei und mehr Bestandteile enthält) und Schläuchen besteht, die das Kühlmittel oder seine Bestandteile dem Rohr oder dem Mischer zuführen.

Der technologische Prozeß des Auf bringens der keramischen Überzüge großer Dicke mit Hilfe eines gasstabilisierten Plasmabrenners besteht in folgendem.

Die Unterlage und der gasstabilisierte Plasmabrenner werden in solch eine gegenseitige Bewegung gebracht, daß die ganze gegebene Oberfläche allmählich schichtweise mit dem aufzuspritzenden Material überzogen wird. Die Menge der auf die Unterlage aufzubringenden S'ichichten richtet sich nach der Solldicke des Überzugs. Die Abkühlung der Berührungszone der Teilchen des aufzuspritzenden Materials mit der Unterlage erfolgt beispielsweise mit Hilfe des Strahls einer Wasser-Luft-Mischung.

Das Aufspritzen wird bei folgenden Werten der Hauptdaten durchgeführt:

Lichtbogenstrom, A 250... 700

Lichtbogenspannung, V 65... 300
Verbrauch an plasmabildenden
Gasen (Argon, Stickstoff, Luft,

Wasserstoff), l/min 1... 150
Verbrauch an Pulver des aufzu-

spritzenden Materials, kg/St 0,1... 25
Geschwindigkeit der Relativverschiebung der Unterlage und des

Plasmastrahls, m/min 0,5...50

metallen und deren Legierungen erfolgt das Aufspritzen in zwei Stufen. Auf der ersten Stufe wird der Überzug in eine Dicke von 1 bis 2% der Solldicke des Überzugs auf einzelne Abschnitte aufgebracht, deren Gesamtfläche zwei Drittel der ganzen Oberfläche der Unterlage nicht übersteigt, wobei die Temperatur der Unterlage zwischen 100 und 1000° C liegt, und auf der zweiten Stufe wird der Überzug auf die ganze Oberfläche aufgebracht

Bei der Anwendung des Verfahrens zum Aufbringen der Überzüge erhöhter Dicke zu Zwecken der Herstellung keramischer Teile wird das Aufspritzen des Ausgangsmaterials auf eine Unterlage in Form eines Dorns verwirklicht dessen Gestalt die Kontur der Innenfläche des herstellbaren Teils wiedergibt

Nachdem die Schichten des aufzuspritzenden Materials auf die Unterlage in einer Menge aufgebracht worden sind, welche die Herstellung der Wand des Teils von gegebener Dicke sichert, beendet man das Aufspritzen, und trennt die Unterlage (den Dorn) von dem hergestellten Teil nach einem der bekannten Verfahren (Ausbau, falls der Dorn zusammensetzbar ist, Ansätzen u. a. m) ab.

Beispiel 1

Auf die Unterlage in Form eines zylindrischen Teils von 50 mm Durchmesser, die aus nichtrostendem Stahl IXI8H10T gefertigt und sandgestrahlt wurde, bringt

man den Überzug aus Zirkoniumdioxid, stabilisiert mit 5 Gew.-% Calciumoxid. Das Teil wird in der Patrone einer Vorrichtung aufgespannt, welche die Drehung des Teils ermöglicht Man stellt den gasstabilisierten Plasmabrenner unter 90° Winkel zur Oberfläche des Teils in 110 mm Entfernung von diesem ein, schaltet die Zufuhr von plasmabildenden Gasen, pulverförmigem Zirkoniumdioxid, stabilisiert mit 5 Gew.-% Calciumoxid, Kühlwasser und Stromspeisung zum Brenner ein und vermittelt dem Brenner eine hin- und hergehende Bewegung längs der Achse des Teils.

Das Aufspritzen von Zirkoniumdioxid, stabilisiert mit 5 Gew.-% Calciumoxid, erfolgt bei folgenden Hauptdaten des Prozesses:

45

50

Lichtbogenstrom, A	400
Lichtbogenspannung, V	85...95
Verbrauch an plasmabildenden Gas
an Argon, l/min	10.. .12
an Stickstoff, l/min	60...70
Verbrauch an pulverförmigem
Zirkoniumdioxid, stabilisiert
mit 5 Gew.-% Calciumoxid,
kg/St.	3
Verbrauch an Kühlmittel
(Wasser-Luft-Mischung), g/min	2...4
Drehgeschwindigkeit der
Unterlage, m/min
Vorschub des Plasmabrenners,
mm/U	6

Nach dem Erreichen der Solldicke des Überzugs wird da;, Aufspritzen beendet.

Im Falle der Anwendung einer Unterlage aus Edel-

b5 Nach dem Aufbringen von 200 Schichten des aufzuspritzenden Materials auf das Teil wurde der 10 mm dicke Überzug aus Zirkoniumdioxid, stabilisiert mit 5 Gew.-% Calciumoxid, erhalten.

Beispiel 2
Das Verfahren wird wie im Beispiel I durchgeführt.

nur daß die Unterlage aus Molybdän gefertigt wird.
Beispiel 3

Das zylindrische Teil von 50 mm Innendurchmesser und 30 mm Wanddicke, welches aus Zirkoniumdioxid, stabilisiert mit 5 Gew.-% Calciumoxid, besteht, wird durch Aufspritzen des pulverförmigen Ausgangsmaterials und zwar des mit 5 Gew.-°/o Calciumoxid stabilisierten Zirkoniumdioxids auf eine zylindrische wassergekühlte Aluminiumunterlage (den Dorn) von 50 mm Außendurchmesser hergestellt

Die Oberfläche der Unterlage wird dem Sandstrahlen mit Siliziumkarbid von 0,8 bis 1,2 Körnung unterworfen. Man stellt die Unterlage in der Patrone einer Vorrichtung ein, vermittelt der Unterlage eine Drehbewegung und schaltet die Wasserkühlung ein.

Das Aufspritzen von Zirkoniumdioxid, stabilisiert mit 5 Gew.-% Calciumoxid, auf die Oberfläche der Unterlage, wird mit Hilfe eines gasstabilisierten Plasmabrenners verwirklicht, welchem die hin- und hergehende Bewegung längs der Dornachse vermittelt wird. Die Achse des Plasmastrahls bildet mit der Dornoberfläche einen Winkel von 90°, der Abstand zwischen der Schnittfläche der Brennerdüse und der Dornoberfläche beträgt 110 mm.

Das Aufspritzen von Zirkoniumdioxid, stabilisiert mit 5 Gew.-% Calciumoxid, wird bei folgenden Hauptdaten des Prozesses verwirklicht:

30

Lichtbogenstrom, A	400
Lichtbogenspannung, V	80...85
Verbrauch an plasmabildenden
Gasen
an Argon, l/min	8...10
an Stickstoff, l/min	50...60
Verbrauch an puiverförmigem
Zirkoniumdioxid, stabilisiert
mit 5 Gew.-% Calciumoxid,
kg/St.	3...4
Verbrauch an Kühlmittel
(Wasser-Luft-Mischung), g/min	2...4
Drehgeschwindigkeit des Dorns,
m/min	15...20
Vorschub des Plasmabrenners,
mm/U	6

Nach dem Aufbringen von 600 Schichten des aufgespritzten Materials auf die Dornoberfläche und Erreichen der Wanddicke von des Teils von 30 mm wird das Aufspritzen beendet und die Unterlage (der Dorn) aus dem hergestellten Teil entfernt.

Beispiel 4

Das Glasschmelzgefäß aus Platin-Rhodium-Legierung mit 10 Gew.-% Rhodium, dessen Außenfläche mit weißem Elektrokorund behandelt und dann mit Äthylalkohol gewaschen wurde, wird in einer Vorrichtung befestigt, die die Bewegung des Gefäßes im Laufe des Aufspritzens sichert, und mit Hilfe des Plasmastrahls auf eine Temperatur von 350° C gleichmäßig durchwärmt. Dem Plasmastrahl führt man dann pulverförmiges Zirkoniumdioxid, stabilisiert mit 5 Gew.-% Calciumoxid, zu und bringt die 20 μπι dicke Oberzugsschicht als einzelne gleichmäßige verteilte Zonen auf einem Drittel der Oberfläche der Unterlage auf. Die Größe der aufzuspritzenden Oberfläche richtet sich nach dem Verhältnis

60

65 zwischen den Bewegungsgeschwindigkeiten des Plasmabrenners und des Gefäßes. Zwecks Konstanthaltung der Oberflächentemperatur des Gefäßes bei 350° C wird die Luftkühlung des Gefäßes von innen vorgenommen. Das weitere Wachsen der Überzugsdicke erfolgt auf der ganzen Oberfläche unter gleichzeitiger Abkühlung mittels der Wasser-Luft-Mischung bei einer Temperatur der Unterlage von 500°C. Der Kühlmittelstrom folgt unmittelbar dem Anodenfleck auf der Oberfläche der Unterlage. Bei der Zufuhr der Wasser-Luft-Mischung wird die Abkühlung des Gefäßes von innen beendet.

Das Aufspritzen wird bei folgenden Hauptdaten durchgeführt:

Lichtbogensirorn, A	380
Lichtbogenspannung, V	70
Verbrauch an plasmabildendem
Gas
an Argon, l/min	10...12
an Stickstoff, l/min	60... 70
Verbrauch an puiverförmigem
Zirkoniumdioxid, stabilisiert
mit 5 Gew.-% Calciumoxid,
kg/St.	3
Verbrauch an Kühlmittel
(Wasser-Luft-Mischung), g/min	150...5
Bewtgungsgeschwindigkeit des
Plasmastrahls der Unterlage
gegenüber, m/min	15

Durch Aufspritzen erhielt man auf dem Glasschmelzgefäß aus der Platin-Rhodium-Legierung einen 1 mm dicken Überzug.

Die Gesamtverluste an der Platin-Rhodium-Legierung im Laufe der Langzeit-Hochtemperaturversuche dieses Gefäßes setzten sich um 35% dank diesem Überzug herab.

Beispiel 5

Das Verfahren wird analog zum Beispiel 4 durchgeführt, nur daß die Temperatur der Unterlage auf der ersten Stufe 140⁰C beträgt.

Die Dicke des auf dem Gefäß hergestellten Überzugs beträgt 1 mm, die Verluste an der Legierung nach der Prüfung des Gefäßes setzten sich um 32% herab.

Beispiel 6

50 Das Verfahren wird analog zum Beispiel 4 durchgeführt, die Temperatur der Unterlage auf der ersten Stufe beträgt 970⁰C.

Die Dicke des auf dem Gefäß hergestellten Überzugs beträgt 1 mm, die Herabsetzung der Verluste an der Legierung nach der Prüfung des Gefäßes 38%.

Beispiel 7

Das Verfahren wird wie im Beispiel 4 verwirklicht, nur daß als aufzuspritzendes Material das Aluminiumoxid dient und der Lichtbogenstrom 300 bis 320 A beträgt. Im Ergebnis wird ein 0,8 mm dicker Überzug hergestellt.

Die Gesamtvcrluste an der Platin-Rhodium-Legierung nach den langzeitigen Hochtemperaturversuchen dieses Gefäßes setzten sich um 20% dank diesem Überzug herab.

Beispiel 8

Das Verfahren wird wie im Beispiel 4 verwirklicht,
nur dabei der Verbrauch an Zirkoniumdioxidpulver, stabilisiert mit 5 Gew.-% Calciumoxid, beträgt 0,2 kg/St ^r> und die Geschwindigkeit der Verschiebung des Plasmastrahls der Unterlage gegenüber beträgt 1 m/min. Im
Ergebnis wird ein 0,3 mm dicker Überzug hergestellt.

Die Gesamtverluste an der Platin-Rhodium-Legierung nach der Langzeit-Hochtemperaturversuchen die- io ses Gefäßes setzen sich um 15% dank diesem Überzug
herab.

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Aufbringen keramischer Oberzüge erhöhter (über J,2 mm) Dicke auf eine Unterlage durch Aufspritzen des Ausgangsmaterials im gasstabilisierten Plasmastrahl bei folgenden Werten der Hauptdaten: